HLGCK-04過程控制綜合實(shí)驗(yàn)裝置系統(tǒng)

一、系統(tǒng)簡(jiǎn)要描述
HLGCK-04過程控制綜合實(shí)驗(yàn)裝置系統(tǒng)整套系統(tǒng)分為：上位控制層系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)對(duì)象層，檢測(cè)傳感、變送、執(zhí)行設(shè)備，上位控制軟件四部分。系統(tǒng)特點(diǎn):整套系統(tǒng)安放在可移動(dòng)的試驗(yàn)臺(tái)桌上，小巧且試驗(yàn)裝置占地面積小。
1、上位控制層系統(tǒng)：①、智能儀表控制模塊；②、PLC控制系統(tǒng)；③DDC控制系統(tǒng)。
2、實(shí)驗(yàn)對(duì)象層系統(tǒng)：
u 控制對(duì)象：由鋁型材安裝框架、不銹鋼儲(chǔ)水箱、有機(jī)玻璃雙容串接水箱、帶夾套不銹鋼常壓鍋爐容器、鋁塑復(fù)合管路等組成。
1、 標(biāo)準(zhǔn)鋁型材安裝框架：標(biāo)準(zhǔn)鋁型材安裝有機(jī)玻璃雙容串接水箱、帶夾套不銹鋼常壓鍋爐容器。安裝底板鋪設(shè)不銹鋼桌面可安裝檢測(cè)傳感執(zhí)行裝置、管路等。

2、 實(shí)驗(yàn)臺(tái)桌：實(shí)驗(yàn)臺(tái)桌上安放控制對(duì)象;
3、 外置不銹鋼儲(chǔ)水箱及水泵安裝在帶可移動(dòng)腳輪的框架上作為一體。水泵出水口帶快插接頭，水泵同控制對(duì)象管路系統(tǒng)相連便可實(shí)驗(yàn)。采用304優(yōu)質(zhì)不銹鋼，具有不生銹鏡面美觀大方。
4、 有機(jī)玻璃雙容串接水箱：
①有機(jī)玻璃雙容串接水箱：由進(jìn)口有機(jī)玻璃制作，上水箱(長(zhǎng)200×寬200×高400mm)、下水箱(長(zhǎng)200×寬200×高400mm)、上下水箱雙容串接安裝，每個(gè)水箱帶溢流管及下排水管及閥門，壓力液位傳感器接口。水箱容積大于17.5*10-3m3。
5、帶夾套的不銹鋼常壓加熱鍋爐容器：
利用電加熱管加熱的常壓鍋爐，包括加熱層（鍋爐內(nèi)膽）和冷卻層（鍋爐夾套），均由不銹鋼精制而成，設(shè)置防干燒裝置，可利用它進(jìn)行溫度實(shí)驗(yàn)。內(nèi)膽Φ100×500（通動(dòng)態(tài)被加熱水），帶單相1.5KW電加熱管，夾套Φ150×400，內(nèi)膽安裝Pt100溫度傳感器。
6.管道流量壓力對(duì)象系統(tǒng)
整個(gè)系統(tǒng)管道由鋁塑管連接而成，不漏水。所有的手動(dòng)閥門均采用優(yōu)質(zhì)球閥，流量計(jì)和壓力傳感器安裝在官道上以測(cè)量管道流量和水泵出水口壓力，其中儲(chǔ)水箱底部裝有出水閥，水箱需要更換水時(shí)，把出水閥打開將水直接排出。
u 系統(tǒng)動(dòng)力：功率可調(diào)的不銹鋼循環(huán)水泵:可組成不銹鋼泵＋電動(dòng)調(diào)節(jié)閥＋渦輪流量計(jì)的動(dòng)力流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)，也可組成不銹鋼泵＋變頻器＋渦輪流量計(jì)的動(dòng)力流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)。單相可控硅移相調(diào)壓裝置、單相電加熱管組成鍋爐加熱動(dòng)力系統(tǒng)。
u 檢測(cè)傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)：
2 流量傳感器：渦輪流量計(jì)＋流量變送儀。
2 液位傳感器：擴(kuò)散硅液位傳感器二個(gè)，分別用于檢測(cè)上下兩個(gè)水箱的液位。另外加熱鍋爐容器上還加一個(gè)擴(kuò)散硅壓力傳感器，做恒壓供水實(shí)驗(yàn)時(shí)檢測(cè)容器壓力。
2 溫度傳感器：Pt100熱電阻傳感器一個(gè)，Pt100熱電阻溫度變送器一個(gè)。用于檢測(cè)帶夾套的不銹鋼常壓加熱鍋爐的內(nèi)膽溫度。
2 壓力傳感器：擴(kuò)散硅壓力傳感器一個(gè)。用于檢測(cè)加熱鍋爐容器壓力實(shí)驗(yàn)時(shí)的動(dòng)態(tài)壓力。
2 變頻調(diào)速器：三菱變頻調(diào)速器一個(gè)。用于調(diào)節(jié)變頻動(dòng)力支路的供水壓力及流量。
2 電動(dòng)調(diào)節(jié)閥：全不銹鋼電動(dòng)調(diào)節(jié)閥一個(gè)。用于調(diào)節(jié)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥動(dòng)力支路的供水壓力及流量。
u 旁路干擾系統(tǒng)：
   系統(tǒng)配有電磁閥作為電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的旁路，可以實(shí)現(xiàn)階躍和脈沖干擾，通過手動(dòng)閥開度可調(diào)節(jié)階躍和脈沖干擾的大小。
二、HLGCK-04系列上位過程控制系統(tǒng)
（1）HLGCK-04上位控制操作/實(shí)驗(yàn)面板
GK-1上位控制操作/實(shí)驗(yàn)臺(tái)同實(shí)驗(yàn)對(duì)象裝置一體制作安裝。上位上位控制操作/實(shí)驗(yàn)臺(tái)安裝在鋁合金實(shí)驗(yàn)臺(tái)桌上方。
（2）HLGCK-04上位控制操作/實(shí)驗(yàn)面板
上位控制操作/實(shí)驗(yàn)面板：鋼制噴塑結(jié)構(gòu)。
強(qiáng)電控制面板：裝有漏電保護(hù)空氣開關(guān)、電流型漏電保護(hù)器，充分考慮人身安全保護(hù)；配置帶鑰匙的電源啟動(dòng)控制回路和多組保險(xiǎn)絲，同時(shí)每一組強(qiáng)電輸出都有旋鈕開關(guān)控制，保證設(shè)備安全，操作控制便捷；裝有分相電壓表、指示燈，直觀，強(qiáng)電信息一目了然；裝有變頻器及其控制接口面板，方便變頻器熟悉、操作和應(yīng)用。
控制器面板：變頻控制器面板、智能儀表控制面板。
信號(hào)接口面板：控制對(duì)象中的儀表信號(hào)和電氣信號(hào)轉(zhuǎn)移到信號(hào)接線板上，提供AI、AO、DO等傳感器檢測(cè)及執(zhí)行器控制信號(hào)接口，便于學(xué)生自己連線組成不同的控制系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)者通過安全型接插式導(dǎo)線將實(shí)驗(yàn)板與信號(hào)板之間進(jìn)行不同的配線，以完成過程控制各類實(shí)驗(yàn)。
三、HLGCK-04上位過程控制系統(tǒng)基型配置：
控制系統(tǒng)提供PLC控制系統(tǒng)、智能儀表控制系統(tǒng)與DDC控制系統(tǒng)三種控制方式，并附帶DCS系統(tǒng)功能。
(1)S7-200SMART PLC控制系統(tǒng)
隨著科技的發(fā)展，PLC即使是Micro PLC，也可以勝任多種控制任務(wù)。本產(chǎn)品提供的PLC控制系統(tǒng)主機(jī)選用西門子的S7-200SMART系列，主要展示小型（Micro）PLC在滿足小規(guī)模的控制任務(wù)中的表現(xiàn)，為培養(yǎng)工程化人才提供更多更強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

(2）智能儀表控制系統(tǒng)
儀表控制系統(tǒng)核心為帶通信功能的各種儀表，儀表內(nèi)集成了各種算法，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況整定儀表控制算法的各種參數(shù)，達(dá)到控制效果。同時(shí)帶通訊功能的儀表與上位計(jì)算機(jī)的軟件平臺(tái)通訊。儀表各種參數(shù)和過程值進(jìn)入軟件平臺(tái)（一般為工控組態(tài)軟件）的數(shù)據(jù)庫，再加上組態(tài)的流程畫面和操作界面，可以方便在上位計(jì)算機(jī)整定參數(shù)，對(duì)過程值進(jìn)行記錄分析。

(3）DDC控制系統(tǒng)
DDC控制系統(tǒng)一般有兩種形式，一種采用外部數(shù)據(jù)采集模塊的形式，其核心為帶RS485通訊的數(shù)據(jù)采集模塊和計(jì)算機(jī)算法軟件；另一種采用工控機(jī)和ISA或PCI插槽的數(shù)據(jù)采集板卡。外部數(shù)據(jù)采集模塊由于安裝方便，同時(shí)就地安裝時(shí)采用通訊方式向計(jì)算機(jī)送數(shù)據(jù)不存在信號(hào)衰減，因此本產(chǎn)品采用種方式的應(yīng)用。用戶可根據(jù)自己學(xué)校的實(shí)際情況選用第二種方式的應(yīng)用（例如研華A/D、D/A、采樣板卡）。
在控制臺(tái)直接裝有數(shù)據(jù)采集模塊，同時(shí)利用工控軟件MCGS中強(qiáng)大的算法組態(tài)功能，便捷的組建一個(gè)帶人機(jī)界面的DDC控制系統(tǒng)。在DDC系統(tǒng)中提供開放的算法軟件供實(shí)驗(yàn)和算法編程參考，方便實(shí)驗(yàn)教學(xué)和工程人才培養(yǎng)。

四、HLGCK-04過程控制綜合實(shí)驗(yàn)裝置系統(tǒng)配置清單
表1 HLGCK-04型過程控制實(shí)驗(yàn)對(duì)象（一套）

表2：智能儀表控制實(shí)驗(yàn)臺(tái)硬件配置表

表3  DDC上位控制系統(tǒng)硬件配置表（附帶DCS系統(tǒng)功能模塊）

表4：西門子S7-200SMART-PLC上位控制系統(tǒng)硬件配置表

表5：軟件清單

五、HLGCK-04過程控制綜合實(shí)驗(yàn)裝置系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目
實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目：
  過程控制系統(tǒng)的組成認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)：
（1）過程控制及檢測(cè)裝置硬件結(jié)構(gòu)組成的認(rèn)識(shí)，控制方案的組成及控制系統(tǒng)連接實(shí)驗(yàn)。
（2）智能調(diào)節(jié)儀表、智能變送儀表等各種智能儀表的操作及參數(shù)設(shè)定。
（3）傳感器的校正（零點(diǎn)遷移與量程調(diào)整）
  對(duì)象特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)
l 單容水箱液位數(shù)學(xué)模型的測(cè)試實(shí)驗(yàn)
l 雙容水箱液位數(shù)學(xué)模型的測(cè)試實(shí)驗(yàn)
l 鍋爐內(nèi)膽水溫特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)
  單回路控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)
l 單容水箱液位定值控制實(shí)驗(yàn)
l 雙容水箱液位定值控制實(shí)驗(yàn)
l 鍋爐內(nèi)膽水溫定值控制實(shí)驗(yàn)
l 單閉環(huán)流量定值控制實(shí)驗(yàn)
l 鍋爐內(nèi)膽壓力定值控制實(shí)驗(yàn)
  串級(jí)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)
l 水箱液位串級(jí)控制實(shí)驗(yàn)
l 鍋爐內(nèi)膽水溫與循環(huán)水流量串級(jí)控制實(shí)驗(yàn)
l 水箱液位與進(jìn)水口流量串級(jí)控制實(shí)驗(yàn)
  比值控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)
l 流量比值控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)
  變頻恒壓供水實(shí)驗(yàn)
  工控制組態(tài)軟件組態(tài)控制實(shí)驗(yàn)
l 所有實(shí)驗(yàn)均包括數(shù)據(jù)庫組態(tài)、圖形動(dòng)畫、報(bào)表、曲線、報(bào)警組態(tài)、設(shè)備通訊組態(tài)、算法組態(tài)等實(shí)驗(yàn)
六、技術(shù)指標(biāo)
工作電源：三相四線380V±5% 50Hz或單相三線AC220V±10%  50Hz；
外形尺寸：實(shí)驗(yàn)臺(tái)1720mm×730mm×1600mm
整機(jī)容量：<5KVA，控制信號(hào)：電壓0～5V
技術(shù)功能：可以同時(shí)對(duì)三個(gè)參數(shù)進(jìn)行采集，比如，一組測(cè)流量，一組測(cè)溫度，一組測(cè)壓力。
七、安全保護(hù)體系
l 鍋爐加熱程控保護(hù)系統(tǒng)
1、 鍋爐加熱內(nèi)膽加由水位液位保護(hù)裝置，水位不達(dá)到一定的高度，控制系統(tǒng)不能控制可控硅調(diào)壓器工作。
2、 電加熱管電源控制開關(guān)采用鑰匙開關(guān)，不實(shí)驗(yàn)時(shí)，由教師保護(hù)放置鑰匙，避免無關(guān)人員誤操作。
l 電源保護(hù)措施
1、 加有電流型漏電保護(hù)器。
2、 兩相電源加有保險(xiǎn)管，防止斷路。
l 電源啟停控制方式；
采用啟停按鈕控制接觸器來控制電源的啟停。
l 漏電保護(hù)裝置及安全性和安全承諾；
l 各種電源及各種儀表的可靠的保護(hù)功能
各種電源及各種儀表的強(qiáng)電采用開關(guān)控制，學(xué)生不自行接線，不存在強(qiáng)弱電混插的問題。
實(shí)驗(yàn)強(qiáng)電接線插頭采用封閉式結(jié)構(gòu)，防止觸電事故的發(fā)生。