中冶南方集團-TW-CK09型過程控製綜合實驗裝置係統

一、係統簡要描述

整套係統分為：上位控製層係統，實驗對象層，檢測傳感、變送、執行設備，上位控製軟件四部分。係統特點:整套係統安放在可移動的試驗台桌上，小巧且試驗裝置占地麵積小。

1、上位控製層係統：①、智能儀表控製模塊；②、PLC控製係統；③DDC控製係統。

 

2、實驗對象層係統：

控製對象：由鋁合金框架安裝、外置不鏽鋼儲水箱、有機玻璃三容串接水箱、帶夾套不鏽鋼常壓鍋爐容器、鋁塑複合管路、不鏽鋼等組成。

1.標準鋁型材安裝框架：標準PVC鋁塑管安裝有機玻璃三容串接水箱、帶夾套不鏽鋼常壓鍋爐容器。安裝底板鋪設間隔鋁合金可安裝檢測傳感執行裝置、管路等。

2.實驗台桌：實驗台桌上安放控製對象;

3.外置不鏽鋼儲水箱及水泵安裝在帶可移動腳輪的框架上（由鋁合金框架製作的），作為一體。水泵出水口帶快插接頭，水泵同控製對象管路係統相連便可實驗。

4.有機玻璃三容串接水箱：

①有機玻璃雙容串接水箱：由進口有機玻璃製作，上水箱、中水箱、下水箱、上中下水箱三容串接安裝，每個水箱帶溢流管及下排水管及閥門，壓力液位傳感器接口

5、帶夾套的不鏽鋼常壓加熱鍋爐容器：

內膽Φ100×500（通動態被加熱水），帶單相1.5KW電加熱管，夾套Φ150×400，內膽安裝Pt100溫度傳感器。

係統動力：功率可調的不鏽鋼循環水泵:可組成不鏽鋼泵＋電動調節閥＋渦輪流量計的動力流量調節係統，也可組成不鏽鋼泵＋變頻器＋渦輪流量計的動力流量調節係統。單相可控矽移相調壓裝置、單相電加熱管組成鍋爐加熱動力係統。

檢測傳感器、執行機構：

流量傳感器：渦輪流量計＋流量變送儀。

液位傳感器：擴散矽液位傳感器三個，分別用於檢測上中下三個水箱的液位。另外加熱鍋爐容器上還加一個擴散矽壓力傳感器，做恒壓供水實驗時檢測容器壓力。

溫度傳感器：Pt100熱電阻傳感器一個，Pt100熱電阻溫度變送器一個。用於檢測帶夾套的不鏽鋼常壓加熱鍋爐的內膽溫度。

壓力傳感器：擴散矽壓力傳感器一個。用於檢測加熱鍋爐容器壓力實驗時的動態壓力。

變頻調速器：西門子變頻調速器一個。用於調節變頻動力支路的供水壓力及流量。

電動調節閥：全不鏽鋼電動調節閥一個。用於調節電動調節閥動力支路的供水壓力及流量。

二、TW-CK09係列上位過程控製係統

（1）TW-CK09上位控製操作/實驗麵板

TW-CK09上位控製操作/實驗台同實驗對象裝置一體製作安裝。上位上位控製操作/實驗台安裝在鋁合金實驗台桌上方。

（2）TW-CK09上位控製操作/實驗麵板

上位控製操作/實驗麵板：鋼製噴塑結構。

強電控製麵板：裝有漏電保護空氣開關、電流型漏電保護器，充分考慮人身安全保護；配置帶鑰匙的電源啟動控製回路和多組保險絲，同時每一組強電輸出都有旋鈕開關控製，保證設備安全，操作控製便捷；裝有分相電壓表、指示燈，直觀，強電信息一目了然；裝有變頻器及其控製接口麵板，方便變頻器熟悉、操作和應用。

控製器麵板：變頻控製器麵板、智能儀表控製麵板。

信號接口麵板：控製對象中的儀表信號和電氣信號轉移到信號接線板上，提供AI、AO、DO等傳感器檢測及執行器控製信號接口，便於學生自己連線組成不同的控製係統。實驗者通過安全型接插式導線將實驗板與信號板之間進行不同的配線，以完成過程控製各類實驗。

三、TW-CK09上位過程控製係統基型配置：

1）S7-200PLC控製係統

隨著科技的發展，PLC即使是Micro PLC，也可以勝任多種控製任務。本產品提供的PLC控製係統主機選用西門子的S7200係列，主要展示小型（Micro）PLC在滿足小規模的控製任務中的完美表現，為培養工程化人才提供更多更強的實驗平台。

2）智能儀表控製係統

儀表控製係統核心為帶通信功能的各種儀表，儀表內集成了各種算法，根據現場情況整定儀表控製算法的各種參數，達到控製效果。同時帶通訊功能的儀表與上位計算機的軟件平台通訊。儀表各種參數和過程值進入軟件平台（一般為工控組態軟件）的數據庫，再加上組態的流程畫麵和操作界麵，可以方便在上位計算機整定參數，對過程值進行記錄分析。

3）DDC控製係統

DDC控製係統一般有兩種形式，一種采用外部數據采集模塊的形式，其核心為帶RS485通訊的數據采集模塊和計算機算法軟件；另一種采用工控機和ISA或PCI插槽的數據采集板卡。外部數據采集模塊由於安裝方便，同時就地安裝時采用通訊方式向計算機送數據不存在信號衰減，因此本產品采用第一種方式的應用。用戶可根據自己學校的實際情況選用第二種方式的應用（例如研華A/D、D/A、采樣板卡）。

在控製台直接裝有數據采集模塊，同時利用工控軟件MCGS中強大的算法組態功能，便捷的組建一個帶人機界麵的DDC控製係統。在DDC係統中提供開放的算法軟件供實驗和算法編程參考，方便實驗教學和工程人才培養。

四、TW-CK09型過程控製實驗裝置配置清單

表1 TW-CK09型過程控製實驗對象（一套）

序號

名 稱

功 能

型號

材質

數量

1

標準實驗台桌

標準鋁合金實驗台桌上安放控製對象

TW-CK09

鋁合金

1套

2

標準框架及標準不鏽鋼安裝底板

標準框架安裝有機玻璃三容串接水箱、帶夾套不鏽鋼常壓鍋爐容器，方便安裝固定鋁合金支撐框架、檢測傳感執行裝置、管路等。

TW-CK09

鋁合金

1套

3

電加熱常壓鍋爐壓力容器

由不鏽鋼內膽加溫筒（帶220V 1.25KW進口不鏽鋼電加熱管）和封閉式帶保溫不鏽鋼夾套組成

TW-CK09

封閉式帶保溫不鏽鋼夾套（1.5mm304不鏽鋼）

不鏽鋼內膽加溫筒(1.5mm304不鏽鋼)

1

4

水箱

儲水箱（由1.5mm厚不鏽鋼鏡麵板製作）可移動

TW-CK09

不鏽鋼（2個通道）

1

有機玻璃上小水箱

TW-CK09

底板20mm進口有機玻璃板

側板8 mm進口有機玻璃板

有機玻璃水箱前麵直接刻有液位標尺；

1

有機玻璃中小水箱

TW-CK09

底板20mm進口有機玻璃板

側板8 mm進口有機玻璃板

有機玻璃水箱前麵直接刻有液位標尺；

1

有機玻璃下小水箱

TW-CK09

底板20mm進口有機玻璃板

側板8 mm進口有機玻璃板

有機玻璃水箱前麵直接刻有液位標尺

1

5

水泵

采用德國進口低噪不鏽鋼靜音泵（揚程15米）

功率0.37KW，揚程15米,最大流量0.80-0.85立方米每小時

2

6

溫度傳感器

Pt100熱電阻

Pt100

4個

7

溫度變送器

Pt100熱電阻標準信號轉換

Pt100

輸出4-20mA標準信號

4個

8

壓力液位傳感器

擴散矽壓力/液位變送器

4-20mA標準信號輸出，0.5級測量精度

3個

9

渦輪流量計及變送器

額定流量0.28-0.30T/h，測量精度±1.0％，4-20mA標準信號輸出；

2個

10

電動調節閥

額定流量為0.28-0.30立方米每小時， 4-20mA信號輸入；

1

11

電磁閥

使用壓力範圍為0-7㎏/㎝3，工作溫度為-5--80℃；

1

12

電加熱控製器

可控矽移相調壓裝置

1個

13

換熱器（純滯後盤管）

純滯後盤管盤長20m，上有三個測溫點，純滯後時間常數可變

溫度對象

1

表2：智能儀表控製實驗台硬件配置表

序號

硬件型號

型號

數量

1

實驗控製台

1

2

鋼製噴塑實驗屏桌

1

3

強電控製麵板

1

4

I/O信號接口控製麵板

1

5

RS232/485轉換器

通訊轉換器

1

6

變頻調速器

0.37KW

1

7

AI智能調節儀（自帶Rs485通訊接口）

AI818\AI708

3

8

開關電源

24V/3A

1

9

鍋爐防幹燒保護器

1

10

自鎖緊接頭插座及連接導線

1

表3  DDC上位控製係統硬件配置表

序號

硬件名稱

硬件型號

數量

1

8路A/D ICP-8017

數據采集模塊

1

2

4路D/A ICP-8024

數據采集模塊

1

3

RS232/485轉換器

通訊轉換器

1

表4：西門子S7200-PLC上位控製係統硬件配置表

序號

硬件名稱

硬件型號

數量

1

控製器

S7-200-CPUSR20

1

2

模擬量模塊

4AI/1A0

1

3

通訊適配器

以太網

1

表5：軟件清單

序號

名 稱

型號

數量

1

MCGS工控組態軟件網絡版

1套

2

西門子S7200PLC編程軟件

Step7

1套

3

TW-CK09智能儀表控製實驗軟件

1套

4

S7200PLC控製係統實驗軟件

1套

5

DDC控製係統實驗軟件

五、TW-CK09型過程控製係統實驗項目

1、液位控製係列實驗

三容液位對象特性測試

三容液位對象的單回路PID控製

三容液位對象的位式控製

上下水箱液位的串級控製與抗幹擾性測試

中下水箱液位的串級控製與抗幹擾性測試

上、中、下水箱的三閉環液位串級控製與抗幹擾性測試

上下水箱液位雙回路對象特性的獲取

上下水箱液位的雙回路控製

上下水箱液位的解耦控製

2、溫度控製係列實驗

鍋爐夾套溫度與內膽溫度雙回路對象特性的獲取

鍋爐夾套溫度與內膽溫度的雙回路控製

鍋爐夾套溫度與內膽溫度雙回路的解耦控製

純滯後盤管出口溫度的對象特性測試實驗

純滯後盤管出口溫度的單回路控製實驗

盤管出口溫度與鍋爐內膽溫度的串級控製

盤管出口溫度的單回路SMITH補償控製

盤管出口溫度與鍋爐內膽溫度的串級SMITH補償控製

盤管出口溫度的單回路內模控製

盤管出口溫度與鍋爐內膽溫度的串級內模控製

3、自主設計開發控製係統實驗

基於MCGS實時數據庫，並借助於MCGS腳本程序範例程序，師生可自主設計開發具有個人創造性的控製係統，例如神經元控製、專家控製、自適應控製等現代控製方法。

六、技術指標

工作電源：二相三線 220V±5% 50Hz

外形尺寸： 實驗台加控製對象

整機容量：<5KVA\控製信號：電壓1～5

七、安全保護體係

鍋爐加熱程控保護係統

1、鍋爐加熱內膽加由水位液位保護裝置，水位不達到一定的高度，控製係統不能控製可控矽調壓器工作。

2、電加熱管電源控製開關采用鑰匙開關，不實驗時，由教師保護放置鑰匙，避免無關人員誤操作。

電源保護措施

1、加有電流型漏電保護器。

2、兩相電源加有保險管，防止斷路。

電源啟停控製方式；

采用啟停按鈕控製接觸器來控製電源的啟停。

漏電保護裝置及安全性和安全承諾；

各種電源及各種儀表的可靠的保護功能

各種電源及各種儀表的強電采用開關控製，學生不自行接線，不存在強弱電混插的問題。

實驗強電接線插頭采用封閉式結構，防止觸電事故的發生。