【正文】 實驗一 過程控制系統(tǒng)的組成認識實驗 過程控制及檢測裝置硬件結(jié)構(gòu)組成認識，控制方案的組成及控制系統(tǒng)連接一、過程控制實驗裝置簡介過程控制是指自動控制系統(tǒng)中被控量為溫度、壓力、流量、液位等變量在工業(yè)生產(chǎn)過程中的自動化控制。本系統(tǒng)設(shè)計本著培養(yǎng)工程化、參數(shù)化、現(xiàn)代化、開放性、綜合性人才為出發(fā)點。實驗對象采用當今工業(yè)現(xiàn)場常用的對象，如水箱、鍋爐等。儀表采用具有人工智能算法及通訊接口的智能調(diào)節(jié)儀，上位機監(jiān)控軟件采用MCGS工控組態(tài)軟件。對象系統(tǒng)還留有擴展連接口，擴展信號接口便于控制系統(tǒng)二次開發(fā)，如PLC控制、DCS控制開發(fā)等。學(xué)生通過對該系統(tǒng)的了解和使用，進入企業(yè)后能很快地適應(yīng)環(huán)境并進入角色。同時該系統(tǒng)也為教師和研究生提供一個高水平的學(xué)習(xí)和研究開發(fā)的平臺。二、過程控制實驗裝置組成本實驗裝置由過程控制實驗對象、智能儀表控制臺及上位機PC三部分組成。被控對象由上、下二個有機玻璃水箱和不銹鋼儲水箱串接，（由不銹鋼鍋爐內(nèi)膽加溫筒和封閉外循環(huán)不銹鋼鍋爐夾套構(gòu)成），壓力容器組成。水箱：包括上、下水箱和儲水箱。上、下水箱采用透明長方體有機玻璃，堅實耐用，透明度高，有利于學(xué)生直接觀察液位的變化和記錄結(jié)果。水箱結(jié)構(gòu)新穎，內(nèi)有三個槽，分別是緩沖槽、工作槽、出水槽，還設(shè)有溢流口。二個水箱可以組成一階、二階單回路液位控制實驗和雙閉環(huán)液位定值控制等實驗。模擬鍋爐：鍋爐采用不銹鋼精致而成，由兩層組成：加熱層（內(nèi)膽）和冷卻層（夾套）。做溫度定值實驗時，可用冷卻循環(huán)水幫助散熱。加熱層和冷卻層都有溫度傳感器檢測其溫度，可做溫度串級控制、前饋－反饋控制、比值控制、解耦控制等實驗。壓力容器：采用不銹鋼做成，一大一小兩個連通的容器，可以組成一階、二階單回路壓力控制實驗和雙閉環(huán)串級定值控制等實驗。管道：整個系統(tǒng)管道采用不銹鋼管連接而成，徹底避免了管道生銹的可能性。為了提高實驗裝置的使用年限，儲水箱換水可用箱底的出水閥進行。檢測裝置（液位）差壓變送器：檢測上、下二個水箱的液位。其型號：FB0803BAEIR，測量范圍：0～，精度：。輸出信號：4～20mA DC。渦輪流量傳感器：測量電動調(diào)節(jié)閥支路的水流量。其型號：LWGY－6A，公稱壓力：，精度：％，輸出信號：4～20mA DC溫度傳感器：本裝置采用了兩個銅電阻溫度傳感器，分別測量鍋爐內(nèi)膽、鍋爐夾套的溫度。經(jīng)過溫度傳感器，可將溫度信號轉(zhuǎn)換為4～20mA DC電流信號。（氣體）擴散硅壓力變送器：用來檢測壓力容器內(nèi)氣體的壓力大小。其型號：DBYG4000A/ST2X1，測量范圍：～，精度：，輸出信號為4～20mA DC。執(zhí)行機構(gòu)電氣轉(zhuǎn)換器：型號為QZD1000，輸入信號為4～20mA DC，輸出信號：20～100Ka氣壓信號，輸出用來驅(qū)動氣動調(diào)節(jié)閥。氣動薄膜小流量調(diào)節(jié)閥：用來控制壓力回路流量的調(diào)節(jié)。型號為ZMAP－100，輸入信號為4～20mA DC或0～5V DC，反饋信號為4～20mA DC。氣源信號壓力：20~100Kpa，流通能力：。閥門控制精度：％～％，環(huán)境溫度：－4～＋200℃。SCR移相調(diào)壓模塊：采用可控硅移相觸發(fā)裝置，輸入控制信號0～5V DC或4～20mA DC或10K電位器，輸出電壓變化范圍：0～220V AC，用來控制電加熱管加熱。水泵：型號為UPA90，流量為30升／分，揚程為8米，功率為180W?？刂破鞅緦嶒炑b置配備有智能調(diào)節(jié)儀、計算機控制、PLC控制及計算機網(wǎng)絡(luò)控制。智能調(diào)節(jié)儀:本裝置選用PID自整定數(shù)字/光柱智能調(diào)節(jié)儀，型號為SWPS80。具備位式調(diào)節(jié)和人工智能調(diào)節(jié)功能，手動調(diào)節(jié)、手動自整定及位置比例輸出功能，多種報警模式及變送、通訊等功能。比值器：與智能儀表一起使用，可以實現(xiàn)流量的單閉環(huán)比值、液位與流量、溫度與流量雙閉環(huán)比值控制實驗。三、儀表控制臺（三部分組成）電源控制屏面板：我公司的實驗臺采取了如下保護措施：控制屏電源由交流接觸器通過起、停按鈕進行控制；進線電源首先經(jīng)過符合國家標準的電流型漏電保護器，漏電流小于30mA；高壓接線柱和高壓導(dǎo)線均采用特殊設(shè)計的結(jié)構(gòu)。除了人身安全保護，為了保護實驗的正常進行，電源、儀表、儀器、實驗中需要的各種元器件都采取了有效的保護措施。為解決實驗中高壓交流電源發(fā)生短路，我們采取了如下措施：在高壓交流電源的輸出端接入小型斷路器（即過流保護器），一旦發(fā)生過流或短路，小型斷路器立即動作，切斷主電源，避免燒毀調(diào)壓器。儀表面板：智能調(diào)節(jié)儀面板、比值器，裝置外線端子通過面板上插孔引出。I/O信號接口面板：該面板的主要作用是將各傳感器檢測及執(zhí)行器控制信號同面板上插口相連，在與被控對象相連，有利于學(xué)生進行各種控制實驗。四、系統(tǒng)特點系統(tǒng)采用分體式設(shè)計，模塊化組裝結(jié)構(gòu)?？刂茖ο笾邪嬲膲毫刂茖ο螅梢酝瓿蓧毫刂茖嶒??？刂茖ο蟛捎镁W(wǎng)絡(luò)版MCGS全中文工控組態(tài)軟件，可以容納多組學(xué)生實驗。系統(tǒng)具有多元化的控制參數(shù)和控制方案。該系統(tǒng)通過管路上的閥門切換和對信號接線板上的信號的連接組合來實現(xiàn)的。采用標準的工業(yè)自動化儀表和柔性化工藝設(shè)備，使得該裝置具有開放性、兼容性、和可升級性。采用雙容水箱系統(tǒng)，實現(xiàn)液位控制的多樣性。實驗對象部分采用不銹鋼結(jié)構(gòu)，工作過程可見，有利于教學(xué)和維護。系統(tǒng)開放性較好。對象系統(tǒng)留有擴展連接口，以便進行DCS控制。五、MCGS組態(tài)軟件特點MCGS（Monitor and Control Generated System，通用監(jiān)控系統(tǒng)）是一套用于快速構(gòu)造和生成計算機監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件，它能夠在基于Microsoft（各種32位Windows平臺上）運行，通過對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集處理，以動畫顯示、報警處理、流程控制、實時曲線、歷史曲線和報表輸出等多種方式向用戶提供解決實際工程問題的方案。六．思考題1．掌握實驗裝置的組成及系統(tǒng)過程回路的信號流向，畫出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，標明信號量。2．了解系統(tǒng)各組成部分的功能及工作原理，各器件的輸入輸出之間的關(guān)系。1）被控對象是指生產(chǎn)過程被控制的工藝或裝置2）傳感器和變送器