过程控制与仪表实验使用指导说明.doc

目 录第一部分产品使用说明一、概述生产与生活的自动化是人类长久以来所梦寐以求的目标，在18世纪自动控制系统在蒸汽机运行中得到成功的应用以后，自动化技术时代开始了随着工业技术的更新，特别是半导体技术、微电子技术、计算机技术和网络技术的发展，自动化仪表已经进入了计算机控制装置时代在石油、化工、制药、热工、材料和轻工等行业领域中，以温度、流量、物位、压力和成分为主要被控变量的控制系统都称为“过程控制”过程控制不仅在传统工业改造中，起到了提高质量，节约原材料和能源，减少环境污染等十分重要的作用，而且在成为新建的规模大、结构复杂的工业生产过程中不可缺少的组成部分随着计算机控制装置在控制仪表基础上发展起来以后，自动化控制手段也越来越丰富其中有在工业领域有着广泛应用的智能数字仪表控制系统、智能仪表加计算机组态软件控制系统、计算机DDC控制系统、PLC控制系统、DCS分布式集散控制系统、有FCS现场总线控制系统等在现代化工业生产中，过程控制技术正为实现各种最优的技术经济指标、提高经济效益和劳动生产效率、改善劳动条件、保护生态环境等方面起越来越大的作用二、AE2000A型系统介绍AE2000A型过程控制实验装置是根据工业自动化及相关专业教学特点，吸取了国外同类实验装置的特点和长处，并与目前大型工业自动化现场紧密联系，采用了工业上广泛使用并处于领先的AI智能仪表加组态软件控制系统、DCS(分布式集散控制系统)，经过精心设计，多次实验和反复论证，推出的一套基于本科，着重于研究生教学、学科基地建设的实验设备。

该设备涵盖了《信号和信息处理》、《传感技术》、《工程检测》、《模式识别》、《控制理论》、《自动化技术》、《智能控制》、《过程控制》、《自动化仪表》、《计算机应用和控制》、《计算机控制系统》等课程的教学实验与研究整个系统美观实用，功能多样，使用方便，既能进行验证性、设计性实验，又能提供综合性实验，可以满足不同层次的教学和研究要求AE2000A型过程实验装置的检测信号、控制信号及被控信号均采用ICE标准，即电压1~5V，电流4~20mA实验系统供电要求：三相380V交流电，外型尺寸：1850×1450×900mm，重量：300Kg 一）、AE2000A型系统主要特点1．被调参数囊括了流量、压力、液位、温度四大热工参数2．执行器中既有电动调节阀（或气动调节阀）、三相SCR移相调压等仪表类执行机构，又有变频器等电力拖动类执行器3．调节系统除了有调节器的设定值阶跃扰动外，还有在对象中通过另一动力支路或电磁阀和手操作阀制造各种扰动4．一个被调参数可在不同动力源、不同的执行器、不同的工艺线路下可演变成多种调节回路，以利于讨论、比较各种调节方案的优劣5．某些检测信号、执行器在本对象中存在相互干扰，二者同时进行时要对原独立调节系统的被调参数进行重新整定，还可对复杂调节系统比较优劣。

6．各种控制算法和调节规律在开放的组态实验软件平台上都可以实现7．实验数据及图表在MCGS组态软件中永久存储可随时调用，以便实验者进行实验后的比较和分析该系统设计本着工程化、参数化、现代化、开放性、综合性人才的培养原则出发实验对象采用了很多工业现场常用检测控制装置，仪表采用具有人工智能算法及通讯接口的智能调节仪，上位机监控软件采用MCGS工控组态软件，基型产品控制系统既有上位监控机加智能仪表控制系统，又有上位监控机加远程数据采集计算机DDC控制系统扩展的信号接口用于控制系统二次开发对象系统预留有扩展连接口，进行DCS控制，计算机DDC控制，PLC控制开发扩展控制系统为DCS分布式集散控制系统，西门子S7300PLC加上位WINCC组态软件学生通过对该系统的了解和使用，进入企业后能够很快适应环境进入角色同时该系统也为教师和研究生提供一个高水平的学习和研究开发平台二）、AE2000A型实验对象组成结构过程控制实验对象系统包含有：不锈钢储水箱（长×宽×高：850×450×400mm）、串接圆筒有机玻璃上水箱（Ф350×370mm）、下水箱（Ф350×370mm）、三相4.5KW电加热锅炉由不锈钢锅炉内胆加温筒和封闭式外循环不锈钢冷却锅炉夹套组成）系统动力支路分两路组成：一路由增压循环水泵、电动调节阀、电磁阀、涡轮流量计、自锁紧不锈钢水管及手动切换阀组成；另一路由增压水泵、变频调速器、电磁流量计、自锁紧不锈钢水管及手动切换阀组成。

如图2-1所示：图2-1、系统结构图对象系统结构图中检测变送和执行元件包括：液位传感器、温度传感器、涡轮流量计、电磁流量计、压力表、电动调节阀、电磁阀等AE2000A实验对象检测及执行装置包括：检测装置：扩散硅压力液位传感器分别用来检测上水箱、下水箱液位；电磁流量、涡轮流量传感器分别用来检测变频器动力支路流量和增压泵动力支路水的流量；Pt100热电阻温度传感器分别用来检测锅炉内胆、锅炉夹套水温执行装置：三相可控硅移相调压装置用来调节三相电加热管工作电压电动调节阀调节管道出水量，变频器调节增压泵转速1、液位传感器工作原理：当被测介质（液体）的压力作用于传感器时，压力传感器将压力信号转换成电信号，经归一化差分放大和输出放大器放大，最后经V/A电压电流转换器转换成与被测介质（液体）的液位压力成线性对应关系的4~20mA标准电流输出信号接线如图所示：接线说明：传感器的端子位于中继箱内，电缆线从中继箱的引线口接入，直流电源24V+接中继箱内正（+），中继箱内负（—）接负载电阻，负载电阻接24V-，输出4~20mA电流信号，通过负载电阻转换成电压信号，两线制接法在负载电阻250/50Ω两端取信号电压，当负载电阻接250Ω时信号电压为1~5V，当负载电阻切换成50Ω时信号电压为0.2~1V。

零点和量程调整：零点和量程调整电位器位于另一侧的中继箱内校正时打开中继箱盖，即可进行调整，左边的（Z）调零电位器，右边的（R）调增益电位器2、温度传感器Pt100热电阻工作原理、接线说明：连接两端元件热电阻采用的是三线制接法采用三线制接法是为了减少测量误差在多数测量中，热电阻远离测量电桥，因此与热电阻相连接的导线长，当环境温度变化时，连接导线的电阻值将有明显的变化，为了消除连接导线阻值的变化而产生的测量误差，采用三线制接法即在两端元件的两端分别引出两条导线，这两条导线（材料相同、长度、粗细相等）又分别加在电桥相邻的两个桥臂上，如图所示3、流量计（涡轮流量计、电磁流量计）1）、涡轮流量计：输出信号：频率，测量范围：0~0.6m3/h接线如图所示：接线说明：传感器的12V供电电源由流量积算变送仪正下方的智能调节仪提供，电源已从智能调节仪表后面引出注：使用涡轮流量计时，必须把从左数到右的第三块仪表电源打开2)、电磁流量计：输出信号：4~20mA，测量范围：0~0.8 m3/h接线说明：电磁流量计输入端采用的是220V的交流电，输出的是4~20mA的电流信号输出信号线直接接控制台上的电磁流量计信号输出端。

4、压力表安装位置：增压泵之后，电动调节阀之前测量范围：0~0.25Mpa5、电动调节阀QSTP-16K智能电动单座调节阀主要技术参数：执行机构型式：智能型直行程执行机构输入信号：0~10mA/4~20mADC/0~5VDC/1~5VDC输入阻抗：250Ω/500Ω输出信号：4~20mADC输出最大负载：<500Ω断信号阀位置：可任意设置为保持/全开/全关/0~100%间的任意值电源：220V±10%/50Hz 6、电磁阀24V直流开关电源供电，电磁阀共两种状态：上电时电磁阀阀门开，掉电时电磁阀关7、三相可控硅移相调压通过4~20mA电流控制信号控制三相380V交流电源在0~380V之间根据控制电流的大小实现连续变化三）、AE2000A型实验对象控制台仪表控制台面板由三部分组成：（1）电源控制屏面板：充分考虑人身安全保护，带有漏电保护空气开关、电流型漏电保护器2）仪表及ADAM8000PLC模块面板：1块变频调速器面板、2块AI/818A智能调节仪面板、1块AI/708智能调节仪面板、1块ADAM8000PLC模块面板组成，各装置外接线端子通过面板上自锁紧插孔引出3）I/O信号接口面板：该面板的作用主要是将各传感器检测及执行器控制信号同面板上自锁紧插孔相连，再通过航空插头同对象系统连接，便于学生自行连线组成不同的控制系统，进行几十种过程控制实验。

1、电源控制屏如图所示，电源控制屏带有总电源漏电保护器，三相电源开关，单相电源开关，三相电源指示灯、三相电压指示表，三相电源保险丝座，照明开关，启动、停止按钮，三相电源输出，单相电源输出A、电源控制屏为实验提供：（1） 三相380V交流电源2） 单相220V交流电源B、电源控制屏的启动:（1） 关闭所有的电源开关2） 接好机壳的接地线，插好三相四芯电缆线插头，接通三相380V、50Hz的交流电3） 开启总电源三相漏电保护器开关，三只黄、绿、红三相电源接通指示灯亮表示三相电源已经接通开启总电源钥匙开关，红色按钮灯亮（即 “停止” 按钮的红色指示灯亮）4） 按下“启动”按钮，红色指示灯灭，绿色指示灯亮，同时可听到屏内交流接触器瞬间吸合声，电源输出到三个空气开关，此时屏上还是没有电压输出打开三相电源空气开关，三相电源输出（380V/10A）有电压输出，打开单相Ⅰ空气开关单相Ⅰ（220V/5A）有电压输出，打开单相Ⅱ空气开关单相Ⅱ（220V/5A）有电压输出，电源控制屏启动完毕5）、实验完毕，按下“停止”按钮，绿色指示灯灭，红色指示灯亮，然后关闭三相电源钥匙，红色指示灯灭，最后再检查一下各开关是否都恢复到“关”的位置。

6）、三相电源主电路中设有10A带灯熔断器2、I/O信号接口面板该面板的作用主要是将各传感器检测及执行器控制信号同面板上自锁紧插孔相连，再通过航空插头同对象系统连接，便于学生自行连线组成不同的控制系统，进行实验，如图所示可分为八大模块，从左往右依次是： 1）、DCS-FM151模拟量输出接口：共8路模拟量信号输出控制执行器2）、三相SCR移相调压装置：三相电加热管0~380V连续可调交流电压提供装置，可调电压由4~20mA控制输出3）、自/手动切换旋钮，当旋钮开关打在自动方式时，自动指示灯亮，手动作用被屏蔽,对象上电磁阀的开关动作由ADAM8000PLC的开关量输出模块控制当旋钮开关打在手动方式时，手动指示灯亮，自动作用被屏蔽4）、手动操作：控制各个电磁阀、增压泵、及电动调节阀的启停5）、电动调节阀：电动调节阀直接接220V交流电源，由电源开关控制电源的通断，控制信号4~20mA电流输入+端接调节器输出的（4~20mA）控制信号+端，控制信号4~20mA电流输入-端接调节器输出的（4~20mA）控制信号-端5）、温度变送器：温度变送器先把电阻信号转换成电流信号，再经过I/O面板上的50Ω或250Ω的电阻转换成0.2~1V或1~5V的标准电压信号。

6）、压力变送器：压力变送器输出的4~20mA电流信号经过I/O面板上的50Ω或250Ω的电阻转换成0.2~1V或1~5V的标准电压信号7）、流量变送器：流量变送器可分为涡轮流量计和电磁流量计涡轮流量计的输入电压是。