CS4000高级过程控制实验装置

CS5000精馏塔过程控制实验装置CS5000型过程控制实验装置是中控科教根据自动化及相近专业的教学特点和学生培养目标，结合国内外最新科技动态而推出的集智能仪表技术，计算机技术，通讯技术，自动控制技术为一体的普及型多功能实验装置。该装置本着工程化、人才培养综合化的设计原则和思想设计开发，既可以满足《自动控制原理》、《过程控制》、《控制仪表》、《自动检测技术与传感器》、《计算机控制》等自动化专业课程的实验教学，对温度、压力、流量、液位等过程参数应用多种控制方案进行控制，同时让学生熟悉主流的工业控制产品，并具备一定操作、选型、设计能力，为就业时迅速进入角色打下基础。CS5000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1～5V电压信号，4～20mA电流信号。实验系统供电要求：单相220V交流电，对象1800×600×2100mm，重量：200Kg对于该实验装置，教师与研究生既可以选择预定的控制方案进行控制实验；也可以自主搭建或开发新型的控制方案进行完全开放的实验；结合该实验装置，博士或硕士研究生完全可应用现代控制理论与方法，完成具有实际意义的学位论文工作。该系统设计从工程化、参数化、现代化、开放性和培养综合性人才的原则出发，在实验对象中采用了工业现场常用的检测控制装置！控制采用工业上常用的DDC采集模块，上位机监控软件采用MCGS工控组态软件等。基型产品控制系统有上位监控机加远程数据采集计算机DDC控制系统。对象系统预留有扩展信号接口，用于控制系统二次开发，进行DCS控制，FCS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。学生们通过对该实验装置的了解和使用，进入企业后能够很快适应企业环境进入角色。同时该系统也为教师和研究生提供了一个高水平的学习和研究开发平台。图1精馏塔控制实验装置总体结构图2精馏塔控制实验装置实物图整个系统由实验装置、控制器和软件系统三部分组成，其中实验装置如图1所示，由机械设备、动力设备、检测仪表、执行机构、辅助系统组成，与外部联结仅包括220VAC供电、标准I/O模拟信号与其它I/O数字信号。实验装置1、机械设备精馏塔主体C101原料预热盘管式换热器E101塔顶盘管式冷凝器E102原料罐C103回流罐C102塔顶产品罐C105塔底罐C1042、动力设备电加热器（2.5KW）进料泵P101塔底残液出料泵P103塔顶产品计量泵P102塔顶回流计量泵P104。3、检测仪表Pt100热电阻温度传感器（用于检测各塔段温度、原料进塔温度、塔顶回流温度）塔底液位传感器/回流罐液位传感器冷却水涡轮流量计塔顶产品/塔顶回流计量泵进料转子流量计。4、执行机构单相可控硅调压装置：用于连续调节塔底加热功率或塔底温度塔顶回流/塔顶产品计量泵：用于控制塔顶回流量与塔顶产品出料量。比例阀：用于调节冷却水流量5、辅助系统包括电源控制和信号接口部分电气附件控制系统DDC数据采集模块上位监控系统软件系统工控组态软件DDC系统实验软件CS4000高级过程控制实验装置CS4000型过程控制实验装置是中控科教根据自动化及相近专业的教学特点和学生培养目标，结合国内外最新科技动态而推出的集智能仪表技术，计算机技术，通讯技术，自动控制技术为一体的普及型多功能实验装置。该装置本着工程化、人才培养综合化的设计原则和思想设计开发，既可以满足《自动控制原理》、《过程控制》、《控制仪表》、《自动检测技术与传感器》、《计算机控制》等自动化专业课程的实验教学，对温度、压力、流量、液位等过程参数应用多种控制方案进行控制，同时让学生熟悉主流的工业控制产品，并具备一定操作、选型、设计能力，为就业时迅速进入角色打下基础。整个系统由对象系统和控制系统两部分组成：CS4000过程控制实验装置对象系统实验对象主-副管路流量系统四容水箱液位系统加热水箱-纯滞后水箱温度系统检测机构扩散硅式压力液位传感器涡轮流量计电磁流量计Pt100热电阻温度传感器执行机构可控硅移相调压装置电动调节阀变频器辅助系统漏电保护器防干烧系统防高温系统控制系统智能数字仪表控制系统DDC计算机直接控制系统PLC可编程控制器控制系统图3CS4000高级过程控制实验装置图4CS4000高级过程控制实验装置实物图双管路流量系统系统包括两个独立的水路动力系统，一路由水泵、电动调节阀、电磁流量计组成（主管路），由电动调节阀调节流量，电磁流量计检测流量；另一路由变频器、水泵、涡轮流量计组成（副管路），由变频器调节流量，涡轮流量计检测流量。可以完成多种方式下的流量控制实验：单回路流量控制实验流量比值控制实验四容水箱液位系统系统提供一组有机玻璃四容水箱，每个水箱装有液位变送器；通过阀门切换，任何两组动力的水流可以到达任何一个水箱。因此系统可以完成多种方式下的液位、流量及其组合实验：单容、双容（一阶、二阶）液位对象特性测试实验单回路液位控制实验不同干扰方式下液位控制实验不同水箱液位串级控制实验前馈-反馈控制实验耦合控制实验加热水箱-纯滞后水箱温度系统系统提供了一个加热水箱和一个温度纯滞后水箱，加热水箱及纯滞后水箱不同时间常数位置装有Pt100热电阻检测温度，由可控硅控制电加热管提供可调热源，系统可以完成多种温度实验。温度对象特性测试实验（包括纯滞后特性）不同水流状态温度位式控制实验不同水流状态温度单回路PID控制实验不同时间常数纯滞后温度控制实验浙大中控DCS系统DCS从1975年问世以来，大约有三次比较大的变革，七十年代操作站的硬件、操作系统、监视软件都是专用的，由各DCS厂家自己开发的，也没有动态流程图，通讯网络基本上都是轮询方式的；八十年代就不一样了，通讯网络较多使用令牌方式；九十年代操作站出现了通用系统，九十年代末通讯网络有部份遵守TCP/IP协议，有的开始采用以太网。总的来看，变化主要体现在Ｉ／Ｏ板、操作站和通讯网络。控制器相对来讲变化要小一些。操作站主要表现在由专用机变化到通用机，如PC机和小型机的应用。但是目前它的操作系统一般采用UNIX，也有小系统采用NT，相比较来看UNIX的稳定性要好一些，NT则有死机现象。I/O板主要体现在现场总线的引入DCS系统。从理论上讲，一个DCS系统可以应用于各种行业，但是各行业有它的特殊性，所以DCS也就出现了不同的分支，有时也由于DCS厂家技术人员工艺知识的局限性而引起，如HONEYWELL公司对石化比较熟悉，其产品在石化行业应用较多，而ＢAILEY的产品则在电力行业应用比较普遍。用户在选择DCS的时候主要是要注意其技术人员是否对该生产工艺比较熟悉；然后要看该系统适用于多大规模，比如NT操作系统的就适应于较小规模的系统；最后是价格，不同的组合价格会有较大的差异，而国产的DCS系统价格比进口的DCS至少要低一半，算上备品备件则要低得更多。DCS由四部份组成：I/O板、控制器、操作站、通讯网络。I/O板和控制器国际上各DCS厂家的技术水平都相差不远，如果说有些差别的话是控制器内的算法有多有少，算法的组合有些不一样，I/O板的差别在于有的有智能，有些没有，但是控制器读取所有I/O数据