高级过程控制综合实验装置

高级过程控制综合实验装置

一、高级过程控制综合实验装置 - 综述

一、过程控制装置功能革新（涵盖：1.仪表控制 2.DDC控制 3.无线网络控制 4.Python编程控制）

1. 全面满足实验与培训需求：本装置旨在满足培训基地在热工仪表、高级过程自动控制原理、火电厂计算机控制、热工自动控制系统、DCS、PLC及现场总线等领域的实验与培训要求，提供一站式解决方案。

2. 被控对象接口优化：被控对象配备有接口控制箱，实现电源与信号的分离。控制箱内置电源装置、变频器、温度调节设备及基本保护装置，并提供与DCS的扩展接口，便于系统集成。

二、性能指标及要求升级

1. 输入电源稳定性：采用三相四线制或三相五线制380V±10％ 50Hz电源，确保设备稳定运行。

2. 工作环境适应性：适应温度范围-10℃至+40℃，相对湿度小于85％（25℃），海拔低于4000m的多样工作环境。

3. 装置容量与尺寸：装置容量小于5kVA，外形尺寸1660mm780mm1800mm，采用全不锈钢焊接结构，坚固耐用。

4. 控制实验台设计：控制实验台尺寸为1600mm700mm1600mm（误差≤±2%），确保实验操作的舒适性和准确性。

三、系统配置要求细化

1. 框架与安装架：主体框架采用镜面不锈钢方管焊接而成，对象模型安装架则使用不同规格的镜面不锈钢方管焊接，安装底板选用2.5mm厚的不锈钢工业板。

2. 控制系统实验平台：包含电源箱与信号接口箱，电源箱内置各类电源装置、变频器及二相移相调压装置等强电设备。

3. 面板与信号接口：面板采用铝材制作，采用凹字烂板工艺标识，所有信号遵循国际IEC标准。执行机构接口包括三相可控硅移相调压装置、电动调节阀等，确保实验操作的灵活性。

4. 水箱与锅炉：配备三只高透明度有机玻璃水箱，包括两个平行上水箱及下水箱、储水箱，便于观察液位变化。工业模拟锅炉采用不锈钢精制，具备三层结构，可进行温度实验。

5. 管道与阀门：系统管道采用敷塑不锈钢管连接，手动阀门采用优质球阀，确保流体传输的顺畅与安全。

6. 电动调节阀与传感器：电动调节阀采用新一代超小型电子式一体化直行程设计，适用于多种行业。液位变送器与温度传感器分别用于检测水箱与锅炉的液位及水温，确保实验数据的准确性。

7. 流量计与电磁阀：涡轮流量计用于测量流量，电磁阀作为连通阀，实现支路的接通与关断。水泵采用磁力驱动泵，确保流体传输的高效与稳定。

8. 电源与变频装置：二相移相调压装置与电加热管共同构成电源系统，变频器则采用多功能变频调速模块，满足实验需求。

9. 智能数字调节记录仪：集信号采集、运算、控制等功能于一体，支持多种信号输入与输出，便于实验数据的记录与分析。

10. 现场总线配置系统：包含SIEMENS等品牌的负载电源、CPU、数字量与模拟量输入输出模块等关键部件，以及PA液位变送器、温度变送器等传感器设备，确保现场总线的稳定运行。

四、实验项目拓展与优化

（一）常规实验项目：涵盖被控对象特性测试、位式控制系统、单回路控制系统、串级控制系统等经典实验内容。

（二）过程控制仿真与实时控制实验：提供液位单回路、比值控制、串级控制系统的Simulink控制软件建模界面与控制响应曲线，便于学生深入理解过程控制原理。

（三）无线网络控制实验：涵盖ZIGBEE通讯、组网实验及WiFi通讯实验等，通过触摸屏与手机APP显示与控制功能，展现无线网络控制的便捷性。

（四）三冲量实验内容：基于组态纯仿真控制与智能调节器控制，分别进行给水流量扰动下水位的动态特性及汽包水位三冲量控制实验，提供实物控制图与响应曲线。

（五）Python实验内容：提供基于Python的界面设计、串口通信、多线程串口通信、模拟量读取与控制等实验内容，涵盖从基础到高级的应用场景，并附上软件界面图，便于学生掌握Python在过程控制中的应用。