过程控制实验装置｜220V单双容液位/温度/压力/流量PID实训台（智能仪表+PLC+DDC）

过程控制实验装置

过程控制实验装置是面向高校自动化、测控技术、机电一体化等专业的基础教学设备，配置基本的水箱、管路、智能调节器、直流无刷水泵（兼容电磁泵控制逻辑）等，利用扩散硅、应变式（拓展接口）等多种工业液位测量传感器，组成多种液位、温度、压力、流量检测与控制系统。该装置输入电源为二相三线AC220V，提供IEC标准信号及相关测试点，支持PLC、DDC、智能仪表接入编程，具备多重安全保护。通过本过程控制实验装置，学生可熟悉传感器的安装测试方法、应用特点、测量范围、安装条件，并掌握精度分析方法。

一、过程控制实验装置技术参数与系统概述

• 供电电源：二相三线AC220V±10％、50Hz，整机装机容量＜0.5kVA，节能安全；

• 工作环境：温度-10℃～+40℃、相对湿度＜85%（25℃）、海拔＜4000m，适应南北实验室；

• 外形尺寸：750mm×650mm×1500mm（偏差≤5%），结构紧凑，适合教室批量摆放；

• 信号标准：全系统采用IEC标准信号（4-20mA/0-5V等），预留PLC/DDC接线端子，方便编程实验；

• 安全保护：漏电保护、过载保险、隔离变压器、封闭式插头，学生仅接触安全电压信号端。

二、核心对象与传感变送器配置

本过程控制实验装置采用“双水箱+储水箱+加热箱”对象结构，传感器选型贴近工业现场。

1. 水箱与液位检测

• 透明有机玻璃水箱×2：圆形直径20cm，结构独特，由缓冲槽、工作槽、出水槽三槽组成；进水先入缓冲槽，出水经燕尾槽隔板流入出水槽，线性化处理使工作槽液位稳定，便于观察与单容/双容实验。

• 扩散硅压力（液位）变送器YC800×2：原装进口扩散硅隔离探头，0.5级精度，量程0-5kPa，二线制4-20mADC，不锈钢外壳，带温度漂移补偿与信号隔离，接液件为316/哈氏合金，NEPSI隔爆许可。

• 拓展接口：装置可提供的传感器包括应变式液位器等（标配扩散硅，预留接口可接入应变式进行对比实训）。

2. 储水与管路

• 储水箱×1：10mm厚亚克力有机玻璃，配不锈钢盖、过滤网（可拆洗），上/底部装不锈钢注/排水阀，防止杂物进入水泵；

• 不锈钢支架×1：30×30mm管焊接，尺寸500×500×700mm，敷塑不锈钢管连接，优质球阀防锈；

• 执行机构：小型增压直流无刷水泵×2（功率60W，量程780L/h，外接0-5V调速），模拟恒压/变频双路供水。

3. 流量与压力检测

• 涡轮流量计FMCLWGY-10×2：二线制24VDC，流量0.2～1.2m³/h，精度±0.5%，输出4-20mA，用于电动阀支路与变频支路流量测量；

• 压力变送器YC800×1：扩散硅隔离探头，量程0-100kPa，4-20mADC，用于管路压力或背压检测。

4. 温度与加热对象

• 温度传感器PT100+变送器×1：PT100精度高、热补偿好，配DC24V变送器输出4-20mA，工业常用；

• 加热温控实验箱×1：加热铝锭+加热电阻+Pt100+温度变送器，降温装置全不锈钢，配合管道球阀，完成温度特性与恒温PID。

三、控制系统：智能仪表、PLC与DDC计算机直接控制

过程控制实验装置支持三种控制模式切换，满足从基础到进阶的教学需求。

1. 智能调节仪（模糊PID）

• 人工智能调节算法，模糊PID及参数自整定；

• 全球通用85～246VAC开关电源；输入内置热电偶/热电阻非线性校正；

• 输出4-20mA电流，可直接驱动电动阀或调压模块。

2. PLC控制（S7-200 SMART）

• 配置：SR20 AC/DC/RLY（12入/8出继电器）+ EM AM06（4入/2出模拟量）；

• 编程软件：STEP 7 MicroWIN，完成逻辑控制、PID闭环、串级/比值算法。

3. DDC计算机直接控制

• AI模块：16位分辨率，±150mV～±20mA，6路差动/2路单端或8路差动，采样10KHz；

• AO模块：14位，0-20mA/4-20mA，4路需外配电源；

• 网络控制软件：工业以太网IEEE802.3，共享总线，工程师站可控制无限操作员站，支持远程监控与数据共享。

四、过程控制实验装置实验项目（覆盖特性/PID/串级/比值/前馈）

一）过程控制调节装置特性实验

1. 水箱单容特性实验

2. 温度特性实验

3. 电动阀流量特性实验

4. 压力特性实验

二）单回路控制系统实验

1. 单容液位控制实验

2. 流量控制实验

3. 温度控制实验

4. 压力控制实验

三）串级控制系统实验

1. 上水箱液位与电动阀支路流量串级控制实验

2. 上下水箱串级控制实验

四）比值控制系统实验

1. 单闭环比值流量控制实验

2. 随动流量比值控制实验

五）前馈反馈控制系统实验

1. 单容液位前馈反馈控制实验

通过上述实验，学生可全面掌握传感器安装、测试方法、测量范围、安装条件及精度分析，符合“自动调节原理”“过程控制”“传感器与检测技术”等课程要求。

五、教学优势与实验室落地建议

• 多重安全保护：漏电保护器、过载保险、封闭式实验电源连线、温控箱无水断电等，杜绝人身设备事故；

• IEC标准信号测试点：所有变送器、执行器均引出标准4-20mA/0-5V端子，方便PLC/DDC直接采集，学生不自行接强电；

• 模块化设计：对象与控制台分离，水箱、传感器、执行器可快速更换，适合课程设计与毕业设计；

• 场地要求：单套占地约0.5㎡，220V/16A插座即可，无需工业气源，适合普通教室改造为实验室。

六、采购FAQ

Q1：过程控制实验装置能接应变式液位器吗？

装置标配扩散硅液位变送器，但提供标准IEC信号接口与测试点，可方便接入应变式液位器等其他原理传感器，进行对比标定实验。

Q2：尺寸750×650×1500mm适合学生分组吗？

该尺寸为对象柜尺寸，结构紧凑，可2-3人一组操作；若需更大水箱，可定制三水箱或加大储水箱版本。

Q3：DDC网络控制需要额外软件吗？

标配DDC系统实验软件（如RemoDAQ Utility类），支持工业以太网，老师机可监控多台学生机，实现数据共享与远程控制。

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