SG-GC04 过程控制综合实验装置

本装置能完成《自动控制理论》、《过程控制》、《自动化仪表》、《集散控制》、《PLC可编程控制》、《单片机控制》、《计算机控制》等课程所开的实验项目。集多领域、多学科技术于一体，充分体现了实验装置的先进性、开放性和功能的多样化。

产品吸取国内外教学仪器的优点，并结合我国工业的现场而设计，具有外形美观大方，布局合理，使用方便，适用于多层次实验教学和开放性实验室的建设。

一、技术指标及要求

1.工作电源：三相四线（或三相五线）380V±10% 50Hz

2.外形尺寸：183cm×73cm×140cm

3.整机容量：＜5kVA

二、装置的配备

1. SA01电源控制屏(铁质双层亚光密纹喷塑结构，铝质面板)

(1) 交流电源面板

提供实验所需的三相四线～380V、三路单相～220V电源，总电源由三相钥匙开关控制，电网电压由三只交流电压表监示，三相带灯熔断器作为断相指示。设有漏电保护空气开关、电压型漏电保护器、电流型漏电保护器。另外，还设有定时器兼报警记录仪，为学生实验技能的考核提供一个统一的标准。

(2) 执行机构及I/O信号接口面板

执行机构有三相可控硅移相调压装置、电动调节阀、三相不锈钢磁力泵、电磁阀、三菱变频器及三相电加热管组成，另外电加热锅炉带有防干烧保护设备。并将各传感器检测及执行器控制信号同面板上的插座相连，便于学生自己连线组成不同的控制系统。

2. SA02实验桌

实验桌为铁质双层亚光密纹喷塑结构，桌面为防火、防水、耐磨高密度板，结构坚固，形状似长方体封闭式结构，造型美观大方；设有两个大抽屉、柜门，用于放置工具、存放挂件及资料等。桌面用于安装电源控制屏并提供一个宽敞舒适的工作台面。电脑桌联体设计，造型美观大方。

3. SA-11 交流变频控制

4. 控制种类

 智能仪表控制

 远程数据采集控制

 DCS分布式过程控制

 S7-300PLC过程控制

 S7-200PLC过程控制

 单片机控制

 以太网控制

 嵌入式以太网控制

 三菱PLC控制

 PCI采集卡控制

5. 系统实验教学软件：包括MCGS工控组态软件、组态王组态软件、和利时MACS V系统组态软件、

STEP7编程软件、WinCC组态软件及单片机数据采集与控制软件等，根据硬件配置进行配套。

三、实验项目

本装置能完成如下实验项目内容：

1. 过程控制系统结构组成的认识实验

(1) 过程控制及检测装置硬件结构组成的认识与控制方案的组成及连接实验

(2) 智能调节仪表、智能变送仪表等智能仪表的操作及参数设定实验

(3) 传感器的校正(零点迁移与量程调整)

2. 被控对象特性测试实验

(1) 单容水箱特性测试实验

(2) 双容水箱特性测试实验

3. 单回路控制系统实验

(1) 单回路控制系统的实践

(2) 上水箱（或中水箱或下水箱）液位定值控制实验

(3) 双容水箱液位的定值控制实验

(4) 三容水箱液位的定值控制实验

(5) 锅炉内胆静态水温的定值控制实验

(6) 锅炉内胆动态水温的定值控制实验

(7) 锅炉夹套水温的定值控制实验

(8) 电动阀支路流量的定值控制实验

(9) 变频调速磁力泵支路流量的定值控制实验

4. 温度位式控制系统实验

(1) 锅炉内胆水温位式控制实验

5. 串级控制系统的实验

(1) 串级控制系统的连接实践

(2) 水箱液位串级控制实验

(3) 三闭环液位控制实验

(4) 下水箱液位与电动调节阀流量的串级控制实验

(5) 下水箱液位与变频调速磁力泵支路流量的串级控制实验

(6) 锅炉内胆水温与锅炉内胆循环水流量的串级控制实验

(7) 盘管出水口水温与热水流量的串级控制实验

6. 比值控制系统实验

(1) 单闭环流量的比值控制实验

(2) 双闭环流量的比值控制实验

7. 滞后控制系统实验

(1) 盘管出水口温度的纯滞后控制实验

(2) 盘管出水口温度的滞后控制实验

(3) 流量纯滞后控制实验

8. 前馈-反馈控制系统实验

(1) 锅炉内胆水温的前馈-反馈控制实验

(2) 下水箱液位的前馈-反馈控制实验

9. 解耦控制系统实验

(1) 上水箱水温与液位的解耦控制实验

(2) 锅炉夹套水温与锅炉内胆水温的解耦控制实验

10. 工控组态软件组态控制实验

(1) 实时数据库组态实验

(2) 图形动画、报表、曲线、报警组态实验

(3) 设备通讯组态实验

(4) 脚本程序应用组态实验

四、智能仪表控制

1. SG-12 智能调节仪（三件）

系统采用智能型的AI-818仪表（3只），线性电流4～20mA电流输出，包含人工智能调节算法，模糊PID及参数自整定功能，可组成三闭环控制系统。

2. SG-13 智能位式调节仪

系统采用智能型的AI-708仪表，带有计算机RS485通讯功能，采用继电器位式输出、位式控制算法，挂箱内部装有接触器位式控制装置，仪表可根据设定值、回差来控制继电器的动作，完成温度位式控制。

3. SG-14 比值器、前馈反馈补偿器、解耦装置

采用硬件前馈反馈补偿器、比值器和解耦装置，完成前馈反馈、比值、解耦控制实验，其中通过比值器可完成流量单闭环与双闭环比值控制实验；通过前馈反馈补偿器可以完成液位与流量以及温度与流量的前馈反馈控制实验；通过解耦装置可完成液位与温度以及锅炉夹套与内胆的温度解耦实验。

五、远程数据采集控制

1. 远程数据采集控制系统硬件组件

(1) SG-21 远程数据采集热电阻输入模块

(2) SG-22 远程数据采集模拟量输出模块

(3) SG-23 远程数据采集模拟量输入模块

(4) RS232/485通讯转换器

2. 远程数据采集控制系统软件组成

上位PC机中安装MCGS工控组态软件及模块测试软件，实验控制通过MCGS工控组态软件编写上位机控制软件的运行算法，并可进行通讯参数的修改及设定控制算法的参数，被控参数的实时曲线、历史曲线进行动态显示，此外，还能对实验流程图和本实验相关的被控参数的动态变化进行显示。

3. 系统特点

该上位机控制系统实际上属于计算机DDC控制系统，它是将模拟量输入AI模块和模拟量输出AO模块，开关量输入/输出DI/DO模块置于计算机之外，计算机通过RS232/485通讯转换装置同DDC模块（自带RS485通讯接口）通讯。

DDC采集模块的作用是将传感器检测到的被控参数标准信号通过AD转换送入计算机，计算机同时也将通过控制运算发出的控制信号通过DA转换发给执行机构（如：调节阀、变频器、可控硅移相调压装置）。整个控制系统的控制算法及监控功能都在上位PC机中实现。

六、DCS分布式过程控制

1. DCS系统硬件组件

(1) SG-31 FM148 8路模拟量输入（电流型〈4～20mA〉/电压型〈0～5V/1～5V〉）现场总线I/O模块

(2) SG-32 FM143 8路热电阻（Pt100）输入现场总线I/O模块

(3) SG-33 FM151 8路模拟量输出（电流型〈4～20mA〉/电压型〈0～5V/1～5V〉）现场总线I/O模块

(4) SG-34 MACS控制系统网络示意图

2. DCS配套系统硬件单元

(1) MCU主控单元（带PROFIBUS-DP总线通讯接口卡）

(2) 24V直流电源模块

(3) 以太网卡（Realtek8139 100M自适应以太网卡1张）

(4) 数据交换机（8端口10/100M双速交换机1只）

3. DCS系统软件提供MACS V组态软件，具体分为：

(1) 数据库总控组态软件

(2) 设备组态软件

(3) 算法组态软件

(4) 图形组态软件

(5) 操作员站在线监控软件

(6) 服务器软件

4. 系统特点

DCS过程控制系统硬件部分完全采用“和利时”的MACS V系统，它能直观清晰的将集散控制系统I/O模块、现场控制站等展现给学生，让学生对DCS现场控制站的组成有一个充分的认识。软件部分完全采用“和利时”的算法组态控制软件和操作员站上位机监控软件，该软件功能强大，中文界面简单易学，学生可在操作员站和工程师站上进行DCS组态控制实验。实验对象采用了很多工业现场常用的检测控制装置。学生通过对该系统的了解和使用，一旦进入企业后就能够很快适应工作环境。同时该系统也为教师和研究生提供了一个高水