一、系統(tǒng)組成、功能及技術(shù)參數(shù)
THJDS-1型過程自動(dòng)化控制系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)由不銹鋼框架、水箱、鍋爐、盤管、板式換熱器、磁力驅(qū)動(dòng)泵、現(xiàn)場(chǎng)儀表、閥門及管路等組成?？梢越M成溫度、壓力、流量、液位等控制回路，實(shí)現(xiàn)四大熱工參量的測(cè)量與控制，可進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)儀表的安裝調(diào)校、對(duì)象特性測(cè)試、單回路控制、串級(jí)控制、前饋-反饋控制、比值控制、解耦控制等控制內(nèi)容。
水箱
包括上、中、下3個(gè)液位水箱和1個(gè)儲(chǔ)水箱。液位水箱采用淡藍(lán)色優(yōu)質(zhì)有機(jī)玻璃，不但堅(jiān)實(shí)耐用，而且透明度高，便于直接觀察液位的變化和記錄結(jié)果。上、中水箱尺寸均為：D=25cm，H=20cm；下水箱尺寸為：D=35cm，H=20cm。水箱結(jié)構(gòu)獨(dú)特，由三個(gè)槽組成，分別為緩沖槽、工作槽和出水槽，進(jìn)水時(shí)水管的水先流入緩沖槽，出水時(shí)工作槽的水經(jīng)過帶燕尾槽的隔板流入出水槽，這樣經(jīng)過緩沖和線性化的處理，工作槽的液位較為穩(wěn)定，便于觀察。水箱底部均接有擴(kuò)散硅壓力傳感器與變送器，可對(duì)水箱的壓力和液位進(jìn)行檢測(cè)和變送。同時(shí)，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)過程的對(duì)象特征，在上水箱和中水箱的出水口均增加了電動(dòng)球閥和流量計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)水箱出水流量的自動(dòng)控制。上、中、下水箱可以組合成一階、二階、三階單回路液位控制系統(tǒng)和雙閉環(huán)、三閉環(huán)液位串級(jí)控制系統(tǒng)。儲(chǔ)水箱由不銹鋼板制成，尺寸為：長(zhǎng)×寬×高=68cm×52cm×43cm，容量為152L，完全能滿足上、中、下水箱的實(shí)驗(yàn)供水需要。儲(chǔ)水箱內(nèi)部有兩個(gè)橢圓形塑料過濾網(wǎng)罩，以防雜物進(jìn)入水泵和管道。
鍋爐
有3kW三相電加熱管加熱的常壓鍋爐，包括加熱層（鍋爐內(nèi)膽）和冷卻層（鍋爐夾套），均由不銹鋼精制而成，主要完成相關(guān)的溫度實(shí)驗(yàn)。做溫度實(shí)驗(yàn)時(shí)，冷卻層的循環(huán)水可以使加熱層的熱量快速散發(fā)，使加熱層的溫度快速下降。冷卻層和加熱層都裝有溫度傳感器檢測(cè)其溫度，可完成溫度的定值控制、串級(jí)控制，前饋-反饋控制，解耦控制等實(shí)驗(yàn)。內(nèi)膽尺寸:直徑Φ=19cm，高度h=50cm，容積=14.2L；鍋爐夾套尺寸:直徑Φ=27cm，高度h=42cm，容積=9.8L。
盤管
模擬工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的管道輸送和滯后環(huán)節(jié)，長(zhǎng)37m（43圈），管徑15mm，在盤管上有三個(gè)不同的溫度檢測(cè)點(diǎn)，它們的滯后時(shí)間常數(shù)不同，在實(shí)驗(yàn)過程中可根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)需要選擇不同的溫度檢測(cè)點(diǎn)。盤管的出水通過手動(dòng)閥門的切換既可以流入鍋爐內(nèi)膽，也可以經(jīng)過渦輪流量計(jì)流回儲(chǔ)水箱。它可用來完成溫度的滯后和流量純滯后控制實(shí)驗(yàn)。
管道壓力變送器
采用擴(kuò)散硅壓力變送器對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)作用下產(chǎn)生的管道壓力進(jìn)行檢測(cè)，其量程為0～200kP，精度為0.5級(jí)。采用工業(yè)擴(kuò)散硅壓力變送器，帶不銹鋼隔離膜片，同時(shí)采用信號(hào)隔離技術(shù)，對(duì)傳感器溫度漂移跟隨補(bǔ)償。
液位變送器
四個(gè)液位變送器分別用來對(duì)上、中、下三個(gè)水箱的液位進(jìn)行檢測(cè)，上、中水箱水位檢測(cè)各采用工業(yè)用的擴(kuò)散硅壓力變送器1個(gè)，量程為0～5kP，精度為0.5級(jí)。帶不銹鋼隔離膜片，同時(shí)采用信號(hào)隔離技術(shù)，對(duì)傳感器溫度漂移跟隨補(bǔ)償。下水箱采用工業(yè)用的擴(kuò)散硅壓力變送器和SIEMENS帶PROFIBUS-PA通訊接口的壓力傳感器各1個(gè)。擴(kuò)散硅壓力變送器量程為0～5kP，精度為0.5級(jí)；SIEMENS帶PROFIBUS-PA通訊接口的壓力傳感器通過總線供電，不需要另外接工作電源。
溫度傳感器
裝置中采用了9只Pt100鉑電阻溫度傳感器和1只K分度熱電偶溫度傳感器，分別用來檢測(cè)鍋爐內(nèi)膽、鍋爐夾套、盤管（有3個(gè)測(cè)試點(diǎn)）、上水箱出口的水溫以及板式換熱器進(jìn)出水的溫度。Pt100測(cè)溫范圍：-200～+650℃。經(jīng)過溫度變送器，可將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成4～20mA直流電流信號(hào)。Pt100傳感器精度高，熱補(bǔ)償性較好，可用于做標(biāo)準(zhǔn)校驗(yàn)用熱電阻。K分度熱電偶溫度傳感器通過K分度溫度變送器變送輸出4～20mA直流電流信號(hào)，然后送入二次儀表進(jìn)行溫度的測(cè)量。
流量傳感器、變送器
采用1臺(tái)電磁流量計(jì)與4臺(tái)渦輪流量計(jì)。電磁流量計(jì)為標(biāo)準(zhǔn)的四線制接線，電源輸入AC220V，量程0～1.5m3/h，精度0.5級(jí)，輸出信號(hào)DC4～20mA電流輸出，流體溫度-40～+180℃，用來對(duì)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥支路流量進(jìn)行檢測(cè)。渦輪流量計(jì)的傳感器部分為渦輪結(jié)構(gòu)，是一種速度式檢測(cè)儀表，用于檢測(cè)水流量的大小，當(dāng)流量很小時(shí)其精度也不會(huì)降低。變送器為直流24V供電、4～20mA變送輸出、標(biāo)準(zhǔn)兩線制接線、精度1.0級(jí)，是高精度型傳感器、變送器一體式結(jié)構(gòu)的流量檢測(cè)裝置，用來對(duì)變頻泵支路流量、盤管出口流量及上、中液位水箱出口進(jìn)行檢測(cè)。
執(zhí)行器
兩條動(dòng)力支路分別采用兩種執(zhí)行裝置，一條支路采用電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，電源為單相220V，控制信號(hào)為4～20mADC或1～5VDC，輸出為4～20mADC的閥位信號(hào)。另一條支路采用日本三菱變頻器，其輸入電壓為單相AC220V，輸出為三相AC220V，控制信號(hào)為4～20mADC。
電動(dòng)調(diào)節(jié)球閥
設(shè)備中采用兩臺(tái)電動(dòng)調(diào)節(jié)球閥分別對(duì)上水箱、中水箱出水口的出水流量進(jìn)行控制，球閥采用三片式結(jié)構(gòu)，電源為單相220V，控制信號(hào)為DC4～20mA。
工業(yè)板式換熱器
本裝置采用不銹鋼工業(yè)板式換熱器，通過對(duì)冷水流量和熱水流量的控制，實(shí)現(xiàn)溫度的定值控制和串級(jí)控制等實(shí)訓(xùn)操作。
水泵
本裝置采用磁力驅(qū)動(dòng)泵，型號(hào)為16CQ-8P，流量為30升/分，揚(yáng)程為8米，功率為180W。泵體完全采用不銹鋼材料，以防止生銹，使用壽命長(zhǎng)。本裝置采用兩只磁力驅(qū)動(dòng)泵,一臺(tái)為三相380V恒壓驅(qū)動(dòng)，另一臺(tái)為三相變頻220V輸出驅(qū)動(dòng)。
電磁閥
電磁閥安裝在電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的旁路，起到階躍干擾的作用。電磁閥工作壓力：最小壓力為0kg/ cm2，最大壓力為10kg/cm2；工作溫度:－5～60℃。
電加熱管
由三根1kW電加熱管星形連接而成，用來對(duì)鍋爐內(nèi)膽內(nèi)的水進(jìn)行加溫，每根加熱管的電阻值約為50Ω左右。
管道及閥門
整個(gè)系統(tǒng)管道由敷塑不銹鋼管連接而成，所有的手動(dòng)閥門均采用優(yōu)質(zhì)球閥，徹底避免了管道系統(tǒng)生銹的可能性。有效提高了裝置的使用年限。其中儲(chǔ)水箱底部裝有出水閥，當(dāng)水箱需要更換水時(shí)，把出水閥打開將水直接排出。
二、系統(tǒng)主要特點(diǎn)
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被調(diào)參數(shù)囊括了流量、壓力、液位、溫度四大熱工參數(shù)
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執(zhí)行器中既有電動(dòng)調(diào)節(jié)閥儀表類執(zhí)行機(jī)構(gòu)，又有變頻器等電力拖動(dòng)類執(zhí)行器
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系統(tǒng)除了能改變調(diào)節(jié)器的設(shè)定值作階躍擾動(dòng)外，還可在對(duì)象中通過電磁閥和手操作閥制造各種擾動(dòng)
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一個(gè)被調(diào)參數(shù)可用不同的動(dòng)力源、不同的執(zhí)行器和不同的工藝線路下可演變成多種調(diào)節(jié)回路，以利于討論、比較各種調(diào)節(jié)方案的優(yōu)劣
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能進(jìn)行多變量控制系統(tǒng)及特定的過程控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)
三、“THJDS-1型 過程自動(dòng)化控制對(duì)象系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)”系統(tǒng)總貌圖(見圖3)
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圖3 THJDS-1型 過程自動(dòng)化
制對(duì)象系統(tǒng)總貌圖