西安石油大学电子工程学院：《自动化仪表与过程控制》课程教学资源（实验指导书）实验装置简介

可完成的主要实验项目 对象特性测试实验 *单容水箱液位数学模型的测试实验比值控制系统实验 *双容水箱液位数学模型的测试实验*单闭环流量比值制实验 *锅炉内胆水温特性测试实验 前馈-反馈控制系统实验(硬件上实现) 单回路控制系统实验 *锅炉内胆水温与流量前馈-反馈控制实验 *单容水箱液位定值控制实验 *水箱液位前馈-反馈控制实验 *双容水箱液位定值控制实验 解耦控制系统实验(硬件上实现) *液位扰动控制实验 *锅炉夹套与内胆水温解耦控制实验 *锅炉内胆水温定值控制实验 工控制组态软件组态控制实验 *锅炉夹套水温定值控制实验 *所有实验均包括数据库组态、图形动画、报 *单闭环流量定值控制实验 表、曲线、报警组态、设备通讯组态、算法组 温度位式控制系统实验 态等实验 *锅炉内胆水温位式控制实验 *纯滞后控制系统实验(硬件实现) *变频恒压供水实验 串级控制系统实验 *水箱液位串级控制实验 *研究生和教师开发实验(提供硬件 锅炉内胆水温与循环水流量串级控制实验软件条件自行设计) *水箱液位与进水口流量串级控制实验 RTGK-2型过程控制实验装置,采用了工业上广泛使用并处于领先的AI智能仪表加组态软件控制系 统、DCS(分布式集散控制系统),该设备涵盖了《传感技术》、《控制理论》、《自动化技术》、《智能控 制》、《过程控制》、《自动化仪表》、《计算机控制系统》等课程的教学实验与研究 本实训被调参数囊括了流量、压力、液位、温度四大热工参数,执行器中既有电动调节阀(或气动调节阀) 三相SCR移相调压等仪表类执行机构,又有变频器等电力拖动类执行器。调节系统除了有调节器的设定值 阶跃扰动外,还有在对象中通过另一动力支路或电磁阀和手操作阀制造各种扰动。各种控制算法和调节规 律在开放的组态实验软件平台上都可以实现。实验数据及图表可以永久存储,在MCGS组态软件中也可随时 调用,以便实验者在实验结束后进行比较和分析 过程控制实训装置操作使用说明 设备的连接与检查: 根据实验要求对设备进行连接,检查电源开关是否关闭 实验接线: 1、按照实验原理框图连接实验线路 2、正确设置调节器的各项参数。 三、启动实验装置 1、将实验装置电源插头接到380V的三相交流电源

可完成的主要实验项目 对象特性测试实验 * 单容水箱液位数学模型的测试实验 * 双容水箱液位数学模型的测试实验 * 锅炉内胆水温特性测试实验 单回路控制系统实验 * 单容水箱液位定值控制实验 * 双容水箱液位定值控制实验 * 液位扰动控制实验 * 锅炉内胆水温定值控制实验 * 锅炉夹套水温定值控制实验 * 单闭环流量定值控制实验 温度位式控制系统实验 * 锅炉内胆水温位式控制实验 串级控制系统实验 * 水箱液位串级控制实验 * 锅炉内胆水温与循环水流量串级控制实验 * 水箱液位与进水口流量串级控制实验 比值控制系统实验 * 单闭环流量比值制实验 前馈-反馈控制系统实验（硬件上实现） * 锅炉内胆水温与流量前馈-反馈控制实验 * 水箱液位前馈-反馈控制实验 解耦控制系统实验（硬件上实现） * 锅炉夹套与内胆水温解耦控制实验 工控制组态软件组态控制实验 * 所有实验均包括数据库组态、图形动画、报 表、曲线、报警组态、设备通讯组态、算法组 态等实验 * 纯滞后控制系统实验(硬件实现) * 变频恒压供水实验 * 研究生和教师开发实验(提供硬件、 软件条件自行设计) RTGK-2 型过程控制实验装置，采用了工业上广泛使用并处于领先的 AI 智能仪表加组态软件控制系 统、DCS(分布式集散控制系统)，该设备涵盖了《传感技术》、《控制理论》、《自动化技术》、《智能控 制》、《过程控制》、《自动化仪表》、《计算机控制系统》等课程的教学实验与研究。 本实训被调参数囊括了流量、压力、液位、温度四大热工参数，执行器中既有电动调节阀（或气动调节阀）、 三相 SCR 移相调压等仪表类执行机构，又有变频器等电力拖动类执行器。调节系统除了有调节器的设定值 阶跃扰动外，还有在对象中通过另一动力支路或电磁阀和手操作阀制造各种扰动。各种控制算法和调节规 律在开放的组态实验软件平台上都可以实现。实验数据及图表可以永久存储，在 MCGS 组态软件中也可随时 调用，以便实验者在实验结束后进行比较和分析。 过程控制实训装置操作使用说明 一、设备的连接与检查： 根据实验要求对设备进行连接，检查电源开关是否关闭。 二、实验接线： 1、按照实验原理框图连接实验线路。 2、正确设置调节器的各项参数。 三、启动实验装置： 1、将实验装置电源插头接到 380V 的三相交流电源

2、打开电源三相带漏电保护空气开关,电压表指示380V。 3、打开总电源钥匙开关,按下电源控制屏上的启动按钮,即可开启电源 4、开启单相空气开关 四、启动计算机MCGS组态软件,进入实验系统进行相应的实验 RTGK-2型过程控制实验装置结构说明 RTGK-2型过程控制实验装置分为过程控制实验对象和实验控制台及微机三部分组成。 、过程控制实验对象系统包含有:不锈钢储水箱、强制对流换热器系统、串接圆筒有机玻璃 上水箱、中水箱、下水箱、三相4.5KW电加热锅炉(由不锈钢锅炉内胆加温筒和封闭式外循环不锈钢冷却 锅炉夹套组成),纯滞后盘管实验装置。系统动力支路分为两路组成:一路由单相丹麦格兰富循环水泵、 电动调节阀、涡轮流量计、自锁紧不锈钢水管及手动切换阀组成:另一路由小流量水泵、变频调速器、小 流量电磁流量计、自锁紧不锈钢水管及手动切换阀组成 RTGK-2实验对象的检测装置包括:扩散硅压力液位传感器。分别用来检测上水箱、下水箱液 位和小流量水泵的管道压力:电磁流量计、涡轮流量计分别用来检测小流量泵动力支路流量和单相格兰富 水泵动力支路流量:Pt100热电阻温度传感器分别用来检测锅炉内胆、锅炉夹套和对流换热器冷水出口、 热水出口、纯滞后盘管出口水温。执行装置包括:三相可控硅移相调压装置用来调节三相电加热管的工作 电压:电动调节阀调节管道出水量:变频器调节小流量泵。 二、实验控制台由四部分组成:(1)电源控制屏面板(2)仪表、PLC及远程数据采集模块面 板(3)I/0信号接口面板(4)扩展模块I/0面板 三、RTGK-2型系统控制软件,可实现通过RS232/485转换装置同仪表控制台侧部的RS485串 行接口同所有的仪表及远程数据采集模块进行通讯。学生可对下位仪表各参数进行设定,修改PID控制参 数,并能观察被控参数的实时曲线、历史曲线,SV设定值、PⅤ测量值、OP输出值。各实验都设有动态流 程图,被测参数动态显示,动态棒图显示系统流程图。 RTGK-2型过程控制系统实验装置 本系统由过程控制实验对象、仪表控制屏、软件系统、个人电脑四部分组成。实验对象在RIGK-1的基础上 主要增加了电磁流量计、电磁阀、三相可控硅调压装置、强制对流换热器和纯滞后环节。实验台部分主 改进了电源控制屏,并增加了扩展I/0接口,可方便扩展各种控制功能,从而使整个系统功能更加完善, 实验内容更加丰富。 技术指标 工作电源:三相五线(三相四线)380V±5%50Hz 外形尺寸:1650×800×2100m 整机容量:<5KVA 控制信号:电压1~5V电流4~20mA 主要特点 *被调参数囊括了流量、压力、液位、温度四大热工参数。 *执行器中既有电动调节阀(或气动调节阀)、三相SCR移相调压等仪表类执行机构,又有变频器等电力 拖动类执行器

2、打开电源三相带漏电保护空气开关，电压表指示 380V。 3、打开总电源钥匙开关，按下电源控制屏上的启动按钮，即可开启电源。 4、开启单相空气开关。 四、启动计算机 MCGS 组态软件，进入实验系统进行相应的实验 RTGK-2 型过程控制实验装置结构说明 RTGK-2 型过程控制实验装置分为过程控制实验对象和实验控制台及微机三部分组成。 一、过程控制实验对象系统包含有：不锈钢储水箱、强制对流换热器系统、串接圆筒有机玻璃 上水箱、中水箱、下水箱、三相 4.5KW 电加热锅炉（由不锈钢锅炉内胆加温筒和封闭式外循环不锈钢冷却 锅炉夹套组成），纯滞后盘管实验装置。系统动力支路分为两路组成：一路由单相丹麦格兰富循环水泵、 电动调节阀、涡轮流量计、自锁紧不锈钢水管及手动切换阀组成；另一路由小流量水泵、变频调速器、小 流量电磁流量计、自锁紧不锈钢水管及手动切换阀组成。 RTGK-2 实验对象的检测装置包括：扩散硅压力液位传感器。分别用来检测上水箱、下水箱液 位和小流量水泵的管道压力；电磁流量计、涡轮流量计分别用来检测小流量泵动力支路流量和单相格兰富 水泵动力支路流量；Pt100 热电阻温度传感器分别用来检测锅炉内胆、锅炉夹套和对流换热器冷水出口、 热水出口、纯滞后盘管出口水温。执行装置包括：三相可控硅移相调压装置用来调节三相电加热管的工作 电压；电动调节阀调节管道出水量；变频器调节小流量泵。 二、实验控制台由四部分组成：（1）电源控制屏面板（2）仪表、PLC 及远程数据采集模块面 板（3）I/O 信号接口面板（4）扩展模块 I/O 面板。 三、RTGK-2 型系统控制软件，可实现通过 RS232/485 转换装置同仪表控制台侧部的 RS485 串 行接口同所有的仪表及远程数据采集模块进行通讯。学生可对下位仪表各参数进行设定，修改 PID 控制参 数，并能观察被控参数的实时曲线、历史曲线，SV 设定值、PV 测量值、OP 输出值。各实验都设有动态流 程图，被测参数动态显示，动态棒图显示系统流程图。 RTGK-2 型过程控制系统实验装置 本系统由过程控制实验对象、仪表控制屏、软件系统、个人电脑四部分组成。实验对象在 RTGK-1 的基础上 主要增加了电磁流量计、电磁阀、三相可控硅调压装置、强制对流换热器和纯滞后环节。实验台部分主要 改进了电源控制屏，并增加了扩展 I/O 接口，可方便扩展各种控制功能，从而使整个系统功能更加完善， 实验内容更加丰富。 技术指标 工作电源：三相五线（三相四线）380V±5% 50Hz 外形尺寸：1650×800×2100mm 整机容量： <5KVA 控制信号：电压 1～5V 电流 4～20mA 主要特点 * 被调参数囊括了流量、压力、液位、温度四大热工参数。 * 执行器中既有电动调节阀（或气动调节阀）、三相 SCR 移相调压等仪表类执行机构，又有变频器等电力 拖动类执行器

*调节系统除了有调节器的设定值阶跃扰动外,还有在对象中通过另一动力支路或电磁阀和手操作阀制造 各种扰动。 一个被调参数可在不同动力源、不同的执行器、不同的工艺线路下演变成多种调节回路,以利于讨论、比 较各种调节方案的优劣。 *某些检测信号、执行器在本对象中存在相互干扰,它们同时工作时需对原独立调节系统的被调参数进行 重新整定,还对复杂调节系统比较优劣 *各种控制算法和调节规律在开放的组态实验软件平台上都可以实现 *实验数据及图表可以永久存储,在MCGS组态软件中也可随时调用,以便实验者在实验结束后进行比较和 分析。 *可完成三阶系统液位控制实验,并能通过硬件实现比值、前馈-反馈及解耦控制实验。 控制系统组成 思8:8: *仪表控制系统 仪表控制系统的核心是带通信功能的各种仪表,仪表内集成了各种算法,根据现场情况整定仪表控制算法 的各种参数,达到控制效果。同时带通讯功能的仪表可与上位计算机进行通讯,仪表各种参数和过程值进 入软件平台(一般为工控组态软件)的数据库,再加上组态的流程画面和操作界面,可以方便的在上位计 算机整定参数,对过程值进行记录和分析。 ge9 DC控制系统 DDC控制系统一般有两种形式,一种采用外部数据采集模块的形式,其核心为带RS485通讯功能的数据采 集模块和计算机算法软件:另一种采用工控机和ISA或PCⅠ插槽的数据采集板卡。外部数据采集模块由于 安装方便,同时就地安装时采用通讯方式向计算机送数据不存在信号衰减,因此本实验装置采用第一种方 式的应用 S7-200PLC控制系统 随着科技的发展,PLC即使是 Micro plc,也可以胜任多种控制任务。本实验装置提供的PLC控制系统主机 选用西门子的S7200系列,主要展示小型( Micro)PLC在满足小规模的控制任务中的完美表现,为培养工 程化人才提供更多更强的实验平台

* 调节系统除了有调节器的设定值阶跃扰动外，还有在对象中通过另一动力支路或电磁阀和手操作阀制造 各种扰动。 一个被调参数可在不同动力源、不同的执行器、不同的工艺线路下演变成多种调节回路，以利于讨论、比 较各种调节方案的优劣。 * 某些检测信号、执行器在本对象中存在相互干扰，它们同时工作时需对原独立调节系统的被调参数进行 重新整定，还对复杂调节系统比较优劣。 * 各种控制算法和调节规律在开放的组态实验软件平台上都可以实现。 * 实验数据及图表可以永久存储，在 MCGS 组态软件中也可随时调用，以便实验者在实验结束后进行比较和 分析。 * 可完成三阶系统液位控制实验，并能通过硬件实现比值、前馈-反馈及解耦控制实验。 控制系统组成 *仪表控制系统 仪表控制系统的核心是带通信功能的各种仪表，仪表内集成了各种算法，根据现场情况整定仪表控制算法 的各种参数，达到控制效果。同时带通讯功能的仪表可与上位计算机进行通讯，仪表各种参数和过程值进 入软件平台（一般为工控组态软件）的数据库，再加上组态的流程画面和操作界面，可以方便的在上位计 算机整定参数，对过程值进行记录和分析。 DDC 控制系统 DDC 控制系统一般有两种形式，一种采用外部数据采集模块的形式，其核心为带 RS485 通讯功能的数据采 集模块和计算机算法软件；另一种采用工控机和 ISA 或 PCI 插槽的数据采集板卡。外部数据采集模块由于 安装方便，同时就地安装时采用通讯方式向计算机送数据不存在信号衰减，因此本实验装置采用第一种方 式的应用。 S7-200PLC 控制系统 随着科技的发展，PLC 即使是 Micro PLC，也可以胜任多种控制任务。本实验装置提供的 PLC 控制系统主机 选用西门子的 S7200 系列，主要展示小型（Micro）PLC 在满足小规模的控制任务中的完美表现，为培养工 程化人才提供更多更强的实验平台