A3000过程控制实验指导 第一章教学文稿

A3000过程控制实验指导第一章

第一章 A3000高级过程控制实验系统概述本章介绍A3000高级过程控制实验系统整个测试平台的构成。A3000包括物理硬件系统以及配置的软件系统。

第一节总体架构

A3000测试平台总体物理系统如图1.1所示，包括控制系统和现场系统，控制系统可有30多种，现场系统可具有现场总线。总体逻辑结构如图1.2所示。

图1.1 Au3000测试平台物理系统

图1.2 总体逻辑结构

A3000现场系统特性：

➢尺寸：1450（毫米宽度）X700（毫米深度）X1950（毫米高度），全不锈钢框架；➢电力：三相接地四线制380V 0%，单相三线制，220V 10%；

➢能耗：最大额定用电6kw/h。自来水120L，可重复使用；

A3000控制系统特性：

➢尺寸：800(宽度)X60（深度）X1950（高度）。标准工业机柜；

➢电力：单相三线制，220V 10%；

➢能耗：最大额定用电1kw/h；

第二节测试平台现场系统

物理受控系统包括了测试对象单元、供电系统、传感器、执行器（包括变频器及移相调压器），从而组成了一个只需接受外部标准控制信号的完整、独立的现场环境。下面使用示意图和流程图方式介绍现场系统的结构、原理、操作和维护。

系统必须可靠接地，以防止因动力设备静电积累而造成触电或设备损坏。

一现场系统结构示意图

现场系统结构示意图如图1.3所示。

图1.3 现场系统结构示意图

总体的测点清单如表1.1所示。

表1.1 整体流程测点清单

注：所列信号类型为原始信号，在控制柜中Pt100经过变送器转换成了4～20mA。一般两线制信号在IO面板上已经连接了24V和GND，可以按照四线制方式使用。执行机构一般2～10V控制，控制信号经过500欧姆采样电阻被转换成4-20毫安控制。

二工艺设备结构和操作

本节通过大量的示意图介绍各个工艺设备的结构和操作，其中包括各个水箱、锅炉、换热系统以及管路。如图1.4所示

图1.4 现场系统示意图

1)上水箱

上水箱位于框架右上方，模拟一个工业上常见的卧式圆罐。水平方向的截面积在各个高度不同，中间最大，两端最小，具有典型的非线性特性。上水箱透视图如图1.5所示。

2)中水箱

中水箱是一个结构复杂的容器。提供变容结构，以及水平多容结构。中水箱透视图如图1.6所示、中水箱顶视图如图1.7所示。

图1.6 中水箱透视图

图1.7 中水箱顶视图

变容的实现过程：

（1）将分隔闸板提得很高，例如2厘米以上，则中水箱左右两边容器合在一起，通过出水闸板控制出口流量。总截面积=中水箱左容器+中水箱右容器。

图1.8 下水箱透视图

图1.9 下水箱顶视图

（2）将出口闸板提得很高，例如2厘米以上，通过分隔闸板控制出口流量。总截面积=中水箱左容器。

水平多容实现过程：

分隔闸板作为左右两边容器的导通流量控制，出水闸板控制右边容器出口流量。

3)下水箱

下容器可以更换不同形状的出口闸板，从而改变系统特性，还可放入一个斜体，从而模拟倒锥形工业容器。下水箱透视图结构如图1.8所示，下水箱顶视图如图1.9所示。

4)常压锅炉

锅炉是一个常压电加热锅炉，大气压力，没有高温。如图1.10所示。

5)换热系统

该换热器采用工业高效板式换热器。换热器具有一个冷水入口，一个冷水出口，一个热水入口，一个热水出口（热水和冷水的位置可以互换，但是出口和入口不能互换）。如图1.11所示。

图1.11 换热系统示意图

6)管路系统

管路系统如图1.12所示。通过该图可以了解各个阀门的位置，以及管道上的各个过程设备。

图1.13 PT100温度传感器

图1.14 PT100温度变送器接线原理图

三过程和电气设备结构和操作

本节介绍仪器仪表以及执行器等产品的结构和操作方法。

1)温度检测设备

●温度传感器为PT100，采用三线制，如图1.13所示。

●温度变送器为两线制，24V直流供电。如图1.14所示。

2)压力和液位检测设备

♫参考手册：《扩散硅压力/液位变送器使用说明书》

可以采用扩散硅压力/液位变送器，也可以选择电容式或者应变电阻式。压力变送器如图1.15所示。

图

1.16 压力/液位变送器量程调节示意图

图1.17 涡轮流量计 图1.18 涡轮流量计接线图

压力/液位变送器包括一个表头，表头两侧都有盖子。打开盖子，一侧用于接线，另一侧可以调节零点或满量程，如图1.16所示。

3) 流量检测设备

现场系统一般包括一个涡轮流量计和一个电磁流量计。 A 、涡轮流量计

♫ 参考手册：《LWGY/LWGB/LWY 型涡轮流量计使用说明书》。

涡轮流量计管道里有一个叶轮随着流动液体转动，通过霍尔效应产生脉冲，然后进行F/I 转换为4~20mA 信号。涡轮流量计如图1.17所示，其接线如图1.18所示。

图1.19 涡轮流量计拆卸操作

图1.20 电磁流量计

涡轮流量计如果堵塞，则需要拆卸清洗，拆卸如图1.19所示。使用一个铁片拧下涡轮两边的外丝，取出涡轮进行清洗。注意安装时不能太紧。

B、电磁流量计

♫参考手册《中文电磁流量计转换器用户手册》、《中文电磁流量计传感器使用说明书》

电磁流量计利用法拉第电磁感应定律来测量流量。电磁流量计如图1-20所示。

注意：不要在没有水的情况下给电磁流量计加电。加电几分钟后才能获得准确数值。

电磁流量计接线图如图1.21所示。