过程控制工程-试验装置介绍
过程装备与控制工程实验讲义1
过程装备与控制工程专业实验指导书中国矿业大学化工学院过控实验室2006年11月17日前言科学实验是科学技术得以发展的重要保证，是研究自然科学的手段。
对于过程控制系统课程来说，要在系统学习本学科基础理论知识的基础上加强动手能力、分析和解决问题能力的训练，实验课则是这些能力训练的重要环节。
一、实验目的1．进行实验基本技能的训练，可在下列几个方面培养学生的能力：(1)控制系统组建能力，学会按控制原理连接控制系统线路。
(2)读说明书使用仪器设备的能力，为今后使用新仪器新设备打下基础。
(3)分析处理实验数据的能力，找出不合理数据，培养独立完成高质量实验的能力。
(4)分析处理控制系统故障的能力(故障包括开路、短路、连线错误等)。
(5)写工程报告训练。
2．巩固、加深并扩大所学的理论知识，培养运用基本理论分析、处理和解决实际问题的能力。
3．培养实事求是、严谨认真、细致踏实的科学作风和良好的实验习惯。
二、对实验技能的要求经过做几个简单控制系统实验之后，要求学生在实验技能方面应达到下列要求：1．正确使用压力传感器、流量传感器、热电阻以及电动调节阀、变频器的设备；学会使用智能仪表、（DDC）远程控制模块及PLC等控制器。
2．按控制接线图连接系统，能初步分析出现故障的原因并排除之。
3．认真观察实验现象，正确地读取实验数据，对错误数据加以检查和判断，正确书写实验报告和分析实验结果，并能找出造成误差的原因。
4．正确地运用实验手段验证一些定理和结论。
此外，还要求具有根据实验任务选择仪器设备、拟定实验方案、设计实验电路图的能力。
三、实验课进行方式实验课分为课前预习、进行实验和课后写实验报告，各个阶段的要求如下：I．预习预习是做好实验的前提，学生在实验前必须做好充分的预习。
预习的要求是：(1)明确了解实验的目的、原理、任务及实验步骤。
(2)根据每个实验的具体要求完成有关的思考题和计算题。
(3)画出实验电路图，了解电路图的连接方法。
CS4000高级过程控制实验装置设备操作说明书
CS4000高级过程控制实验装置设备使用说明书目录一、概述面对经济全球化的大趋势，特别是我国加入WTO以后，企业面对的是国际竞争。
为了提升产品品质，降低生产成本，持续提高企业的竞争力，越来越多的企业应用最新科技的自动化技术，因而企业对相应技术人员的要求也越来越高。
作为自动化及相近专业的学生，只有拥有良好的理论知识、又具有很强的动手能力和较高的综合素质，才能在日益严峻的就业形势中得到用人单位的青睐。
CS4000型过程控制实验装置是中控科教根据自动化及相近专业的教学特点和学生培养目标，结合国内外最新科技动态而推出的集智能仪表技术，计算机技术，通讯技术，自动控制技术为一体的普及型多功能实验装置。
该装置本着工程化、人才培养综合化的设计原则和思想设计开发，既可以满足《自动控制原理》、《过程控制》、《控制仪表》、《自动检测技术与传感器》、《计算机控制》等自动化专业课程的实验教学，对温度、压力、流量、液位等过程参数应用多种控制方案进行控制，同时让学生熟悉主流的工业控制产品，并具备一定操作、选型、设计能力，为就业时迅速进入角色打下基础。
二、对象系统1、丰富的实验对象双管路流量系统系统包括两个独立的水路动力系统，一路由水泵、电动调节阀、电磁流量计组成（主管路），由电动调节阀调节流量，电磁流量计检测流量；另一路由变频器、水泵、涡轮流量计组成（副管路），由变频器调节流量，涡轮流量计检测流量。
可以完成多种方式下的流量控制实验：单回路流量控制实验流量比值控制实验四容水箱液位系统系统提供一组有机玻璃四容水箱，每个水箱装有液位变送器；通过阀门切换，任何两组动力的水流可以到达任何一个水箱。
因此系统可以完成多种方式下的液位、流量及其组合实验：单容、双容（一阶、二阶）液位对象特性测试实验单回路液位控制实验不同干扰方式下液位控制实验不同水箱液位串级控制实验前馈-反馈控制实验耦合控制实验副管路加热水箱-纯滞后水箱温度系统系统提供了一个加热水箱和一个温度纯滞后水箱，加热水箱及纯滞后水箱不同时间常数位置装有Pt100热电阻检测温度，由可控硅控制电加热管提供可调热源，系统可以完成多种温度实验。
过程装备控制实验装置的开发与应用研究
过程装备控制实验装置的开发与应用研究摘要：本文介绍了过程控制多功能实验装置的构成，对传感器与仪表和实验装置对象作了具体说明。
针对过程装备与控制工程专业实验教学与科研的需要，建设开发了两套过程装备控制实验装置。
该实验装置完全可模拟工业生产中过程装备的温度、压力、流量、液位等工艺参数的自动控制；并且该实验装置设计的被控对象可实现变化多样的组态实验流程，满足不同专业自动化控制科研与教学的需要。
关键词：实验装置控制器自动化控制组态流程近年来，自动化技术的应用越来越广泛，已经渗透到国民经济的各行各业，以它的研究开发和应用为标志，现代化工业生产拉开了序幕，因此，掌握自动化技术已经成为所有行业技术人员必备技巧。
为了满足社会发展的需要，教育部在九八年把大学里的“化工设备与机械”专业调整为“过程装备与控制工程”专业。
调整后的专业对学生要求提高，不仅要求学生牢固掌握有关过程装备知识，而且要熟练控制工程基础、控制系统设计、信号测试、计算机应用等知识。
由于本科专业培养目标发生了改变，课堂专业教学也随之开始调整。
各高校也开始了过程装备控制实验装置的配备和准备，该装置与与自动化课程配套。
本文探讨了过程装备控制实验装置的设计思想、实验装置的构建和应用。
1.实验装置的主要设计思想在筹建过程装备控制实验装置过程中，需要运用到许多专业设计思想，归纳起来主要分为以下几大类：1.1被控对象要能实现变化多样的组态实验流程，在对被控对象的特性进行测试时能组态成各种简单、复杂的控制系统。
1.2要有自动数据采集记录系统，便于对实验结果进行分析.1.3 被控对象中要有温度、压力、流量、液位、成分等典型过程工艺参数的自动控制。
1.4装置中必需要有相应的信号联锁保护装置。
1.5自动控制仪表应集中仪表盘面安装，便于操作人员操作。
1.6控制系统中的被控对象需要有较为典型的过程设备与过程流体机械，例如：换热器、塔设备、反应器、锅炉、泵、管道等。
1.7在满足科研和教学的前提下，尽可能降低装置的成本。
过程控制实训指导书
过程控制工程实训报告学号：班别：姓名：实验一上水箱特性测试实验一、实验目的：了解调节器的功能和操作方法，学会使用调节器。
通过实验，了解对象特性曲线的测量的思路和方法，掌握对象模型参数的求取方法。
二、实验设备：水泵Ⅰ、变频器、压力变送器、调节器、主回路调节阀、上水箱、上水箱液位变送器、调节器、电流表。
图1.1实验接线图三、实验步骤：1、认识实验系统，了解本实验系统中的各个对象。
了解本实验系统中各仪表的名称、基本原理以及功能，掌握其正确的接线与使用方法，以便于在实验中正确、熟练地操作仪表读取数据。
熟悉实验装置面板图，做到根据面板上仪表的图形、文字符号找到该仪表。
熟悉系统构成和管道的结构，认清电磁阀和手动阀的位置及其作用。
本实验采用调节器手动输出控制调节阀，计算机采集并记录数据。
图1.2 上水箱特性测试（调节器控制）系统框图图1.3 恒压供水（调节器控制）系统框图2、将上水箱特性测试（调节器控制）实验所用的设备，参照流程图和系统框图接线。
3、确认接线无误后，接通总电源、各仪表的电源，打开上水箱进水阀和下水箱排水阀。
4、设置调节器参数，使用手动输出功能。
（注意：更改调节器参数时，严禁用指甲按调节器面板，为防止损坏面板上的按钮，应用手指均匀用力）按调节器的增/减键改变输出值，使上水箱的液位处于某一平衡位置，记下此时手动输出值。
5、按调节器的增/减键增加调节器手动输出，给系统输入幅值适宜的阶跃信号(阶跃信号不要太大)，使系统的输出产生变化，在液位较高处达到新的平衡状态。
6、观察计算机采集的上水箱液位的阶跃响应和历史曲线。
7、调节器的手动输出回到原来的输出值，记录液位下降的曲线。
8、曲线的分析处理，对实验的记录曲线分别进行分析和处理，处理结果记录于表格1。
四、试验报告：根据试验结果编写实验报告，并计算出K、T、τ的平均值，写出系统的广义传递函数（等效成惯性环节，K为静态增益，T为时间常数，τ为延迟时间）。
实验二压力单闭环实验一、实验目的：通过实验掌握单回路控制系统的构成。
YLGK-01型过程控制综合实验装置
本装置比较系统地介绍了过程控制装置及其设计的基本概念及步骤。
主要内容包括: 过程自动控制的基本概念, 过程控制系统设计的基本步骤, 被控对象的动态特性的描述和建模以及各种动态特性的实验测定, 常规过程控制装置包括典型变送器、控制器和执行器的工作原理, 单回路控制系统及其参数的整定方法, 常用的以前馈、串级、比值、均匀、选择性控制系统为主的复杂控制系统原理, 计算机控制系统构成, 并介绍了现场总线系统、工业以太网以及智能无线仪表与网络以及软测量等新知识点, 还对自动控制系统的一些典型应用做了详细介绍。
本系统为适应本专科教学而精简开发、经济适用的过程控制实验装置，由实验对象系统、仪表控制屏组成。
一、技术指标1.工作电源：单相三线220V±5% 50Hz2.整机容量：<1KVA二、系统简要描述整套系统分为：上位控制层系统，实验对象层，检测传感、变送、执行设备，上位控制软件四部分。
系统特点:整套系统安放在可移动的试验台桌上，小巧且实验装置占地面积小。
(一)上位控制层系统：①智能仪表控制模块。
②RS485多功能数据采集模块。
(二)实验对象层系统：1.控制对象：由铝合金框架安装底板、不锈钢储水箱、有机玻璃双容串接水箱，不锈钢复合管路、仪表控制屏等组成。
(1)铝合金框架及安装底板：铝合金框架安装有机玻璃双容串接水箱、铝合金框架安装底板安装固定支撑框架、检测传感执行装置、管路等。
(2)不锈钢储水箱及水泵安装在铝合金上，作为一体。
水泵出水口带快插接头，用快接软管将水泵同控制对象管路系统相连便可实验。
(3)有机玻璃双容串接水箱：由进口有机玻璃制作，上水箱、下水箱、上下水箱双容串接安装，每个水箱带溢流管及下排水管及阀门，压力液位传感器接口。
(三)检测传感器：1.流量传感器：涡轮流量计，各两个。
2.液位传感器：扩散硅液位传感器二个，分别用于检测上下两个水箱的液位。
(四)上位过程控制系统1.上位控制操作/实验面板上位控制操作/仪表控制屏同实验对象装置一体制作安装。
HL-CGY01过程控制仪表工实训装置
HL-CGY01过程控制仪表工实训装置一、系统总体概述过程控制综合实验装置（Process Control System，简称PCS），是模仿现代工业生产过程中常见的物理量，诸如温度、压力、流量、液位等参数，对其进行测量、控制，分析过程参数变化特性，研究过程控制规律(如PID控制)的教学实验设备，过程控制综合实验装置选用智能化的工业用仪器仪表，接近工业实际，使用安全，运行稳定，维护简单，性价比优越。
过程控制仪表工实训装置集合多种控制方式，再现实际工业现场使用的控制手段，采用声光报警系统，并提供用户更友好的二次开发接口。
1、功能：(1)、可满足“自动调节原理”，“过程控制”，“控制仪表”，“自动检测技术与传感器”,“计算机”及相关课程的教学实验需求；(2)、可作为有关企业技术人员、仪表操作人员、系统运行监控人员的实习、培训实验设备。
二、产品结构与特点：1、外形结构：2、设备特点：（1）、分体式设计，模块化组装式结构，可以根据不同的需要选择、PLC控制，仪表控制, ,DDC计算机直接控制组成不同的控制系统。
含有常规水箱检测控制装置、锅炉加热装置。
设备可以实现多台电脑控制系统，进行远程网络控制。
（2）、二水箱配置；双路供水系统。
（3）、实验柜完全敞开设计，内部器件全部可视，有利直观教学和维护。
（4）、人性化设计，配有储水箱，进排水自控装置，减轻实验人员劳动强度。
为实验文明操作提供条件。
（5）、装置的仪表、部件均选用现代化技术工业级产品，智能化程度高。
精度好，规格多样。
有利直观教学和拓宽学生工业现场知识。
为以后走上社会打好结实基础。
（6）、安全度高，系统配有漏电保护，带保护套的专用实验电源连线，及温控箱防止无水加温自动控制等，力求保护人身、设备安全。
（7）、开放度好，在教师指导下，学生可观察、可自己动手参与操作、可自行编程进行验证、可根据记录的实时曲线进行理论分析等。
（8）锅炉加热程控保护系统：A、加热电路加有保险管进行过载保护，并具有防干烧保护功能；B、锅炉加热内胆加由水位液位保护装置，水位不达到一定的高度，控制系统不能控制可控硅调压器工作。
先进过程控制实验装置技术参数
精馏塔设备与过程控制综合实验装置技术参数
一、装置功能要求,实验装置均可实现下列实验：
常规控制实验
（1）进料流量的自动控制。
（2）冷却水量的自动控制。
（3）塔顶蒸汽回流温度的串级控制。
（4）塔底液位的区间控制。
（5）回流罐液位的均匀控制。
（5）塔顶产品出料量与回流量的比值控制。
（6）精馏段灵敏温度的串级控制。
（7）提馏段灵敏温度的单回路控制。
高级控制实验
（1）精馏塔机理模型的建立与实验验证，
（2）精馏塔对象特性的阶跃响应实验，
（3）精馏塔非线性特性的实验验证与分析，
（4）不同产品目标下的多回路控制实验与关联分析，
（5）精馏塔解耦控制实验，
（6）精馏塔非线性控制系统实验，
（7）精馏塔预测控制系统实验。
二、装置主要性能要求：
1）全部采用304不锈钢。
2）电源要求：220V AC，所有的温度、液位、压力和流量等检测仪表，及执行机构均集成在该系统上。
系统上有电气控制柜、安装有电源开关、计量泵和仪表电源开关、电压/电流指示仪表，系统具有可靠接地。
带滑轮及固定架，可自由移动和固定。
3）系统具有关联的温度测点不少于9个、压力测点不少于2个、液位测点不少于1个、流量测点不少于1个、具有温度和流量的执行机构，且上述的各部件组成一个多变先进控制对象系统。
4）可实现非线性控制。
5）先进控制实验装置采用PLC控制系统，系统安装在工业标准的控制柜中。
过程控制工程试验装置介绍
试验装置简介过程控制系统所采用旳试验装置一般可分为两类，一类为物理模型试验装置，一类为半实物仿真试验装置。
课程中多种试验都可以在这两类装置上实现。
一、物理模型试验装置这一类试验装置是由真实旳物理模型实现旳。
其长处是装置中有真实旳流体（清洁旳水）流动，采用真实旳测量装置和真实旳控制阀。
可给学生非常真实旳感官印象。
一般都采用清洁旳循环水作为工艺介质，因此工艺参数只有液位和流量。
有些试验装置尚有电加热设备，增长了温度参数。
这一类试验装置旳局限性是参数比较单一，有一定旳非线性。
具有加热功能旳装置，会随试验旳进行循环水温度会逐渐增高，这会导致温度控制不理想。
下面是使用比较旳几种物理模型试验装置1．普及型控制系统试验装置下面是一种比较经典旳普及型控制系统试验装置。
该装置由北京化工大学信息学院自动化系自行研制。
试验装置两部分构成：其一是包括测量变送器和控制阀在内旳工艺设备；其二是作为控制工具计算机。
装置上共测量四个参数：上水槽液位、下水槽液位、流量1和流量2。
变送器旳4~20mA信号接到信号调理板上，通过调理后旳电压信号通过专用电缆连接到插在计算内旳A/D+D/A板上。
系统用仪表旳电源、D/A 电源、计算机电源、水泵旳按钮开关、信号灯等设备都集成、组装在一种控制箱。
图F．41所示是自动化系统试验室旳物理模型试验装置。
图F．42所示为工艺设备原理图。
图中有三只水槽，槽1、槽2为被控对象，它们旳液位高度L1及L2分别通过两台差压变送器测出。
槽3为储槽，是为了构成水得循环而设置得。
储槽3中旳水通过水泵1或2抽出，通过孔板和控制阀后送入槽1或槽2(视手动阀1、2、3、4旳开闭而定)，两路水管中旳水流量大小分别通过各自旳差压变送器（与孔板配合）测出。
槽1中旳水通过线性化流出口流入槽2，槽2中旳水又通过其自身旳线性化流出口流回到储槽3中。
这样对水来说，一直处在循环状态。
图F．41 物理模型试验装置图本装置除比值试验外，一般状况下F l所在旳管道为主物料管道，F2管线则作为加干扰用。
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实验装置介绍
过程控制系统所采用的实验装置一般可分为两类，一类为物理模型实验装置，一类为半实物仿真实验装置。
课程中各种实验都可以在这两类装置上实现。
一、物理模型实验装置
这一类实验装置是由真实的物理模型实现的。
其优点是装置中有真实的流体（清洁的水）流动，采用真实的测量装置和真实的控制阀。
可给学生非常真实的感官印象。
一般都采用清洁的循环水作为工艺介质，所以工艺参数只有液位和流量。
有些实验装置还有电加热设备，增加了温度参数。
这一类实验装置的不足是参数比较单一，有一定的非线性。
具有加热功能的装置，会随实验的进行循环水温度会逐渐增高，这会造成温度控制不理想。
下面是使用比较的几种物理模型实验装置
1．普及型控制系统实验装置
下面是一种比较典型的普及型控制系统实验装置。
该装置由北京化工大学信息学院自动化系自行研制。
实验装置两部分组成：其一是包括测量变送器和控制阀在内的工艺设备；其二是作为控制工具计算机。
装置上共测量四个参数：上水槽液位、下水槽液位、流量1和流量2。
变送器的4~20mA信号接到信号调理板上，经过调理后的电压信号通过专用电缆连接到插在计算内的A/D+D/A板上。
系统用仪表的电源、D/A 电源、计算机电源、水泵的按钮开关、信号灯等设备都集成、组装在一个控制箱。
图F．41所示是自动化系统实验室的物理模型实验装置。
图F．42所示为工艺设备原理图。
图中有三只水槽，槽1、槽2为被控对象，它们的液位高度L1及L2分别通过两台差压变送器测出。
槽3为储槽，是为了构成水得循环而设置得。
储槽3中的水通过水泵1或2抽出，经过孔板和控制阀后送入槽1或槽2(视手动阀1、2、3、4的开闭而定)，两路水管中的水流量大小分别通过各自的差压变送器（与孔板配合）测出。
槽1中的水通过线性化流出口流入槽2，槽2中的水又通过其自身的线性化流出口流回到储槽3中。
这样对水来说，始终处于循环状态。
图F．41 物理模型实验装置图
本装置除比值实验外，一般情况下F l所在的管道为主物料管道，F2管线则作为加干扰用。
计算机为控制工具的实验装置，其工作平台为Windows2000，控制软件采用VB编制而成。
下面简要介绍其工作过程。
（1）进入实验过程
首先在桌面上双击该软件的图标进入到该软件的主画面。
该画面中共有六各项目，分别为登录注册、进入实验、系统简介、实验指导、历史数据查询和退出系统。
首先需要进行登录注册。
点击“登录注册”图标之后出现登录注册画面，该画面中所要登录的内容为班级、组号、实验名称和密码。
指定这些内容之后，计算机会自动生成一个数据库文件，文件名称为班级和组号的组合。
之后的实验数据将保存在这个数据库文件中。
需要注意的是：必需指定这些登录内容，否则不能进入实验；不得指定与本班级与组号相异的内容，否则可能会冲掉其他班级组号的实验数据。
登录成功之后出现初始化画面。
初始化结束之后回到主画面，在该画面上点击“进入实验”图标进入选择实验画面，在该画面上选择响应的实验内容。
图F．43物理模型实验装置主画面完成上面的步骤之后，CRT上显示出“控制实验主界面”，在画面上显示出控制流程图，该图与图F．43相似。
首先在“实验操作”下拉菜单中选择“系统组态”选项进行系统组态。
所选定的实验内容不同，所呈现的组态画面不同。
组态画面上所要做的主要工作是指定被控参数（L1、L2、F1、F2）、控制变量（F1、F2）、控制器生成与指定控制器参数及控制器操作状态。
指定这些内容之后，在“运行控制”下拉菜单中选择“运行”项，然后点按“确认”按钮。
系统组态结束之后，屏幕上出现数字记录器画面。
该记录器最多可记录6条曲线。
首先选择曲线数量，指定曲线所记录的内容，然后在“运行”下拉菜单中选择“运行”选项。
回到“控制实验主界面”上，点按启动水泵按钮，然后再点按右下方的启动按钮。
此时系统处在运行状态。
（2）退出实现系统
在“控制实验主界面”画面上，在“控制器选择”下拉菜单上选择相应的控制器，关闭该控制器。
如果系统有多个控制器则需要一一关闭。
然后在分别关闭“组态画面”、“控制实验主界面”，再在主画面上点击“退出系统”图标。
（3）拷贝出数据库文件，根据数据库文件中的数据整理实验报告。
2．高级过程控制实验装置。