CS4000设备使用说明书

CS4000高级过程控制实验装置设备使用说明书—2—目录一、概述........................................................................................................................3二、对象系统................................................................................................................41、丰富的实验对象...............................................................................................4双管路流量系统..............................................................................................4四容水箱液位系统..........................................................................................5加热水箱-纯滞后水箱温度系统....................................................................52、精密的检测机构...............................................................................................6扩散硅式压力传感器......................................................................................6涡轮流量计......................................................................................................7电磁流量计......................................................................................................7Pt100热电阻温度传感器...............................................................................83、准确的执行机构...............................................................................................9可控硅移相调压装置......................................................................................9电动调节阀....................................................................................................10变频器............................................................................................................104、完善的辅助系统.............................................................................................11三、控制系统..............................................................................................................131、智能数字仪表控制系统.................................................................................132、DDC计算机直接控制系统...........................................................................133、PLC可编程控制器控制系统........................................................................14—3—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。整个系统由对象系统和控制系统两部分组成：CS4000过程控制实验装置对象系统实验对象主-副管路流量系统四容水箱液位系统加热水箱-纯滞后水箱温度系统检测机构扩散硅式压力液位传感器涡轮流量计电磁流量计Pt100热电阻温度传感器执行机构可控硅移相调压装置电动调节阀变频器辅助系统漏电保护器防干烧系统防高温系统控制系统智能数字仪表控制系统DDC计算机直接控制系统PLC可编程控制器控制系统—4—二、对象系统大储水箱电气控制柜液位控制水箱加热水箱纯滞后水箱液位控制水箱液位控制水箱液位控制水箱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副管路泵主管路泵大储水箱电磁流量计V1主管路副管路V2V9V8V3V4涡轮流量计电动调节阀—5—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三号左上液位控制水箱四号右上液位控制水箱一号左下液位控制水箱二号右下液位控制水箱主管路副管路V21V11V22V12V23V13V24V14V10V20V15V50五号加热水箱六号纯滞后水箱TT2TT3TT1LT1LT2LT3LT4调压模块V42V31V41V32V60通储水箱加热水箱-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。温度对象特性测试实验（包括纯滞后特性）不同水流状态温度位式控制实验不同水流状态温度单回路PID控制实验不同时间常数纯滞后温度控制实验—6—2、精密的检测机构扩散硅式压力传感器浙大中控SP0018型绝压变送器，其核心为扩散硅压力传感器，直流24V供电，测量精度0.25%。下图是这种根据压阻效应工作的半导体压力测量元件的结构示意图，在杯状单晶硅膜片的表面上，沿一定的晶轴方向扩散着一些长条形电阻。当硅膜片上下两侧出现压差时，膜片内部产生应力，使扩散电阻的阻值发生变化。需要说明，这里扩散电阻的变化，在机理上和普通的金属应变电阻不同，普通的金属电阻丝受力变形时，其电阻的变化是由几何尺寸变化引起的，由电阻丝的长度l和截面积S的变化引起的。而半导体扩散电阻在受到一定方向的应力作用时，材料内部晶格之间的距离发生变化，禁带宽度以及载流子之间的相互作用都发生变化，使载流子浓度和迁移率改变，导致半导体材料的电阻率ρ发生强烈变化，其灵敏度约比金属应变电阻高100倍左右。硅杯扩散式应变元件P1P2玻璃台座为了减小半导体电阻随温度变化引起的误差，在硅膜片上常扩散四个阻值相等的电阻，以便接成桥式输出电路获得温度补偿，如下图所示。平面式弹性膜片受压变形时，中心区与四周的应力方向是不同的。在膜片上用扩散法制造电阻时，将四个桥臂电阻中的两个置于受压区，这样如图接成推挽电路测量压力时，电阻温度漂移可以得到很好的补偿，而输出电压加倍。在使用几伏的电源电压时，桥路输出信号幅度可达几百毫伏。这样，后面只要用一个普通的运算放大器，便可将它转换为标准电信号输出了。—7—电源（）受拉（）受压（）受拉（）受压R1R4R2R3V0R1R4R2R30应力涡轮流量计LWGY10AP型涡轮流量计，直流24V供电，测量精度±1%。涡轮流量计中涡轮的轴装在导管的中心线上，流体轴向流过涡轮时，推动叶片，使涡轮转动，其转速近似正比于流量Q。涡轮流量计的输出，由于轴在管道里面不便直接引出，都采用非接触的电磁感应方式，如根据磁阻变化产生脉冲的输出方式。在不导磁的管壳外放着一个套由感应线圈的永久磁铁，因为涡轮叶片是导磁材料制成的，故涡轮旋转时，每片叶片经过磁铁下面时，都改变磁路的磁阻，使通过线圈的磁通量发生变化，感应输出电脉冲。这种脉冲信号很易远传，而且积算总量特别方便，只需配用电子脉冲计数器即可。电磁流量计浙大中控SF10TD-C一体式电磁流量计，内壁光滑、无阻流件，压力损失为零，测量精度±0.5%，其结果不受液体的压力、温度、密度、电导率等物理参数影响，工作可靠。电磁流量计以电磁感应定律为基础，在管道两侧安放磁铁，以流动的液体当作切割磁力线的导体，由产生的感应电动势测知管道内液体的流速和流量。—8—电极电极QE磁极磁极非磁性测量管电磁流量计的基本原理如上图所示。在一段不导磁的测量管两侧装上一对电磁铁，被测液体从管内流过，管壁上在与磁场垂直的方向上，有一对与液体接触的电极，根据电磁感应定律，若管道内磁感应强度为B[Gs]，管内流体的流速为v[cm/s]，切割磁力线的导体的长度就是两个电极间的距离，也就是管道内径D[cm]，则感应电动势e=B·D·v×10-8[V]由于体积流量Q[cm3/s]与流速v有如下关系：4DvQ2810QD4Be由此可见，流量正比于感应电动势e。电磁流量计的优点是管道中不设任何节流元件，因此可测各种粘度的液体，特别宜于测量含各种纤维及固体污物的液体。此外，对腐蚀性液体也很适用，因为测量管中除一对由不锈钢或金、铂等耐腐蚀材料制成的电极与流体直接接触外，没有其它零件和流体接触，工作非常可靠。电磁流量计的测量精度约1%，刻度线形，测量范围宽，反应速度快，且可测水平或垂直管道中来回两个方向的流量。Pt100热电阻温度传感器热电阻测温仪表是根据金属导体的电阻随温度变化的特性进行测温的，对确定的电阻，只要精确地测定其阻值的变化，便可知道温