TWCS-68A1 過程控制實驗裝置

一、概 述

　　　“TWCS-68A過程控制實驗裝置”是本企業(yè)根據(jù)自動化專業(yè)及其相關(guān)專業(yè)教學的特點，吸收了國內(nèi)外同類實驗裝置的特點和長處，經(jīng)過精心設(shè)計、多次實驗和反復論證，研發(fā)的一套全新的實驗裝置。它采用多種常用的控制方式和理論，除了常見的PID算法及其改進算法外，還增加了模糊控制、人工神經(jīng)元控制等國內(nèi)外先進的控制策略。此外，本裝置還嵌入了國際上流行的MATLAB（數(shù)學軟件）軟件平臺，使老師和學生能輕松方便地進行算法編制。

　　　本裝置可滿足《自動控制理論》、《過程控制》、《自動化儀表》以及《傳感器檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)》等課程的實驗教學，除了能滿足本、專科學生不同層次的實驗教學要求，還能為研究生、相關(guān)專業(yè)老師和工程技術(shù)人員進行復雜控制系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)等方面的研究，提供了實驗對象和實現(xiàn)的手段。

二、裝置特點

    本裝置的各種功能均綜合在一個實驗臺上，采用積木式結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、造型美觀大方、便于運輸及實驗室的多臺布局。

對象小型化、適應(yīng)性強、綜合性強，控制對象模型由不銹鋼和有機玻璃水箱組成，實驗水箱在屏右邊能清楚看見，管道流程直觀、清晰。

參數(shù)全面，涵蓋了液位、流量、壓力、溫度四大典型過程控制參數(shù)。

小型（小功率）執(zhí)行元件，它們是二個磁力驅(qū)動泵和一個電加熱器，使整體結(jié)構(gòu)更為緊湊和小型化。

系統(tǒng)控制方式多樣性

　　　主要有位式控制、連續(xù)控制、模擬PID控制、智能儀表控制、PLC控制、單片機控制、計算機控制、兩套磁力泵交流變頻調(diào)速控制和單相移相調(diào)壓控制等，并可組成不同的控制方式。

安全保護齊全

　　　設(shè)有電壓型漏電保護器和電流型漏電保護器各一組；強電連接線及插座均采用全封閉結(jié)構(gòu)，使用安全、可靠、防觸電；強、弱電連接及插座分開，不會混插，避免錯接線而損壞設(shè)備。

三、系統(tǒng)組成

　　　本裝置集多參數(shù)控制為一體，由過程控制對象、傳感器、變送器、調(diào)節(jié)器、執(zhí)行器、顯示器和計算機（用戶自配）等組成。

控制對象的模型由上、中、下三個水箱及一個儲水箱組成，上、中、下水箱由兩臺磁力泵供水。上、中兩個水箱各裝有一個擴散硅壓力變送器來檢測壓力和液位；下水箱是一個復合式水箱，其中內(nèi)筒不銹鋼水箱中裝有500W電加熱器和PT100溫度傳感器。主管道上裝有小型渦輪流量計（定做）、小型閥門和兩臺磁力驅(qū)動泵。水箱中的水位、壓力、水溫以及供水的流量都可以用于構(gòu)成控制系統(tǒng)的被控參量。兩臺磁力泵中的任一臺都可作為調(diào)節(jié)通道或干擾通道，模擬現(xiàn)場產(chǎn)生的干擾信號，以驗證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾性能。

實驗掛箱

　　　本裝置共提供九個實驗掛箱，分別是GK02傳感器輸出與顯示；GK03單片機控制；GK04模擬PID實驗掛箱（配兩個）；GK05位式、連續(xù)控制掛箱；GK-06面板流程圖；GK07交流變頻器（日本三菱）掛箱（配兩個）；GK08 PLC控制器（西門子S7－200）掛箱。

PC/PPI專用編程電纜線

RS232/485通訊轉(zhuǎn)換器

豪華型電腦桌

計算機（用戶自備）

上位機軟件

　　　PLC編程環(huán)境軟件為STEP 7-Micro/WIN32，它可以對S7-200的所有功能進行編程。上位機具有二種監(jiān)控軟件：

MCGS工控組態(tài)軟件(DEMO版)：利用PC/PPI電纜線組成PLC與MCGS工控組態(tài)軟件監(jiān)控系統(tǒng)，以及利用RS232/485轉(zhuǎn)換器組成智能調(diào)節(jié)儀與MCGS工控組態(tài)軟件監(jiān)控系統(tǒng)，可實現(xiàn)對被控對象過渡過程的數(shù)據(jù)采集和存儲，數(shù)據(jù)曲線的動態(tài)顯示和監(jiān)控。MCGS工控組態(tài)軟件還可以對控制對象的圖形任意組態(tài)，動態(tài)顯示，編制控制策略，輸出實時曲線、歷史曲線、實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)，打印工程報表，操作菜單設(shè)計等一系列強大的功能。

單片機數(shù)據(jù)采集與算法控制軟件：利用RS232通信接口，配合單片機控制與計算機算法控制軟件，實現(xiàn)各種數(shù)字式PID運算控制和各種先進的智能控制，并實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時采集作圖。而且可使用MATLAB數(shù)學軟件編制各種新型的、先進的控制算法。另外單片機還可作為獨立的控制器對系統(tǒng)進行控制。

四、技術(shù)指標

供電電源：單相三線220V±10%  50Hz

整機最大功耗：＜1kVA

整機尺寸：172cm×73cm×160cm

五、系統(tǒng)總貌圖

六、基本實驗項目

實驗裝置的基本操作與儀表調(diào)試

壓力變送器的零點遷移和性能測試實驗

單容自衡水箱的對象特性測試實驗

雙容自衡水箱的對象特性測試實驗

溫度位式控制實驗

溫度連續(xù)控制實驗（單片機控制、智能儀表控制、PLC控制和模擬PID控制，共有四種模式）

智能儀表控制實驗

單容水箱液位PID控制實驗（單片機控制、智能儀表控制、PLC控制和模擬PID控制，共有四種模式）

雙容水箱液位PID控制實驗（單片機控制、智能儀表控制、PLC控制和模擬PID控制，共有四種模式）

流量定值控制實驗（單片機控制、智能儀表控制、PLC控制和模擬PID控制，共有四種模式）

單容水箱壓力PID控制實驗（單片機控制、智能儀表控制、PLC控制和模擬PID控制，共有四種模式）

單回路控制系統(tǒng)的質(zhì)量研究

串級控制系統(tǒng)連接實驗

液位串級控制實驗

計算機控制系統(tǒng)

單片機控制系統(tǒng)

　　單容自衡水箱的對象特性測試實驗

雙容自衡水箱的對象特性測試實驗

單容液位控制實驗——利用PC/PPI通訊電纜、MCGS組態(tài)軟件（DEMO版）

雙容液位控制實驗——利用PC/PPI通訊電纜、MCGS組態(tài)軟件（DEMO版）

流量定值控制實驗——利用PC/PPI通訊電纜、MCGS組態(tài)軟件（DEMO版）

　　溫度位式控制實驗——利用PC/PPI通訊電纜、MCGS組態(tài)軟件（DEMO版）

　　溫度連續(xù)控制實驗——利用PC/PPI通訊電纜、MCGS組態(tài)軟件（DEMO版）

　　PLC上下水箱液位串級控制實驗——利用PC/PPI通訊電纜、MCGS組態(tài)軟件（DEMO版）

　　液位流量串級控制實驗——利用PC/PPI通訊電纜、MCGS組態(tài)軟件（DEMO版）

　　基于MATLAB的單回路PID控制實驗

　　基于MATLAB的串級PID控制實驗