一、概述
CRG-GCK09高級過程控制綜合實驗裝置能同時滿足學校所開設的《傳感器檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)》、《過程控制》、《自動化儀表》、《自動控制理論》、《計算機控制》、《DCS分布式控制》等課程實驗的教學要求，通過上位機實現(xiàn)DCS分布式控制系統(tǒng)，能完成“自動控制理論"、“過程控制"、“自動化儀表"、“集散控制"、“計算機控制"等實驗項目。集多領(lǐng)域、多學科技術(shù)于一體，體現(xiàn)實驗裝置的*性、開放性和功能的多樣化；該實驗裝置是基于工業(yè)過程物理模擬對象，集自動化儀表技術(shù)，計算機技術(shù)，通訊技術(shù),自動控制技術(shù)，過程控制、DCS控制、現(xiàn)場總線為一體的多功能實驗裝置。系統(tǒng)包括流量、壓力、溫度、液位等熱工參數(shù)，可實現(xiàn)系統(tǒng)參數(shù)辨識、單回路控制、串級控制、前饋控制、比值控制等多種控制形式。
二、CRG-GCK09高級過程控制綜合實驗裝置技術(shù)指標
1、工作電源：三相五線 380V±10% 50Hz
2、整機容量：＜5kVA
3、外形尺寸（組合后）：對象：1600mm×800mm×2200mm
  控制柜：800mm×600mm×1800mm
4、被調(diào)參數(shù)囊括流量、壓力、液位、溫度四大熱工參數(shù)
5、執(zhí)行器包含電動調(diào)節(jié)閥儀表類執(zhí)行機構(gòu)、變頻器等電力拖動類執(zhí)行器
6、系統(tǒng)除了能改變調(diào)節(jié)器的設定值作階躍擾動外，還可在對象中通過電磁閥和手操作閥制造各種擾動
7、一個被調(diào)參數(shù)可用不同的動力源、不同的執(zhí)行器和不同的工藝線路下可演變成多種調(diào)節(jié)回路，以利于討論、比較各種調(diào)節(jié)方案的優(yōu)劣
8、能進行多變量控制系統(tǒng)及特定的過程控制系統(tǒng)實驗
9、控制器選用優(yōu)穩(wěn)DCS集散控制系統(tǒng)
三、基本配置
（一）整套系統(tǒng)分為：上位控制層系統(tǒng)，實驗對象層，檢測傳感、變送、執(zhí)行設備，上位控制軟件四部分。系統(tǒng)特點:整套系統(tǒng)安放在可移動的試驗臺桌上，小巧且試驗裝置占地面積小。該過程控制教學實驗裝置包含對象系統(tǒng)（尺寸（約）：長*寬*高=1.6m*0.8m*2.2m）。對象控制系統(tǒng)框架鋼板厚度不小于2mm，玻璃門厚度不小于5mm。要求將控制對象上的各部件如水箱、電動調(diào)節(jié)閥、流量計、液位傳感器及管道等按照實驗的流程的要求，布置在一個1.6*0.8*2.2米高的立面上。在設備的三側(cè)面均要求安裝茶色透明玻璃門，頂部安裝LED燈具照明，將整個實驗裝置封閉在內(nèi)部，所有的部件均可以讓實驗者看到，既美觀大方又防止灰塵進入內(nèi)部裝置，管道的布置合理且與實驗原理圖的在走向和相對位置上保持一致，使學生可以輕松理解實驗的目的和過程。
1、上位控制層系統(tǒng)：（1）智能儀表控制模塊；（2）PLC控制系統(tǒng)；（3）DDC控制系統(tǒng)；（4）DCS分布式控制系統(tǒng)。
2、實驗對象層系統(tǒng)：
控制對象：由不銹鋼框架安裝、外置不銹鋼儲水箱、有機玻璃三容串接水箱、帶夾套不銹鋼常壓鍋爐容器、鋁塑復合管路、不銹鋼等組成。
3、標準不銹鋼材料安裝框架：標準PVC鋁塑管安裝有機玻璃三容串接水箱、帶夾套不銹鋼常壓鍋爐容器。安裝底板鋪設間隔鋁合金可安裝檢測傳感執(zhí)行裝置、管路等。
4、控制柜：控制系統(tǒng)均安裝在控制柜里;
5、有機玻璃雙容串接水箱：
有機玻璃雙容串接水箱：由進口有機玻璃制作，上水箱、下水箱串接安裝，每個水箱帶溢流管及下排水管及閥門，壓力液位傳感器接口
6、帶夾套的不銹鋼常壓加熱鍋爐容器：內(nèi)膽Φ100×500（通動態(tài)被加熱水），帶單相1.5KW電加熱管，夾套Φ150×400，內(nèi)膽安裝Pt100溫度傳感器；
7、系統(tǒng)動力：功率可調(diào)的不銹鋼循環(huán)水泵:可組成不銹鋼泵＋電動調(diào)節(jié)閥＋渦輪流量計的動力流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)，也可組成不銹鋼泵＋變頻器＋渦輪流量計的動力流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)。單相可控硅移相調(diào)壓裝置、單相電加熱管組成鍋爐加熱動力系統(tǒng)。
檢測傳感器、執(zhí)行機構(gòu)：
流量傳感器：渦輪流量計＋流量變送儀。
液位傳感器：擴散硅液位傳感器三個，分別用于檢測上中下三個水箱的液位。
溫度傳感器：Pt100熱電阻傳感器6個，Pt100熱電阻溫度變送器6個。用于檢測鍋爐、夾套、純滯后裝置多點測溫。
變頻調(diào)速器：變頻調(diào)速器一個。用于調(diào)節(jié)變頻動力支路的供水壓力及流量。
動調(diào)節(jié)閥：全不銹鋼電動調(diào)節(jié)閥一個。用于調(diào)節(jié)電動調(diào)節(jié)閥動力支路的供水壓力及流量。
8、采用控制對象與電氣部分分開的結(jié)構(gòu)，過程控制對象與各控制系統(tǒng)之間接口全部做成端子排，讓學生做實驗時將所需控制器與對象進行自行連接。
（二）CRG-GCK09系列上位過程控制系統(tǒng)
1、CRG-GCK09上位控制操作/實驗面板
CRG-GCK09上位控制操作/實驗臺同實驗對象裝置一體制作安裝。上位上位控制操作/實驗臺安裝在鋁合金實驗臺桌上方。
2、CRG-GCK09上位控制操作/實驗面板
上位控制操作/實驗面板：鋼制噴塑結(jié)構(gòu)。
強電控制面板：三相四線～380V、單相～220V電源，總電源由三相四線空氣開關(guān)控制，電網(wǎng)電壓由指針式交流電壓表監(jiān)示。設有漏電保護空氣開關(guān)，安全性符合國際標準?？申P(guān)閉接入網(wǎng)關(guān)的設備電源；可啟動接入網(wǎng)關(guān)的所有設備電源；可關(guān)閉接入網(wǎng)關(guān)的所有設備電源；可按用戶的設定時間工作；可以在線查詢控制節(jié)點的工作狀態(tài)；具有記錄查詢，可查看啟動、關(guān)閉時間功能；設備使用數(shù)據(jù)
可導出；具有可監(jiān)測設備的報警狀態(tài)等功能。
設備終端：
（1)寬輸入電壓：85～264VAC/100～400VDC；3000VAC 高安全隔離；工業(yè)級別設計；符合IEC60950、UL60950 和 EN60950 標準。
（2)采用微控制器設計實現(xiàn)。
（3）模擬交流電壓信號輸入三相電壓輸入2組（如：1）電網(wǎng)電壓，設備輸出電壓或者2）200V輸出電壓，調(diào)壓器電壓），輸入范圍0～500V，頻率45/60Hz。
（4）模擬交流電流信號輸入電流輸入3通道2組（如：1）設備輸出電流或者2）200V輸出電流），輸入范圍0～10A，頻率45/60Hz。
（5)具有過壓硬件檢測報警功能，2組通道過壓值可上位機獨立設置。
(6)具有過流硬件檢測報警功能，2組通道過流值可上位機獨立設置。
(7)繼電器輸出2通道，每通道具有常開常閉通道1組，切換電流8A，開關(guān)使用次數(shù)達40000個行程以上。
(8)具有磁隔離RS485通信接口1個，支持Modbus-RTU主機模式用于監(jiān)測設備儀表參數(shù)。
(9)具有漏電壓監(jiān)測功能，可檢測實驗設備漏電并切斷電源產(chǎn)生報警信號，投標時提供實物圖片及原理說明。要求具有三相可控硅移相調(diào)壓裝置：通過標準4～20mA電流信號控制。

3、直流數(shù)字電壓表
電壓：0-500V（500mV-5V-50V-500V-鎖定），滿量程不低于5萬字，有手動、自動量程，工業(yè)級柜裝，采用專用插接短接連接，方便維修，精度：不低于0.2 級，帶 4-20mA 電流輸出口，繼電器報警輸出口，支持工業(yè)標準通信網(wǎng)絡接口及協(xié)議。
4、直流數(shù)字電流表
電流：0-2A（2mA-20mA-200mA-2A-鎖定），有手動、自動量程，工業(yè)級柜裝，采用專用插接短接連接，方便維修，精度：不低于0.2 級，帶 4-20mA 電流輸出口，繼電器報警輸出口，支持工業(yè)標準通信網(wǎng)絡接口及協(xié)議。
5、控制器面板：變頻控制器面板、智能儀表控制面板。
6、信號接口面板：控制對象中的儀表信號和電氣信號轉(zhuǎn)移到信號接線板上，提供AI、AO、DO等傳感器檢測及執(zhí)行器控制信號接口，便于學生自己連線組成不同的控制系統(tǒng)。實驗者通過安全型接插式導線將實驗板與信號板之間進行不同的配線，以完成過程控制各類實驗。
四、CRG-GCK09上位過程控制系統(tǒng)基型配置
（一）優(yōu)穩(wěn)DCS控制系統(tǒng)（控制系統(tǒng)一）
 

控制系統(tǒng)特點：
1、采用全系統(tǒng)冗余設計，控制、網(wǎng)絡、電源、I/O、操作全部實現(xiàn)冗余功能。其中控制模件、電源模件、I/O模件采用硬表決冗余技術(shù)，有高的安全性和可靠性能以及零切換時間。系統(tǒng)網(wǎng)絡、控制網(wǎng)絡都是雙網(wǎng)同時運行。系統(tǒng)網(wǎng)絡采用無服務器對等網(wǎng)結(jié)構(gòu)，操作站、工程師站可以互為備用，根據(jù)不同的登錄用戶，自動匹配相應的操作界面。I/O模件有靈活的冗余配置方案。
2、系統(tǒng)采用的軟件技術(shù)，操作畫面可以容易的通過WEB服務器發(fā)布，任何智能設備（PC、手機等）通過內(nèi)部網(wǎng)絡，并且經(jīng)過合法就可以訪問查看DCS操作頁面。
（二）S7-1500 PLC控制系統(tǒng)（控制系統(tǒng)二）
系統(tǒng)配有西門子1511CPU，6ES71511CK01，緊湊型CPU、處理器模組，6ES7511-1CK00-0AB0可編程控制器、主機模塊。CPU 1511C-1 PN：集成16點數(shù)字量輸入，可在控制器上直接記錄來自設備的24 V DC 信號；集成16點數(shù)字量輸出、可以切換24V DC 電壓，從而將內(nèi)部信號從控制器傳送到設備；CPU 1511C-1 PN具有5點模擬量輸入，2路模擬量輸出，可以記錄壓力或溫度等模擬過程信號；帶DP及以太網(wǎng)接口，配套相關(guān)軟件，DP網(wǎng)絡：滿足DP通信標準，配置4路以上數(shù)字量輸入輸出模塊及模擬量輸入輸出模塊，配全相關(guān)輔助模塊，完成多種實驗教學。
（三）智能儀表控制系統(tǒng)（AI智能調(diào)節(jié)儀）（控制系統(tǒng)三）
儀表控制系統(tǒng)核心為帶通信功能的各種儀表，儀表內(nèi)集成了各種算法，根據(jù)現(xiàn)場情況整定儀表控制算法的各種參數(shù)，達到控制效果。同時帶通訊功能的儀表與上位計算機的軟件平臺通訊。儀表各種參數(shù)和過程值進入軟件平臺（一般為工控組態(tài)軟件）的數(shù)據(jù)庫，再加上組態(tài)的流程畫面和操作界面，可以方便在上位計算機整定參數(shù)，對過程值進行記錄分析。
本系統(tǒng)實驗裝置采用上海萬訊儀表有限公司的AI系列智能調(diào)節(jié)儀（自帶RS485通訊接口），其主要特點有：
● AI系列儀表操作方便、通俗易學，且不同功能檔次相互兼容。
● 具有國際上同類儀表的幾乎所有功能，通用性強、技術(shù)成熟可靠。
● 通用的85～246VAC范圍開關(guān)電源或者24VDC電源供電，并具備多種外形尺寸。
● 輸入采用數(shù)字校正系統(tǒng)，內(nèi)置常用熱電偶和熱電阻非線性校正表格，測量精確穩(wěn)定。
● 采用*的AI人工智能調(diào)節(jié)算法，無超調(diào)，具備自整定（AT）功能。
● 采用*的模塊化結(jié)構(gòu)，提供豐富的輸出規(guī)格，能滿足各種應用場合的需要。
● 通過ISO9002質(zhì)量認證，品質(zhì)可靠。具備符合要求的抗干擾性能。
本裝置共3臺調(diào)節(jié)器。其中2臺型號是AI-818、1臺型號是AI-708。
1、技術(shù)規(guī)格
熱電偶：K、S、R、E、J、T、B、N
熱電阻：Cu50、Pt100
線性電壓：0－5V、1－5V、0－1V、0－100mV、0－20mV等
線性電流（需外接分流電阻）：0－10mA、0－20mA、4－20mA等
2、測量范圍
K（-50＋1300℃）、s（-50－1700℃）、R（-50－＋1650℃）、T（-200－＋550℃）
E（0－800℃）、J（0－1000℃）、B（0－1800℃）、N（0－1300℃）
Cu50（-50－＋150℃）、Pt100（-200－＋600℃）
3、測量精度
0.2級（熱電阻、線性電壓、線性電流及熱電偶輸入且采用銅電阻補償或冰點補償冷端時）
0.2%FS±2.0℃（熱電偶輸入且采用儀表內(nèi)部元件測溫補償冷端時）
反饋輸入：4～20mA(控制輸出為線性電流)0～5V(控制輸出為on/off開關(guān)型)
4、響應時間
≤0.5秒（設置數(shù)字濾波參數(shù)dL=0時）
注：儀表對B分度號熱電偶在0—600℃范圍時可以進行測量，但測量精度無法達到0.2級，在600-1800℃范圍可保證0.2級測量精度。
位式調(diào)節(jié)方式（回差可調(diào)）
5、AI人工智能調(diào)節(jié)，包含模糊邏輯PID調(diào)節(jié)及參數(shù)自整定功能的*控制算法。
6、輸出規(guī)格（模塊化）
繼電器觸點開關(guān)輸出（常開+常閉）：250VAC/1A或30VDC/1A
可控硅無觸點開關(guān)輸出（常開或常閉）：100-240VAC/0.2A（持續(xù)），2A（20mS瞬時，重復周期大于5S）
SSR電壓輸出：12VDC/30mA（用于驅(qū)動SSR固態(tài)繼電器）
可控硅觸發(fā)輸出：可觸發(fā)5-500A的雙向可控硅、2個單向可控硅反并聯(lián)連接或可控硅功率模塊
線性電流輸出：0-10 mA可4-20 mA可定義（安裝X模塊時輸出電壓≥10.5V；X4模塊輸出電壓≥7V）
7、報警功能
上限、下限、正偏差、負偏差等4種方式，最多可輸出3路，有上電免除報警選擇功能。
8、手動功能
自動/手動雙向無擾動切換（僅A1-808/808P系列具備此功能）
9、電源：100-240VAC，-15%，+10%50-60HZ；電源消耗：≤5W
參數(shù)設定操作：旋轉(zhuǎn)鍵（按兩秒后進入?yún)?shù)設置）；←（數(shù)據(jù)位移、兼手動/自動切換及程序設置）；↑（數(shù)據(jù)增加鍵、兼程序停止操作）；↓（數(shù)據(jù)減少鍵、兼程序運行、暫停操作）。
10、提供2個數(shù)字顯示窗，直觀顯示測量數(shù)據(jù)及設置數(shù)據(jù)等。
11、數(shù)據(jù)采集模塊：8路A/D ICP-8017；4路D/A ICP-7024；RS232/485轉(zhuǎn)換器
（四）DDC控制系統(tǒng)（控制系統(tǒng)四）
DDC控制系統(tǒng)一般有兩種形式，一種采用外部數(shù)據(jù)采集模塊的形式，其核心為帶RS485通訊的數(shù)據(jù)采集模塊和計算機算法軟件；另一種采用工控機和ISA或PCI插槽的數(shù)據(jù)采集板卡。外部數(shù)據(jù)采集模塊由于安裝方便，同時就地安裝時采用通訊方式向計算機送數(shù)據(jù)不存在信號衰減，因此本產(chǎn)品采一種方式的應用，數(shù)據(jù)采集為8路A/D，4路D/A。用戶可根據(jù)自己學校的實際情況選用第二種方式的應用（例如研華A/D、D/A、采樣板卡）；
在控制臺直接裝有數(shù)據(jù)采集模塊，同時利用工控軟件中強大的算法組態(tài)功能，便捷的組建一個帶人機界面的DDC控制系統(tǒng)。在DDC系統(tǒng)中提供開放的算法軟件供實驗和算法編程參考，方便實驗教學和工程人才培養(yǎng)；提供RS485接口、基礎級源程序、組態(tài)。
（五）供電變頻器
采用西門子V20 變頻器，輸出功率 0.37KW。集成 RS485 通信接口，自帶操作面板；無需調(diào)試軟件，通過簡單參數(shù)設定即可實現(xiàn)預定功能。內(nèi)置常見的連接宏與應用宏，簡化操作。具有線性 V/F 控制、平方 V/F，可編程多點設定v/f 控制，磁通電流控制（FCC）等多種控制模式。集成數(shù)字量輸入 4 個，模擬量輸入 2 個，模擬量輸出 1 個，數(shù)字量輸出 2 個；具有過電壓、欠電壓保護，變頻器、電機過溫保護，接地故障保護，短路保護等保護功能。三相380V變頻原理資源包：
1、按照工業(yè)級標準設計，控制器采用DSP+ ARM的結(jié)構(gòu)，可以完成三相有源并網(wǎng)、諧波補償?shù)葘嶒灒瑢嶒炗?C 語言完成，學生通過對該系統(tǒng)所設計實驗的學習，可以對 DSP 硬件結(jié)構(gòu)原理和 CCS 軟件編程(C 語言)有一個比較深入的了解。另外預留的接口可便于用戶開發(fā)設計其他的實驗。
2、所有硬件的資源都集中在一個實驗開發(fā)平臺上，包括 DSP 控制電路、PWM 功率電路、電流、電壓采樣電路、通信電路、三相有源逆變功率電路、濾波電路、4.3 寸彩色觸摸屏等。
3、控制程序開放：作為實驗開發(fā)平臺，充分考慮控制程序的核心算法的開放。根據(jù)提供的系統(tǒng)程序標準接口協(xié)議，用戶可以自行編寫各種控制算法，來嵌套到提供的系統(tǒng)程序中，以驗證所編寫程序的有效性和*性。
4、提供設備配套的SCH、DSP 程序用于教學研究，投標時提供圖片及介紹等。
（六）系統(tǒng)軟件
MCGS（Monitor and Control Generated System）是一套基于Windows平臺的，用于快速構(gòu)造和生成上位機監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件系統(tǒng)，可運行于Microsoft Windows95/98/NT/2000等操作系統(tǒng)。
MCGS5.5為用戶提供了解決實際工程問題的完整方案和開發(fā)平臺，能夠完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、實時和歷史數(shù)據(jù)處理、報警和安全機制、流程控制、動畫顯示、趨勢曲線和報表輸出以及企業(yè)監(jiān)控網(wǎng)絡等功能。
使用MCGS5.5，用戶無須具備計算機編程的知識，就可以在短時間內(nèi)輕而易舉地完成一個運行穩(wěn)定，功能成熟，維護量小且具備專業(yè)水準的計算機監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)工作。
MCGS5.5具有操作簡便、可視性好、可維護性強、高性能、高可靠性等突出特點，已成功應用于石油化工、能源原材料、農(nóng)業(yè)自動化、航空航天等領(lǐng)域，經(jīng)過各種現(xiàn)場的長期實際運行，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。
與國內(nèi)外同類產(chǎn)品相比，MCGS5.5組態(tài)軟件具有如下特點：
l 全中文、可視化、面向窗口的組態(tài)開發(fā)界面，符合中國人的使用習慣和要求，真正的32位程序，支持多任務、多線程，可運行于Microsoft Windows 95/98/NT/2000等操作系統(tǒng)。
l 龐大的標準圖形庫、完備的繪圖工具集以及豐富的多媒體支持，讓您能夠快速地開發(fā)出集圖像、聲音、動畫等于一體的漂亮、生動的工程畫面。
l 全新的ActiveX動畫構(gòu)件，包括存盤數(shù)據(jù)處理、條件曲線、計劃曲線、相對曲線、多行文本、通用棒圖等，使您能夠更方便、更靈活地處理、顯示生產(chǎn)數(shù)據(jù)。
l 支持目前絕大多數(shù)硬件設備，同時可以方便地定制各種設備驅(qū)動；此外組態(tài)環(huán)境調(diào)試功能與靈活的設備操作命令相結(jié)合，使硬件設備與軟件系統(tǒng)間的配合天衣無縫。
l 簡單易學的Basic腳本語言與豐富的MCGS策略構(gòu)件，使您能夠輕而易舉地開發(fā)出復雜的過程控制系統(tǒng)。
l 強大的數(shù)據(jù)處理功能，能夠?qū)I(yè)現(xiàn)場產(chǎn)生的數(shù)據(jù)以各種方式進行統(tǒng)計處理，使您能夠在一時間獲得有關(guān)現(xiàn)場情況的一手數(shù)據(jù)。
l 方便的報警設置、豐富的報警類型、報警存貯與應答、實時打印報警報表以及靈活的報警處理函數(shù)，使您能夠方便、及時、準確地捕捉到任何報警信息。
l 完善的安全機制，允許用戶自由設定菜單、按鈕及退出系統(tǒng)的操作權(quán)限。此外，MCGS5.5還提供了工程密碼、鎖定軟件狗、工程運行期限等功能，以保護組態(tài)的成果。
l 強大的網(wǎng)絡功能，支持TCP/IP、Moden、485/232，以及各種無線網(wǎng)絡和無線電臺等多種網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)。
l 良好的可擴充性，可通過OPC、DDE、ODBC、ActiveX等機制，方便地擴展MCGS5.5組態(tài)軟件的功能，并與其他組態(tài)軟件、MIS系統(tǒng)或自行開發(fā)的軟件進行連接。

PLC的組態(tài)畫面


儀表的組態(tài)畫面


DDC的組態(tài)畫面

（七）實驗對象的系統(tǒng)組成
1、被控對象
1.1、水箱：包括上水箱、中水下、下水箱和2個儲水箱，上、中、下水箱尺寸為：360mmX370mmX240mm，水箱結(jié)構(gòu)非常，有三個槽，分別是緩沖槽、工作槽、出水槽；上、下水箱可以組合成一階、二階液位單回路控制實驗和雙閉環(huán)液位串級控制等實驗，底板20mm有機玻璃板（300X300）側(cè)板8 mm有機玻璃板，有機玻璃水箱前面直接刻有液位標尺；儲水箱尺寸為：≮520mmX680mmX400mm，由1.5mm厚不銹鋼鏡面板制作，可移動；能滿足上、中、下水箱的實驗需要。
1.2、不銹鋼帶夾套電加熱鍋爐：本裝置采用模擬鍋爐進行溫度實驗，此鍋爐采用不銹鋼精制而成，設計巧妙，由二層組成：加熱層（內(nèi)膽）和冷卻層（夾套）。做溫度單回路實驗時，冷卻層的循環(huán)水可以使加熱層的熱量快速散發(fā)，使加熱層的溫度快速下降。冷卻層和加熱層都有溫度傳感器檢測其溫度，可完成溫度的串級控制，前饋-反饋控制，解耦控制等實驗；提供不銹鋼強冷卻循環(huán)系統(tǒng)，提高實驗效果。
1.3、管道：整個系統(tǒng)管道采用敷塑不銹鋼（內(nèi)襯不銹鋼，外面是PP）管組成，所有的水閥采用優(yōu)質(zhì)球閥，避免了管道系統(tǒng)生銹的可能性。有效提高了實驗裝置的使用年限。其中儲水箱底有一個出水閥，當水箱需要更換水時，將球閥打開將水直接排出。
1.4、不銹鋼儲水箱：采用304不銹鋼儲水箱，鏡面朝外設計，具有美觀與不生銹等優(yōu)點，能夠進行長期使用，且?guī)в羞^濾網(wǎng)，放置水管長期使用不堵住。
2、檢測裝置
2.1、壓力傳感器、變送器：采用工業(yè)用的擴散硅壓力變送器3個，含不銹鋼隔離膜片，同時采用信號隔離技術(shù)，對傳感器溫度漂移跟隨補償。壓力傳感器用來對上、中、下水箱的液位進行檢測，其精度為0.5級，因為為二線制，故工作時需串接24V直流電源；壓力范圍：0~5Kpa，輸出與電源：4~20ma 12~30v,2線制；電氣接線端子：IP67，壓力連接：M20*1.5，工作溫度：-30~145℃，精確度：0.25%fs。
2.2、溫度傳感器：本裝置采用5個Pt100傳感器，分別用來檢測鍋爐內(nèi)膽、鍋爐夾套和上水箱的水溫。經(jīng)過調(diào)節(jié)器的溫度變送器，可將溫度信號轉(zhuǎn)換成4～20mADC電流信號。Pt100傳感器精度高，測溫范圍為-100～+650℃，熱補償性較好（誤差小于0.1℃）。
2.3、流量傳感器、變送器：流量傳感器分別用來對電動調(diào)節(jié)閥支路、變頻支路的流量進行測量。渦輪流量計流量范圍：0.2～1.2m3/h，精度：1.0%。輸出：4～20mA標準信號；采用304不銹鋼材質(zhì)，被測介子溫度-20到120℃；供配電供電24V，變送器24V；信號接頭采用豪斯曼接頭，信號傳輸距離不小于1000m；防爆型：內(nèi)螺紋M20*1.5，防爆等級：EXDIIBT6。
2.4、壓力傳感器調(diào)整方法：打開儀表前蓋，左邊（s調(diào)增益電位器）；右邊（z調(diào)零電位器）；在無壓力的情況下，調(diào)整“調(diào)零"電位器，使電流輸出為4mA。加滿量程壓力，調(diào)整“增益"電位器，使電流輸出為20mA。如此反復多次，最終是壓力表的零位和滿量程調(diào)整到標準值。
3、執(zhí)行機構(gòu)
3.1、電動調(diào)節(jié)閥：采用智能型電動調(diào)節(jié)閥，用來進行控制回路流量的調(diào)節(jié)，可以實現(xiàn)階躍和脈沖干擾。微型電動調(diào)節(jié)閥型號為：萬訊QSTP-16K定制版，閥體閥座為304不銹鋼；具有精度高、技術(shù)*、體積小、重量輕、推動力大、功能強、控制單元與電動執(zhí)行機構(gòu)一體化、可靠性高、操作方便等優(yōu)點，控制信號為4～20mA ，輸入電阻：250?，輸出4～20mA DC的閥位信號，輸出大負載：<65012，使用和校正非常方便；斷信號閥任意位置，可任意設置為保持/全開/全關(guān)/0~100間預置的任意值；電源：220V±10％/50Hz；推力規(guī)格：16KN，防護等級：ip65,基本誤差：≤±1.0％，死區(qū)：≤l.0％；5.閥體公稱壓力：PNl.6MPa；6.連接形式：法蘭連接按JB79—94標準，材料：WCB、WC6、1Crl8Ni9、CF8M；上閥蓋：常溫型：-17～+220°；7.閥內(nèi)結(jié)構(gòu)：上導向柱塞型單閥芯、金屬密封、軟密型(使用溫度低于200°C) ；8.材料：10Crl8Ni9、1Crl3、316+N0.6 ；9.流量特性：線性、等百分比、快開；10.泄漏量：ABSl、Bl6、104，金屬密封IV、V；11.級軟密封Vl級，基本誤差：±l.0％，死區(qū)：≤l.0％，可調(diào)范圍：50：1 ，線性范圍2%-85%。
3.2、水泵：本裝置采用進口威樂不銹鋼磁力驅(qū)動泵，輸出功率：550W；大揚程：32m；大流量：8噸/h；水泵管徑：25/32；額定轉(zhuǎn)速(1/mim) 2950介質(zhì)溫度(度)-15至+100；環(huán)境溫度(度)高+40；工作壓力(巴)大10；給水壓力(巴)大6；防護等級IP 54；絕緣等級  F；電源380V/50Hz；允許的電壓誤差10%；水泵尺寸：泵長：380mm 泵寬：200mm 泵高：200mm；產(chǎn)品重量不低于14kg；本裝置采用兩種動力系統(tǒng)：一種為三相380V恒壓驅(qū)動，由三相（交流380V±5% 50Hz）不銹鋼磁力驅(qū)動泵、調(diào)節(jié)閥、電磁流量計等組成；另一種為三相變頻220V輸出驅(qū)動，由變頻器、三相不銹鋼磁力驅(qū)動泵、渦輪流量計等組成。
3.3、可移相SCR調(diào)壓裝置：采用可控硅移相觸發(fā)裝置，輸入控制信號為4～20mA標準電流信號。輸出電壓用來控制加熱器加熱，從而控制鍋爐的溫度。
3.4、電加熱管：系統(tǒng)配有與可控硅模塊配套的電加熱管，1.5KW，能夠進行充分加熱，加熱速率可調(diào)，經(jīng)過長期檢測試驗選擇的功率參數(shù)，具有很好滿足實驗溫度加熱的要求，不至于太慢實驗時間長，曲線不好，也不至于加熱太快實驗曲線變化太快不易被控制。
4、輔助系統(tǒng)
4.1、電源控制和信號接口面板：（見上上位控制說明）
4.2、實驗鍋爐帶有防干燒裝置：以防止無水情況下進行干燒加熱損壞鍋爐，而且?guī)в械陀诩訜岚羲蛔詣油Ｖ辜訜峁δ堋?br/>4.3、實驗連接線：采用強弱線分開連接線，互相不能對插，以防止差錯等。
4.4、電氣附件：提供實驗所需附件、保險絲、導線、編程電纜等
五、配置清單
（一）對象及控制系統(tǒng)

六、特點
1、實驗鍋爐：鍋爐共有二個同心不銹鋼圓筒，從里到外共分二層：內(nèi)層設有電熱絲加溫裝置，第二層溢流層（防止內(nèi)層水失控溢出），鍋爐由三相電加熱管加熱的常壓鍋爐，包括加熱層（鍋爐內(nèi)膽）和冷卻層（鍋爐夾套），均由不銹鋼精制而成，可利用它進行溫度實驗。內(nèi)膽尺寸：直徑φ=19cm，高度h=50cm，容積=14.2L；鍋爐加套尺寸：直徑φ=27cm，高度h=42cm，容積=9.8L。
2、純滯后盤管：要求采用優(yōu)質(zhì)紅色鋁塑管，長≥20m，管徑15毫米，水流方向是自下而上，有效防止了空氣進入管道。
3、主、副回路的設計：采用威樂磁力泵控制主副回路的流量，主回路和副回路都要求設有調(diào)節(jié)閥和流量計，因此對主回路的控制和副回路的控制都是采用控制電動調(diào)節(jié)閥來實現(xiàn)各種控制算法，通過電動調(diào)節(jié)閥可實現(xiàn)各種控制，這種方案對調(diào)節(jié)器的算法要求高，與工業(yè)現(xiàn)場相符合。
4、保護功能：設備的設計采用電氣和對象分開的結(jié)構(gòu)，可防止引起的各種電氣故障，同時系統(tǒng)設計了電流型漏電保護器有效地保護了學生的人身安全。實驗裝置設計有流量計保護功能，保護流量計。加溫筒內(nèi)設有缺水告警系統(tǒng)，防止電熱絲燒壞；還設有滿水溢流保護，防止水流入電器部分損壞電器，所有控制模塊分布在該控制柜內(nèi)，方便學生實驗和接線。
七、控制系統(tǒng)終端
揚天型號:揚天 T4900；CPU類型:Intel Core/酷睿 i5；型號:I5-7400；能效等級:一級；臺式機類型:商用電腦；適用品牌:Intel/英特爾；內(nèi)存容量:4GB；內(nèi)存類型:DDR4；硬盤容量:1T；屏幕尺寸:23英寸，配鋁合金電腦桌。
八、輔助配套設備
1、數(shù)字化教材
（1）教材高度仿真真實的書本教材，在每一頁教材中有多鐘形式的表現(xiàn)，既可以是文檔形式，也可以是圖片窗口、視頻窗口、軟件界面等，教材文檔、圖片、軟件、視頻等內(nèi)容、相互穿插、鏈接，直接調(diào)用。
（2）教材包含所有與設備相關(guān)的資料，整合到一起，采用公有云平臺的管理形式；支持PC手機網(wǎng)頁版，網(wǎng)頁版，可嵌入學校校園網(wǎng)，實現(xiàn)共享。
（3）教材集成文檔、音頻、視頻等文件，在庫中可直接使用各項文件，無需其他操作；教材中可直接調(diào)用視頻，無需安裝任何的播放器等。
（4）文檔包含詳細的設備實訓項目，實訓項目不得少于實訓目的、實訓器材、實訓要求、程序流程圖、端口分配、控制原理圖、實訓步驟及實訓總結(jié)等內(nèi)容；文本搜索、文本黏貼復制、放大、縮小、設置下載、打印、分享等功能。
（5）集成安全教育講堂，采用虛擬仿真形式，能夠使學生掌握各種安全操作規(guī)程、用電安全、人身的觸電方式及觸電急救方法；過電壓及防火防爆、火災的預防、各種滅火器的使用和火災逃生的方法等。
（6）3D自動化儀表仿真教學系統(tǒng)：
配置系統(tǒng)網(wǎng)絡架構(gòu)圖，學生在網(wǎng)絡計算機上安裝系統(tǒng)軟件，學生可以形象生動的學習整體部件的結(jié)構(gòu)，原理，接線，仿真等，能夠進行學習儀表拆裝、接線、校準等操作（與設備上儀表型號配套）
（7）安全教學系統(tǒng)需求：軟件例程編程
軟件考試登錄界面設置一個登錄框（登錄框格式為+準考證登錄，起記錄作用，最后提交成績時可以記錄當前考生考核成績）。
考試時間大為25分鐘，超出考試時間，自動提交試卷。
安全防護3級4級做成 動畫劇情，最后2道分析檢測4級，整個軟件應自由操作，沒有邏輯順序?？荚嚂r，不顯示得分顯示、警告顯示、高亮顯示、故障題正確答案顯示，提交時顯示各題得分和總得分。
防護用具，選擇時，不出現(xiàn)正確或錯誤的警告提示，點擊安全防護用具，用具消失，不管是否正確選擇都消失，選對一個加一分，錯選一個扣一分，扣分分數(shù)應為當前考試安全分上限。
完成所有操作后，應整理桌面，可以右擊清理桌面上不需要的東西，例如安全防護用具清理到柜子里，使用過的工具等放回架子上。
提交試卷后顯示滿分多少，得分多少。有需要監(jiān)考老師評分的題目要適當?shù)奶嵝牙蠋熜枰o多少分。
九、實驗項目
（一）常規(guī)實驗項目
1、★溫度純滯后預估（Smith）控制實驗（實驗畫面及實驗指導書）。
2、★內(nèi)膜控制法水箱液位大滯后控制實驗/動態(tài)矩陣控制法水箱液位控制實驗
（實驗畫面及實驗指導書）。
3、設計性實驗：★微分先行法鍋爐盤管溫度大滯后控制實驗、BP神經(jīng)網(wǎng)絡解耦。
★（二）3D實物1：1過程控制仿真系統(tǒng)實訓
①上水箱特性測試實驗②下水箱特性測試實驗③溫度鍋爐對象特性測試實驗④調(diào)節(jié)閥流量特性測試實驗。
（三）常規(guī)實驗項目
1、過程控制儀表實驗
壓力變送器的認識和校驗；調(diào)節(jié)器的認識實驗；熱電阻的認識和校驗；電動調(diào)節(jié)閥的認識和校驗；電磁流量計的認識和校驗；變頻器的認識實驗。
2、對象特性測試實驗
上水箱特性測試實驗；下水箱特性測試實驗；二階液位對象特性測試實驗；三階液位對象特性測試實驗；鍋爐溫度對象特性測試實驗；電動調(diào)節(jié)閥流量特性測試實驗。
3、單回路控制系統(tǒng)實驗
壓力單回路控制實驗；溫度單回路控制實驗；液位單回路控制實驗；流量單回路控制實驗；雙容液位控制實驗；三容液位控制實驗。
4、串級控制系統(tǒng)實驗
上水箱液位和流量組成的串級控制實驗；下水箱液位和上水箱液位組成的串級控制實驗。
5、流量比值控制實驗
6、溫度解耦控制實驗
7、下水箱液位解耦控制實驗
8、變比值水溫控制實驗
9、前饋-反饋控制實驗
（四）基于DCS集散控制系統(tǒng)實驗
1、控制系統(tǒng)的硬件認識實驗；
2、控制系統(tǒng)的實際控制實驗；
3、控制系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)庫組態(tài)實驗；
4、控制系統(tǒng)的圖形動畫、報表、曲線、報警組態(tài)實驗；
5、控制系統(tǒng)的壓力、流量、液位、溫度控制實驗；
6、控制系統(tǒng)的流量-液位串級控制實驗。
（五）現(xiàn)場總線系統(tǒng)網(wǎng)絡實驗
1、S7-1500的液位、流量等閉環(huán)控制實驗
2、S7-1500的網(wǎng)絡通訊實驗
2、S7-1500變頻器的總線通訊實驗
（六）基于LABVIEW實時控制實驗
1、對象特性測試實驗：①上水箱特性測試實驗；②下水箱特性測試實驗；③溫度鍋爐對象特性測試實驗；④調(diào)節(jié)閥流量特性測試實驗。
2、單回路控制系統(tǒng)實驗：①壓力單閉環(huán)控制系統(tǒng)實驗；②溫度單閉環(huán)控制系統(tǒng)實驗；③液位單閉環(huán)控制系統(tǒng)實驗；④流量單閉環(huán)控制系統(tǒng)實驗；⑤雙容液位控制系統(tǒng)實驗。