液位——流量過(guò)程控制系統(tǒng)

過(guò)程控制教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)（以下簡(jiǎn)稱實(shí)驗(yàn)臺(tái)）結(jié)構(gòu)新穎，色彩和諧，功能區(qū)劃分醒目。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容豐富多彩，整個(gè)過(guò)程控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)可以由淺入深循序漸進(jìn)。

實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)思想是為了廣大同學(xué)提供盡可能多的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，盡量少的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地。從模擬量一次采樣傳感器到變送器，然后通過(guò)顯示器轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量，然后再傳到調(diào)節(jié)器，執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)閥，被控對(duì)象均容納在實(shí)驗(yàn)臺(tái)內(nèi)，實(shí)驗(yàn)者可以在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上自由調(diào)用。

本實(shí)驗(yàn)臺(tái)是電動(dòng) Ⅲ 型模擬儀表與 Honeywell 數(shù)字調(diào)節(jié)器相組合。模擬儀表以 4-20ma 傳遞信息； Honeywell 數(shù)字調(diào)節(jié)器可以作邏輯運(yùn)算和模數(shù)轉(zhuǎn)換調(diào)節(jié)運(yùn)算數(shù)字信息可傳至上位機(jī)。

實(shí)驗(yàn)臺(tái)調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用閉環(huán)調(diào)節(jié)，可以直觀其調(diào)節(jié)品質(zhì)。實(shí)驗(yàn)臺(tái)上裝有流量顯示器，液位顯示器，可直接監(jiān)視系統(tǒng)工作情況。

本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)具有上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，可進(jìn)行監(jiān)視、控制等遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。使操作者不必靠近控制對(duì)象就可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)制，它具有數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)管理功能、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換功能、在線和歷史趨勢(shì)圖和事件自動(dòng)記錄功能。

總之，本系統(tǒng)是一套全新的關(guān)于數(shù)字儀表的典型應(yīng)用，是與傳統(tǒng)的模擬儀表相對(duì)應(yīng)，其核心部分是 Honeywell 數(shù)字調(diào)節(jié)器，它具有比模擬儀表更可靠、、簡(jiǎn)單、通用等特點(diǎn)，其突出*性體現(xiàn)在數(shù)字化及易于通信的特點(diǎn)。本系統(tǒng)還配備了數(shù)字 / 光柱顯示儀表，數(shù)字流量顯示儀表等，基本實(shí)現(xiàn)了整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)字化。另外，本系統(tǒng)具有遠(yuǎn)程通訊功能，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，符合了現(xiàn)代工業(yè)控制的信息化，數(shù)字化的趨勢(shì)。

系統(tǒng)的各儀表性能及參數(shù)指標(biāo)介紹如下：

•  檢測(cè)元件

本系統(tǒng)應(yīng)用的檢測(cè)元件是 DDZ － Ⅲ 型電動(dòng)單元組合儀表―― DBC 型差壓變送器，它為 DDZ － Ⅲ 型電動(dòng)單元組合儀表中的一個(gè)變送單元，本儀表在測(cè)量和自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中作檢測(cè)環(huán)節(jié)，與節(jié)流裝置配合可連續(xù)測(cè)量液體、蒸汽或氣體流量還可以測(cè)量液體、蒸汽或氣體的壓力，壓差，和兩個(gè)不同比重液體的界面，并將被檢測(cè)量的變化轉(zhuǎn)變成為 4-20mADC ，統(tǒng)一電流信號(hào)輸出，它與各種調(diào)節(jié)器及其其它儀表，如工業(yè)巡回檢測(cè)裝置等可組成自動(dòng)檢測(cè)，記錄，調(diào)節(jié)，控制等工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)。主要技術(shù)指標(biāo)如下：

1 、輸出電流： 4 — 20mADC 二線制傳輸

2 、來(lái)回變差： ≤ 允許基本誤差的值

3 、負(fù)載電阻 250 Ω ；接負(fù)載的導(dǎo)線電阻 ≤ 100 Ω

4 、靈敏限：≤ 0.1%

5 、恒流性能：儀表的負(fù)載在 250 — 350 Ω范圍內(nèi)變化時(shí)，儀表輸出變化不超過(guò) 80 μ A

6 、反應(yīng)時(shí)間：≤ 1 秒

7 、供電電源： 24 ± 5%VDC

•  儀表在爆炸性危險(xiǎn)場(chǎng)所作為安全火花防爆儀表使用時(shí)，儀表電源應(yīng)由防爆安全柵 DFA — 1100 — A DFA — 1200 — A 及 DFA — 1500 — A 供給。

•  上述情況以外的場(chǎng)合，儀表電源由 24V 配電器供給。

8 、靜壓誤差：≤± 1% 工作壓力（靜壓） pg（Mpa） ≤ 0.1

≤± 3% 0.1<pg ≤ 16

≤± 3% 16<pg ≤ 40

9 、工作條件：

•  環(huán)境溫度： a. -40 —— + 80 ℃

b. -25 —— + 60 ℃

•  空氣相對(duì)濕度：≤ 59%

•  環(huán)境振動(dòng)：頻率≤ 25Hz ，振幅≤ 0.2mm （全振幅）

•  環(huán)境中頻率為 50Hz 的交流磁場(chǎng)強(qiáng)度≤ 400A /m

•  顯示器的主要技術(shù)參數(shù)

1 、輸入信號(hào) 模擬量 熱電偶：標(biāo)準(zhǔn)熱電偶—— B 、 S 、 K 、 E 、 J 、 T 、 WRe 等

電 阻：標(biāo)準(zhǔn)熱電阻—— Pt10 、 Pt100 、 Cu50 、遠(yuǎn)傳壓力電阻等

電 流： 0 — 10ma 、 4 — 20mA 、 0 — 20mA 等——輸入電阻 ≤ 250 Ω

電 壓： 0 — 5V 、 1 — 5V 、 mV 等——輸入阻抗≥ 250k Ω

2 、測(cè)量范圍 -1999 — 9999 字

3 、測(cè)量精度 0 . 2%FS ± 1 字或 0.5% FS ± 1 字

4 、分 辨 率 1 、 0.1 、 0.01 或 0.001 字

5 、溫度補(bǔ)償 0 — 50 ℃

6 、顯示方式 -1999 — 9999 測(cè)量值顯示 -1999 — 9999 設(shè)定值顯示

0 — 測(cè)量值光柱顯示 發(fā)光二極管工作狀態(tài)顯示

7 、光柱精度 光柱顯示精度為 1%

8 、控制方式 位式 ON/OFF 帶回差

9 、輸出信號(hào) 模擬量輸出 DC0 — 10mA （ 負(fù)載電阻 ≤ 750 Ω ）

DC4 — 20mA （ 負(fù)載電阻 ≤ 500 Ω ）

DC0 — 5V （ 輸出電阻 ≤ 250 Ω ）

DC1 — 5V （ 輸出電阻 ≤ 250 Ω ）

開(kāi)關(guān)量輸出 繼電器控制輸出—繼電器 ON/OFF 帶回差

觸點(diǎn)容量： AC220/3A;DC24/6A

10 、控制方式 可選擇 1 — 4 限制， LED 指示?？刂品绞綖槔^電器 ON/OFF 帶回差

11 、控制精度 ± 1 字

12 、報(bào)警精度 ± 1 字

13 、打印控制 直接配接各型串行打印機(jī)，打印接口為 RS -232C

14 、聯(lián)機(jī)通訊 通訊接口為二線制、三線制或四線制（如 RS-485 、 RS-232 、 RS-422 等）可實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的通訊。

15 、使用環(huán)境 環(huán)境溫度 0 — 50 ℃ 相對(duì)濕度 ≤ 85RH 避免強(qiáng)腐蝕氣體

16 、供電電壓 常規(guī)型 AC 220V ± 10%（50Hz ± 2Hz） 線性電源供電

特殊型 AC85-265V ——開(kāi)關(guān)電源供電 DC20-30V ——開(kāi)關(guān)電源供電

17 、功 耗 ≤ 5W （ AC220V 線性電源供電）

≤ 4W （ DC20-30V 開(kāi)關(guān)電源供電）

≤ 4W （ AC85-265V 開(kāi)關(guān)電源供電）

•  調(diào)節(jié)器

本系統(tǒng)的控制器采用 HONEYWELL UDC3300 通用數(shù)字式控制器和 HONEYWELL UD2300 通用數(shù)字式控制器。

1 、 UDC3300 其功能及主要技術(shù)參數(shù)：

① 兩個(gè)通用模擬量輸入，兩個(gè)回路控制，兩種算術(shù)運(yùn)算，兩套特性發(fā)生器及一個(gè)累積器。

② 由于采用的 AccutuneII TM 的模糊邏輯調(diào)整技術(shù)，在世界所有同類產(chǎn)品中改控制器的性能 / 價(jià)格比zui高。

③ 采用通用模擬量輸入、通用交流供電電源、兩個(gè)開(kāi)關(guān)量輸入、 RS422/RS485 ASCII 或 MODBUS RTU 通訊技術(shù)以及簡(jiǎn)便的組態(tài)過(guò)程和在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行各種功能選項(xiàng)的功能升級(jí)，確保該控制器的使用更為靈活。

④ 通訊可選項(xiàng) RS422/RS485 ASCII 可讓操作者通過(guò)基于 windows 操作系統(tǒng)的霍尼韋爾 LeaderLinePC 組態(tài)軟件（ LPCS ）在個(gè)人計(jì)算機(jī)上進(jìn)行組態(tài)和監(jiān)控。

⑤ UDC3300 具有更強(qiáng)大的功能，如：全量程輸入精度可達(dá)到 ± 0.20 ％，在現(xiàn)場(chǎng)能標(biāo)定到± 0.05 ％、 通用輸入、雙回路控制等。

2 、 UDC2300 是一微處理器為核心的單一控制器。他將可靠性和操作的簡(jiǎn)單性結(jié)合在一個(gè)具有較高的性能 / 價(jià)格比的 1/4-DIN 的控制器上。

它的主要功能包括：

•  通用的交流電源供電；

•  輸入 / 輸出隔離；

•  隔離的輔助電流輸出和數(shù)字量輸入；

•  具有模糊邏輯超調(diào)抑制的 Accutune II 算法；

•  第二路輸入（可選）。

•  電器轉(zhuǎn)換器

DQ 型電器轉(zhuǎn)換器是將從電動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中來(lái)得標(biāo)準(zhǔn)電流訊號(hào)成比例的轉(zhuǎn)換為氣動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)訊號(hào)。主要技術(shù)指標(biāo)如下：

1 、輸入信號(hào)： DQ-2 ： 0 — 10mA 或 DC-5 — +5mA ； DQ-3 ： DC4 — 20mA

2 、轉(zhuǎn)換器內(nèi)阻： DQ-2 ： ≤ 1000 Ω； DQ-3 ： ≤ 250 Ω

3 、輸出訊號(hào)： 20 — 100KPa

4 、氣源壓力： 140 ± 5 KPa

5 、度： ± 1%

6 、環(huán)境溫度 0 — 50 ℃

7 、環(huán)境相對(duì)誤度： ≤ 85%

8 、環(huán)境溫度誤差： 0.4%/ 10 ℃

9 、耗氣量： 300 升 / 小時(shí)

10 、傳送時(shí)間：管道內(nèi)徑 4 毫米，長(zhǎng) 60 米 時(shí)不超過(guò) 50 秒

•  執(zhí)行器（氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)器）

本系統(tǒng)應(yīng)用的是 QM － 8F 3S 氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥，它是自動(dòng)化調(diào)節(jié)系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，安裝在介質(zhì)輸送管道上與氣動(dòng)調(diào)節(jié)器或其它儀表配套使用，以控制被調(diào)介質(zhì)的流量、壓力、溫度等參數(shù)，使生產(chǎn)過(guò)程按預(yù)定的要求正常進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化。

QM － 8F 3S 氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥為直通單座氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥，其特點(diǎn)是尺寸小，重量輕，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，額定流量系數(shù)小，防火防暴，適用于安裝在生產(chǎn)量小及試驗(yàn)裝置上。

主要技術(shù)性能：

1 、信號(hào)壓力： 20 —— 100KPa

2 、公稱壓力： 6.4Mpa

3 、閥體發(fā)蓋材料為不銹耐酸鋼 （Cr18Ni9） 。

4 、閥芯為上導(dǎo)向圓錐型，材料為不銹耐酸鋼 （Cr18Ni） ，直線流量特性。

5 、介質(zhì)工作溫度范圍，無(wú)散熱片閥蓋為 -20 —— +450 攝氏度

6 、基本誤差限： ± 6% 回差： 4%

7 、主要技術(shù)數(shù)據(jù)和尺寸：

公稱直徑 DN 1/2 ″ 3/4 ″

額定行程 mm 7

閥座直徑 mm 9 6 4 3

額定流量系數(shù) KV 1 0.5

•  水槽（被控對(duì)象）

本實(shí)驗(yàn)的被控對(duì)象是二階水槽，用二階水槽來(lái)模擬工業(yè)對(duì)象。