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企业信息
TWCS-68A1 过程控制实验装置
一、概 述
“TWCS-68A过程控制实验装置”是本企业根据自动化专业及其相关专业教学的特点，吸收了国内外同类实验装置的特点和长处，经过精心设计、多次实验和反复论证，研发的一套全新的实验装置。它采用多种常用的控制方式和理论，除了常见的PID算法及其改进算法外，还增加了模糊控制、人工神经元控制等国内外先进的控制策略。此外，本装置还嵌入了国际上流行的MATLAB（数学软件）软件平台，使老师和学生能轻松方便地进行算法编制。
本装置可满足《自动控制理论》、《过程控制》、《自动化仪表》以及《传感器检测与转换技术》等课程的实验教学，除了能满足本、专科学生不同层次的实验教学要求，还能为研究生、相关专业老师和工程技术人员进行复杂控制系统、智能控制系统等方面的研究，提供了实验对象和实现的手段。
二、装置特点
本装置的各种功能均综合在一个实验台上，采用积木式结构，系统结构紧凑、造型美观大方、便于运输及实验室的多台布局。
对象小型化、适应性强、综合性强，控制对象模型由不锈钢和有机玻璃水箱组成，实验水箱在屏右边能清楚看见，管道流程直观、清晰。
参数全面，涵盖了液位、流量、压力、温度四大典型过程控制参数。
小型（小功率）执行元件，它们是二个磁力驱动泵和一个电加热器，使整体结构更为紧凑和小型化。
系统控制方式多样性
主要有位式控制、连续控制、模拟PID控制、智能仪表控制、PLC控制、单片机控制、计算机控制、两套磁力泵交流变频调速控制和单相移相调压控制等，并可组成不同的控制方式。
安全保护齐全
设有电压型漏电保护器和电流型漏电保护器各一组；强电连接线及插座均采用全封闭结构，使用安全、可靠、防触电；强、弱电连接及插座分开，不会混插，避免错接线而损坏设备。
三、系统组成
本装置集多参数控制为一体，由过程控制对象、传感器、变送器、调节器、执行器、显示器和计算机（用户自配）等组成。
控制对象的模型由上、中、下三个水箱及一个储水箱组成，上、中、下水箱由两台磁力泵供水。上、中两个水箱各装有一个扩散硅压力变送器来检测压力和液位；下水箱是一个复合式水箱，其中内筒不锈钢水箱中装有500W电加热器和PT100温度传感器。主管道上装有小型涡轮流量计（定做）、小型阀门和两台磁力驱动泵。水箱中的水位、压力、水温以及供水的流量都可以用于构成控制系统的被控参量。两台磁力泵中的任一台都可作为调节通道或干扰通道，模拟现场产生的干扰信号，以验证系统的稳定性和抗干扰性能。
实验挂箱
本装置共提供九个实验挂箱，分别是GK02传感器输出与显示；GK03单片机控制；GK04模拟PID实验挂箱（配两个）；GK05位式、连续控制挂箱；GK-06面板流程图；GK07交流变频器（日本三菱）挂箱（配两个）；GK08 PLC控制器（西门子S7－200）挂箱。
PC/PPI专用编程电缆线
RS232/485通讯转换器
豪华型电脑桌
计算机（用户自备）
上位机软件
PLC编程环境软件为STEP 7-Micro/WIN32，它可以对S7-200的所有功能进行编程。上位机具有二种监控软件：
MCGS工控组态软件(DEMO版)：利用PC/PPI电缆线组成PLC与MCGS工控组态软件监控系统，以及利用RS232/485转换器组成智能调节仪与MCGS工控组态软件监控系统，可实现对被控对象过渡过程的数据采集和存储，数据曲线的动态显示和监控。MCGS工控组态软件还可以对控制对象的图形任意组态，动态显示，编制控制策略，输出实时曲线、历史曲线、实时数据、历史数据，打印工程报表，操作菜单设计等一系列强大的功能。
单片机数据采集与算法控制软件：利用RS232通信接口，配合单片机控制与计算机算法控制软件，实现各种数字式PID运算控制和各种先进的智能控制，并实现数据实时采集作图。而且可使用MATLAB数学软件编制各种新型的、先进的控制算法。另外单片机还可作为独立的控制器对系统进行控制。
四、技术指标
供电电源：单相三线220V±10% 50Hz
整机最大功耗：＜1kVA
整机尺寸：172cm×73cm×160cm
过程控制实验装置
（一）高级过程控制对象系统实验装置
实验装置对象主要由不锈钢框架、不锈钢储水箱、（上、中、下）三个串接有机玻璃水箱、3Kw三相电加热锅炉(由不锈钢锅炉内胆加温筒和封闭式锅炉夹套构成)、盘管和敷塑不锈钢管道等组成。供水系统至少有两路。
1、不锈钢框架：外形尺寸：长≤1630mm, 宽≤850mm,高≤1850mm；不锈钢水箱外形尺寸为：长≥68cm，宽≥52㎝，高≥43㎝，容积不小于152L。
2、有机玻璃水箱：至少有上、中、下3个液位水箱。
3、锅炉:功率控制在4.5Kw以内。内胆尺寸：直径Φ不小于19cm，高度h不小于50cm，容积不小于14.2L；锅炉夹套尺寸：直径Φ不大于27cm，高度h不小于42cm，容积不小于9.8L。
4、盘管:模拟工业现场的管道输送和滞后环节，长不小于37米（43圈），管径不大于15mm。
5、液位变送器：量程：不小于0-5KPa；精度：±1.0%FS；输出：4～20mA。
6、温度传感器:至少有六个Pt100铂热电阻温度传感器。
7、流量传感器、变送器:采用标准二线制传输方式，工作时需提供24V直流电源。公称通径：DN10；流量范围：0～1.2m3/h；精度：1.0%；输出：4～20mADC。
8、电动调节阀：电源为单相220V，工作温度：-100～1000℃；控制信号：4～20mA；反馈信号：4～20mA。
9、水泵:额定流量不低于30L/min，扬程不小于8米，功率不高于180W，转速不低于2800r/min。
10、三相电加热管:至少由三根不低于1.5kW电加热管星形连接而成，总功率不低于4.5kW。
11、电磁阀：工作压力：最小压力为0Kg/cm 2，最大压力为10Kg/cm 2；工作温度：－5～80℃；工作电压：AC220V。
（二）过控综合自动化控制系统实验平台
1、交流电源面板：提供实验所需的三相四线～380V、三路单相～220V电源，总电源由三相钥匙开关控制。
2、执行机构及I/O信号接口面板：符合国家标准。
3、三相可控硅移相调压装置
控制参数：可输入0～5V、0～10V、4～20mA；输出参数：额定工作电压：380VAC±10%；电网频率：50Hz；断态峰值截止电压VP：≥1200VPK；最小负载电流：100 mA；断态漏电流：<12 mA；关断最大延时：10ms。
4、交流变频控制
输出频率范围：0.2～400Hz；频率设定分辨率：0.06Hz/60HZ；频率精度：最大输出频率的±0.1%以内；控制信号输入为4～20mADC或0～5VDC，交流220V变频输出用来驱动三相磁力驱动泵。
5、远程数据采集热电阻输入模块：将传感器检测到的被控参数温度的标准信号通过AD转换送入计算机，以对温度信号实现实时采集检测，信号传送至计算机后可进行温度监测与控制方面的开放式开发组态实验。
6、远程数据采集模拟量输出模块：将计算机控制算法输出后的控制信号通过DA转换发给执行机构（调节阀、变频器、可控硅移相调压装置），整个控制系统的控制算法及监控功能都在上位PC机中实现。
7、远程数据采集模拟量输入模块：将传感器检测到的被控参数标准电压信号通过AD转换送入计算机，以对液位、压力与流量信号实现实时采集检测，信号传送至计算机后可进行液位、压力与流量监测与控制方面的开放式开发组态实验。
（三）配套的教学资源：
1、软件使用手册。
2、实验指导书。
3、各种维护用的螺丝刀、扳手、生料带、电工胶带、保险丝、出水管等工具，各主要器件的使用说明书，实验用强弱电导线，工程光盘及软件。
4、PLC仿真实训软件（软件为3个节点，提供软件安装程序和序列号、加密狗。）：通过计算机交互技术实时显示PLC的运行状态，可以实现PLC虚拟接线、接线的错误检查、PLC运行模拟等功能，可选择西门子S7-200系列PLC、三菱FX系列PLC、欧姆龙CPM系列PLC。
软件包含 “四节传送带的模拟控制”、“自动配料系统模拟实验”、“十字路口交通灯的模拟控制”、“装配流水线的模拟控制”、“水塔水位的模拟控制”、“天塔之光的模拟实验”、“机械手动作的模拟”、“液体混合装置的模拟”、“三相步进电机的模拟控制”、“LED数码显示控制”、“喷泉的模拟控制”、“三层电梯控制系统的模拟”、“轧钢机控制系统模拟”、“邮件分拣系统模拟”、“运料小车控制模拟”、“舞台灯光的模拟”、“加工中心模拟系统控制”、“三相异步电动机点动控制和自锁控制”、“三相异步电动机Y△换接起动控制”、“三相异步电动机联锁正反转控制”、“三相异步电动机带延时正反转控制”、“基于PLC通讯方式的变频器开环调速”、“基于PLC模拟量闭环调速实验”、“基于PLC通讯方式的变频器闭环定位控制”等共24个实训项目。
（四）系统功能要求
1、输入电源: 三相四线（或三相五线380V±10％ 50Hz）。
2、工作环境: 温度–10℃－+40℃ 相对湿度＜85％（25℃）海拨＜4000m。
3、装置容量：＜5kVA。
4、外形尺寸：过控综合自动化控制系统实验平台 长≤1800mm，宽≤730mm，高≤1400mm；高级过程控制对象系统实验装置：长≤1630mm，宽≤780mm，高≤1850mm。
5、安全保护功能：装置具有接地保护、漏电保护（漏电保护空气开关、电压型漏电保护器、电流型漏电保护器）功能，系统总电源由电压表及指示灯进行监视，安全性符合国家标准。采用高绝缘的安全型插座及带绝缘护套的高强度安全型实验导线。强弱电连接线采用不同结构的插头、插座，防止强弱电混接。系统总电源由钥匙开关控制，实验前钥匙由老师进行保管，系统连线结束后经老师检查无误后由老师用钥匙给系统上电，保障实验安全。
6、定时兼报警记录功能：考核学生实验成绩。
（五）能够开设的实验内容
1、单容水箱特性的测试。
2、双容水箱特性的测试。
3、单回路控制系统的实践。
4、上水箱（或中水箱或下水箱）液位定值控制系统。
5、双容水箱液位定值控制系统。
6、三容水箱液位定值控制系统。
7、锅炉内胆静态水温定值控制系统。
8、锅炉内胆动态水温定值控制系统。
9、锅炉夹套水温定值控制系统。
10、单闭环电动阀支路流量的定值控制系统。
11、单闭环变频调速磁力泵支路流量的定值控制系统。
12、锅炉内胆水温位式控制系统。
13、串级控制系统的连接实践。
14、水箱液位串级控制系统。
15、三闭环液位控制系统。
16、下水箱液位与电动调节阀流量的串级控制系统。
17、下水箱液位与变频调速磁力泵支路流量的串级控制系统。
18、锅炉夹套与内胆水温串级控制系统。
19、锅炉内胆水温与循环水流量的串级控制系统。
20、盘管出水口水温与热水流量的串级控制系统。
21、单闭环流量比值控制系统。
22、双闭环流量比值控制系统。
23、盘管出水口温度纯滞后控制系统。
24、盘管出水口温度滞后控制系统。
25、流量纯滞后控制系统。
26、锅炉内胆水温的前馈-反馈控制系统。
27、下水箱液位的前馈-反馈控制系统。
