过程控制系统实验指导书关榆君姚明林编前言THFCS-1A型综合自动化控制系统实验装置是为配合我校自动化、电气及相关专业的教学和实验而设计开发的。它可满足我系所开设的《传感器与检测技术》、《过程控制系统》、《自动控制理论》、《计算机控制系统》、《现场总线技术》等课程的实验教学要求。目录实验装置说明被控对象特性测试实验单回路控制系统实验串级控制系统实验滞后控制系统实验设计性综合性实验一实验装置说明学生通过本实验装置进行综合实验后可掌握以下内容：（1）传感器特性的认识和零点迁移；（2）自动化仪表的初步使用；（3）变频器的基本原理和初步使用；（4）电动调节阀的调节特性和原理；（5）测定被控对象特性的方法；（6）单回路控制系统的参数整定；（7）串级控制系统的参数整定；（8）复杂控制回路系统的参数整定；（9）控制参数对控制系统的品质指标的要求；（10）控制系统的设计、计算、分析、接线、投运等综合能力培养；（11）各种控制方案的生成过程及控制算法程序的编制方法。2THFCS-1A型过控综合自动化控制系统对象本实验装置对象主要由水箱、锅炉和盘管三大部分组成。供水系统有两路：一路由三相（380V恒压供水）磁力驱动泵、电动调节阀、直流电磁阀、涡轮流量计及手动调节阀组成；另一路由变频器、三相磁力驱动泵（220V变频调速）、涡轮流量计及手动调节阀组成。（1）被控对象由不锈钢储水箱、（上、中、下）三个串接有机玻璃水箱、4.5KW三相电加热模拟锅炉(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。水箱：包括上水箱、中水箱、下水箱和储水箱。上、中、下水箱采用淡蓝色优质有机玻璃，便于学生直接观察液位的变化和记录结果。水箱底部均接有扩散硅压力传感器与变送器，可对水箱的压力和液位进行检测和变送。上、中、下水箱可以组合成一阶、二阶、三阶单回路液位控制系统和双闭环、三闭环液位串级控制系统。储水箱由不锈钢板制成，能满足上、中、下水箱的实验供水需要。模拟锅炉：是利用电加热管加热的常压锅炉，包括加热层（锅炉内胆）和冷却层（锅炉夹套），可利用它进行温度实验。做温度实验时，冷却层的循环水可以使加热层的热量快速散发，使加热层的温度快速下降。冷却层和加热层都装有温度传感器检测其温度，可完成温度的定值控制、串级控制，前馈-反馈控制，解耦控制等实验。盘管：模拟工业现场的管道输送和滞后环节，长37米（43圈），在盘管上有三个不同的温度检测点，它们的滞后时间常数不同，在实验过程中可根据不同的实验需要选择不同的温度检测点。盘管的出水通过手动阀门的切换既可以流入锅炉内胆，也可以经过涡轮流量计流回储水箱。它可用来完成温度的滞后和流量纯滞后控制实验。管道及阀门：整个系统管道由敷塑不锈钢管连接而成，所有的手动阀门均采用优质球阀，彻底避免了管道系统生锈的可能性。（2）检测装置压力传感器、变送器：三个压力传感器分别用来对上、中、下三个水箱的液位进行检测，其量程为0～5KP，精度为0.5级。输出：4～20mADC。温度传感器：装置中采用了六个Pt100铂热电阻温度传感器，分别用来检测锅炉内胆、锅炉夹套、盘管（有3个测试点）以及上水箱出口的水温。经过调节器的温度变送器，可将温度信号转换成4～20mA直流电流信号。流量传感器、变送器：三个涡轮流量计分别用来对由电动调节阀控制的动力支路、由变频器控制的动力支路及盘管出口处的流量进行检测。输出：4～20mADC。（3）执行机构电动调节阀：采用智能直行程电动调节阀，用来对控制回路的流量进行调节。电源为单相220V，控制信号为4～20mADC或1～5VDC，输出为4～20mADC的阀位信号。水泵：本装置采用两只磁力驱动泵,一只为三相380V恒压驱动，另一只为三相变频220V输出驱动。电磁阀：在本装置中作为电动调节阀的旁路，起到阶跃干扰的作用。三相电加热管：由三根1.5KW电加热管星形连接而成，用来对锅炉内胆内的水进行加温。3.过控综合自动化控制系统实验平台(1)S7-400PLC实验平台该平台由CPU412、24V供电电源、模拟输入、模拟输出、数字输入和数字输出等模块组成。整个系统由PROFIBUS现场总线连接，分为PROFIBUS-DP和PROFIBUS-PA两层网络。本平台可以开设《PLC原理》、《现场总线技术》、《过程控制系统》、《传感器与检测技术》等课程的相关实验。(2)和利时DCS实验平台该平台由2台24v供电电源、2台MCU、模拟输入、模拟输出、数字输入和数字输出等模块组成。本系统可以开设《集散控制系统》、《过程控制系统》、《传感器与检测技术》的课程的相关实验。(3)智能仪表实验平台该平台由智能调节仪表和输入数字端子组成，智能调节仪表能够进