一、概述
CRG-GCK09高級過程控制綜合實驗裝置能同時滿足學(xué)校所開設(shè)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(xué)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(xué)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(biāo)
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(shè)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(shè)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(xué)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(shè)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(xué)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(fù)合管路、不銹鋼等組成。
3、標(biāo)準(zhǔn)不銹鋼材料安裝框架：標(biāo)準(zhǔn)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(shè)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(xué)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(shè)有漏電保護空氣開關(guān)，安全性符合國際標(biāo)準(zhǔn)。可關(guān)閉接入網(wǎng)關(guān)的設(shè)備電源；可啟動接入網(wǎng)關(guān)的所有設(shè)備電源；可關(guān)閉接入網(wǎng)關(guān)的所有設(shè)備電源；可按用戶的設(shè)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(shè)備使用數(shù)據(jù)
可導(dǎo)出；具有可監(jiān)測設(shè)備的報警狀態(tài)等功能。
設(shè)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(shè)計；符合IEC60950、UL60950 和 EN60950 標(biāo)準(zhǔn)。
（2)采用微控制器設(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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(shè)備儀表參數(shù)。
(9)具有漏電壓監(jiān)測功能，可檢測實驗設(shè)備漏電并切斷電源產(chǎn)生報警信號，投標(biāo)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)通信網(wǎng)絡(luò)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(biāo)準(zhǔn)通信網(wǎng)絡(luò)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(xué)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(dǎo)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(shè)計，控制、網(wǎng)絡(luò)、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(luò)、控制網(wǎng)絡(luò)都是雙網(wǎng)同時運行。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)采用無服務(wù)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(yīng)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(wù)器發(fā)布，任何智能設(shè)備（PC、手機等）通過內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，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(shè)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(shè)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(luò)：滿足DP通信標(biāo)準(zhǔn)，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(xué)。
（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(xué)，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(yīng)用場合的需要。
● 通過ISO9002質(zhì)量認(rèn)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(yīng)時間
≤0.5秒（設(shè)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(fù)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(shè)定操作：旋轉(zhuǎn)鍵（按兩秒后進入?yún)?shù)設(shè)置）；←（數(shù)據(jù)位移、兼手動/自動切換及程序設(shè)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(shè)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(yīng)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(xué)校的實際情況選用第二種方式的應(yīng)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(xué)和工程人才培養(yǎng)；提供RS485接口、基礎(chǔ)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(shè)定即可實現(xiàn)預(yù)定功能。內(nèi)置常見的連接宏與應(yīng)用宏，簡化操作。具有線性 V/F 控制、平方 V/F，可編程多點設(shè)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(biāo)準(zhǔn)設(shè)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(xué)生通過對該系統(tǒng)所設(shè)計實驗的學(xué)習(xí)，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(yù)留的接口可便于用戶開發(fā)設(shè)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(biāo)準(zhǔn)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(shè)備配套的SCH、DSP 程序用于教學(xué)研究，投標(biāo)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(luò)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(zhǔn)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(yīng)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(xí)慣和要求，真正的32位程序，支持多任務(wù)、多線程，可運行于Microsoft Windows 95/98/NT/2000等操作系統(tǒng)。
l 龐大的標(biāo)準(zhǔn)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(shè)備，同時可以方便地定制各種設(shè)備驅(qū)動；此外組態(tài)環(huán)境調(diào)試功能與靈活的設(shè)備操作命令相結(jié)合，使硬件設(shè)備與軟件系統(tǒng)間的配合天衣無縫。
l 簡單易學(xué)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(fù)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?jǐn)?shù)據(jù)。
l 方便的報警設(shè)置、豐富的報警類型、報警存貯與應(yīng)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(zhǔn)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(shè)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(luò)功能，支持TCP/IP、Moden、485/232，以及各種無線網(wǎng)絡(luò)和無線電臺等多種網(wǎng)絡(luò)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(biāo)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(shè)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(dāng)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(shè)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(biāo)準(zhǔn)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(fù)多次，最終是壓力表的零位和滿量程調(diào)整到標(biāo)準(zhǔn)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(shè)置為保持/全開/全關(guān)/0~100間預(yù)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(biāo)準(zhǔn)，材料：WCB、WC6、1Crl8Ni9、CF8M；上閥蓋：常溫型：-17～+220°；7.閥內(nèi)結(jié)構(gòu)：上導(dǎo)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(biāo)準(zhǔn)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(dǎo)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(shè)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(shè)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(shè)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(shè)備的設(shè)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(shè)計了電流型漏電保護器有效地保護了學(xué)生的人身安全。實驗裝置設(shè)計有流量計保護功能，保護流量計。加溫筒內(nèi)設(shè)有缺水告警系統(tǒng)，防止電熱絲燒壞；還設(shè)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(xué)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(shè)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(shè)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(xué)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(shè)備實訓(xùn)項目，實訓(xùn)項目不得少于實訓(xùn)目的、實訓(xùn)器材、實訓(xùn)要求、程序流程圖、端口分配、控制原理圖、實訓(xùn)步驟及實訓(xùn)總結(jié)等內(nèi)容；文本搜索、文本黏貼復(fù)制、放大、縮小、設(shè)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(xué)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(zāi)的預(yù)防、各種滅火器的使用和火災(zāi)逃生的方法等。
（6）3D自動化儀表仿真教學(xué)系統(tǒng)：
配置系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖，學(xué)生在網(wǎng)絡(luò)計算機上安裝系統(tǒng)軟件，學(xué)生可以形象生動的學(xué)習(xí)整體部件的結(jié)構(gòu)，原理，接線，仿真等，能夠進行學(xué)習(xí)儀表拆裝、接線、校準(zhǔn)等操作（與設(shè)備上儀表型號配套）
（7）安全教學(xué)系統(tǒng)需求：軟件例程編程
軟件考試登錄界面設(shè)置一個登錄框（登錄框格式為+準(zhǔn)考證登錄，起記錄作用，最后提交成績時可以記錄當(dāng)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(yīng)自由操作，沒有邏輯順序。考試時，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?jǐn)?shù)應(yīng)為當(dāng)前考試安全分上限。
完成所有操作后，應(yīng)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(dāng)?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(yù)估（Smith）控制實驗（實驗畫面及實驗指導(dǎo)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(dǎo)書）。
3、設(shè)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(luò)解耦。
★（二）3D實物1：1過程控制仿真系統(tǒng)實訓(xùn)
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(rèn)識和校驗；調(diào)節(jié)器的認(rèn)識實驗；熱電阻的認(rèn)識和校驗；電動調(diào)節(jié)閥的認(rèn)識和校驗；電磁流量計的認(rèn)識和校驗；變頻器的認(rèn)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(rèn)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(luò)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(luò)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。