A3000过程控制实验指导
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第一章 A3000高级过程控制实验系统概述 北京工商大学信息工程学院实验中心 5 图1.2 总体逻辑结构 图1.1 Au3000测试平台物理系统 第一章 A3000高级过程控制实验系统概述 本章介绍A3000高级过程控制实验系统整个测试平台的构成。A3000包括物理硬件系统以及配置的软件系统。
第一节 总体架构 A3000测试平台总体物理系统如图1.1所示，包括控制系统和现场系统，控制系统可有30多种，现场系统可具有现场总线。总体逻辑结构如图1.2所示。 第一章 A3000高级过程控制实验系统概述
北京工商大学信息工程学院实验中心 6 图1.3 现场系统结构示意图 A3000现场系统特性： ➢ 尺寸：1450（毫米宽度）X700（毫米深度）X1950（毫米高度），全不锈钢框架； ➢ 电力：三相接地四线制380V 0%，单相三线制，220V 10%； ➢ 能耗：最大额定用电6kw/h。自来水120L，可重复使用； A3000控制系统特性： ➢ 尺寸：800(宽度)X60（深度）X1950（高度）。标准工业机柜； ➢ 电力：单相三线制，220V 10%； ➢ 能耗：最大额定用电1kw/h；
第二节 测试平台现场系统
物理受控系统包括了测试对象单元、供电系统、传感器、执行器（包括变频器及移相调压器），从而组成了一个只需接受外部标准控制信号的完整、独立的现场环境。下面使用示意图和流程图方式介绍现场系统的结构、原理、操作和维护。 系统必须可靠接地，以防止因动力设备静电积累而造成触电或设备损坏。
一 现场系统结构示意图
现场系统结构示意图如图1.3所示。 第一章 A3000高级过程控制实验系统概述
北京工商大学信息工程学院实验中心 7 总体的测点清单如表1.1所示。 表1.1 整体流程测点清单
序号 位号或代号 设备名称 用途 原始信号类型 工程量 1 TE-101 热电阻 锅炉水温 Pt100 AI 0~100˚C 2 TE-102 热电阻 锅炉回水温度 Pt100 AI 0~100˚C 3 TE-103 热电阻 换热器热水出口水温 Pt100 AI 0~100˚C
4 TE-104 热电阻 换热器冷水出口水温 Pt100 AI 0~100˚C
5 TE-105 热电阻 储水箱水温 Pt100 AI 0~100˚C
6 LSL-105 液位开关 锅炉液位极低连锁 干接点 DI NC 7 LSH-105 液位开关 锅炉液位极高连锁 干接点 DI NC 8 XV-101 电磁阀 一支路给水切断 光电隔离 DO NC 9 XV-102 电磁阀 二支路给水切断 光电隔离 DO NC
10 AL-101 告警 光电隔离 DO NC
11 FT-101 涡轮流量计 一支路给水流量 4-20mADC AI 0~3m3/h 12 FT-102 电磁流量计 二支路给水流量 4-20mADC AI 0~3m3/h 13 PT-101 压力变送器 给水压力 4-20mADC AI 150kPa 14 LT-101 液位变送器 上水箱液位 4-20mADC AI 2.5 kPa 15 LT-102 液位变送器 中水箱液位 4-20mADC AI 2.5 kPa
16 LT-103 液位变送器 下水箱液位 4-20mADC AI 2.5 kPa
17 LT-104 液位变送器 锅炉/中水箱右液位 4-20mADC AI 0~5kPa 18 FV-101 电动调节阀 阀位控制 4-20mADC AO 0~100% 19 GZ-101 调压模块 锅炉水温控制 4-20mADC AO 0~100% 20 U-101 变频器 频率控制 4-20mADC AO 0~100%
注： 所列信号类型为原始信号，在控制柜中Pt100经过变送器转换成了4～20mA。一般两线制信号在IO面板上已经连接了24V和GND，可以按照四线制方式使用。执行机构一般2～10V控制，控制信号经过500欧姆采样电阻被转换成4-20毫安控制。
二 工艺设备结构和操作
本节通过大量的示意图介绍各个工艺设备的结构和操作，其中包括各个水箱、锅炉、换热系统以及管路。如图1.4所示 第一章 A3000高级过程控制实验系统概述 北京工商大学信息工程学院实验中心 8 图1.4 现场系统示意图 图1.5 上水箱透视图 1) 上水箱
上水箱位于框架右上方，模拟一个工业上常见的卧式圆罐。水平方向的截面积在各个高度不同，中间最大，两端最小，具有典型的非线性特性。上水箱透视图如图1.5所示。 第一章 A3000高级过程控制实验系统概述
北京工商大学信息工程学院实验中心 9 图1.6 中水箱透视图 图1.7 中水箱顶视图
2) 中水箱 中水箱是一个结构复杂的容器。提供变容结构，以及水平多容结构。中水箱透视图如图1.6所示、中水箱顶视图如图1.7所示。
变容的实现过程： （1）将分隔闸板提得很高，例如2厘米以上，则中水箱左右两边容器合在一起，通过出水闸板控制出口流量。总截面积=中水箱左容器+中水箱右容器。 （2）将出口闸板提得很高，例如2厘米以上，通过分隔闸板控制出口流量。总截面积=中水箱左容器。 水平多容实现过程： 分隔闸板作为左右两边容器的导通流量控制，出水闸板控制右边容器出口流量。 3) 下水箱 下容器可以更换不同形状的出口闸板，从而改变系统特性，还可放入一个斜体，从而模拟倒锥形工业容器。下水箱透视图结构如图1.8所示，下水箱顶视图如图1.9所示。 第一章 A3000高级过程控制实验系统概述 北京工商大学信息工程学院实验中心 10 图1.8 下水箱透视图 图1.9 下水箱顶视图
图1.10 常压电加热锅炉 4) 常压锅炉 锅炉是一个常压电加热锅炉，大气压力，没有高温。如图1.10所示。 第一章 A3000高级过程控制实验系统概述
北京工商大学信息工程学院实验中心 11 图1.11 换热系统示意图 图1.12 现场对象系统管路
5) 换热系统 该换热器采用工业高效板式换热器。换热器具有一个冷水入口，一个冷水出口，一个热水入口，一个热水出口（热水和冷水的位置可以互换，但是出口和入口不能互换）。如图1.11所示。
6) 管路系统 管路系统如图1.12所示。通过该图可以了解各个阀门的位置，以及管道上的各个过程设备。 第一章 A3000高级过程控制实验系统概述
北京工商大学信息工程学院实验中心 12 图1.13 PT100温度传感器 图1.14 PT100温度变送器接线原理图
图1.15 压力变送器
三 过程和电气设备结构和操作 本节介绍仪器仪表以及执行器等产品的结构和操作方法。 1) 温度检测设备 温度传感器为PT100，采用三线制，如图1.13所示。
温度变送器为两线制，24V直流供电。如图1.14所示。 2) 压力和液位检测设备 ♫ 参考手册：《扩散硅压力/液位变送器使用说明书》 可以采用扩散硅压力/液位变送器，也可以选择电容式或者应变电阻式。压力变送器如图1.15所示。 第一章 A3000高级过程控制实验系统概述
北京工商大学信息工程学院实验中心 13 图1.16 压力/液位变送器量程调节示意图
图1.17 涡轮流量计 图1.18 涡轮流量计接线图 图1.19 涡轮流量计拆卸操作
压力/液位变送器包括一个表头，表头两侧都有盖子。打开盖子，一侧用于接线，另一侧可以调节零点或满量程，如图1.16所示。
3) 流量检测设备 现场系统一般包括一个涡轮流量计和一个电磁流量计。 A、涡轮流量计 ♫ 参考手册：《LWGY/LWGB/LWY型涡轮流量计使用说明书》。 涡轮流量计管道里有一个叶轮随着流动液体转动，通过霍尔效应产生脉冲，然后进行F/I转换为4~20mA信号。涡轮流量计如图1.17所示，其接线如图1.18所示。
涡轮流量计如果堵塞，则需要拆卸清洗，拆卸如图1.19所示。使用一个铁片拧下涡轮两边的外丝，取出涡轮进行清洗。注意安装时不能太紧。 第一章 A3000高级过程控制实验系统概述
北京工商大学信息工程学院实验中心 14 图1.20 电磁流量计
图1.20 电磁流量计接线图
B、电磁流量计 ♫ 参考手册《中文电磁流量计转换器用户手册》、《中文电磁流量计传感器使用说明书》 电磁流量计利用法拉第电磁感应定律来测量流量。电磁流量计如图1-20所示。
注意：不要在没有水的情况下给电磁流量计加电。加电几分钟后才能获得准确数值。 电磁流量计接线图如图1.21所示。
注意：只连接220V电源L和N线、信号“4-20毫安”输出以及“输出地“ 第一章 A3000高级过程控制实验系统概述
北京工商大学信息工程学院实验中心 15 图1.22 三菱变频器 图1.23 变频器安装拆卸示意图
4) 变频器接线和操作 变频器采用三菱的FS520S变频器，或者采用西门子的MM420变频器。变频器控制水泵P101。由于变频器响应快速，所以控制时间会短一些。 A、三菱变频器 ♫ 参考手册：《三菱变频器FR-S500使用手册（基本篇或高级篇）》 三菱变频器如图1.22所示。
即使变频器不处于运行状态，其电源输入线，直流回路端子和电动机端子上仍然可能带有危险电压。因此，断开开关以后还必须等待5分钟，保证变频器放电完毕，再开始安装、维护等工作。变频器拆卸如图1.23所示、变频器接线如图1.24所示。在把 STF 启动拨动开关断开后，可以设置到面板控制模式，通过旋钮进行频率设定。面板如图1.25所示。
