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浅谈热工自动化过程控制实验装置
发布时间：2024-07-25 |
热工自动化过程控制实验装置将现场对象系统和二次仪表操作台结合为一体，在操作对象系统的同时，可以就地查看显示仪表的相关信息。实验装置中配备有压力、流量、温度、液位传感器，除温度输出阻值外，其它三种均有相应的变送器对传感器输出信号进行变送，以输出电流信号给仪表（或远传）使用。为实现对上述四大热工参数的自动调节，本套装置中，还配备有相应的调节执行器--- ---电动调节阀和调压模块，前者可以对压力、流量和液位进行自动调节控制，后者可实现温度的平滑连续调节。控制箱中装有两块工业常用的仪表，可以采集温度及常规工业规范信号。本套装置还配备上位机监控系统，对本套实验装置中所有的参数，本软件工程都对应开发了相应的自动控制实验项目，另外还可自行开发实验项目。
1.1.1 系统结构流程图如下：
图1-1-1对象系统流程图
1.2 实验装置硬件组成
本套装置为对象和现场变送器显示二次仪表一体式结构设计，对象系统中由液位水箱、复合加热水箱、仪表控制箱、各类检测装置、两套执行器、一套水路动力系统以及一个接线箱组成。
1.2.1 液位水箱：
液位水箱采用淡蓝色优质有机玻璃，不但坚实耐用，而且透明度高，便于学生直接观察液位的变化。为严格按照压力变送器量程需要，水箱高度需与传感器量程对应起来，水箱尺寸为：直径*高=250*550mm。水箱由缓冲槽、工作槽、采压孔、出水管和溢流管组成，进水时水管中的水先流入缓冲槽，出水时工作槽的水经隔板边缘流入出水管，这样经过缓冲和线性化的处理，工作槽的液位较为稳定，便于观察。水箱底部连接有电容式、扩散硅和差压液位压力变送器，可对水箱的压力和液位进行检测和变送。储水箱由不锈钢板制成，尺寸为：长×宽×高=66cm×35㎝×43㎝，能同时满足液位水箱和复合加热水箱的实验供水需要。储水箱内部有椭圆形塑料过滤网罩，以防杂物进入水泵和管道。
1.2.2 复合加热水箱：
复合加热水箱由两层水箱结构组成，内层为加热水箱，配备有500W电加热管，尺寸为：直径*高=200*370mm。其顶盖上还布有一条进水管路和PT100温度传感器，还有溢流保护口，保护顶盖不承受较大压力。整个内层加热水箱位于外层有机玻璃水箱中，加热筒底部由一圈接触面积很小的圆形支架固定在外层有机玻璃水箱内。
外层冷却水箱同样拥有独立的进水管路和溢流保护出水管，可以有效降低内层加热水箱内液体水的温度，其体积较大，外圆尺寸为：直径*高=35cm*35cm。
1.2.3 仪表显示控制箱：
控制面板部分包含的主要器件：
1.2.3.1 单相带漏电保护断路器：
本套装置为单相三线220V±10％/50Hz供电，整机容量<1.5KW，如发生漏电现象，该断路器会自动跳闸，以切断进线电源。本套实验系统需进行接地，单相三芯插座中含有地线，可使设备机壳直接与大地相连，接地后漏电压不大于AC3V。
1.2.3.2 电源指示灯：
当装置电源插座接入三相电网时，把三相空气开关合上，电源指示灯显示现在设备有无接入电网。
1.2.3.3 二位旋钮开关：
在控制箱中有两个二位旋钮开关位于电压表下面，它们分别控制着离心泵和单相调压器的电源。向左即为关，向右即为开，它为双触点常闭式结构。
1.2.3.4 直流24V电压输出：
在控制箱内部有标准直流24V开关电源模块，规格为：AC220V±10％/50Hz输入，DC24V/2A输出，本套装置总计使用直流24V电源的额定电流不超过1A。面板中的数显表用于显示当前开关电源输出电压值的大小，右侧有两个端子用于输出直流24V电压，以供其它外部设备使用，但总容量不得超过1A。
1.2.4 检测装置：
1.2.4.1 扩散硅液位变送器：
传感器为扩散硅压阻材料，用于测量由水箱液位高度而产生的压力，为直流24V供电、4～20mA变送输出、标准两线制接线、精度0.5级，是常见普通型传感器、变送器一体式结构的压力检测装置。
1.2.4.4 涡轮流量计：
传感器为涡轮结构，是一种速度式检测仪表，本套装置中用于检测水流量大小，在小流量时拥有很高的精度，变送器为直流24V供电、4～20mA变送输出、标准两线制接线、精度1.0级，是高精度型传感器、变送器一体式结构的流量检测装置。
1.2.4.9 PT100铂电阻温度传感器：
本套装置中共有两只PT100铂电阻温度传感器，一只安装在孔板节流装置的下游管道中，用以检测流过节流装置的介质水的温度；另一只安装在复合加热水箱的顶盖上，用以检测加热系统介质水的温度。
1.2.5 执行器：
1.2.5.1 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。它具有精度高、技术先进、体积小、重量轻、推动力大、功能强、控制单元与电动执行机构一体化、可靠性高、操作方便等优点，电源为单相220V，控制信号为DC4～20mA，使用和校正非常方便。
1.2.5.2 单相调压模块：
单相调压模块安装在控制箱内部，它为单相交流220V输入，输出为单相交流220V平滑可调，控制信号为DC4～20mA，利用智能调节仪的输出信号可控制调压模块的输出电压，从而使加热介质水的温度最终稳定在某一数值，实现温度的自动控制。
1.2.6 水路动力系统：
本套系统的水路动力系统为离心泵，它的性能好坏影响到整套装置信号检测的优良，本套装置采用的离心泵在各方面的指标都达到了进行高精度实验的要求，提供了稳定的水流、合理的流量和适度的扬程等其它性能指标。
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