I. Visão Geral do Equipamento
Este equipamento experimental de sistema de controle de processos é dividido em quatro partes: sistema de controle superior, camada de objeto experimental, sensor de detecção, transmissão, equipamento de execução e software de controle superior. Características do sistema: Todo o sistema é montado em uma bancada de testes móvel, que é compacta e ocupa uma pequena área.
1. Sistema de controle superior:
①, módulo de controle de instrumentos inteligentes; ②, sistema de controle DDC; ③, sistema de controle PLC;
2. Sistema de camada de objeto experimental:
II. Itens experimentais deste equipamento de controle de processos:
1. Experimento de caracterização de tanque de água de capacidade única;
2. Experimento de caracterização de tanque de água de capacidade dupla;
3. Experimento de caracterização de fluxo de válvula elétrica;
4. Experimento de controle de malha única;
5. Experimento de controle de nível de líquido de capacidade única com ramificação de válvula reguladora elétrica;
6. Experimento de controle de nível de líquido de capacidade dupla em tanque de água superior;
7. Experimento de controle de vazão por válvula reguladora elétrica;
8. Experimento de controle de temperatura;
9. Experimento de controle de vazão;
10. Experimento de controle de pressão;
11. Experimento de controle em cascata de dupla capacidade no tanque de água superior;
12. Sistema de controle em cascata do nível de líquido no tanque de água inferior e da vazão por válvula reguladora elétrica;
13. Experimento de controle de nível de líquido de capacidade única por conversor de frequência;
14. Experimento de controle de nível de líquido de três capacidades;
15. Experimento de controle de vazão por conversor de frequência;
16. Experimento de controle de temperatura do revestimento da caldeira.
III. Indicadores técnicos
(1) Alimentação
Alimentação AC trifásica: 380 VAC ± 10%, 50 Hz ± 5%, 16 A. O sistema deve estar devidamente aterrado.
(2) Os sinais de entrada e saída dos instrumentos do sistema estão em conformidade com as normas IEC.
Sinal da fonte de corrente do transmissor: 4-20mADC.
Amostragem do instrumento: 1-5V (250Ω) / 0,2-1V (50Ω).
(3) O sistema fornece uma fonte de alimentação CC linear regulada (24VDC/1A).
(4) Software de configuração do computador host;
O sistema experimental foi desenvolvido utilizando o software de configuração de controle industrial MCGS (Monitor and Control Generated System), totalmente chinês.
(5) Dimensões do equipamento: 1620×700×1900mm
IV. Composição e descrição do sistema
(I) Objeto de controle: Consiste em uma estrutura de instalação em perfil de alumínio, um reservatório de água externo em aço inoxidável, um reservatório de água em série com três tanques em plexiglass, um recipiente para caldeira de pressão atmosférica com camisa em aço inoxidável, tubulações de aço inoxidável, etc.
1. Estrutura de instalação padrão em perfil de alumínio: Reservatório de água em série com três tanques em plexiglass com perfil de alumínio padrão europeu 40*40 e recipiente para caldeira de pressão atmosférica com camisa em aço inoxidável. A bancada de aço inoxidável pode ser instalada sobre a placa inferior para acomodar o atuador do sensor de detecção, tubulações, etc.
2. Mesa experimental: O objeto de controle é posicionado sobre a mesa experimental;
3. Reservatório de água externo em aço inoxidável e bomba d’água. Toda a estrutura é montada sobre rodízios móveis. A saída da bomba d’água possui um conector rápido, permitindo a conexão da bomba ao sistema de tubulação do objeto de controle para o experimento.
4. Tanque de água em vidro orgânico com três compartimentos:
① Tanque de água em vidro orgânico com dois compartimentos: Fabricado em vidro orgânico importado, com compartimentos superior, intermediário e inferior (comprimento 200 × largura 200 × altura 400 mm), compartimento intermediário (comprimento 200 × largura 200 × altura 400 mm) e compartimento inferior (comprimento 200 × largura 200 × altura 400 mm). Os compartimentos superior, intermediário e inferior são instalados em série, cada compartimento equipado com tubo de transbordamento, tubo de drenagem inferior e válvula, além de interface para sensor de nível de pressão.
5. Caldeira de aquecimento de pressão normal em aço inoxidável com camisa:
Caixa interna de Φ100 × 500 mm (com aquecimento dinâmico de água), com tubo de aquecimento elétrico monofásico de 1,8 kW, camisa de Φ150 × 400 mm (com algodão isolante). A caldeira é totalmente fechada (pode ser usada não apenas para experimentos de temperatura, mas também para outros fins). Para o experimento de pressão, um sensor de temperatura Pt100 é instalado no tanque interno.
Alimentação do sistema: bomba de circulação de água trifásica em aço inoxidável com potência ajustável: pode ser composta por uma bomba de aço inoxidável + válvula reguladora elétrica + sistema de regulação de vazão eletromagnético, ou por uma bomba de aço inoxidável + conversor de frequência + sistema de regulação de vazão eletromagnético.
O módulo de controle de temperatura e regulação de tensão + radiador formam o sistema de aquecimento da caldeira: módulo de regulação de tensão ACmonofásico totalmente isolado com tiristor; sinal de controle: 4-20 mADC. Potência do anel de aquecimento: 1800 W, 220 VAC.
(II) Sensores e atuadores de detecção:
1. Sensor de vazão: medidor de vazão eletromagnético + transmissor de vazão. Equipado com transmissor de vazão eletromagnético da Cao Xin Instrument, vazão nominal de 0,2 a 1,2 m³/h, precisão de medição de ±1,0%, saída de sinal padrão de 4 a 20 mA;
2. Sensor de nível de líquido: três sensores de nível de líquido de silício difuso, usados ​​respectivamente para detectar o nível de líquido nos tanques de água superior, intermediário e inferior. Além disso, um sensor de pressão de silício difuso é adicionado ao reservatório da caldeira de aquecimento para detectar a pressão no reservatório durante o experimento de fornecimento de água a pressão constante. Equipado principalmente com transmissor de nível da Cao Xin Instrument, saída de sinal padrão de 4 a 20 mA, precisão de medição de nível de 0,5, ampla faixa de aplicação, alta precisão, alta qualidade em altas temperaturas, alta confiabilidade, estrutura refinada, fácil instalação, pequena deriva de zero.
3. Sensor de temperatura: 2 sensores de resistor térmico Pt100, 2 transmissores de temperatura de resistor térmico Pt100. Usado para detectar a temperatura interna do reservatório da caldeira de aquecimento de pressão atmosférica de aço inoxidável com camisa.
4. Conversor de frequência: Um conversor de frequência Mitsubishi FR-D720S-0.4K-CH. Utilizado para ajustar a pressão e a vazão de água do circuito de alimentação do conversor de frequência.
5. Válvula de controle elétrica: Uma válvula de controle elétrica Wanxun, com vazão nominal de 0,28 a 0,30 metros cúbicos por hora e entrada de sinal de 4 a 20 mA. Utilizada para ajustar a pressão e a vazão de água do circuito de alimentação da válvula de controle elétrica.
V. Sistema de controle de processo superior PCS-C
1. Estrutura da mesa de operação/controle superior PCS-C:
A mesa de operação/controle superior GLGK-2 é fabricada e instalada como um todo, juntamente com o dispositivo experimental. A mesa de operação/controle superior é instalada sobre a mesa experimental de liga de alumínio.
2. Painel experimental de operação/controle superior PCS-C
Painel experimental de operação/controle superior: estrutura em aço com revestimento em spray.
Painel de controle de alta tensão: equipado com disjuntor diferencial residual (DR) e protetor contra fuga de corrente, considerando totalmente a segurança pessoal. Equipado com circuito de controle de partida por chave e múltiplos grupos de fusíveis, cada grupo de saída de alta tensão possui fusíveis para proteção e controle, garantindo a segurança do equipamento e facilitando sua operação e controle; equipado com voltímetro de separação de fase e indicador luminoso, intuitivo, que exibe informações de alta tensão em um relance; equipado com inversor e seu painel de interface de controle, facilitando a familiarização, operação e aplicação do inversor.
Painel de controle: painel de controle de conversão de frequência, painel de controle de instrumentos inteligentes, painel de controle do módulo de aquisição de dados.
Painel de interface de sinal: os sinais dos instrumentos e os sinais elétricos do objeto de controle são transferidos para a placa de fiação de sinal, fornecendo interfaces de sinal para detecção de sensores AI, AO, DO e outros, além de controle de atuadores, permitindo que os alunos os conectem para formar diferentes sistemas de controle. O experimentador utiliza fios plug-in seguros para realizar diferentes conexões entre a placa experimental e a placa de sinal, a fim de completar diversos experimentos de controle de processos.
VI. Introdução às funções do sistema de controle de processos superiores PCS-C:
1. Sistema de controle PLC S7-200
Com o desenvolvimento da ciência e da tecnologia, os PLCs, mesmo os micro PLCs, são capazes de executar uma variedade de tarefas de controle. O sistema de controle PLC fornecido por este produto utiliza a série S7200 da Siemens (CPU224XP), que demonstra o excelente desempenho de um micro PLC no atendimento a tarefas de controle em pequena escala, proporcionando plataformas experimentais mais robustas para a formação de profissionais de engenharia. Os usuários podem optar por micro PLCs de outros fabricantes, de acordo com as necessidades específicas de sua instituição.
2. Sistema de controle de instrumentos inteligentes
O núcleo do sistema de controle de instrumentos é composto por diversos instrumentos com funções de comunicação, principalmente os controladores inteligentes AI708 e AI818. Vários algoritmos são integrados aos instrumentos. Os parâmetros do algoritmo de controle dos instrumentos são ajustados de acordo com as condições locais para alcançar os efeitos de controle desejados. Simultaneamente, os instrumentos com função de comunicação interagem com a plataforma de software do computador host. Diversos parâmetros e valores de processo do instrumento são inseridos no banco de dados da plataforma de software (geralmente um software de configuração de controle industrial), e a tela de configuração do processo e a interface de operação podem ser usadas para ajustar facilmente os parâmetros no computador host, bem como para registrar e analisar os valores do processo.
3. Sistema de controle DDC
Os sistemas de controle DDC geralmente apresentam duas formas. Uma delas consiste em um módulo de aquisição de dados externo, cujo núcleo é um módulo de aquisição de dados com comunicação RS485 e software de algoritmo computacional; a outra consiste em uma placa de aquisição de dados que utiliza um computador industrial e um slot ISA ou PCI. O módulo de aquisição de dados externo é fácil de instalar e não apresenta atenuação de sinal quando os dados são enviados para o computador por meio de comunicação, mesmo quando instalado no local. Portanto, este produto adota o primeiro método de aplicação. Ele inclui principalmente os módulos de entrada e saída analógica Beijing Jizhida 8017 e 8024.
O módulo de aquisição de dados é instalado diretamente no console, e a poderosa função de configuração de algoritmos do software de controle industrial MCGS é utilizada para construir facilmente um sistema de controle DDC com interface homem-máquina. No sistema DDC, é fornecido software de algoritmo aberto para experimentação e programação de algoritmos, o que facilita o ensino experimental e o treinamento de engenheiros.
VII. Sistema de proteção de segurança
(I) Sistema de proteção do controle do programa de aquecimento da caldeira
1. O tanque de aquecimento da caldeira está equipado com um dispositivo de proteção de nível de água. Se o nível da água não atingir uma determinada altura, o sistema de controle não poderá controlar o regulador de tensão do tiristor.
2. O interruptor de controle de energia do tubo de aquecimento elétrico utiliza uma chave seletora. Quando não estiver em uso no experimento, o instrutor deve proteger a chave para evitar acionamentos incorretos por pessoas não autorizadas.
(II) Medidas de proteção de energia
1. Um protetor de fuga de corrente foi adicionado.
2. Um fusível foi adicionado à fonte de alimentação bifásica para evitar a interrupção do circuito.
(III) Método de controle de partida e parada de energia
O botão de partida e parada é usado para controlar o contator e a partida da fonte de alimentação.
(IV) Dispositivo de proteção contra fuga de corrente e compromisso de segurança
(V) Função de proteção confiável de várias fontes de alimentação e instrumentos
1. A alta corrente de várias fontes de alimentação e instrumentos é controlada por interruptores. Os alunos não conectam os fios por conta própria, evitando assim o problema de misturar correntes fortes e fracas.
2. O plugue experimental para fios de alta corrente adota uma estrutura fechada para prevenir acidentes por choque elétrico.