I. Visão Geral do Produto
Este sistema permite a realização de funções experimentais e de treinamento em sistemas de regulação de pressão, vazão e nível de líquido com valores constantes, bem como em sistemas de regulação complexos de razão, cascata, feedforward-feedback e outros. O objeto controlado possui uma caixa de controle de interface, com alimentação e sinal independentes. A caixa de controle inclui um dispositivo de alimentação, um conversor de frequência, um regulador inteligente e dispositivos básicos de proteção para o equipamento, além de fornecer uma interface de expansão.
II. Principais características e requisitos do sistema
1. Os parâmetros regulados incluem parâmetros térmicos como vazão, pressão e nível de líquido. Os atuadores incluem atuadores para válvulas reguladoras e drivers elétricos para reguladores de velocidade de frequência variável. Além de alterar o valor de ajuste do regulador para gerar perturbações em degrau, o sistema também pode criar perturbações no objeto por meio de válvulas solenoides e válvulas manuais;
2. Um parâmetro regulado pode evoluir para múltiplos laços de regulação com diferentes fontes de alimentação, diferentes atuadores e diferentes linhas de processo. Ao combinar diferentes componentes do sistema e objetivos experimentais, é possível realizar dezenas de experimentos de controle de processos.
III. Requisitos de desempenho
1. Potência de entrada: trifásico de quatro fios 380V e monofásico de três fios 220V±10%;
2. Ambiente de operação: temperatura de -10℃ a +40℃, umidade relativa ≤85%;
3. Potência do dispositivo: 2kVA;
4. Dimensões externas aproximadas: 1200mm*780mm*1830mm;
IV. Requisitos de composição do dispositivo
O sistema é composto principalmente por uma estrutura de aço inoxidável, um reservatório de água de aço inoxidável, três tanques de água de vidro orgânico conectados em série e tubos de aço inoxidável revestidos de plástico. O sistema de abastecimento de água possui duas vias: uma composta por uma bomba monofásica com acionamento magnético, uma válvula reguladora elétrica, um medidor de vazão eletromagnético e uma válvula de comutação manual; A outra rota é composta por um conversor de frequência, uma bomba de acionamento magnético de frequência variável, um medidor de vazão tipo turbina e uma válvula de comutação manual. A configuração específica é a seguinte:
1. Objeto de controle:
(1) Estrutura de aço: aço inoxidável;
(2) Reservatório de água: volume de 150 L, para atender às necessidades de abastecimento de água experimental dos reservatórios superior, intermediário e inferior. O fundo do reservatório de água está equipado com uma válvula de saída de água;
(3) Reservatório de nível de líquido: incluindo reservatórios de nível de líquido superior, intermediário e inferior. O fundo do reservatório de água está conectado a um sensor de pressão de silício difuso e a um transmissor. Os reservatórios de água superior, intermediário e inferior podem ser combinados em um sistema de controle de nível de líquido de malha única de primeira, segunda e terceira ordem e em um sistema de controle de nível de líquido em cascata de malha dupla e tripla;
(4) Bomba de água: Uma bomba de acionamento magnético é utilizada como sistema de abastecimento de água, com vazão de 30 litros/minuto, altura manométrica de 8 metros e potência de 180 W. O corpo da bomba é inteiramente feito de aço inoxidável. Este dispositivo utiliza duas bombas de acionamento magnético, uma para acionamento monofásico de 220 V com pressão constante e a outra para acionamento trifásico de 220 V com frequência variável;
(5) Tubulações e válvulas: Toda a tubulação do sistema é conectada por tubos de aço inoxidável revestidos de plástico, e as válvulas manuais são todas do tipo esfera. O sentido da tubulação pode ser livremente selecionado para alternar o estado de conexão da tubulação;
(6) Válvula solenoide: A válvula solenoide é normalmente fechada e opera em temperaturas de -5 a 80 °C.
2. Instrumentos de campo:
(1) Transmissor de pressão: Transmissor de pressão industrial de silício difuso com diafragma de isolamento em aço inoxidável, utiliza tecnologia de isolamento de sinal e compensa a deriva térmica do sensor. A faixa de medição é de 0 a 200 kPa, a precisão é de 0,5 nível, alimentação de 24 VCC e saída de sinal padrão de 4 a 20 mA;
(2) Transmissor de nível de líquido: Transmissor de pressão industrial de silício difuso com diafragma de isolamento em aço inoxidável, utiliza tecnologia de isolamento de sinal e compensa a deriva térmica do sensor. A faixa de medição é de 0 a 5 kPa, a precisão é de 0,5 nível e saída de sinal padrão de 4 a 20 mA;
(3) Sensor de vazão eletromagnético: Medidor de vazão eletromagnético com transmissor integrado, faixa de vazão: 0 a 1,5 L/h, precisão de medição de ±0,5%, saída de sinal padrão de 4 a 20 mA; (sensor de vazão eletromagnético e conversor)
(4) Medidor de vazão tipo turbina: O sensor do medidor de vazão tipo turbina possui estrutura de turbina. O transmissor é alimentado por 24 V CC, possui uma saída de transmissão de 4-20 mA e uma precisão de 1,0. É um dispositivo de detecção de fluxo com sensor de alta precisão e estrutura integrada de transmissor, utilizado para detectar o fluxo de ramificação da bomba de frequência variável e o fluxo de saída da serpentina;
(5) Válvula de controle elétrica: Uma válvula de controle elétrica inteligente de curso reto é utilizada para ajustar o fluxo do circuito de controle. A unidade de controle é integrada ao atuador elétrico, a alimentação é monofásica de 220 V, o sinal de controle é de 4-20 mA CC ou 1-5 V CC e a saída é um sinal de posição da válvula de 4-20 mA CC;
(6) Conversor de frequência: A entrada do sinal de controle é de 4-20 mA CC e a saída de conversão de frequência CA de 220 V é utilizada para acionar uma bomba de acionamento magnético trifásico.
3. Caixa de controle:
(1) Caixa de interface do objeto experimental: A caixa de interface do objeto de controle é dividida em uma caixa de alimentação e uma caixa de interface de sinal. A caixa de alimentação contém os dispositivos de alimentação, chaves de distribuição de energia e outros dispositivos elétricos de alta potência; a caixa de interface de sinal é principalmente uma interface intermediária para conectar sinais de baixa corrente com o sistema de controle expandido;
(2) Componentes de instrumentos inteligentes: display digital inteligente/com interface de comunicação, alarme, etc., capaz de realizar o controle de nível de líquido em malha fechada dupla.
(3) Fonte de alimentação chaveada: tensão de entrada 220 VCA; tensão de saída 24 VCC; potência nominal 100 W;
(4) Contator CA: 220 V
(5) Relé intermediário: 24 VCC
(6) Terminal de fiação: bom isolamento, robusto e durável
(7) Isolador: usado para isolamento e conversão de sinal, pode converter um sinal de tensão de 0-10 V em uma saída CC de 4 a 20 mA.
V. Itens experimentais
1. Experimento de teste do sistema básico
(1) Experimento de medição de pressão, nível de líquido e vazão
(2) Experimento de medição da característica de carga da bomba
(3) Experimento de medição da característica de controle da bomba de frequência variável
2. Experimento de pesquisa de medição de características do objeto
(1) Experimento de medição do nível de líquido em tanque de água de capacidade única (modelo matemático)
(2) Experimento de medição do nível de líquido em tanque de água de capacidade dupla (modelo matemático)
(3) Experimento de medição da característica de vazão da válvula de controle elétrico
3. Experimento de sistema de controle de malha única
(1) Experimento de controle de valor constante do nível de líquido em tanque de água de capacidade única
(2) Experimento de controle de valor constante do nível de líquido em tanque de água de capacidade dupla
(3) Experimento de controle de vazão em malha fechada única
(4) Experimento de controle de pressão em malha fechada única
4. Experimento de sistema de controle em cascata
(1) Experimento de controle em cascata do nível de líquido em tanque de água de malha fechada dupla
(2) Experimento de controle em cascata do nível de líquido e da vazão de entrada em tanque de água
5. Experimento de controle da razão de vazão
(1) Controle da razão de vazão em malha fechada única sistema
(2) Experimento de controle de razão variável
6. Experimento de controle feedforward-feedback
VI. Desempenho técnico
1. Alimentação: monofásica trifásica 220V±10%
2. Ambiente de operação: temperatura de 10℃ a 40℃, umidade relativa ≤85%
3. Potência do dispositivo: 1,0 kVA
4. Dimensões: 800 mm x 600 mm x 1850 mm (comprimento x largura x altura)
5. Proteção: O dispositivo possui proteção contra fuga à terra e contra fuga de corrente, e sua segurança atende às normas nacionais pertinentes.
VII. Sistema de controle DCS
1. Estrutura de rede de três camadas bem definida: abrangendo o barramento Ethernet da camada de operação, o barramento Ethernet industrial da camada de controle e o barramento da camada de campo.
2. Capacidade de processamento de hardware:
Unidade principal de controle da estação de controle com CPU Pentium II, com 34 MB de memória, dos quais 2 MB são SRAM; as unidades de processamento de sinal de E/S são todas de estrutura inteligente.
3. Capacidade de processamento do sistema:
Um sistema suporta 8 domínios, e cada domínio possui uma capacidade de processamento de 10.000 pontos de E/S físicos e 1.000 laços de controle.
4. Módulo controlador principal:
Tensão de entrada: 21,6 a 26,4 VCC. Redundância do módulo: suportada, redundância em espera ativa mestre-escravo, tempo de comutação de redundância de 50 ms, SRAM de retenção em caso de desligamento: 1 MB. Proteção contra desligamento: modo de operação: retenção por bateria de backup; tempo de retenção de dados após o desligamento: 2 anos.
Rede do sistema: Ethernet: 100 Mbps. Modo de operação: redundância de rede dupla, taxa de comunicação: 187,5 Kbps, 500 Kbps, 1,5 Mbps.
5. Módulo de backplane do controlador principal: suporta 4 módulos; os dois slots à esquerda são para módulos controladores principais e os dois slots à direita são para módulos de barramento de E/S. As interfaces externas do módulo de controle principal e do módulo IO-BUS estão localizadas na base de controle principal de 4 slots.
6. Módulo de alimentação do sistema: realiza a conversão de CA 110 VCA/220 VCA para CC 24 VCC, com isolamento de entrada e saída e potência nominal de saída de 120 W.
7. Módulo de alimentação auxiliar: realiza a conversão de 220 VCA para saída de 24 VCC, com isolamento de entrada e saída; possui função de proteção contra curto-circuito na saída, com recuperação automática da alimentação após a eliminação da falha.