PCS-D Экспериментальное оборудование системы управления технологическими процессами

Ⅰ. Обзор продукта

Данная система позволяет реализовать экспериментальные и учебные функции систем регулирования давления, расхода и уровня жидкости с постоянным значением, а также систем регулирования соотношения, каскадного регулирования, регулирования с прямой и обратной связью и других сложных систем. Контролируемый объект оснащен интерфейсным блоком управления, питание и сигнал которого разделены. Блок управления включает в себя источник питания, преобразователь частоты, интеллектуальный регулятор и основные устройства защиты оборудования, а также интерфейс расширения.

Ⅱ. Основные характеристики и требования к системе

1. Регулируемые параметры включают в себя тепловые параметры, такие как расход, давление и уровень жидкости. Исполнительные механизмы включают в себя исполнительные механизмы для регулирующих клапанов и электроприводы для частотно-регулируемых регуляторов скорости. Помимо изменения уставки регулятора для ступенчатого возмущения, система также может создавать возмущения в объекте посредством электромагнитных клапанов и ручных клапанов;

2. Регулируемый параметр может развиваться в нескольких контурах регулирования с различными источниками питания, различными приводами и различными технологическими линиями. Создавая различные комбинации объектов системы и объединяя различные экспериментальные задачи, можно проводить десятки экспериментов по управлению процессами.

III. Требования к показателям производительности

1. Входное питание: трёхфазное четырёхпроводное 380 В и однофазное трёхпроводное 220 В ±10%;

2. Рабочая среда: температура от -10°C до +40°C, относительная влажность ≤85%;

3. Мощность устройства: 2 кВА;

4. Внешние размеры: приблизительно 1200 мм x 780 мм x 1830 мм;

IV. Требования к составу устройства

Системный объект в основном состоит из рамы из нержавеющей стали, резервуара для хранения воды из нержавеющей стали, трёх последовательно соединённых резервуаров из органического стекла и труб из нержавеющей стали с пластиковым покрытием. Система водоснабжения имеет два маршрута: один маршрут состоит из однофазного насоса с магнитным приводом, электрического регулирующего клапана, электромагнитного расходомера и ручного переключающего клапана; Другой вариант включает преобразователь частоты, насос с частотно-регулируемым магнитным приводом, турбинный расходомер и ручной переключающий клапан. Конфигурация системы выглядит следующим образом:

1. Объект управления:

(1) Стальная рама: нержавеющая сталь;

(2) Резервуар для воды: объём 150 л, для обеспечения экспериментальных потребностей в воде верхнего, среднего и нижнего резервуаров. Дно резервуара оборудовано сливным клапаном;

(3) Резервуар для измерения уровня жидкости: включает верхний, средний и нижний резервуары. Дно резервуара подключено к диффузионному кремниевому датчику давления и преобразователю. Верхний, средний и нижний резервуары могут быть объединены в одноконтурную систему регулирования уровня жидкости первого, второго и третьего порядка, а также в каскадную систему регулирования уровня жидкости с двойным и тройным замкнутым контурами;

(4) Водяной насос: в качестве системы подачи воды используется насос с магнитным приводом, производительностью 30 литров/мин, напором 8 метров и мощностью 180 Вт. Корпус насоса полностью изготовлен из нержавеющей стали. В устройстве используются два насоса с магнитным приводом: один для однофазного привода постоянного давления 220 В, а другой для трёхфазного привода переменной частоты 220 В.

(5) Трубопроводы и клапаны: Весь трубопровод системы соединён трубами из нержавеющей стали с пластиковым покрытием, а все ручные клапаны – шаровыми. Для переключения состояния соединения трубопровода можно свободно выбирать направление потока воды.

(6) Электромагнитный клапан: Электромагнитный клапан представляет собой нормально закрытый клапан с рабочей температурой от -5 до 80 °C.

2. Полевые приборы:

(1) Датчик давления: Промышленный датчик давления на основе диффузионного кремния с изолирующей мембраной из нержавеющей стали, технология изоляции сигнала, отслеживание и компенсация температурного дрейфа датчика. Диапазон измерения: 0–200 кПа, точность измерения 0,5 уровня, питание 24 В постоянного тока, выходной стандартный сигнал 4–20 мА;

(2) Датчик уровня жидкости: Промышленный датчик давления на основе диффузионного кремния с изолирующей мембраной из нержавеющей стали, технология изоляции сигнала, отслеживание и компенсация температурного дрейфа датчика. Диапазон измерения: 0–5 кПа, точность измерения 0,5 уровня, выходной стандартный сигнал 4–20 мА;

(3) Электромагнитный датчик расхода: Интегрированный электромагнитный расходомер, диапазон измерения: 0–1,5 м3/ч, точность измерения ±0,5%, выходной стандартный сигнал 4–20 мА; (электромагнитный датчик расхода и преобразователь)

(4) Турбинный расходомер: Чувствительная часть турбинного расходомера представляет собой турбинную конструкцию. Преобразователь питается от 24 В постоянного тока, имеет выходной сигнал 4–20 мА и точность 1,0. Это устройство измерения расхода с высокоточной интегрированной структурой датчика и преобразователя, которое используется для измерения расхода на отводе насоса с регулируемой частотой и расхода на выходе катушки;

(5) Электрический регулирующий клапан: Интеллектуальный электрический регулирующий клапан с прямым ходом используется для регулирования расхода в контуре регулирования. Блок управления интегрирован с электроприводом, питание однофазное 220 В, управляющий сигнал 4–20 мА постоянного тока или 1–5 В постоянного тока, выходной сигнал – сигнал положения клапана 4–20 мА постоянного тока;

(6) Преобразователь частоты: Вход управляющего сигнала 4–20 мА постоянного тока, а выходной сигнал преобразования частоты переменного тока 220 В используется для управления трехфазным насосом с магнитным приводом.

3. Блок управления:

(1) Интерфейсный блок экспериментального объекта: Интерфейсный блок объекта управления разделен на блок питания и блок интерфейса сигналов. Блок питания содержит источники питания, распределительные переключатели и другие мощные электрические устройства; блок интерфейса сигналов является главным образом промежуточным интерфейсом для подключения слаботочных сигналов к расширенной системе управления;

(2) Интеллектуальные компоненты прибора: цифровой дисплей с интерфейсом связи, сигнализацией и т.д., способные реализовать двойной замкнутый контур управления уровнем жидкости.

(3) Импульсный источник питания: входное напряжение 220 В переменного тока; выходное напряжение 24 В постоянного тока; номинальная мощность 100 Вт;

(4) Контактор переменного тока: 220 В

(5) Промежуточное реле: 24 В постоянного тока

(6) Клеммы подключения: хорошая изоляция, прочные и долговечные

(7) Изолятор: используется для изоляции и преобразования сигнала, может преобразовывать сигнал напряжения 0–10 В в выходной сигнал 4–20 мА постоянного тока.

V. Экспериментальные элементы

1. Эксперимент по испытанию базовой системы

(1) Эксперимент по измерению давления, уровня жидкости и расхода

(2) Эксперимент по измерению нагрузочной характеристики насоса

(3) Эксперимент по измерению характеристики управления насосом с переменной частотой

2. Исследовательский эксперимент по измерению характеристик объекта

(1) Эксперимент по измерению уровня жидкости в резервуаре с одинарной емкостью

(2) Эксперимент по измерению уровня жидкости в резервуаре с двойной емкостью

(3) Эксперимент по измерению расходной характеристики электрического регулирующего клапана

3. Эксперимент с одноконтурной системой управления

(1) Эксперимент по регулированию постоянного значения уровня жидкости в резервуаре с одинарной емкостью

(2) Эксперимент по регулированию постоянного значения уровня жидкости в резервуаре с двойной емкостью

(3) Эксперимент по регулированию расхода в замкнутом контуре с одним контуром

(4) Эксперимент по регулированию давления в замкнутом контуре с одним контуром

4. Эксперимент с каскадной системой управления

(1) Эксперимент по каскадному регулированию уровня жидкости в резервуаре с двойной емкостью

(2) Эксперимент по каскадному регулированию уровня жидкости и расхода на входе в резервуар

5. Эксперимент по регулированию соотношения расхода

(1) Одинарный Система управления соотношением потоков с замкнутым контуром

(2) Эксперимент с переменным соотношением потоков

6. Эксперимент с управлением по принципу прямой и обратной связи

VI. Технические характеристики

1. Входное питание: однофазное трёхпроводное 220 В ±10%

2. Рабочая среда: температура 10°C ~ 40°C, относительная влажность ≤85%

3. Мощность устройства: 1,0 кВА

4. Габариты: 800 мм х 600 мм х 1850 мм (длина х ширина х высота)

5. Функции защиты: Устройство имеет функции заземления и защиты от утечек тока, а его безопасность соответствует действующим национальным стандартам.

VII. Система управления РСУ

1. Чётко структурированная трёхслойная сетевая структура: шина Ethernet на рабочем уровне, промышленная шина Ethernet на уровне управления и шина полевого уровня.

2. Аппаратная вычислительная мощность:

Главный блок управления станции управления — процессор Pentium II с 34 МБ памяти, из которых 2 МБ — статическое ОЗУ; все блоки обработки сигналов ввода/вывода представляют собой интеллектуальные структуры.

3. Вычислительная мощность системы:

Одна система поддерживает 8 доменов, каждый из которых имеет вычислительную мощность 10 000 физических точек ввода/вывода и 1000 контуров управления.

4. Модуль основного контроллера:

Входное напряжение: 21,6–26,4 В постоянного тока. Резервирование модулей: поддержка, горячее резервирование «ведущий-ведомый», время переключения на резерв 50 мс, сохранение данных при отключении питания. Объём SRAM: 1 Мбайт. Защита от отключения питания: рабочий режим: сохранение данных от резервной батареи; время сохранения данных после отключения питания: 2 года.

Сеть системы: Ethernet: 100 Мбит/с. Рабочий режим: резервирование двух сетей, скорость передачи данных: 187,5 Кбит/с, 500 Кбит/с, 1,5 Мбит/с.

5. Модуль объединительной платы основного контроллера: поддерживает 4 модуля, два слота слева предназначены для модулей основного контроллера, а два слота справа — для модулей IO-BUS. Внешние интерфейсы основного модуля управления и модуля IO-BUS расположены на 4-слотовой основной плате управления.

6. Модуль питания системы: осуществляет преобразование переменного тока 110/220 В в постоянный ток 24 В, изоляция входов и выходов, номинальная выходная мощность 120 Вт.

7. Модуль вспомогательного питания: осуществляет преобразование переменного тока 220 В в постоянный ток 24 В, изоляция входов и выходов; благодаря функции защиты от короткого замыкания на выходе, питание автоматически восстанавливается после устранения неисправности.

Синхронная ПК-версия:

PCS-D  Экспериментальное оборудование системы управления технологическими процессами http://russian.biisun.com/products/process-control-system-experimental-equipment