液位——流量過程控制系統

過程控制教學實驗臺（以下簡稱實驗臺）結構新穎，色彩和諧，功能區劃分醒目。實驗內容豐富多彩，整個過程控制系統實驗可以由淺入深循序漸進。

實驗臺設計思想是為了廣大同學提供盡可能多的實驗項目，盡量少的實驗場地。從模擬量一次采樣傳感器到變送器，然后通過顯示器轉變為數字量，然后再傳到調節器，執行機構調節閥，被控對象均容納在實驗臺內，實驗者可以在實驗臺上自由調用。實際系統示意圖見下圖：

本實驗臺是電動 Ⅲ 型模擬儀表與 Honeywell 數字調節器相組合。模擬儀表以 4-20ma 傳遞信息； Honeywell 數字調節器可以作邏輯運算和模數轉換調節運算數字信息可傳至上位機。

實驗臺調節系統采用閉環調節，可以直觀其調節品質。實驗臺上裝有流量顯示器，液位顯示器，可直接監視系統工作情況。

本實驗系統具有上位機監控系統，可進行監視、控制等遠程監控功能。使操作者不必靠近控制對象就可以對系統進行遠程監制，它具有數據采集和數據管理功能、動態數據交換功能、在線和歷史趨勢圖和事件自動記錄功能。

總之，本系統是一套全新的關于數字儀表的典型應用，是與傳統的模擬儀表相對應，其核心部分是 Honeywell 數字調節器，它具有比模擬儀表更可靠、、簡單、通用等特點，其突出*性體現在數字化及易于通信的特點。本系統還配備了數字 / 光柱顯示儀表，數字流量顯示儀表等，基本實現了整個系統的數字化。另外，本系統具有遠程通訊功能，可以實現遠程監控，符合了現代工業控制的信息化，數字化的趨勢。

系統的各儀表性能及參數指標介紹如下：

•  檢測元件

本系統應用的檢測元件是 DDZ － Ⅲ 型電動單元組合儀表―― DBC 型差壓變送器，它為 DDZ － Ⅲ 型電動單元組合儀表中的一個變送單元，本儀表在測量和自動調節系統中作檢測環節，與節流裝置配合可連續測量液體、蒸汽或氣體流量還可以測量液體、蒸汽或氣體的壓力，壓差，和兩個不同比重液體的界面，并將被檢測量的變化轉變成為 4-20mADC ，統一電流信號輸出，它與各種調節器及其其它儀表，如工業巡回檢測裝置等可組成自動檢測，記錄，調節，控制等工業自動化系統。主要技術指標如下：

1 、輸出電流： 4 — 20mADC 二線制傳輸

2 、來回變差： ≤ 允許基本誤差的值

3 、負載電阻 250 Ω ；接負載的導線電阻 ≤ 100 Ω

4 、靈敏限：≤ 0.1%

5 、恒流性能：儀表的負載在 250 — 350 Ω范圍內變化時，儀表輸出變化不超過 80 μ A

6 、反應時間：≤ 1 秒

7 、供電電源： 24 ± 5%VDC

•  儀表在爆炸性危險場所作為安全火花防爆儀表使用時，儀表電源應由防爆安全柵 DFA — 1100 — A DFA — 1200 — A 及 DFA — 1500 — A 供給。

•  上述情況以外的場合，儀表電源由 24V 配電器供給。

8 、靜壓誤差：≤± 1% 工作壓力（靜壓） pg（Mpa） ≤ 0.1

≤± 3% 0.1<pg ≤ 16

≤± 3% 16<pg ≤ 40

9 、工作條件：

•  環境溫度： a. -40 —— + 80 ℃

b. -25 —— + 60 ℃

•  空氣相對濕度：≤ 59%

•  環境振動：頻率≤ 25Hz ，振幅≤ 0.2mm （全振幅）

•  環境中頻率為 50Hz 的交流磁場強度≤ 400A /m

•  顯示器的主要技術參數

1 、輸入信號 模擬量 熱電偶：標準熱電偶—— B 、 S 、 K 、 E 、 J 、 T 、 WRe 等

電 阻：標準熱電阻—— Pt10 、 Pt100 、 Cu50 、遠傳壓力電阻等

電 流： 0 — 10ma 、 4 — 20mA 、 0 — 20mA 等——輸入電阻 ≤ 250 Ω

電 壓： 0 — 5V 、 1 — 5V 、 mV 等——輸入阻抗≥ 250k Ω

2 、測量范圍 -1999 — 9999 字

3 、測量精度 0 . 2%FS ± 1 字或 0.5% FS ± 1 字

4 、分 辨 率 1 、 0.1 、 0.01 或 0.001 字

5 、溫度補償 0 — 50 ℃

6 、顯示方式 -1999 — 9999 測量值顯示 -1999 — 9999 設定值顯示

0 — 測量值光柱顯示 發光二極管工作狀態顯示

7 、光柱精度 光柱顯示精度為 1%

8 、控制方式 位式 ON/OFF 帶回差

9 、輸出信號 模擬量輸出 DC0 — 10mA （ 負載電阻 ≤ 750 Ω ）

DC4 — 20mA （ 負載電阻 ≤ 500 Ω ）

DC0 — 5V （ 輸出電阻 ≤ 250 Ω ）

DC1 — 5V （ 輸出電阻 ≤ 250 Ω ）

開關量輸出 繼電器控制輸出—繼電器 ON/OFF 帶回差

觸點容量： AC220/3A;DC24/6A

10 、控制方式 可選擇 1 — 4 限制， LED 指示?？刂品绞綖槔^電器 ON/OFF 帶回差

11 、控制精度 ± 1 字

12 、報警精度 ± 1 字

13 、打印控制 直接配接各型串行打印機，打印接口為 RS -232C

14 、聯機通訊 通訊接口為二線制、三線制或四線制（如 RS-485 、 RS-232 、 RS-422 等）可實現與上位機的通訊。

15 、使用環境 環境溫度 0 — 50 ℃ 相對濕度 ≤ 85RH 避免強腐蝕氣體

16 、供電電壓 常規型 AC 220V ± 10%（50Hz ± 2Hz） 線性電源供電

特殊型 AC85-265V ——開關電源供電 DC20-30V ——開關電源供電

17 、功 耗 ≤ 5W （ AC220V 線性電源供電）

≤ 4W （ DC20-30V 開關電源供電）

≤ 4W （ AC85-265V 開關電源供電）

•  調節器

本系統的控制器采用 HONEYWELL UDC3300 通用數字式控制器和 HONEYWELL UD2300 通用數字式控制器。

1 、 UDC3300 其功能及主要技術參數：

① 兩個通用模擬量輸入，兩個回路控制，兩種算術運算，兩套特性發生器及一個累積器。

② 由于采用的 AccutuneII TM 的模糊邏輯調整技術，在世界所有同類產品中改控制器的性能 / 價格比zui高。

③ 采用通用模擬量輸入、通用交流供電電源、兩個開關量輸入、 RS422/RS485 ASCII 或 MODBUS RTU 通訊技術以及簡便的組態過程和在現場進行各種功能選項的功能升級，確保該控制器的使用更為靈活。

④ 通訊可選項 RS422/RS485 ASCII 可讓操作者通過基于 windows 操作系統的霍尼韋爾 LeaderLinePC 組態軟件（ LPCS ）在個人計算機上進行組態和監控。

⑤ UDC3300 具有更強大的功能，如：全量程輸入精度可達到 ± 0.20 ％，在現場能標定到± 0.05 ％、 通用輸入、雙回路控制等。

2 、 UDC2300 是一微處理器為核心的單一控制器。他將可靠性和操作的簡單性結合在一個具有較高的性能 / 價格比的 1/4-DIN 的控制器上。

它的主要功能包括：

•  通用的交流電源供電；

•  輸入 / 輸出隔離；

•  隔離的輔助電流輸出和數字量輸入；

•  具有模糊邏輯超調抑制的 Accutune II 算法；

•  第二路輸入（可選）。

•  電器轉換器

DQ 型電器轉換器是將從電動調節系統中來得標準電流訊號成比例的轉換為氣動調節系統的標準訊號。主要技術指標如下：

1 、輸入信號： DQ-2 ： 0 — 10mA 或 DC-5 — +5mA ； DQ-3 ： DC4 — 20mA

2 、轉換器內阻： DQ-2 ： ≤ 1000 Ω； DQ-3 ： ≤ 250 Ω

3 、輸出訊號： 20 — 100KPa

4 、氣源壓力： 140 ± 5 KPa

5 、度： ± 1%

6 、環境溫度 0 — 50 ℃

7 、環境相對誤度： ≤ 85%

8 、環境溫度誤差： 0.4%/ 10 ℃

9 、耗氣量： 300 升 / 小時

10 、傳送時間：管道內徑 4 毫米，長 60 米 時不超過 50 秒

•  執行器（氣動薄膜調節器）

本系統應用的是 QM － 8F 3S 氣動薄膜調節閥，它是自動化調節系統的執行機構，安裝在介質輸送管道上與氣動調節器或其它儀表配套使用，以控制被調介質的流量、壓力、溫度等參數，使生產過程按預定的要求正常進行，實現生產過程的自動化。

QM － 8F 3S 氣動薄膜調節閥為直通單座氣動薄膜調節閥，其特點是尺寸小，重量輕，結構簡單，額定流量系數小，防火防暴，適用于安裝在生產量小及試驗裝置上。

主要技術性能：

1 、信號壓力： 20 —— 100KPa

2 、公稱壓力： 6.4Mpa

3 、閥體發蓋材料為不銹耐酸鋼 （Cr18Ni9） 。

4 、閥芯為上導向圓錐型，材料為不銹耐酸鋼 （Cr18Ni） ，直線流量特性。

5 、介質工作溫度范圍，無散熱片閥蓋為 -20 —— +450 攝氏度

6 、基本誤差限： ± 6% 回差： 4%

7 、主要技術數據和尺寸：

公稱直徑 DN 1/2 ″ 3/4 ″

額定行程 mm 7

閥座直徑 mm 9 6 4 3

額定流量系數 KV 1 0.5

•  水槽（被控對象）

本實驗的被控對象是二階水槽，用二階水槽來模擬工業對象。