液位——流量过程控制系统

过程控制教学实验台（以下简称实验台）结构新颖，色彩和谐，功能区划分醒目。实验内容丰富多彩，整个过程控制系统实验可以由浅入深循序渐进。

实验台设计思想是为了广大同学提供尽可能多的实验项目，尽量少的实验场地。从模拟量一次采样传感器到变送器，然后通过显示器转变为数字量，然后再传到调节器，执行机构调节阀，被控对象均容纳在实验台内，实验者可以在实验台上自由调用。实际系统示意图见下图：

本实验台是电动 Ⅲ 型模拟仪表与 Honeywell 数字调节器相组合。模拟仪表以 4-20ma 传递信息； Honeywell 数字调节器可以作逻辑运算和模数转换调节运算数字信息可传至上位机。

实验台调节系统采用闭环调节，可以直观其调节品质。实验台上装有流量显示器，液位显示器，可直接监视系统工作情况。

本实验系统具有上位机监控系统，可进行监视、控制等远程监控功能。使操作者不必靠近控制对象就可以对系统进行远程监制，它具有数据采集和数据管理功能、动态数据交换功能、在线和历史趋势图和事件自动记录功能。

总之，本系统是一套全新的关于数字仪表的典型应用，是与传统的模拟仪表相对应，其核心部分是 Honeywell 数字调节器，它具有比模拟仪表更可靠、、简单、通用等特点，其突出*性体现在数字化及易于通信的特点。本系统还配备了数字 / 光柱显示仪表，数字流量显示仪表等，基本实现了整个系统的数字化。另外，本系统具有远程通讯功能，可以实现远程监控，符合了现代工业控制的信息化，数字化的趋势。

系统的各仪表性能及参数指标介绍如下：

•  检测元件

本系统应用的检测元件是 DDZ － Ⅲ 型电动单元组合仪表―― DBC 型差压变送器，它为 DDZ － Ⅲ 型电动单元组合仪表中的一个变送单元，本仪表在测量和自动调节系统中作检测环节，与节流装置配合可连续测量液体、蒸汽或气体流量还可以测量液体、蒸汽或气体的压力，压差，和两个不同比重液体的界面，并将被检测量的变化转变成为 4-20mADC ，统一电流信号输出，它与各种调节器及其其它仪表，如工业巡回检测装置等可组成自动检测，记录，调节，控制等工业自动化系统。主要技术指标如下：

1 、输出电流： 4 — 20mADC 二线制传输

2 、来回变差： ≤ 允许基本误差的值

3 、负载电阻 250 Ω ；接负载的导线电阻 ≤ 100 Ω

4 、灵敏限：≤ 0.1%

5 、恒流性能：仪表的负载在 250 — 350 Ω范围内变化时，仪表输出变化不超过 80 μ A

6 、反应时间：≤ 1 秒

7 、供电电源： 24 ± 5%VDC

•  仪表在爆炸性危险场所作为安全火花防爆仪表使用时，仪表电源应由防爆安全栅 DFA — 1100 — A DFA — 1200 — A 及 DFA — 1500 — A 供给。

•  上述情况以外的场合，仪表电源由 24V 配电器供给。

8 、静压误差：≤± 1% 工作压力（静压） pg（Mpa） ≤ 0.1

≤± 3% 0.1<pg ≤ 16

≤± 3% 16<pg ≤ 40

9 、工作条件：

•  环境温度： a. -40 —— + 80 ℃

b. -25 —— + 60 ℃

•  空气相对湿度：≤ 59%

•  环境振动：频率≤ 25Hz ，振幅≤ 0.2mm （全振幅）

•  环境中频率为 50Hz 的交流磁场强度≤ 400A /m

•  显示器的主要技术参数

1 、输入信号 模拟量 热电偶：标准热电偶—— B 、 S 、 K 、 E 、 J 、 T 、 WRe 等

电 阻：标准热电阻—— Pt10 、 Pt100 、 Cu50 、远传压力电阻等

电 流： 0 — 10ma 、 4 — 20mA 、 0 — 20mA 等——输入电阻 ≤ 250 Ω

电 压： 0 — 5V 、 1 — 5V 、 mV 等——输入阻抗≥ 250k Ω

2 、测量范围 -1999 — 9999 字

3 、测量精度 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 、温度补偿 0 — 50 ℃

6 、显示方式 -1999 — 9999 测量值显示 -1999 — 9999 设定值显示

0 — 测量值光柱显示 发光二极管工作状态显示

7 、光柱精度 光柱显示精度为 1%

8 、控制方式 位式 ON/OFF 带回差

9 、输出信号 模拟量输出 DC0 — 10mA （ 负载电阻 ≤ 750 Ω ）

DC4 — 20mA （ 负载电阻 ≤ 500 Ω ）

DC0 — 5V （ 输出电阻 ≤ 250 Ω ）

DC1 — 5V （ 输出电阻 ≤ 250 Ω ）

开关量输出 继电器控制输出—继电器 ON/OFF 带回差

触点容量： AC220/3A;DC24/6A

10 、控制方式 可选择 1 — 4 限制， LED 指示。控制方式为继电器 ON/OFF 带回差

11 、控制精度 ± 1 字

12 、报警精度 ± 1 字

13 、打印控制 直接配接各型串行打印机，打印接口为 RS -232C

14 、联机通讯 通讯接口为二线制、三线制或四线制（如 RS-485 、 RS-232 、 RS-422 等）可实现与上位机的通讯。

15 、使用环境 环境温度 0 — 50 ℃ 相对湿度 ≤ 85RH 避免强腐蚀气体

16 、供电电压 常规型 AC 220V ± 10%（50Hz ± 2Hz） 线性电源供电

特殊型 AC85-265V ——开关电源供电 DC20-30V ——开关电源供电

17 、功 耗 ≤ 5W （ AC220V 线性电源供电）

≤ 4W （ DC20-30V 开关电源供电）

≤ 4W （ AC85-265V 开关电源供电）

•  调节器

本系统的控制器采用 HONEYWELL UDC3300 通用数字式控制器和 HONEYWELL UD2300 通用数字式控制器。

1 、 UDC3300 其功能及主要技术参数：

① 两个通用模拟量输入，两个回路控制，两种算术运算，两套特性发生器及一个累积器。

② 由于采用的 AccutuneII TM 的模糊逻辑调整技术，在世界所有同类产品中改控制器的性能 / 价格比zui高。

③ 采用通用模拟量输入、通用交流供电电源、两个开关量输入、 RS422/RS485 ASCII 或 MODBUS RTU 通讯技术以及简便的组态过程和在现场进行各种功能选项的功能升级，确保该控制器的使用更为灵活。

④ 通讯可选项 RS422/RS485 ASCII 可让操作者通过基于 windows 操作系统的霍尼韦尔 LeaderLinePC 组态软件（ LPCS ）在个人计算机上进行组态和监控。

⑤ UDC3300 具有更强大的功能，如：全量程输入精度可达到 ± 0.20 ％，在现场能标定到± 0.05 ％、 通用输入、双回路控制等。

2 、 UDC2300 是一微处理器为核心的单一控制器。他将可靠性和操作的简单性结合在一个具有较高的性能 / 价格比的 1/4-DIN 的控制器上。

它的主要功能包括：

•  通用的交流电源供电；

•  输入 / 输出隔离；

•  隔离的辅助电流输出和数字量输入；

•  具有模糊逻辑超调抑制的 Accutune II 算法；

•  第二路输入（可选）。

•  电器转换器

DQ 型电器转换器是将从电动调节系统中来得标准电流讯号成比例的转换为气动调节系统的标准讯号。主要技术指标如下：

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

2 、转换器内阻： DQ-2 ： ≤ 1000 Ω； DQ-3 ： ≤ 250 Ω

3 、输出讯号： 20 — 100KPa

4 、气源压力： 140 ± 5 KPa

5 、度： ± 1%

6 、环境温度 0 — 50 ℃

7 、环境相对误度： ≤ 85%

8 、环境温度误差： 0.4%/ 10 ℃

9 、耗气量： 300 升 / 小时

10 、传送时间：管道内径 4 毫米，长 60 米 时不超过 50 秒

•  执行器（气动薄膜调节器）

本系统应用的是 QM － 8F 3S 气动薄膜调节阀，它是自动化调节系统的执行机构，安装在介质输送管道上与气动调节器或其它仪表配套使用，以控制被调介质的流量、压力、温度等参数，使生产过程按预定的要求正常进行，实现生产过程的自动化。

QM － 8F 3S 气动薄膜调节阀为直通单座气动薄膜调节阀，其特点是尺寸小，重量轻，结构简单，额定流量系数小，防火防暴，适用于安装在生产量小及试验装置上。

主要技术性能：

1 、信号压力： 20 —— 100KPa

2 、公称压力： 6.4Mpa

3 、阀体发盖材料为不锈耐酸钢 （Cr18Ni9） 。

4 、阀芯为上导向圆锥型，材料为不锈耐酸钢 （Cr18Ni） ，直线流量特性。

5 、介质工作温度范围，无散热片阀盖为 -20 —— +450 摄氏度

6 、基本误差限： ± 6% 回差： 4%

7 、主要技术数据和尺寸：

公称直径 DN 1/2 ″ 3/4 ″

额定行程 mm 7

阀座直径 mm 9 6 4 3

额定流量系数 KV 1 0.5

•  水槽（被控对象）

本实验的被控对象是二阶水槽，用二阶水槽来模拟工业对象。