高级过程控制系统方案

项目名称：东北石油大学验室设备及用品采购项目编号：DZC100913

来文编号：ZCB101015、ZCB101016

技术协议

哈尔滨君威科技有限公司

2011年3月

高级过程控制系统方案

高级自动控制技术在工业、农业、国防和科学技术现代化中起着十分重要的作用，自动控制水平的高低也是衡量一个国家科学技术先进与否的重要标志之一。随着国民经济和国防建设的发展，自动控制技术的应用日益广泛，其重要作用也越来越显著。

方案概述

网络架构

方案特色

高级过程控制实训设备具有如下特点：

(1) 过程控制实训设备结构：实训控制对象装置、实训控制系统。实训设备总体具结构开放性、设备真实性，实训活动能突出工程性、实践性、现场情景化、操作实际化。

(2) 实训控制对象：实训控制对象仿工业设备结构。具有较强现场设备感；具有较丰富的设备种类，包括加热炉、液位容器、换热器、阀门与管道等；利用现场阀门与管路实现对象间的组合与分隔，单套实训对象装置至少能形成两个可同时运行的独立控制系统；通过阀门与管路切换，能构造多种控制系统所需环节组合。现场检测与控制类设备、信号管线便于实训装拆训练。

(3) 现场仪表：具有多种流量检测仪表；能通过电动调节法、变频调速两种典型方式实现控制任务；现场设备及管路上用于组建联锁保护系统的检测与控制点不少于5点；突出现场仪表，能体现现场仪表、信号管线的工业安装。

(4) 控制信号管线

控制信号管线敷设为可拆装式，与现场装置、控制台（柜）接点为接线端子连接；现场桥架引线，控制台（站）地沟引线方式。所有引线均应便于学生进行线路连接、敷设实训。

(5) 实训系统功能要求：能完成过程控制系统结构认识、系统连接与组态、仪表及系统投运、系统调试与控制参数整定、系统运行维护与故障处理。

(6) 控制系统类型要求：能实现四大热工量的检测与简单控制实训；能实现温度、流量、压力间串级控制实训；能实现流量、液位间均匀控制实训；能实现两种流量间的比值控制实训；能实现选择性控制实训；能实现联锁保护控制实训。

(7) 系统控制方式要求：具有智能仪表控制、PLC控制、DCS控制方式，并能进行灵活的切换。

(8) 实训设备物料：冷水、热水（为了安全，尽量不要出现蒸汽）、空气三种介质。

(9) 可以很方便的实现以多变量预测控制技术为基础的先进控制实验。

(10) 能够实现压力报警、连锁及自动停车等实验。

对象系统

工艺流程

高级过程控制实验平台对象以反应罐和电加热罐、换热器为核心，同时还配置了温度大滞后单元，以进行特殊控制算法研究。装置配备循环水泵（分别通过变频器和调节阀控制流量）、压力连锁装置、自动停车系统、供水水槽和手动、自动切换阀组成的供排水系统。对象中采用了工业生产中实际使用的各类检测、变送仪表和执行机构。

此外，高级过程控制实验装置还提供了一套可视的具有可变纯延迟的纯滞后对象。该纯滞后对象由一个电加热罐、换热器和一个温度纯滞后管组成，该对象由一个可控硅控制的电加热管提供热源，通过调节电加热管功率或待加热水量以达到控制电加热罐出水温度的目的。借助于该纯滞后对象，可方便地实现SMITH 补偿、内模控制等纯滞后及先进控制实验方案

对象系统优势

我们对现场系统进行了很大的改进，提供全开放式、模块化设计。对象系统比较优势如下所示：

(1) 更符合工业现场

提供圆罐非线性容器。圆罐容器具有很好的耐压特性，所以化工等行业使用很多。同行基本都是简单的线性容积水箱。

提供现场电力供配电，而和控制系统之间的连接只有控制器所支持的标准信号。变频器和调压模块封装在现场配电柜，使得电力线与信号线分离，减少干扰。符合工业现场的真实情况，更加具有安全性。

提供方便的PCB端子排连接，方便可靠连接、检查、调试。同行一般使用航空插头，不好维护，也不好检测，更难以方便地扩展。

(2) 更具有安全性

和控制系统没有任何强电连接，在控制柜中，面板上只使用24V直流电。可以更加安全地让学生对控制器进行各种带电操作。同行产品控制柜提供强电设备，并且通过连接线连接到现场系统上，不安全。

加热容器提供了一个护套，避免烫伤。

(3) 可维护性和扩展性好

全部采用端子到点的接线方式，方便检测、维护、更改各个端子。

所有的接线部分不用拆任何螺钉，就可以打开，并方便地维修。打开现场控制箱和控制柜的各个门，全部设备都露在用户面前，没有任何见不到的、隐蔽的设备。

提供了接线电路板，大大减少了连线。任何故障，可以通过简单的替换芯片，或者更换板子就可以解决。

(4) 设计更具有合理性

模块化设计，用户可以随时增加仪器仪表，或者智能设备。同行不具有这样方便的扩展能力。

尽可能使管道更粗，更符合真实工业现场。截面积非常大的水箱系统。

加热容器具有两个液位开关，一个联锁保护系统，以及用户可编程的联锁保护和紧急停车系统。

提供经典的管道压力和流量耦合实验。静态单位矩阵法解偶，两输入两输出，非常典型，而且与温度、时间无关，可以快速地容易地重复。

(5) 配电系统

特点：孔屏。

完全符合工业立盘设计，自由接线，方便维护。全部接线直接连接到孔屏。

包括所有变频器，调压模块，电压表，调节阀供电，电磁流量计供电，继电器驱动等等设备安装到孔屏上。学生方便拆装，调节和维护。

(6) 先进控制实验

本实验平台提供了2个先进控制实验方案，可以让实验者很方便的从理解先进控制的原理到实际动手设计先进控制器。同时以实验平台为基础，还可以自行开发出更多的先进控制实验方案，非常适合需要进行高级过程控制实验的硕士、博士等高端研究人才的实验需求。

仪表控制系统

控制系统提供两种安装模式：

机柜中孔屏安装，包括转接电路板，配电系统。系统更加工业化，模块安装自由，维护操作方便。

IO连接板把现场的PCB端子排连接到控制系统，并使用实验专用连接端子连接。除了与现场IO一一对应的接口之外，也为两线制变送器、数字量干接点