PCS-D Versuchsausrüstung für Prozessleitsysteme

Ⅰ.Produktübersicht

Dieses System ermöglicht die Durchführung von Versuchs- und Schulungsfunktionen für Druck-, Durchfluss- und Füllstandsregelungen sowie Verhältnis-, Kaskaden-, Feedforward-Feedback- und andere komplexe Regelungssysteme. Das Regelobjekt ist mit einer Schnittstellen-Steuereinheit ausgestattet. Stromversorgung und Signal der Steuereinheit sind getrennt. Die Steuereinheit enthält ein Netzteil, einen Frequenzumrichter, einen intelligenten Regler, grundlegende Schutzeinrichtungen für die Anlage und verfügt über eine Erweiterungsschnittstelle.

Ⅱ.Hauptmerkmale und Anforderungen des Systems

1. Zu den Regelparametern gehören thermische Parameter wie Durchfluss, Druck und Füllstand. Die Aktoren umfassen Stellantriebe für Regelventile und elektrische Antriebe für Drehzahlregler mit variabler Frequenz. Neben der Änderung des Sollwerts des Reglers bei sprunghafter Störung kann das System auch Störungen im Objekt über Magnetventile und handbetätigte Ventile erzeugen.

2. Ein Regelparameter kann sich in mehreren Regelkreisen mit unterschiedlichen Stromquellen, Aktoren und Prozesslinien entwickeln. Durch verschiedene Kombinationen des Objektsystems und die Kombination verschiedener Versuchszwecke können Dutzende von Prozesssteuerungsexperimenten durchgeführt werden.

III. Anforderungen an den Leistungsindex

1. Eingangsleistung: Dreiphasig, vieradrig, 380 V und einphasig, dreiadrig, 220 V ± 10 %;

2. Arbeitsumgebung: Temperatur -10 °C bis +40 °C, relative Luftfeuchtigkeit ≤ 85 %;

3. Geräteleistung: 2 kVA;

4. Außenmaße: ca. 1200 mm x 780 mm x 1830 mm;

IV. Anforderungen an die Gerätezusammensetzung

Das Systemobjekt besteht hauptsächlich aus einem Edelstahlrahmen, einem Edelstahl-Wasserspeichertank, drei in Reihe geschalteten Wassertanks aus organischem Glas und kunststoffbeschichteten Edelstahlrohren. Das Wasserversorgungssystem verfügt über zwei Leitungen: Eine Leitung besteht aus einer einphasigen Magnetpumpe, einem elektrischen Regelventil, einem elektromagnetischen Durchflussmesser und einem manuellen Umschaltventil; Der andere Weg besteht aus einem Frequenzumrichter, einer Magnetkupplungspumpe mit variabler Frequenz, einem Turbinendurchflussmesser und einem manuellen Umschaltventil. Die spezifische Konfiguration ist wie folgt:

1. Steuerungsobjekt:

(1) Stahlrahmen: Edelstahl;

(2) Wasserspeicher: Volumen 150 l, zur Deckung des Versuchswasserbedarfs der oberen, mittleren und unteren Wassertanks. Der Boden des Wassertanks ist mit einem Wasserauslassventil ausgestattet;

(3) Füllstandswassertank: einschließlich der oberen, mittleren und unteren Füllstandswassertanks. Der Boden des Wassertanks ist mit einem Drucksensor aus diffusem Silizium und einem Transmitter verbunden. Die oberen, mittleren und unteren Wassertanks können zu einem einstufigen Füllstandsregelsystem erster, zweiter und dritter Ordnung sowie zu einem zweistufigen und dreistufigen Füllstandskaskadenregelsystem kombiniert werden;

(4) Wasserpumpe: Für die Wasserversorgung wird eine Magnetkupplungspumpe mit einer Förderleistung von 30 Litern/Minute, einer Förderhöhe von 8 Metern und einer Leistung von 180 W verwendet. Das Pumpengehäuse besteht vollständig aus Edelstahl. Es sind zwei Magnetkupplungspumpen im Einsatz, eine für einen einphasigen 220-V-Konstantdruckantrieb und eine für einen dreiphasigen 220-V-Frequenzantrieb.

(5) Rohrleitungen und Ventile: Die gesamte Systemleitung ist durch kunststoffbeschichtete Edelstahlrohre verbunden, die manuellen Ventile sind Kugelhähne. Der Wasserweg kann frei gewählt werden, um den Verbindungsstatus der Rohrleitung zu ändern.

(6) Magnetventil: Das Magnetventil ist ein stromlos geschlossenes Magnetventil mit einer Betriebstemperatur von -5 bis 80 °C.

2. Feldinstrumente:

(1) Drucktransmitter: Industrieller Drucktransmitter aus diffusem Silizium mit Edelstahl-Isolationsmembran, Signalisolationstechnologie und Kompensation von Sensortemperaturdrift. Der Messbereich liegt zwischen 0 und 200 kPa (0,5 kPa), die Genauigkeit beträgt 0,5 Stufen. Die Spannungsversorgung erfolgt mit 24 V DC, das Ausgangssignal ist 4–20 mA.

(2) Füllstandsmessumformer: Industrieller Druckmessumformer aus diffusem Silizium mit Edelstahlmembran, Signalisolation und Kompensation der Sensortemperaturdrift. Der Messbereich liegt zwischen 0 und 5 kPa (0,5 kPa), die Genauigkeit beträgt 0,5 Stufen, das Ausgangssignal ist 4–20 mA.

(3) Elektromagnetischer Durchflusssensor: Integrierter elektromagnetischer Durchflussmesser mit Sensor und Messumformer, Durchflussbereich: 0–1,5/h, Messgenauigkeit ±0,5 %, Ausgangssignal ist 4–20 mA. (Elektromagnetischer Durchflusssensor und Wandler)

(4) Turbinendurchflussmesser: Der Sensorteil des Turbinendurchflussmessers ist turbinenförmig. Der Messumformer wird mit 24 V DC versorgt, hat einen 4–20 mA-Ausgang und eine Genauigkeit von 1,0. Es handelt sich um ein Durchflusserkennungsgerät mit einer hochpräzisen Sensor- und Transmitterstruktur, das zur Erkennung des Zweigdurchflusses der Frequenzumrichterpumpe und des Auslassdurchflusses der Spule verwendet wird.

(5) Elektrisches Regelventil: Ein intelligentes elektrisches Regelventil mit geradem Hub dient zur Regelung des Durchflusses im Regelkreis. Die Steuereinheit ist in den elektrischen Antrieb integriert. Die Stromversorgung erfolgt einphasig mit 220 V, das Steuersignal beträgt 4–20 mA DC oder 1–5 V DC, und der Ausgang liefert ein Ventilstellungssignal mit 4–20 mA DC.

(6) Frequenzumsetzer: Der Steuersignaleingang beträgt 4–20 mA DC, und der 220-V-AC-Frequenzumsetzerausgang dient zum Antrieb einer dreiphasigen Magnetkupplungspumpe.

3. Steuerkasten:

(1) Schnittstellenkasten für Versuchsobjekte: Der Schnittstellenkasten für Steuerobjekte ist in einen Leistungskasten und einen Signalschnittstellenkasten unterteilt. Der Leistungskasten enthält Stromversorgungsgeräte, Stromverteilungsschalter und andere leistungsstarke elektrische Geräte; der Signalschnittstellenkasten dient hauptsächlich als Zwischenschnittstelle für den Anschluss schwacher Stromsignale an das erweiterte Steuersystem.

(2) Intelligente Instrumentenkomponenten: Intelligente Digitalanzeige mit Kommunikationsschnittstelle, Alarm usw. zur Realisierung einer doppelten Füllstandsregelung. 

(3) Schaltnetzteil: Eingangsspannung 220 V AC; Ausgangsspannung 24 V DC; Nennleistung 100 W;

(4) AC-Schütz: 220 V

(5) Zwischenrelais: DC 24 V

(6) Anschlussklemme: gut isoliert, robust und langlebig

(7) Isolator: dient zur Signalisolierung und -umwandlung und wandelt ein Spannungssignal von 0–10 V in ein Ausgangssignal von 4–20 mA DC um.

V. Versuchsgegenstände

1. Grundlegendes Systemtest-Experiment

(1) Experiment zur Messung von Druck, Flüssigkeitsstand und Durchfluss

(2) Experiment zur Messung der Pumpenlastkennlinie

(3) Experiment zur Messung der Regelkennlinie einer frequenzgeregelten Pumpe

2. Experiment zur Messung der Objektkennlinie

(1) Experiment zur Messung des Flüssigkeitsstands eines Wassertanks mit einfacher Kapazität

(2) Experiment zur Messung des Flüssigkeitsstands eines Wassertanks mit doppelter Kapazität

(3) Experiment zur Messung der Durchflusskennlinie eines elektrischen Regelventils

3. Experiment zur Regelung mit einem Regelkreis

(1) Experiment zur Konstantwertregelung des Flüssigkeitsstands eines Wassertanks mit einfacher Kapazität

(2) Experiment zur Konstantwertregelung des Flüssigkeitsstands eines Wassertanks mit doppelter Kapazität

(3) Experiment zur Durchflussregelung mit einem geschlossenen Regelkreis

(4) Experiment zur Druckregelung mit einem geschlossenen Regelkreis

4. Experiment zur Kaskadenregelung

(1) Experiment zur Kaskadenregelung des Flüssigkeitsstands eines Wassertanks mit doppeltem geschlossenen Regelkreis

(2) Experiment zur Kaskadenregelung des Flüssigkeitsstands und des Zulaufdurchflusses eines Wassertanks

5. Experiment zur Regelung des Durchflussverhältnisses

(1) Experiment zum Durchflussverhältnis eines geschlossenen Regelkreises Steuerungssystem

(2) Experiment zur Regelung mit variablem Verhältnis

6. Experiment zur Vorwärts-Rückkopplungs-Regelung

VI. Technische Leistung

1. Eingangsspannung: Einphasig, dreiadrig, 220 V ± 10 %

2. Betriebsumgebung: Temperatur 10 °C bis 40 °C, relative Luftfeuchtigkeit ≤ 85 %

3. Geräteleistung: 1,0 kVA

4. Abmessungen: 800 mm x 600 mm x 1850 mm (Länge x Breite x Höhe)

5. Schutzfunktion: Das Gerät verfügt über Erdungs- und Fehlerstromschutzfunktionen und entspricht den einschlägigen nationalen Normen.

VII. DCS-Steuerungssystem

1. Dreischichtige Netzwerkstruktur mit einem Ethernet-Bus der Betriebsebene, einem industriellen Ethernet-Bus der Steuerungsebene und einem Bus der Feldebene.

2. Hardware-Verarbeitungskapazität:

Die Hauptsteuereinheit der Leitstelle ist ein Pentium II-Prozessor mit 34 MB Arbeitsspeicher, davon 2 MB SRAM. Die E/A-Signalverarbeitungseinheiten sind alle intelligent strukturiert.

3. Systemverarbeitungskapazität:

Ein System unterstützt acht Domänen mit jeweils 10.000 physischen E/A-Punkten und 1.000 Regelkreisen.

4. Hauptsteuermodul:

Eingangsspannung: 21,6–26,4 VDC. Modulredundanz: Unterstützung, Master-Slave-Hot-Standby-Redundanz, Redundanzumschaltzeit 50 ms, SRAM-Speicherung nach Ausschalten: 1 MB. Ausschaltschutz: Betriebsmodus: Pufferbatteriespeicherung; Datenspeicherzeit nach Ausschalten: 2 Jahre.

Systemnetzwerk: Ethernet: 100 Mbit/s. Betriebsmodus: Duale Netzwerkredundanz, Kommunikationsgeschwindigkeit: 187,5 kbit/s, 500 kbit/s, 1,5 Mbit/s.

5. Hauptcontroller-Backplane-Modul: Unterstützt vier Module. Die beiden linken Steckplätze sind für Hauptcontroller-Module, die beiden rechten für IO-BUS-Module. Die externen Schnittstellen des Hauptsteuermoduls und des IO-BUS-Moduls befinden sich auf der vierfachen Hauptsteuerplatine.

6. Systemstromversorgungsmodul: Konvertiert AC 110 V/220 V AC in DC 24 V DC, isolierte Ein- und Ausgänge, Nennleistung 120 W.

7. Zusatzstromversorgungsmodul: Konvertiert 220 V AC in 24 V DC, isolierte Ein- und Ausgänge; mit Kurzschlussschutz am Ausgang, automatische Wiederherstellung der Stromversorgung nach Fehlerbehebung.

Synchrone PC-Version:

PCS-D Versuchsausrüstung für Prozessleitsysteme http://german.biisun.hfcfwl.com/products/process-control-system-experimental-equipment