A3000高级过程控制系统使用说明和维护手册(版本4.0)用户文件编号：A3000DH017北京华晟经世信息技术有限公司编制安全注意事项 (1)1系统安装 (3)1.1系统规格 (3)1.2布局方式 (5)1.3配电连接和接地 (6)1.4信号线和通讯线连接 (7)2操作和控制 (8)2.1现场系统 (8)2.2过程和电气设备结构和操作 (16)2.3基本控制系统 (32)2.4开始实验 (39)3系统功能 (40)3.1对象数学模型的测定与建立 (40)3.2单回路控制实验 (41)3.3位式控制 (41)3.4计算机控制一般性实验 (42)3.5复杂控制实验 (42)3.6高等控制 (42)3.7自动化网络实验 (43)4报警和保护 (43)5常规维护 (43)本使用手册包括有使用时的操作说明和注意事项。

本使用手册请交给最终用户。

安全注意事项安全注意事项：在安装、操作、维护或检查本系统之前．一定仔细阅读以下安全注意事项，并且要在熟悉设备的知识、安全信息及全部有关注意事项以后使用。

在本使用说明书中，将安全注意事项等级分为“危险”和“注意”。

不正确的操作造成的危险情况，将导致死亡或重伤不正确的操作造成的危险情况，将导致一般或轻微的伤害或造成物体的硬件损坏。

注意：根据情况的不同，“注意”等级的事项也可能造成严重后果。

请遵循两个等级的注意事项，因为它们对于个人安全都是重要的。

1、防止触电测试系统的控制系统供电一般为DC24V，漏电保护器和开关电源的端子上带有220V电压。

正常漏电保护30毫安。

物理受控系统分别引入三相电和单相电，整个现场系统没有任何可以接触到的端子。

正常漏电保护30毫安。

尽管系统经过多层保护，还是请用户注意以下安全事项。

危险当通电或正在运行时，非专业人员不要进行任何维护、维修操作，不要打开机柜后门，接线箱盖子，变频器前盖板，否则会发生触电的危险。

要求现场系统可靠接地。

每隔一定时间，对漏电保护器进行漏电测试试验，即按下测试按钮。

即使电源处于断开时，除维护、维修外，请不要打开控制箱接触变频器的输出裸露端子，可能会出现充电回路放电的现象，造成伤害。

水泵、电磁流量计，以及灯管都是220V供电，维修时请断开电源。

对于交流220V或380V供电电缆，请不要损伤它，不要对它加过重的应力，使它承载重物或对它钳压。

否则可能会导致触电。

2、防止烫伤加热情况：锅炉结构为内容器，内有4.5KW（部分产品6KW）加热管。

外容器为隔热保护，不会有高温，同时封闭所有强电端子。

锅炉常压，最高温度不超过100度，建议保持70度以下。

支路中会流通热水。

危险在热水没有冷却时，不要进行任何打开锅炉维修维护工作。

不要接触热水管道过长时间（例如3秒以上），避免高温烫伤。

锅炉中的水最好不要超过锅炉高度的2/3，请尽量控制水温在70度以下，以免高温烫伤，提高产品寿命。

3、防止损坏在水箱水位没有达到一定高度，不能启动调压器输出，否则可能损坏加热器。

该系统增加了硬件的连锁保护，但是在操作时也要注意。

系统应远离可燃物体，系统发生故障时，请断开电源。

操作的环境温度-10℃-50℃，湿度90%RH以下，存储温度-20℃-65℃（运输时短时间适用温度）。

计算机或其他不能溅水的设备最好距离三个水箱2米以外。

运行时保管时运输时周围温度10ºC～＋50ºC 0ºC～＋50ºC －20ºC～＋65ºC湿度90％RH以下90％RH以下90％RH以下标高1000m 1000m 10000m1系统安装系统的如图所示。

A3000控制柜A3000对象电脑监控1.1系统规格现场A3000对象系统尺寸：1400(宽度)x700(深度)x1940(高度)。

控制机柜尺寸：800(宽度)x600(深度)x1900(高度)。

操作台尺寸对于现场对象系统和控制机柜，建议在固定位置之后，把支撑脚撑起来，避免轮子受力过大。

如下图：1.2布局方式控制机柜在现场系统左边，以便缩短信号连线，控制机柜可远离实验水箱，可防止实验时水滴溅到控制柜，使控制柜受潮，损坏控制元器件。

一个实验室可能具有多套A3000系统，并能根据客户要求组成一定的网络，作为监控系统的计算机，可监控本台设备，亦能通过网络控制别的对象系统。

高级过程控制实验室布局如图如下所示：1.3 配电连接和接地系统配电A3000高级过程控制系统不单独提供配电柜，系统供电由控制柜提供。

控制机柜内电源直接从实验室总配电柜提供。

柜内有两种电源，一种为单相电，另一种为三相电。

单相电主要为机柜内部元器件提供供电电源，单相电要求：AC220V±10%，1A。

功耗不超过200W。

插头要求：RVVZ-3P, 250V,10A。

现场对象系统供电要求电源为单相，三相电，并分开连接。

各种电缆敷设要求如下：单根信号电缆应穿在钢制电缆管中或线槽内敷设，电缆管或线槽要保证良好接地。

信号电缆屏蔽层宜选用铜带屏蔽或铝箔屏蔽。

接地屏蔽接地的原则为一端接地，屏蔽接地有两种方式：在传输模拟信号、脉冲频率信号时，若信号源没有接地，屏蔽电缆应在控制室一侧接地。

当信号源本身接地时，如接地热电偶、PH 计等，屏蔽电缆应在现场信号源一侧接地。

现场系统要求一定要良好接地，需要在现场系统引出一个黄绿双色地线直接连接到实验室接地螺栓上。

多套系统可以共点接地。

接地线可以采用软线，或者硬芯双色线。

直径不少于1mm2，地线末端应压入扁平冷压接线鼻子。

下面是变频器配电示例。

强烈建议在进入现场系统之前，选择不带漏电保护的断路器。

特别是在有多台变频器的情况下。

由于上电瞬间，具有很大的过电流和感应电流，所以容易导致系统跳闸。

可以考虑在输入端连接交流电抗器，提高功率因数，并减少电源干扰。

本系统中变频器及电机要严格接地。

变频器供电电源输入侧的接地端子应接入实验室接地螺栓上，其控制输出侧的接地端子应与电机接线盒内接地螺栓连接。

1.4 信号线和通讯线连接系统大部分的接线已经连接。

只是在各个单元之间需要连接。

除了实验时需要连接少量的实验专用连接信号线之外，还需要连接现场控制系统和监控计算机的通信接口。

如果控制系统支持以太网，则可以用网线直接连接到交换机上。

如果控制系统支持RS232，则直接连接到计算机串口上。

如果控制系统支持RS485，则首先在计算机串口上插一个RS232-RS485转换器。

然后控制系统直接连接到转换器上。

注意RS485 A,B信号连接。

RS485-RS232转换器连接示意图2操作和控制2.1现场系统本节通过大量的示意图介绍各个工艺设备结构和操作，其中包括各个水箱、锅炉、换热系统，以及管路。

如图所示现场系统示意图物理受控系统包括了测试对象单元、传感器、执行器（包括变频器及移相调压器）等。

为了防止动力设备静电积累而触电或者损坏设备，所以系统必须可靠接地。

下面使用示意图和流程图方式介绍现场系统的结构、原理、操作和维护。

现场系统工艺流程图如图所示。

系统工艺示意流程图(不含控制系统)系统总体的测点清单如表1.2.1所示。

注：所列信号类型为原始信号，一般两线制信号在IO面板上已经连接了24V 和GND，可以按照四线制方式使用。

执行机构一般为2～10V控制，控制信号经过500欧姆采样电阻，被转换成4-20毫安控制。

2.1.1 上水箱上水箱位于框架右上方，模拟一个工业上常见的卧式圆罐。

水平方向的截面积在各个高度不同，中间最大，两端最小，具有典型的非线性特性。

上水箱透视图如图所示。

上水箱透视图2.1.2 中水箱中水箱是一个结构复杂的容器。

提供变容结构，以及水平多容结构。

中水箱透视图如图所示。

中水箱透视图中水箱顶视图如图所示。

中水箱顶视图变容的实现过程：（1）分隔闸板拔很高，例如2厘米以上，则中水箱左右两边容器合在一起，通过出水闸板控制出口流量。

总截面积=中水箱左容器+中水箱右容器。

（2）出口闸板拔很高，例如2厘米以上，通过分隔闸板控制出口流量。

总截面积=中水箱左容器。

水平多容实现过程：分隔闸板作为左右两边容器的导通流量控制，出水闸板控制右边容器出口流量。

2.1.3 下水箱下容器可以更换不同形状的出口闸板，从而改变系统特性，还可放入一个斜体，从而模拟倒锥形工业容器。

下水箱透视图结构如图所示。

下水箱透视图下水箱顶视图结构如图所示。

下水箱顶视图2.1.4 常压锅炉锅炉是一个常压电加热锅炉，大气压力，没有高温。

如图所示。

常压电加热锅炉2.1.5 换热系统该换热器采用工业高效板式换热器。

换热器具有一个冷水入口，一个冷水出口，一个热水入口，一个热水出口（热水和冷水的位置可以互换，但是出口和入口不能互换）。

如图所示。

换热系统示意图2.1.6 管路系统管路系统如图所示。

现场对象系统管路通过该图可以了解各个阀门的位置，以及管道上的各个过程设备。

2.2 过程和电气设备结构和操作本节介绍仪器仪表，以及执行器等产品的结构和操作。

2.2.1 温度检测设备温度传感器为PT100。

三线制。

如图2.2.11所示。

图2.2.11 温度传感器为PT100温度变送器为两线制，24V直流供电。

如图2.2.12所示：图2.2.12 温度变送器接线原理图2.2.2 压力和液位检测设备参考手册：《扩散硅压力/液位变送器使用说明书》可以采用扩散硅压力/液位变送器，也可以选择电容式或者应变电阻式。

压力变送器如图2.2.13所示。

图2.2.13 压力变送器压力/液位变送器包括一个表头，两边都有盖子。

打开盖子，一边的表内部可以调节零点或满量程。

一边的表内部用于接线。

如图2.2.14所示。

图2.2.14 变送器接线图和调节图2.2.3 流量检测设备现场系统一般包括一个涡轮流量计，一个电磁流量计。

1、涡轮流量计参考手册：《LWGY/LWGB/LWY型涡轮流量计使用说明书》。

涡轮流量计管道里有一个叶轮随着流量转动，通过霍尔效应产生脉冲，然后进行F/I转换为4~20mA信号。

涡轮流量计如图2.2.15所示。

图2.2.15 涡轮流量计接线如图2.2.16所示。

图2.2.16 涡轮流量计接线图2、电磁流量计参考手册《中文电磁流量计转换器用户手册》，《中文电磁流量计传感器使用说明书》电磁流量计利用法拉第电磁感应定律来测量流量。

电磁流量计如图2.2.18所示。

图2.2.18 电磁流量计注意：不要在没有水的情况下给电磁流量计加电。

加电几分钟后才能获得准确数值。

电磁流量计接线图如图2.2.19所示。

图2.2.19 电磁流量计接线图注意，只连接220V电源L和N线，信号“4-20毫安”输出，以及“输出地”。

2.2.4 变频器接线和操作变频器采用三菱的FRS520S变频器，或者采用西门子的MM420变频器。

变频器控制水泵P101。

由于变频器响应快速，所以控制时间会短一些。