仪表自动化实验室整体解决方案.docx
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仪表自动化实验室整体解决方案
仪表实验室建设方案
仪表在各个行业中应用也是越来越广，特别是在化工行业，仪表无处不在；为了让学生了解仪表自动化技术需求方向，着重提高学生实际动手能力及故障排除意识，培养学生对仪表自动化控制系统的认知，使学校与工厂实现无缝连接，满足我校化工仪表、化工工艺等专业的实验与实训教学要求，制定了一套化工仪表实验室建设方案，提请学校有关领导参考。
实验室场地选在实验楼B座的三层，那里有计划预留的几个仪表实训室，场地能满足欲购置的仪表实训设备的要求。
计划购置的化工仪表实训装置，是浙大中控生产的，技术参数也是由浙大中控提供的，这些设备性能先进，实用性强。
以往全国石油和化工行业职业技能大赛（包括2009年），化工仪表维修工的比赛用设备都采用浙江中控科教仪器有限公司生产的。
一、本方案简介
1）、本方案实现了对各种仪表的检测认识，包括从就地显示仪表到远传仪表、从一次仪表到二次仪表；从常规仪表到总线仪表。
从单块仪表的安装、维修、调校到工业四大热工参数的系统调试。
具备工业四大参数仪表：
液位、流量、温度、压力；同时在各控制参数中选用各种检测元件：
A:
温度检测元件包含PT100、CU50热电阻、热电偶等；
B:
流量仪表包含电磁流量计、孔板流量计、涡轮流量计等；
C:
液位仪表包含磁翻板、差压变送器等；
D:
压力仪表包含压力变送器、压力表等；
E:
执行机构包含拖动类执行机构变频器，也包含工业上常用的电动调节阀和气动调节阀等。
F：
现场总线仪表包括PROFIBUSDP/PA总线仪表，EPA工业以太网总线仪表。
2）、本方案实现了生产现场经常出现的仪表故障的设置与解决方法。
A:
实现对温度仪表故障的设置：
选型安装尺寸、信号接线等方面故障；
B:
实现对流量故障的设置：
安装位置、影响流量大小、信号接线等方面故障；
C:
实现对液位仪表故障的设置：
安装位置、信号接线等方面故障；
D:
实现对调节阀故障的设置：
气源、信号接线、安装位置等方面故障。
3）、本方案可实现多种工业常用的控制方案。
A:
实现单回路控制方案，温度、液位、流量的单回路控制；
B:
串级控制方案，温度串级控制；
C:
比值控制方案，分程（选择）控制方案。
二、整体方案相关实验设备介绍
在整个实验室建设方案中，我们从基础到系统，从简单到复杂，根据学校对学生的从低年级到高年级的教学过程，我们拟制了以下设备组成；在这些设备中，包含从一次仪表到二次仪表认识，从就地仪表到变送仪表认识，从常规仪表到HART总线仪表认识的YB3000仪表专业实训装置；包含有针对仪表维修工竞技实训装置的CS2000设备；包含有专业针对仪表检修和故障解决的YB2000D化工自动化实训装置。
这三套设备是循序渐进的学习过程来指引学生，为学生在将来的工作岗位上打下坚实的专业知识和技能。
其设备介绍如下：
（一）、YB3000仪表专业实训装置
YB3000针对仪表专业的基础教学实训平台，其项目与功能满足学校“过程控制仪表”课程实训的教学要求。
通过本套实训装置，学生可熟练掌握过程控制仪表及装置的使用、调试与维护，熟悉仪表控制装置信号回路及信号关系，培养与提高学生从事仪表及过程自动化系统维护的专业基础技能，为将来走向工作岗位打下坚实的基础。
1、YB3000实训装置特点
a．布局情景性：
实训平台按仪表控制屏式样加装相关仪表，配合现场仪表与现场信号装置。
b．操作灵活与开放性：
各类信号源、仪表无固定线路连接，实训中根据实训项目、目的，按实际要求选用、连接。
c．实训工程性：
各类信号源、仪表均由端子排引线，实训中通过端子接线形式构建所需装置、线路及信号回路。
d．实训项目及内容多样性：
实训设备包括显示、控制、操作、执行、变送、测量、安全及报警等多种类仪表。
e．设备先进性：
采用目前广泛应用的先进的、智能化自动化仪表。
f．实训安全性：
装置具有接地保护、漏电保护功能，安全性符合相关的国标标准。
2、YB3000实训装置组成
实训平台
实训平台具有四个功能区，分别为：
实训工作台面、电源与信号源区域、仪表安装网孔板区域、现场仪表框架区。
连接原则：
电源、信号源、仪表接线端子均分别引线到各自独立的端子排上，便于接线实训中的反复操作；电源、信号源、仪表输入输出端独立设置，同时便于学生熟悉、理解各回路，理解输入、输出信号关系；模块仪表间、仪表与信号源间无固定连接，便于根据实训内容与要求，灵活连接，接线操作安全方便，最大程度的锻炼了学生的动手能力和理解能力。
1）、实训工作台面
实训台面为铁质双层亚光密纹喷塑结构，外形尺寸约120×75×70cm，桌面为防火、防水、耐磨高密度板，结构坚固；桌面用于安装电源控制屏、信号源屏、仪表安装网孔板，并提供一个宽敞舒适的工作台面；台面设抽屉，下部设柜，用于放置工具、存放挂件及资料等。
2）、喷塑网孔板
用于安装实训仪表、信号指示仪表、接线端子。
各模块仪表相对独立，便于安装和拆卸实训。
3）、交流电源
提供实验所需的单相AC220V电源，装置容量：
＜4.5kVA。
设有交流电源监视电压表；通过空气开关、启停按钮与指示灯进行总电源控制与指示；设有漏电保护控制装置；具有4路AC220V电源对外输出到接线端子；各路电源通过开关进行控制，并提供指示灯指示。
4）、直流电压源
提供电压：
24VDC，电流3A，经接线端子提供8路电源输出；
提供电压：
5VDC，电流1A，经接线端子提供2路电源输出。
安装位置：
实训平台电源区
5）、电压、电流信号源
提供二路独立可调直流1-5V电压信号源和一路直流0-30mA电流信号源。
带负载范围：
100—1K。
安装位置：
实训平台信号源区，分别经接线端子输出。
6）、指针式精密电流表
技术参数：
测量范围0-30mA，精度0.2级。
安装位置：
实训平台网孔板，分别引线到接线端子，能灵活地用于测量差压变送器输出电流和信号源的输出电流及其它电流。
7）、数字式电压表
技术参数：
测量范围0-10V，可换量程，三位半（31/2）。
安装位置：
实训平台网孔板，分别引线到接线端子，能灵活地用于信号电压测量。
8）、盘装标准压力表
技术参数：
指针式，直径：
150mm，压力范围0—0.16MPa，精度0.25。
安装位置：
嵌装式网孔板安装。
网孔板安装导压管接头。
9）、盘装标准数字压力表
技术参数：
测量范围：
0-0.25MPa，内置电源供电。
安装位置：
嵌装式网孔板安装，网孔板安装导压管接头
10）、气动定值器
技术参数：
气源压力：
140—250KPa，输出气压0-100KPa可调。
安装位置：
实训平台信号区，分别提供气源引入接头、输出接头，接头可安装于信号源区或网孔板，便于为差压变送器、气动执行器提供压力信号、控制信号。
11）、减压过滤器
安装位置：
实训平台桌侧挂装。
一只减压过滤器为两只定值器提供140KPa的气源压力，另一只减压过滤器为电气阀门定位器提供气源。
12）、不锈钢安装框架（带脚轮，方便移动）
外形尺寸约100×50×50cm，用于仿现场安装差压变送器；支承气动执行器；放置马沸炉热源装置；放置空压机。
结构形式便于安装、拆卸送变送器、执行器。
置于实训桌旁。
智能差压变送器
技术参数：
型号：
EJA110A-DMS4A-22EC，测量差压范围：
0-100kPa，输出信号：
4-20mADC，BRAIN协议数字通讯，可通过BRAIN协议由BT200手持编程终端进行设定与监控，也可进行现场设定；内置液晶数字显示表带测量范围设置钮；防爆结构型：
ExiaIICT6IP67。
附件：
配三阀组、直通终端接头、安装套件。
气动执行器
技术要求：
型号：
CV3000系列HTS单座调节阀，DN40，PN1.6；上阀盖：
常温型（P）；阀体材质：
ZG230-45；压盖型式：
螺栓压紧式；阀芯型式：
单座柱塞型阀芯；阀芯材质：
SUS304；法兰标准：
JB/T79.1-94。
执行机构：
HA2多弹簧薄膜执行机构；弹簧范围：
20～100kPa。
安装在不锈钢框架上，仿现场安装并便于拆装阀门定位器。
电气阀门定位器（与HTS单座调节阀配套）
技术参数：
型号HEP-16；输入信号：
4-20mA；作用方式：
双作用，可方便进行正反作用的切换。
智能调节器
技术参数：
型号：
AI-818型；具有标准PID控制规律；能同时显示SV、PV，并具有阀位指示功能；具有手动、自动无扰动切换功能；具有参数超限报警功能。
电源要求：
24VDC供电。
安装在网孔板上，并设置与接线端对应网孔板接线端子。
闪光报警仪
技术参数：
型号：
XXS型。
功能要求：
具有八个闪光报警回路；模拟电压输入，可通道可独立设置报警值；元源开关触点输入；各通道独立报警；带消音、试验功能；电源：
24VDC
安装在网孔板上，并设置与接线端对应网孔板接线端子。
智能光柱显示仪表
技术参数：
型号：
WP-T系列；输入信号类型：
输入端口具备万能信号输入，通过仪表菜单的选定，实现不同类型输入信号（各种热电偶、热电阻、标准电压/标准电流信号）之间的轻松切换；显示方式：
双屏双光柱竖式显示；两路相互独立的继电器控制/报警输出；电源：
24VDC供电；
安装在网孔板上，并设置与接线端对应网孔板接线端子。
智能操作器
技术参数：
型号：
SWP-LCD-NLQ系列；功能：
输出方式为4～20mA输出，PV输入类型为1～5V，SV输入类型4～20mA；具有上限、下限报警输出功能；同时显示输入值和输出百分比值、指示报警和输出状态；具有手动、自动双向无扰动切换，作为智能调节器的后备操作器，并可取代伺服放大器直接驱动电动或气动执行机构。
电源：
24VDC供电；
安装在网孔板上，并设置与接线端对应网孔板接线端子。
YU-6型活塞压力计
技术参数：
检验压力范围：
0—1Mpa，等级：
2，精度等级：
0.05，基本误差：
0.05%。
配套砝码、压力表接头。
精密压力表YB-150
技术参数：
测量范围：
0—1Mpa、精度：
0.4级，直径：
150mm，指针式带镜面，径向接头直接安装式。
用于配套YU-6型活塞压力计。
存放位置：
存放于实训台面下柜内。
工作时安装于压力校验台。
UJ-36直流电位差计
技术参数：
该仪器是测量低电势的电位差计，测量范围0～120mV，内附指零仪和标准电池，准确度：
0.1，最小步进值：
5μV。
存放位置：
实训台下柜内。
工作置于实训台面。
马沸炉
技术参数：
型号SK2-2-12，单相200V，50Hz，2kW。
最高温度1000℃，配控制器，温度控制误差<0.5℃。
开孔并配安装螺纹，用于实训中插入并安装热电偶、热电阻测温元件。
安装在不锈钢安装框架上。
热电偶测温元件
技术参数：
铠装镍铬-康铜热电偶，型号为WREK-33型，活动卡套螺纹式热电偶；
安装位置：
存放于实训台面下柜内，工作时安装于马沸炉同内，用于温度测量实训。
热电阻测温元件
技术参数：
装配式铂热电阻，型号为WZP-231型，Pt100；固定螺纹式装配热电阻。
安装位置：
存放于实训台面下柜内，工作时安装于马沸炉同内，用于温度测量实训。
安全栅
连接屏装仪表与现场仪表，分别配变送器、电气阀门定位器执行器，将EJA差压变送器和电气阀门定位器的信号进行安全隔离，组成本质安全防爆系统。
ZTM-5000系列隔离式安全栅：
输入式：
4只，输出式：
4只，齐纳式安全栅：
8只。
安装位置：
隔离式分别安装于4套网孔板，齐纳式安全栅安装于8套网孔板上。
并设置与接线端对应的网孔板接线端子。
BT200智能仪表手操器
技术参数：
型号：
BT200-N-00，通讯协议：
BRAIN；配合BRAIN协议的EJA差压变送器进行数字通讯，对EJA差压变送器进行设定与监控。
空气压缩机
空气压缩机采用静音且具有气量自动调节系统的空压机，用于给气动调节阀、差压仪表提供气源与压力源，最大压力：
0.7~0.8MPa。
配套减压过滤器，可调节输出压力。
补偿导线
技术要求：
与所用热电偶配套。
数字万用表
型号：
胜利万用表VC9801A，
实验用导线、导压管、接头
配备各种颜色的导线若干，线径：
0.3、0.5两种；线头：
与两种线型配套的线头若干；实训装置所需带接线端连接导线若干；气压所需导压管、三通、终端接头。
实训工具
维护用的螺丝刀、扳手、电工胶带、保险丝等工具。
实训装置资料
包含实训平台相关说明文件、技术文件；实训装置（设备）技术文件、使用说明书等。
YB3000实训装置配置清单
序号
名称
规格及型号
数量
1
实训平台
1200mm*750mm*70mm
1套
电源控制面板
SUPCON
1块
仪表安装面板
SUPCON
1块
电源信号接口面板
SUPCON
1块
信号接口安装面板
SUPCON
1块
喷塑网孔板
SUPCON
1块
2
电流表
69L17
2块
空气开关
4P带漏电保护16A
1个
指示灯
-
2个
数字电压表
DK8A系列
2块
盘装标准压力表
-
1块
盘装标准数字压力表
-
1块
气动定值器
QGD-200
2块
减压过滤器
QFY-120
2块
开关电源
24VDC5A
1块
5VDC1A
1块
电器配套附件
包括电线、电缆、转换开关等
1套
3
不锈钢安装框架
1000mm*50mm*50mm
1套
4
差压变送器
EJA110A-DMS4A-22EC
1台
5
气动调节阀
HTS单座调节阀；HA2多弹簧薄膜执行机构；DN32PN1.6；阀体材质：
ZG230-45；
阀芯材质：
SUS304；法兰标准：
JB/T79.1-94；执行机构：
HA2；
附件：
定位器，过滤减压阀，气源接头
1台
6
电气阀门定位器
HEP-16（HTS配套）
1台
7
智能调节器
AI-808ANX3L1S-24VDC
1台
8
精密压力表
YB-150B
1只
9
活塞压力计
YU-6型
1台
10
直流电位差计
UJ-36
1台
11
铠装镍铬-康铜热电偶
WREK-332E
1支
12
装配式铂热电阻
WZP-231型，Pt100
1支
13
闪光报警仪
XXS-10-H-W
1台
14
智能光柱显示仪表
WP-T823-011-1212-HL/HL-2T
1台
15
智能操作器
SWP-LCD-A/M735-02-14/12-HL-W
1台
16
马沸炉
SK2-2-12
1台
17
隔离式安全栅
ZTM-5000输入式
1台
隔离式安全栅
ZTM-5000输出式
1台
齐纳式安全栅
1台
18
空气压缩机
静音式
1台
19
补偿导线
与所用热电偶配套
10m
20
数字万用表
VC9801A（胜利）
1只
21
导线
0.3
20米
0.5
20米
及导压管、管接头
-
若干
22
智能仪表终端
BT200-N-00
1只
23
实训工具
-
1套
24
实训资料
-
1套
（三）、YB2000D（复杂型）化工自动化仪表实训装置
1、YB2000D主要工艺流程及控制方案
加热锅炉内的水量由循环水泵将水打人加热锅炉内，加入水量有控制方案为：
根据加入量流量大小需求调节控制流量。
加热锅炉内温度控制有二种方式：
（1）锅炉内水温度直接加热控制
（2）锅炉夹套水温度串接控制。
为培养学生节能意识，设置夹套水排出流向操作控制，当加热锅炉夹套内的温度高于某设定值时水就通过1#电磁阀打入热水槽；温度低于某设定值时，水就通过2#电磁阀打入冷水槽；
在主要的管路上装有不同的调节装置和流量检测装置；加热锅炉里可以安装不同的液位计和压力变送器及温度检测元件；在冷、热水槽里安装有液位检测装置和温度检测元件。
装置配置了多种形式的测量仪表，有就地显示仪表、又可就地显示并带带远传的仪表。
在一次检测仪表安装等方面可设置多种工厂常见故障，设置了联锁安全控制系统。
下图为简单的带PID点工艺流程控制图。
2、YB2000D主要组成部分与功能故障点简介
机械主体设备：
冷水槽、热水槽、加热锅炉、水槽、工业管路、工业专用法兰
主要动力设备：
循环水泵、冷水泵、热水泵、电加热器
主要的检测仪表：
PT100热电阻、压力变送器、差压变送器、电磁流量计、涡轮流量计、孔板流量计
执行机构：
调压模块、气开阀、气闭阀、变频调速器、电磁控制阀、手动切换阀
主要仪表设备一览表及功能故障点简介
序号
仪表及设备
位号
功能
数量
1
水槽
V101
储水，保证整体设备用水
1套
2
加热锅炉
V102
温度、液位故障设置点；可以实现液位控制方案、温度控制方案、串级控制方案等
1套
3
冷水槽
V103
提供加热锅炉冷水，可以设计液位仪表选型点，实现液位控制方案
1套
4
热水槽
V104
提供加热锅炉热水，可以设计液位、温度仪表选型点，实现液位控制方案、温度控制方案
1套
5
水泵
M1~M3
M1泵把水打入加热锅炉内胆、M2泵把热水打入加热锅炉夹套、M3泵把冷水打入加热锅炉夹套、并且可以设置泵故障
3套
6
流量仪表
FI101~FI102
两个流量计为不同的两型号流量计，并可以管路上加垫片设计故障点，检测管路上的流量故障
2套
7
温度仪表
TT101~TT105
在加热锅炉设置温度仪表故障点，根据PT100的长短不一（TT102、TT103），检测的温度不一样，判断选温度仪表的要领及故障处理方法
5套
8
压力仪表
PT101
检测管道压力，为就地显示仪表
4套
9
液位仪表
LT101~LT103
在加热锅炉可以设计液位仪表选型故障，可设置压力与差压变送器的选型故障，在冷水槽可设置压力变送器或者差压变送器安装位置的高低、设置仪表量程迁移故障
3套
10
调节阀
FV101~FV102
提供两个调节阀，其中一个为气动调节阀，一个为电动调节阀；根据工艺调节的要求，设置管路安装调节阀故障。
并选择一个调节阀为气动调节阀与定位器，设置定位器安装故障及怎么样操作安装定位器
2套
11
电磁阀
MV101~MV102
根据电磁阀可以实现液位区间控制方案、选择控制方案等
2套
12
调压模块
TV101~TV102
根据输出4~20mA信号实现电加热器的调压过程
2套
3、YB2000D可实现的控制方案简介
（1）、单回路液位控制方案
工业生产过程中为了均衡进出的物料量，以保证过程的物料平衡要求，经常要对一些液体储槽或者设备内的液位高低进行控制。
一般的工业场合对他们的液位控制是比较容易实现的，他们基本上采用单回路控制系统就可以达到目的，其控制方案图如下。
调入口流量
调出口流量
在YB2000设备我们可采用的控制方案，比如热水槽的液位控制、加热锅炉的液位控制、冷水槽的液位控制等
例A：
冷水槽液位控制实验
被控对象：
冷水槽
设备：
冷水槽，磁力循环泵P102，水槽
检测仪表：
冷水槽液位检测差压变送器
执行机构：
变频器
控制器：
C3000控制器或者其他控制系统
操作流程：
将水槽水位保持高水位，打开通往冷水槽的阀门同时关闭通往热水槽的阀门，保持冷水槽排水阀一定开度，差压变送器检测液位，通过变频器调节，从而使液位达到进出水平衡，保持液位稳定。
（2）、单回路温度控制方案
温度是工业生产中相当重要的控制参数，因为许多工业生产都必须在一定的温度条件下才会按照规定的方向进行，所以温度控制是保证生产过程正常进行的必须条件。
其次，物质的状态和性质跟温度和压力密切相关，在一定的条件下温度可以间接反映物质性质和组成。
由于温度的检测要比物质性质或成分的检测容易实现，故可以通过温度控制间接代替质量控制。
在YB2000设备我们可采用的控制方案，比如热水槽的温度控制等。
例B：
反应罐的温度控制
被控对象：
反应罐内的温度
设备：
反应罐，磁力循环泵P101，水槽
检测仪表：
加热容积的温度检测CU50
执行机构：
加热调压模块TV1
控制器：
C3000控制器或者其他控制系统
操作流程：
进入反应器的水保持一定的流量，调节调压模块的开度，从而控制温度的高低。
（3）、单回路流量控制方案
流量控制是工业过程控制中最常见的控制系统之一。
工业生产过程中往往为了稳定生产负荷，保证过程的物料平衡和热量平衡，或者是化学反应条件及控制能耗等目的，需要对进出物料量，回流量，反应物流量，燃料及空气流量等进行自动控制。
流量控制中，其操纵变量为流量控制阀的开度，被控变量为管道中的流量流量，而控制通道即为控制阀开度变化对流体流量的影响，外部干扰为其他影响流体流量的因素。
流量对象控制的滞后一般很小，对于他的控制方案相对来说比较简单，但具体还应结合所用的流体输送机械来确定。
在YB2000设备我们可采用的控制方案，比如通往加热锅炉流量控制等
例C：
冷水流量控制
被控对象：
冷水槽流入反应器的冷水流量
设备：
反应罐，冷水槽，磁力循环泵P103，水槽
检测仪表：
流量监测金属浮子流量计
执行机构：
电动调节阀
控制器：
C3000控制器或者其他控制系统
操作流程：
进入冷水槽的水保持一定的流量，调节阀的开度，从而控制冷水流量。
（4）、串级控制方案
串级控制方案是为了提高系统的抗干扰能力，在生产工业中常常采用的一种控制方案，YB2000设备多出提供了串级控制系统的硬件基础，可在上面实现多种工业现场中常遇见的现实问题，并且可以通过对YB2000设备进行各种组合实现串级实验，熟悉和理解串级控制方案的原理和构成。
比如流量与液位串级控制方案
控制基本原理图：
YB2000D对象设备配置清单
序号
名称
功能及型号
数量
产地/产商
备注
框架
1
整体框架
1
浙江中控
2
电气柜
1
浙江中控
被控对象
3
水槽
储水，保证整体设备用水
1
浙江中控
4
反应器
综合反应器
1
浙江中控
5
热水槽
提供反应器热水
1
浙江中控
6
冷水槽
提供反应器冷水
1
浙江中控
流量检测
7
涡轮流量计
LWGY-15AI
1
上海
8
电磁流量计
SF10TD-20（0-2.4m3/h）
1
浙江中控
9
金属浮子转子流量计
LZ-D25（250-2500L/H）
1
余姚
10
孔板流量计
DN200.2~1.98m3/h
1
浙江
配差压变送器
液位检测
11
不锈钢液位计
L=400mm
1
浙江
12
差压变送器
SP11510~10KPa
1
浙江中控
13
磁翻板液位计
UHZ-511S100～400mm
1
上海
温度检测
14
温度传感器
PT100（0~100℃）
2
浙江
配温度变送器
15
铠装式热电偶
WREK-636-1
1
巨化仪表
配温度变送器
16
双金属温度计
WSS-301
1
巨化仪表
17
装配式铜热电阻
WZC-230
1
巨化仪表
配温度变送器
压力检测
18
压力变送器
Y-100
4
浙江
执行机构
19
变频器
FR-D720E-0.75K-CHR
1
日本
20
气动调节阀
CV3000
1
巨化仪表
配减压阀、定位器、执行机构
21
升级会员 