PCS-C équipement expérimental de système de contrôle de processus

I. Présentation de l’équipement
Cet équipement expérimental de système de contrôle de processus est divisé en quatre parties : le système de contrôle supérieur, la couche d’objet expérimental, le capteur de détection, le système de transmission, l’équipement d’exécution et le logiciel de contrôle supérieur. Caractéristiques du système : L’ensemble du système est placé sur un banc d’essai mobile, ce qui le rend compact et permet au dispositif de test d’occuper un espace réduit.
1. Système de contrôle supérieur :
① Module de contrôle d’instrument intelligent ; ② Système de contrôle DDC ; ③ Système de contrôle PLC.
2. Système de couche d’objet expérimental :
II. Expérimentations réalisées avec cet équipement expérimental de système de contrôle de processus :
1. Expérience de caractérisation d’un réservoir d’eau de capacité simple ;
2. Expérience de caractérisation d’un réservoir d’eau de double capacité ;
3. Expérience de caractérisation du débit d’une vanne électrique ;
4. Expérience de contrôle en boucle unique ;
5. Expérience de contrôle du niveau de liquide d’une branche de vanne de régulation électrique (capacité simple) ;
6. Expérience de contrôle du niveau de liquide d’un réservoir d’eau supérieur de double capacité ;
7. Expérience de contrôle du débit d’une branche de vanne de régulation électrique.
8. Expérience de régulation de température ;
9. Expérience de régulation de débit ;
10. Expérience de régulation de pression ;
11. Expérience de régulation en cascade à double capacité du réservoir supérieur ;
12. Système de régulation en cascade du niveau d’eau du réservoir inférieur et du débit de la vanne de régulation électrique ;
13. Expérience de régulation du niveau d’eau à capacité unique du convertisseur de fréquence ;
14. Expérience de régulation du niveau d’eau à trois capacités ;
15. Expérience de régulation de débit du convertisseur de fréquence
16. Expérience de régulation de la température du revêtement de la chaudière
III. Caractéristiques techniques
(1) Alimentation électrique
Alimentation triphasée CA : 380 V CA ±10 %, 50 Hz ±5 %, 16 A. Le système doit être correctement mis à la terre.
(2) Les signaux d’entrée et de sortie des instruments du système sont conformes aux normes CEI.
Signal de la source de courant de l’émetteur : 4-20 mA CC.
Échantillonnage de l’instrument : 1-5 V (250 Ω) / 0,2-1 V (50 Ω).
(3) Le système fournit une alimentation CC linéaire régulée (24 V CC/1 A).
(4) Logiciel de configuration de l’ordinateur hôte ;
Le système expérimental a été développé à l’aide du logiciel de configuration de contrôle industriel MCGS (Monitor and Control Generated System), entièrement chinois.
(5) Dimensions de l’équipement : 1620 × 700 × 1900 mm
IV. Composition et description du système
(I) Objet contrôlé : Il se compose d’un châssis d’installation en profilé d’aluminium, d’un réservoir d’eau externe en acier inoxydable, d’un réservoir d’eau à trois compartiments en plexiglas, d’une chaudière à pression atmosphérique à double enveloppe en acier inoxydable, de canalisations en acier inoxydable, etc.
1. Châssis d’installation standard en profilé d’aluminium : Réservoir d’eau à trois compartiments en plexiglas en profilé d’aluminium 40 × 40 conforme aux normes européennes, chaudière à pression atmosphérique à double enveloppe en acier inoxydable. Un plateau en acier inoxydable peut être installé sur la base pour accueillir l’actionneur du capteur de détection, les canalisations, etc.
2. Table d’expérimentation : L’objet contrôlé est placé sur la table d’expérimentation ;
3. Réservoir d’eau externe en acier inoxydable et pompe à eau ; l’ensemble du châssis est monté sur roulettes. La sortie de la pompe à eau est équipée d’un raccord rapide, permettant ainsi son raccordement au système de canalisations de l’objet à contrôler pour les expériences.
4. Réservoir d’eau en verre organique à trois cuves :
① Réservoir d’eau en verre organique à deux cuves : Fabriqué en verre organique importé, ce réservoir se compose de trois cuves (supérieure, intermédiaire et inférieure) de dimensions 200 × 200 × 400 mm (longueur × largeur 200 × hauteur 400 mm). La cuve intermédiaire mesure 200 × 200 × 400 mm et la cuve inférieure 200 × 200 × 400 mm. Les trois cuves sont installées en série et chacune est équipée d’un trop-plein, d’un tuyau de vidange inférieur, d’une vanne et d’une interface pour capteur de niveau de pression.
5. Conteneur de chaudière chauffante en acier inoxydable à pression normale avec double enveloppe :
Cuve intérieure de 100 × 500 mm (chauffage dynamique à l’eau), équipée d’un tube chauffant électrique monophasé de 1,8 kW. Double enveloppe de 150 × 400 mm (isolation en laine de verre). Ce conteneur de chaudière chauffante est entièrement fermé et peut être utilisé pour des expériences de température et de pression. Dans le cadre de cette expérience, une sonde de température Pt100 est installée dans le réservoir interne.
Alimentation du système : pompe de circulation d’eau triphasée en acier inoxydable à puissance réglable. Elle peut être composée d’une pompe en acier inoxydable, d’une vanne de régulation électrique et d’un système de régulation de débit électromagnétique, ou d’une pompe en acier inoxydable, d’un convertisseur de fréquence et d’un système de régulation de débit électromagnétique.
Le module de régulation de température et de tension, associé au radiateur, constitue le système de chauffage de la chaudière : module de régulation de tension à thyristors monophasé entièrement isolé ; signal de commande : 4-20 mA CC. Puissance de l’anneau chauffant : 1 800 W, 220 V CA.
(II) Capteurs et actionneurs de détection :
1. Capteur de débit : débitmètre électromagnétique + transmetteur de débit. Équipé d’un transmetteur de débit électromagnétique Cao Xin Instrument, débit nominal de 0,2 à 1,2 m³/h, précision de mesure de ±1,0 %, sortie de signal standard 4-20 mA ;
2. Capteur de niveau de liquide : trois capteurs de niveau de liquide en silicium diffusant, utilisés respectivement pour détecter le niveau de liquide dans les réservoirs d’eau supérieur, intermédiaire et inférieur. De plus, un capteur de pression en silicium diffusant est ajouté à la cuve de la chaudière de chauffage pour mesurer la pression dans celle-ci lors de l’expérience d’alimentation en eau à pression constante. Principalement équipé d’un transmetteur de niveau Cao Xin Instrument, sortie de signal standard 4-20 mA, précision de mesure de 0,5 niveau, large plage d’application, haute précision, haute qualité de mesure à haute température, haute fiabilité, structure soignée, installation facile, faible dérive du zéro.
3. Capteur de température : 2 capteurs thermorésistants Pt100, 2 transmetteurs de température thermorésistants Pt100. Utilisés pour mesurer la température interne de la cuve de la chaudière de chauffage à pression atmosphérique en acier inoxydable à double enveloppe.
4. Convertisseur de fréquence : Un convertisseur de fréquence Mitsubishi FR-D720S-0.4K-CH. Utilisé pour ajuster la pression et le débit d’alimentation en eau du circuit de conversion de fréquence.
5. Électrovanne : Une électrovanne Wanxun, débit nominal de 0,28 à 0,30 m³/h, entrée de signal 4-20 mA. Utilisée pour ajuster la pression et le débit d’alimentation en eau du circuit de commande de l’électrovanne.
V. Système de contrôle de processus supérieur PCS-C
1. Structure de la table de commande supérieure PCS-C :
La table de commande/expérimentation supérieure PCS-C est fabriquée et installée d’un seul tenant avec le dispositif expérimental. Elle est installée au-dessus de la table d’expérimentation en alliage d’aluminium.
2. Panneau d’expérimentation de la table de commande supérieure PCS-C
Panneau d’expérimentation de la table de commande supérieure : structure en acier revêtu de peinture.
Panneau de commande haute tension : équipé d’un disjoncteur différentiel et d’un protecteur de fuite de courant, assurant une protection optimale du personnel. Équipé d’un circuit de commande de démarrage à clé et de plusieurs groupes de fusibles, chaque groupe de sorties haute tension est protégé par des fusibles, garantissant ainsi la sécurité de l’équipement et une utilisation simplifiée. Doté d’un voltmètre à séparation de phase et d’un voyant lumineux, il offre une lecture intuitive des informations haute tension. L’onduleur et son panneau de commande facilitent la prise en main, l’utilisation et l’application de l’onduleur.
Panneau de commande : panneau de commande de conversion de fréquence, panneau de commande d’instruments intelligents, panneau de commande de module d’acquisition de données.
Panneau d’interface de signaux : les signaux d’instruments et les signaux électriques de l’objet à contrôler sont transférés vers la carte de câblage des signaux, fournissant des interfaces pour la détection de capteurs (AI, AO, DO, etc.) et la commande d’actionneurs. Les étudiants peuvent ainsi les connecter pour former différents systèmes de contrôle. L’expérimentateur utilise des câbles enfichables sécurisés pour réaliser différents câblages entre la carte d’expérimentation et la carte de signaux et mener à bien diverses expériences de contrôle de processus.
VI. Présentation des fonctions du système de contrôle de processus supérieur PCS-C :
1. Système de contrôle PLC S7-200
Grâce aux progrès scientifiques et technologiques, les automates programmables, y compris les micro-automates, sont capables de gérer une grande variété de tâches de contrôle. Le système de contrôle PLC fourni avec ce produit utilise la série S7200 de Siemens (CPU224XP), qui illustre parfaitement les performances des micro-automates pour les tâches de contrôle à petite échelle et offre des plateformes d’expérimentation plus nombreuses et plus robustes pour la formation des ingénieurs. Les utilisateurs peuvent choisir des micro-automates d’autres fabricants en fonction des besoins de leur établissement.
2. Système de contrôle d’instruments intelligents
Le système de contrôle d’instruments repose sur divers instruments communicants, notamment les régulateurs intelligents AI708 et AI818. Différents algorithmes sont intégrés aux instruments. Les paramètres de ces algorithmes sont ajustés en fonction des conditions sur site pour optimiser le contrôle. Les instruments communicants communiquent avec la plateforme logicielle de l’ordinateur hôte. Divers paramètres et valeurs de processus de l’instrument sont entrés dans la base de données de la plateforme logicielle (généralement un logiciel de configuration de contrôle industriel), et l’écran de processus de configuration et l’interface d’exploitation peuvent être utilisés pour ajuster facilement les paramètres sur l’ordinateur hôte et enregistrer et analyser les valeurs de processus.
3. Système de contrôle DDC
Les systèmes de contrôle DDC se présentent généralement sous deux formes. La première consiste en un module d’acquisition de données externe, dont le cœur est un module d’acquisition de données avec communication RS485 et un logiciel d’algorithme informatique ; la seconde est une carte d’acquisition de données utilisant un ordinateur industriel et un port ISA ou PCI. Le module d’acquisition de données externe est facile à installer et ne subit aucune atténuation du signal lors de la transmission des données à l’ordinateur par communication lorsqu’il est installé sur site. C’est pourquoi ce produit adopte la première méthode d’application. Il comprend principalement des modules d’entrée/sortie analogiques Beijing Jizhida 8017 et 8024.
Le module d’acquisition de données est installé directement sur la console, et les puissantes fonctions de configuration d’algorithmes du logiciel de contrôle industriel MCGS permettent de construire facilement un système de contrôle DDC avec une interface homme-machine. Dans le système DDC, un logiciel d’algorithmes open source est fourni à titre de référence pour l’expérimentation et la programmation d’algorithmes, ce qui facilite l’enseignement expérimental et la formation des ingénieurs.
VII. Système de protection de sécurité
(I) Système de protection du programme de chauffage de la chaudière
1. Le réservoir de chauffage de la chaudière est équipé d’un dispositif de protection contre les surintensités. Si le niveau d’eau est insuffisant, le système de contrôle ne peut pas activer le régulateur de tension à thyristors.
2. L’interrupteur de commande de l’alimentation du tube chauffant électrique est un interrupteur à clé. En dehors des expériences, l’enseignant doit verrouiller l’interrupteur pour éviter toute manipulation accidentelle par du personnel non autorisé.
(II) Mesures de protection électrique
1. Un disjoncteur différentiel a été ajouté.
2. Un fusible a été ajouté à l’alimentation biphasée pour prévenir les coupures de circuit.
(III) Méthode de commande de mise en marche et d’arrêt de l’alimentation électrique
Le bouton marche/arrêt permet de commander le contacteur pour mettre en marche et arrêter l’alimentation électrique.
(IV) Dispositif de protection contre les fuites de courant et engagement de sécurité
(V) Fonction de protection fiable des différentes alimentations et instruments
1. Les courants forts des différentes alimentations et instruments sont contrôlés par des interrupteurs. Les élèves ne connectent pas les fils eux-mêmes, ce qui évite tout risque de mélange de courants forts et faibles.
2. La prise expérimentale pour le câblage à courant fort est de conception fermée afin de prévenir les risques d’électrocution.