詳細介紹
CS5000系列過程控制實驗裝置是中控教儀公司專門針對過程控制、化學工程等專業的特點而于2005年新近推出的精餾塔多變量控制實驗裝置。學生通過該實驗裝置既可以了解精餾塔的操作原理；又能深刻理解控制系統設計的意義與硬軟件實現方法，以實現對溫度、壓力、流量、液位等過程參數的控制，使學生具備一定的工業裝置操作、自控系統設計能力，為就業時迅速進入角色打下基礎。
一、裝置對象組成
CS5000系列精餾控制實驗裝置由實驗對象、控制器和軟件系統三部分組成，其中實驗對象均采用如圖4.1所示的精餾系統。精餾系統的工藝流程如圖4.2所示，主要由機械設備、動力設備、檢測儀表、執行機構、輔助系統組成，與外部聯結僅包括220VAC 供電、4-20 mA標準I/O模擬信號（或1-5V DC 電壓信號）或現場總線信號以及其它I/O數字信號。
機械設備
精餾塔主體
原料預熱盤管式換熱器
塔頂盤管式冷凝器與回流罐
塔頂產品罐與塔底產品罐
原料罐
動力設備
電加熱器
塔頂產品計量泵、塔頂回流計量泵、進料計量泵
進料初始進料泵、塔底殘液出料泵
檢測儀表
Pt100熱電阻溫度傳感器
塔底液位與回流罐液位傳感變送器
進料、塔頂產品與回流計量泵
冷卻水渦輪流量計
執行機構
用于調節冷卻水量的比例調節閥V1
用于自動啟停塔底殘液出料泵的開關繼電器
用于調節塔底加熱功率的單相可控硅調壓裝置
用于調節進料、塔頂產品與回流量的進口計量泵
輔助系統
電源控制和信號接口面板
精餾塔底防干燒裝置
實驗快插連接線
電氣附件
二、裝置實驗系列
常規控制實驗
精餾塔的控制目標，除保證操作平穩以外，通常還需要控制塔頂與/或塔底產品的純度或質量。對于上述實驗系統，假設介質體系為水-酒精，則塔頂產品的純度即為塔頂產品的酒精含量。假設實驗系統的操作壓力為常壓，且基本不變，則塔頂產品的酒精含量與精餾段靈敏溫度（位置待定）或塔頂溫度TT31基本對應。同理，塔底產品的酒精含量與提餾段靈敏溫度（位置待定）或塔底溫度TT32基本對應。因此，精餾塔的控制目標可轉化為精餾段與提餾段靈敏溫度的控制問題。
若選用多回路控制方案，可采用以下常規PID控制系統以實現裝置的平穩操作與塔頂塔底產品的純度控制：
（1）進料流量的自動控制。將進料初始加料泵P101切換成進料計量泵P105，以遠程方式實現進料量FT11的定值控制。
（2）冷卻水量的自動控制。以電動調節閥V1與冷卻水渦輪流量計FT12組成流量單回路控制系統，以實現冷卻水量FT12的定值控制。
（3）塔頂蒸汽回流溫度的串級控制。以冷卻水量單回路控制為內回路，通過自動調節冷卻水量FT12的設定值，以最終控制回流液的回流溫度TT22。
（4）C101塔底液位的區間控制。以開關方式控制磁力泵P103的啟停，以使塔底液位在一定范圍內變化。另外，當塔底液位過低時，通過減少塔底加熱量甚至切斷加熱器的電源，以確保精餾塔操作的安全性。
（5）回流罐C102液位的均勻控制。通過調節塔頂回流計量泵P104的轉速以控制塔頂回流量，進而實現回流罐C102液位LT52的均勻控制。這里，“均勻控制”是指在控制回流罐C102液位的同時，也要求塔頂回流量變化平緩。
（5）塔頂產品出料量與回流量的比值控制。以遠程方式自動調節塔頂產品出料計量泵的抽出量，以保持塔頂產品出料量與回流量的比值保持不變。
（6）精餾段靈敏溫度的串級控制。以塔頂產品出料量與回流量的比值控制為內回路，當精餾段靈敏溫度與設定溫度相比偏高時，減少塔頂產品出料計量泵P102的抽出量，由此導致回流罐液位上升，再由回流罐C102液位控制系統改變塔頂回流量，最終使精餾段靈敏溫度下降；反之也然。
（7）提餾段靈敏溫度的單回路控制。當提餾段靈敏溫度與設定溫度相比偏高時，通過調壓模塊減少塔底加熱量，以使提餾段靈敏溫度下降；而當提餾段靈敏溫度偏低時，通過調壓模塊增大塔底加熱量，以達到提高提餾段靈敏溫度的目的。
高級控制實驗
精餾塔為工業過程中最為典型的多變量控制對象，除完成上述常規PID控制系統以外，該實驗系統還可以完成以下綜合多變量實驗：
精餾塔機理模型的建立與實驗驗證，
精餾塔對象特性的階躍響應實驗，
精餾塔非線性特性的實驗驗證與分析，
不同產品目標下的多回路控制實驗與關聯分析，
精餾塔解耦控制實驗，
精餾塔非線性控制系統實驗，
精餾塔預測控制系統實驗。
三、系統特點
? 實驗裝置的工程化概念：精餾塔是過程工業中應用最為廣泛的液相產品分離設備，同時，也是過程控制中最有代表性的多變量復雜工業系統。中控教儀公司設計開發了的精餾塔實驗裝置是工業精餾塔的縮影。學生通過該實驗裝置了解控制系統設計的意義與實現方法。
? 控制方案的多樣性：對于該實驗裝置，學生可以選擇應用各種控制方案，如單回路控制、串級控制、前饋控制、比值控制等常規控制方案與多回路控制、多變量解耦控制與預測控制等復雜控制方案。
? 控制裝置選擇的自主性：精餾塔控制實驗裝置采用控制對象與控制裝置分離設計，用戶可根據需要自主選擇各種當代過程工業實際中應用廣泛的控制裝置，例如，集散控制系統DCS、現場總線控制系統FCS、基于工業以太網的控制系統EPA等。
? 實驗方案的開放性：對于該實驗裝置，教師與研究生既可以選擇預定的控制方案進行控制實驗；也可以自主搭建或開發新型的控制方案進行完全開放的實驗。結合該實驗裝置，博士或碩士研究生完全可應用現代控制理論與方法，完成具有實際意義的學位論文工作。
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