“THJ-2型高级过程控制系统实验装置”是基于工业过程的物理模拟对象，它集自动化仪表技术，计算机技术，通讯技术，自动控制技术为一体的多功能实验装置，该装置是本企业根据自动化及其它相关专业教学的特点，吸收了国内外同类实验装置的特点和长处，经过精心设计，多次实验和反复论证，推出了一套全新的实验装置，该系统包括流量、温度、液位、压力等热工参数，可实现系统参数辨识，单回路控制，串级控制，前馈—反馈控制，比值控制，解耦控制等多种控制形式。本装置还可根据用户的需要设计构成DDC，DCS，PLC，FCS 等多种控制系统。该实验装置既可作为本科，专科，高职过程控制课程的实验装置，也可为研究生及科研人员对复杂控制系统、先进控制系统的研究提供物理模拟对象和实验手段。
2.1.2 系统组成
本实验装置由被控对象和智能仪表两部分组成。系统动力支路分两路：一路由三相磁力驱动泵(380V交流)、电动调节阀、直流电磁阀、涡轮流量计及手动调节阀组成;另一路由日本三菱变频器、三相磁力驱动泵(220V变频)、涡轮流量计及手动调节阀组成。
1、被控对象
由不锈钢储水箱、上、中、下三个串接有机玻璃圆筒形水箱、4.5千瓦电加热锅炉(由不锈钢锅炉内胆加温筒和封闭式外循环不锈钢冷却锅炉夹套构成)、冷热水交换盘管和敷塑不锈钢管道组成。
水箱：包括上水箱、中水箱、下水箱和储水箱。 上、中、下水箱采用优质淡蓝色圆筒型有机玻璃，不但坚实耐用，而且透明度高，便于学生直接观察液位的变化和记录结果。上、中水箱尺寸均为：d=25cm,h=20 cm; 下水箱尺寸为：d=35cm,h=20 cm。水箱结构非常独特，有三个槽，分别是缓冲槽，工作槽，出水槽。上、中、下水箱可以组合成一阶、二阶、三阶液位单回路控制实验和双闭环、三闭环液位串级控制等实验。储水箱是采用不锈钢板制成，尺寸为：长×宽×高=68cm×52㎝×43㎝完全能满足上、中、下水箱的实验需要。储水箱内部有两个椭圆形塑料过滤网罩，防止两套动力支路进水时有杂物进入泵中。
模拟锅炉：本装置采用模拟锅炉进行温度实验，此锅炉采用不锈钢精制而成，设计巧妙，由二层组成：加热层(内胆)和冷却层(夹套)。做温度单回路实验时，冷却层的循环水可以使加热层的热量快速散发，使加热层的温度快速下降。冷却层和加热层都有温度传感器检测其温度，可完成温度的串级控制，前馈-反馈控制，解耦控制等实验。
盘管：长37米(43圈)，可做温度纯滞后实验，在盘管上有三个不同的温度检测点，它们的滞后时间常数不同，在实验过程中根据不同的实验需要选择不同的滞后时间常数。盘管出来的水既可以回流到锅炉内胆，也可以经过涡轮流量计完成流量滞后实验。
管道：整个系统管道采用敷塑不锈钢管组成，所有的水阀采用优质球阀，彻底避免了管道系统生锈的可能性。有效提高了实验装置的使用年限。其中储水箱底有一个出水阀，当水箱需要更换水时，将球阀打开将水直接排出。
2、检测装置
压力传感器、智能变送器：采用工业用的扩散硅压力变送器，含不锈钢隔离膜片，同时采用信号隔离技术，对智能传感器温度漂移跟随补偿。压力传感器用来对上、中、下水箱的液位进行检测，其精度为0.5级，因为为二线制，故工作时需串接24V直流电源。
温度传感器：本装置采用六个Pt100传感器，分别用来检测上水箱出口、锅炉内胆、锅炉夹套以及盘管的水温。经过调节器的温度变送器，可将温度信号转换成4～ 20mADC电流信号。 Pt100传感器精度高，热补偿性较好。
流量传感器、转换器：流量传感器分别用来对电动调节阀支路、变频支路及盘管出口支路的流量进行测量。涡轮流量计型号：LWGY-10，流量范围：0～1.2m3/h，精度：1.0%。输出：4～20mA标准信号。本装置用了三套涡轮流量传感器、变送器。
3.执行机构
电动调节阀：采用智能型电动调节阀，用来进行控制回路流量的调节。电动调节阀型号为：QSVP-16K。具有精度高、技术先进、体积小、重量轻、推动力大、功能强、控制单元与电动执行机构一体化、可靠性高、操作方便等优点，控制信号为4～20mA DC或1～5V DC，输出4～20mA DC的阀位信号，使用和校正非常方便。
技术指标：
电源220VAC 50HZ
输入控制信号：4～20mA DC或1～5V DC
公称压力：1.6Mpa
公称直径：20mm
重复精度：±1%
介质温度：-4～+200℃
行程：10mm
功耗：5VA
变频器：本装置采用日本三菱(FR-S520S-0.4K-CH(R))变频器，控制信号输入为4～20mADC或0～5VDC，～220V变频输出用来驱动三相磁力驱动泵。
水泵：本装置采用磁力驱动泵，型号为16CQ-8P，流量为32升/分，扬程为8米，功率为180W。泵体完全采用不锈钢材料，以防止生锈，使用寿命长。本装置采用两只磁力驱动泵。一只为三相380V恒压驱动，另一只为三相变频220V输出驱动。
可移相SCR调压装置：采用可控硅移相触发装置，输入控制信号为4～20mA标准电流信号。输出电压用来控制加热器加热，从而控制锅炉的温度。
电磁阀：在本装置中作为电动调节阀的旁路，起到阶跃干扰的作用。电磁阀型号为：2W-160-25 ;工作压力：最小压力为0Kg/㎝2，最大压力为7Kg/㎝2 ;工作温度：-5～80℃。
4.控制器
本实验装置基本配置的控制器有调节仪表、比值器/前馈-反馈补偿器、解耦装置。(还可根据需要扩展远程数据采集和PLC可编程控制系统)
a.调节仪表
本系统实验装置采用上海万迅仪表有限公司的AI系列仪表，其主要特点有：
●AI系列仪表操作方便、通俗易学，且不同功能档次相互兼容。
●具有国际上同类仪表的几乎所有功能，通用性强、技术成熟可靠。
●全球通用的85～246VAC范围开关电源或者24VDC电源供电，并具备多种外形尺寸。
●输入采用数字校正系统，内置常用热电偶和热电阻非线性校正表格，测量精确稳定。
●采用先进的AI人工智能调节算法，无超调，具备自整定(AT)功能。
●采用先进的模块化结构，提供丰富的输出规格，能满足各种应用场合的需要。
●通过ISO9002质量认证，品质可靠。具备符合要求的抗干扰性能。
本装置有4台调节器。其中三台型号是AI-818，另一台型号是AI-708。
(1)技术规格
热电偶：K、S、R、E、J、T、B、N
热电阻：Cu50、Pt100
线性电压：0-5V、1-5V、0-1V、0-100mV、0-20mV等
线性电流(需外接分流电阻)：0-10mA、0-20mA、4-20mA等
(2)测量范围
K(-50+1300℃)、S(-50-1700℃)、R(-50-+1650℃)、T(-200-+550℃)、
E(0-800℃)、J(0-1000℃)、B(0-1800℃)、N(0-1300℃)、
Cu50(-50-+150℃)、Pt100(-200-+600℃)
(3)测量精度
0.2级(热电阻、线性电压、线性电流及热电偶输入且采用铜电阻补偿或冰点补偿冷端时)
0.2%FS±2.0℃(热电偶输入且采用仪表内部元件测温补偿冷端时)
(4)响应时间
T≤0.5秒(设置数字滤波参数dL=0时)
注：仪表对B分度号热电偶在0—600℃范围时可以进行测量，但测量精度无法达到0.2级，在600-1800℃范围可保证0.2级测量精度。
(5)AI人工智能调节，包含模糊逻辑PID调节及参数自整定功能的先进控制算法。
(6)输出规格(模块化)
继电器触点开关输出(常开+常闭)：250VAC/1A或30VDC/1A
可控硅无触点开关输出(常开或常闭)：100-240VAC/0.2A(持续)，2A(20mS瞬时，重复周期大于5S)
SSR电压输出：12VDC/30mA(用于驱动SSR固态继电器)
可控硅触发输出：可触发5-500A的双向可控硅、2个单向可控硅反并联连接或可控硅功率模块
线性电流输出：0-10 mA可4-20 mA可定义(安装X模块时输出电压≥10.5V;X4模块输出电压≥7V)
(7)报警功能
上限、下限、正偏差、负偏差等4种方式，最多可输出3路，有上电免除报警选择功能。
(8)手动功能
自动/手动双向无扰动切换(仅A1-808/808P系列具备此功能)
(9)电源：100-240VAC，-15%，+10%50-60HZ;
电源消耗：≤5W
(10)环境温度：0-50℃
b.比值器、前馈-反馈装置
此控制器与调节器一起使用既可以实现流量的单闭环比值、双闭环比值控制系统实验，又可以实现液位与流量、温度与流量的前馈-反馈控制系统实验。
c.解耦控制装置
此控制器与调节器一起使用可以实现锅炉内胆与锅炉夹套的温度、上水箱液位与出口温度的解耦控制系统实验。
