一、概述
化学是一门以实验为基础的学科，实验教学理念是化学教育重要组成部分，是培养科学思维的有效形式，也是铸就高素质人才的重要环节。
国家1997年始，就要求学校有计划、有步骤地组建校院二级管理的实验中心。在按照国家级示范中心的标准建设中心的过程中，明确实验课教师的岗位职责，着重培养学生掌握基本操作、技能和方法，同时培养学生独立思考及独立工作的能力， 为今后化学课程的学习和进行科研工作打下基础。杭州言实科技有限公司、天津市天大北洋化工实验设备有限公司与厦门宇电自动化科技有限公司联合开发的自动化仪表实验装置：过程自动化实验系统;化工原理实验装置;化工单元实训系统;已广泛应用在国内各大科研院校。
产品应用领域：各大高校实验装置和减阻剂检测中心
常用仪表型号：宇电AI-708、AI-808、AI-808P、AI-708H、AI-702M/704M/706M、AI-701;AI-601
二、自动化仪表实训平台包括下列部分组成
整套系统分为：自动化仪表实训平台系统校验台、工业自动化仪表、检测传感、变送、执行设备、流量测试对象、辅助设备三部分部分。
1、工业自动化仪表的仪表安装与接线训练、2、仪表校检实训、3、二次显示控制仪表使用。
系统分为：
一次检测传感装置： 1、温度仪表类、2、压力、液位仪表类、3、流量仪表类、4、调节阀类、5、电工及转速仪表类。
二次显示控制仪表： 1、AI-808系列智能数显仪表、2、AI-708H流量积算显示仪表类、3、AI-2057触摸屏数字无纸记录仪、4、电工仪表类
三、智能控制仪表的应用
A、智能数显仪表型号AI-808AX3L1L1S4
模块功能：
①功能增强型人工智能调节器808A型(0.1级精度/手动输出/外给定/阀门伺服)
②X3 光电隔离的高精度线性电流输出模块(0.2级输出精度，用仪表内部12V隔离电源)
③报警模块L1 继电器触点开关输出模块，容量1A/250VAC，适合报警控制
④S4 自带隔离电源的光电隔离RS485通讯接口模块(不占用仪表内部隔离电源)
⑤参数设置： 表1
⑥参数整定：
根据工艺的具体要求和现场条件的限制，用继电器来控制加热原件，继电器不允许频繁动作设置输出周期CtI=15避免导致调节频繁通断;
dF=0.8;回差(死区、滞环)用于自整定、报警避免因测量输入值波动而导致频繁通断;
自整定方法
①AI系列调节仪表具备参数自整定功能：AI人工智能调节方式第一次使用时，要启动自整定功能来协助确定M 5、P、t等控制参数。初次启动自整定时，要将仪表切换到显示状态下，按小于键并保持约2秒钟，此时仪表下显示器将闪动显示“At”字样，表明仪表已进入自整定状态。自整定时，仪表执行位式调节，经2~3次振荡后，仪表内部微处理器根据位式控制产生的振荡，分析其周期、幅度及波型来自动计算出M 5、P、t等控制参数。如果在自整定过程中要提前放弃自整定，可再按小于键并保持约2秒钟，使仪表下显示器停止闪动“At”字样即可。视不同系统，自整定需要的时间可从数秒至数小时不等。仪表在自整定成功结束后，会将参数CtrL设置为3(出厂时为1)或4，这样今后无法从面板再按小于键启动自整定，可以避免人为的误操作再次启动自整定。已启动过一次自整定功能的仪表如果今后还要启动自整定时，可以用将参数CtrL设置为2的方法进行启动。
②系统在不同给定值下整定得出的参数值不完全相同，执行自整定功能前，应先将给定值设置在最常用值或是中间值上，如果系统是保温性能好的电炉，给定值应设置在系统使用的最大值上，再执行启动自整定的操作功能。参数CtI(控制周期)及dF(回差)的设置，对自整定过程也有影响，一般来说，这2个参数的设定值越小，理论上自整定参数准确度越高。但dF值如果过小，则仪表可能因输入波动而在给定值附近引起位式调节的误动作，这样反而可能整定出彻底错误的参数。推荐CtI=0-2，dF=2.0。此外，基于需要学习的原因，自整定结束后初次使用，控制效果可能不是最佳，需要使用一段时间(一般与自整定需要的时间相同)后方可获得最佳效果。
③AI仪表的自整定功能具备较高的准确度，可满足超过90%用户的使用要求，但由于自动控制对象的复杂性，对于一些特殊应用场合，自整定出的参数可能并不是最佳值，所以也可能需要人工调整MPT参数。
④对于一此控制对象是调节阀、变频器设备的特殊性，要采用手动自整定(仅适用AI-808/808P)：由于自整定执行时采用位式调节，其输出将定位在由参数oPL及oPH定义的位置。在一些输出不允许大幅度变化的场合，常规的自整定并不适宜。对此AI-808型仪表具有手动自整定模式。方法是用先用手动方式进行调节，等手动调节基本稳定后，再在手动状态下启动自整定，这样仪表的输出值将限制在当前手动值+10%及-10%的范围而不是oPL及oPH定义的范围，从而避免了生产现场不允许的阀门大幅度变化现象。此外，当被控物理量响应快速时，手动自整定方式能获得更准确的自整定结果。注意：手动自整定启动前，手动输出值应在10%~90%范围内，且测量值与给定值已应基本一致且较稳定，否则将无法整定出正确的参数。
B、流量积算显示控制仪表AI-708HAI2L441X3S4
对于系统要求批量控制加料工艺，在AI-2057触摸屏数字无纸记录仪上设定批量控制给定值，输入框中输入需要加料的量【123456】;同时要在触摸屏上看到批量控制的瞬时流量值的变化【123456】，达到控制量开关量关闭电磁阀的动作，再次开启设定Act批量控制动作时间。
AI-708HAI2L4S主机为厦门宇电AI-708H智能流量积算仪,外型为96×96。插入模块后，输入为频率/开关量型号输入的光电隔离数字输入接口，包含12VDC电压输出;输出为继电器大容量触点常开式(阻容吸收)输出(265VAC/2A);带光电隔离RS485通讯接口。
模块功能：
① AI-708H型流量积算仪(无温压补偿，含输入模块，停电完全无损记录，可选LCD中文)
② 模块I2 频率/外部开关量输入接口(含12V电源输出，用仪表内部24V隔离电源)给流量变送器供电12V
② 报警模块L1 继电器触点开关输出模块，容量2A/250VAC，适合控制电磁阀或报警用
③ 模块X3 光电隔离的高精度线性电流输出模块(0.2级输出精度，用仪表内部12V隔离电源)变送瞬时流量给调节流量之用
④ 模块S4 自带隔离电源的光电隔离RS485通讯接口模块(不占用仪表内部隔离电源)
⑤参数设置： 表2
⑥批量控制调试 批量控制系统 图1
在实际应用时，在知道频率的范围对应流量的量程，设定流量量程，重新标定流量传感器得出流量量程后要重新设定仪表的FDIH，仪表就可以准确的根据频率来积算物料的流量，按所设定的值适时关闭电磁阀，达到准确的批量控制下料。ACT=255(继电器吸合时间为无限长，需人工解除) 当流量偏移给定值时设定偏移量 FSB=? (根据实际情况修正给定值的偏移)
⑦控制操作：批量控制给定值”下面的输入框中输入需要加料的量，然后点击【确定】即打开批量控制继电器，加料开始，有管道输料的动画，【进料量】也会对应增加，当【批量累积流量】和【批量控制给定值】 一致时加料停止，并自动关闭该装置的电磁阀(加料时如有误差用“FSB”修正)。
三、过程控制实验装置
基本型过程控制实验装置是为了适应高等院校本科学的需要而定制开发的一种简洁集成的过程控制实验装置。基本型过程控制实验装置。
◆ 、控制对象 ：不锈钢储水箱、有机玻璃三容水箱 、不锈钢带夹套电加热锅炉。
◆ 、系统动力设备 ：格兰富单相泵 ，电加热管 。
◆ 、检测传感器 ：扩散硅压力液位传感变送器 ;涡轮流量计和流量变送仪 ; Pt100热电阻温度测量变送器 。
◆ 、执行机构 ：单相可控硅调压装置，用于调节电加热管的加热功率;调节阀，用于调节一路供水的流量;变频器，通过调节离心泵的转速以控制另一路供水的流量。
◆、控制装置 ：用于数据采集与控制的A/D与D/A转换模块;数字控制器， AI708/808智能调节仪; PLC系列可编程逻辑控制器(S7-200等) 。
基本型过程控制实验装置 如图所示2
◆、软件系统 ：硬件设备驱动软件; DDC系统实验软件;仪表系统实验软件; PLC系统实验软件 ;与上位计算机进行数据交换的通信软件 ;上位计算机监控与组态软件。
◆、辅助系统 ：电源控制和信号接口面板 ;锅炉防干烧防高温装置;实验快插连接线 ;接地装置与电气附件。
四、计算机数据采集及控制系统：
填料精馏塔实验台采用下列控制方式：填料精馏塔综合实验台就地自带的智能仪表及AI-2057触摸屏数字无纸记录仪上位控制系统。 填料精馏塔综合实验台 如图所示3
智能仪表上位控制系统：
1)本实验装置提供下列控制方式供用户选择：智能及显示仪表→串口通讯→AI-2057触摸屏数字无纸记录仪→上位监控计算机;或上位监控计算机模式 ，即智能仪表→串口通讯→上位监控计算机。
2) 本实验装置采用了AI-2057触摸屏数字无纸记录仪;具有触摸控制【开关量输出】的无纸记录仪，突破老传统、开辟新用途、(下位机AI系列显示控制仪表+HMI触摸屏+上位监控计算机)实现通道全屏显示、数据海量记录1～4G的CF卡、升降温程序配方保存、可控制的终端显示操作屏。
触摸屏无纸记录仪系统架构：
采用智能化、模块化和网络化的设计理念二次开发的无纸记录仪，与宇电AI系列产品进行灵活的组态应用，实现多通道数字、曲线全屏显示，数据存储的功能;操作人性化;(显示控制仪表参考AI产品说明书)
连接RS485通讯线即可使用;应用灵活：采用上位机+下位机的结构，下位机为AI系列仪表，输入及输出规格极为丰富，可任选单路或多路显示报警仪、智能调节器、手操器、流量积算仪或开关量输入输出模块;系统若发生变化，亦可随时变更、增加或减少记录通道;每台记录仪可选择2、4、6、8、12、16、18、22、32通道类型软件;自由编辑选择AI通道硬件型号;可写入设备位号如：【TIC-101】; 设有屏保功能防止误操作，操作使用输入密码确认;
硬件连接：
无纸记录仪采用上位机(触摸屏)与下位机(AI仪表)总线连接，按地址排列，显示控制仪表相互独立运行、互不干扰、通电就能显示操作;每台记录仪可选择2、4、6、8、12、16、18、22、24、32通道类型软件;在流程图中已预制8个控制按钮，连接AI-3013D5开关量模块8路继电器输出接点控制电机起停;在流程图中已预制8个输入接点，连接AI-3011D5开关量模块8个输入干接点显示电机设备运行状态;16通道以下的无纸记录仪可再连接AI-808H温压补偿流量表4台;(可用于批量控制)。触摸屏COM1通讯口采用【超5类屏蔽双绞线】2根线来连接AI仪表的通讯口A/B端，中间不能用其他的线来连接;通讯距离大于1.2Km;安装开关电源直流24VDC，电源线+、-两根线、要求接地线。COM2通讯口具有随机打印功能。定制穿透功能：应用数据穿透功能无纸记录仪可与上上位机连接，实现局域网内监控功能。应用软件AIFCSV9.0组态软件，
触摸控制工艺流程图控制开关量输入、输出：
用生动形象的图形画面来描述现场生产工艺流程，是整个工业现场的缩影。它不仅仅是一个图画，有控制按钮与现场实时数据同时显示，从而使得操作员具有十分直观的远程控制。软件编辑还可实现软PLC开关量输出的功能，时钟的记时控制、开关量输出记数功能。在流程图中按钮是可用的;控制按钮连接AI-3013D5开关量8路继电器输出模块，流程图中的开关按钮可控制4台电机启停;连接AI-3011D5开关量8个输入干接点，显示设备运行状态;点击流程图中的数据框如：【TIC-101】将回到该【实时画面】通道。操作简单方便，在教学应用起到了非常重要的作用。
数据处理：
触摸屏的外插CF卡来保存数据; 可扩展CF卡1～4G存储记录空间;数据可通过微型打印机打印数据报表、曲线;或通过CF卡存储数据用读卡器在PC上用图形软件直接打开;也可通过串行COM2口备份Excel电子表格数据至上位计算机。数据报表按年/月/日/小时来保存数据源文件。
加密数据包PC上阅读图形软件：
专为无纸记录仪开发的，一个可在个人计算机上运行的工具软件，其作用是用来将HMI屏上加密记录在CF卡上的数据集中管理，便于用户查询数据报表，查看历史曲线，并可以对其进行打印的功能。在计算机【开始】的程序里有【宇电无纸记录仪图形软件】
图形软件显示界面 图4
点击【查看报表】按钮，可以显示打开的记录数据与报警记录的文件或是用户从CF卡里查询到的数据，以报表的形式显示出来;
点击【查看曲线】按钮，可以显示在报表中已查询到的并以报表方式显示出来的数据，以曲线的形式显示出来。上图显示的曲线可分为几个部分的内容：
五、结束语：
实验教学理念是化学教育重要组成部分，是培养科学思维的有效形式，也是铸就高素质人才的重要环节。
新型工业控制装置。它以体积小、功能强、可靠性高以及应用安装方便的特点，各大中专院枝、各类职业技术学校都将把自动化教学纳入教学任务，作为电子、气以及工业自动化类专业的一门必修课。自产品推出以来，得到了各大院枝教学老师和专家的一致好评。全套装置设计合理、功能强大、操作简单方便，对学生理解和掌握自动化的控制原理和方法，加快学习自动化控制的方法，具有极大的帮助，对教学的理想工具。
本装置已提供给了几十家大中专院校，以及多所职业技术院校使用，得到了广大师生的肯定。
