SBGCS-Ⅲ型高級現(xiàn)場總線過程控制系統(tǒng)實驗裝置
一、系統(tǒng)概述
“高級現(xiàn)場總線過程控制系統(tǒng)實驗裝置”是從高校自動化相關專業(yè)教學實驗的需求出發(fā)，采用代表自動化行業(yè)技術潮流的現(xiàn)場總線技術，開發(fā)出來的進行通訊和遠程控制的網(wǎng)絡化和數(shù)字化實驗裝置。
“SBGCS-Ⅲ高級現(xiàn)場總線過程控制系統(tǒng)實驗裝置”是由現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)和對象系統(tǒng)組成。該對象系統(tǒng)在管道中采用電磁閥替代SBGCS-68E型中的手閥控制各管道的連接，可實現(xiàn)上位機根據(jù)采集參數(shù)進行自動控制或者上位機中進行鼠標點擊人為控制，為實現(xiàn)DCS的多種控制策略，系統(tǒng)中上水箱壓力變送器（上水箱液位）采用總線采集參數(shù)“變送器采用帶SIEMENS PROFIBUS-PA通訊接口的壓力變送器（帶SIEMENS PROFIBUS-PA通訊協(xié)議的壓力傳感器通過總線供電，不需要另外接工作電源）”。
現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)硬件
除電氣部分給各種工作部件提供電源外，還有下列主要部件：
SIEMENS 315-2DP CPU一個（含MMC卡）
SIEMENS電源模塊一個
PA Coupler 耦合器一個
8路模擬量輸入模塊SM331模塊兩個
4路模擬量輸出模塊SM332模塊一個
變頻器一個
DP通訊線和DP接頭若干
MPI-USB通訊線一條
現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)軟件
采用SIEMENS WINCC軟件監(jiān)控、SIEMENS STEP7編程
二、系統(tǒng)特點
能完整的體現(xiàn)現(xiàn)場過程變量數(shù)字化采集,實現(xiàn)從過程變量的現(xiàn)場采集到上位監(jiān)控的全數(shù)字化傳輸,可完成DCS分布控制系統(tǒng)架構(gòu)。
三、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下：
四、控制對象
一）、系統(tǒng)組成
過程控制實驗對象系統(tǒng)
實驗對象系統(tǒng)包含有：不銹鋼儲水箱；上、中、下三個串接有機玻璃圓筒型水箱；三相4.5kW電加熱鍋爐（由不銹鋼鍋爐內(nèi)膽加溫筒和封閉式外循環(huán)不銹鋼冷卻鍋爐夾套構(gòu)成）和鋁塑盤管組成。
系統(tǒng)動力系統(tǒng)有兩套：一套由SIEMENS變頻器、三相（380V交流）不銹鋼磁力驅(qū)動泵、電動調(diào)節(jié)閥、交流電磁閥、渦輪流量計等組成；另一套由220V循環(huán)泵、渦輪流量計等組成。
整套對象系統(tǒng)完全由不銹鋼材料制造，包括對象框架、管道、底板，甚至小到每一顆緊固螺釘。
對象系統(tǒng)中的各類檢測變送及執(zhí)行裝置
擴散硅壓力變送器三只：分別檢測上水箱、中水箱、下水箱液位；
渦輪流量計三只：分別檢測兩條動力支路及盤管出水口的流量；
Pt100熱電阻溫度傳感器六只：分別用來檢測鍋爐內(nèi)膽、鍋爐夾套、盤管（三只）及上水箱出水口水溫；
控制模塊：包含電磁閥21只、電動調(diào)節(jié)閥一個、可控硅溫度控制模塊一只；
三相380V不銹鋼磁力驅(qū)動泵、220V循環(huán)泵。
二）、系統(tǒng)主要特點
被調(diào)參數(shù)囊括了流量、壓力、液位、溫度四大熱工參數(shù)
執(zhí)行器中既有電動調(diào)節(jié)閥儀表類執(zhí)行機構(gòu)，又有變頻器等電力拖動類執(zhí)行器
系統(tǒng)除了能改變調(diào)節(jié)器的設定值作階躍擾動外，還可在對象中通過電磁閥制造各種擾動
一個被調(diào)參數(shù)可用不同的動力源、不同的執(zhí)行器和不同的工藝線路下可演變成多種調(diào)節(jié)回路，以利于討論、比較各種調(diào)節(jié)方案的優(yōu)劣
能進行多變量控制系統(tǒng)及特定的過程控制系統(tǒng)實驗
三）、“高級過程控制系統(tǒng)實驗裝置”對象系統(tǒng)總貌圖
五、主要配置清單
|
序號 |
設備名稱 |
數(shù)量 |
單位 |
|
1 |
不銹鋼框架 |
1 |
套 |
|
2 |
有機玻璃水桶 |
3 |
只 |
|
3 |
不銹鋼下水箱 |
1 |
只 |
|
4 |
不銹鋼復合加熱桶 |
1 |
只 |
|
5 |
380V磁力驅(qū)動泵 |
1 |
只 |
|
6 |
220V循環(huán)泵 |
1 |
只 |
|
7 |
SIEMENS 315-2DP CPU |
1 |
只 |
|
8 |
SIEMENS 電源模塊 |
1 |
只 |
|
9 |
MMC卡 |
1 |
只 |
|
10 |
PA Coupler 耦合器 |
1 |
只 |
|
11 |
8路模擬量輸入模 |
2 |
只 |
|
12 |
4路模擬量輸出模 |
1 |
只 |
|
13 |
SIEMES變頻器MM420 |
1 |
只 |
|
14 |
DP通訊線和DP接頭 |
若干 |
只 |
|
15 |
擴散硅壓力變送器（帶SIEMENS PROFIBUS-PA總線協(xié)議） |
1 |
只 |
|
16 |
擴散硅壓力變送器 |
2 |
只 |
|
17 |
渦輪流量計 |
3 |
只 |
|
18 |
PT100熱電阻傳感器 |
6 |
只 |
|
19 |
電磁閥 |
21 |
只 |
|
20 |
空氣開關 |
1 |
只 |
|
21 |
旋鈕 |
4 |
只 |
|
22 |
中間繼電器 |
若干 |
只 |
|
23 |
DC24V開關電源 |
1 |
只 |
|
24 |
電動調(diào)節(jié)閥 |
1 |
只 |
|
25 |
可控硅調(diào)壓器 |
1 |
只 |
|
26 |
控制柜 |
1 |
臺 |
六、實驗內(nèi)容
現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（DCS）的組成與認識實驗
下位機軟件中的硬件組態(tài)和程序編寫
上位機軟件中的通信建立和界面組態(tài)
一階單容上水箱對象特性測試實驗
二階雙容水箱對象特性測試實驗
上水箱液位PID整定實驗
串接雙容下水箱液位PID整定實驗
三容液位定值控制實驗
鍋爐內(nèi)膽水溫PID控制實驗
鍋爐夾套水溫PID控制實驗
單閉環(huán)流量PID控制實驗
鍋爐內(nèi)膽水溫位式控制實驗
水箱液位串級控制實驗
三閉環(huán)液位控制實驗
鍋爐夾套與內(nèi)膽水溫串級控制實驗
鍋爐內(nèi)膽水溫與水流量串級控制實驗
上水箱液位與進水流量串級控制實驗
單閉環(huán)流量比值控制實驗
下水箱液位前饋-反饋控制實驗
鍋爐內(nèi)膽水溫前饋-反饋控制實驗
溫度純滯后控制實驗
流量純滯后控制實驗
鍋爐夾套與內(nèi)膽水溫解耦控制實驗
上水箱液位與出口水溫解耦控制實驗
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