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FCGX-123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(guān)專業(yè)教學(xué)實驗的需求出發(fā)，采用代表自動化行業(yè)技術(shù)潮流的現(xiàn)場總線技術(shù)，開發(fā)出來的進行通訊和遠程控制的網(wǎng)絡(luò)化和數(shù)字化實驗裝置。
“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）”。
1.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：
(1)SIEMENS負載電源 PM 190W
(2)SIEMENSCPU 1511-1 PN
(3)SIEMENS數(shù)字量輸出，DQ 32x24VDC/0.5A
(4)SIEMENS數(shù)字量輸入，16 DI 緊湊型，24V DC
(5)SIEMENS模擬量輸入，AI 8xU/I/RTD/TC ST
(6)SIEMENS模擬量輸出，AQ 4xU/I ST
(7)SIEMENS存儲卡，4 MB
(8)SIEMENSCP 1542-5；RS485，PROFIBUS 通訊模塊
(9)SIEMENS 變頻器 G120C, 無濾波器, 0.75kW/2.2A(L), 0.55kW
(10)SIEMENSBOP-2 基本操作面板
(11)SIEMENS PA Coupler 耦合器
(12)SIEMENS 9寸觸摸屏KTP900 PN
(13)DP通訊線和DP接頭若干
2.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
1.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。
2.對象系統(tǒng)中的各類檢測變送及執(zhí)行裝置
(1)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；
(2)流量計三只：分別檢測兩條動力支路及盤管出水口的流量；（一只電磁流量計，2只渦輪流量計）
(3)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；
(4)控制模塊：包含電磁閥15只、電動調(diào)節(jié)閥一個、可控硅溫度控制模塊一只；
(5)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
1.被調(diào)參數(shù)囊括了流量、壓力、液位、溫度四大熱工參數(shù)
2.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
3.系統(tǒng)除了能改變調(diào)節(jié)器的設(shè)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
4.一個被調(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
5.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(shè)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(fù)合加熱桶 | 1 | 只 |
| 5 | 380V磁力驅(qū)動泵 西山MP-55RM-380 | 1 | 只 |
| 6 | 220V循環(huán)泵 西山 MP-55R-220 | 1 | 只 |
| 7 | SIEMENS負載電源 PM 190W | 1 | 只 |
| 8 | SIEMENSCPU 1511-1 PN | 1 | 只 |
| 9 | SIEMENS數(shù)字量輸出，DQ 32x24VDC/0.5A BA；包括前連接器模塊（直插式） | 1 | 只 |
| 10 | SIEMENS數(shù)字量輸入，16 DI 緊湊型，24V DC 含 40 針推入式前連接器 | 1 | 只 |
| 11 | SIEMENS模擬量輸入，AI 8xU/I/RTD/TC ST | 2 | 只 |
| 12 | SIEMENS模擬量輸出，AQ 4xU/I ST | 1 | 只 |
| 13 | SIEMENS安裝導(dǎo)軌 S7-1500，482 mm | 1 | 只 |
| 14 | SIEMENS前連接器，適用于 35mm 模塊的螺釘型端，40 針 | 3 | 只 |
| 15 | SIEMENS存儲卡，4 MB | 1 | 只 |
| 16 | SIEMENSCP 1542-5；RS485，PROFIBUS 通訊模塊 | 1 | 只 |
| 17 | 安川CIMR-JBBA0002 0.4kw | 1 | 臺 |
| 18 | SIEMENS PA Coupler 耦合器 | 1 | 只 |
| 19 | DP通訊線和DP接頭 | 若干 | 只 |
| 20 | 皖科 擴散硅壓力變送器（帶SIEMENS PROFIBUS-PA總線協(xié)議） | 1 | 只 |
| 21 | 擴散硅壓力變送器 定制 | 2 | 只 |
| 22 | 流量計DN15(一只電磁流量計FMCLDE，2只渦輪流量計LMGY-10) 合肥福斯達 | 3 | 只 |
| 23 | PT100熱電阻傳感器 定制 | 6 | 只 |
| 24 | 電磁閥 德力西 2W160-15 | 15 | 只 |
| 25 | 空氣開關(guān) 常熟開關(guān)廠/CH3N-63 2P 10A | 1 | 只 |
| 26 | 旋鈕 和泉/YW1S-2E20 | 4 | 只 |
| 27 | 中間繼電器 歐姆龍/MY2N-GS DC24V | 若干 | 只 |
| 28 | DC24V開關(guān)電源 | 1 | 只 |
| 29 | 電動調(diào)節(jié)閥 上海江浪 QSTP-16K | 1 | 只 |
| 30 | 可控硅調(diào)壓器 杭州西子 DTY-220D25E | 1 | 只 |
| 31 | 控制柜 定制 | 1 | 臺 |
| 32 | SIEMENS 9寸觸摸屏 型號: KTP900PN | 1 | 臺 |
| 33 | 交換機 | 1 | 臺 |
| 34 | 輔材附件：動力線2.5mm2/RV2.5控制線用1.5mm2RV1.5;PLC線用0.75mm2 顏色為黃色；品牌起帆。 | 1 | 批 |
六、實驗內(nèi)容
1.現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（DCS）的組成與認識驗
2.下位機軟件中的硬件組態(tài)和程序編寫
3.上位機軟件中的通信建立和界面組態(tài)
4.一階單容上水箱對象特性測試實驗
5.二階雙容水箱對象特性測試實驗
6.上水箱液位PID整定實驗
7.串接雙容下水箱液位PID整定實驗
8.三容液位定值控制實驗
9.鍋爐內(nèi)膽水溫PID控制實驗
10.鍋爐夾套水溫PID控制實驗
11.單閉環(huán)流量PID控制實驗
12.鍋爐內(nèi)膽水溫位式控制實驗
13.水箱液位串級控制實驗
14.三閉環(huán)液位控制實驗
15.鍋爐夾套與內(nèi)膽水溫串級控制實驗
16.鍋爐內(nèi)膽水溫與水流量串級控制實驗
17.上水箱液位與進水流量串級控制實驗
18.單閉環(huán)流量比值控制實驗
19.下水箱液位前饋-反饋控制實驗
20.鍋爐內(nèi)膽水溫前饋-反饋控制實驗
21.溫度純滯后控制實驗
22.流量純滯后控制實驗
23.鍋爐夾套與內(nèi)膽水溫解耦控制實驗
24.上水箱液位與出口水溫解耦控制實