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2024-05-08 17:43

現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置,現(xiàn)場總線過程控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置


一、系統(tǒng)概述
  “DB-CG04高級(jí)現(xiàn)場總線過程控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置”是從高校自動(dòng)化相關(guān)專業(yè)教學(xué)實(shí)驗(yàn)的需求出發(fā),采用代表自動(dòng)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(jìn)行通訊和遠(yuǎn)程控制的網(wǎng)絡(luò)化和數(shù)字化實(shí)驗(yàn)裝置。
“DB-CG04高級(jí)現(xiàn)場總線過程控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)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手閥控制各管道的連接,可實(shí)現(xiàn)上位機(jī)根據(jù)采集參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)控制或者上位機(jī)中進(jìn)行鼠標(biāo)點(diǎn)擊人為控制,為實(shí)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 315-2DP CPU一個(gè)(含MMC卡)
(2) SIEMENS電源模塊一個(gè)
(3) PA Coupler 耦合器一個(gè)
(4) 8路模擬量輸入模塊SM331模塊兩個(gè)
(5) 4路模擬量輸出模塊SM332模塊一個(gè)
(6) 變頻器一個(gè)
(7) DP通訊線和DP接頭若干
(8) MPI-USB通訊線一條
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(diǎn)
能完整的體現(xiàn)現(xiàn)場過程變量數(shù)字化采集,實(shí)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:

現(xiàn)場總線過程控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置
四、控制對象
一)、系統(tǒng)組成
1. 過程控制實(shí)驗(yàn)對象系統(tǒng)
實(shí)驗(yàn)對象系統(tǒng)包含有:不銹鋼儲(chǔ)水箱;上、中、下三個(gè)串接有機(jī)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(dòng)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(dòng)泵、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、交流電磁閥、渦輪流量計(jì)等組成;另一套由220V循環(huán)泵、渦輪流量計(jì)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(kuò)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) 渦輪流量計(jì)三只:分別檢測兩條動(dòng)力支路及盤管出水口的流量;
(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21只、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥一個(gè)、可控硅溫度控制模塊一只;
(5) 三相380V不銹鋼磁力驅(qū)動(dòng)泵、220V循環(huán)泵。
二)、系統(tǒng)主要特點(diǎn)
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(dòng)調(diào)節(jié)閥儀表類執(zhí)行機(jī)構(gòu),又有變頻器等電力拖動(dòng)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(dòng)外,還可在對象中通過電磁閥制造各種擾動(dòng)
4. 一個(gè)被調(diào)參數(shù)可用不同的動(dòng)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(jìn)行多變量控制系統(tǒng)及特定的過程控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)
三)、“DB-CG04型高級(jí)過程控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置”對象系統(tǒng)總貌圖

對象系統(tǒng)總貌圖
五、主要配置清單

序號(hào) 設(shè)備名稱 數(shù)量 單位
1 不銹鋼框架 1
2 有機(jī)玻璃水桶 3
3 不銹鋼下水箱 1
4 不銹鋼復(fù)合加熱桶 1
5 380V磁力驅(qū)動(dòng)泵 1
6 220V循環(huán)泵 1
7 SIEMENS 315-2DP CPU 1
8 SIEMENS 電源模塊 1
9 MMC卡 1
10 PA Coupler 耦合器 1
11 8路模擬量輸入模 2
12 4路模擬量輸出模 1
13 SIEMES變頻器MM420 1
14 DP通訊線和DP接頭 若干
15 擴(kuò)散硅壓力變送器(帶SIEMENS PROFIBUS-PA總線協(xié)議) 1
16 擴(kuò)散硅壓力變送器 2
17 渦輪流量計(jì) 3
18 PT100熱電阻傳感器 6
19 電磁閥 21
20 空氣開關(guān) 1
21 旋鈕 4
22 中間繼電器 若干
23 DC24V開關(guān)電源 1
24 電動(dòng)調(diào)節(jié)閥 1
25 可控硅調(diào)壓器 1
26 控制柜 1 臺(tái)
六、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
1.現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(FCS)的組成與認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)
2.下位機(jī)軟件中的硬件組態(tài)和程序編寫
3.上位機(jī)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(shí)驗(yàn)
5.二階雙容水箱對象特性測試實(shí)驗(yàn)
6.上水箱液位PID整定實(shí)驗(yàn)
7.串接雙容下水箱液位PID整定實(shí)驗(yàn)
8.三容液位定值控制實(shí)驗(yàn)
9.鍋爐內(nèi)膽水溫PID控制實(shí)驗(yàn)
10.鍋爐夾套水溫PID控制實(shí)驗(yàn)
11.單閉環(huán)流量PID控制實(shí)驗(yàn)
12.鍋爐內(nèi)膽水溫位式控制實(shí)驗(yàn)
13.水箱液位串級(jí)控制實(shí)驗(yàn)
14.三閉環(huán)液位控制實(shí)驗(yàn)
15.鍋爐夾套與內(nèi)膽水溫串級(jí)控制實(shí)驗(yàn)
16.鍋爐內(nèi)膽水溫與水流量串級(jí)控制實(shí)驗(yàn)
17.上水箱液位與進(jìn)水流量串級(jí)控制實(shí)驗(yàn)
18.單閉環(huán)流量比值控制實(shí)驗(yàn)
19.下水箱液位前饋-反饋控制實(shí)驗(yàn)
20.鍋爐內(nèi)膽水溫前饋-反饋控制實(shí)驗(yàn)
21.溫度純滯后控制實(shí)驗(yàn)
22.流量純滯后控制實(shí)驗(yàn)
23.鍋爐夾套與內(nèi)膽水溫解耦控制實(shí)驗(yàn)
24.上水箱液位與出口水溫解耦控制實(shí)驗(yàn)