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：
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
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 | 套 |
| 2 | 有機(jī)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(dòng)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(kuò)散硅壓力變送器（帶SIEMENS PROFIBUS-PA總線協(xié)議） | 1 | 只 |
| 16 | 擴(kuò)散硅壓力變送器 | 2 | 只 |
| 17 | 渦輪流量計(jì) | 3 | 只 |
| 18 | PT100熱電阻傳感器 | 6 | 只 |
| 19 | 電磁閥 | 21 | 只 |
| 20 | 空氣開關(guān) | 1 | 只 |
| 21 | 旋鈕 | 4 | 只 |
| 22 | 中間繼電器 | 若干 | 只 |
| 23 | DC24V開關(guān)電源 | 1 | 只 |
| 24 | 電動(dòng)調(diào)節(jié)閥 | 1 | 只 |
| 25 | 可控硅調(diào)壓器 | 1 | 只 |
| 26 | 控制柜 | 1 | 臺(tái) |
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)