"追求技術(shù)進(jìn)步、服務(wù)科教興國、支持教育事業(yè)"
SBGCS-Ⅲ型高級過(guò)程控制系統實(shí)驗裝置
建設思想
以體現流程類(lèi)企業(yè)自動(dòng)化與信息系統的關(guān)鍵技術(shù)與裝備系統為主線(xiàn)，我們設計制作高級過(guò)程控制專(zhuān)業(yè)實(shí)驗室綜合實(shí)踐教學(xué)裝置，建立該專(zhuān)業(yè)主題實(shí)驗室工程實(shí)踐基地。
產(chǎn)品強烈體現工程化概念，強調工程化、實(shí)踐化、開(kāi)放性強，既能完成相關(guān)課程實(shí)驗的開(kāi)設，又是學(xué)生進(jìn)行工程訓練、畢業(yè)設計、課程設計的平臺。系統以提高學(xué)生的動(dòng)手能力及就業(yè)競爭力為主要目的而設計。
通過(guò)對象與基本控制系統，完成基本自動(dòng)化實(shí)驗，使學(xué)生建立自動(dòng)化知識系統概念。
體現流程企業(yè)自動(dòng)化與信息系統典型技術(shù)與裝備，將實(shí)踐教學(xué)與教師科研提高層次。
工業(yè)廣泛使用的溫度、流量、液位、壓力四大熱工檢測傳感裝置，能夠多樣化的體現，并設計相關(guān)的實(shí)驗。
企業(yè)過(guò)程自動(dòng)化廣泛采用控制硬件系統和控制軟件得以體現。
搭建一個(gè)網(wǎng)絡(luò )化的過(guò)程控制實(shí)驗系統。
提供合適的理論研究硬件平臺，使教師在理論層次的研究有自由的驗證平臺。
分時(shí)控制的思想，可以同時(shí)對兩個(gè)或三個(gè)參數進(jìn)行采集，比如，一組測流量，一組測溫度。對象系統采用全不銹鋼制作，以美學(xué)的角度且不失工程化概念，審視、打造過(guò)程裝備專(zhuān)業(yè)實(shí)驗室實(shí)驗對象系統，將其建成具備時(shí)代氣息的示范實(shí)驗室。
過(guò)程控制實(shí)驗室今后的工作方向是：進(jìn)一步加強管理體制建設，提高實(shí)驗室的管理水平和運行效率；以現有實(shí)驗室硬件為基礎，與多的企事業(yè)單位、科研機構、大專(zhuān)院校聯(lián)合，共同開(kāi)展技術(shù)咨詢(xún)、技術(shù)培訓，進(jìn)行學(xué)術(shù)交流與合作；進(jìn)一步加強科學(xué)研究工作，以過(guò)程控制理論為指導，結合先進(jìn)的工業(yè)控制技術(shù)DCS、PLC等，不斷通過(guò)在過(guò)程控制實(shí)驗室的訓練，培養學(xué)生對實(shí)際工業(yè)過(guò)程自動(dòng)化系統的設計能力、調試能力和分析能力，為今后的學(xué)習或工作打下堅實(shí)的基礎。
一、系統概述
"高級現場(chǎng)總線(xiàn)過(guò)程控制系統實(shí)驗裝置"是從高校自動(dòng)化相關(guān)專(zhuān)業(yè)教學(xué)實(shí)驗的需求出發(fā)，采用代表自動(dòng)化行業(yè)技術(shù)潮流的現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)，開(kāi)發(fā)出來(lái)的進(jìn)行通訊和遠程控制的網(wǎng)絡(luò )化和數字化實(shí)驗裝置。
"SBGCS-Ⅲ高級現場(chǎng)總線(xiàn)過(guò)程控制系統實(shí)驗裝置"是由現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統和對象系統組成。該對象系統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(shí)現上位機根據采集參數進(jìn)行自動(dòng)控制或者上位機中進(jìn)行鼠標點(diǎn)擊人為控制，為實(shí)現DCS的多種控制策略，系統中上水箱壓力變送器（上水箱液位）采用總線(xiàn)采集參數"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(guò)總線(xiàn)供電，不需要另外接工作電源）"。
1.現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統硬件
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(xiàn)和DP接頭若干
(8)MPI-USB通訊線(xiàn)一條
2.現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統軟件
采用SIEMENS WINCC軟件監控、SIEMENS STEP7編程
二、系統特點(diǎn)
能完整的體現現場(chǎng)過(guò)程變量數字化采集,實(shí)現從過(guò)程變量的現場(chǎng)采集到上位監控的全數字化傳輸,可完成DCS分布控制系統架構。
三、系統結構
現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統結構圖如下：
四、控制對象
一）系統組成
1.過(guò)程控制實(shí)驗對象系統
實(shí)驗對象系統包含有：不銹鋼儲水箱；上、中、下三個(gè)串接有機玻璃圓筒型水箱；三相4.5kW電加熱鍋爐（由不銹鋼鍋爐內膽加溫筒和封閉式外循環(huán)不銹鋼冷卻鍋爐夾套構成）和鋁塑盤(pán)管組成。
系統動(dòng)力系統有兩套：一套由SIEMENS變頻器、三相（380V交流）不銹鋼磁力驅動(dòng)泵、電動(dòng)調節閥、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.對象系統中的各類(lèi)檢測變送及執行裝置
(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)渦輪流量計三只：分別檢測兩條動(dòng)力支路及盤(pán)管出水口的流量；
(3)Pt100熱電阻溫度傳感器六只：分別用來(lái)檢測鍋爐內膽、鍋爐夾套、盤(pán)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)調節閥一個(gè)、可控硅溫度控制模塊一只；
(5)三相380V不銹鋼磁力驅動(dòng)泵、220V循環(huán)泵。
二）系統主要特點(diǎn)
1.被調參數囊括了流量、壓力、液位、溫度四大熱工參數
2.執行器中既有電動(dòng)調節閥儀表類(lèi)執行機構，又有變頻器等電力拖動(dòng)類(lèi)執行器
3.系統除了能改變調節器的設定值作階躍擾動(dòng)外，還可在對象中通過(guò)電磁閥制造各種擾動(dòng)
4.一個(gè)被調參數可用不同的動(dòng)力源、不同的執行器和不同的工藝線(xiàn)路下可演變成多種調節回路，以利于討論、比較各種調節方案的優(yōu)劣
5.能進(jìn)行多變量控制系統及特定的過(guò)程控制系統實(shí)驗
三）高級過(guò)程控制系統實(shí)驗裝置"對象系統總貌圖
五、主要配置清單
|
序號 |
設備名稱(chēng) |
數量 |
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(xiàn)和DP接頭 |
若干 |
只 |
|
15 |
擴散硅壓力變送器（帶SIEMENS PROFIBUS-PA總線(xiàn)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(kāi)關(guān) |
1 |
只 |
|
21 |
旋鈕 |
4 |
只 |
|
22 |
中間繼電器 |
若干 |
只 |
|
23 |
DC24V開(kāi)關(guān)電源 |
1 |
只 |
|
24 |
電動(dòng)調節閥 |
1 |
只 |
|
25 |
可控硅調壓器 |
1 |
只 |
|
26 |
控制柜 |
1 |
臺 |
六、實(shí)驗內容
1.現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統（DCS）的組成與認識實(shí)驗
2.下位機軟件中的硬件組態(tài)和程序編寫(xiě)
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(shí)驗
5.二階雙容水箱對象特性測試實(shí)驗
6.上水箱液位PID整定實(shí)驗
7.串接雙容下水箱液位PID整定實(shí)驗
8.三容液位定值控制實(shí)驗
9.鍋爐內膽水溫PID控制實(shí)驗
10.鍋爐夾套水溫PID控制實(shí)驗
11.單閉環(huán)流量PID控制實(shí)驗
12.鍋爐內膽水溫位式控制實(shí)驗
13.水箱液位串級控制實(shí)驗
14.三閉環(huán)液位控制實(shí)驗
15.鍋爐夾套與內膽水溫串級控制實(shí)驗
16.鍋爐內膽水溫與水流量串級控制實(shí)驗
17.上水箱液位與進(jìn)水流量串級控制實(shí)驗
18.單閉環(huán)流量比值控制實(shí)驗
19.下水箱液位前饋-反饋控制實(shí)驗
20.鍋爐內膽水溫前饋-反饋控制實(shí)驗
21.溫度純滯后控制實(shí)驗
22.流量純滯后控制實(shí)驗
23.鍋爐夾套與內膽水溫解耦控制實(shí)驗
24.上水箱液位與出口水溫解耦控制實(shí)驗
