"追求技術(shù)進(jìn)步、服務(wù)科教興國(guó)、支持教育事業(yè)"
SBGCS-Ⅲ型高級(jí)過(guò)程控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置
建設(shè)思想
以體現(xiàn)流程類(lèi)企業(yè)自動(dòng)化與信息系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)與裝備系統(tǒng)為主線(xiàn)，我們?cè)O(shè)計(jì)制作高級(jí)過(guò)程控制專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)室綜合實(shí)踐教學(xué)裝置，建立該專(zhuān)業(yè)主題實(shí)驗(yàn)室工程實(shí)踐基地。
產(chǎn)品強(qiáng)烈體現(xiàn)工程化概念，強(qiáng)調(diào)工程化、實(shí)踐化、開(kāi)放性強(qiáng)，既能完成相關(guān)課程實(shí)驗(yàn)的開(kāi)設(shè)，又是學(xué)生進(jìn)行工程訓(xùn)練、畢業(yè)設(shè)計(jì)、課程設(shè)計(jì)的平臺(tái)。系統(tǒng)以提高學(xué)生的動(dòng)手能力及就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力為主要目的而設(shè)計(jì)。
通過(guò)對(duì)象與基本控制系統(tǒng)，完成基本自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生建立自動(dòng)化知識(shí)系統(tǒng)概念。
體現(xiàn)流程企業(yè)自動(dòng)化與信息系統(tǒng)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(cè)傳感裝置，能夠多樣化的體現(xiàn)，并設(shè)計(jì)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)。
企業(yè)過(guò)程自動(dòng)化廣泛采用控制硬件系統(tǒng)和控制軟件得以體現(xiàn)。
搭建一個(gè)網(wǎng)絡(luò)化的過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。
提供合適的理論研究硬件平臺(tái)，使教師在理論層次的研究有自由的驗(yàn)證平臺(tái)。
分時(shí)控制的思想，可以同時(shí)對(duì)兩個(gè)或三個(gè)參數(shù)進(jìn)行采集，比如，一組測(cè)流量，一組測(cè)溫度。對(duì)象系統(tǒng)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(yàn)室實(shí)驗(yàn)對(duì)象系統(tǒng)，將其建成具備時(shí)代氣息的示范實(shí)驗(yàn)室。
過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)室今后的工作方向是：進(jìn)一步加強(qiáng)管理體制建設(shè)，提高實(shí)驗(yàn)室的管理水平和運(yùn)行效率；以現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室硬件為基礎(chǔ)，與多的企事業(yè)單位、科研機(jī)構(gòu)、大專(zhuān)院校聯(lián)合，共同開(kāi)展技術(shù)咨詢(xún)、技術(shù)培訓(xùn)，進(jìn)行學(xué)術(shù)交流與合作；進(jìn)一步加強(qiáng)科學(xué)研究工作，以過(guò)程控制理論為指導(dǎo)，結(jié)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(yàn)室的訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)實(shí)際工業(yè)過(guò)程自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能力、調(diào)試能力和分析能力，為今后的學(xué)習(xí)或工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
一、系統(tǒng)概述
"高級(jí)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)過(guò)程控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置"是從高校自動(dòng)化相關(guān)專(zhuān)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(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)，開(kāi)發(fā)出來(lái)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。
"SBGCS-Ⅲ高級(jí)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)過(guò)程控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置"是由現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng)和對(duì)象系統(tǒng)組成。該對(duì)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(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(xiàn)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(guò)總線(xiàn)供電，不需要另外接工作電源）"。
1.現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)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(xiàn)和DP接頭若干
(8)MPI-USB通訊線(xiàn)一條
2.現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)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(chǎng)過(guò)程變量數(shù)字化采集,實(shí)現(xiàn)從過(guò)程變量的現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下：
四、控制對(duì)象
一）系統(tǒng)組成
1.過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)對(duì)象系統(tǒng)
實(shí)驗(yàn)對(duì)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(pán)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(duì)象系統(tǒng)完全由不銹鋼材料制造，包括對(duì)象框架、管道、底板，甚至小到每一顆緊固螺釘。
2.對(duì)象系統(tǒng)中的各類(lèi)檢測(cè)變送及執(zhí)行裝置
(1)擴(kuò)散硅壓力變送器三只：分別檢測(cè)上水箱、中水箱、下水箱液位；
(2)渦輪流量計(jì)三只：分別檢測(cè)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(cè)鍋爐內(nèi)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(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(lèi)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，又有變頻器等電力拖動(dòng)類(lèi)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(duì)象中通過(guò)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(xiàn)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(guò)程控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)
三）高級(jí)過(guò)程控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置"對(duì)象系統(tǒng)總貌圖
五、主要配置清單
|
序號(hào) |
設(shè)備名稱(chēng) |
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(xiàn)和DP接頭 |
若干 |
只 |
|
15 |
擴(kuò)散硅壓力變送器（帶SIEMENS PROFIBUS-PA總線(xiàn)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(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(diào)節(jié)閥 |
1 |
只 |
|
25 |
可控硅調(diào)壓器 |
1 |
只 |
|
26 |
控制柜 |
1 |
臺(tái) |
六、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
1.現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng)（DCS）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(xiě)
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(duì)象特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)
5.二階雙容水箱對(duì)象特性測(cè)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)
