SB-GK01A高級過程控制實訓(xùn)系統(tǒng)(含DCS控制)
一、高級過程控制實訓(xùn)系統(tǒng)簡要描述
整套系統(tǒng)分為:上位控制層系統(tǒng),實驗對象層,檢測傳感、變送、執(zhí)行設(shè)備,上位控制軟件四部分。系統(tǒng)特點:整套系統(tǒng)安放在可移動的試驗臺桌上,小巧且試驗裝置占地面積小。
1、上位控制層系統(tǒng):
①、智能儀表控制模塊;
②、PLC控制系統(tǒng);
③DDC控制系統(tǒng)。
2、實驗對象層系統(tǒng):
控制對象:由鋁合金框架安裝、外置不銹鋼儲水箱、有機(jī)玻璃三容串接水箱、帶夾套不銹鋼常壓鍋爐容器、鋁塑復(fù)合管路、不銹鋼等組成。
1.標(biāo)準(zhǔn)鋁型材安裝框架:標(biāo)準(zhǔn)PVC鋁塑管安裝有機(jī)玻璃三容串接水箱、帶夾套不銹鋼常壓鍋爐容器。安裝底板鋪設(shè)間隔鋁合金可安裝檢測傳感執(zhí)行裝置、管路等。
2.實驗臺桌:實驗臺桌上安放控制對象;
3.外置不銹鋼儲水箱及水泵安裝在帶可移動腳輪的框架上(由鋁合金框架制作的),作為一體。水泵出水口帶快插接頭,水泵同控制對象管路系統(tǒng)相連便可實驗。
4.有機(jī)玻璃三容串接水箱:
①有機(jī)玻璃雙容串接水箱:由進(jìn)口有機(jī)玻璃制作,上水箱、中水箱、下水箱、上中下水箱三容串接安裝,每個水箱帶溢流管及下排水管及閥門,壓力液位傳感器接口
5、帶夾套的不銹鋼常壓加熱鍋爐容器:內(nèi)膽Φ100×500(通動態(tài)被加熱水),帶單相1.5KW電加熱管,夾套Φ150×400,內(nèi)膽安裝Pt100溫度傳感器。
²系統(tǒng)動力:功率可調(diào)的不銹鋼循環(huán)水泵:可組成不銹鋼泵+電動調(diào)節(jié)閥+渦輪流量計的動力流量調(diào)節(jié)系統(tǒng),也可組成不銹鋼泵+變頻器+渦輪流量計的動力流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)。單相可控硅移相調(diào)壓裝置、單相電加熱管組成鍋爐加熱動力系統(tǒng)。
²檢測傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu):
²流量傳感器:渦輪流量計+流量變送儀。
²液位傳感器:擴(kuò)散硅液位傳感器三個,分別用于檢測上中下三個水箱的液位。另外加熱鍋爐容器上還加一個擴(kuò)散硅壓力傳感器,做恒壓供水實驗時檢測容器壓力。
²溫度傳感器:Pt100熱電阻傳感器一個,Pt100熱電阻溫度變送器一個。用于檢測帶夾套的不銹鋼常壓加熱鍋爐的內(nèi)膽溫度。
²壓力傳感器:擴(kuò)散硅壓力傳感器一個。用于檢測加熱鍋爐容器壓力實驗時的動態(tài)壓力。
²變頻調(diào)速器:三菱變頻調(diào)速器一個。用于調(diào)節(jié)變頻動力支路的供水壓力及流量。
²電機(jī)運動控制模塊:主控:TMS320F28335。外擴(kuò):RAM512*16位,Flash512K*16位,使用撥碼開關(guān)實現(xiàn)模式選擇。功率板:采用集成IPM模塊,可外接剎車電阻,母線電容充電緩沖電路、母線電壓檢測電路,相電流檢測電路,動力電源位AC220V供電,功率3KW?刂瓢澹阂壕敛捎4.3寸串口屏 ,5個獨立按鍵按鍵(分別為RUN、STOP、REST、UP、DOW)。通信接口:RS232、RS485(異步串口不夠時可將RS232、RS485采用同一個串口使用短路帽進(jìn)行短路條線)、CAN、以太網(wǎng)口(SPI接口,設(shè)計W5500模塊模塊接口使用現(xiàn)有的成品模塊);CAN、RS232、RS485為隔離通信接口與TMS320F28335無直接電氣連接。串口感器接口:霍爾信號接口及差分編碼器接口統(tǒng)一使用DB15連接。模擬量輸出:不使用到的PWM用于RC濾波運放跟隨實現(xiàn)DAC輸出。模擬量輸入:芯片內(nèi)部不使用的ADC接口用于外部模擬量輸入,接口為0~10V輸入。開關(guān)量輸出:2組,分別用于報警信號輸出、準(zhǔn)備完成信號輸出。開關(guān)量輸入:開關(guān)量輸入3組。EEPROM存儲:有剩余IO可考慮設(shè)計24C02存儲器。測試點:預(yù)留環(huán)形測試點測試PWM信號、ADC信號、DAC信號、電源。本地控制:本地串口屏顯示參數(shù)電壓、電流、設(shè)定值、實時值,本地按鍵操作。遠(yuǎn)程控制:遠(yuǎn)程采用RS485或RS232接口使用FreeModbus-RTU協(xié)議實現(xiàn)與遠(yuǎn)程工控屏的串口通信,顯示電壓、電流、設(shè)定值、實時值,在遠(yuǎn)程觸摸屏上可進(jìn)行控制實現(xiàn)5個獨立按鍵的功能。
²電動調(diào)節(jié)閥:全不銹鋼電動調(diào)節(jié)閥一個。用于調(diào)節(jié)電動調(diào)節(jié)閥動力支路的供水壓力及流量。
二、上位過程控制系統(tǒng)
上位控制操作/實驗面板:鋁面板噴塑結(jié)構(gòu)。
強電控制面板:裝有漏電保護(hù)空氣開關(guān)、電流型漏電保護(hù)器,充分考慮人身安全保護(hù);配置帶鑰匙的電源啟動控制回路和多組保險絲,同時每一組強電輸出都有旋鈕開關(guān)控制,保證設(shè)備安全,操作控制便捷;裝有分相電壓表、指示燈,直觀,強電信息一目了然;裝有變頻器及其控制接口面板,方便變頻器熟悉、操作和應(yīng)用。
控制器面板:變頻控制器面板、智能儀表控制面板。
信號接口面板:控制對象中的儀表信號和電氣信號轉(zhuǎn)移到信號接線板上,提供AI、AO、DO等傳感器檢測及執(zhí)行器控制信號接口,便于學(xué)生自己連線組成不同的控制系統(tǒng)。實驗者通過安全型接插式導(dǎo)線將實驗板與信號板之間進(jìn)行不同的配線,以完成過程控制各類實驗。
三、上位過程控制系統(tǒng)基型配置:
1)S7-1200PLC控制系統(tǒng)
隨著科技的發(fā)展,PLC即使是Micro PLC,也可以勝任多種控制任務(wù)。本產(chǎn)品提供的PLC控制系統(tǒng)主機(jī)選用西門子的1200系列,主要展示小型(Micro)PLC在滿足小規(guī)模的控制任務(wù)中的完美表現(xiàn),為培養(yǎng)工程化人才提供更多更強的實驗平臺。
2)智能儀表控制系統(tǒng)
儀表控制系統(tǒng)核心為帶通信功能的各種儀表,儀表內(nèi)集成了各種算法,根據(jù)現(xiàn)場情況整定儀表控制算法的各種參數(shù),達(dá)到控制效果。同時帶通訊功能的儀表與上位計算機(jī)的軟件平臺通訊。儀表各種參數(shù)和過程值進(jìn)入軟件平臺(一般為工控組態(tài)軟件)的數(shù)據(jù)庫,再加上組態(tài)的流程畫面和操作界面,可以方便在上位計算機(jī)整定參數(shù),對過程值進(jìn)行記錄分析。
3)DDC控制系統(tǒng)
DDC控制系統(tǒng)一般有兩種形式,一種采用外部數(shù)據(jù)采集模塊的形式,其核心為帶RS485通訊的數(shù)據(jù)采集模塊和計算機(jī)算法軟件;另一種采用工控機(jī)和ISA或PCI插槽的數(shù)據(jù)采集板卡。外部數(shù)據(jù)采集模塊由于安裝方便,同時就地安裝時采用通訊方式向計算機(jī)送數(shù)據(jù)不存在信號衰減,因此本產(chǎn)品采用第一種方式的應(yīng)用。用戶可根據(jù)自己學(xué)校的實際情況選用第二種方式的應(yīng)用(例如研華A/D、D/A、采樣板卡)。
在控制臺直接裝有數(shù)據(jù)采集模塊,同時利用工控軟件MCGS中強大的算法組態(tài)功能,便捷的組建一個帶人機(jī)界面的DDC控制系統(tǒng)。在DDC系統(tǒng)中提供開放的算法軟件供實驗和算法編程參考,方便實驗教學(xué)和工程人才培養(yǎng)。
四、過程控制實驗裝置配置清單
表1 :過程控制實驗對象(一套)
序號 |
名 稱 |
功 能 |
規(guī)格型號 |
材質(zhì) |
產(chǎn)地 |
數(shù)量 |
1 |
標(biāo)準(zhǔn)實驗臺桌 |
標(biāo)準(zhǔn)鋁合金實驗臺桌上安放控制對象 |
|
鋁合金 |
杭州 |
1套 |
2 |
標(biāo)準(zhǔn)框架及標(biāo)準(zhǔn)安裝底板 |
標(biāo)準(zhǔn)框架安裝有機(jī)玻璃三容串接水箱、帶夾套不銹鋼常壓鍋爐容器,方便安裝固定鋁合金支撐框架、檢測傳感執(zhí)行裝置、管路等。 |
鋁合金 |
杭州 |
1套 |
|
3 |
電加熱常壓鍋爐壓力容器 |
由不銹鋼內(nèi)膽加溫筒(帶220V 1.25KW進(jìn)口不銹鋼電加熱管)和封閉式帶保溫不銹鋼夾套組成 |
|
封閉式帶保溫不銹鋼夾套(1.5mm304 不銹鋼) 不銹鋼內(nèi)膽加溫筒(1.5mm304不銹鋼) |
杭州
|
1 |
4 |
水箱 |
儲水箱(由1.5mm厚不銹鋼鏡面板制作)可移動 |
|
不銹鋼(2個通道) |
杭州
|
1 |
有機(jī)玻璃上小水箱 |
|
底板20mm進(jìn)口有機(jī)玻璃板 側(cè)板8 mm進(jìn)口有機(jī)玻璃板 有機(jī)玻璃水箱前面直接刻有液位標(biāo)尺; |
杭州
|
1 |
||
有機(jī)玻璃中小水箱 |
|
底板20mm進(jìn)口有機(jī)玻璃板 側(cè)板8 mm進(jìn)口有機(jī)玻璃板 有機(jī)玻璃水箱前面直接刻有液位標(biāo)尺; |
杭州
|
1 |
||
有機(jī)玻璃下小水箱 |
|
底板20mm進(jìn)口有機(jī)玻璃板 側(cè)板8 mm進(jìn)口有機(jī)玻璃板 有機(jī)玻璃水箱前面直接刻有液位標(biāo)尺 |
杭州
|
1 |
||
5 |
水泵 |
低噪不銹鋼靜音泵 |
揚程15米 |
功率0.37KW,揚程15米,最大流量0.80-0.85立方米每小時 |
上海 |
2 |
6 |
溫度傳感器 |
Pt100熱電阻 |
熱電阻 |
Pt100 |
上海 |
4個 |
7 |
溫度變送器 |
Pt100熱電阻標(biāo)準(zhǔn)信號轉(zhuǎn)換 |
輸出4-20mA標(biāo)準(zhǔn)信號 |
|
上海 |
4個 |
8 |
壓力液位傳感器 |
擴(kuò)散硅壓力/液位變送器 |
4-20mA標(biāo)準(zhǔn)信號輸出,0.5級測量精度 |
金屬防水外殼 |
上海 |
3個 |
9 |
渦輪流量計及變送器 |
額定流量0.28-0.30T/h |
4-20mA標(biāo)準(zhǔn)信號輸出;測量精度±1.0% |
金屬防水外殼 |
上海 |
2個 |
10 |
電動調(diào)節(jié)閥 |
額定流量為0.28-0.30立方米每小時 |
4-20mA信號輸入 |
帶不銹鋼法蘭 |
上海 |
1 |
11 |
電磁閥 |
使用壓力范圍為0-7㎏/㎝3 |
工作溫度為-5--80℃ |
常閉 |
上海 |
1 |
12 |
電加熱控制器 |
可控硅移相調(diào)壓裝置 |
輸入4-20mA |
可控硅 |
杭州 |
1個 |
13 |
換熱器(純滯后盤管) |
純滯后盤管盤長20m,上有三個測溫點,純滯后時間常數(shù)可變 |
溫度對象 |
不銹鋼 |
杭州 |
1 |
表2:智能儀表控制實驗臺硬件配置表
序號 |
硬件型號 |
型號 |
產(chǎn)地 |
數(shù)量 |
1 |
實驗控制柜 |
ZXGKT-01 |
杭州 |
1 |
2 |
電腦桌 |
ZXPJ-02 |
杭州 |
1 |
3 |
強電控制面板 |
鈑金噴塑 |
杭州 |
1 |
4 |
I/O信號接口控制面板 |
鈑金噴塑 |
杭州 |
1 |
5 |
RS232/485轉(zhuǎn)換器 |
通訊轉(zhuǎn)換器 |
武漢瑞普 |
1 |
6 |
變頻調(diào)速器 |
0.37KW |
西門子 |
1 |
7 |
AI智能調(diào)節(jié)儀(自帶Rs485通訊接口) |
AI818\AI708 |
廈門宇電或者萬訊 |
3 |
8 |
開關(guān)電源 |
24V/3A |
臺灣明緯 |
1 |
9 |
鍋爐防干燒保護(hù)器 |
|
|
1 |
10 |
自鎖緊接頭插座及連接導(dǎo)線 |
|
|
1 |
表3 : DDC上位控制系統(tǒng)硬件配置表
序號 |
硬件名稱 |
硬件型號 |
產(chǎn)地 |
數(shù)量 |
1 |
8路A/D ICP-7017 |
數(shù)據(jù)采集模塊 |
臺灣弘格 |
1 |
2 |
4路D/A ICP-7024 |
數(shù)據(jù)采集模塊 |
臺灣弘格 |
1 |
3 |
RS232/485轉(zhuǎn)換器 |
通訊轉(zhuǎn)換器 |
臺灣弘格 |
1 |
表4:西門子S1200-PLC上位控制系統(tǒng)硬件配置表
序號 |
硬件名稱 |
硬件型號 |
產(chǎn)地 |
數(shù)量 |
1 |
控制器 |
1211C |
控制器 |
1 |
2 |
模擬量模塊 |
EM235(4AI/1A0) |
模擬量模塊 |
1 |
3 |
通訊適配器 |
PC/PPI |
通訊適配器 |
1 |
表5:軟件清單
序號 |
名 稱 |
型號 |
品牌 |
數(shù)量 |
1 |
MCGS工控組態(tài)軟件網(wǎng)絡(luò)版7.6 |
MCGS |
昆侖通態(tài) |
1套 |
2 |
西門子博圖PLC編程軟件 |
V15 |
西門子 |
1套 |
3 |
智能儀表控制實驗軟件 |
|
|
1套 |
4 |
DDC控制系統(tǒng)實驗軟件 |
|
集智成 |
1套 |
五、DCS控制系統(tǒng)
DCS控制系統(tǒng)功能及組成
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
DCS控制系統(tǒng)控制柜
標(biāo)準(zhǔn)電器控制柜:高x寬x深:1900x600x600mm,內(nèi)安裝漏電保護(hù)空氣開關(guān)、電流型漏電保護(hù)器充分考慮人身安全保護(hù);配置帶鑰匙的電源啟動控制回路和多組保險絲,同時每一組強電輸出都有旋鈕開,關(guān)控制,保證設(shè)備安全,操作便捷;裝有分相電壓表、指示燈,開關(guān)電源等。
DP遠(yuǎn)程I/O單元
遠(yuǎn)程I/O單元,通過線纜同控制對象上的檢測、傳感、執(zhí)行裝置相連。獲取底層對象檢測傳感信號,執(zhí)行控制執(zhí)行信號。
現(xiàn)場主控單元:
1)、工程師站下裝的組態(tài)控制程序在現(xiàn)場主控單元運行。
2)、現(xiàn)場主控單元內(nèi)裝通訊卡,通過同總線遠(yuǎn)程I/O單元通訊并獲取底層對象檢測傳感信號,發(fā)出控制執(zhí)行信號。
3)、現(xiàn)場主控單元內(nèi)裝以太網(wǎng)卡。同上位服務(wù)器計算機(jī)通訊、接受運行工程師站下裝的組態(tài)控制程序,同時現(xiàn)場主控單元向上位服務(wù)器發(fā)送上位監(jiān)控計算機(jī)所需的控制信息。
工程師/操作員站:
主要作用:
1)、先期的控制組態(tài)程序在其上進(jìn)行,組態(tài)編譯完畢的控制程序通過服務(wù)器向下位主控單元下裝。
2)、人機(jī)界面監(jiān)控程序在上位工程師/操作站運行。
DCS工控平臺系統(tǒng)軟件及DCS控制實驗軟件
系統(tǒng)配置工程師站軟件/控制器運行軟件及操作員站監(jiān)控組態(tài)軟件軟件:硬件設(shè)備組態(tài)軟件、數(shù)據(jù)庫組態(tài)軟件、控制組態(tài)軟件、圖形組態(tài)軟件、算法組態(tài)軟件。
根據(jù)用戶要求完成現(xiàn)場設(shè)計安裝,完成系統(tǒng)與用戶已有的控制對象的連接、調(diào)試,在DCS工控平臺系統(tǒng)軟件基礎(chǔ)上,我們根據(jù)學(xué)校的要求開發(fā)響應(yīng)的實驗控制軟件,從而組成一個完整的DCS過程控制系統(tǒng)。
DCS集散上位控制系統(tǒng)配置
1、現(xiàn)場控制站硬件:
序號 |
硬件型號 |
硬件名稱 |
數(shù)量 |
1 |
DCS控制柜 |
帶玻璃透明門的標(biāo)準(zhǔn)電器控制柜:長x寬x深:1800x600x600mm,內(nèi)安裝漏電保護(hù)空氣開關(guān)、電流型漏電保護(hù)器充分考慮人身安全保護(hù)裝有分相電壓表、指示燈,開關(guān)電源等。 |
1 |
2 |
主控單元 |
MCU主控單元 |
1 |
3 |
8路A/D |
遠(yuǎn)程I/O模塊 |
1 |
4 |
8路D/A |
遠(yuǎn)程I/O模塊 |
1 |
5 |
16路D/O |
遠(yuǎn)程I/O繼電器輸出模塊 |
1 |
6 |
16路D/I |
遠(yuǎn)程I/O模塊 |
1 |
7 |
終端匹配器 |
終端匹配器 |
1 |
8 |
普通端子底座 |
普通端子底座 |
4 |
9 |
FM801 |
現(xiàn)場主控單元 |
1 |
10 |
通訊電纜 |
通訊電纜 |
1 |
11 |
電源 |
24V 3A |
1 |
12 |
接線端子 |
|
1 |
13 |
數(shù)字量輸出隔離繼電器 |
DC24V |
1 |
14 |
模擬量輸入、輸出隔離接線板 |
|
2 |
3、配置軟件清單
序號 |
名 稱 |
數(shù)量 |
1 |
監(jiān)控組態(tài)軟件 |
1 |
2 |
DCS 系統(tǒng)控制范例實驗軟件 |
1 |
五、過程控制系統(tǒng)實驗項目
1、實驗項目:
過程控制系統(tǒng)的組成認(rèn)識實驗:
(1)過程控制及檢測裝置硬件結(jié)構(gòu)組成的認(rèn)識,控制方案的組成及控制系統(tǒng)連接實驗。
(2)智能調(diào)節(jié)儀表、智能變送儀表等各種智能儀表的操作及參數(shù)設(shè)定。
(3)傳感器的校正(零點遷移與量程調(diào)整)
對象特性測試實驗
l 單容水箱液位數(shù)學(xué)模型的測試實驗
l 雙容水箱液位數(shù)學(xué)模型的測試實驗
l 鍋爐內(nèi)膽水溫特性測試實驗
單回路控制系統(tǒng)實驗
l 單容水箱液位定值控制實驗
l 雙容水箱液位定值控制實驗
l 鍋爐內(nèi)膽水溫定值控制實驗
l 單閉環(huán)流量定值控制實驗
l 鍋爐內(nèi)膽壓力定值控制實驗
串級控制系統(tǒng)實驗
l 水箱液位串級控制實驗
l 鍋爐內(nèi)膽水溫與循環(huán)水流量串級控制實驗
l 水箱液位與進(jìn)水口流量串級控制實驗
比值控制系統(tǒng)實驗
l 流量比值控制系統(tǒng)實驗
變頻恒壓供水實驗
純滯后實驗
溫度的滯后控制實驗
流量純滯后控制實驗
工控制組態(tài)軟件組態(tài)控制實驗
l 所有實驗均包括數(shù)據(jù)庫組態(tài)、圖形動畫、報表、曲線、報警組態(tài)、設(shè)備通訊組態(tài)、算法組態(tài)等實驗
2、DCS系統(tǒng)部分實驗
單容水箱液位數(shù)學(xué)模型特性測試實驗
雙容水箱液位數(shù)學(xué)模型特性測試實驗
單容液位定值控制實驗
雙容液位定值控制實驗
三容液位定值控制實驗
鍋爐內(nèi)膽水溫定值控制實驗
鍋爐夾套水溫定值控制實驗
單閉環(huán)流量定值控制實驗
鍋爐內(nèi)膽水溫位式控制實驗
水箱液位串級控制實驗
三閉環(huán)液位串級控制實驗
鍋爐夾套與內(nèi)膽水溫串級控制實驗
水箱液位與進(jìn)水口流量串級控制實驗
單(雙)閉環(huán)流量比值控制實驗
下水箱液位前饋-反饋控制實驗
鍋爐內(nèi)膽水溫前饋-反饋控制實驗
溫度的滯后控制實驗
流量純滯后控制實驗
鍋爐夾套與內(nèi)膽水溫解耦控制實驗
上水箱液位與出口水溫解耦控制實驗
六、實驗室軟硬件管理系統(tǒng)
管道圖
智能樓宇實訓(xùn)系統(tǒng)、智能建筑實訓(xùn)裝置、消防培訓(xùn)設(shè)備,建筑供電實訓(xùn)裝置 |
空調(diào)系統(tǒng)多聯(lián)機(jī)(可變冷媒制冷劑流量系統(tǒng))系統(tǒng)實訓(xùn)裝置 |
制冷制熱實訓(xùn)設(shè)備,雙門冰箱實訓(xùn)考核裝置、家用電器實訓(xùn)裝置、空調(diào)實訓(xùn)考核裝置 |