SBGCS-Ⅲ型高級過程控制系統(tǒng)實驗裝置
建設思想
以體現流程類企業(yè)自動化與信息系統(tǒng)的關鍵技術與裝備系統(tǒng)為主線，我們設計制作高級過程控制專業(yè)實驗室綜合實踐教學裝置，建立該專業(yè)主題實驗室工程實踐基地。
產品強烈體現工程化概念，強調工程化、實踐化、開放性強，既能完成相關課程實驗的開設，又是學生進行工程訓練、畢業(yè)設計、課程設計的平臺。系統(tǒng)以提高學生的動手能力及就業(yè)競爭力為主要目的而設計。
通過對象與基本控制系統(tǒng)，完成基本自動化實驗，使學生建立自動化知識系統(tǒng)概念。
體現流程企業(yè)自動化與信息系統(tǒng)典型技術與裝備，將實踐教學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，并設計相關的實驗。
企業(yè)過程自動化廣泛采用控制硬件系統(tǒng)和控制軟件得以體現。
搭建一個網絡化的過程控制實驗系統(tǒng)。
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。
分時控制的思想，可以同時對兩個或三個參數進行采集，比如，一組測流量，一組測溫度。對象系統(tǒng)采用全不銹鋼制作，以美學的角度且不失工程化概念，審視、打造過程裝備專業(yè)實驗室實驗對象系統(tǒng)，將其建成具備時代氣息的示范實驗室。
過程控制實驗室今后的工作方向是：進一步加強管理體制建設，提高實驗室的管理水平和運行效率；以現有實驗室硬件為基礎，與多的企事業(yè)單位、科研機構、大專院校聯(lián)合，共同開展技術咨詢、技術培訓，進行學術交流與合作；進一步加強科學研究工作，以過程控制理論為指導，結合先進的工業(yè)控制技術DCS、PLC等，不斷通過在過程控制實驗室的訓練，培養(yǎng)學生對實際工業(yè)過程自動化系統(tǒng)的設計能力、調試能力和分析能力，為今后的學習或工作打下堅實的基礎。
一、系統(tǒng)概述
"高級現場總線過程控制系統(tǒng)實驗裝置"是從高校自動化相關專業(yè)教學實驗的需求出發(fā)，采用代表自動化行業(yè)技術潮流的現場總線技術，開發(fā)出來的進行通訊和遠程控制的網絡化和數字化實驗裝置。
"SBGCS-Ⅲ高級現場總線過程控制系統(tǒng)實驗裝置"是由現場總線控制系統(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SBGCS-68E型中的手閥控制各管道的連接，可實現上位機根據采集參數進行自動控制或者上位機中進行鼠標點擊人為控制，為實現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"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（含MMC卡）
(2)SIEMENS電源模塊一個
(3)PA Coupler 耦合器一個
(4)8路模擬量輸入模塊SM331模塊兩個
(5)4路模擬量輸出模塊SM332模塊一個
(6)變頻器一個
(7)DP通訊線和DP接頭若干
(8)MPI-USB通訊線一條
2.現場總線控制系統(tǒng)軟件
采用SIEMENS WINCC軟件監(jiān)控、SIEMENS STEP7編程
二、系統(tǒng)特點
能完整的體現現場過程變量數字化采集,實現從過程變量的現場采集到上位監(jiān)控的全數字化傳輸,可完成DCS分布控制系統(tǒng)架構。
三、系統(tǒng)結構
現場總線控制系統(tǒng)結構圖如下：
四、控制對象
一）系統(tǒng)組成
1.過程控制實驗對象系統(tǒng)
實驗對象系統(tǒng)包含有：不銹鋼儲水箱；上、中、下三個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）和鋁塑盤管組成。
系統(tǒng)動力系統(tǒng)有兩套：一套由SIEMENS變頻器、三相（380V交流）不銹鋼磁力驅動泵、電動調節(jié)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(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、電動調節(jié)閥一個、可控硅溫度控制模塊一只；
(5)三相380V不銹鋼磁力驅動泵、220V循環(huán)泵。
二）系統(tǒng)主要特點
1.被調參數囊括了流量、壓力、液位、溫度四大熱工參數
2.執(zhí)行器中既有電動調節(jié)閥儀表類執(zhí)行機構，又有變頻器等電力拖動類執(zhí)行器
3.系統(tǒng)除了能改變調節(jié)器的設定值作階躍擾動外，還可在對象中通過電磁閥制造各種擾動
4.一個被調參數可用不同的動力源、不同的執(zhí)行器和不同的工藝線路下可演變成多種調節(jié)回路，以利于討論、比較各種調節(jié)方案的優(yōu)劣
5.能進行多變量控制系統(tǒng)及特定的過程控制系統(tǒng)實驗
三）高級過程控制系統(tǒng)實驗裝置"對象系統(tǒng)總貌圖
五、主要配置清單
|
序號 |
設備名稱 |
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 |
擴散硅壓力變送器（帶SIEMENS PROFIBUS-PA總線協(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 |
空氣開關 |
1 |
只 |
|
21 |
旋鈕 |
4 |
只 |
|
22 |
中間繼電器 |
若干 |
只 |
|
23 |
DC24V開關電源 |
1 |
只 |
|
24 |
電動調節(jié)閥 |
1 |
只 |
|
25 |
可控硅調壓器 |
1 |
只 |
|
26 |
控制柜 |
1 |
臺 |
六、實驗內容
1.現場總線控制系統(tǒng)（DCS）的組成與認識實驗
2.下位機軟件中的硬件組態(tài)和程序編寫
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驗
5.二階雙容水箱對象特性測試實驗
6.上水箱液位PID整定實驗
7.串接雙容下水箱液位PID整定實驗
8.三容液位定值控制實驗
9.鍋爐內膽水溫PID控制實驗
10.鍋爐夾套水溫PID控制實驗
11.單閉環(huán)流量PID控制實驗
12.鍋爐內膽水溫位式控制實驗
13.水箱液位串級控制實驗
14.三閉環(huán)液位控制實驗
15.鍋爐夾套與內膽水溫串級控制實驗
16.鍋爐內膽水溫與水流量串級控制實驗
17.上水箱液位與進水流量串級控制實驗
18.單閉環(huán)流量比值控制實驗
19.下水箱液位前饋-反饋控制實驗
20.鍋爐內膽水溫前饋-反饋控制實驗
21.溫度純滯后控制實驗
22.流量純滯后控制實驗
23.鍋爐夾套與內膽水溫解耦控制實驗
24.上水箱液位與出口水溫解耦控制實驗
