現(xiàn)場總線過程控制系統(tǒng)實驗裝置

KCGK-05型現(xiàn)場總線過程控制系統(tǒng)實驗裝置

（過程控制與自動化儀表）

一、系統(tǒng)概述

“現(xiàn)場總線過程控制系統(tǒng)實驗裝置”是從高校自動化相關(guān)專業(yè)教學(xué)實驗的需求出發(fā)，采用代表自動化行業(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)字化實驗裝置。

“現(xiàn)場總線過程控制系統(tǒng)實驗裝置”是由現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)和對象系統(tǒng)組成。

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（含MMC卡）

（2）DP/PA Coupler 耦合器一個

（3）8路模擬量輸入模塊SM331模塊兩個

（4）4路模擬量輸出模塊SM332模塊一個

（5）變頻器一個

（6）DP通訊線和DP接頭若干

（7）通訊處理器CP5611卡一張

2.現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)軟件

本套控制系統(tǒng)下位機(jī)編程軟件采用SIEMENS公司的下位機(jī)編程軟件STEP 7。STEP 7是用于SIMATIC S7-300/400站創(chuàng)建可編程邏輯控制程序的標(biāo)準(zhǔn)軟件，可使用梯形邏輯圖、功能塊圖和語句表。它是SIEMENS SIMATIC工業(yè)軟件的組成部分。STEP 7以其強(qiáng)大的功能和靈活的編程方式廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制系統(tǒng)，總體說來，它有如下的功能特性：

（1）可通過選擇SIMATIC工業(yè)軟件中的軟件產(chǎn)品進(jìn)行擴(kuò)展

（2）為功能摸板和通訊處理器賦參數(shù)值

（3）強(qiáng)制和多處理器模式

（4）全局?jǐn)?shù)據(jù)通訊

（5）使用通訊功能塊的事件驅(qū)動數(shù)據(jù)傳送

（6）組態(tài)連接

本套控制系統(tǒng)上位機(jī)監(jiān)控軟件采用SIEMENS公司的上位機(jī)監(jiān)控組態(tài)軟件SIMATIC  Wincc。

Wincc指的是Windows Control Center，它是在生產(chǎn)過程自動化中解決可視化和控制任務(wù)的監(jiān)控系統(tǒng)，它提供了適用于工業(yè)的圖形顯示、消息、歸檔以及報表的功能模板。高性能的功能耦合、快速的畫面更新以及可靠的數(shù)據(jù)交換使其具有高度的實用性。

Wincc 是基于Windows NT 32位操作系統(tǒng)的，在Windows NT或Windows 2000標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境中，Wincc具有控制自動化過程的強(qiáng)大功能，它是基于個人計算機(jī)，同時具有極高性價比的操作監(jiān)視系統(tǒng)。Wincc的顯著特性就是全面開放，它很容易結(jié)合用戶的下位機(jī)程序建立人機(jī)界面，精確地滿足控制系統(tǒng)的要求。不僅如此，Wincc還建立了像DDE、OLE等在Windonws程序間交換數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)接口，因此能毫無困難的集成ActiveX控制和OPC服務(wù)器、客戶端功能。

Wincc軟件是基于多語言設(shè)計的，這意味著可以在中文、德語、英語等眾多語言之間進(jìn)行選擇。

二、系統(tǒng)特點

能完整的體現(xiàn)現(xiàn)場過程變量數(shù)字化采集。實現(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。

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、實驗內(nèi)容

1.現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）的組成與認(rèn)識實驗

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(nèi)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(nèi)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(nèi)膽水溫串級控制實驗

16.鍋爐內(nèi)膽水溫與水流量串級控制實驗

17.上水箱液位與進(jìn)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(nèi)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(nèi)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

控制對象系統(tǒng)

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(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)動力系統(tǒng)有兩套：一套由三相（380V交流）不銹鋼磁力驅(qū)動泵、電動調(diào)節(jié)閥、交流電磁閥、渦輪流量計等組成；另一套由日本三菱變頻器、三相不銹鋼磁力驅(qū)動泵（220V變頻）、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(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；其中下水箱的壓力變送器采用SIEMENS帶PROFIBUS-PA通訊接口的壓力變送器（SIEMENS帶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。

（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(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、電動調(diào)節(jié)閥各一個；

（5）三相380V不銹鋼磁力驅(qū)動泵、三相220V不銹鋼磁力驅(qū)動泵。

二.系統(tǒng)主要特點

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類執(zhí)行器

系統(tǒng)除了能改變調(diào)節(jié)器的設(shè)定值作階躍擾動外，還可在對象中通過電磁閥和手操作閥制造各種擾動

3.一個被調(diào)參數(shù)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(diào)節(jié)回路，以利于討論、比較各種調(diào)節(jié)方案的優(yōu)劣

4.能進(jìn)行多變量控制系統(tǒng)及特定的過程控制系統(tǒng)實驗