SBGCS-Ⅲ型高級過程控制系統(tǒng)實驗裝置
建設思想
以體現(xiàn)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(chǎn)品強烈體現(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)，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(xiàn)。
搭建一個網(wǎng)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(shù)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)場總線技術，開發(fā)出來的進行通訊和遠程控制的網(wǎng)絡化和數(shù)字化實驗裝置。
"SBGCS-Ⅲ高級現(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。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(xiàn)上位機根據(jù)采集參數(shù)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(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總線供電，不需要另外接工作電源）"。
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)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(xiàn)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(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,可完成DCS分布控制系統(tǒng)架構。
三、系統(tǒng)結構
現(xiàn)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(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(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(shù)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(xiàn)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
