SBGCS-Ⅲ型現(xiàn)場(chǎng)總線過程控制實(shí)驗(yàn)裝置

過程控制實(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)、大專院校聯(lián)合，共同開展技術(shù)咨詢、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，不斷通過在過程控制實(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)總線過程控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置"是從高校自動(dòng)化相關(guān)專業(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(shí)驗(yàn)裝置。

"SBGCS-Ⅲ高級(jí)現(xiàn)場(chǎng)總線過程控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置"是由現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(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(chǎng)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(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通訊線和DP接頭若干

(8)MPI-USB通訊線一條

2.現(xiàn)場(chǎng)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(diǎn)

能完整的體現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)過程變量數(shù)字化采集,實(shí)現(xiàn)從過程變量的現(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(cè)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)閥儀表類執(zhí)行機(jī)構(gòu)，又有變頻器等電力拖動(dòng)類執(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)及特定的過程控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)

三）高級(jí)過程控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置"對(duì)象系統(tǒng)總貌圖

五、主要配置清單

六、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

1.現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(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

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)