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THYGCS-68E現場總線過程控制系統實驗裝置

一、系統概述

“現場總線過程控制系統實驗裝置”是從高校自動化相關專業教學實驗的需求出發，采用代表自動化行業技術潮流的現場總線技術，開發出來的進行通訊和遠程控制的網絡化和數字化實驗裝置。

“現場總線過程控制系統實驗裝置”是由現場總線控制系統和對象系統組成。該對象系統在管道中采用電磁閥替代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，為實現多種控制策略，系統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通訊協議的壓力傳感器通過總線供電，不需要另外接工作電源）”。

• 現場總線控制系統硬件

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：SIEMENS 315-2DP CPU一個（含MMC卡）

• SIEMENS電源模塊一個
• PA Coupler 耦合器一個
• 8路模擬量輸入模塊SM331模塊兩個
• 4路模擬量輸出模塊SM332模塊一個
• 變頻器一個
• DP通訊線和DP接頭若干
• MPI-USB通訊線一條

• 現場總線控制系統軟件

采用SIEMENS WINCC軟件監控、SIEMENS STEP7編程

二、系統特點

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控的全數字化傳輸,可完成分布控制系統架構。

三、系統結構

四、控制對象

（一）系統組成

• 過程控制實驗對象系統

實驗對象系統包含有：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不銹鋼冷卻鍋爐夾套構成）和鋁塑盤管組成。

系統動力系統有兩套：一套由SIEMENS變頻器、三相（380V交流）不銹鋼磁力驅動泵、電動調節閥、交流電磁閥、渦輪流量計等組成；另一套由220V循環泵、渦輪流量計等組成。

整套對象系統*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。

• 對象系統中的各類檢測變送及執行裝置

• 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；
• 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；
• 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；
• 控制模塊：包含電磁閥21只、電動調節閥一個、可控硅溫度控制模塊一只；
• 三相380V不銹鋼磁力驅動泵、220V循環泵。

（二）系統主要特點

• 被調參數囊括了流量、壓力、液位、溫度四大熱工參數
• 執行器中既有電動調節閥儀表類執行機構，又有變頻器等電力拖動類執行器
• 系統除了能改變調節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
• 一個被調參數可用不同的動力源、不同的執行器和不同的工藝線路下可演變成多種調節回路，以利于討論、比較各種調節方案的優劣
• 能進行多變量控制系統及特定的過程控制系統實驗

（三）配套軟件

1、博圖TIA portal

SIMATIC Step 7 V14是基于TIA博途平臺的全新的工程組態軟件，支持SIMATIC S7-1500、SIMATIC S7-1200、SIMATIC S7-300和SIMATIC S7-400控制器、同時也支持基于PC的SIMATIC WinAC自動化系統。

★2、工業4.0仿真實訓軟件（正版軟件，投標現場提供著作權證書原件和逐條演示）

軟件采用三維建模基于虛擬現實技術的計算機仿真模擬技術，可以進行PLC電氣控制仿真、電工電子仿真、氣動仿真、液壓仿真、傳感器仿真等工業常用技術仿真

1）PLC仿真可以通過PLC編程控制模型的相應動作從而完成工序動作包含機械手仿真、自動門仿真、升降機仿真、分揀仿真、正反轉仿真、郵件分揀、流水線、自動分揀等。

2）電工電子線路仿真

（1）接線仿真（2）電路仿真（3）排故仿真（4）原理仿真（5）電機拆裝仿真，三相異步機拆分、單相異步機拆分等（6）儀器儀表的使用仿真萬用表、雙蹤示波器、信號發生器、鉗形表等

3）氣動回路仿真

（1）軟件以氣動經典22回路為依據開發出28回路的在線及離線仿真

（2）軟件中設置的14路“考考你！”表現為典型氣路設備故障。

（3）軟件狀態含“模擬運行”“聯機運行”即離線仿真、在線仿真。

4）液壓回路仿真其界面可清楚的展示液壓元器件的內部結構以及液壓回路的工作過程。液壓傳動原理的動態演示并不少于18種動態演示。

5）傳感器仿真

（1）溫度變送傳感器器仿真包含溫度變送傳感器模擬拆裝；溫度變送傳感器模擬接線；溫度變送傳感器模擬運行仿真

（2）液位傳感器仿真包含液位傳感器模擬拆裝；液位傳感器模擬接線；液位傳感器模擬運行仿真

（3）流量傳感器仿真包含流量傳感器模擬拆裝；流量傳感器模擬接線；流量傳感器模擬運行仿真

6）提供免費遠程教學，PLC培訓,伺服,步進,觸摸屏,變頻器, 單片機，數控，機器人，工業組態及網絡通信等全系列自動化技術培訓，自由組合不同教學手段，實現各種不同的教學方法，比如談話式、研討式、活動式、競賽式等等。進行不同老師和不同課程學習，可以通過在線學習系統向老師提問，做筆記，評價及參與話題討論

7）PLC運行數據顯示：PLC輸入電壓監控，PLC輸出電壓監控，PLC輸入開關監控，PLC輸出開關控制以及PLC輸入電壓模擬量實時數據，可根據實際需求添加128路。

8）PLC運行歷史數據：顯示PLC運行歷史數據，可按時、天、月進行查詢歷史數據曲線，以及歷史數據表格，可表格數據導出處理。

（三）“過程控制系統實驗裝置”對象系統

五、主要配置清單

六、實驗內容

• 現場總線控制系統的組成與認識實驗
• 下位機軟件中的硬件組態和程序編寫
• 上位機軟件中的通信建立和界面組態
• 一階單容上水箱對象特性測試實驗
• 二階雙容水箱對象特性測試實驗
• 上水箱液位PID整定實驗
• 串接雙容下水箱液位PID整定實驗
• 三容液位定值控制實驗
• 鍋爐內膽水溫PID控制實驗
• 鍋爐夾套水溫PID控制實驗
• 單閉環流量PID控制實驗
• 鍋爐內膽水溫位式控制實驗
• 水箱液位串級控制實驗
• 三閉環液位控制實驗
• 鍋爐夾套與內膽水溫串級控制實驗
• 鍋爐內膽水溫與水流量串級控制實驗
• 上水箱液位與進水流量串級控制實驗
• 單閉環流量比值控制實驗
• 下水箱液位前饋-反饋控制實驗
• 鍋爐內膽水溫前饋-反饋控制實驗
• 溫度純滯后控制實驗
• 流量純滯后控制實驗
• 鍋爐夾套與內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