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THYGCS-68E現(xiàn)場(chǎng)總線過程控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置

一、系統(tǒng)概述

“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。

“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)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）”。

• 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：SIEMENS 315-2DP CPU一個(gè)（含MMC卡）

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

• 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,可完成分布控制系統(tǒng)架構(gòu)。

三、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

四、控制對(duì)象

（一）系統(tǒng)組成

• 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)*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。

• 對(duì)象系統(tǒng)中的各類檢測(cè)變送及執(zhí)行裝置

• 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；
• 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；
• 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；
• 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；
• 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)

• 被調(diào)參數(shù)囊括了流量、壓力、液位、溫度四大熱工參數(shù)
• 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
• 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)
• 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
• 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）配套軟件

1、博圖TIA portal

SIMATIC Step 7 V14是基于TIA博途平臺(tái)的全新的工程組態(tài)軟件，支持SIMATIC S7-1500、SIMATIC S7-1200、SIMATIC S7-300和SIMATIC S7-400控制器、同時(shí)也支持基于PC的SIMATIC WinAC自動(dòng)化系統(tǒng)。

★2、工業(yè)4.0仿真實(shí)訓(xùn)軟件（正版軟件，投標(biāo)現(xiàn)場(chǎng)提供著作權(quán)證書原件和逐條演示）

軟件采用三維建模基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的計(jì)算機(jī)仿真模擬技術(shù)，可以進(jìn)行PLC電氣控制仿真、電工電子仿真、氣動(dòng)仿真、液壓仿真、傳感器仿真等工業(yè)常用技術(shù)仿真

1）PLC仿真可以通過PLC編程控制模型的相應(yīng)動(dòng)作從而完成工序動(dòng)作包含機(jī)械手仿真、自動(dòng)門仿真、升降機(jī)仿真、分揀仿真、正反轉(zhuǎn)仿真、郵件分揀、流水線、自動(dòng)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(jī)拆裝仿真，三相異步機(jī)拆分、單相異步機(jī)拆分等（6）儀器儀表的使用仿真萬用表、雙蹤示波器、信號(hào)發(fā)生器、鉗形表等

3）氣動(dòng)回路仿真

（1）軟件以氣動(dòng)經(jīng)典22回路為依據(jù)開發(fā)出28回路的在線及離線仿真

（2）軟件中設(shè)置的14路“考考你！”表現(xiàn)為典型氣路設(shè)備故障。

（3）軟件狀態(tài)含“模擬運(yùn)行”“聯(lián)機(jī)運(yùn)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(nèi)部結(jié)構(gòu)以及液壓回路的工作過程。液壓傳動(dòng)原理的動(dòng)態(tài)演示并不少于18種動(dòng)態(tài)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(yùn)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(yùn)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(yùn)行仿真

6）提供免費(fèi)遠(yuǎn)程教學(xué)，PLC培訓(xùn),伺服,步進(jìn),觸摸屏,變頻器, 單片機(jī)，數(shù)控，機(jī)器人，工業(yè)組態(tài)及網(wǎng)絡(luò)通信等全系列自動(dòng)化技術(shù)培訓(xùn)，自由組合不同教學(xué)手段，實(shí)現(xiàn)各種不同的教學(xué)方法，比如談話式、研討式、活動(dòng)式、競(jìng)賽式等等。進(jìn)行不同老師和不同課程學(xué)習(xí)，可以通過在線學(xué)習(xí)系統(tǒng)向老師提問，做筆記，評(píng)價(jià)及參與話題討論

7）PLC運(yùn)行數(shù)據(jù)顯示：PLC輸入電壓監(jiān)控，PLC輸出電壓監(jiān)控，PLC輸入開關(guān)監(jiān)控，PLC輸出開關(guān)控制以及PLC輸入電壓模擬量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，可根據(jù)實(shí)際需求添加128路。

8）PLC運(yùn)行歷史數(shù)據(jù)：顯示PLC運(yùn)行歷史數(shù)據(jù)，可按時(shí)、天、月進(jìn)行查詢歷史數(shù)據(jù)曲線，以及歷史數(shù)據(jù)表格，可表格數(shù)據(jù)導(dǎo)出處理。

（三）“過程控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置”對(duì)象系統(tǒng)

五、主要配置清單

六、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

• 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的組成與認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)
• 下位機(jī)軟件中的硬件組態(tài)和程序編寫
• 上位機(jī)軟件中的通信建立和界面組態(tài)
• 一階單容上水箱對(duì)象特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)
• 二階雙容水箱對(duì)象特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)
• 上水箱液位PID整定實(shí)驗(yàn)
• 串接雙容下水箱液位PID整定實(shí)驗(yàn)
• 三容液位定值控制實(shí)驗(yàn)
• 鍋爐內(nèi)膽水溫PID控制實(shí)驗(yàn)
• 鍋爐夾套水溫PID控制實(shí)驗(yàn)
• 單閉環(huán)流量PID控制實(shí)驗(yàn)
• 鍋爐內(nèi)膽水溫位式控制實(shí)驗(yàn)
• 水箱液位串級(jí)控制實(shí)驗(yàn)
• 三閉環(huán)液位控制實(shí)驗(yàn)
• 鍋爐夾套與內(nèi)膽水溫串級(jí)控制實(shí)驗(yàn)
• 鍋爐內(nèi)膽水溫與水流量串級(jí)控制實(shí)驗(yàn)
• 上水箱液位與進(jìn)水流量串級(jí)控制實(shí)驗(yàn)
• 單閉環(huán)流量比值控制實(shí)驗(yàn)
• 下水箱液位前饋-反饋控制實(shí)驗(yàn)
• 鍋爐內(nèi)膽水溫前饋-反饋控制實(shí)驗(yàn)
• 溫度純滯后控制實(shí)驗(yàn)
• 流量純滯后控制實(shí)驗(yàn)
• 鍋爐夾套與內(nèi)膽水溫解耦控制實(shí)驗(yàn)
• 上水箱液位與出口水溫解耦控制實(shí)驗(yàn)