HLLXZX-03高級現(xiàn)場總線過程控制系統(tǒng)實驗裝置
一、系統(tǒng)概述
“HLLXZX-03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(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。
“HLLXZX-03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手閥控制各管道的連接，可實現(xiàn)上位機(jī)根據(jù)采集參數(shù)進(jìn)行自動控制或者上位機(jī)中進(jìn)行鼠標(biāo)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）”。
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：
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(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(gòu)。
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、控制對象
一）、系統(tǒng)組成
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SIEMENS變頻器、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220V循環(huán)泵、渦輪流量計等組成。
整套對象系統(tǒng)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(tǒng)中的各類檢測變送及執(zhí)行裝置
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；
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(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、電動調(diào)節(jié)閥一個、可控硅溫度控制模塊一只；
三相380V不銹鋼磁力驅(qū)動泵、220V循環(huán)泵。
二）、系統(tǒng)主要特點
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制造各種擾動
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
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
三）、“HLLXZX-03高級現(xiàn)場總線過程控制系統(tǒng)實驗裝置”對象系統(tǒng)總貌圖
五、HLLXZX-03高級現(xiàn)場總線過程控制系統(tǒng)實驗裝置配置清單
序號 | 設(shè)備名稱 | 數(shù)量 | 單位 |
1 | 不銹鋼框架 | 1 | 套 |
2 | 有機(jī)玻璃水桶 | 3 | 只 |
3 | 不銹鋼下水箱 | 1 | 只 |
4 | 不銹鋼復(fù)合加熱桶 | 1 | 只 |
5 | 380V磁力驅(qū)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(kuò)散硅壓力變送器（帶SIEMENS PROFIBUS-PA總線協(xié)議） | 1 | 只 |
16 | 擴(kuò)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(guān) | 1 | 只 |
21 | 旋鈕 | 4 | 只 |
22 | 中間繼電器 | 若干 | 只 |
23 | DC24V開關(guān)電源 | 1 | 只 |
24 | 電動調(diào)節(jié)閥 | 1 | 只 |
25 | 可控硅調(diào)壓器 | 1 | 只 |
26 | 控制柜 | 1 | 臺 |
六、實驗內(nèi)容
現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（DCS）的組成與認(rèn)識實驗
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(nèi)膽水溫PID控制實驗
鍋爐夾套水溫PID控制實驗
單閉環(huán)流量PID控制實驗
鍋爐內(nèi)膽水溫位式控制實驗
水箱液位串級控制實驗
三閉環(huán)液位控制實驗
鍋爐夾套與內(nèi)膽水溫串級控制實驗
鍋爐內(nèi)膽水溫與水流量串級控制實驗
上水箱液位與進(jìn)水流量串級控制實驗
單閉環(huán)流量比值控制實驗
下水箱液位前饋-反饋控制實驗
鍋爐內(nèi)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(nèi)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
