THYGCS-68E现场总线过程控制系统实验装置

一、系统概述

“现场总线过程控制系统实验装置”是从高校自动化相关专业教学实验的需求出发，采用代表自动化行业技术潮流的现场总线技术，开发出来的进行通讯和远程控制的网络化和数字化实验装置。

“现场总线过程控制系统实验装置”是由现场总线控制系统和对象系统组成。该对象系统在管道中采用电磁阀替代中的手阀控制各管道的连接，可实现上位机根据采集参数进行自动控制或者上位机中进行鼠标点击人为控制，为实现多种控制策略，系统中上水箱压力变送器（上水箱液位）采用总线采集参数“变送器采用带SIEMENS PROFIBUS-PA通讯接口的压力变送器（带SIEMENS PROFIBUS-PA通讯协议的压力传感器通过总线供电，不需要另外接工作电源）”。

• 现场总线控制系统硬件

除电气部分给各种工作部件提供电源外，还有下列主要部件：SIEMENS 315-2DP CPU一个（含MMC卡）

• SIEMENS电源模块一个
• PA Coupler 耦合器一个
• 8路模拟量输入模块SM331模块两个
• 4路模拟量输出模块SM332模块一个
• 变频器一个
• DP通讯线和DP接头若干
• MPI-USB通讯线一条

• 现场总线控制系统软件

采用SIEMENS WINCC软件监控、SIEMENS STEP7编程

二、系统特点

能完整的体现现场过程变量数字化采集,实现从过程变量的现场采集到上位监控的全数字化传输,可完成分布控制系统架构。

三、系统结构

四、控制对象

（一）系统组成

• 过程控制实验对象系统

实验对象系统包含有：不锈钢储水箱；上、中、下三个串接有机玻璃圆筒型水箱；三相4.5kW电加热锅炉（由不锈钢锅炉内胆加温筒和封闭式外循环不锈钢冷却锅炉夹套构成）和铝塑盘管组成。

系统动力系统有两套：一套由SIEMENS变频器、三相（380V交流）不锈钢磁力驱动泵、电动调节阀、交流电磁阀、涡轮流量计等组成；另一套由220V循环泵、涡轮流量计等组成。

整套对象系统*由不锈钢材料制造，包括对象框架、管道、底板，甚至小到每一颗紧固螺钉。

• 对象系统中的各类检测变送及执行装置

• 扩散硅压力变送器三只：分别检测上水箱、中水箱、下水箱液位；
• 涡轮流量计三只：分别检测两条动力支路及盘管出水口的流量；
• Pt100热电阻温度传感器六只：分别用来检测锅炉内胆、锅炉夹套、盘管（三只）及上水箱出水口水温；
• 控制模块：包含电磁阀21只、电动调节阀一个、可控硅温度控制模块一只；
• 三相380V不锈钢磁力驱动泵、220V循环泵。

（二）系统主要特点

• 被调参数囊括了流量、压力、液位、温度四大热工参数
• 执行器中既有电动调节阀仪表类执行机构，又有变频器等电力拖动类执行器
• 系统除了能改变调节器的设定值作阶跃扰动外，还可在对象中通过电磁阀制造各种扰动
• 一个被调参数可用不同的动力源、不同的执行器和不同的工艺线路下可演变成多种调节回路，以利于讨论、比较各种调节方案的优劣
• 能进行多变量控制系统及特定的过程控制系统实验

（三）配套软件

1、博图TIA portal

SIMATIC Step 7 V14是基于TIA博途平台的全新的工程组态软件，支持SIMATIC S7-1500、SIMATIC S7-1200、SIMATIC S7-300和SIMATIC S7-400控制器、同时也支持基于PC的SIMATIC WinAC自动化系统。

★2、工业4.0仿真实训软件（正版软件，投标现场提供著作权证书原件和逐条演示）

软件采用三维建模基于虚拟现实技术的计算机仿真模拟技术，可以进行PLC电气控制仿真、电工电子仿真、气动仿真、液压仿真、传感器仿真等工业常用技术仿真

1）PLC仿真可以通过PLC编程控制模型的相应动作从而完成工序动作包含机械手仿真、自动门仿真、升降机仿真、分拣仿真、正反转仿真、邮件分拣、流水线、自动分拣等。

2）电工电子线路仿真

（1）接线仿真（2）电路仿真（3）排故仿真（4）原理仿真（5）电机拆装仿真，三相异步机拆分、单相异步机拆分等（6）仪器仪表的使用仿真万用表、双踪示波器、信号发生器、钳形表等

3）气动回路仿真

（1）软件以气动经典22回路为依据开发出28回路的在线及离线仿真

（2）软件中设置的14路“考考你！”表现为典型气路设备故障。

（3）软件状态含“模拟运行”“联机运行”即离线仿真、在线仿真。

4）液压回路仿真其界面可清楚的展示液压元器件的内部结构以及液压回路的工作过程。液压传动原理的动态演示并不少于18种动态演示。

5）传感器仿真

（1）温度变送传感器器仿真包含温度变送传感器模拟拆装；温度变送传感器模拟接线；温度变送传感器模拟运行仿真

（2）液位传感器仿真包含液位传感器模拟拆装；液位传感器模拟接线；液位传感器模拟运行仿真

（3）流量传感器仿真包含流量传感器模拟拆装；流量传感器模拟接线；流量传感器模拟运行仿真

6）提供免费远程教学，PLC培训,伺服,步进,触摸屏,变频器, 单片机，数控，机器人，工业组态及网络通信等全系列自动化技术培训，自由组合不同教学手段，实现各种不同的教学方法，比如谈话式、研讨式、活动式、竞赛式等等。进行不同老师和不同课程学习，可以通过在线学习系统向老师提问，做笔记，评价及参与话题讨论

7）PLC运行数据显示：PLC输入电压监控，PLC输出电压监控，PLC输入开关监控，PLC输出开关控制以及PLC输入电压模拟量实时数据，可根据实际需求添加128路。

8）PLC运行历史数据：显示PLC运行历史数据，可按时、天、月进行查询历史数据曲线，以及历史数据表格，可表格数据导出处理。

（三）“过程控制系统实验装置”对象系统

五、主要配置清单

六、实验内容

• 现场总线控制系统的组成与认识实验
• 下位机软件中的硬件组态和程序编写
• 上位机软件中的通信建立和界面组态
• 一阶单容上水箱对象特性测试实验
• 二阶双容水箱对象特性测试实验
• 上水箱液位PID整定实验
• 串接双容下水箱液位PID整定实验
• 三容液位定值控制实验
• 锅炉内胆水温PID控制实验
• 锅炉夹套水温PID控制实验
• 单闭环流量PID控制实验
• 锅炉内胆水温位式控制实验
• 水箱液位串级控制实验
• 三闭环液位控制实验
• 锅炉夹套与内胆水温串级控制实验
• 锅炉内胆水温与水流量串级控制实验
• 上水箱液位与进水流量串级控制实验
• 单闭环流量比值控制实验
• 下水箱液位前馈-反馈控制实验
• 锅炉内胆水温前馈-反馈控制实验
• 温度纯滞后控制实验
• 流量纯滞后控制实验
• 锅炉夹套与内胆水温解耦控制实验
• 上水箱液位与出口水温解耦控制实验