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)出來的進行通訊和遠程控制的網(wǎng)絡(luò)化和數(shù)字化實驗裝置。
“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)與“高級過程對象系統(tǒng)實驗裝置”基本相同，不同之處在于下水箱的壓力變送器采用SIEMENS帶PROFIBUS-PA通訊接口的壓力變送器（SIEMENS帶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（含MMC卡）
(2) SIEMENS電源模塊一個
(3) PA Coupler 耦合器一個
(4) 8路模擬量輸入模塊SM331模塊兩個
(5) 4路模擬量輸出模塊SM332模塊一個
(6) 變頻器一個
(7) DP通訊線和DP接頭若干
(8) MPI-USB通訊線一條
2. 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。
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
1. 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)完全由不銹鋼材料制造，包括對象框架、管道、底板，甚至小到每一顆緊固螺釘。
2. 對象系統(tǒng)中的各類檢測變送及執(zhí)行裝置
(1) 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；
(2) 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；
(3) 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；
(4) 控制模塊：包含電磁閥、電動調(diào)節(jié)閥各一個；
(5) 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
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)行器中既有電動調(diào)節(jié)閥儀表類執(zhí)行機構(gòu)，又有變頻器等電力拖動類執(zhí)行器
3. 系統(tǒng)除了能改變調(diào)節(jié)器的設(shè)定值作階躍擾動外，還可在對象中通過電磁閥和手操作閥制造各種擾動
4. 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
5. 能進行多變量控制系統(tǒng)及特定的過程控制系統(tǒng)實驗
三）、“KH-GC05現(xiàn)場總線過程控制系統(tǒng)實驗裝置”對象系統(tǒng)如下圖所示
五、 現(xiàn)場總線過程控制系統(tǒng)實驗裝置主要配置清單
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序號
|
設(shè)備名稱
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數(shù)量
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單位
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1
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不銹鋼框架
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1
|
套
|
|
2
|
有機玻璃水桶
|
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
|
擴散硅壓力變送器
|
3
|
只
|
|
16
|
渦輪流量計
|
3
|
只
|
|
17
|
PT100熱電阻傳感器
|
6
|
只
|
|
18
|
電磁閥
|
1
|
只
|
|
19
|
電動調(diào)節(jié)閥
|
1
|
只
|
|
20
|
可控硅調(diào)壓器
|
1
|
只
|
|
21
|
控制柜
|
1
|
臺
|
六、實驗內(nèi)容
1.現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）的組成與認識實驗
2.下位機軟件中的硬件組態(tài)和程序編寫
3.上位機軟件中的通信建立和界面組態(tài)
4.一階單容上水箱對象特性測試實驗
5.二階雙容水箱對象特性測試實驗
6.上水箱液位PID整定實驗
7.串接雙容下水箱液位PID整定實驗
8.三容液位定值控制實驗
9.鍋爐內(nèi)膽水溫PID控制實驗
10.鍋爐夾套水溫PID控制實驗
11.單閉環(huán)流量PID控制實驗
12.鍋爐內(nèi)膽水溫位式控制實驗
13.水箱液位串級控制實驗
14.三閉環(huán)液位控制實驗
15.鍋爐夾套與內(nèi)膽水溫串級控制實驗
16.鍋爐內(nèi)膽水溫與水流量串級控制實驗
17.上水箱液位與進水流量串級控制實驗
18.單閉環(huán)流量比值控制實驗
19.下水箱液位前饋-反饋控制實驗
20.鍋爐內(nèi)膽水溫前饋-反饋控制實驗
21.溫度純滯后控制實驗
22.流量純滯后控制實驗
23.鍋爐夾套與內(nèi)膽水溫解耦控制實驗
24.上水箱液位與出口水溫解耦控制實驗
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