ZN-68EGC現(xiàn)場總線過程控制系統(tǒng)實驗裝置

        過程控制實驗室今后的工作方向是：進一步加強管理體制建設，提高實驗室的管理水平和運行效率,；以現(xiàn)有實驗室硬件為基礎(chǔ),，與多的企事業(yè)單位、科研機構(gòu),、大專院校聯(lián)合,，共同開展技術(shù)咨詢、技術(shù)培訓,，進行學術(shù)交流與合作,；進一步加強科學研究工作，以過程控制理論為指導,，結(jié)合*的工業(yè)控制技術(shù)DCS,、PLC等，不斷通過在過程控制實驗室的訓練,，培養(yǎng)學生對實際工業(yè)過程自動化系統(tǒng)的設計能力,、調(diào)試能力和分析能力，為今后的學習或工作打下堅實的基礎(chǔ),。

一,、系統(tǒng)概述

"ZN-68EGC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)絡化和數(shù)字化實驗裝置,。

"ZN-68EGX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。 

ZN-68EGC現(xiàn)場總線高級過程控制對象系統(tǒng)實驗裝置：

（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；另一套由日本三菱變頻器,、三相不銹鋼磁力驅(qū)動泵（220V變頻）,、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,。

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,；其中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）。

(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,；其中調(diào)節(jié)閥支路的流量檢測采用SIEMENS帶PROFIBUS-PA通訊接口的檢測和變送一體的電磁式流量計,。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,；

(3)控制模塊：包含電磁閥、電動調(diào)節(jié)閥各一個,；調(diào)節(jié)閥采用SIEMENS帶PROFIBUS-PA通訊接口的氣動調(diào)節(jié)閥,，用來進行回路流量的調(diào)節(jié)。它具有精度高,、技術(shù)*,、體積小、重量輕,、推動力大,、耗氣量少、可靠性高,、操作方便等優(yōu)點,。由CPU直接發(fā)送的數(shù)字信號控制閥門的開度，本氣動調(diào)節(jié)閥自動進行零點校正,，使用和校正都非常方便

(4)三相380V不銹鋼磁力驅(qū)動泵、三相220V不銹鋼磁力驅(qū)動泵,。

(5)變頻器采用SIEMENS帶PROFIBUS-DP通訊接口模塊的變頻器,，其輸入電壓為單相AC220V，輸出為三相AC220V,。

(6)空氣壓縮機采用具有無油*,，氣量自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的空壓機，用于給氣動調(diào)節(jié)閥提供氣源,。

（二）系統(tǒng)主要特點

1.本套實驗裝置既包含了各種常規(guī)的檢測裝置,，又包含了SIEMENS PA接口的總線檢測裝置；

2.被控參數(shù)全面,，涵蓋了連續(xù)性工業(yè)生產(chǎn)過程中的液位,、壓力、流量及溫度等典型參數(shù),；

3.真實性,、直觀性、綜合性強，控制對象組件全部來源于工業(yè)現(xiàn)場,；

4.執(zhí)行器中既有氣動調(diào)節(jié)閥,，又有變頻器、可控硅移相調(diào)壓裝置,。調(diào)節(jié)系統(tǒng)除了有設定值的階躍擾動外,，還可以通過對象中的電磁閥和手動操作閥制造各種擾動；

5.一個被調(diào)參數(shù)可在不同的動力源,、不同的執(zhí)行器和不同的工藝管路下演變成多種調(diào)節(jié)回路,，以利于討論、比較各種調(diào)節(jié)方案的優(yōu)劣,；

6.系統(tǒng)設計時考慮到兩個信號在本對象中存在著相互耦合,，二者同時需要對原獨立調(diào)節(jié)系統(tǒng)的被調(diào)參數(shù)進行整定，或進行解耦實驗,，以符合工業(yè)實際的性能要求,；

7.能進行單變量到多變量控制系統(tǒng)及復雜過程控制系統(tǒng)實驗；

可構(gòu)成從現(xiàn)場檢測到上位機監(jiān)控檢測之間的全數(shù)字通道,。

ZN-68EGC現(xiàn)場總線過程控制系統(tǒng)實驗裝置：

（一）系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 

"ZN-68EGC現(xiàn)場總線過程控制系統(tǒng)"為工業(yè)現(xiàn)場控制柜結(jié)構(gòu),，它是"SBGCS-68E現(xiàn)場總線過程控制對象系統(tǒng)實驗裝置"的控制部分，其控制網(wǎng)絡的控制流程圖如下：

 1.硬件介紹

(1)電氣部分給各種工作部件提供電源

(2)SIEMENS 315-2DP CPU一個（含MMC卡）

(3)CP343-1以太網(wǎng)通訊模塊一個

(4)DP LINK 鏈路器一個

(5)DP/PA Coupler 耦合器一個

(6)遠程分布式I/O模塊ET200M一個

(7)模擬量輸入模塊SM331模塊兩個

(8)模擬量輸出模塊SM332模塊一個

(9)SIEMENS MICROMASTER 420變頻器一個

(10)SIEMENS 變頻器DP通訊模塊一個

(11)SIEMENS SITRNS PA 溫度變送器一個

(12)普通網(wǎng)卡一個

(13)DP通訊線和DP接頭若干

(14)10/100M交換機一只

2.軟件介紹

3.本套控制系統(tǒng)下位機編程軟件采用SIEMENS公司的下位機編程軟件STEP 7,。STEP 7是用于SIMATIC S7-300/400站創(chuàng)建可編程邏輯控制程序的標準軟件,，可使用梯形邏輯圖、功能塊圖和語句表,。它是SIEMENS SIMATIC工業(yè)軟件的組成部分,。STEP 7以其強大的功能和靈活的編程方式廣泛應用于工業(yè)控制系統(tǒng)，總體說來,，它有如下的功能特性：

4.可通過選擇SIMATIC工業(yè)軟件中的軟件產(chǎn)品進行擴展

5.為功能摸板和通訊處理器賦參數(shù)值

6.強制和多處理器模式

7.全局數(shù)據(jù)通訊

8.使用通訊功能塊的事件驅(qū)動數(shù)據(jù)傳送

9.組態(tài)連接

10.本套控制系統(tǒng)上位機監(jiān)控軟件采用SIEMENS公司的上位機監(jiān)控組態(tài)軟件SIMATIC  Wincc,。

11.Wincc指的是Windows Control Center，它是在生產(chǎn)過程自動化中解決可視化和控制任務的監(jiān)控系統(tǒng),，它提供了適用于工業(yè)的圖形顯示,、消息、歸檔以及報表的功能模板,。高性能的功能耦合,、快速的畫面更新以及可靠的數(shù)據(jù)交換使其具有高度的實用性。

12.Wincc 是基于Windows NT 32位操作系統(tǒng)的,，在Windows NT或Windows 2000標準環(huán)境中,，Wincc具有控制自動化過程的強大功能，它是基于個人計算機,，同時具有*性價比的操作監(jiān)視系統(tǒng),。Wincc的顯著特性就是全面開放,，它很容易結(jié)合用戶的下位機程序建立人機界面，精的確地滿足控制系統(tǒng)的要求,。不僅如此,，Wincc還建立了像DDE、OLE等在Windonws程序間交換數(shù)據(jù)的標準接口,，因此能毫無困難的集成ActiveX控制和OPC服務器,、客戶端功能。

13.Wincc軟件是基于多語言設計的,，這意味著可以在中文,、德語、英語等眾多語言之間進行選擇,。

（二）系統(tǒng)特點

ZN-68EGC型 現(xiàn)場總線過程控制系統(tǒng)從上位機控制系統(tǒng)到現(xiàn)場儀表之間清晰的分為三層,，其中操作員站和服務器之間，服務器和主控制器之間采用工業(yè)以太網(wǎng)通訊,，構(gòu)成了整個控制系統(tǒng)的管理級,；主控制器、遠程分布式I/O模塊,、變頻器,、DP/PA耦合器之間通過PROFIBUS-DP協(xié)議進行通信，構(gòu)成了控制系統(tǒng)的控制級,；控制級通過DP/PA鏈路延伸出下一級PROFIBUS-PA網(wǎng)絡,，壓力傳感器、電磁流量計,、溫度變送器和閥門定位器直接掛接在同一條PROFIBUS-PA總線上,，這樣就實現(xiàn)了現(xiàn)場儀表通過DP/PA鏈路和主控制器之間的數(shù)據(jù)交換。

（三）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