TWB-CK04高級過程控製實訓係統（含DCS控製）

一、係統簡要描述

整套係統分為：上位控製層係統，實驗對象層，檢測傳感、變送、執行設備，上位控製軟件四部分。係統特點:整套係統安放在可移動的試驗台桌上，小巧且試驗裝置占地麵積小。

1、上位控製層係統：①、智能儀表控製模塊；②、PLC控製係統；③DDC控製係統。

2、實驗對象層係統：

控製對象：由鋁合金框架安裝、外置不鏽鋼儲水箱、有機玻璃三容串接水箱、帶夾套不鏽鋼常壓鍋爐容器、鋁塑複合管路、不鏽鋼等組成。

1.標準鋁型材安裝框架：標準PVC鋁塑管安裝有機玻璃三容串接水箱、帶夾套不鏽鋼常壓鍋爐容器。安裝底板鋪設間隔鋁合金可安裝檢測傳感執行裝置、管路等。

2.實驗台桌：實驗台桌上安放控製對象;

3.外置不鏽鋼儲水箱及水泵安裝在帶可移動腳輪的框架上（由鋁合金框架製作的），作為一體。水泵出水口帶快插接頭，水泵同控製對象管路係統相連便可實驗。

4.有機玻璃三容串接水箱：

①有機玻璃雙容串接水箱：由進口有機玻璃製作，上水箱、中水箱、下水箱、上中下水箱三容串接安裝，每個水箱帶溢流管及下排水管及閥門，壓力液位傳感器接口

5、帶夾套的不鏽鋼常壓加熱鍋爐容器：

內膽Φ100×500（通動態被加熱水），帶單相1.5KW電加熱管，夾套Φ150×400，內膽安裝Pt100溫度傳感器。

係統動力：功率可調的不鏽鋼循環水泵:可組成不鏽鋼泵＋電動調節閥＋渦輪流量計的動力流量調節係統，也可組成不鏽鋼泵＋變頻器＋渦輪流量計的動力流量調節係統。單相可控矽移相調壓裝置、單相電加熱管組成鍋爐加熱動力係統。

檢測傳感器、執行機構：

流量傳感器：渦輪流量計＋流量變送儀。

液位傳感器：擴散矽液位傳感器三個，分別用於檢測上中下三個水箱的液位。另外加熱鍋爐容器上還加一個擴散矽壓力傳感器，做恒壓供水實驗時檢測容器壓力。

溫度傳感器：Pt100熱電阻傳感器一個，Pt100熱電阻溫度變送器一個。用於檢測帶夾套的不鏽鋼常壓加熱鍋爐的內膽溫度。

壓力傳感器：擴散矽壓力傳感器一個。用於檢測加熱鍋爐容器壓力實驗時的動態壓力。

變頻調速器：三菱變頻調速器一個。用於調節變頻動力支路的供水壓力及流量。

電機運動控製模塊：主控：TMS320F28335。外擴：RAM512*16位，Flash512K*16位，使用撥碼開關實現模式選擇。功率板：采用集成IPM模塊，可外接刹車電阻，母線電容充電緩衝電路、母線電壓檢測電路，相電流檢測電路，動力電源位AC220V供電，功率3KW。控製板：液晶屏采用4.3寸串口屏 ，5個獨立按鍵按鍵（分別為RUN、STOP、REST、UP、DOW）。通信接口：RS232、RS485（異步串口不夠時可將RS232、RS485采用同一個串口使用短路帽進行短路條線）、CAN、以太網口（SPI接口，設計W5500模塊模塊接口使用現有的成品模塊）；CAN、RS232、RS485為隔離通信接口與TMS320F28335無直接電氣連接。串口感器接口：霍爾信號接口及差分編碼器接口統一使用DB15連接。模擬量輸出：不使用到的PWM用於RC濾波運放跟隨實現DAC輸出。模擬量輸入：芯片內部不使用的ADC接口用於外部模擬量輸入，接口為0~10V輸入。開關量輸出：2組，分別用於報警信號輸出、準備完成信號輸出。開關量輸入：開關量輸入3組。EEPROM存儲：有剩餘IO可考慮設計24C02存儲器。測試點：預留環形測試點測試PWM信號、ADC信號、DAC信號、電源。本地控製：本地串口屏顯示參數電壓、電流、設定值、實時值，本地按鍵操作。遠程控製：遠程采用RS485或RS232接口使用FreeModbus-RTU協議實現與遠程工控屏的串口通信，顯示電壓、電流、設定值、實時值，在遠程觸摸屏上可進行控製實現5個獨立按鍵的功能。

電動調節閥：全不鏽鋼電動調節閥一個。用於調節電動調節閥動力支路的供水壓力及流量。

二、上位過程控製係統

上位控製操作/實驗麵板：鋁麵板噴塑結構。

強電控製麵板：裝有漏電保護空氣開關、電流型漏電保護器，充分考慮人身安全保護；配置帶鑰匙的電源啟動控製回路和多組保險絲，同時每一組強電輸出都有旋鈕開關控製，保證設備安全，操作控製便捷；裝有分相電壓表、指示燈，直觀，強電信息一目了然；裝有變頻器及其控製接口麵板，方便變頻器熟悉、操作和應用。

控製器麵板：變頻控製器麵板、智能儀表控製麵板。

信號接口麵板：控製對象中的儀表信號和電氣信號轉移到信號接線板上，提供AI、AO、DO等傳感器檢測及執行器控製信號接口，便於學生自己連線組成不同的控製係統。實驗者通過安全型接插式導線將實驗板與信號板之間進行不同的配線，以完成過程控製各類實驗。

三、上位過程控製係統基型配置：

1）S7-1200PLC控製係統

隨著科技的發展，PLC即使是Micro PLC，也可以勝任多種控製任務。本產品提供的PLC控製係統主機選用西門子的1200係列，主要展示小型（Micro）PLC在滿足小規模的控製任務中的完美表現，為培養工程化人才提供更多更強的實驗平台。

2）智能儀表控製係統

儀表控製係統核心為帶通信功能的各種儀表，儀表內集成了各種算法，根據現場情況整定儀表控製算法的各種參數，達到控製效果。同時帶通訊功能的儀表與上位計算機的軟件平台通訊。儀表各種參數和過程值進入軟件平台（一般為工控組態軟件）的數據庫，再加上組態的流程畫麵和操作界麵，可以方便在上位計算機整定參數，對過程值進行記錄分析。

3）DDC控製係統

DDC控製係統一般有兩種形式，一種采用外部數據采集模塊的形式，其核心為帶RS485通訊的數據采集模塊和計算機算法軟件；另一種采用工控機和ISA或PCI插槽的數據采集板卡。外部數據采集模塊由於安裝方便，同時就地安裝時采用通訊方式向計算機送數據不存在信號衰減，因此本產品采用第一種方式的應用。用戶可根據自己學校的實際情況選用第二種方式的應用（例如研華A/D、D/A、采樣板卡）。

在控製台直接裝有數據采集模塊，同時利用工控軟件MCGS中強大的算法組態功能，便捷的組建一個帶人機界麵的DDC控製係統。在DDC係統中提供開放的算法軟件供實驗和算法編程參考，方便實驗教學和工程人才培養。

四、YLGK-03型過程控製實驗裝置配置清單

表1 YLGK-03型過程控製實驗對象（一套）

表2：智能儀表控製實驗台硬件配置表

表3  DDC上位控製係統硬件配置表

表4：西門子S1200-PLC上位控製係統硬件配置表

表5：軟件清單

五、DCS控製係統

DCS控製係統功能及組成

係統結構圖

DCS控製係統控製櫃

標準電器控製櫃：高x寬x深：1900x600x600mm，內安裝漏電保護空氣開關、電流型漏電保護器充分考慮人身安全保護；配置帶鑰匙的電源啟動控製回路和多組保險絲，同時每一組強電輸出都有旋鈕開，關控製，保證設備安全，操作便捷；裝有分相電壓表、指示燈，開關電源等。

DP遠程I/O單元

遠程I/O單元，通過線纜同控製對象上的檢測、傳感、執行裝置相連。獲取底層對象檢測傳感信號，執行控製執行信號。

現場主控單元：

1）、工程師站下裝的組態控製程序在現場主控單元運行。

2）、現場主控單元內裝通訊卡，通過同總線遠程I/O單元通訊並獲取底層對象檢測傳感信號，發出控製執行信號。

3）、現場主控單元內裝以太網卡。同上位服務器計算機通訊、接受運行工程師站下裝的組態控製程序，同時現場主控單元向上位服務器發送上位監控計算機所需的控製信息。

工程師/操作員站：

主要作用：

1）、先期的控製組態程序在其上進行，組態編譯完畢的控製程序通過服務器向下位主控單元下裝。

2）、人機界麵監控程序在上位工程師/操作站運行。

DCS工控平台係統軟件及DCS控製實驗軟件

係統配置工程師站軟件/控製器運行軟件及操作員站監控組態軟件軟件：硬件設備組態軟件、數據庫組態軟件、控製組態軟件、圖形組態軟件、算法組態軟件。

根據用戶要求完成現場設計安裝，完成係統與用戶已有的控製對象的連接、調試，在DCS工控平台係統軟件基礎上，我們根據學校的要求開發響應的實驗控製軟件，從而組成一個完整的DCS過程控製係統。

DCS集散上位控製係統配置

1、現場控製站硬件:

3、配置軟件清單

管道圖

五、過程控製係統實驗項目

1、實驗項目：

過程控製係統的組成認識實驗：

（1）過程控製及檢測裝置硬件結構組成的認識，控製方案的組成及控製係統連接實驗。

（2）智能調節儀表、智能變送儀表等各種智能儀表的操作及參數設定。

（3）傳感器的校正（零點遷移與量程調整）

對象特性測試實驗

單容水箱液位數學模型的測試實驗

雙容水箱液位數學模型的測試實驗

鍋爐內膽水溫特性測試實驗

單回路控製係統實驗

單容水箱液位定值控製實驗

雙容水箱液位定值控製實驗

鍋爐內膽水溫定值控製實驗

單閉環流量定值控製實驗

鍋爐內膽壓力定值控製實驗

串級控製係統實驗

水箱液位串級控製實驗

鍋爐內膽水溫與循環水流量串級控製實驗

水箱液位與進水口流量串級控製實驗

比值控製係統實驗

流量比值控製係統實驗

變頻恒壓供水實驗

純滯後實驗

溫度的滯後控製實驗

流量純滯後控製實驗

工控製組態軟件組態控製實驗

所有實驗均包括數據庫組態、圖形動畫、報表、曲線、報警組態、設備通訊組態、算法組態等實驗

2、DCS係統部分實驗

單容水箱液位數學模型特性測試實驗

雙容水箱液位數學模型特性測試實驗

單容液位定值控製實驗

雙容液位定值控製實驗

三容液位定值控製實驗

鍋爐內膽水溫定值控製實驗

鍋爐夾套水溫定值控製實驗

單閉環流量定值控製實驗

鍋爐內膽水溫位式控製實驗

水箱液位串級控製實驗

三閉環液位串級控製實驗

鍋爐夾套與內膽水溫串級控製實驗

水箱液位與進水口流量串級控製實驗

單（雙）閉環流量比值控製實驗

下水箱液位前饋-反饋控製實驗

鍋爐內膽水溫前饋-反饋控製實驗

溫度的滯後控製實驗

流量純滯後控製實驗

鍋爐夾套與內膽水溫解耦控製實驗

上水箱液位與出口水溫解耦控製實驗