TW-CK12 高級現場總線過程控製係統實驗裝置

一、係統概述

“TW-CK12 高級現場總線過程控製係統實驗裝置”是從高校自動化相關專業教學實驗的需求出發，采用代表自動化行業技術潮流的現場總線技術，開發出來的進行通訊和遠程控製的網絡化和數字化實驗裝置。

“TW-CK12型高級現場總線過程控製係統實驗裝置”是由現場總線控製係統和對象係統組成。該對象係統在管道中采用電磁閥替代SYGCS-68E型中的手閥控製各管道的連接，可實現上位機根據采集參數進行自動控製或者上位機中進行鼠標點擊人為控製，為實現DCS的多種控製策略，係統中上水箱壓力變送器（上水箱液位）采用總線采集參數“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、現場總線控製係統硬件

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接頭若幹

(8) MPI-USB通訊線一條

2、現場總線控製係統軟件

采用SIEMENS WINCC軟件監控、SIEMENS STEP7編程

二、係統特點

能完整的體現現場過程變量數字化采集,實現從過程變量的現場采集到上位監控的全數字化傳輸,可完成DCS分布控製係統架構。

三、係統結構

現場總線控製係統結構圖如下：

四、控製對象

（一）、係統組成

1. 過程控製實驗對象係統

實驗對象係統包含有：不鏽鋼儲水箱；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（由不鏽鋼鍋爐內膽加溫筒和封閉式外循環不鏽鋼冷卻鍋爐夾套構成）和鋁塑盤管組成。

係統動力係統有兩套：一套由SIEMENS變頻器、三相（380V交流）不鏽鋼磁力驅動泵、電動調節閥、交流電磁閥、渦輪流量計等組成；另一套由220V循環泵、渦輪流量計等組成。

整套對象係統完全由不鏽鋼材料製造，包括對象框架、管道、底板，甚至小到每一顆緊固螺釘。

2. 對象係統中的各類檢測變送及執行裝置

(1) 擴散矽壓力變送器三隻：分別檢測上水箱、中水箱、下水箱液位；

(2) 渦輪流量計三隻：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隻：分別用來檢測鍋爐內膽、鍋爐夾套、盤管（三隻）及上水箱出水口水溫；

(4) 控製模塊：包含電磁閥21隻、電動調節閥一個、可控矽溫度控製模塊一隻；

(5) 三相380V不鏽鋼磁力驅動泵、220V循環泵。

（二）、係統主要特點

1. 被調參數囊括了流量、壓力、液位、溫度四大熱工參數

2. 執行器中既有電動調節閥儀表類執行機構，又有變頻器等電力拖動類執行器

3. 係統除了能改變調節器的設定值作階躍擾動外，還可在對象中通過電磁閥製造各種擾動

4. 一個被調參數可用不同的動力源、不同的執行器和不同的工藝線路下可演變成多種調節回路，以利於討論、比較各種調節方案的優劣

5. 能進行多變量控製係統及特定的過程控製係統實驗

（三）、係統總貌圖

五、配置清單

六、實驗項目

1.現場總線控製係統（FCS）的組成與認識實驗

2.下位機軟件中的硬件組態和程序編寫

3.上位機軟件中的通信建立和界麵組態

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

8.三容液位定值控製實驗

9.鍋爐內膽水溫PID控製實驗

10.鍋爐夾套水溫PID控製實驗

11.單閉環流量PID控製實驗

12.鍋爐內膽水溫位式控製實驗

13.水箱液位串級控製實驗

14.三閉環液位控製實驗

15.鍋爐夾套與內膽水溫串級控製實驗

16.鍋爐內膽水溫與水流量串級控製實驗

17.上水箱液位與進水流量串級控製實驗

18.單閉環流量比值控製實驗

19.下水箱液位前饋-反饋控製實驗

20.鍋爐內膽水溫前饋-反饋控製實驗

21.溫度純滯後控製實驗

22.流量純滯後控製實驗

23.鍋爐夾套與內膽水溫解耦控製實驗

24.上水箱液位與出口水溫解耦控製實驗