TW-CK12 高級現(xiàn)場總線過程控制系統(tǒng)實驗裝置
一、系統(tǒng)概述
“TW-CK12 高級現(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(luò)化和數(shù)字化實驗裝置。
“TW-CK12型高級現(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)在管道中采用電磁閥替代SYGCS-68E型中的手閥控制各管道的連接，可實現(xiàn)上位機根據(jù)采集參數(shù)進行自動控制或者上位機中進行鼠標點擊人為控制，為實現(xiàn)DCS的多種控制策略，系統(tǒng)中上水箱壓力變送器（上水箱液位）采用總線采集參數(shù)“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(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,可完成DCS分布控制系統(tǒng)架構(gòu)。
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21只、電動調(diào)節(jié)閥一個、可控硅溫度控制模塊一只；
(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）、系統(tǒng)總貌圖
五、配置清單
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序號
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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
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套
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2
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有機玻璃水桶
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3
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只
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3
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不銹鋼下水箱
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1
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只
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4
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不銹鋼復合加熱桶
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1
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只
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5
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380V磁力驅(qū)動泵
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1
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只
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6
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220V循環(huán)泵
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1
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只
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7
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SIEMENS 315-2DP CPU
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1
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只
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8
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SIEMENS 電源模塊
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1
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只
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9
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MMC卡
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1
|
只
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10
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PA Coupler 耦合器
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1
|
只
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11
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8路模擬量輸入模
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2
|
只
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12
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4路模擬量輸出模
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1
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只
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13
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SIEMES變頻器MM420
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1
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只
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14
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DP通訊線和DP接頭
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若干
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只
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15
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擴散硅壓力變送器（帶SIEMENS PROFIBUS-PA總線協(xié)議）
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1
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只
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16
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擴散硅壓力變送器
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2
|
只
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17
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渦輪流量計
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3
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只
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18
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PT100熱電阻傳感器
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6
|
只
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19
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電磁閥
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21
|
只
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20
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空氣開關(guān)
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1
|
只
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21
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旋鈕
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4
|
只
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22
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中間繼電器
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若干
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只
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23
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DC24V開關(guān)電源
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1
|
只
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24
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電動調(diào)節(jié)閥
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1
|
只
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25
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可控硅調(diào)壓器
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1
|
只
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26
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控制柜
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1
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臺
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六、實驗項目
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
