YUY-CG04現場(chǎng)總線(xiàn)過(guò)程控制系統實(shí)驗裝置

一、概述
從高校自動(dòng)化相關(guān)專(zhuān)業(yè)教學(xué)實(shí)驗的需求出發(fā)，采用代表自動(dòng)化行業(yè)技術(shù)潮流的現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)，開(kāi)發(fā)出來(lái)的進(jìn)行通訊和遠程控制的網(wǎng)絡(luò )化和數字化實(shí)驗裝置。
“YUY-CG04高級現場(chǎng)總線(xiàn)過(guò)程控制系統實(shí)驗裝置”是由現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統和對象系統組成。該對象系統在管道中采用電磁閥替代YUYGCS-68E型中的手閥控制各管道的連接，可實(shí)現上位機根據采集參數進(jìn)行自動(dòng)控制或者上位機中進(jìn)行鼠標點(diǎn)擊人為控制，為實(shí)現DCS的多種控制策略，系統中上水箱壓力變送器（上水箱液位）采用總線(xiàn)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(xié)議的壓力傳感器通過(guò)總線(xiàn)供電，不需要另外接工作電源）”。
1. 現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統硬件
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(gè)（含MMC卡）
(2) SIEMENS電源模塊一個(gè)
(3) PA Coupler 耦合器一個(gè)
(4) 8路模擬量輸入模塊SM331模塊兩個(gè)
(5) 4路模擬量輸出模塊SM332模塊一個(gè)
(6) 變頻器一個(gè)
(7) DP通訊線(xiàn)和DP接頭若干
(8) MPI-USB通訊線(xiàn)一條
2. 現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統軟件
采用SIEMENS WINCC軟件監控、SIEMENS STEP7編程
二、系統特點(diǎn)
能完整的體現現場(chǎng)過(guò)程變量數字化采集,實(shí)現從過(guò)程變量的現場(chǎng)采集到上位監控的全數字化傳輸,可完成DCS分布控制系統架構。
三、系統結構
現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統結構圖如下：

四、控制對象
一）系統組成
1. 過(guò)程控制實(shí)驗對象系統
實(shí)驗對象系統包含有：不銹鋼儲水箱；上、中、下三個(gè)串接有機玻璃圓筒型水箱；三相4.5kW電加熱鍋爐（由不銹鋼鍋爐內膽加溫筒和封閉式外循環(huán)不銹鋼冷卻鍋爐夾套構成）和鋁塑盤(pán)管組成。
系統動(dòng)力系統有兩套：一套由SIEMENS變頻器、三相（380V交流）不銹鋼磁力驅動(dòng)泵、電動(dòng)調節閥、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*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. 對象系統中的各類(lèi)檢測變送及執行裝置
(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(dòng)力支路及盤(pán)管出水口的流量；
(3) Pt100熱電阻溫度傳感器六只：分別用來(lái)檢測鍋爐內膽、鍋爐夾套、盤(pán)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(dòng)調節閥一個(gè)、可控硅溫度控制模塊一只；
(5) 三相380V不銹鋼磁力驅動(dòng)泵、220V循環(huán)泵。
二）系統主要特點(diǎn)
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(dòng)調節閥儀表類(lèi)執行機構，又有變頻器等電力拖動(dòng)類(lèi)執行器
3. 系統除了能改變調節器的設定值作階躍擾動(dòng)外，還可在對象中通過(guò)電磁閥制造各種擾動(dòng)
4. 一個(gè)被調參數可用不同的動(dòng)力源、不同的執行器和不同的工藝線(xiàn)路下可演變成多種調節回路，以利于討論、比較各種調節方案的優(yōu)劣
5. 能進(jìn)行多變量控制系統及特定的過(guò)程控制系統實(shí)驗
三）“YUY-CG04型高級過(guò)程控制系統實(shí)驗裝置”對象系統總貌圖

五、主要配置清單

六、實(shí)驗內容
1.現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統（FCS）的組成與認識實(shí)驗
2.下位機軟件中的硬件組態(tài)和程序編寫(xiě)
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(shí)驗
5.二階雙容水箱對象特性測試實(shí)驗
6.上水箱液位PID整定實(shí)驗
7.串接雙容下水箱液位PID整定實(shí)驗
8.三容液位定值控制實(shí)驗
9.鍋爐內膽水溫PID控制實(shí)驗
10.鍋爐夾套水溫PID控制實(shí)驗
11.單閉環(huán)流量PID控制實(shí)驗
12.鍋爐內膽水溫位式控制實(shí)驗
13.水箱液位串級控制實(shí)驗
14.三閉環(huán)液位控制實(shí)驗
15.鍋爐夾套與內膽水溫串級控制實(shí)驗
16.鍋爐內膽水溫與水流量串級控制實(shí)驗
17.上水箱液位與進(jìn)水流量串級控制實(shí)驗
18.單閉環(huán)流量比值控制實(shí)驗
19.下水箱液位前饋-反饋控制實(shí)驗
20.鍋爐內膽水溫前饋-反饋控制實(shí)驗
21.溫度純滯后控制實(shí)驗
22.流量純滯后控制實(shí)驗
23.鍋爐夾套與內膽水溫解耦控制實(shí)驗
24.上水箱液位與出口水溫解耦控制實(shí)驗