现场总线过程控制系统实验装置

KCGK-05型现场总线过程控制系统实验装置

（过程控制与自动化仪表）

一、系统概述

“现场总线过程控制系统实验装置”是从高校自动化相关专业教学实验的需求出发，采用代表自动化行业技术潮流的现场总线技术，开发出来的进行通讯和远程控制的网络化和数字化实验装置。

“现场总线过程控制系统实验装置”是由现场总线控制系统和对象系统组成。

1.现场总线控制系统硬件

除电气部分给各种工作部件提供电源外，还有下列主要部件：

（1）SIEMENS 315-2DP CPU一个（含MMC卡）

（2）DP/PA Coupler 耦合器一个

（3）8路模拟量输入模块SM331模块两个

（4）4路模拟量输出模块SM332模块一个

（5）变频器一个

（6）DP通讯线和DP接头若干

（7）通讯处理器CP5611卡一张

2.现场总线控制系统软件

本套控制系统下位机编程软件采用SIEMENS公司的下位机编程软件STEP 7。STEP 7是用于SIMATIC S7-300/400站创建可编程逻辑控制程序的标准软件，可使用梯形逻辑图、功能块图和语句表。它是SIEMENS SIMATIC工业软件的组成部分。STEP 7以其强大的功能和灵活的编程方式广泛应用于工业控制系统，总体说来，它有如下的功能特性：

（1）可通过选择SIMATIC工业软件中的软件产品进行扩展

（2）为功能摸板和通讯处理器赋参数值

（3）强制和多处理器模式

（4）全局数据通讯

（5）使用通讯功能块的事件驱动数据传送

（6）组态连接

本套控制系统上位机监控软件采用SIEMENS公司的上位机监控组态软件SIMATIC  Wincc。

Wincc指的是Windows Control Center，它是在生产过程自动化中解决可视化和控制任务的监控系统，它提供了适用于工业的图形显示、消息、归档以及报表的功能模板。高性能的功能耦合、快速的画面更新以及可靠的数据交换使其具有高度的实用性。

Wincc 是基于Windows NT 32位操作系统的，在Windows NT或Windows 2000标准环境中，Wincc具有控制自动化过程的强大功能，它是基于个人计算机，同时具有极高性价比的操作监视系统。Wincc的显著特性就是全面开放，它很容易结合用户的下位机程序建立人机界面，精确地满足控制系统的要求。不仅如此，Wincc还建立了像DDE、OLE等在Windonws程序间交换数据的标准接口，因此能毫无困难的集成ActiveX控制和OPC服务器、客户端功能。

Wincc软件是基于多语言设计的，这意味着可以在中文、德语、英语等众多语言之间进行选择。

二、系统特点

能完整的体现现场过程变量数字化采集。实现从过程变量的现场采集到上位监控的全数字化传输。

三、系统结构

现场总线控制系统结构图如下：

四、实验内容

1.现场总线控制系统（FCS）的组成与认识实验

2.下位机软件中的硬件组态和程序编写

3.上位机软件中的通信建立和界面组态

4.一阶单容上水箱对象特性测试实验

5.二阶双容水箱对象特性测试实验

6.上水箱液位PID整定实验

7.串接双容下水箱液位PID整定实验

8.三容液位定值控制实验

9.锅炉内胆水温PID控制实验

10.锅炉夹套水温PID控制实验

11.单闭环流量PID控制实验

12.锅炉内胆水温位式控制实验

13.水箱液位串级控制实验

14.三闭环液位控制实验

15.锅炉夹套与内胆水温串级控制实验

16.锅炉内胆水温与水流量串级控制实验

17.上水箱液位与进水流量串级控制实验

18.单闭环流量比值控制实验

19.下水箱液位前馈-反馈控制实验

20.锅炉内胆水温前馈-反馈控制实验

21.温度纯滞后控制实验

22.流量纯滞后控制实验

23.锅炉夹套与内胆水温解耦控制实验

24.上水箱液位与出口水温解耦控制实验

控制对象系统

一、系统组成

1.过程控制实验对象系统

实验对象系统包含有：不锈钢储水箱；上、中、下三个串接有机玻璃圆筒型水箱；三相4.5kW电加热锅炉（由不锈钢锅炉内胆加温筒和封闭式外循环不锈钢冷却锅炉夹套构成）和铝塑盘管组成。

系统动力系统有两套：一套由三相（380V交流）不锈钢磁力驱动泵、电动调节阀、交流电磁阀、涡轮流量计等组成；另一套由日本三菱变频器、三相不锈钢磁力驱动泵（220V变频）、涡轮流量计等组成。

整套对象系统完全由不锈钢材料制造，包括对象框架、管道、底板，甚至小到每一颗紧固螺钉。

2.对象系统中的各类检测变送及执行装置

（1）扩散硅压力变送器三只：分别检测上水箱、中水箱、下水箱液位；其中下水箱的压力变送器采用SIEMENS带PROFIBUS-PA通讯接口的压力变送器（SIEMENS带PROFIBUS-PA通讯协议的压力传感器通过总线供电，不需要另外接工作电源。

（2）涡轮流量计三只：分别检测两条动力支路及盘管出水口的流量；

（3）Pt100热电阻温度传感器六只：分别用来检测锅炉内胆、锅炉夹套、盘管（三只）及上水箱出水口水温；

（4）控制模块：包含电磁阀、电动调节阀各一个；

（5）三相380V不锈钢磁力驱动泵、三相220V不锈钢磁力驱动泵。

二.系统主要特点

1.被调参数囊括了流量、压力、液位、温度四大热工参数

2.执行器中既有电动调节阀仪表类执行机构，又有变频器等电力拖动类执行器

系统除了能改变调节器的设定值作阶跃扰动外，还可在对象中通过电磁阀和手操作阀制造各种扰动

3.一个被调参数可用不同的动力源、不同的执行器和不同的工艺线路下可演变成多种调节回路，以利于讨论、比较各种调节方案的优劣

4.能进行多变量控制系统及特定的过程控制系统实验