一、系統(tǒng)簡要描述
整套系統(tǒng)分為：上位控制層系統(tǒng)，實驗對象層，檢測傳感、變送、執(zhí)行設備，上位控制軟件四部分。系統(tǒng)特點:整套系統(tǒng)安放在可移動的試驗臺桌上，小巧且試驗裝置占地面積小。
1、上位控制層系統(tǒng)：①、智能儀表控制模塊；②、plc控制系統(tǒng)；③DDC控制系統(tǒng)。
2、實驗對象層系統(tǒng)：
控制對象：由鋁合金框架安裝、外置不銹鋼儲水箱、有機玻璃三容串接水箱、帶夾套不銹鋼常壓鍋爐容器、鋁塑復合管路、不銹鋼等組成。
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、帶夾套不銹鋼常壓鍋爐容器。安裝底板鋪設間隔鋁合金可安裝檢測傳感執(zhí)行裝置、管路等。
2.實驗臺桌：實驗臺桌上安放控制對象;
3.外置不銹鋼儲水箱及水泵安裝在帶可移動腳輪的框架上（由鋁合金框架制作的），作為一體。水泵出水口帶快插接頭，水泵同控制對象管路系統(tǒng)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：由進口有機玻璃制作，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、帶夾套的不銹鋼常壓加熱鍋爐容器：
內(nèi)膽Φ100×500（通動態(tài)被加熱水），帶單相1.5KW電加熱管，夾套Φ150×400，內(nèi)膽安裝Pt100溫度傳感器。
系統(tǒng)動力：功率可調(diào)的不銹鋼循環(huán)水泵:可組成不銹鋼泵＋電動調(diào)節(jié)閥＋渦輪流量計的動力流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)，也可組成不銹鋼泵＋變頻器＋渦輪流量計的動力流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)。單相可控硅移相調(diào)壓裝置、單相電加熱管組成鍋爐加熱動力系統(tǒng)。
檢測傳感器、執(zhí)行機構(gòu)：
流量傳感器：渦輪流量計＋流量變送儀。
液位傳感器：擴散硅液位傳感器三個，分別用于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硅壓力傳感器，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。用于檢測帶夾套的不銹鋼常壓加熱鍋爐的內(nèi)膽溫度。
壓力傳感器：擴散硅壓力傳感器一個。用于檢測加熱鍋爐容器壓力實驗時的動態(tài)壓力。
 變頻調(diào)速器：三菱變頻調(diào)速器一個。用于調(diào)節(jié)變頻動力支路的供水壓力及流量。
 電機運動控制模塊：主控：TMS320F28335。外擴：RAM512*16位，F(xiàn)lash512K*16位，使用撥碼開關實現(xiàn)模式選擇。功率板：采用集成IPM模塊，可外接剎車電阻，母線電容充電緩沖電路、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?？刂瓢澹阂壕敛捎?.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(wǎng)口（SPI接口，設計W5500模塊模塊接口使用現(xiàn)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(tǒng)一使用DB15連接。模擬量輸出：不使用到的PWM用于RC濾波運放跟隨實現(xiàn)DAC輸出。模擬量輸入：芯片內(nèi)部不使用的ADC接口用于外部模擬量輸入，接口為0~10V輸入。開關量輸出：2組，分別用于報警信號輸出、準備完成信號輸出。開關量輸入：開關量輸入3組。EEPROM存儲：有剩余IO可考慮設計24C02存儲器。測試點：預留環(huán)形測試點測試PWM信號、ADC信號、DAC信號、電源。本地控制：本地串口屏顯示參數(shù)電壓、電流、設定值、實時值，本地按鍵操作。遠程控制：遠程采用RS485或RS232接口使用FreeModbus-RTU協(xié)議實現(xiàn)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制實現(xiàn)5個獨立按鍵的功能。
電動調(diào)節(jié)閥：全不銹鋼電動調(diào)節(jié)閥一個。用于調(diào)節(jié)電動調(diào)節(jié)閥動力支路的供水壓力及流量。
二、上位過程控制系統(tǒng)
上位控制操作/實驗面板：鋁面板噴塑結(jié)構(gòu)。
強電控制面板：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制回路和多組保險絲，同時每一組強電輸出都有旋鈕開關控制，保證設備安全，操作控制便捷；裝有分相電壓表、指示燈，直觀，強電信息一目了然；裝有變頻器及其控制接口面板，方便變頻器熟悉、操作和應用。
控制器面板：變頻控制器面板、智能儀表控制面板。
信號接口面板：控制對象中的儀表信號和電氣信號轉(zhuǎn)移到信號接線板上，提供AI、AO、DO等傳感器檢測及執(zhí)行器控制信號接口，便于學生自己連線組成不同的控制系統(tǒng)。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，以完成過程控制各類實驗。
三、上位過程控制系統(tǒng)基型配置：
1）S7-1200PLC控制系統(tǒng)
隨著科技的發(fā)展，PLC即使是Micro PLC，也可以勝任多種控制任務。本產(chǎn)品提供的PLC控制系統(tǒng)主機選用西門子的1200系列，主要展示小型（Micro）PLC在滿足小規(guī)模的控制任務中的完美表現(xiàn)，為培養(yǎng)工程化人才提供更多更強的實驗平臺。
2）智能儀表控制系統(tǒng)
儀表控制系統(tǒng)核心為帶通信功能的各種儀表，儀表內(nèi)集成了各種算法，根據(jù)現(xiàn)場情況整定儀表控制算法的各種參數(shù)，達到控制效果。同時帶通訊功能的儀表與上位計算機的軟件平臺通訊。儀表各種參數(shù)和過程值進入軟件平臺（一般為工控組態(tài)軟件）的數(shù)據(jù)庫，再加上組態(tài)的流程畫面和操作界面，可以方便在上位計算機整定參數(shù)，對過程值進行記錄分析。
3）DDC控制系統(tǒng)
DDC控制系統(tǒng)一般有兩種形式，一種采用外部數(shù)據(jù)采集模塊的形式，其核心為帶RS485通訊的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)采集板卡。外部數(shù)據(jù)采集模塊由于安裝方便，同時就地安裝時采用通訊方式向計算機送數(shù)據(jù)不存在信號衰減，因此本產(chǎn)品采用第一種方式的應用。用戶可根據(jù)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）。
在控制臺直接裝有數(shù)據(jù)采集模塊，同時利用工控軟件MCGS中強大的算法組態(tài)功能，便捷的組建一個帶人機界面的DDC控制系統(tǒng)。在DDC系統(tǒng)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(yǎng)。
四、過程控制實驗裝置配置清單

序號	名 稱	功   能	規(guī)格型號	材質(zhì)	數(shù)量
1	標準實驗臺桌	標準鋁合金實驗臺桌上安放控制對象		鋁合金	1套
2	標準框架及標準安裝底板	標準框架安裝有機玻璃三容串接水箱、帶夾套不銹鋼常壓鍋爐容器，方便安裝固定鋁合金支撐框架、檢測傳感執(zhí)行裝置、管路等。		鋁合金	1套
3	電加熱常壓鍋爐壓力容器	由不銹鋼內(nèi)膽加溫筒（帶220V 1.25KW進口不銹鋼電加熱管）和封閉式帶保溫不銹鋼夾套組成		封閉式帶保溫不銹鋼夾套（1.5mm304 不銹鋼） 不銹鋼內(nèi)膽加溫筒(1.5mm304不銹鋼)	1
4	水箱	儲水箱（由1.5mm厚不銹鋼鏡面板制作）可移動		不銹鋼（2個通道）	1
		有機玻璃上小水箱		底板20mm進口有機玻璃板 側(cè)板8 mm進口有機玻璃板 有機玻璃水箱前面直接刻有液位標尺；	1
		有機玻璃中小水箱		底板20mm進口有機玻璃板 側(cè)板8 mm進口有機玻璃板 有機玻璃水箱前面直接刻有液位標尺；	1
		有機玻璃下小水箱		底板20mm進口有機玻璃板 側(cè)板8 mm進口有機玻璃板 有機玻璃水箱前面直接刻有液位標尺	1
5	水泵	低噪不銹鋼靜音泵	揚程15米	功率0.37KW，揚程15米,最大流量0.80-0.85立方米每小時	2
6	溫度傳感器	Pt100熱電阻	熱電阻	Pt100	4個
7	溫度變送器	Pt100熱電阻標準信號轉(zhuǎn)換	輸出4-20mA標準信號		4個
8	壓力液位傳感器	擴散硅壓力/液位變送器	4-20mA標準信號輸出，0.5級測量精度	金屬防水外殼	3個
9	渦輪流量計及變送器	額定流量0.28-0.30T/h	4-20mA標準信號輸出；測量精度±1.0％	金屬防水外殼	2個
10	電動調(diào)節(jié)閥	額定流量為0.28-0.30立方米每小時	4-20mA信號輸入	帶不銹鋼法蘭	1
11	電磁閥	使用壓力范圍為0-7㎏/㎝3	工作溫度為-5--80℃	常閉	1
12	電加熱控制器	可控硅移相調(diào)壓裝置	輸入4-20mA	可控硅	1個
13	換熱器（純滯后盤管）	純滯后盤管盤長20m，上有三個測溫點，純滯后時間常數(shù)可變	溫度對象	不銹鋼	1

 表2：智能儀表控制實驗臺硬件配置表

序號	硬件型號	型號	數(shù)量
1	實驗控制柜		1
2	電腦桌		1
3	強電控制面板	鈑金噴塑	1
4	I/O信號接口控制面板	鈑金噴塑	1
5	RS232/485轉(zhuǎn)換器	通訊轉(zhuǎn)換器	1
6	變頻調(diào)速器	0.37KW	1
7	AI智能調(diào)節(jié)儀（自帶Rs485通訊接口）	AI818\AI708	3
8	開關電源	24V/3A	1
9	鍋爐防干燒保護器		1
10	自鎖緊接頭插座及連接導線		1

 表3  DDC上位控制系統(tǒng)硬件配置表

序號	硬件名稱	硬件型號	數(shù)量
1	8路A/D ICP-8017	數(shù)據(jù)采集模塊	1
2	4路D/A ICP-8024	數(shù)據(jù)采集模塊	1
3	RS232/485轉(zhuǎn)換器	通訊轉(zhuǎn)換器	1

 表4：西門子S1200-PLC上位控制系統(tǒng)硬件配置表

序號	硬件名稱	硬件型號	數(shù)量
1	控制器	1212C	1
2	模擬量模塊	4AI/1A0	1
3	通訊適配器	PC/PPI	1

 

 表5：軟件清單

序號	名    稱	型號	品牌	數(shù)量
1	MCGS工控組態(tài)軟件網(wǎng)絡版7.6	MCGS	昆侖通態(tài)	1套
2	西門子博圖PLC編程軟件		西門子	1套
3	智能儀表控制實驗軟件			1套
4	DDC控制系統(tǒng)實驗軟件			1套

 

 
四、過程控制系統(tǒng)實驗項目
1、實驗項目：
過程控制系統(tǒng)的組成認識實驗：
（1）過程控制及檢測裝置硬件結(jié)構(gòu)組成的認識，控制方案的組成及控制系統(tǒng)連接實驗。
（2）智能調(diào)節(jié)儀表、智能變送儀表等各種智能儀表的操作及參數(shù)設定。
（3）傳感器的校正（零點遷移與量程調(diào)整）
對象特性測試實驗
l 單容水箱液位數(shù)學模型的測試實驗
l 雙容水箱液位數(shù)學模型的測試實驗
l 鍋爐內(nèi)膽水溫特性測試實驗
單回路控制系統(tǒng)實驗
l 單容水箱液位定值控制實驗
l 雙容水箱液位定值控制實驗
l 鍋爐內(nèi)膽水溫定值控制實驗
l 單閉環(huán)流量定值控制實驗
l 鍋爐內(nèi)膽壓力定值控制實驗
串級控制系統(tǒng)實驗
l 水箱液位串級控制實驗
l 鍋爐內(nèi)膽水溫與循環(huán)水流量串級控制實驗
l 水箱液位與進水口流量串級控制實驗
 比值控制系統(tǒng)實驗
l 流量比值控制系統(tǒng)實驗
變頻恒壓供水實驗
純滯后實驗
溫度的滯后控制實驗
流量純滯后控制實驗
工控制組態(tài)軟件組態(tài)控制實驗
l 所有實驗均包括數(shù)據(jù)庫組態(tài)、圖形動畫、報表、曲線、報警組態(tài)、設備通訊組態(tài)、算法組態(tài)等實驗

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