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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。该对象系统与“高级过程对象系统实验装置”基本相同，不同之处在于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）。
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) SIEMENS电源模块一个
(3) PA Coupler 耦合器一个
(4) 8路模拟量输入模块SM331模块两个
(5) 4路模拟量输出模块SM332模块一个
(6) 变频器一个
(7) DP通讯线和DP接头若干
(8) MPI-USB通讯线一条
2. 现场总线控制系统软件
采用SIEMENS WINCC软件监控、SIEMENS STEP7编程
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、控制对象
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SIEMENS变频器、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220V循环泵、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；
(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、220V循环泵。
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
3. 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
4. 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
5. 能进行多变量控制系统及特定的过程控制系统实验
三）、“SG-GC05现场总线过程控制系统实验装置”对象系统如下图所示
五、主要配置清单
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序号 |
设备名称 |
数量 |
单位 |
|
1 |
不锈钢框架 |
1 |
套 |
|
2 |
有机玻璃水桶 |
3 |
只 |
|
3 |
不锈钢下水箱 |
1 |
只 |
|
4 |
不锈钢复合加热桶 |
1 |
只 |
|
5 |
380V磁力驱动泵 |
1 |
只 |
|
6 |
220V循环泵 |
1 |
只 |
|
7 |
SIEMENS 315-2DP CPU |
1 |
只 |
|
8 |
SIEMENS 电源模块 |
1 |
只 |
|
9 |
MMC卡 |
1 |
只 |
|
10 |
PA Coupler 耦合器 |
1 |
只 |
|
11 |
8路模拟量输入模 |
2 |
只 |
|
12 |
4路模拟量输出模 |
1 |
只 |
|
13 |
SIEMES变频器MM420 |
1 |
只 |
|
14 |
DP通讯线和DP接头 |
若干 |
只 |
|
15 |
扩散硅压力变送器 |
3 |
只 |
|
16 |
涡轮流量计 |
3 |
只 |
|
17 |
PT100热电阻传感器 |
6 |
只 |
|
18 |
电磁阀 |
1 |
只 |
|
19 |
电动调节阀 |
1 |
只 |
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20 |
可控硅调压器 |
1 |
只 |
|
21 |
控制柜 |
1 |
台 |
六、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
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