高級(jí)過程控制實(shí)訓(xùn)系統(tǒng),高級(jí)過程控制實(shí)訓(xùn)平臺(tái)是專門為用戶解決疑難問題的,非常具有代表性,在客戶進(jìn)行產(chǎn)品選型前,我們一般建議用戶先看下高級(jí)過程控制實(shí)訓(xùn)系統(tǒng),高級(jí)過程控制實(shí)訓(xùn)平臺(tái)。這樣能對(duì)用戶選型有非常大的幫助。
一、系統(tǒng)簡(jiǎn)要描述
整套系統(tǒng)分為:上位控制層系統(tǒng),實(shí)驗(yàn)對(duì)象層,檢測(cè)傳感、變送、執(zhí)行設(shè)備,上位控制軟件四部分。系統(tǒng)特點(diǎn):整套系統(tǒng)安放在可移動(dòng)的試驗(yàn)臺(tái)桌上,小巧且試驗(yàn)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(shí)驗(yàn)對(duì)象層系統(tǒng):
控制對(duì)象:由鋁合金框架安裝、外置不銹鋼儲(chǔ)水箱、有機(jī)玻璃三容串接水箱、帶夾套不銹鋼常壓鍋爐容器、鋁塑復(fù)合管路、不銹鋼等組成。
1.標(biāo)準(zhǔn)鋁型材安裝框架:標(biāo)準(zhǔn)PVC鋁塑管安裝有機(jī)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(shè)間隔鋁合金可安裝檢測(cè)傳感執(zhí)行裝置、管路等。
2.實(shí)驗(yàn)臺(tái)桌:實(shí)驗(yàn)臺(tái)桌上安放控制對(duì)象;
3.外置不銹鋼儲(chǔ)水箱及水泵安裝在帶可移動(dòng)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(duì)象管路系統(tǒng)相連便可實(shí)驗(yàn)。
4.有機(jī)玻璃三容串接水箱:
①有機(jī)玻璃雙容串接水箱:由進(jìn)口有機(jī)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(gè)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(dòng)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(dòng)力:功率可調(diào)的不銹鋼循環(huán)水泵:可組成不銹鋼泵+電動(dòng)調(diào)節(jié)閥+渦輪流量計(jì)的動(dòng)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(jì)的動(dòng)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(dòng)力系統(tǒng)。
檢測(cè)傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu):
²流量傳感器:渦輪流量計(jì)+流量變送儀。
²液位傳感器:擴(kuò)散硅液位傳感器三個(gè),分別用于檢測(cè)上中下三個(gè)水箱的液位。另外加熱鍋爐容器上還加一個(gè)擴(kuò)散硅壓力傳感器,做恒壓供水實(shí)驗(yàn)時(shí)檢測(cè)容器壓力。
²溫度傳感器:Pt100熱電阻傳感器一個(gè),Pt100熱電阻溫度變送器一個(gè)。用于檢測(cè)帶夾套的不銹鋼常壓加熱鍋爐的內(nèi)膽溫度。
²壓力傳感器:擴(kuò)散硅壓力傳感器一個(gè)。用于檢測(cè)加熱鍋爐容器壓力實(shí)驗(yàn)時(shí)的動(dòng)態(tài)壓力。
²變頻調(diào)速器:三菱變頻調(diào)速器一個(gè)。用于調(diào)節(jié)變頻動(dòng)力支路的供水壓力及流量。
²電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制模塊:主控:TMS320F28335。外擴(kuò):RAM512*16位,Flash512K*16位,使用撥碼開關(guān)實(shí)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(cè)電路,相電流檢測(cè)電路,動(dòng)力電源位AC220V供電,功率3KW?刂瓢澹阂壕敛捎4.3寸串口屏 ,5個(gè)獨(dú)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(shí)可將RS232、RS485采用同一個(gè)串口使用短路帽進(jìn)行短路條線)、CAN、以太網(wǎng)口(SPI接口,設(shè)計(jì)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(hào)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(yùn)放跟隨實(shí)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(guān)量輸出:2組,分別用于報(bào)警信號(hào)輸出、準(zhǔn)備完成信號(hào)輸出。開關(guān)量輸入:開關(guān)量輸入3組。EEPROM存儲(chǔ):有剩余IO可考慮設(shè)計(jì)24C02存儲(chǔ)器。測(cè)試點(diǎn):預(yù)留環(huán)形測(cè)試點(diǎn)測(cè)試PWM信號(hào)、ADC信號(hào)、DAC信號(hào)、電源。本地控制:本地串口屏顯示參數(shù)電壓、電流、設(shè)定值、實(shí)時(shí)值,本地按鍵操作。遠(yuǎn)程控制:遠(yuǎn)程采用RS485或RS232接口使用FreeModbus-RTU協(xié)議實(shí)現(xiàn)與遠(yuǎn)程工控屏的串口通信,顯示電壓、電流、設(shè)定值、實(shí)時(shí)值,在遠(yuǎn)程觸摸屏上可進(jìn)行控制實(shí)現(xiàn)5個(gè)獨(dú)立按鍵的功能。
²電動(dòng)調(diào)節(jié)閥:全不銹鋼電動(dòng)調(diào)節(jié)閥一個(gè)。用于調(diào)節(jié)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥動(dòng)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(shí)驗(yàn)面板:鋁面板噴塑結(jié)構(gòu)。
強(qiáng)電控制面板:裝有漏電保護(hù)空氣開關(guān)、電流型漏電保護(hù)器,充分考慮人身安全保護(hù);配置帶鑰匙的電源啟動(dòng)控制回路和多組保險(xiǎn)絲,同時(shí)每一組強(qiáng)電輸出都有旋鈕開關(guān)控制,保證設(shè)備安全,操作控制便捷;裝有分相電壓表、指示燈,直觀,強(qiáng)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(yīng)用。
控制器面板:變頻控制器面板、智能儀表控制面板。
信號(hào)接口面板:控制對(duì)象中的儀表信號(hào)和電氣信號(hào)轉(zhuǎn)移到信號(hào)接線板上,提供AI、AO、DO等傳感器檢測(cè)及執(zhí)行器控制信號(hào)接口,便于學(xué)生自己連線組成不同的控制系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)者通過安全型接插式導(dǎo)線將實(shí)驗(yàn)板與信號(hào)板之間進(jìn)行不同的配線,以完成過程控制各類實(shí)驗(yàn)。
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(wù)。本產(chǎn)品提供的PLC控制系統(tǒng)主機(jī)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(wù)中的完美表現(xiàn),為培養(yǎng)工程化人才提供更多更強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。
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(chǎng)情況整定儀表控制算法的各種參數(shù),達(dá)到控制效果。同時(shí)帶通訊功能的儀表與上位計(jì)算機(jī)的軟件平臺(tái)通訊。儀表各種參數(shù)和過程值進(jìn)入軟件平臺(tái)(一般為工控組態(tài)軟件)的數(shù)據(jù)庫(kù),再加上組態(tài)的流程畫面和操作界面,可以方便在上位計(jì)算機(jī)整定參數(shù),對(duì)過程值進(jìn)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(jì)算機(jī)算法軟件;另一種采用工控機(jī)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(shí)就地安裝時(shí)采用通訊方式向計(jì)算機(jī)送數(shù)據(jù)不存在信號(hào)衰減,因此本產(chǎn)品采用第一種方式的應(yīng)用。用戶可根據(jù)自己學(xué)校的實(shí)際情況選用第二種方式的應(yīng)用(例如研華A/D、D/A、采樣板卡)。
在控制臺(tái)直接裝有數(shù)據(jù)采集模塊,同時(shí)利用工控軟件MCGS中強(qiáng)大的算法組態(tài)功能,便捷的組建一個(gè)帶人機(jī)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(shí)驗(yàn)和算法編程參考,方便實(shí)驗(yàn)教學(xué)和工程人才培養(yǎng)。
四、過程控制實(shí)驗(yàn)裝置配置清單
序號(hào) |
名 稱 |
功 能 |
規(guī)格型號(hào) |
材質(zhì) |
數(shù)量 |
1 |
標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)臺(tái)桌 |
標(biāo)準(zhǔn)鋁合金實(shí)驗(yàn)臺(tái)桌上安放控制對(duì)象 |
|
鋁合金 |
1套 |
2 |
標(biāo)準(zhǔn)框架及標(biāo)準(zhǔn)安裝底板 |
標(biāo)準(zhǔn)框架安裝有機(jī)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(cè)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(jìn)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(chǔ)水箱(由1.5mm厚不銹鋼鏡面板制作)可移動(dòng) |
|
不銹鋼(2個(gè)通道) |
1 |
有機(jī)玻璃上小水箱 |
|
底板20mm進(jìn)口有機(jī)玻璃板 側(cè)板8 mm進(jìn)口有機(jī)玻璃板 有機(jī)玻璃水箱前面直接刻有液位標(biāo)尺; |
1 |
||
有機(jī)玻璃中小水箱 |
|
底板20mm進(jìn)口有機(jī)玻璃板 側(cè)板8 mm進(jìn)口有機(jī)玻璃板 有機(jī)玻璃水箱前面直接刻有液位標(biāo)尺; |
1 |
||
有機(jī)玻璃下小水箱 |
|
底板20mm進(jìn)口有機(jī)玻璃板 側(cè)板8 mm進(jìn)口有機(jī)玻璃板 有機(jī)玻璃水箱前面直接刻有液位標(biāo)尺 |
1 |
||
5 |
水泵 |
低噪不銹鋼靜音泵 |
揚(yáng)程15米 |
功率0.37KW,揚(yáng)程15米,最大流量0.80-0.85立方米每小時(shí) |
2 |
6 |
溫度傳感器 |
Pt100熱電阻 |
熱電阻 |
Pt100 |
4個(gè) |
7 |
溫度變送器 |
Pt100熱電阻標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)轉(zhuǎn)換 |
輸出4-20mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào) |
|
4個(gè) |
8 |
壓力液位傳感器 |
擴(kuò)散硅壓力/液位變送器 |
4-20mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出,0.5級(jí)測(cè)量精度 |
金屬防水外殼 |
3個(gè) |
9 |
渦輪流量計(jì)及變送器 |
額定流量0.28-0.30T/h |
4-20mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出;測(cè)量精度±1.0% |
金屬防水外殼 |
2個(gè) |
10 |
電動(dòng)調(diào)節(jié)閥 |
額定流量為0.28-0.30立方米每小時(shí) |
4-20mA信號(hào)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(gè) |
13 |
換熱器(純滯后盤管) |
純滯后盤管盤長(zhǎng)20m,上有三個(gè)測(cè)溫點(diǎn),純滯后時(shí)間常數(shù)可變 |
溫度對(duì)象 |
不銹鋼 |
1 |
表2:智能儀表控制實(shí)驗(yàn)臺(tái)硬件配置表
序號(hào) |
硬件型號(hào) |
型號(hào) |
數(shù)量 |
1 |
實(shí)驗(yàn)控制柜 |
|
1 |
2 |
電腦桌 |
|
1 |
3 |
強(qiáng)電控制面板 |
鈑金噴塑 |
1 |
4 |
I/O信號(hào)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(guān)電源 |
24V/3A |
1 |
9 |
鍋爐防干燒保護(hù)器 |
|
1 |
10 |
自鎖緊接頭插座及連接導(dǎo)線 |
|
1 |
表3 DDC上位控制系統(tǒng)硬件配置表
序號(hào) |
硬件名稱 |
硬件型號(hào) |
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(hào) |
硬件名稱 |
硬件型號(hào) |
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(hào) |
名 稱 |
型號(hào) |
品牌 |
數(shù)量 |
1 |
MCGS工控組態(tài)軟件網(wǎng)絡(luò)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(shí)驗(yàn)軟件 |
|
|
1套 |
4 |
DDC控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)軟件 |
|
|
1套 |
四、過程控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目
1、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目:
·過程控制系統(tǒng)的組成認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn):
(1)過程控制及檢測(cè)裝置硬件結(jié)構(gòu)組成的認(rèn)識(shí),控制方案的組成及控制系統(tǒng)連接實(shí)驗(yàn)。
(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(shè)定。
(3)傳感器的校正(零點(diǎn)遷移與量程調(diào)整)
·對(duì)象特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)
l單容水箱液位數(shù)學(xué)模型的測(cè)試實(shí)驗(yàn)
l雙容水箱液位數(shù)學(xué)模型的測(cè)試實(shí)驗(yàn)
l鍋爐內(nèi)膽水溫特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)
·單回路控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)
l單容水箱液位定值控制實(shí)驗(yàn)
l雙容水箱液位定值控制實(shí)驗(yàn)
l鍋爐內(nèi)膽水溫定值控制實(shí)驗(yàn)
l單閉環(huán)流量定值控制實(shí)驗(yàn)
l鍋爐內(nèi)膽壓力定值控制實(shí)驗(yàn)
·串級(jí)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)
l水箱液位串級(jí)控制實(shí)驗(yàn)
l鍋爐內(nèi)膽水溫與循環(huán)水流量串級(jí)控制實(shí)驗(yàn)
l水箱液位與進(jìn)水口流量串級(jí)控制實(shí)驗(yàn)
·比值控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)
l流量比值控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)
·變頻恒壓供水實(shí)驗(yàn)
·純滯后實(shí)驗(yàn)
·溫度的滯后控制實(shí)驗(yàn)
·流量純滯后控制實(shí)驗(yàn)
·工控制組態(tài)軟件組態(tài)控制實(shí)驗(yàn)
l所有實(shí)驗(yàn)均包括數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài)、圖形動(dòng)畫、報(bào)表、曲線、報(bào)警組態(tài)、設(shè)備通訊組態(tài)、算法組態(tài)等實(shí)驗(yàn)