YUY-CG08現場總線過程控制系統實驗裝置
一、系統概述
“現場總線過程控制系統實驗裝置”是從高校自動化相關專業教學實驗的需求出發，采用代表自動化行業技術潮流的現場總線技術，開發出來的進行通訊和遠程控制的網絡化和數字化實驗裝置。
“現場總線過程控制系統實驗裝置”是由現場總線控制系統和對象系統組成。
現場總線高級過程控制對象系統實驗裝置： （一）系統組成
1.過程控制實驗對象系統 實驗對象系統包含有：不銹鋼儲水箱；上、中、下三個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不銹鋼冷卻鍋爐夾套構成）和鋁塑盤管組成。
系統動力系統有兩套：一套由三相（380V交流）不銹鋼磁力驅動泵、電動調節閥、交流電磁閥、渦輪流量計等組成；另一套由日本三菱變頻器、三相不銹鋼磁力驅動泵（220V變頻）、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；其中下水箱的壓力變送器采用SIEMENS帶PROFIBUS-PA通訊接口的壓力變送器（SIEMENS帶PROFIBUS-PA通訊協議的壓力傳感器通過總線供電，不需要另外接工作電源）。
(2)渦輪流量計三只：分別檢測兩條動力支路及盤管出水口的流量；其中調節閥支路的流量檢測采用SIEMENS帶PROFIBUS-PA通訊接口的檢測和變送一體的電磁式流量計。Pt100熱電阻溫度傳感器六只：分別用來檢測鍋爐內膽、鍋爐夾套、盤管（三只）及上水箱出水口水溫；
(3)控制模塊：包含電磁閥、電動調節閥各一個；調節閥采用SIEMENS帶PROFIBUS-PA通訊接口的氣動調節閥，用來進行回路流量的調節。它具有精度高、技術*、體積小、重量輕、推動力大、耗氣量少、可靠性高、操作方便等優點。由CPU直接發送的數字信號控制閥門的開度，本氣動調節閥自動進行零點校正，使用和校正都非常方便
(4)三相380V不銹鋼磁力驅動泵、三相220V不銹鋼磁力驅動泵。
(5)變頻器采用SIEMENS帶PROFIBUS-DP通訊接口模塊的變頻器，其輸入電壓為單相AC220V，輸出為三相AC220V。
(6)空氣壓縮機采用具有無油，氣量自動調節系統的空壓機，用于給氣動調節閥提供氣源。
（二）系統主要特點
1.本套實驗裝置既包含了各種常規的檢測裝置，又包含了SIEMENS PA接口的總線檢測裝置；
2.被控參數全面，涵蓋了連續性工業生產過程中的液位、壓力、流量及溫度等典型參數；
3.真實性、直觀性、綜合性強，控制對象組件全部來源于工業現場；
4.執行器中既有氣動調節閥，又有變頻器、可控硅移相調壓裝置。調節系統除了有設定值的階躍擾動外，還可以通過對象中的電磁閥和手動操作閥制造各種擾動；
5.一個被調參數可在不同的動力源、不同的執行器和不同的工藝管路下演變成多種調節回路，以利于討論、比較各種調節方案的優劣；
6.系統設計時考慮到兩個信號在本對象中存在著相互耦合，二者同時需要對原獨立調節系統的被調參數進行整定，或進行解耦實驗，以符合工業實際的性能要求；
7.能進行單變量到多變量控制系統及復雜過程控制系統實驗；
可構成從現場檢測到上位機監控檢測之間的全數字通道。
現場總線過程控制系統實驗裝置： （一）系統結構
“現場總線過程控制系統”為工業現場控制柜結構，它是“現場總線過程控制對象系統實驗裝置”的控制部分，其控制網絡的控制流程圖如下：
1.硬件介紹 (1)電氣部分給各種工作部件提供電源
(2)SIEMENS 315-2DP CPU一個（含MMC卡）
(3)CP343-1以太網通訊模塊一個
(4)DP LINK 鏈路器一個
(5)DP/PA Coupler 耦合器一個
(6)遠程分布式I/O模塊ET200M一個
(7)模擬量輸入模塊SM331模塊兩個
(8)模擬量輸出模塊SM332模塊一個
(9)SIEMENS MICROMASTER 420變頻器一個
(10)SIEMENS 變頻器DP通訊模塊一個
(11)SIEMENS SITRNS PA 溫度變送器一個
(12)普通網卡一個
(13)DP通訊線和DP接頭若干
(14)10/100M交換機一只
2.軟件介紹
3.本套控制系統下位機編程軟件采用SIEMENS公司的下位機編程軟件STEP 7。STEP 7是用于SIMATIC S7-300/400站創建可編程邏輯控制程序的標準軟件，可使用梯形邏輯圖、功能塊圖和語句表。它是SIEMENS SIMATIC工業軟件的組成部分。STEP 7以其強大的功能和靈活的編程方式廣泛應用于工業控制系統，總體說來，它有如下的功能特性：
4.可通過選擇SIMATIC工業軟件中的軟件產品進行擴展
5.為功能摸板和通訊處理器賦參數值
6.強制和多處理器模式
7.全局數據通訊
8.使用通訊功能塊的事件驅動數據傳送
9.組態連接
10.本套控制系統上位機監控軟件采用SIEMENS公司的上位機監控組態軟件SIMATIC Wincc。
11.Wincc指的是Windows Control Center，它是在生產過程自動化中解決可視化和控制任務的監控系統，它提供了適用于工業的圖形顯示、消息、歸檔以及報表的功能模板。高性能的功能耦合、快速的畫面更新以及可靠的數據交換使其具有高度的實用性。
12.Wincc是基于Windows NT 32位操作系統的，在Windows NT或Windows 2000標準環境中，Wincc具有控制自動化過程的強大功能，它是基于個人計算機，同時具有性價比的操作監視系統。Wincc的顯著特性就是全面開放，它很容易結合用戶的下位機程序建立人機界面，精確地滿足控制系統的要求。不僅如此，Wincc還建立了像DDE、OLE等在Windonws程序間交換數據的標準接口，因此能毫無困難的集成ActiveX控制和OPC服務器、客戶端功能。
13.Wincc軟件是基于多語言設計的，這意味著可以在中文、德語、英語等眾多語言之間進行選擇。（二）系統特點
現場總線過程控制系統從上位機控制系統到現場儀表之間清晰的分為三層，其中操作員站和服務器之間，服務器和主控制器之間采用工業以太網通訊，構成了整個控制系統的管理級；主控制器、遠程分布式I/O模塊、變頻器、DP/PA耦合器之間通過PROFIBUS-DP協議進行通信，構成了控制系統的控制級；控制級通過DP/PA鏈路延伸出下一級PROFIBUS-PA網絡，壓力傳感器、電磁流量計、溫度變送器和閥門定位器直接掛接在同一條PROFIBUS-PA總線上，這樣就實現了現場儀表通過DP/PA鏈路和主控制器之間的數據交換。
（二）實驗內容
1.現場總線控制系統（FCS）的組成與認識實驗
2.下位機軟件中的硬件組態和程序編寫
3.上位機軟件中的通信建立和界面組態
4.一階單容上水箱對象特性測試實驗
5.二階雙容水箱對象特性測試實驗
6.上水箱液位PID整定實驗
7.串接雙容下水箱液位PID整定實驗
8.三容液位定值控制實驗
9.鍋爐內膽水溫PID控制實驗
10.鍋爐夾套水溫PID控制實驗
11.單閉環流量PID控制實驗
12.鍋爐內膽水溫位式控制實驗
13.水箱液位串級控制實驗
14.三閉環液位控制實驗
15.鍋爐夾套與內膽水溫串級控制實驗
16.鍋爐內膽水溫與水流量串級控制實驗
17.上水箱液位與進水流量串級控制實驗
18.單閉環流量比值控制實驗
19.下水箱液位前饋-反饋控制實驗
20.鍋爐內膽水溫前饋-反饋控制實驗
21.溫度純滯后控制實驗
22.流量純滯后控制實驗
23.鍋爐夾套與內膽水溫解耦控制實驗
24.上水箱液位與出口水溫解耦控制實驗
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