主頁 > 技術(shù)文章 > 淺談過程控制實驗裝置系統(tǒng)的開發(fā)2017-05-19

淺談過程控制實驗裝置系統(tǒng)的開發(fā)

摘要：隨著微電子技術(shù)、計算機技術(shù)以及通信技術(shù)的飛速發(fā)展，工業(yè)控制系統(tǒng)不斷發(fā)生變革。與此同時，為使工科學生在校期間就受到良好的工程實踐鍛煉，建設(shè)具有實際工程環(huán)境的實驗室和實習基地一直是自動化專業(yè)實驗室建設(shè)的重要目標。所培養(yǎng)的學生能夠具有較強的過程裝備、機械基礎(chǔ)、控制工程、計算機及其它基礎(chǔ)理論知識，并具備研究開發(fā)、設(shè)計制造、運行控制等綜合能力的高級科學研究和技術(shù)人才。為了使培養(yǎng)學生的實際動手能力，具有較好的工程技術(shù)基本素質(zhì)和綜合能力，給學生提供一個接近生產(chǎn)現(xiàn)場的實驗環(huán)境，過程控制實驗裝置的研制能為有關(guān)教學實驗與研究人員提供一個良好的實驗平臺。
過程控制實驗裝置是從高校自動化相關(guān)專業(yè)教學實驗的需求出發(fā)，采用代表自動化行業(yè)技術(shù)潮流的現(xiàn)場總線技術(shù)，開發(fā)出來的進行通訊和遠程控制的網(wǎng)絡(luò)化和數(shù)字化實驗裝置。該對象系統(tǒng)在管道中采用電磁閥替代手閥控制各管道的連接，可實現(xiàn)上位機根據(jù)采集參數(shù)進行自動控制或者上位機中進行鼠標點擊人為控制，為實現(xiàn)DCS的多種控制策略，系統(tǒng)中上水箱壓力變送器（上水箱液位）采用總線采集參數(shù)“變送器采用帶SIEMENS PROFIBUS-PA通訊接口的壓力變送器。
一、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)硬件：
除電氣部分給各種工作部件提供電源外，還有下列主要部件：
1）SIEMENS 315-2DP CPU一個（含MMC卡）
2）SIEMENS電源模塊一個
3）PA Coupler 耦合器一個
4）8路模擬量輸入模塊SM331模塊兩個
5）4路模擬量輸出模塊SM332模塊一個
6）變頻器一個
7）DP通訊線和DP接頭若干
8）MPI-USB通訊線一條
9）現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)軟件
采用SIEMENS WINCC軟件監(jiān)控、SIEMENS STEP7編程
二、MYG-67A 高級現(xiàn)場總線過程控制系統(tǒng)實驗裝置系統(tǒng)特點：
能完整的體現(xiàn)現(xiàn)場過程變量數(shù)字化采集,實現(xiàn)從過程變量的現(xiàn)場采集到上位監(jiān)控的全數(shù)字化傳輸,可完成DCS分布控制系統(tǒng)架構(gòu)。
三、MYG-67A 高級現(xiàn)場總線過程控制系統(tǒng)實驗裝置系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下：

四、MYG-67A 高級現(xiàn)場總線過程控制系統(tǒng)實驗裝置控制對象
一）系統(tǒng)組成：
1、過程控制實驗對象系統(tǒng)
實驗對象系統(tǒng)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(nèi)膽加溫筒和封閉式外循環(huán)不銹鋼冷卻鍋爐夾套構(gòu)成）和鋁塑盤管組成。
系統(tǒng)動力系統(tǒng)有兩套：一套由SIEMENS變頻器、三相（380V交流）不銹鋼磁力驅(qū)動泵、電動調(diào)節(jié)閥、交流電磁閥、渦輪流量計等組成；另一套由220V循環(huán)泵、渦輪流量計等組成。
整套對象系統(tǒng)完全由不銹鋼材料制造，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(tǒng)中的各類檢測變送及執(zhí)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；
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；
3）Pt100熱電阻溫度傳感器六只：分別用來檢測鍋爐內(nèi)膽、鍋爐夾套、盤管（三只）及上水箱出水口水溫；
4）控制模塊：包含電磁閥21只、電動調(diào)節(jié)閥一個、可控硅溫度控制模塊一只；
5）三相380V不銹鋼磁力驅(qū)動泵、220V循環(huán)泵。
二）、系統(tǒng)主要特點：
1、被調(diào)參數(shù)囊括了流量、壓力、液位、溫度四大熱工參數(shù)；
2、執(zhí)行器中既有電動調(diào)節(jié)閥儀表類執(zhí)行機構(gòu)，又有變頻器等電力拖動類執(zhí)行器；
3、系統(tǒng)除了能改變調(diào)節(jié)器的設(shè)定值作階躍擾動外，還可在對象中通過電磁閥制造各種擾動；
4、一個被調(diào)參數(shù)可用不同的動力源、不同的執(zhí)行器和不同的工藝線路下可演變成多種調(diào)節(jié)回路，以利于討論、比較各種調(diào)節(jié)方案的優(yōu)劣；
5、能進行多變量控制系統(tǒng)及特定的過程控制系統(tǒng)實驗。
三）、對象系統(tǒng)總貌圖

六、高級現(xiàn)場總線過程控制系統(tǒng)實驗裝置實驗內(nèi)容
1、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（DCS）的組成與認識實驗
2、下位機軟件中的硬件組態(tài)和程序編寫
3、上位機軟件中的通信建立和界面組態(tài)
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(nèi)膽水溫PID控制實驗
10、鍋爐夾套水溫PID控制實驗
11、單閉環(huán)流量PID控制實驗
12、鍋爐內(nèi)膽水溫位式控制實驗
13、水箱液位串級控制實驗
14、三閉環(huán)液位控制實驗
15、鍋爐夾套與內(nèi)膽水溫串級控制實驗
16、鍋爐內(nèi)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(huán)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(nèi)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(nèi)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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