高級(jí)過(guò)程控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置分析說(shuō)明

1、系統(tǒng)組成
“高級(jí)過(guò)程控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置”由過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)對(duì)象系統(tǒng)、智能儀表控制臺(tái)及上位監(jiān)控PC機(jī)(用戶自備)三部分組成。
1．1 過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)對(duì)象系統(tǒng)
實(shí)驗(yàn)對(duì)象系統(tǒng)包含有：不銹鋼儲(chǔ)水箱；上、中、下三個(gè)串接有機(jī)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(dòng)力系統(tǒng)有兩套：一套由三相(380V交流)不銹鋼磁力驅(qū)動(dòng)泵、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、直流電磁閥、渦輪流量計(jì)等組成；另一套由日本三菱變頻器、三相不銹鋼磁力驅(qū)動(dòng)泵(220V變頻)、渦輪流量計(jì)等組成。
1．2 對(duì)象系統(tǒng)中的各類檢測(cè)變送及執(zhí)行裝置擴(kuò)散硅壓力變送器三只：分別檢測(cè)上水箱、中水箱、下水箱液位；渦輪流量計(jì)三只：分別檢測(cè)兩條動(dòng)力支路及盤管出水口的流量；Pt100熱電阻溫度傳感器六只：分別用來(lái)檢測(cè)鍋爐內(nèi)膽、鍋爐夾套、盤管(三只)及上水箱出水口水溫；控制模塊：包含三相可控硅移相調(diào)壓裝置、電磁閥、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、三菱變頻器各一個(gè)；接觸器位式控制裝置、三相380V不銹鋼磁力驅(qū)動(dòng)泵、三相220V不銹鋼磁力驅(qū)動(dòng)泵。
1．3 儀表控制臺(tái)的組成部分
1)電源控制屏面板：提供實(shí)驗(yàn)所需的三相四線～ 380V、三路單相～220V 電源，總電源由三相鑰匙開(kāi)關(guān)控制，電網(wǎng)電壓由三只指針式交流電壓表監(jiān)示，三相帶燈熔斷器作為斷相指示。設(shè)有漏電保護(hù)空氣開(kāi)關(guān)、電壓型漏電保護(hù)器、電流型漏電保護(hù)器。另外，還設(shè)有定時(shí)器兼報(bào)警記錄儀，為學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能的考核提供一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。
2)儀表控制面板：由變頻調(diào)速器面板，AI／818A智能調(diào)節(jié)儀面板，AI／7O8A智能位式調(diào)節(jié)儀面板，解耦裝置，比值器／前饋一反饋裝置組成，各裝置接線端子通過(guò)面板上的插座引出。還可根據(jù)用戶需要配置遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集智能模塊、S7—200西門子可編程控制器及模塊等。
3)I／O信號(hào)接口面板：將各傳感器檢測(cè)及執(zhí)行器控制信號(hào)同面板上的插座相連，便于學(xué)生自己連線組成不同的控制系統(tǒng)。
學(xué)生通過(guò)對(duì)對(duì)象系統(tǒng)進(jìn)行不同的組合，結(jié)合不同的實(shí)驗(yàn)?zāi)康模蛇M(jìn)行幾十種過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)。
1．4 上位監(jiān)控PC機(jī)(用戶自備)
“高級(jí)過(guò)程控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置”配置一臺(tái)上位監(jiān)控PC機(jī)，PC機(jī)安裝有正版MCGS監(jiān)控組態(tài)軟件，通過(guò)RS232／485轉(zhuǎn)換裝置、儀表控制臺(tái)側(cè)面的RS485串行接口與所有的儀表進(jìn)行通訊。學(xué)生可對(duì)下位儀表各參數(shù)進(jìn)行設(shè)定、修改PID控制參數(shù)，并能觀察被控參數(shù)的實(shí)時(shí)曲線、歷史曲線，SV設(shè)定值、PV測(cè)量值、OP輸出值，各實(shí)驗(yàn)都設(shè)有動(dòng)態(tài)變化棒圖顯示和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)。
2、AI／818A智能調(diào)節(jié)儀、AI／708A智能位式調(diào)節(jié)儀的主要特點(diǎn)
1)AI系列儀表操作方便、通俗易學(xué)，且不同功能檔次相互兼容。
2)具有國(guó)際上同類儀表的幾乎所有功能，通用性強(qiáng)、技術(shù)成熟可靠。
3)全球通用的85～246VAC范圍開(kāi)關(guān)電源或者24DC電源供電，并具備多種外形尺寸。
4)輸入采用數(shù)字校正系統(tǒng)．內(nèi)置常用熱電偶和熱電阻非線性校正表格，測(cè)量精確穩(wěn)定。
5)采用先進(jìn)的A1人工智能調(diào)節(jié)算法，無(wú)超調(diào)，具備自整定功能。
6)采用先進(jìn)的模塊化結(jié)構(gòu)，提供豐富的輸出規(guī)格，能滿足各種應(yīng)用場(chǎng)合的需要。
7)通過(guò)IS09002質(zhì)量認(rèn)證，品質(zhì)可靠。具備符合要求的抗干擾性能。
8)先進(jìn)的與計(jì)算機(jī)通訊功能，采用AIBUs通訊協(xié)議，同AI系列儀表通訊協(xié)議兼容。
3、上位MCGS工控組態(tài)軟件
MOGS (M onitor and Control Generated Sys—tern)是一套基于Windows平臺(tái)的，用于快速構(gòu)造和生成上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件系統(tǒng)，可運(yùn)行于Microsoft Windows7／10等操作系統(tǒng)。
MCGS5．1為用戶提供了解決實(shí)際工程問(wèn)題的完整方案和開(kāi)發(fā)平臺(tái)，能夠完成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)處理、報(bào)警和安全機(jī)制、流程控制、動(dòng)畫(huà)顯示、趨勢(shì)曲線和報(bào)表輸出以及企業(yè)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)等功能。
使用MCGS5．1，用戶無(wú)須具備計(jì)算機(jī)編程的知識(shí)，就可以在短時(shí)間內(nèi)輕而易舉地完成一個(gè)運(yùn)行穩(wěn)定，功能成熟，維護(hù)量小且具備專業(yè)水準(zhǔn)的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)工作。MCGS5．1具有操作簡(jiǎn)便、可視性好、可維護(hù)性強(qiáng)、高性能、高可靠性等突出特點(diǎn)，已成功應(yīng)用于石油化工、能源原材料、農(nóng)業(yè)自動(dòng)化、航空航天等領(lǐng)域，經(jīng)過(guò)各種現(xiàn)場(chǎng)的長(zhǎng)期實(shí)際運(yùn)行，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。
與國(guó)、內(nèi)外同類產(chǎn)品相比，MCGS5．1組態(tài)軟件具有如下特點(diǎn)：
1)全中文、可視化、面向窗口的組態(tài)開(kāi)發(fā)界面，符合中國(guó)人的使用習(xí)慣和要求，真正的32位程序，支持多任務(wù)、多線程，可運(yùn)行于Microsoft Windows 95／98／NT／2OOO等操作系統(tǒng)。
2)龐大的標(biāo)準(zhǔn)圖形庫(kù)、完備的繪圖工具集以及豐富的多媒體支持．讓您能夠快速地開(kāi)發(fā)出集圖像、聲音、動(dòng)畫(huà)等于一體的漂亮、生動(dòng)的工程畫(huà)面。
3)全新的ActiveX動(dòng)畫(huà)構(gòu)件，包括存盤數(shù)據(jù)處理、條件曲線、計(jì)劃曲線、相對(duì)曲線、多行文本、通用棒圖等，使您能夠更方便、更靈活地處理、顯示生產(chǎn)數(shù)據(jù)。
4)支持目前絕大多數(shù)硬件設(shè)備，同時(shí)可以方便地定制各種設(shè)備驅(qū)動(dòng)；此外，獨(dú)特的組態(tài)環(huán)境調(diào)試功能與靈活的設(shè)備操作命令相結(jié)合，使硬件設(shè)備與軟件系統(tǒng)間的配合天衣無(wú)縫。
5)簡(jiǎn)單易學(xué)的Basic腳本語(yǔ)言與豐富的MCGS策略構(gòu)件，使您能夠輕而易舉地開(kāi)發(fā)出復(fù)雜的流程控制系統(tǒng)。
6)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能，能夠?qū)I(yè)現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)以各種方式進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理，使您能夠在第一時(shí)間獲得有關(guān)現(xiàn)場(chǎng)情況的第一手?jǐn)?shù)據(jù)。
7)方便的報(bào)警設(shè)置、豐富的報(bào)警類型、報(bào)警存貯與應(yīng)答、實(shí)時(shí)打印報(bào)警報(bào)表以及靈活的報(bào)警處理函數(shù)，使您能夠方便、及時(shí)、準(zhǔn)確地捕捉到任何報(bào)警信息。
8)完善的安全機(jī)制，允許用戶自由設(shè)定菜單、按鈕及退出系統(tǒng)的操作權(quán)限。此外，MCGS5．1還提供了工程密碼、鎖定軟件狗、工程運(yùn)行期限等功能，以保護(hù)組態(tài)開(kāi)發(fā)者的成果。
9)強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能，支持TCP／IP、Moden、485／232，以及各種無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線電臺(tái)等多種網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。
10)良好的可擴(kuò)充性，可通過(guò)OPC、DDE、ODBC、ActiveX等機(jī)制．方便地?cái)U(kuò)展MCGS5．1組態(tài)軟件的功能，并與其他組態(tài)軟件、MIS系統(tǒng)或自行開(kāi)發(fā)的軟件進(jìn)行連接。
4、系統(tǒng)主要特點(diǎn)
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(dòng)調(diào)節(jié)閥儀表類執(zhí)行機(jī)構(gòu)，又有變頻器、晶閘管移相調(diào)控等電力拖動(dòng)類執(zhí)行器。
3)系統(tǒng)除了改變調(diào)節(jié)器的設(shè)定值作階躍擾動(dòng)外，還可在對(duì)象中通過(guò)電磁閥和手操作閥制造各種擾動(dòng)。
4)一個(gè)被調(diào)參數(shù)可用不同動(dòng)力源、不同的執(zhí)行器、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(jìn)行多變量控制系統(tǒng)及特定過(guò)程控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)。
6)各種控制算法和調(diào)節(jié)規(guī)律在開(kāi)放的實(shí)驗(yàn)軟件平臺(tái)上都可以控制。
7)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及圖表在MCGS軟件系統(tǒng)中很容易存儲(chǔ)及調(diào)用，以便進(jìn)行實(shí)驗(yàn)后的比較和分析。我們?cè)谠O(shè)計(jì)該系統(tǒng)時(shí)本著工程化、參數(shù)化、現(xiàn)代化、開(kāi)放性、綜合性原則，實(shí)驗(yàn)對(duì)象采用了很多工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)常用檢測(cè)控制裝置，儀表采用具有人工智能算法及通訊接口的智能調(diào)節(jié)儀，上位機(jī)監(jiān)控軟件采用MCGS工控組態(tài)軟件。對(duì)象系統(tǒng)還留有擴(kuò)展接口，便于控制系統(tǒng)二次開(kāi)發(fā)，便于進(jìn)行DCS控制、上位機(jī)控制、PLC控制的開(kāi)發(fā)。學(xué)生通過(guò)對(duì)該系統(tǒng)的了解和使用，進(jìn)入企業(yè)后能夠很快適應(yīng)環(huán)境進(jìn)入。
以上為“高級(jí)過(guò)程控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置”基型產(chǎn)品，上位機(jī)控制還有下列擴(kuò)展系列：
DCS分布式過(guò)程控制系統(tǒng)
S7—300 PLC過(guò)程控制系統(tǒng)
遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集過(guò)程控制系統(tǒng)
5、裝置的安全保護(hù)體系
1)三相四線制總電源輸入經(jīng)帶漏電保護(hù)器裝置的三相四線制斷路器進(jìn)入系統(tǒng)電源后又分為三相電源支路和三個(gè)不同相的單相支路，每一支路都帶有各自三相、單相斷路器。總電源設(shè)有三相電壓監(jiān)示表，三相帶燈熔斷器作為斷相指示1
2)控制屏電源由接觸器通過(guò)起、停按鈕控制。
3)屏上裝有一套電壓型漏電保護(hù)裝置和一套電流型漏電保護(hù)裝置。控制屏內(nèi)或強(qiáng)電輸出(包括實(shí)驗(yàn)中的連線)若有漏電現(xiàn)象，即告警并切斷總電源，確保實(shí)驗(yàn)進(jìn)程安全。
4)控制屏設(shè)有服務(wù)管理器(定時(shí)器兼報(bào)警記錄儀)，為學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能考核提供一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。
5)各種電源及各種儀表均有可靠的保護(hù)功能。
6)實(shí)驗(yàn)強(qiáng)電連接線及插座采用封閉式結(jié)構(gòu)，防止觸電事故的發(fā)生。
7)強(qiáng)、弱電接線及插座采用不同的結(jié)構(gòu)，防止強(qiáng)、弱電連接線混接而損壞設(shè)備。
6、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目
本裝置能完成如下實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目?jī)?nèi)容：
1)過(guò)程控制系統(tǒng)的組成認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)
(1)過(guò)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)的連接。
(2)智能調(diào)節(jié)儀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)。
2)對(duì)象數(shù)學(xué)模型的測(cè)試實(shí)驗(yàn)
(1)單容水箱液位數(shù)學(xué)模型的測(cè)試
(2)串接雙容水箱液位數(shù)學(xué)模型的測(cè)試
(3)鍋爐內(nèi)膽特性的測(cè)試
3)調(diào)節(jié)閥流量特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)
4)位式控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)
鍋爐內(nèi)膽溫度位式控制
5)單閉環(huán)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)
(1)液位：
① 單容(一階)液位定值控制(被控對(duì)象為上水箱或中水箱或下水箱共有三種實(shí)驗(yàn)方案)
② 雙容(二階)液位定值控制(上水箱與中水箱或中水箱與下水箱共有兩種實(shí)驗(yàn)方案)
③ 三容(三階)液位定值控制
(2)溫度：
① 鍋爐內(nèi)膽靜態(tài)水溫定值控制
② 鍋爐內(nèi)膽動(dòng)態(tài)水溫定值控制
③ 鍋爐夾套動(dòng)態(tài)水溫定值控制
① 熱交換盤管出水El溫度定值控制
(3)流量：
①單閉環(huán)流量(電動(dòng)調(diào)節(jié)閥支路)定值控制
②單閉環(huán)流量(變頻調(diào)速磁力泵支路)定值控制
6)串級(jí)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)
(1)水箱液位串級(jí)控制(上水箱與中水箱或中水箱與下水箱共兩種實(shí)驗(yàn)方案)
(2)鍋爐夾套水溫與鍋爐內(nèi)膽水溫的串級(jí)控制
(3)鍋爐內(nèi)膽水溫與內(nèi)膽循環(huán)水流量的串級(jí)控制
(4)盤管出水口水溫與熱水流量串級(jí)控制
(5)盤管出水口水溫與鍋爐內(nèi)膽水溫的串級(jí)控制
(6)下水箱液位與電動(dòng)調(diào)節(jié)閥支路流量的串級(jí)控制
(7)下水箱液位與與變頻調(diào)速磁力泵支路流量的串級(jí)控制
7)比值控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)
(1)單閉環(huán)流量比值控制
(2)雙閉環(huán)流量比值控制
8)滯后控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)
(1)盤管出水口溫度的滯后控制系統(tǒng)
(2)盤管出水口溫度的純滯后控制
(3)流量純滯后控制
9)解耦控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)
(1)上水箱出水口溫度一液位的解耦控制(輸入：上水箱進(jìn)水為冷水與熱水；輸出：上水箱出水口的溫度與液位)
(2)鍋爐夾套水溫與鍋爐內(nèi)膽水溫的解耦控制(輸入：鍋爐內(nèi)膽進(jìn)水流量、可控硅調(diào)壓器輸出電壓；輸出：鍋爐夾套水溫與鍋爐內(nèi)膽水溫)
10)前饋一反饋控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)
(1)鍋爐夾套水溫的前饋一反饋控制系統(tǒng)
(2)下水箱液位的前饋一反饋控制系統(tǒng)
11)工控組態(tài)軟件組態(tài)控制實(shí)驗(yàn)
(1)MCGS實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài)實(shí)驗(yàn)
(2)MCGS圖形動(dòng)畫(huà)、報(bào)表、曲線、報(bào)警組態(tài)實(shí)驗(yàn)
(3)MCGS設(shè)備通訊組態(tài)實(shí)驗(yàn)
(4)MCGS腳本程序應(yīng)用組態(tài)實(shí) 


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