TWGF-1型現場總線過程控制實驗裝置
一、概述：
TWGF-1型過程控制實驗裝置是一套基于現場總線控制的實驗設備，它是集自動化儀表技術，計算機技術，通訊技術，自動控制技術為一體的多功能實驗裝置。系統包括流量、溫度、液位等熱工參數，可實現系統參數測定、單回路控制、串級控制、前饋控制、比值控制等多種控制形式。控制系統采用西門子的分布式I/O單元ET200M，監控軟件采用SIMATICWINCC。采用現場總線的液位變送器、壓力變送器、渦輪流量計、變頻器、電動調節閥、溫度變送器以及分布式I/O模塊。該實驗裝置既可作為本科、專科、高職過程控制課程的實驗裝置，也可作為研究生及科研人員在復雜控制系統、*控制系統研究方面提供物理模擬對象和實現手段。同時也可以作為學習現場總線過程控制的一個實驗手段。
TWGF-1型過程控制系統實驗裝置采用西門子的現場總線過程控制系統，監控軟件采用SIMATIC WINCC。
現場總線是基于全集成自動化思想的系統，其集成的核心是統一的過程數據庫和數據庫管理軟件，所有的系統信息都存儲于一個數據庫中而且只需輸入一次，這樣就大大增強了系統的整體性和信息的準確性。通訊采用符合IEC61131-3國際標準的編程軟件和現場設備庫，提供連續控制、順序控制及編程語言。現場設備庫提供大量的常用的現場設備信息及功能塊，可大大簡化組態工作，縮短工程周期。它具有ODBC、OLE等標準接口，并且應用以太網、PROFIBUS現場總線等開放網絡，從而具有很強的開放性，可以很容易地連接上位機管理系統和其它廠商的控制系統。
二、產品結構與特點：
2、設備特點：
（1）、分體式設計，模塊化組裝式結構，可以實現不同的控制系統。總線控制系統儀表控制系統。
（2）、三水箱配置；雙路供水系統。
（3）、實驗柜敞開設計，內部器件全部可視，有利直觀教學和維護，所有管子為不銹鋼管。
（4）、人性化設計，配有儲水箱，進排水自控裝置，減輕實驗人員勞動強度。
（5）、裝置的儀表、部件均選用現代化技術工業級產品，智能化程度高。精度好，規格多樣。有利直觀教學和拓寬學生工業現場知識。為以后走上社會打好結實基礎。
（6）、安全度高，系統配有漏電保護，帶保護套的專用實驗電源連線，及溫控箱防止無水加溫自動控制等，力求保護人身、設備安全。
（7）、開放度好，在教師指導下，學生可觀察、可自己動手參與操作、可自行編程進行驗證、可根據記錄的實時曲線進行理論分析等。
（8）鍋爐加熱程控保護系統
A、鍋爐加熱內膽加由水位液位保護裝置，水位不達到一定的高度，控制系統不能控制可控硅調壓器工作。
B、電加熱管電源控制開關采用鑰匙開關，不實驗時，由教師保護放置鑰匙，避免無關人員誤操作。
（9）、電源保護措施
A、加有電流型漏電保護器。
B、三相電源加有保險管，防止斷路。
（10）、電源啟停控制方式；
采用啟停按鈕控制接觸器來控制電源的啟停。
（11）、漏電保護裝置及安全性和安全承諾；
A、各種電源及各種儀表的可靠的保護功能
B、各種電源及各種儀表的強電采用開關控制，學生不自行接線，不存在強弱電混插的問題。
C、實驗強電接線插頭采用封閉式結構，防止觸電事故的發生。
(8)、系統水路圖
三、技術參數與要求:
1、供電電源
單相交流電源：220VAC±10%、50Hz±5%、16A，系統必需接地良好。
2、實驗室應有水源和進排水口。進排水口與設備間距離一般要求小于10米
3、系統提供直流線性穩壓電源（朝陽電源產品） 24VDC/1A。
4、上位計算機組態軟件
(1)、采用國內市場應用廣泛的組態軟件， 還應有每個實驗的應用工程軟件。
6、外形尺寸（組合后）：對象:1600mmX750mmX1850mm,
控制柜：830mmX750mmX1900mm。
7、重量：實驗柜，約重200Kg；實驗臺+實驗架，約重250Kg
8、系統能夠組成以太網西門子以太網絡控制
四、系統配置
名稱 | 單位 | 數量 | 型號 | 備注 | 產地 |
不銹鋼磁力泵三相磁力泵 | 臺 | 1 | MP-55R-380 | 無泄漏，低噪音，三相220vAC，50/60Hz，250w。 | 上海 |
不銹鋼磁力泵二相磁力泵 | 臺 | 1 | MP-55R-220 | 無泄漏，低噪音，三相220vAC，50/60Hz，250w。 | 上海 |
溫控調壓模塊+散熱器 | 套 | 1 | 定制 | 全隔離單相交流可控硅調壓模塊；控制信號：4-20mADC。 | 寧波 |
加熱環 | 只 | 1 | 定制 | 功率：2000W，220vAC。 | 上海 |
電動調節閥 | 只 | 1 | 定制 | 帶控制器,控制信號輸入4-20MA. | 上海 |
溫度變送器 | 只 | 4 | Pt100熱電阻標準信號轉換 | ||
壓力液位傳感器 | 只 | 3 | 擴散硅壓力變送器（0-5KPa） | ||
壓力變送器 | 2 | 擴散硅壓力變送器（0-5KPa） | |||
流量計 | 只 | 1 | LWGY-10 |
西 門 子 300 控 制 單 元 | ||||
CPU | 塊 | 1 | 6ES7 315-2AH14-0AB0 | 德國 |
通訊模塊 | 塊 | 1 | PROFIBUS： 6GK7 542-5DX00-0XE0 | 德國 |
MMC | 塊 | 1 | 存儲卡4M 6ES7 954-8LC02-0AA0 | 德國 |
變頻器主體 | 塊 | 1 | 德國 | |
變頻器器操作面板 | 塊 | 1 | BOP6SE6400-0BP00-0AA0 | 德國 |
DP/PA耦合器7 | 塊 | 1 | 為DP子站將PA設備連入PROFIBUS-DP，與現場總線型對象互聯時選用 | 德國 |
Profibus-PA液位總線儀表 | 塊 | 1 | 液位測量帶PA輸出7MF4634-1DD2-3AF6 | 德國 |
AI 模塊 | 塊 | 1 | 6ES7 331-7KF02-0AB0 | 德國 |
AO 模塊 | 塊 | 1 | 6ES7 332-5HD01-0AB0 | 德國 |
導軌 | 塊 | 830mm | 導軌6ES7 590-1AJ30-0AA0 | 德國 |
連接器 | 套 | 5 | 20腳前連接器40腳前連接器6ES73921AJ000AA0 | 德國 |
WinCC7.0 | 套 | 1 | 帶權 | 德國 |
STEP7 v5.4 | 套 | 1 | 編程軟件（帶權） | 德國 |
T型頭 | 3 | 德國 | ||
終端電阻 | 1 | 6ES7972-0BA41-0XA0 | 德國 | |
DP專用電纜 | 10米 | 6XV 1830-0EH10 | 德國 | |
常規儀表控制 | |||
遠程數據采集模塊DDC | 套 | 1 | 4AI/4AO含網絡功能 |
智能制造的遠程信息化系統 | 套 | 1 | 4路模擬量以上采集通道，多路開關量輸入和輸出。支持TCP/UDP工作方式，設備均可與PLC、組態軟件、組態屏等進行通信，將現場的大量不同區域工業設備的數據，傳輸到遠端的數據中心，實現遠程數據監控，設備診斷、程序維護和故障報警等功能，為用戶提供一種簡單可靠的工業互聯網數據遠程傳輸方案。支持通過電腦客戶端、手機 APP 和網頁遠程數據監控；支持歷史數據記錄，采集和記錄登記的監控點的數據，并支持列表曲線的數據展示和常用的統計分析；接口開放，用戶可自行組態；同時開放 HTTP 接口和 SDK 接口，用戶可自行編程。 |
觸摸屏 | 套 | 1 | 觸摸屏面板采用全新的高分辨率16:9寬屏液晶顯示和*的工業設計理念，800×480dpi寬屏顯示設計和傳統屏幕相比具有更大的可視面積，是單個畫面中可以顯示更多的信息。 主要參數： 1、電源：DC24V 2、I/O接口：與主控模塊的I/O口連接 3、顯示類型：LED-TFT 4、顏色：256 5、亮度：250cd/m2 6、CPU：ARM,400MHz 7、內存：64M DDR SDRAM+8M Flash 8、電源線：直頭品字尾。 9、接口：RS23/RS485/USB/RJ45 能夠使學員了解工業觸摸屏的功能及使用方法、掌握與PLC之間的通信知識，并掌握復位、置位、交替等功能鍵、圖形（曲線）顯示、動態畫面跟蹤在觸摸屏中的實現方法。 |
直流伺服電機 | 套 | 1 | 功率15W，電源DC24V，調速可達3000轉/分測速裝置。 |
仿真軟件 | 套 | 1 | 要求采用遠程數據采集模塊，D/A8024模塊4路模擬輸出4~20mA電流，A/D8017模塊8路模擬輸入1~5V。采用智能調節器（精度：0.2級 輸出：4～20mA）。（1）仿真系統模擬工業生產過程的四大熱工參數，包括液位對象，溫度對象，流量對象，壓力對象，無縫對接“過程控制實驗裝置”的控制系統，能夠完成基本對象特性測試、單閉環控制、串級控制、前饋反饋控制、流量比值控制等實驗，可以替代被控對象。 （2）仿真軟件要求在軟件設計有原理結構圖，具有可開發性。同時要求可開放源代碼給學校，供學生自己研究和設計，既滿足基本教學同時也可作為研究創新平臺使用。 （3）要求提供流量和液位單回路、比值控制、串級控制系統 3 種實驗的Simulink 控制軟件建模界面和響應曲線。 （4）軟件具有以下界面圖： 1）單容水箱建模界面圖； 2）單容水箱建模響應曲線圖； 3）單容水箱控制界面圖； 4）單容水箱液位控制響應曲線； 5）比值流量實物控制圖； 6）比值流量控制響應曲線； 7）比值流量仿真圖； 8）比值流量仿真響應曲線； 9）上下水箱串級實物控制圖； 10）上下水箱串級液位控制響應曲線； 11）上下水箱液位串級模型仿真圖； 12）上下水箱串級液位仿真響應曲線； 13）上水箱液位流量串級實物控制圖； 14）上水箱液位流量串級試驗曲線； 15）上水箱液位流量串級仿真圖； 16）上水箱液位流量串級仿真響應曲線。 |
其它設備 | |||||
名稱 | 單位 | 數量 | 型號 | 備注 | 產地 |
實驗用淡藍色透明有機玻璃水箱 | 只 | 3 | 定制 | 三個圓型有機玻璃水箱 | 上海 |
不銹鋼溫控實驗箱 | 只 | 1 | 定制 | 由加熱箱、冷卻箱、溢流箱、加熱環、Pt100、溫度變送器組成，并帶有溫顯表和加熱箱內無水斷電保護裝置 | 上海 |
純滯后實驗裝置 | 只 | 1 | 定制 | 完成滯后實驗 | 上海 |
溫度熱交換器 | 1 | 定制 | 能夠迅速降低儲水箱的溫度 | ||
不銹鋼儲水箱 | 只 | 1 | 內有的結構設計和不銹鋼過濾網，拆洗方便 | 上海 | |
電磁閥 | 只 | 2 | DN15 | 寧波余姚三力信 | 寧波 |
接觸器 | 只 | 2 | 220V CJX2-09 | 正泰 | 溫州 |
配有24v直流穩壓電源 | 只 | 1 | 定制 | 朝陽電源 | 遼寧 |
全部不銹鋼管及配件，增加設備的使用壽命。 | 套 | 1 | 定制 | 外加工 | 上海 |
實驗臺及實驗架 | 套 | 1 | 定制 | 定制 | 上海 |
鍋爐保護系統 | 套 | 1 | 定制 | 保護鍋爐加熱系統,無水時自動切斷電源 | 上海 |
軟件系統 | ||||
系統組態軟件 | 套 | 1 | WinCC Runtime Professional | |
編程軟件 | 套 | 1 | SIMATIC STEP 7 Professional | |
網絡控制軟件 | 套 | 1 | ||
以太網網路控制軟件 | 套 | 1 | 網絡具有以下功能:1、工程師站，可以操作網內所有的設備，可以直接監控和修改程序； 監控中心，可以監控網內所有設備的運行狀態和生產數據； 3、操作員站，可以操作現場設備，支持所有帶網口的觸摸屏； 4、客戶端，網內的所有客戶端都可以訪問監控中心的數據。） | |
電腦配置：T4900D I5-7400/8G/1T+256GSSD/集成/無光驅/WIN10/19.5寸
五、實驗目錄
傳感器的認識與校驗
1、壓力變送器的認識與校驗
2、電動調節閥的認識與校驗
3、流量計的認識與校驗
4、變頻器的認識
5、 熱電阻的認識和校驗
6、 調節器的認識實驗
特性實驗
7、水箱單容特性實驗
8、水箱雙容特性實驗
9、上下水箱雙容特性實驗
10、電動閥流量特性實驗
11、變頻器流量特性實驗
12、溫度度特性實驗
13、三容實驗特性實驗
單回路控制實驗
1、位式控制
2、電動調節閥支路單容液位控制實驗
3、變頻器支路單容液位控制實驗
4、上水箱雙容液位控制實驗
5、上下水箱雙容液位控制實驗
6、三容液位控制實驗
7、電動調節閥支路流量控制實驗
8、變頻器支路流量控制實驗
9、鍋爐內膽溫度控制實驗
10、鍋爐內膽靜態溫度控制實驗
11、鍋爐內膽溫度動態控制實驗
12、鍋爐內膽水溫位式控制
串級控制實驗
1、雙容串級控制實驗
2、上水箱液位與電動閥支路流量串級控制實驗
3、上水箱液位與變頻器支路流量串級控制實驗
4、三閉環三容液位串級控制實驗
5、下水箱液位與變頻器、循環泵支路流量的串級控制系統實驗
比值控制實驗
1、單閉環比值流量控制實驗
2、隨動流量比值控制實驗
前饋反饋控制實驗
1、上水箱液位流量前饋反饋控制實驗
2、爐內膽溫度流量前饋反饋控制實驗
解耦控制實驗
1、上水箱雙容液位解耦控制實驗
滯后控制實驗
1．SMITH預估控制實驗
伺服電機
1、光電開關電機轉速檢測與控制
2、齒輪轉速傳感器轉速測量實驗
觸摸屏控制實驗
多變量控制實驗
三容水箱液位的解耦控制；三容水箱液位的約束控制
網絡控制實驗提供演示
手機APP控制
