TWGF-1型现场总线过程控制实验装置
一、概述：
TWGF-1型过程控制实验装置是一套基于现场总线控制的实验设备，它是集自动化仪表技术，计算机技术，通讯技术，自动控制技术为一体的多功能实验装置。系统包括流量、温度、液位等热工参数，可实现系统参数测定、单回路控制、串级控制、前馈控制、比值控制等多种控制形式。控制系统采用西门子的分布式I/O单元ET200M，监控软件采用SIMATICWINCC。采用现场总线的液位变送器、压力变送器、涡轮流量计、变频器、电动调节阀、温度变送器以及分布式I/O模块。该实验装置既可作为本科、专科、高职过程控制课程的实验装置，也可作为研究生及科研人员在复杂控制系统、先进控制系统研究方面提供物理模拟对象和实现手段。同时也可以作为学习现场总线过程控制的一个实验手段。
TWGF-1型过程控制系统实验装置采用西门子的现场总线过程控制系统，监控软件采用SIMATIC WINCC。
现场总线是基于全集成自动化思想的系统，其集成的核心是统一的过程数据库和数据库管理软件，所有的系统信息都存储于一个数据库中而且只需输入一次，这样就大大增强了系统的整体性和信息的准确性。通讯采用符合IEC61131-3国际标准的编程软件和现场设备库，提供连续控制、顺序控制及编程语言。现场设备库提供大量的常用的现场设备信息及功能块，可大大简化组态工作，缩短工程周期。它具有ODBC、OLE等标准接口，并且应用以太网、PROFIBUS现场总线等开放网络，从而具有很强的开放性，可以很容易地连接上位机管理系统和其它厂商的控制系统。
二、产品结构与特点：
2、设备特点：
（1）、分体式设计，模块化组装式结构，可以实现不同的控制系统。总线控制系统仪表控制系统。
（2）、三水箱配置；双路供水系统。
（3）、实验柜完全敞开设计，内部器件全部可视，有利直观教学和维护，所有管子为不锈钢管。
（4）、人性化设计，配有储水箱，进排水自控装置，减轻实验人员劳动强度。
（5）、装置的仪表、部件均选用现代化技术工业级产品，智能化程度高。精度好，规格多样。有利直观教学和拓宽学生工业现场知识。为以后走上社会打好结实基础。
（6）、安全度高，系统配有漏电保护，带保护套的专用实验电源连线，及温控箱防止无水加温自动控制等，力求保护人身、设备安全。
（7）、开放度好，在教师指导下，学生可观察、可自己动手参与操作、可自行编程进行验证、可根据记录的实时曲线进行理论分析等。
（8）锅炉加热程控保护系统
A、锅炉加热内胆加由水位液位保护装置，水位不达到一定的高度，控制系统不能控制可控硅调压器工作。
B、电加热管电源控制开关采用钥匙开关，不实验时，由教师保护放置钥匙，避免无关人员误操作。
（9）、电源保护措施
A、加有电流型漏电保护器。
B、三相电源加有保险管，防止断路。
（10）、电源启停控制方式；
采用启停按钮控制接触器来控制电源的启停。
（11）、漏电保护装置及安全性和安全承诺；
A、各种电源及各种仪表的可靠的保护功能
B、各种电源及各种仪表的强电采用开关控制，学生不自行接线，不存在强弱电混插的问题。
C、实验强电接线插头采用封闭式结构，防止触电事故的发生。
(8)、系统水路图
三、技术参数与要求:
1、供电电源
单相交流电源：220VAC±10%、50Hz±5%、16A，系统必需接地良好。
2、实验室应有水源和进排水口。进排水口与设备间距离一般要求小于10米
3、系统提供直流线性稳压电源（朝阳电源产品） 24VDC/1A。
4、上位计算机组态软件
(1)、采用国内市场应用广泛的组态软件， 还应有每个实验的应用工程软件。
6、外形尺寸（组合后）：对象:1600mmX750mmX1850mm,
控制柜：830mmX750mmX1900mm。
7、重量：实验柜，约重200Kg；实验台+实验架，约重250Kg
8、系统能够组成以太网西门子以太网络控制
四、系统配置
名称 | 单位 | 数量 | 型号 | 备注 | 产地 |
不锈钢磁力泵三相磁力泵 | 台 | 1 | MP-55R-380 | 无泄漏，低噪音，三相220vAC，50/60Hz，250w。 | 上海 |
不锈钢磁力泵二相磁力泵 | 台 | 1 | MP-55R-220 | 无泄漏，低噪音，三相220vAC，50/60Hz，250w。 | 上海 |
温控调压模块+散热器 | 套 | 1 | 定制 | 全隔离单相交流可控硅调压模块；控制信号：4-20mADC。 | 宁波 |
加热环 | 只 | 1 | 定制 | 功率：2000W，220vAC。 | 上海 |
电动调节阀 | 只 | 1 | 定制 | 带控制器,控制信号输入4-20MA. | 上海 |
温度变送器 | 只 | 4 | Pt100热电阻标准信号转换 | ||
压力液位传感器 | 只 | 3 | 扩散硅压力变送器（0-5KPa） | ||
压力变送器 | 2 | 扩散硅压力变送器（0-5KPa） | |||
流量计 | 只 | 1 | LWGY-10 |
西 门 子 300 控 制 单 元 | ||||
CPU | 块 | 1 | 6ES7 315-2AH14-0AB0 | 德国 |
通讯模块 | 块 | 1 | PROFIBUS： 6GK7 542-5DX00-0XE0 | 德国 |
MMC | 块 | 1 | 存储卡4M 6ES7 954-8LC02-0AA0 | 德国 |
变频器主体 | 块 | 1 | 德国 | |
变频器器操作面板 | 块 | 1 | BOP6SE6400-0BP00-0AA0 | 德国 |
DP/PA耦合器7 | 块 | 1 | 为DP子站将PA设备连入PROFIBUS-DP，与现场总线型对象互联时选用 | 德国 |
Profibus-PA液位总线仪表 | 块 | 1 | 液位测量带PA输出7MF4634-1DD2-3AF6 | 德国 |
AI 模块 | 块 | 1 | 6ES7 331-7KF02-0AB0 | 德国 |
AO 模块 | 块 | 1 | 6ES7 332-5HD01-0AB0 | 德国 |
导轨 | 块 | 830mm | 导轨6ES7 590-1AJ30-0AA0 | 德国 |
连接器 | 套 | 5 | 20脚前连接器40脚前连接器6ES73921AJ000AA0 | 德国 |
WinCC7.0 | 套 | 1 | 带权 | 德国 |
STEP7 v5.4 | 套 | 1 | 编程软件（带权） | 德国 |
T型头 | 3 | 德国 | ||
终端电阻 | 1 | 6ES7972-0BA41-0XA0 | 德国 | |
DP专用电缆 | 10米 | 6XV 1830-0EH10 | 德国 | |
常规仪表控制 | |||
远程数据采集模块DDC | 套 | 1 | 4AI/4AO含网络功能 |
智能制造的远程信息化系统 | 套 | 1 | 4路模拟量以上采集通道，多路开关量输入和输出。支持TCP/UDP工作方式，设备均可与PLC、组态软件、组态屏等进行通信，将现场的大量不同区域工业设备的数据，传输到远端的数据中心，实现远程数据监控，设备诊断、程序维护和故障报警等功能，为用户提供一种简单可靠的工业互联网数据远程传输方案。支持通过电脑客户端、手机 APP 和网页远程数据监控；支持历史数据记录，采集和记录登记的监控点的数据，并支持列表曲线的数据展示和常用的统计分析；接口开放，用户可自行组态；同时开放 HTTP 接口和 SDK 接口，用户可自行编程。 |
触摸屏 | 套 | 1 | 触摸屏面板采用全新的高分辨率16:9宽屏液晶显示和先进的工业设计理念，800×480dpi宽屏显示设计和传统屏幕相比具有更大的可视面积，是单个画面中可以显示更多的信息。 主要参数： 1、电源：DC24V 2、I/O接口：与主控模块的I/O口连接 3、显示类型：LED-TFT 4、颜色：256 5、亮度：250cd/m² 6、CPU：ARM,400MHz 7、内存：64M DDR SDRAM+8M Flash 8、电源线：直头品字尾。 9、接口：RS23/RS485/USB/RJ45 能够使学员了解工业触摸屏的功能及使用方法、掌握与PLC之间的通信知识，并掌握复位、置位、交替等功能键、图形（曲线）显示、动态画面跟踪在触摸屏中的实现方法。 |
直流伺服电机 | 套 | 1 | 功率15W，电源DC24V，调速可达3000转/分测速装置。 |
仿真软件 | 套 | 1 | 要求采用远程数据采集模块，D/A8024模块4路模拟输出4~20mA电流，A/D8017模块8路模拟输入1~5V。采用智能调节器（精度：0.2级 输出：4～20mA）。（1）仿真系统模拟工业生产过程的四大热工参数，包括液位对象，温度对象，流量对象，压力对象，无缝对接“过程控制实验装置”的控制系统，能够完成基本对象特性测试、单闭环控制、串级控制、前馈反馈控制、流量比值控制等实验，可以替代被控对象。 （2）仿真软件要求在软件设计有原理结构图，具有可开发性。同时要求可开放源代码给学校，供学生自己研究和设计，既满足基本教学同时也可作为研究创新平台使用。 （3）要求提供流量和液位单回路、比值控制、串级控制系统 3 种实验的Simulink 控制软件建模界面和响应曲线。 （4）软件具有以下界面图： 1）单容水箱建模界面图； 2）单容水箱建模响应曲线图； 3）单容水箱控制界面图； 4）单容水箱液位控制响应曲线； 5）比值流量实物控制图； 6）比值流量控制响应曲线； 7）比值流量仿真图； 8）比值流量仿真响应曲线； 9）上下水箱串级实物控制图； 10）上下水箱串级液位控制响应曲线； 11）上下水箱液位串级模型仿真图； 12）上下水箱串级液位仿真响应曲线； 13）上水箱液位流量串级实物控制图； 14）上水箱液位流量串级试验曲线； 15）上水箱液位流量串级仿真图； 16）上水箱液位流量串级仿真响应曲线。 |
其它设备 | |||||
名称 | 单位 | 数量 | 型号 | 备注 | 产地 |
实验用淡蓝色透明有机玻璃水箱 | 只 | 3 | 定制 | 三个圆型有机玻璃水箱 | 上海 |
不锈钢温控实验箱 | 只 | 1 | 定制 | 由加热箱、冷却箱、溢流箱、加热环、Pt100、温度变送器组成，并带有温显表和加热箱内无水断电保护装置 | 上海 |
纯滞后实验装置 | 只 | 1 | 定制 | 完成滞后实验 | 上海 |
温度热交换器 | 1 | 定制 | 能够迅速降低储水箱的温度 | ||
不锈钢储水箱 | 只 | 1 | 内有独特的结构设计和不锈钢过滤网，拆洗方便 | 上海 | |
电磁阀 | 只 | 2 | DN15 | 宁波余姚三力信 | 宁波 |
接触器 | 只 | 2 | 220V CJX2-09 | 正泰 | 温州 |
配有24v直流稳压电源 | 只 | 1 | 定制 | 朝阳电源 | 辽宁 |
全部不锈钢管及配件，增加设备的使用寿命。 | 套 | 1 | 定制 | 外加工 | 上海 |
实验台及实验架 | 套 | 1 | 定制 | 定制 | 上海 |
锅炉保护系统 | 套 | 1 | 定制 | 保护锅炉加热系统,无水时自动切断电源 | 上海 |
软件系统 | ||||
系统组态软件 | 套 | 1 | WinCC Runtime Professional | |
编程软件 | 套 | 1 | SIMATIC STEP 7 Professional | |
网络控制软件 | 套 | 1 | ||
以太网网路控制软件 | 套 | 1 | 网络具有以下功能:1、工程师站，可以操作网内所有的设备，可以直接监控和修改程序； 监控中心，可以监控网内所有设备的运行状态和生产数据； 3、操作员站，可以操作现场设备，支持所有带网口的触摸屏； 4、客户端，网内的所有客户端都可以访问监控中心的数据。） | |
电脑配置：T4900D I5-7400/8G/1T+256GSSD/集成/无光驱/WIN10/19.5寸
五、实验目录
传感器的认识与校验
1、压力变送器的认识与校验
2、电动调节阀的认识与校验
3、流量计的认识与校验
4、变频器的认识
5、 热电阻的认识和校验
6、 调节器的认识实验
特性实验
7、水箱单容特性实验
8、水箱双容特性实验
9、上下水箱双容特性实验
10、电动阀流量特性实验
11、变频器流量特性实验
12、温度度特性实验
13、三容实验特性实验
单回路控制实验
1、位式控制
2、电动调节阀支路单容液位控制实验
3、变频器支路单容液位控制实验
4、上水箱双容液位控制实验
5、上下水箱双容液位控制实验
6、三容液位控制实验
7、电动调节阀支路流量控制实验
8、变频器支路流量控制实验
9、锅炉内胆温度控制实验
10、锅炉内胆静态温度控制实验
11、锅炉内胆温度动态控制实验
12、锅炉内胆水温位式控制
串级控制实验
1、双容串级控制实验
2、上水箱液位与电动阀支路流量串级控制实验
3、上水箱液位与变频器支路流量串级控制实验
4、三闭环三容液位串级控制实验
5、下水箱液位与变频器、循环泵支路流量的串级控制系统实验
比值控制实验
1、单闭环比值流量控制实验
2、随动流量比值控制实验
前馈反馈控制实验
1、上水箱液位流量前馈反馈控制实验
2、炉内胆温度流量前馈反馈控制实验
解耦控制实验
1、上水箱双容液位解耦控制实验
滞后控制实验
1．SMITH预估控制实验
伺服电机
1、光电开关电机转速检测与控制
2、齿轮转速传感器转速测量实验
触摸屏控制实验
多变量控制实验
三容水箱液位的解耦控制；三容水箱液位的约束控制
网络控制实验提供演示
手机APP控制