·設備外觀

·設計簡述

    裝置主要由“高級過程控制對象實訓系統”、“現場總線控制系統”等組成，滿足了國內各高等院校、職業(yè)院校和職業(yè)教育培訓機構所開設的《傳感器檢測與轉換技術》、《過程控制》、《熱工自動化》、《自動化儀表》、《自動控制理論》、《計算機控制》及《網絡自動化控制》等實訓教學要求。裝置以設計有熱工四大參數（流量、壓力、液位、溫度）的控制對象為載體，通過上位機系統完成西門子S7-300PLC現場PA總線控制，能進行“過程自動化系統的設計與組件”、“控制系統的配線與連接”、“組態(tài)工程的設計與控制程序的編寫”、“控制主機與上位機系統的通訊連接”、“過程自動化系統的整機調試與運行”等綜合性實訓。

·主要參數

    1.工作電源：三相四線AC380V±10％  50Hz；
    2.工作環(huán)境：溫度–10℃～+40℃，相對濕度＜85％（25℃），海撥＜4000m；
    3.裝置容量：≤5.0KVA；
    4.外形尺寸：2800mm×880mm×1800mm；控制柜尺寸：800mm×600mm×1800mm
    5.具有短路保護、漏電保護，安全符合國家標準。

·組成及功能

    設備主要由高級過程控制對象系統、現場總線控制系統、配件等組成。
（一）高級過程控制對象系統
    (1)高級過程控制實訓平臺(對象系統)由不銹鋼框架、水箱、鍋爐(由不銹鋼鍋爐內膽加溫筒和封閉式鍋爐夾套構成)、盤管、磁力驅動泵、現場儀表、閥門及管路等組成。可以組成溫度、壓力、流量、液位等控制回路，實現四大熱工參數的測量與控制，可進行現場儀表的安裝調校、對象特性測試、單回路控制、串級控制、前饋-反饋控制、比值控制、解耦控制等控制實訓。
    (2)水箱
    包括上、中、下3個液位水箱和1個儲水箱。液位水箱采用透明優(yōu)質有機玻璃，不但堅實耐用，而且透明度高，便于直接觀察液位的變化和記錄結果。上、中水箱尺寸均為：D=250mm，H=200mm；下水箱尺寸為：D=350mm，H=200mm。水箱結構獨特，由三個槽組成，分別為緩沖槽、工作槽和出水槽，進水時水管的水先流入緩沖槽，出水時工作槽的水經過帶燕尾槽的隔板流入出水槽，這樣經過緩沖和線性化的處理，工作槽的液位較為穩(wěn)定，便于觀察。水箱底部均接有擴散硅壓力傳感器與變送器，可對水箱的壓力和液位進行檢測和變送。上、中、下水箱可以組合成一階、二階、三階單回路液位控制系統和雙閉環(huán)、三閉環(huán)液位串級控制系統。儲水箱由不銹鋼板制成，尺寸為：長×寬×高=680mm×520mm×430mm，容量為152L，完全能滿足上、中、下水箱的實訓供水需要。儲水箱設有過濾網罩，以防雜物進入水泵和管道。
    (3)鍋爐
    有3kW三相電加熱管加熱的常壓鍋爐，包括加熱層（鍋爐內膽）和冷卻層（鍋爐夾套），均由不銹鋼精制而成，主要完成相關的溫度實訓。做溫度實訓時，冷卻層的循環(huán)水可以使加熱層的熱量快速散發(fā)，使加熱層的溫度快速下降。冷卻層和加熱層都裝有溫度傳感器檢測其溫度，可完成溫度的定值控制、串級控制，前饋-反饋控制，解耦控制等實訓。內膽尺寸：直徑Φ=190mm，高度h=500mm，容積=14.2L；鍋爐夾套尺寸：直徑Φ=270mm，高度h=420mm，容積=9.8L。
    (4)盤管
    模擬工業(yè)現場的管道輸送和滯后環(huán)節(jié)，長37米（43圈），管徑15mm，在盤管上有三個不同的溫度檢測點，它們的滯后時間常數不同，在實訓過程中可根據不同的實訓需要選擇不同的溫度檢測點。盤管的出水通過手動閥門的切換既可以流入鍋爐內膽，也可以經過渦輪流量計流回儲水箱。它可用來完成溫度的滯后和流量純滯后控制實訓。
    (5)管道壓力變送器
    采用擴散硅壓力變送器對動力系統作用下產生的管道壓力進行檢測，其量程為0～200KP，精度為0.5級。采用工業(yè)擴散硅壓力變送器，帶不銹鋼隔離膜片，同時采用信號隔離技術，對傳感器溫度漂移跟隨補償液位變送器。
    (6)液位壓力變送器
    三個液位壓力變送器分別用來對上、中、下三個水箱的液位進行檢測，上、中水箱水位檢測各采用工業(yè)用的擴散硅壓力變送器1個，量程為0～5KP，精度為0.5級。帶不銹鋼隔離膜片，同時采用信號隔離技術，對傳感器溫度漂移跟隨補償。下水箱采用SIEMENS帶PROFIBUS-PA通訊接口的壓力傳感器1個,SIEMENS帶PROFIBUS-PA通訊接口的壓力傳感器通過總線供電，不需要另外接工作電源。
    (7)溫度傳感器
    裝置中采用了6只Pt100鉑電阻溫度傳感器，分別用來檢測鍋爐內膽、鍋爐夾套、盤管（有3個測試點）、上水箱出口的水溫等。Pt100測溫范圍：-200～+650℃。經過溫度變送器，可將溫度信號轉換成4～20mA直流電流信號。然后送入二次儀表進行溫度的測量。Pt100傳感器精度高，熱補償性較好，可用于做標準校驗用熱電阻。
    其中1個溫度變送器采用西門子帶PROFIBUS-PA通訊接口的溫度變送器，直接轉化為數字信號。
     (8)流量傳感器、變送器
    采用1臺電磁流量計與2臺渦輪流量計。
    電磁流量計采用西門子帶PROFIBUS-PA通訊接口的檢測和變送一體的電磁式流量計，用來對電動調節(jié)閥支路流量進行檢測。
    渦輪流量計的傳感器部分為渦輪結構，是一種速度式檢測儀表，用于檢測水流量的大小，當流量很小時其精度也不會降低。變送器為直流24V供電、4～20mA變送輸出、標準兩線制接線、精度1.0級，是高精度型傳感器、變送器一體式結構的流量檢測裝置，用來對變頻泵支路流量及盤管出口流量進行檢測。
    (9)氣動調節(jié)閥
    采用智能電氣閥門定位器控制控制氣動調節(jié)閥。具PROFIBUS-PA通訊功能。
    (10)水泵
    本裝置采用磁力驅動泵，型號為16CQ-8P，流量為30升/分，揚程為8米，功率為180W。泵體完全采用不銹鋼材料，以防止生銹，使用壽命長。本裝置采用兩只磁力驅動泵,一只為三相380V恒壓驅動，另一只為三相變頻220V輸出驅動。
    (11)電磁閥
    電磁閥安裝在電動調節(jié)閥的旁路，起到階躍干擾的作用。電磁閥工作壓力：最小壓力為0Kg/㎝2，最大壓力為10Kg/㎝2；工作溫度：－5～60℃。
    (12)三相電加熱管
    由三根1KW電加熱管星形連接而成，用來對鍋爐內膽內的水進行加溫，每根加熱管的電阻值約為50Ω左右。
    (13)管道及閥門
    整個系統管道由敷塑不銹鋼管連接而成，所有的手動閥門均采用優(yōu)質球閥，徹底避免了管道系統生銹的可能性。有效提高了裝置的使用年限。其中儲水箱底部裝有出水閥，當水箱需要更換水時，把出水閥打開將水直接排出。
（二）現場總線控制系統
    現場總線控制系統由控制柜（包含電源及保護裝置）、西門子現場總線控制組件、開關電源、端子排組件等組成，通過學生的安裝、接線，可靈活的組成多種控制回路。
    PLC選用西門子300系列標準CPU，CPU 315-2DP，內置256KB工作存儲器，自帶一個MPI接口，一個PROFIBUS接口，最多可帶124個DP從站。I/O地址區(qū)域輸入為2048字節(jié)，輸出2048字節(jié)。
    配有SM322數字量輸出模塊，32數字量輸出,24VDC,0.5A。
    配有SM331模擬量輸入模塊，8AI輸入，分辨率14bit。
    配有SM332模擬量輸出模塊，4A0輸出，分辨率11/12位。
    配有DP/PA耦合器，6ES7157-0AC85-0XA0，輸入電源20.4V-28.8V，支持PROFIBUS DP和PROFIBUS PA協議。最多可連接31個PA現場設備。
    配有DP/PA連接器IM153-2接口模塊。
（三）其他配件
    包含系統運行必須的19芯、42芯航空電纜線，實訓指導書，各種維護用的螺絲刀、扳手、生料帶、電工膠帶、出水管等工具，配套型材電腦桌。各主要器件的使用說明書，實訓用強弱電導線，工程光盤及軟件等，使用以上配件可以組成一套完整系統，并可完成日常的維護工作。

·實訓項目

    1.壓力變送器的安裝與調試
    2.渦輪流量計的安裝與調試
    3.電磁流量計的安裝與調試
    4.氣動調節(jié)閥的安裝與調試
    5.單容水箱液位定值控制系統
    6.雙容水箱液位定值控制系統
    7.單閉環(huán)流量定值控制系統
    8.鍋爐內膽水溫定值控制系統
    9.水箱液位串級控制系統
    10.下水箱液位與進水流量串級控制系統
    11.單閉環(huán)流量比值控制系統
    12.雙閉環(huán)流量比值控制系統
    13.下水箱液位的前饋-反饋控制系統
    14.盤管出水口溫度滯后控制系統
    15.盤管出水口流量滯后控制系統
    16.上水箱液位與出口溫度解耦控制系統
    17.上位機組態(tài)軟件的設計與應用
    18.系統控制程序的編寫與調試
    19 .西門子PA總線網絡配置組態(tài)
    20.控制主機與上位機的通訊連接
    21.過程自動化系統的設計、調試與運行

·配置清單