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TWGF-1型現(xiàn)場總線過程控制實(shí)驗(yàn)裝置

一、概述：

TWGF-1型過程控制實(shí)驗(yàn)裝置是一套基于現(xiàn)場總線控制的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，它是集自動(dòng)化儀表技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)，通訊技術(shù)，自動(dòng)控制技術(shù)為一體的多功能實(shí)驗(yàn)裝置。系統(tǒng)包括流量、溫度、液位等熱工參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)參數(shù)測定、單回路控制、串級(jí)控制、前饋控制、比值控制等多種控制形式?？刂葡到y(tǒng)采用西門子的分布式I/O單元ET200M，監(jiān)控軟件采用SIMATICWINCC。采用現(xiàn)場總線的液位變送器、壓力變送器、渦輪流量計(jì)、變頻器、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、溫度變送器以及分布式I/O模塊。該實(shí)驗(yàn)裝置既可作為本科、專科、高職過程控制課程的實(shí)驗(yàn)裝置，也可作為研究生及科研人員在復(fù)雜控制系統(tǒng)、*控制系統(tǒng)研究方面提供物理模擬對(duì)象和實(shí)現(xiàn)手段。同時(shí)也可以作為學(xué)習(xí)現(xiàn)場總線過程控制的一個(gè)實(shí)驗(yàn)手段。

TWGF-1型過程控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置采用西門子的現(xiàn)場總線過程控制系統(tǒng)，監(jiān)控軟件采用SIMATIC WINCC。

現(xiàn)場總線是基于全集成自動(dòng)化思想的系統(tǒng)，其集成的核心是統(tǒng)一的過程數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)庫管理軟件，所有的系統(tǒng)信息都存儲(chǔ)于一個(gè)數(shù)據(jù)庫中而且只需輸入一次，這樣就大大增強(qiáng)了系統(tǒng)的整體性和信息的準(zhǔn)確性。通訊采用符合IEC61131-3國際標(biāo)準(zhǔn)的編程軟件和現(xiàn)場設(shè)備庫，提供連續(xù)控制、順序控制及編程語言?，F(xiàn)場設(shè)備庫提供大量的常用的現(xiàn)場設(shè)備信息及功能塊，可大大簡化組態(tài)工作，縮短工程周期。它具有ODBC、OLE等標(biāo)準(zhǔn)接口，并且應(yīng)用以太網(wǎng)、PROFIBUS現(xiàn)場總線等開放網(wǎng)絡(luò)，從而具有很強(qiáng)的開放性，可以很容易地連接上位機(jī)管理系統(tǒng)和其它廠商的控制系統(tǒng)。

二、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)：

2、設(shè)備特點(diǎn)：

（1）、分體式設(shè)計(jì)，模塊化組裝式結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)不同的控制系統(tǒng)。總線控制系統(tǒng)儀表控制系統(tǒng)。

（2）、三水箱配置；雙路供水系統(tǒng)。

（3）、實(shí)驗(yàn)柜敞開設(shè)計(jì)，內(nèi)部器件全部可視，有利直觀教學(xué)和維護(hù)，所有管子為不銹鋼管。

（4）、人性化設(shè)計(jì)，配有儲(chǔ)水箱，進(jìn)排水自控裝置，減輕實(shí)驗(yàn)人員勞動(dòng)強(qiáng)度。

（5）、裝置的儀表、部件均選用現(xiàn)代化技術(shù)工業(yè)級(jí)產(chǎn)品，智能化程度高。精度好，規(guī)格多樣。有利直觀教學(xué)和拓寬學(xué)生工業(yè)現(xiàn)場知識(shí)。為以后走上社會(huì)打好結(jié)實(shí)基礎(chǔ)。

（6）、安全度高，系統(tǒng)配有漏電保護(hù)，帶保護(hù)套的專用實(shí)驗(yàn)電源連線，及溫控箱防止無水加溫自動(dòng)控制等，力求保護(hù)人身、設(shè)備安全。

（7）、開放度好，在教師指導(dǎo)下，學(xué)生可觀察、可自己動(dòng)手參與操作、可自行編程進(jìn)行驗(yàn)證、可根據(jù)記錄的實(shí)時(shí)曲線進(jìn)行理論分析等。

（8）鍋爐加熱程控保護(hù)系統(tǒng)

A、鍋爐加熱內(nèi)膽加由水位液位保護(hù)裝置，水位不達(dá)到一定的高度，控制系統(tǒng)不能控制可控硅調(diào)壓器工作。

B、電加熱管電源控制開關(guān)采用鑰匙開關(guān)，不實(shí)驗(yàn)時(shí)，由教師保護(hù)放置鑰匙，避免無關(guān)人員誤操作。

（9）、電源保護(hù)措施

A、加有電流型漏電保護(hù)器。

B、三相電源加有保險(xiǎn)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(hù)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(hù)功能

B、各種電源及各種儀表的強(qiáng)電采用開關(guān)控制，學(xué)生不自行接線，不存在強(qiáng)弱電混插的問題。

C、實(shí)驗(yàn)強(qiáng)電接線插頭采用封閉式結(jié)構(gòu)，防止觸電事故的發(fā)生。

(8)、系統(tǒng)水路圖

三、技術(shù)參數(shù)與要求:

1、供電電源

單相交流電源：220VAC±10%、50Hz±5%、16A，系統(tǒng)必需接地良好。

2、實(shí)驗(yàn)室應(yīng)有水源和進(jìn)排水口。進(jìn)排水口與設(shè)備間距離一般要求小于10米

3、系統(tǒng)提供直流線性穩(wěn)壓電源（朝陽電源產(chǎn)品） 24VDC/1A。

4、上位計(jì)算機(jī)組態(tài)軟件

(1)、采用國內(nèi)市場應(yīng)用廣泛的組態(tài)軟件，還應(yīng)有每個(gè)實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用工程軟件。

6、外形尺寸（組合后）：對(duì)象:1600mmX750mmX1850mm,

控制柜：830mmX750mmX1900mm。

7、重量：實(shí)驗(yàn)柜，約重200Kg；實(shí)驗(yàn)臺(tái)+實(shí)驗(yàn)架，約重250Kg

8、系統(tǒng)能夠組成以太網(wǎng)西門子以太網(wǎng)絡(luò)控制

四、系統(tǒng)配置

名稱	單位	數(shù)量	型號(hào)	備注	產(chǎn)地
不銹鋼磁力泵三相磁力泵	臺(tái)	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(tái)	1	MP-55R-220	無泄漏，低噪音，三相220vAC，50/60Hz，250w。	上海
溫控調(diào)壓模塊+散熱器	套	1	定制	全隔離單相交流可控硅調(diào)壓模塊；控制信號(hào)：4-20mADC。	寧波
加熱環(huán)	只	1	定制	功率：2000W，220vAC。	上海
電動(dòng)調(diào)節(jié)閥	只	1	定制	帶控制器,控制信號(hào)輸入4-20MA.	上海
溫度變送器	只	4	Pt100熱電阻標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)轉(zhuǎn)換
壓力液位傳感器	只	3	擴(kuò)散硅壓力變送器（0-5KPa）
壓力變送器		2	擴(kuò)散硅壓力變送器（0-5KPa）
流量計(jì)	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(chǔ)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(shè)備連入PROFIBUS-DP，與現(xiàn)場總線型對(duì)象互聯(lián)時(shí)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(dǎo)軌	塊	830mm	導(dǎo)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(quán)	德國
STEP7 v5.4	套	1	編程軟件（帶權(quán)）	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(guī)儀表控制
遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集模塊DDC	套	1	4AI/4AO含網(wǎng)絡(luò)功能
智能制造的遠(yuǎn)程信息化系統(tǒng)	套	1	4路模擬量以上采集通道，多路開關(guān)量輸入和輸出。支持TCP/UDP工作方式，設(shè)備均可與PLC、組態(tài)軟件、組態(tài)屏等進(jìn)行通信，將現(xiàn)場的大量不同區(qū)域工業(yè)設(shè)備的數(shù)據(jù)，傳輸?shù)竭h(yuǎn)端的數(shù)據(jù)中心，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)控，設(shè)備診斷、程序維護(hù)和故障報(bào)警等功能，為用戶提供一種簡單可靠的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸方案。支持通過電腦客戶端、手機(jī) APP 和網(wǎng)頁遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)控；支持歷史數(shù)據(jù)記錄，采集和記錄登記的監(jiān)控點(diǎn)的數(shù)據(jù)，并支持列表曲線的數(shù)據(jù)展示和常用的統(tǒng)計(jì)分析；接口開放，用戶可自行組態(tài)；同時(shí)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(yè)設(shè)計(jì)理念，800×480dpi寬屏顯示設(shè)計(jì)和傳統(tǒng)屏幕相比具有更大的可視面積，是單個(gè)畫面中可以顯示更多的信息。主要參數(shù)： 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(nèi)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(xué)員了解工業(yè)觸摸屏的功能及使用方法、掌握與PLC之間的通信知識(shí)，并掌握復(fù)位、置位、交替等功能鍵、圖形（曲線）顯示、動(dòng)態(tài)畫面跟蹤在觸摸屏中的實(shí)現(xiàn)方法。
直流伺服電機(jī)	套	1	功率15W，電源DC24V，調(diào)速可達(dá)3000轉(zhuǎn)/分測速裝置。
仿真軟件	套	1	要求采用遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)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(diào)節(jié)器（精度：0.2級(jí) 輸出：4～20mA）。（1）仿真系統(tǒng)模擬工業(yè)生產(chǎn)過程的四大熱工參數(shù)，包括液位對(duì)象，溫度對(duì)象，流量對(duì)象，壓力對(duì)象，無縫對(duì)接“過程控制實(shí)驗(yàn)裝置"的控制系統(tǒng)，能夠完成基本對(duì)象特性測試、單閉環(huán)控制、串級(jí)控制、前饋反饋控制、流量比值控制等實(shí)驗(yàn)，可以替代被控對(duì)象。（2）仿真軟件要求在軟件設(shè)計(jì)有原理結(jié)構(gòu)圖，具有可開發(fā)性。同時(shí)要求可開放源代碼給學(xué)校，供學(xué)生自己研究和設(shè)計(jì)，既滿足基本教學(xué)同時(shí)也可作為研究創(chuàng)新平臺(tái)使用。（3）要求提供流量和液位單回路、比值控制、串級(jí)控制系統(tǒng) 3 種實(shí)驗(yàn)的Simulink 控制軟件建模界面和響應(yīng)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(yīng)曲線圖； 3）單容水箱控制界面圖； 4）單容水箱液位控制響應(yīng)曲線； 5）比值流量實(shí)物控制圖； 6）比值流量控制響應(yīng)曲線； 7）比值流量仿真圖； 8）比值流量仿真響應(yīng)曲線； 9）上下水箱串級(jí)實(shí)物控制圖； 10）上下水箱串級(jí)液位控制響應(yīng)曲線； 11）上下水箱液位串級(jí)模型仿真圖； 12）上下水箱串級(jí)液位仿真響應(yīng)曲線； 13）上水箱液位流量串級(jí)實(shí)物控制圖； 14）上水箱液位流量串級(jí)試驗(yàn)曲線； 15）上水箱液位流量串級(jí)仿真圖； 16）上水箱液位流量串級(jí)仿真響應(yīng)曲線。

其它設(shè)備
名稱	單位	數(shù)量	型號(hào)	備注	產(chǎn)地
實(shí)驗(yàn)用淡藍(lán)色透明有機(jī)玻璃水箱	只	3	定制	三個(gè)圓型有機(jī)玻璃水箱	上海
不銹鋼溫控實(shí)驗(yàn)箱	只	1	定制	由加熱箱、冷卻箱、溢流箱、加熱環(huán)、Pt100、溫度變送器組成，并帶有溫顯表和加熱箱內(nèi)無水?dāng)嚯姳Ｗo(hù)裝置	上海
純滯后實(shí)驗(yàn)裝置	只	1	定制	完成滯后實(shí)驗(yàn)	上海
溫度熱交換器		1	定制	能夠迅速降低儲(chǔ)水箱的溫度
不銹鋼儲(chǔ)水箱	只	1		內(nèi)有的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和不銹鋼過濾網(wǎng)，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(wěn)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(shè)備的使用壽命。	套	1	定制	外加工	上海
實(shí)驗(yàn)臺(tái)及實(shí)驗(yàn)架	套	1	定制	定制	上海
鍋爐保護(hù)系統(tǒng)	套	1	定制	保護(hù)鍋爐加熱系統(tǒng),無水時(shí)自動(dòng)切斷電源	上海

軟件系統(tǒng)
系統(tǒng)組態(tài)軟件	套	1	WinCC Runtime Professional
編程軟件	套	1	SIMATIC STEP 7 Professional
網(wǎng)絡(luò)控制軟件	套	1
以太網(wǎng)網(wǎng)路控制軟件	套	1	網(wǎng)絡(luò)具有以下功能:1、工程師站，可以操作網(wǎng)內(nèi)所有的設(shè)備，可以直接監(jiān)控和修改程序；監(jiān)控中心，可以監(jiān)控網(wǎng)內(nèi)所有設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和生產(chǎn)數(shù)據(jù)； 3、操作員站，可以操作現(xiàn)場設(shè)備，支持所有帶網(wǎng)口的觸摸屏； 4、客戶端，網(wǎng)內(nèi)的所有客戶端都可以訪問監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)。）