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开放性过程自动化综合实训平台

产品名称:开放性过程自动化综合实训平台
分类:
工业自动化系列
型号:
YTIGZ-7型
描述:
本实训平台由对象系统和开放式控制系统两部分组成。采用开放式功能设计,具有西门子PROFIBUS-DP总线控制、利时DCS系统控制、智能仪表控制等多种方式。能完成《自动控制理论》、《过程控制》、《自动化仪表》、《PLC可编程控制》、《计算机控制》等课程的相关实训项目。适用开放性实训室的建设的需要。
产品参数

一、产品概述

本实训平台由对象系统和开放式控制系统两部分组成。采用开放式功能设计,具有西门子PROFIBUS-DP总线控制、利时DCS系统控制、智能仪表控制等多种方式。能完成《自动控制理论》、《过程控制》、《自动化仪表》、《PLC可编程控制》、《计算机控制》等课程的相关实训项目。适用开放性实训室的建设的需要。

二、对象系统

(一)对象系统功能

1.可实现液位、压力、流量、温度等热工参数的控制。温度单回路控制时间小于半小时。

2.可实现开环、闭环控制,系统流量具有阀控和泵控(变频驱动)两种控制方式;

3.相关电气接口配置有标准预制电缆接口,所有接线均通过工业接线端子(片式)方式中转,便于后续检测维护。

4.工艺对象配置有储水箱和预处理系统,储水箱满足系统循环工作用水需求,预处理系统始对源水进行预处理,方便实验开展。

(二)对象系统配置

实体工艺系统主要由不锈钢框架、网孔板、储水箱、三个串接有机玻璃水箱、3kW三相电加热锅炉(由不锈钢锅炉内胆加温筒和封闭式锅炉夹套构成)、工业换热器、盘管、敷塑不锈钢管道等组成。供水系统有两路:一路由三相磁力驱动泵、压力仪表、电动调节阀、交流电磁阀、流量计及手动调节阀组成;另一路由三相磁力驱动泵(变频调速,通过变频器来驱动)、流量计及手动调节阀组成。

1.磁力驱动泵2套,系统采用磁力驱动泵做为供水系统,流量为30/分,扬程为8米,功率为0.18KW,转速2800rpm。泵体完全采用不锈钢材料,以防止生锈,使用寿命长。

2.电动调节阀1套,采用智能直行程电动调节阀,用来对控制回路的流量进行调节。具有精度高、技术先进、体积小、重量轻、推动力大、功能强、控制单元与电动执行机构一体化、可靠性高、操作方便等优点,电源为单相220V,控制信号为420mADC,可输出为420mADC的阀位信号,使用和校正非常方便。

3.液位水箱3个,三个水箱均采用优质有机玻璃,不但坚实耐用,而且透明度高,便于直接观察液位的变化和记录结果。水箱结构独特,由三个槽组成,分别为缓冲槽、工作槽和出水槽,进水时水管的水先流入缓冲槽,出水时工作槽的水经过带燕尾槽的隔板流入出水槽,这样经过缓冲和线性化的处理,工作槽的液位较为稳定,便于观察。水箱底部均接有扩散硅压力传感器与变送器,可对水箱的压力和液位进行检测和变送。

4.储水箱1个,采用304不锈钢板制成,满足实验的供水需要。水箱的上部和底部装有注水阀门和排水阀门,方便实验用水的更换。

5.预处理系统1套,包含不锈钢箱体、预处理装置、传感器、排气装置、进出水口等。

6.不锈钢锅炉1个,为3kW三相电加热管加热的常压锅炉,包括加热层(锅炉内胆)和冷却层(锅炉夹套),均由不锈钢精制而成,主要完成相关的温度实验。做温度实验时,冷却层的循环水可以使加热层的热量快速散发,使加热层的温度快速下降。冷却层和加热层都装有温度传感器检测其温度。

7.盘管系统1套,模拟工业现场的管道输送和滞后环节,在盘管上有三个不同的温度检测点,它们的滞后时间常数不同,在实验过程中可根据不同的实验需要选择。

8.压力变送器5套,量程范围:05KPa3套)/0200KPa1套);精度:0.5%;输出信号:420mADCSITRANS P压力变送器1套,支持PROFIBUS PA通讯,量程01bar

9.电磁阀 1套,电磁阀工作电压:220VAC;公称通径:DN15

10.温度传感器10个,采用Pt100铂热电阻温度传感器,传感器精度高,热补偿性较好。

11.流量传感器3套,供电电源:DC24V;量程:01.2m3/h;精度:1级;输出信号: 420mA DC

12.板式换热装置1套,板式换热装置应配有四个测试点,单片换热面积0.027m2,额定压力3.0Mpa,试验压力4.5MPa,设计温度-195+220,板片壁厚0.4mm

13.管道及阀门1套,工艺对象配阀门以电磁阀为主,可与控制系统结合用上位机控制工作管路的切换。整个系统管道由敷塑不锈钢管或专用软管连接而成,避免了管道系统生锈的可能性。有效提高了实验装置的使用年限。

14.电控箱1

采样冷轧钢板材质箱体,内置40A三相调压模块、交流接触器、温度变送器、电气接口等。

15.系统平台框架1套,外形尺寸(长×宽×高)1800mm×800mm×1800mm;采用304不锈钢方管焊接而成,所有焊接处进行防锈处理,配有大型开放式安装底板。

三、开放式控制系统

(一)整体功能

1.控制系统平台采用模块化、开放式结构设计,从正面能观测到所有电气控制部件及控制线路;可由学生自行搭建相关电气控制线路。电气控制接口与工业现场接口一致。

2.采用西门子控制系统,包括S7-400PLCS7-200PLCTP700彩色工业触摸屏、ET200M分布式I/O等自动化设备,系统采用PROFINET工业以太网、PROFIBUS-DP现场总线、Profibus-PA构建三层网络架构。

3.配有开放式系统控制平台,电气控制系统等提供安装平台,配置有电源、指示装置、急停按钮、电源保护系统、三相电量测量仪表等。

4.具有漏电保护、过载保护、锅炉防干烧保护、反转保护、液位溢流保护、接地保护等功能。

(二)系统配置

1.西门子控制系统 1

1)西门子S7-400PLC控制系统

采用西门子S7-400PLC系列CPU412-2DP主机,集成工作存储器1MbyteCPU处理时间31.25ns(对于位运算、字运算、定点运算);集成总线通讯接口1× MPI/PROFIBUS DP1×PROFIBUS DP;配有存储卡。

配有PS 405电源模块,额定输入电流DC24V/2A;输出电源5VDC/4A24VDC/0.5A,具有短路保护;初级/次级电位隔离;

配有CP443-1通讯模块,符合工业以太网接口2-RJ45;传输速率10/100Mbit/s;用于开放式通信最大连接数64;用于S7通信最大连接数128

配有背板总线,集中式和分布式,带9个槽(2个冗余PS接口),可插拔;

2)西门子S7-200smart可编程控制系统

采用西门子S7-200smart系列SR40主机,板载开关量24点输入/16点输出,高速计数器4×200kHz;用户存储器24KB程序存储器/16KB数据存储器/10KB保持性存储器;通讯接口1个 以太网口/1 个串口(RS485/1 个附加串口(可选);支持Micro SD卡;

配有模拟量输入输出模块EM AM06,模拟量4路输入/2路输出;模拟量输入信号范围±10V、±5V、±2.5V020mA,模拟输出信号范围±10V020mA

配有Profibus-DP模块EM-DP01,可将S7-200smart连接到Profibus-DP网络中。

3)西门子分布式IO控制系统

分布IO控制系统组件一:包含M153-1 PROFIBUS-DP 接口模块1个、SM323数字量输入/输出1个(8DI/8DO)、SM331模拟量输入模块(8AI1个、SM332模拟量输出模块(2AO1个;

分布IO控制系统组件二:包含IM153-1 PROFIBUS-DP 接口模块1个、SM323数字量输入/输出1个(16DI/16DO);

分布IO控制系统组件三:包含IM153-1 PROFIBUS-DP 接口模块1个、SM335模拟量输入/输出模块(4AI/4AO1

4)工业触摸屏

采用西门子SIMATIC TP700精智工业触摸屏1件,7TFT 宽屏显示、1600万色、LED背光;800×480像素分辨率;用户内存12 MB;集成串口 / MPI / PROFIBUS DP/2×PROFINET(以太网)/USB;支持MMC/SD卡;报警系统报警数量4000 / 报警类别32;画面数500/变量2048

5)工业以太网交换机

采用西门子Scalance X-005 工业以太网交换机,510M/100M工业以太网。

6)变频器

采用西门子V20系列变频器,额定输出功率0.37kW;输出频率:0599 Hz, 精度0.01Hz;控制模式:V/fV2/f,多点V/fFCC(磁通电流控制);具有模拟量输入/输出端口;数字量输入/输出端口。

7DP/PA控制系统

配有IM 153-2链路器(DP LINK),地址容量(输入244byte/输出244byte)支持PROFIBUS DP总线协议(符合 EN 50170);

配有FDC157耦合器,用于PROFIBUS PA 现场设备连接,PROFIBUS DP最大传输速率45kbit/sPROFIBUS PA最大传输速率31.25kbit/s

2.和利时DCS控制系统

1)控制器组件

采用和利时K系列K-CU01主控制器模块,主要工作是收集I/O模块上报的现场数据,根据组态的控制方案完成对现场设备的控制,同时负责提供数据到上层操作员站显示。

配有主控制器背板模块K-CUT014插槽,以太网接口4×RJ45,支持主控IP地址设定、IO-BUS站地址设定;

配有8通道星形IO-BUS模块K-BUS02,支持带电热插拔和冗余配置;具有集线器和中机器功能;

2)电源组件

电源组件包含24VDC/120W24VDC/240W直流输出电源、交流电源配电板模块K-PW01、直流电源配电板模块K-PW11、查询电源分配板模块K-PW21

3)数字量及模拟量模块

数字量及模拟量模块包含8通道模拟量输入模块K-AI018通道AIAO底座模块K-AT018通道模拟量输出模块K-AO0116通道24VDC数字量输入模块K-DI0116通道DI底座K-DIT0116通道24VDC数字量输出模块K-DO0116通道DO底座K-DOT0116通道DO交直流继电器输出端子板K-DOR01、星形IO-BUS终端匹配器模块K-BUST02

4)控制软件

控制软件采用和利时MACS V6.5分布式控制软件平台,具有强大而多样的功能,包括数据采集、控制调节、报警、趋势、总貌图、模拟流程图、数据一览等;

配有HOLLiAS MACS V6.5.X软件工程师站授权。

3.智能仪表3

控制平台配置有三块智能仪表,仪表采用国际先进技术,输入采用数字校正系统,内置常用的热电偶和热电阻非线性校正表格,测量精度高;具有位式控制、AI智能调节、报警、变送、通讯、手/自动切换;采用先进的专家PID智能调节算法,控制精度稳定,无超调,具备自整定(AT)功能;具有50段程序控制功能,并具备停电处理、测量值启动、准备功能等多种选择功能;具有通讯功能,通过计算机可实现对仪表的各项操作及控制。

4.型材电脑桌1

5.系统控制平台 1

系统结构满足开放式实训需要,外形尺寸 1600mm×800mm×1800mm(长×宽×高),平台上配置有电源保护系统、启停系统、电网电压指示系统、手动操作开关、反转保护系统等;另配有存储柜1个;

6.配套工具

配套实训所需相关工具,包括万用表、钟表螺丝刀、活动板手、内六脚扳手、长柄十字螺丝刀、一字螺丝刀等。

三、典型实验项目

1.系统主要器件的认识与使用

2.对象特性测试实验

3.单容水箱液位定值控制

4.双容水箱液位定值控制

5.锅炉内胆水温定值控制

6.单闭环流量定值控制

7.锅炉内胆水温定值控制

8.管道压力定值控制

9.水箱液位串级控制

10.液位与流量串级控制

11.水温与流量串级控制

12.流量的比值控制

13.滞后控制系统

14.前馈-反馈控制系统

15.解耦控制系统

16.工控组态软件组态控制

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