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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。）