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開放性過程自動化綜合實訓平臺

產品名稱:開放性過程自動化綜合實訓平臺
分類:
工業自動化系列
型號:
YTIGZ-7型
描述:
本實訓平臺由對象系統和開放式控制系統兩部分組成。采用開放式功能設計,具有西門子PROFIBUS-DP總線控制、利時DCS系統控制、智能儀表控制等多種方式。能完成《自動控制理論》、《過程控制》、《自動化儀表》、《PLC可編程控制》、《計算機控制》等課程的相關實訓項目。適用開放性實訓室的建設的需要。
產品參數

一、產品概述

本實訓平臺由對象系統和開放式控制系統兩部分組成。采用開放式功能設計,具有西門子PROFIBUS-DP總線控制、利時DCS系統控制、智能儀表控制等多種方式。能完成《自動控制理論》、《過程控制》、《自動化儀表》、《PLC可編程控制》、《計算機控制》等課程的相關實訓項目。適用開放性實訓室的建設的需要。

二、對象系統

(一)對象系統功能

1.可實現液位、壓力、流量、溫度等熱工參數的控制。溫度單回路控制時間小于半小時。

2.可實現開環、閉環控制,系統流量具有閥控和泵控(變頻驅動)兩種控制方式;

3.相關電氣接口配置有標準預制電纜接口,所有接線均通過工業接線端子(片式)方式中轉,便于后續檢測維護。

4.工藝對象配置有儲水箱和預處理系統,儲水箱滿足系統循環工作用水需求,預處理系統始對源水進行預處理,方便實驗開展。

(二)對象系統配置

實體工藝系統主要由不銹鋼框架、網孔板、儲水箱、三個串接有機玻璃水箱、3kW三相電加熱鍋爐(由不銹鋼鍋爐內膽加溫筒和封閉式鍋爐夾套構成)、工業換熱器、盤管、敷塑不銹鋼管道等組成。供水系統有兩路:一路由三相磁力驅動泵、壓力儀表、電動調節閥、交流電磁閥、流量計及手動調節閥組成;另一路由三相磁力驅動泵(變頻調速,通過變頻器來驅動)、流量計及手動調節閥組成。

1.磁力驅動泵2套,系統采用磁力驅動泵做為供水系統,流量為30/分,揚程為8米,功率為0.18KW,轉速2800rpm。泵體完全采用不銹鋼材料,以防止生銹,使用壽命長。

2.電動調節閥1套,采用智能直行程電動調節閥,用來對控制回路的流量進行調節。具有精度高、技術先進、體積小、重量輕、推動力大、功能強、控制單元與電動執行機構一體化、可靠性高、操作方便等優點,電源為單相220V,控制信號為420mADC,可輸出為420mADC的閥位信號,使用和校正非常方便。

3.液位水箱3個,三個水箱均采用優質有機玻璃,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。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。

4.儲水箱1個,采用304不銹鋼板制成,滿足實驗的供水需要。水箱的上部和底部裝有注水閥門和排水閥門,方便實驗用水的更換。

5.預處理系統1套,包含不銹鋼箱體、預處理裝置、傳感器、排氣裝置、進出水口等。

6.不銹鋼鍋爐1個,為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驗。做溫度實驗時,冷卻層的循環水可以使加熱層的熱量快速散發,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。

7.盤管系統1套,模擬工業現場的管道輸送和滯后環節,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,在實驗過程中可根據不同的實驗需要選擇。

8.壓力變送器5套,量程范圍:05KPa3套)/0200KPa1套);精度:0.5%;輸出信號:420mADCSITRANS P壓力變送器1套,支持PROFIBUS PA通訊,量程01bar

9.電磁閥 1套,電磁閥工作電壓:220VAC;公稱通徑:DN15

10.溫度傳感器10個,采用Pt100鉑熱電阻溫度傳感器,傳感器精度高,熱補償性較好。

11.流量傳感器3套,供電電源:DC24V;量程:01.2m3/h;精度:1級;輸出信號: 420mA DC

12.板式換熱裝置1套,板式換熱裝置應配有四個測試點,單片換熱面積0.027m2,額定壓力3.0Mpa,試驗壓力4.5MPa,設計溫度-195+220,板片壁厚0.4mm

13.管道及閥門1套,工藝對象配閥門以電磁閥為主,可與控制系統結合用上位機控制工作管路的切換。整個系統管道由敷塑不銹鋼管或專用軟管連接而成,避免了管道系統生銹的可能性。有效提高了實驗裝置的使用年限。

14.電控箱1

采樣冷軋鋼板材質箱體,內置40A三相調壓模塊、交流接觸器、溫度變送器、電氣接口等。

15.系統平臺框架1套,外形尺寸(長×寬×高)1800mm×800mm×1800mm;采用304不銹鋼方管焊接而成,所有焊接處進行防銹處理,配有大型開放式安裝底板。

三、開放式控制系統

(一)整體功能

1.控制系統平臺采用模塊化、開放式結構設計,從正面能觀測到所有電氣控制部件及控制線路;可由學生自行搭建相關電氣控制線路。電氣控制接口與工業現場接口一致。

2.采用西門子控制系統,包括S7-400PLCS7-200PLCTP700彩色工業觸摸屏、ET200M分布式I/O等自動化設備,系統采用PROFINET工業以太網、PROFIBUS-DP現場總線、Profibus-PA構建三層網絡架構。

3.配有開放式系統控制平臺,電氣控制系統等提供安裝平臺,配置有電源、指示裝置、急停按鈕、電源保護系統、三相電量測量儀表等。

4.具有漏電保護、過載保護、鍋爐防干燒保護、反轉保護、液位溢流保護、接地保護等功能。

(二)系統配置

1.西門子控制系統 1

1)西門子S7-400PLC控制系統

采用西門子S7-400PLC系列CPU412-2DP主機,集成工作存儲器1MbyteCPU處理時間31.25ns(對于位運算、字運算、定點運算);集成總線通訊接口1× MPI/PROFIBUS DP1×PROFIBUS DP;配有存儲卡。

配有PS 405電源模塊,額定輸入電流DC24V/2A;輸出電源5VDC/4A24VDC/0.5A,具有短路保護;初級/次級電位隔離;

配有CP443-1通訊模塊,符合工業以太網接口2-RJ45;傳輸速率10/100Mbit/s;用于開放式通信最大連接數64;用于S7通信最大連接數128

配有背板總線,集中式和分布式,帶9個槽(2個冗余PS接口),可插拔;

2)西門子S7-200smart可編程控制系統

采用西門子S7-200smart系列SR40主機,板載開關量24點輸入/16點輸出,高速計數器4×200kHz;用戶存儲器24KB程序存儲器/16KB數據存儲器/10KB保持性存儲器;通訊接口1個 以太網口/1 個串口(RS485/1 個附加串口(可選);支持Micro SD卡;

配有模擬量輸入輸出模塊EM AM06,模擬量4路輸入/2路輸出;模擬量輸入信號范圍±10V、±5V、±2.5V020mA,模擬輸出信號范圍±10V020mA

配有Profibus-DP模塊EM-DP01,可將S7-200smart連接到Profibus-DP網絡中。

3)西門子分布式IO控制系統

分布IO控制系統組件一:包含M153-1 PROFIBUS-DP 接口模塊1個、SM323數字量輸入/輸出1個(8DI/8DO)、SM331模擬量輸入模塊(8AI1個、SM332模擬量輸出模塊(2AO1個;

分布IO控制系統組件二:包含IM153-1 PROFIBUS-DP 接口模塊1個、SM323數字量輸入/輸出1個(16DI/16DO);

分布IO控制系統組件三:包含IM153-1 PROFIBUS-DP 接口模塊1個、SM335模擬量輸入/輸出模塊(4AI/4AO1

4)工業觸摸屏

采用西門子SIMATIC TP700精智工業觸摸屏1件,7TFT 寬屏顯示、1600萬色、LED背光;800×480像素分辨率;用戶內存12 MB;集成串口 / MPI / PROFIBUS DP/2×PROFINET(以太網)/USB;支持MMC/SD卡;報警系統報警數量4000 / 報警類別32;畫面數500/變量2048

5)工業以太網交換機

采用西門子Scalance X-005 工業以太網交換機,510M/100M工業以太網。

6)變頻器

采用西門子V20系列變頻器,額定輸出功率0.37kW;輸出頻率:0599 Hz, 精度0.01Hz;控制模式:V/fV2/f,多點V/fFCC(磁通電流控制);具有模擬量輸入/輸出端口;數字量輸入/輸出端口。

7DP/PA控制系統

配有IM 153-2鏈路器(DP LINK),地址容量(輸入244byte/輸出244byte)支持PROFIBUS DP總線協議(符合 EN 50170);

配有FDC157耦合器,用于PROFIBUS PA 現場設備連接,PROFIBUS DP最大傳輸速率45kbit/sPROFIBUS PA最大傳輸速率31.25kbit/s

2.和利時DCS控制系統

1)控制器組件

采用和利時K系列K-CU01主控制器模塊,主要工作是收集I/O模塊上報的現場數據,根據組態的控制方案完成對現場設備的控制,同時負責提供數據到上層操作員站顯示。

配有主控制器背板模塊K-CUT014插槽,以太網接口4×RJ45,支持主控IP地址設定、IO-BUS站地址設定;

配有8通道星形IO-BUS模塊K-BUS02,支持帶電熱插拔和冗余配置;具有集線器和中機器功能;

2)電源組件

電源組件包含24VDC/120W24VDC/240W直流輸出電源、交流電源配電板模塊K-PW01、直流電源配電板模塊K-PW11、查詢電源分配板模塊K-PW21

3)數字量及模擬量模塊

數字量及模擬量模塊包含8通道模擬量輸入模塊K-AI018通道AIAO底座模塊K-AT018通道模擬量輸出模塊K-AO0116通道24VDC數字量輸入模塊K-DI0116通道DI底座K-DIT0116通道24VDC數字量輸出模塊K-DO0116通道DO底座K-DOT0116通道DO交直流繼電器輸出端子板K-DOR01、星形IO-BUS終端匹配器模塊K-BUST02

4)控制軟件

控制軟件采用和利時MACS V6.5分布式控制軟件平臺,具有強大而多樣的功能,包括數據采集、控制調節、報警、趨勢、總貌圖、模擬流程圖、數據一覽等;

配有HOLLiAS MACS V6.5.X軟件工程師站授權。

3.智能儀表3

控制平臺配置有三塊智能儀表,儀表采用國際先進技術,輸入采用數字校正系統,內置常用的熱電偶和熱電阻非線性校正表格,測量精度高;具有位式控制、AI智能調節、報警、變送、通訊、手/自動切換;采用先進的專家PID智能調節算法,控制精度穩定,無超調,具備自整定(AT)功能;具有50段程序控制功能,并具備停電處理、測量值啟動、準備功能等多種選擇功能;具有通訊功能,通過計算機可實現對儀表的各項操作及控制。

4.型材電腦桌1

5.系統控制平臺 1

系統結構滿足開放式實訓需要,外形尺寸 1600mm×800mm×1800mm(長×寬×高),平臺上配置有電源保護系統、啟停系統、電網電壓指示系統、手動操作開關、反轉保護系統等;另配有存儲柜1個;

6.配套工具

配套實訓所需相關工具,包括萬用表、鐘表螺絲刀、活動板手、內六腳扳手、長柄十字螺絲刀、一字螺絲刀等。

三、典型實驗項目

1.系統主要器件的認識與使用

2.對象特性測試實驗

3.單容水箱液位定值控制

4.雙容水箱液位定值控制

5.鍋爐內膽水溫定值控制

6.單閉環流量定值控制

7.鍋爐內膽水溫定值控制

8.管道壓力定值控制

9.水箱液位串級控制

10.液位與流量串級控制

11.水溫與流量串級控制

12.流量的比值控制

13.滯后控制系統

14.前饋-反饋控制系統

15.解耦控制系統

16.工控組態軟件組態控制

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