過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)室今后的工作方向是：進(jìn)一步加強(qiáng)管理體制建設(shè)，提高實(shí)驗(yàn)室的管理水平和運(yùn)行效率；以現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室硬件為基礎(chǔ)，與多的企事業(yè)單位、科研機(jī)構(gòu)、大專院校聯(lián)合，共同開(kāi)展技術(shù)咨詢、技術(shù)培訓(xùn)，進(jìn)行學(xué)術(shù)交流與合作；進(jìn)一步加強(qiáng)科學(xué)研究工作，以過(guò)程控制理論為指導(dǎo)，結(jié)合*的工業(yè)控制技術(shù)DCS、PLC等，不斷通過(guò)在過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)室的訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)實(shí)際工業(yè)過(guò)程自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能力、調(diào)試能力和分析能力，為今后的學(xué)習(xí)或工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

一、系統(tǒng)概述

"ZN-68EGC型  現(xiàn)場(chǎng)總線過(guò)程控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置"是從高校自動(dòng)化相關(guān)專業(yè)教學(xué)實(shí)驗(yàn)的需求出發(fā)，采用代表自動(dòng)化行業(yè)技術(shù)潮流的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，開(kāi)發(fā)出來(lái)的進(jìn)行通訊和遠(yuǎn)程控制的網(wǎng)絡(luò)化和數(shù)字化實(shí)驗(yàn)裝置。

"ZN-68EGX型  現(xiàn)場(chǎng)總線過(guò)程控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置"是由現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)和對(duì)象系統(tǒng)組成。 

ZN-68EGC型 現(xiàn)場(chǎng)總線高級(jí)過(guò)程控制對(duì)象系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置：

（一）系統(tǒng)組成

1.過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)對(duì)象系統(tǒng)

實(shí)驗(yàn)對(duì)象系統(tǒng)包含有：不銹鋼儲(chǔ)水箱；上、中、下三個(gè)串接有機(jī)玻璃圓筒型水箱；三相4.5kW電加熱鍋爐（由不銹鋼鍋爐內(nèi)膽加溫筒和封閉式外循環(huán)不銹鋼冷卻鍋爐夾套構(gòu)成）和鋁塑盤管組成。

系統(tǒng)動(dòng)力系統(tǒng)有兩套：一套由三相（380V交流）不銹鋼磁力驅(qū)動(dòng)泵、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、交流電磁閥、渦輪流量計(jì)等組成；另一套由日本三菱變頻器、三相不銹鋼磁力驅(qū)動(dòng)泵（220V變頻）、渦輪流量計(jì)等組成。

整套對(duì)象系統(tǒng)由不銹鋼材料制造，包括對(duì)象框架、管道、底板，甚至小到每一顆緊固螺釘。

2.對(duì)象系統(tǒng)中的各類檢測(cè)變送及執(zhí)行裝置

(1)擴(kuò)散硅壓力變送器三只：分別檢測(cè)上水箱、中水箱、下水箱液位；其中下水箱的壓力變送器采用SIEMENS帶PROFIBUS-PA通訊接口的壓力變送器（SIEMENS帶PROFIBUS-PA通訊協(xié)議的壓力傳感器通過(guò)總線供電，不需要另外接工作電源）。

(2)渦輪流量計(jì)三只：分別檢測(cè)兩條動(dòng)力支路及盤管出水口的流量；其中調(diào)節(jié)閥支路的流量檢測(cè)采用SIEMENS帶PROFIBUS-PA通訊接口的檢測(cè)和變送一體的電磁式流量計(jì)。Pt100熱電阻溫度傳感器六只：分別用來(lái)檢測(cè)鍋爐內(nèi)膽、鍋爐夾套、盤管（三只）及上水箱出水口水溫；

(3)控制模塊：包含電磁閥、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥各一個(gè)；調(diào)節(jié)閥采用SIEMENS帶PROFIBUS-PA通訊接口的氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥，用來(lái)進(jìn)行回路流量的調(diào)節(jié)。它具有精度高、技術(shù)*、體積小、重量輕、推動(dòng)力大、耗氣量少、可靠性高、操作方便等優(yōu)點(diǎn)。由CPU直接發(fā)送的數(shù)字信號(hào)控制閥門的開(kāi)度，本氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥自動(dòng)進(jìn)行零點(diǎn)校正，使用和校正都非常方便

(4)三相380V不銹鋼磁力驅(qū)動(dòng)泵、三相220V不銹鋼磁力驅(qū)動(dòng)泵。

(5)變頻器采用SIEMENS帶PROFIBUS-DP通訊接口模塊的變頻器，其輸入電壓為單相AC220V，輸出為三相AC220V。

(6)空氣壓縮機(jī)采用具有無(wú)油，氣量自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的空壓機(jī)，用于給氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥提供氣源。

（二）系統(tǒng)主要特點(diǎn)

1.本套實(shí)驗(yàn)裝置既包含了各種常規(guī)的檢測(cè)裝置，又包含了SIEMENS PA接口的總線檢測(cè)裝置；

2.被控參數(shù)全面，涵蓋了連續(xù)性工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的液位、壓力、流量及溫度等典型參數(shù)；

3.真實(shí)性、直觀性、綜合性強(qiáng)，控制對(duì)象組件全部來(lái)源于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)；

4.執(zhí)行器中既有氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥，又有變頻器、可控硅移相調(diào)壓裝置。調(diào)節(jié)系統(tǒng)除了有設(shè)定值的階躍擾動(dòng)外，還可以通過(guò)對(duì)象中的電磁閥和手動(dòng)操作閥制造各種擾動(dòng)；

5.一個(gè)被調(diào)參數(shù)可在不同的動(dòng)力源、不同的執(zhí)行器和不同的工藝管路下演變成多種調(diào)節(jié)回路，以利于討論、比較各種調(diào)節(jié)方案的優(yōu)劣；

6.系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)考慮到兩個(gè)信號(hào)在本對(duì)象中存在著相互耦合，二者同時(shí)需要對(duì)原獨(dú)立調(diào)節(jié)系統(tǒng)的被調(diào)參數(shù)進(jìn)行整定，或進(jìn)行解耦實(shí)驗(yàn)，以符合工業(yè)實(shí)際的性能要求；

7.能進(jìn)行單變量到多變量控制系統(tǒng)及復(fù)雜過(guò)程控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)；

可構(gòu)成從現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)到上位機(jī)監(jiān)控檢測(cè)之間的全數(shù)字通道。

ZN-68EGC現(xiàn)場(chǎng)總線過(guò)程控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置：

（一）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

"ZN-68EGC型 現(xiàn)場(chǎng)總線過(guò)程控制系統(tǒng)"為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制柜結(jié)構(gòu)，它是"SBGCS-68E現(xiàn)場(chǎng)總線過(guò)程控制對(duì)象系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置"的控制部分，其控制網(wǎng)絡(luò)的控制流程圖如下：

 1.硬件介紹

(1)電氣部分給各種工作部件提供電源

(2)SIEMENS 315-2DP CPU一個(gè)（含MMC卡）

(3)CP343-1以太網(wǎng)通訊模塊一個(gè)

(4)DP LINK 鏈路器一個(gè)

(5)DP/PA Coupler 耦合器一個(gè)

(6)遠(yuǎn)程分布式I/O模塊ET200M一個(gè)

(7)模擬量輸入模塊SM331模塊兩個(gè)

(8)模擬量輸出模塊SM332模塊一個(gè)

(9)SIEMENS MICROMASTER 420變頻器一個(gè)

(10)SIEMENS 變頻器DP通訊模塊一個(gè)

(11)SIEMENS SITRNS PA 溫度變送器一個(gè)

(12)普通網(wǎng)卡一個(gè)

(13)DP通訊線和DP接頭若干

(14)10/100M交換機(jī)一只

2.軟件介紹

3.本套控制系統(tǒng)下位機(jī)編程軟件采用SIEMENS公司的下位機(jī)編程軟件STEP 7。STEP 7是用于SIMATIC S7-300/400站創(chuàng)建可編程邏輯控制程序的標(biāo)準(zhǔn)軟件，可使用梯形邏輯圖、功能塊圖和語(yǔ)句表。它是SIEMENS SIMATIC工業(yè)軟件的組成部分。STEP 7以其強(qiáng)大的功能和靈活的編程方式廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制系統(tǒng)，總體說(shuō)來(lái)，它有如下的功能特性：

4.可通過(guò)選擇SIMATIC工業(yè)軟件中的軟件產(chǎn)品進(jìn)行擴(kuò)展

5.為功能摸板和通訊處理器賦參數(shù)值

6.強(qiáng)制和多處理器模式

7.全局?jǐn)?shù)據(jù)通訊

8.使用通訊功能塊的事件驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)傳送

9.組態(tài)連接

10.本套控制系統(tǒng)上位機(jī)監(jiān)控軟件采用SIEMENS公司的上位機(jī)監(jiān)控組態(tài)軟件SIMATIC  Wincc。

11.Wincc指的是Windows Control Center，它是在生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化中解決可視化和控制任務(wù)的監(jiān)控系統(tǒng)，它提供了適用于工業(yè)的圖形顯示、消息、歸檔以及報(bào)表的功能模板。高性能的功能耦合、快速的畫面更新以及可靠的數(shù)據(jù)交換使其具有高度的實(shí)用性。

12.Wincc 是基于Windows NT 32位操作系統(tǒng)的，在Windows NT或Windows 2000標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境中，Wincc具有控制自動(dòng)化過(guò)程的強(qiáng)大功能，它是基于個(gè)人計(jì)算機(jī)，同時(shí)具有性價(jià)比的操作監(jiān)視系統(tǒng)。Wincc的顯著特性就是全面開(kāi)放，它很容易結(jié)合用戶的下位機(jī)程序建立人機(jī)界面，精確地滿足控制系統(tǒng)的要求。不僅如此，Wincc還建立了像DDE、OLE等在Windonws程序間交換數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)接口，因此能毫無(wú)困難的集成ActiveX控制和OPC服務(wù)器、客戶端功能。

13.Wincc軟件是基于多語(yǔ)言設(shè)計(jì)的，這意味著可以在中文、德語(yǔ)、英語(yǔ)等眾多語(yǔ)言之間進(jìn)行選擇。

（二）系統(tǒng)特點(diǎn)

ZN-68EGC型 現(xiàn)場(chǎng)總線過(guò)程控制系統(tǒng)從上位機(jī)控制系統(tǒng)到現(xiàn)場(chǎng)儀表之間清晰的分為三層，其中操作員站和服務(wù)器之間，服務(wù)器和主控制器之間采用工業(yè)以太網(wǎng)通訊，構(gòu)成了整個(gè)控制系統(tǒng)的管理級(jí)；主控制器、遠(yuǎn)程分布式I/O模塊、變頻器、DP/PA耦合器之間通過(guò)PROFIBUS-DP協(xié)議進(jìn)行通信，構(gòu)成了控制系統(tǒng)的控制級(jí)；控制級(jí)通過(guò)DP/PA鏈路延伸出下一級(jí)PROFIBUS-PA網(wǎng)絡(luò)，壓力傳感器、電磁流量計(jì)、溫度變送器和閥門定位器直接掛接在同一條PROFIBUS-PA總線上，這樣就實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)儀表通過(guò)DP/PA鏈路和主控制器之間的數(shù)據(jù)交換。

（三）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

1.現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCS）的組成與認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)

2.下位機(jī)軟件中的硬件組態(tài)和程序編寫

3.上位機(jī)軟件中的通信建立和界面組態(tài)

4.一階單容上水箱對(duì)象特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)

5.二階雙容水箱對(duì)象特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)

6.上水箱液位PID整定實(shí)驗(yàn)

7.串接雙容下水箱液位PID整定實(shí)驗(yàn)

8.三容液位定值控制實(shí)驗(yàn)

9.鍋爐內(nèi)膽水溫PID控制實(shí)驗(yàn)

10.鍋爐夾套水溫PID控制實(shí)驗(yàn)

11.單閉環(huán)流量PID控制實(shí)驗(yàn)

12.鍋爐內(nèi)膽水溫位式控制實(shí)驗(yàn)

13.水箱液位串級(jí)控制實(shí)驗(yàn)

14.三閉環(huán)液位控制實(shí)驗(yàn)

15.鍋爐夾套與內(nèi)膽水溫串級(jí)控制實(shí)驗(yàn)

16.鍋爐內(nèi)膽水溫與水流量串級(jí)控制實(shí)驗(yàn)

17.上水箱液位與進(jìn)水流量串級(jí)控制實(shí)驗(yàn)

18.單閉環(huán)流量比值控制實(shí)驗(yàn)

19.下水箱液位前饋-反饋控制實(shí)驗(yàn)

20.鍋爐內(nèi)膽水溫前饋-反饋控制實(shí)驗(yàn)

21.溫度純滯后控制實(shí)驗(yàn)

22.流量純滯后控制實(shí)驗(yàn)

23.鍋爐夾套與內(nèi)膽水溫解耦控制實(shí)驗(yàn)

24.上水箱液位與出口水溫解耦控制實(shí)驗(yàn)