SG-GC04 過程控制綜合實(shí)驗(yàn)裝置
本裝置能完成《自動(dòng)控制理論》、《過程控制》、《自動(dòng)化儀表》、《集散控制》、《PLC可編程控制》、《單片機(jī)控制》、《計(jì)算機(jī)控制》等課程所開的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。集多領(lǐng)域、多學(xué)科技術(shù)于一體，充分體現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)裝置的先進(jìn)性、開放性和功能的多樣化。
產(chǎn)品吸取國(guó)內(nèi)外教學(xué)儀器的優(yōu)點(diǎn)，并結(jié)合我國(guó)工業(yè)的現(xiàn)場(chǎng)而設(shè)計(jì)，具有外形美觀大方，布局合理，使用方便，適用于多層次實(shí)驗(yàn)教學(xué)和開放性實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)。
一、技術(shù)指標(biāo)及要求
1.工作電源：三相四線（或三相五線）380V±10% 50Hz
2.外形尺寸：183cm×73cm×140cm
3.整機(jī)容量：＜5kVA
二、裝置的配備
1. SA01電源控制屏(鐵質(zhì)雙層亞光密紋噴塑結(jié)構(gòu)，鋁質(zhì)面板)
(1) 交流電源面板
提供實(shí)驗(yàn)所需的三相四線～380V、三路單相～220V電源，總電源由三相鑰匙開關(guān)控制，電網(wǎng)電壓由三只交流電壓表監(jiān)示，三相帶燈熔斷器作為斷相指示。設(shè)有漏電保護(hù)空氣開關(guān)、電壓型漏電保護(hù)器、電流型漏電保護(hù)器。另外，還設(shè)有定時(shí)器兼報(bào)警記錄儀，為學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能的考核提供一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。
(2) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)及I/O信號(hào)接口面板
執(zhí)行機(jī)構(gòu)有三相可控硅移相調(diào)壓裝置、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、三相不銹鋼磁力泵、電磁閥、三菱變頻器及三相電加熱管組成，另外電加熱鍋爐帶有防干燒保護(hù)設(shè)備。并將各傳感器檢測(cè)及執(zhí)行器控制信號(hào)同面板上的插座相連，便于學(xué)生自己連線組成不同的控制系統(tǒng)。
2. SA02實(shí)驗(yàn)桌
實(shí)驗(yàn)桌為鐵質(zhì)雙層亞光密紋噴塑結(jié)構(gòu)，桌面為防火、防水、耐磨高密度板，結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，形狀似長(zhǎng)方體封閉式結(jié)構(gòu)，造型美觀大方；設(shè)有兩個(gè)大抽屜、柜門，用于放置工具、存放掛件及資料等。桌面用于安裝電源控制屏并提供一個(gè)寬敞舒適的工作臺(tái)面。電腦桌聯(lián)體設(shè)計(jì)，造型美觀大方。
3. SA-11 交流變頻控制
4. 控制種類
? 智能儀表控制
? 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集控制
? DCS分布式過程控制
? S7-300PLC過程控制
? S7-200PLC過程控制
? 單片機(jī)控制
? 以太網(wǎng)控制
? 嵌入式以太網(wǎng)控制
? 三菱PLC控制
? PCI采集卡控制
5. 系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)軟件：包括MCGS工控組態(tài)軟件、組態(tài)王組態(tài)軟件、和利時(shí)MACS V系統(tǒng)組態(tài)軟件、
STEP7編程軟件、WinCC組態(tài)軟件及單片機(jī)數(shù)據(jù)采集與控制軟件等，根據(jù)硬件配置進(jìn)行配套。
三、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目
本裝置能完成如下實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目?jī)?nèi)容：
1. 過程控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成的認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)
(1) 過程控制及檢測(cè)裝置硬件結(jié)構(gòu)組成的認(rèn)識(shí)與控制方案的組成及連接實(shí)驗(yàn)
(2) 智能調(diào)節(jié)儀表、智能變送儀表等智能儀表的操作及參數(shù)設(shè)定實(shí)驗(yàn)
(3) 傳感器的校正(零點(diǎn)遷移與量程調(diào)整)
2. 被控對(duì)象特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)
(1) 單容水箱特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)
(2) 雙容水箱特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)
3. 單回路控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)
(1) 單回路控制系統(tǒng)的實(shí)踐
(2) 上水箱（或中水箱或下水箱）液位定值控制實(shí)驗(yàn)
(3) 雙容水箱液位的定值控制實(shí)驗(yàn)
(4) 三容水箱液位的定值控制實(shí)驗(yàn)
(5) 鍋爐內(nèi)膽靜態(tài)水溫的定值控制實(shí)驗(yàn)
(6) 鍋爐內(nèi)膽動(dòng)態(tài)水溫的定值控制實(shí)驗(yàn)
(7) 鍋爐夾套水溫的定值控制實(shí)驗(yàn)
(8) 電動(dòng)閥支路流量的定值控制實(shí)驗(yàn)
(9) 變頻調(diào)速磁力泵支路流量的定值控制實(shí)驗(yàn)
4. 溫度位式控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)
(1) 鍋爐內(nèi)膽水溫位式控制實(shí)驗(yàn)
5. 串級(jí)控制系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)
(1) 串級(jí)控制系統(tǒng)的連接實(shí)踐
(2) 水箱液位串級(jí)控制實(shí)驗(yàn)
(3) 三閉環(huán)液位控制實(shí)驗(yàn)
(4) 下水箱液位與電動(dòng)調(diào)節(jié)閥流量的串級(jí)控制實(shí)驗(yàn)
(5) 下水箱液位與變頻調(diào)速磁力泵支路流量的串級(jí)控制實(shí)驗(yàn)
(6) 鍋爐內(nèi)膽水溫與鍋爐內(nèi)膽循環(huán)水流量的串級(jí)控制實(shí)驗(yàn)
(7) 盤管出水口水溫與熱水流量的串級(jí)控制實(shí)驗(yàn)
6. 比值控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)
(1) 單閉環(huán)流量的比值控制實(shí)驗(yàn)
(2) 雙閉環(huán)流量的比值控制實(shí)驗(yàn)
7. 滯后控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)
(1) 盤管出水口溫度的純滯后控制實(shí)驗(yàn)
(2) 盤管出水口溫度的滯后控制實(shí)驗(yàn)
(3) 流量純滯后控制實(shí)驗(yàn)
8. 前饋-反饋控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)
(1) 鍋爐內(nèi)膽水溫的前饋-反饋控制實(shí)驗(yàn)
(2) 下水箱液位的前饋-反饋控制實(shí)驗(yàn)
9. 解耦控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)
(1) 上水箱水溫與液位的解耦控制實(shí)驗(yàn)
(2) 鍋爐夾套水溫與鍋爐內(nèi)膽水溫的解耦控制實(shí)驗(yàn)
10. 工控組態(tài)軟件組態(tài)控制實(shí)驗(yàn)
(1) 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài)實(shí)驗(yàn)
(2) 圖形動(dòng)畫、報(bào)表、曲線、報(bào)警組態(tài)實(shí)驗(yàn)
(3) 設(shè)備通訊組態(tài)實(shí)驗(yàn)
(4) 腳本程序應(yīng)用組態(tài)實(shí)驗(yàn)
四、智能儀表控制
1. SG-12 智能調(diào)節(jié)儀（三件）
系統(tǒng)采用智能型的AI-818儀表（3只），線性電流4～20mA電流輸出，包含人工智能調(diào)節(jié)算法，模糊PID及參數(shù)自整定功能，可組成三閉環(huán)控制系統(tǒng)。
2. SG-13 智能位式調(diào)節(jié)儀
系統(tǒng)采用智能型的AI-708儀表，帶有計(jì)算機(jī)RS485通訊功能，采用繼電器位式輸出、位式控制算法，掛箱內(nèi)部裝有接觸器位式控制裝置，儀表可根據(jù)設(shè)定值、回差來控制繼電器的動(dòng)作，完成溫度位式控制。
3. SG-14 比值器、前饋反饋補(bǔ)償器、解耦裝置
采用硬件前饋反饋補(bǔ)償器、比值器和解耦裝置，完成前饋反饋、比值、解耦控制實(shí)驗(yàn)，其中通過比值器可完成流量單閉環(huán)與雙閉環(huán)比值控制實(shí)驗(yàn)；通過前饋反饋補(bǔ)償器可以完成液位與流量以及溫度與流量的前饋反饋控制實(shí)驗(yàn)；通過解耦裝置可完成液位與溫度以及鍋爐夾套與內(nèi)膽的溫度解耦實(shí)驗(yàn)。
五、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集控制
1. 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)硬件組件
(1) SG-21 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集熱電阻輸入模塊
(2) SG-22 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集模擬量輸出模塊
(3) SG-23 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集模擬量輸入模塊
(4) RS232/485通訊轉(zhuǎn)換器
2. 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)軟件組成
上位PC機(jī)中安裝MCGS工控組態(tài)軟件及模塊測(cè)試軟件，實(shí)驗(yàn)控制通過MCGS工控組態(tài)軟件編寫上位機(jī)控制軟件的運(yùn)行算法，并可進(jìn)行通訊參數(shù)的修改及設(shè)定控制算法的參數(shù)，被控參數(shù)的實(shí)時(shí)曲線、歷史曲線進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示，此外，還能對(duì)實(shí)驗(yàn)流程圖和本實(shí)驗(yàn)相關(guān)的被控參數(shù)的動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行顯示。
3. 系統(tǒng)特點(diǎn)
該上位機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)際上屬于計(jì)算機(jī)DDC控制系統(tǒng)，它是將模擬量輸入AI模塊和模擬量輸出AO模塊，開關(guān)量輸入/輸出DI/DO模塊置于計(jì)算機(jī)之外，計(jì)算機(jī)通過RS232/485通訊轉(zhuǎn)換裝置同DDC模塊（自帶RS485通訊接口）通訊。
DDC采集模塊的作用是將傳感器檢測(cè)到的被控參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)通過AD轉(zhuǎn)換送入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)同時(shí)也將通過控制運(yùn)算發(fā)出的控制信號(hào)通過DA轉(zhuǎn)換發(fā)給執(zhí)行機(jī)構(gòu)（如：調(diào)節(jié)閥、變頻器、可控硅移相調(diào)壓裝置）。整個(gè)控制系統(tǒng)的控制算法及監(jiān)控功能都在上位PC機(jī)中實(shí)現(xiàn)。
六、DCS分布式過程控制
1. DCS系統(tǒng)硬件組件
(1) SG-31 FM148 8路模擬量輸入（電流型〈4～20mA〉/電壓型〈0～5V/1～5V〉）現(xiàn)場(chǎng)總線I/O模塊
(2) SG-32 FM143 8路熱電阻（Pt100）輸入現(xiàn)場(chǎng)總線I/O模塊
(3) SG-33 FM151 8路模擬量輸出（電流型〈4～20mA〉/電壓型〈0～5V/1～5V〉）現(xiàn)場(chǎng)總線I/O模塊
(4) SG-34 MACS控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)示意圖
2. DCS配套系統(tǒng)硬件單元
(1) MCU主控單元（帶PROFIBUS-DP總線通訊接口卡）
(2) 24V直流電源模塊
(3) 以太網(wǎng)卡（Realtek8139 100M自適應(yīng)以太網(wǎng)卡1張）
(4) 數(shù)據(jù)交換機(jī)（8端口10/100M雙速交換機(jī)1只）
3. DCS系統(tǒng)軟件提供MACS V組態(tài)軟件，具體分為：
(1) 數(shù)據(jù)庫(kù)總控組態(tài)軟件
(2) 設(shè)備組態(tài)軟件
(3) 算法組態(tài)軟件
(4) 圖形組態(tài)軟件
(5) 操作員站在線監(jiān)控軟件
(6) 服務(wù)器軟件
4. 系統(tǒng)特點(diǎn)
DCS過程控制系統(tǒng)硬件部分完全采用“和利時(shí)”的MACS V系統(tǒng)，它能直觀清晰的將集散控制系統(tǒng)I/O模塊、現(xiàn)場(chǎng)控制站等展現(xiàn)給學(xué)生，讓學(xué)生對(duì)DCS現(xiàn)場(chǎng)控制站的組成有一個(gè)充分的認(rèn)識(shí)。軟件部分完全采用“和利時(shí)”的算法組態(tài)控制軟件和操作員站上位機(jī)監(jiān)控軟件，該軟件功能強(qiáng)大，中文界面簡(jiǎn)單易學(xué)，學(xué)生可在操作員站和工程師站上進(jìn)行DCS組態(tài)控制實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)對(duì)象采用了很多工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)常用的檢測(cè)控制裝置。學(xué)生通過對(duì)該系統(tǒng)的了解和使用，一旦進(jìn)入企業(yè)后就能夠很快適應(yīng)工作環(huán)境。同時(shí)該系統(tǒng)也為教師和研究生提供了一個(gè)高水