现场总线控制系统实验装置实验指导书

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1、TianhuangTeachingApparatuses天煌教仪过程控制实训系列THPCAT-2型现场总线控制系统实验装置（Profibus现场总线仪表侧）现场总线控制系统实验装置实验指导书天煌教仪97浙江天煌科技实业有限公司97绪论现场总线技术是当今自动化领域技术发展热点之一，被誉为自动化领域的计算机局域网，它的出现标志着自动化控制技术又一个新时代的开始。现场总线是连接设置在控制现场的仪表与设置在控制室内的控制设备的数字化、串行、多站通信的网络。其关键标志是能支持双向、多节点、总线式的全数字通信

2、。　　现场总线技术的出现使传统的控制系统结构产生了革命性的变化，使自控系统朝着智能化、数字化、信息化、网络化、分散化的方向迈进，形成新型的网络集成式全分布式控制系统---现场总线控制系统FCS（FieldbusControlSystem）。现场总线实现了微机化测量控制设备之间实现双向串行多节点数字通信，因为其开放式、数字化、多站点通信、低带宽的特性。所以可以很方便地与因特网（Internet）、企业内部网（Interanet）相连。随着近年来现场总线控制技术的日益成熟和完善，其在工业现场的应用已经

3、非常普遍，如何把这种能体现现代控制主流的技术应用到教学实验装置，是本套实验装置所要解决的问题。本套现场总线控制系统，是在原有传统过程控制实验装置基础上，通过PROFIBUS协议进行数据传输和交换的现场总线模块替代常规的现场检测和变送装置，采用工业以太网与上位机进行通讯和远程控制，从而使整个控制系统实现网络化和数字化。本系统既可以为高校本科自动化相关专业的学生提供一个理解和把握现代主流控制技术的实践平台，又可以为高校研究生和教师提供一个自动化理论研究的平台。97目录绪论I目录II第一章控制系统的组成

4、及认识实验1第一节、现场总线控制系统（FCS）的组成与认识实验1第二节、下位机软件中的硬件配置和程序结构4第三节、上位机组态软件简介9第二章被控对象特性测试25第一节、单容水箱特性测试25第二节、双容水箱特性测试32第三章单回路控制系统实验37第一节单回路控制系统的概述37第二节、上水箱液位PID整定实验41第三节、串接双容水箱液位PID整定实验45第四节、锅炉内胆水温PID控制实验48第五节、锅炉夹套水温PID控制实验52第六节、单闭环流量PID控制实验55第四章串级控制系统实验58第一节、串级

5、控制系统概述58第二节、水箱液位串级控制实验60第三节、上水箱液位与进水流量串级控制系统64第四节、锅炉内胆水温与水流量串级控制实验68第五章前馈-反馈控制系统实验71第一节、下水箱液位前馈-反馈控制实验71第二节、锅炉内胆水温前馈-反馈控制系统76第六章比值控制系统实验79第七章解耦控制系统实验83第一节、锅炉夹套与内胆水温解耦控制系统85第二节、并联水箱液位解耦控制实验88第八章滞后控制系统实验91第一节、盘管出水口温度滞后控制实验91第二节、盘管出水口流量纯滞后控制系统9597第一章控制系统

6、的组成及认识实验第一节、现场总线控制系统（FCS）的组成与认识实验一、系统简介本现场总线控制系统是基于PROFIBUS和工业以太网通讯协议、在传统过程控制实验装置的基础上升级而成的新一代过程控制系统。整个实验装置分为上位控制系统和控制对象两部分，上位控制系统流程图如图1-1所示：图1-1上位控制系统流程图控制对象总貌图如图1-2所示。二、系统组成本实验装置对象主要由网孔板、不锈钢储水箱、有机玻璃水箱、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)、纯滞后盘管等组成。在实验屏的下面布置有储

7、水箱和两套供水系统。两路独立的供水系统（主副回路），分别由两只独立的水泵驱动供水，主回路采用现场总线仪97图1-2控制对象总貌图表，副回路采用常规仪表。主要包括磁力泵、电动调节阀、气动调节阀、电磁流量计、涡轮流量计、压力变送器、液位变送器、差压变送器、温度传感器等。管路系统采用快速连接管道，可以自由拆装组合，管路中设置了电磁阀，可以实现手自动切换。在调节阀的旁路设计有旁路阀。1.被控对象（1）水箱：包括大容积的不锈钢储水箱1套、有机玻璃工作水箱4只，容积大于40升。有机玻璃工作水箱采用淡蓝色优质有

8、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。储水箱内部有两个椭圆形塑料过滤网罩，以防杂物进入水泵和管道。除此之外，储水箱还设计了液位报警保护系统，以免水泵空转而影响水泵的使用寿命。(2)加温锅炉及盘管：不锈钢加温锅炉，包括加热层（加温内筒）和冷却层（冷却夹套），均由不锈钢精制而成，可利用它进行温度实验。模拟工业现场的管道输送和滞后环节的纯滞后盘管，为了确保大滞后时间常数，设计长度达20多米，管径为15mm。2.检测装置压力传感器、变送器：采用SIEMENS