一、概述

(1)、高級(jí)過程控制綜合實(shí)驗(yàn)裝置可滿足“自動(dòng)調(diào)節(jié)原理”，“過程控制”，“控制儀表”，“自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)與傳感器”,“計(jì)算機(jī)”及相關(guān)課程的教學(xué)實(shí)驗(yàn)需求；
(2)、高級(jí)過程控制綜合實(shí)驗(yàn)裝置可作為有關(guān)企業(yè)技術(shù)人員、儀表操作人員、系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)控人員的實(shí)習(xí)、培訓(xùn)實(shí)驗(yàn)設(shè)備。
(3) 高級(jí)過程控制綜合實(shí)驗(yàn)裝置能實(shí)現(xiàn)包括溫度、壓力、流量、液位定值調(diào)節(jié)系統(tǒng)，以及比值、串級(jí)、前饋等復(fù)雜調(diào)節(jié)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)及培訓(xùn)功能。
(4) 高級(jí)過程控制綜合實(shí)驗(yàn)裝置能適應(yīng)培訓(xùn)基地相關(guān)專業(yè)在熱工儀表、高級(jí)過程自動(dòng)控制原理及系統(tǒng)、3火電廠計(jì)算機(jī)控制及系統(tǒng)、熱工自動(dòng)控制系統(tǒng)、DCS、PLC等相關(guān)專業(yè)的實(shí)驗(yàn)、培訓(xùn)要求。
(5) 高級(jí)過程控制綜合實(shí)驗(yàn)裝置被控對(duì)象提供有接口控制箱，控制箱電源和信號(hào)分開?？刂葡浒娫囱b置、變頻器、溫度調(diào)溫裝置及設(shè)備的基本保護(hù)裝置，此外并提供與DCS接口的端子，作為與DCS、PLC的擴(kuò)展接口。
二、性能指標(biāo)及要求：
1、輸入電源:三相四線制或三相五線制 380V±10％ 50Hz；
2、工作環(huán)境: 溫度–10℃－+40℃　相對(duì)濕度＜85％（25℃）；
3、裝置容量：＜5kVA；外形尺寸：1830mm×780mm×1850mm
三、具體系統(tǒng)配置要求

浙大中控控制站硬件
 

 
本系統(tǒng)中DCS控制方案采用浙大中控知名品牌的最新技術(shù)的DCS控制系統(tǒng)，軟件采用工程監(jiān)控組態(tài)軟件。DCS控制系統(tǒng)硬件至少包含有4槽主控制器背板模塊、主控制器模塊、電源模塊、直流電源分配板模塊、交流電源分配板模塊、8通道星形IO-BUS模塊、星形IO-BUS終端匹配器模塊、8路模擬量輸入模塊、8通道熱電阻輸入模塊、8路模擬量輸出模塊等。
DCS系統(tǒng)需是面向過程自動(dòng)化應(yīng)用的大型分布式控制系統(tǒng)，采用全冗余、多重隔離等可靠性設(shè)計(jì)技術(shù)，并吸收安全系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念，從而保證系統(tǒng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。
（1）系統(tǒng)性能指標(biāo)：
項(xiàng)目 參數(shù)值
從輸入變化到顯示該變化時(shí)間 ≤1s
從操作鍵入到相應(yīng)輸出變化時(shí)間 ≤1s
CPU控制IEC周期 10ms、50ms、100ms、200ms、500ms可選
畫面顯示完成時(shí)間 ≤1s
動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)更新時(shí)間 ≤1s
系統(tǒng)容量 現(xiàn)場(chǎng)控制站 64臺(tái)/域
最大域數(shù) 15個(gè)
單個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制規(guī)模 I/O模塊數(shù) ≤100
I/O點(diǎn)數(shù) ≤1600
模擬量控制回路數(shù) ≤128
（2）網(wǎng)絡(luò)參數(shù)：
系統(tǒng)網(wǎng)連接工程師站、操作員站、歷史站和控制站等系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)，由100/1000M高速冗余工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，支持P-TO-P（對(duì)等網(wǎng)）、C/S（客戶機(jī)/服務(wù)器）、P-TO-P和C/S（混合）三種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可快速構(gòu)建星型、環(huán)型或總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的高速冗余網(wǎng)絡(luò)，符合IEEE802.3及IEEE802.3u標(biāo)準(zhǔn)，基于TCP/IP協(xié)議，通訊速率100/1000Mbps自適應(yīng)，傳輸介質(zhì)為5類非屏蔽雙絞線。
（3）控制器參數(shù)：
技術(shù)指標(biāo)
CPU 工業(yè)級(jí)PowerPC架構(gòu)RISC芯片，32位，主頻400MHz，帶ECC；
內(nèi)存 128M Bytes
程序存儲(chǔ)FLASH 16M Bytes
掉電保持SRAM 1M Bytes；保存運(yùn)算中間變量和過程數(shù)據(jù)；掉電后數(shù)據(jù)保持最長(zhǎng)72小時(shí)。
運(yùn)算調(diào)度周期 100ms
畫面顯示完成時(shí)間 ≤1s
動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)更新時(shí)間 ≤1s
（4）系統(tǒng)控制柜 采用標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制柜，上置大功率通風(fēng)扇，下有防水進(jìn)風(fēng)凹槽，前置高強(qiáng)度透明玻璃，其整體做前門，在不用打開柜門的情況下即可觀看整柜儀表運(yùn)行情況，前后門均加工業(yè)控制柜專業(yè)用鎖，整柜體內(nèi)外全噴塑防觸電結(jié)構(gòu)，另有接地裝置，控制系統(tǒng)在控制柜中可分層擺掛，前置大面板裝有各種標(biāo)準(zhǔn)件及控制儀表模塊等。
（5）主控制器模塊
性能指標(biāo)：
輸入電壓：21.6～26.4VDC
功耗（Max.）：6W @ 24VDC
熱插拔：支持
模塊冗余：支持，主從熱備冗余，冗余切換時(shí)間最大50ms
運(yùn)算速度：
CPU：工業(yè)級(jí)PowerPC,33oMHz,32位
存儲(chǔ)器：
NOR FLASH：16M Bytes
NAND FLSAH：128M Bytes
DDRZ SDRAM：128M Bytes
掉電保持SRAM：1M Bytes
掉電保護(hù)：
工作方式：后備電池保持
掉電后數(shù)據(jù)保持時(shí)間：大于2 年
電池壽命：大于5 年，可在線更換
系統(tǒng)網(wǎng)：
以太網(wǎng)：100Mbps
工作方式：雙網(wǎng)冗余
控制網(wǎng)：
總線協(xié)議：PROFIBUS-DP
協(xié)議版本：DPV1
工作方式：雙網(wǎng)冗余
通訊速率：187.5Kbps、500Kbps、l.5Mbps
物理特性：
安裝方式：背板插槽安裝
防護(hù)等級(jí)：IP20
（6）4槽主控制器背板模塊
支持4個(gè)模塊，左邊兩個(gè)槽位插主控制器模塊，右邊兩個(gè)槽位插IO-BUS模塊。
主控模塊和IO-BUS模塊的外部接口位于4槽主控底座上。
底座接口：
冗余電源接口，提供 24VDC 給冗余主控以及冗余IO-BUS 供電；
電源狀態(tài)接口，實(shí)現(xiàn)電源監(jiān)視；
冗余控制器（A 機(jī)和B 機(jī)）插槽，左A 右B；
冗余 IO-BUS 模塊（A 網(wǎng)和B 網(wǎng)）插槽，左A 右B；
冗余12路8孔接口（A1-A6，B1-B6），實(shí)現(xiàn)IO-BUS 控制總線的總線型或星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并將現(xiàn)場(chǎng)電源、系統(tǒng)電源、IO-BUS 總線信號(hào)
（7）24VDC 120W電源模塊
實(shí)現(xiàn)交流110VAC/220VAC到直流24VDC的轉(zhuǎn)換，輸入與輸出隔離，輸出額定功率120W。
具有過載保護(hù)功能，當(dāng)輸出功率超過105~150%的額定功率，限流輸出，過載消除后自動(dòng)恢復(fù)。輸出短路時(shí)，伴有蜂鳴報(bào)警。
輸入電壓：115VAC/230VAC，切換開關(guān)選擇
輸出電壓：24VDC
額定功率：120W
支持1＋1冗余
開關(guān)頻率55KHz
輸出短路/過載保護(hù)
輸出過壓保護(hù)
輸出超溫保護(hù)
輸出狀態(tài)查詢和LED指示燈
輸入/輸出/外殼隔離
（8）24VDC 240W電源模塊
實(shí)現(xiàn)220VAC到24VDC輸出的轉(zhuǎn)換，輸入與輸出隔離；具有輸出短路保護(hù)功能，故障消除后電源自動(dòng)恢復(fù)。
輸入電壓范圍 176~264VAC
輸入頻率范圍 50~60Hz.
功率因數(shù)(Typ.) 滿負(fù)載 0.96/230VAC
輸入電流 1.4A/230VAC
浪涌電流 冷啟動(dòng) 45A/230VAC
漏電流 <3.5mA/240VAC
額定輸出電壓 24VDC
輸出電壓精度 ±2%
額定輸出電流 10A
額定輸出功率 240W
紋波（包括噪聲） 240mVp-p
負(fù)載調(diào)整率 ±2%
電壓調(diào)整率 ±1%
階躍負(fù)載特性 <±5%@從20%到70%的負(fù)載突變，穩(wěn)定時(shí)間<50ms
（9）交流電源分配板模塊
交流配電模塊實(shí)現(xiàn)兩路冗余220V交流電輸入，10路220V交流輸出。兩路交流輸入，每路分成5路輸出220VAC，共10路220VAC輸出。每路輸出有一個(gè)船型開關(guān)，控制輸出狀態(tài)。
輸入電壓：110V/220VAC（2路）
輸出電壓：110V/220VAC（每路輸入對(duì)應(yīng)5路輸出）
開關(guān)方式：每路輸出有一個(gè)船型開關(guān)（帶綠色的通斷指示燈）
安裝方式：導(dǎo)軌安裝
（10）直流電源分配板模塊
直流電源配電板實(shí)現(xiàn)1組（2路）24VDC系統(tǒng)電源的冗余并聯(lián)輸出，2組（4路）24VDC（120W/240W），現(xiàn)場(chǎng)電源的冗余并聯(lián)輸出，1組（2路）24/48VDC輔助（查詢）電源的冗余并聯(lián)輸出，并且檢測(cè)各輸入電源的電壓狀態(tài)，進(jìn)行低壓報(bào)警輸出。
輸入電壓：
1組2路24VDC系統(tǒng)電源（Max. 240W）
1組2路24VDC（240W）現(xiàn)場(chǎng)電源
1組2路24VDC（120W）現(xiàn)場(chǎng)電源
1組2路24/48VDC輔助（查詢）電源
輸出電壓：
冗余系統(tǒng)電源（24VDC）、240W現(xiàn)場(chǎng)電源（24VDC）、120W現(xiàn)場(chǎng)電源（24VDC）并聯(lián)分配在2個(gè)6孔連接器上輸出；冗余24/48VDC輔助（查詢）電源并聯(lián)分配在4個(gè)3孔連接器上輸出。
輸入電壓報(bào)警閾值：
24VDC：＞22V 輸出閉合；＜20V 輸出開路
48VDC：＞44V 輸出閉合；＜41V 輸出開路
負(fù)載能力：
24VDC 最大負(fù)載10A
48VDC 最大負(fù)載5A
冗余壓降：
25℃環(huán)境下滿載輸入，輸出壓降小于1V
隔離耐壓：
系統(tǒng)電源與現(xiàn)場(chǎng)電源間 ≥1500VAC，1min@5mA
系統(tǒng)電源與輔助（查詢）電源間 ≥1500VAC，1min@5mA
現(xiàn)場(chǎng)電源與輔助（查詢）電源間 ≥1500VAC，1min@5mA
絕緣電阻：
≥100M?@常態(tài)（溫度25±2℃，相對(duì)濕度30±5%無冷凝）
≥10M?@濕熱環(huán)境（溫度45±2℃，相對(duì)濕度95±3%無冷凝）
（11）8通道星形IO-BUS模塊
系統(tǒng)電源：
輸入電壓：24VDC（-10%~+10%）
功耗：150mA @24VDC（Max.）
熱插拔：支持
供電方式：系統(tǒng)供電
HUB功能：
端口：8端口：1~6 IO口，7主控口，8擴(kuò)展口
其中7口和8口電氣隔離，其他6路非電氣隔離
連接線纜：采用K系統(tǒng)預(yù)制DP電纜
協(xié)議：PROFIBSUS- DP
通訊速率：45.45k bps~3M bps 自適應(yīng)
級(jí)聯(lián)個(gè)數(shù)：3級(jí)級(jí)聯(lián)/1.5Mbps，2級(jí)級(jí)聯(lián)/3Mbps（每一級(jí)HUB的輸出和輸出之間的延遲不大于1.5μS）
傳輸距離：200m/1.5M bps（100m/3M bps）
電氣帶負(fù)載能力：30節(jié)點(diǎn)
檢測(cè)功能：
DP總線：檢測(cè)各支線DP總線的斷路、總線差分線之間短路故障
AC/DC電源模塊：查詢電源的狀態(tài)
機(jī)柜溫度：范圍：-10℃~70℃；精度：1℃；速度：0.5min；
物理特性：
安裝方式：導(dǎo)軌安裝
防護(hù)等級(jí)：IP20
工作環(huán)境：
工作溫度：（機(jī)柜內(nèi)溫度） 0℃~60℃
存儲(chǔ)溫度：-40℃~70℃
相對(duì)濕度：5%~95%（無凝結(jié)）
海拔：< 3000m
（12）星形IO-BUS終端匹配器模塊
有兩個(gè)8孔連接器，總線A、總線B各1個(gè)，只是電纜進(jìn)線，沒有出線，安裝在每一路總線分支的末端，提供終端匹配電阻。
（13）8通道模擬量輸入模塊
可以接二線制儀表或四線制儀表，每通道預(yù)留4個(gè)接線端子，無需跳線就可以設(shè)置為配電或不配電工作方式。連接安全柵時(shí)，支持跨機(jī)柜接線方式。同時(shí)，具備強(qiáng)大的過流、過壓保護(hù)功能，通道誤接±30VDC和過電流都不會(huì)損壞模塊。同時(shí)，配合增強(qiáng)型底座還可以做到現(xiàn)場(chǎng)誤接AC220V不損壞。
供電電壓：24VDC±10%；
功率消耗（MAX）：6W@24VDC，8通道同時(shí)外供電源；
通道數(shù)量：8路；
信號(hào)類型：0～5V/0～10V/0～100mA/0～20mA/4～20mA；
轉(zhuǎn)換精度：0.1%@25℃，0～20mA/～10V，滿量程；0.2%@25℃，0～10mA/～5V，滿量程；
電流采樣電阻：200Ω；
采樣速度：10次/秒MAX；
通訊接口類型：PROFIBUS-DP協(xié)議；
通訊速率：500Kbps/93.75 Kbps /45.45 Kbps /19.2 Kbps /9.6 Kbps；
通訊隔離電壓：500Vrms；
防護(hù)等級(jí)：IP40
（14）8通道模擬量輸出模塊
供電電壓：+24VDC10%；電流消耗：最大250mA (電壓為+24 VDC)通道數(shù)：8路；信號(hào)類型：4～20mA/0-20mA/0-24mA/0-5V；精度：0.2%；負(fù)載能力：750/24VDC；工作溫度：0℃~45℃；存儲(chǔ)濕度：5%～95%相對(duì)濕度,不凝結(jié)；防護(hù)等級(jí)IP40
（15）8通道AI與AO底座模塊：配套AI/AO模塊的接線端子，實(shí)現(xiàn)與外圍設(shè)備的連線。
（16）8通道熱電阻輸入模塊
通道數(shù)目：8；
接線方式：支持二線制、三線制、四線制；
量程：溫度范圍：Pt100：-200~850℃；Cu50：-50~150℃；阻值范圍：1~500Ω
ADC分辨率：16位；
穩(wěn)定度：0.05% F.S.；
通道掃描時(shí)間：1s/8通道；
差模抑制比：≥60 dB @ 50/ 60 Hz；
故障診斷類型：通道斷線、短路、超量程
（17）8通道熱電阻輸入底座模塊：配套R(shí)TD熱電阻模塊的接線端子，實(shí)現(xiàn)與外圍設(shè)備的連線。
（18）A網(wǎng)12插頭多功能總線預(yù)制電纜
（19）查詢電源分配板供電預(yù)制電纜；3針molex插座
（20）直流電源監(jiān)測(cè)報(bào)警預(yù)制電纜；兩個(gè)12針molex插座
（21）DCS系統(tǒng)軟件：包含工程總控軟件操作員在線軟件、操作員在線配置工具軟件、 離線查詢軟件、仿真啟動(dòng)管理軟件等。  
（22）軟件授權(quán)
必須滿足的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

• 常規(guī)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

1、過程控制系統(tǒng)組成認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)

1. 過程控制及檢測(cè)裝置硬件結(jié)構(gòu)組成認(rèn)識(shí)
2. 控制方案組成與控制系統(tǒng)連接
3. 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
4. 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. 調(diào)節(jié)閥流量靜態(tài)特性的測(cè)試
2. 磁力泵變頻調(diào)速機(jī)構(gòu)流量靜態(tài)特性的測(cè)試
3. 單容水箱液位對(duì)象動(dòng)態(tài)特性的測(cè)試
4. 多容水箱液位對(duì)象動(dòng)態(tài)特性的測(cè)試
5. 鍋爐內(nèi)膽溫度對(duì)象動(dòng)態(tài)特性的測(cè)試

3、位式控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)

1. 鍋爐內(nèi)膽水溫的位式控制
2. 鍋爐夾套水溫的位式控制

4、單回路控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)

1. 上水箱或中水箱或下水箱液位的定值控制
2. 多容水箱液位的定值控制
3. 鍋爐內(nèi)膽水溫的定值控制
4. 鍋爐夾套水溫的定值控制
5. 調(diào)節(jié)閥支路流量的定值控制
6. 變頻調(diào)速磁力泵支路流量的定值控制

5、串能控制系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)

1. 串級(jí)控制系統(tǒng)的信號(hào)連接
2. 水箱液位的串級(jí)控制
3. 水箱液位與流量的串級(jí)控制
4. 鍋爐內(nèi)膽水溫與鍋爐夾套水溫串級(jí)控制

6、比值控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)

1. 單閉環(huán)流量比值控制
2. 雙閉環(huán)流量比值控制

7、復(fù)雜控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)

1. 水箱液位的動(dòng)態(tài)前饋-反饋控制
2. 溫度smith預(yù)估控制

8、工控組態(tài)軟件組態(tài)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)

9、PLC控制方式下的過程控制實(shí)驗(yàn)
（三）物聯(lián)網(wǎng)無線網(wǎng)絡(luò)控制
1、ZIGBEE通訊實(shí)驗(yàn)
2、ZIGBEE組網(wǎng)實(shí)驗(yàn)（提供觸摸屏的組網(wǎng)圖）
3、WiFi通訊實(shí)驗(yàn)與電腦通信（錄制視頻尋址過程）
4、PID參數(shù)調(diào)節(jié)與控制（提供4個(gè)站點(diǎn)的曲線圖）
5、觸摸屏顯示功能（提供軟件界面）
6、手機(jī)APP顯示與控制（提供軟件界面）
7、開關(guān)量控制實(shí)驗(yàn)
（四）DCS實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
系統(tǒng)流程圖
特性實(shí)驗(yàn)
1、水箱單容特性實(shí)驗(yàn)
3、上下水箱雙容特性實(shí)驗(yàn)
4、電動(dòng)閥流量特性實(shí)驗(yàn)
6、溫度特性實(shí)驗(yàn)
7、壓力特性實(shí)驗(yàn)
單回路控制實(shí)驗(yàn)
1、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥支路單容液位控制實(shí)驗(yàn)
2、變頻器支路單容液位控制實(shí)驗(yàn)
3、上水箱雙容液位控制實(shí)驗(yàn)
4、上下水箱雙容液位控制實(shí)驗(yàn)
串級(jí)控制實(shí)驗(yàn)
1、上水箱雙容串級(jí)控制實(shí)驗(yàn)
2、溫度流量串級(jí)控制實(shí)驗(yàn)
3、比值控制實(shí)驗(yàn)
復(fù)雜控制實(shí)驗(yàn)
1、單閉環(huán)比值流量控制實(shí)驗(yàn)
2、隨動(dòng)流量比值控制實(shí)驗(yàn)
3、雙容解耦控制