现场总线过程控制系统实验装置:上海硕博科教设备有限公司
SBGCS-68E现场总线过程控制系统实验装置
一、使用条件
输入电源：三相四线（或三相五线）AC380V±10% 50Hz 、AC220V±10% 50Hz。
工作环境：温度-10℃～+40℃ 相对湿度＜85%(25℃) 海拔&400m。
装置容量：＜1.5KVA。
重 量：＜130Kg。
5、安全保护：具有漏电压、漏电流保护装置，安全符合国家标准。
A．~220V，通过安全插座输出。
B．直流稳压电源：±5V/1A ±12V/2A。
6、安装地点：职业学校实习场实训室。
二、技术参数
现场总线过程控制系统实验装置&是从高校自动化相关专业教学实验的需求出发，采用代表自动化行业技术潮流的现场总线技术，开发出来的进行通讯和远程控制的网络化和数字化实验装置。由现场总线控制系统和对象系统组成。装置结合当前我国工业自动化应用技术及器件技术的发展，充分考虑实用性、先进性。能满足适合高职院校、职业学校的《现场总线控制技术》、《传感器技术》、《自动检测》等课程的教学与技能实训。实训装置也适合技工学校、职业培训学校、职教中心、鉴定站/所各工种实操、技能鉴定考核。
2.2、装置特点
实验装置既包含了各种常规的检测装置，又包含了SIEMENS
PA接口的总线检测装置；被控参数全面，涵盖了连续性工业生产过程中的液位、压力、流量及温度等典型参数；真实性、直观性、综合性强，控制对象组件全部来源于工业现场；执行器中既有气动调节阀，又有变频器、可控硅移相调压装置。调节系统除了有设定值的阶跃扰动外，还可以通过对象中的电磁阀和手动操作阀制造各种扰动；一个被调参数可在不同的动力源、不同的执行器和不同的工艺管路下演变成多种调节回路，以利于讨论、比较各种调节方案的优劣；系统设计时考虑到两个信号在本对象中存在着相互耦合，二者同时需要对原独立调节系统的被调参数进行整定，或进行解耦实验，以符合工业实际的性能要求；能进行单变量到多变量控制系统及复杂过程控制系统实验；可构成从现场检测到上位机监控检测之间的全数字通道。
2.3现场总线过程控制系统实验装置硬件要求
1、电气部分给各种工作部件提供电源
2、SIEMENS 315-2DP CPU一个（含MMC卡）
3、CP343-1以太网通讯模块一个
4、DP LINK 链路器一个
5、DP/PA Coupler 耦合器一个
6、远程分布式I/O模块ET200M一个
7、模拟量输入模块SM331模块两个
8、模拟量输出模块SM332模块一个
9、SIEMENS MICROMASTER 420变频器一个
10、SIEMENS 变频器DP通讯模块一个
11、SIEMENS SITRNS PA 温度变送器一个
12、普通网卡一个
13、DP通讯线和DP接头若干
14、10/100M交换机一只
15、电脑实训桌：实训桌为铁质双层亚光密纹喷塑结构，桌面为防火、防水、耐磨高密度板，结构坚固，造型美观大方。设有抽屉和元器件储存柜。
16电脑：四核、集成声卡、DVD光驱、独立显卡、大于160G硬盘、2G内存，22寸平板显示器、键盘、鼠标等。（设备所需软件，给安装完毕）。
17、每套配备电工常用工具及仪表：兆欧表、数字万用表（VC890C）、压线钳，剥线钳、电烙铁、镊子、克丝钳（5寸）、偏口钳、尖嘴钳等。
18、每套配备两个椅子。
19、常用耗材及配件。
2.4现场总线过程控制系统实验装置软件介绍：
控制系统下位机编程软件采用SIEMENS公司的下位机编程软件STEP 7。STEP 7是用于SIMATIC
S7-300/400站创建可编程逻辑控制程序的标准软件，可使用梯形逻辑图、功能块图和语句表。它是SIEMENS
SIMATIC工业软件的组成部分。STEP
7以其强大的功能和灵活的编程方式广泛应用于工业控制系统，总体说来，它有如下的功能特性：
1、可通过选择SIMATIC工业软件中的软件产品进行扩展
2、为功能摸板和通讯处理器赋参数值
3、强制和多处理器模式
4、全局数据通讯
5、使用通讯功能块的事件驱动数据传送
6、组态连接：控制系统上位机监控软件采用SIEMENS公司的上位机监控组态软件SIMATIC Wincc。
Wincc指的是Windows Control
Center，它是在生产过程自动化中解决可视化和控制任务的监控系统，它提供了适用于工业的图形显示、消息、归档以及报表的功能模板。高性能的功能耦合、快速的画面更新以及可靠的数据交换使其具有高度的实用性。
Wincc 是基于Windows NT 32位操作系统的，在Windows NT或Windows
2000标准环境中，Wincc具有控制自动化过程的强大功能，它是基于个人计算机，同时具有极高性价比的操作监视系统。Wincc的显著特性就是全面开放，它很容易结合用户的下位机程序建立人机界面，精确地满足控制系统的要求。不仅如此，Wincc还建立了像DDE、OLE等在Windonws程序间交换数据的标准接口，因此能毫无困难的集成ActiveX控制和OPC服务器、客户端功能。
Wincc软件是基于多语言设计的，这意味着可以在中文、德语、英语等众多语言之间进行选择。
2.4现场总线过程控制系统实验装置系统特点现场总线过程控制系统从上位机控制系统到现场仪表之间清晰的分为三层，其中操作员站和服务器之间，服务器和主控制器之间采用工业以太网通讯，构成了整个控制系统的管理级；主控制器、远程分布式I/O模块、变频器、DP/PA耦合器之间通过PROFIBUS-DP协议进行通信，构成了控制系统的控制级；控制级通过DP/PA链路延伸出下一级PROFIBUS-PA网络，压力传感器、电磁流量计、温度变送器和阀门定位器直接挂接在同一条PROFIBUS-PA总线上，这样就实现了现场仪表通过DP/PA链路和主控制器之间的数据交换。
三、现场总线过程控制系统实验装置能完成的实训项目：
1、现场总线控制系统（FCS）的组成与认识实验。
2、下位机软件中的硬件组态和程序编写。
3、上位机软件中的通信建立和界面组态。
4、一阶单容上水箱对象特性测试实验。
5、二阶双容水箱对象特性测试实验。
6、上水箱液位PID整定实验。
7、串接双容下水箱液位PID整定实验。
8、三容液位定值控制实验。
9、锅炉内胆水温PID控制实验。
10锅炉夹套水温PID控制实验。
11、单闭环流量PID控制实验。
12、锅炉内胆水温位式控制实验。
13、水箱液位串级控制实验。
14、三闭环液位控制实验。
15、锅炉夹套与内胆水温串级控制实验。
16、锅炉内胆水温与水流量串级控制实验。
17、上水箱液位与进水流量串级控制实验。
18、单闭环流量比值控制实验。
19、下水箱液位前馈-反馈控制实验。
20、锅炉内胆水温前馈-反馈控制实验。
21、温度纯滞后控制实验。
22、流量纯滞后控制实验。
23、锅炉夹套与内胆水温解耦控制实验。
24、上水箱液位与出口水温解耦控制实验。
四、现场总线过程控制系统实验装置供货范围
4.1、供货方提供随机资料包括：
1变频器使用手册（电子版和纸介质版）
2Plc手册（电子版和纸介质版）
3实验手册（电子版和纸介质版）
4实验课件（电子版）
5上位机监控组态软件
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现场总线vs.Hart：设备诊断之间的差别
核心提示：
　　有效的特色功能帮助最终用户管理工厂设备
　　现场总线基金会最终用户咨询委员会（EUAC）主席和位于美国俄亥俄州莱马的ISP Chemicals公司过程控制专家John Rezabek
　　本期 Fieldbus Report中，现场总线基金会最终用户咨询委员会（EUAC）主席John Rezabek介绍了智能
的发展，并且解释了最主要的数字网络解决方案之间的不同之处。Rezabek担任位于美国俄亥俄州莱马的ISP
Chemicals公司过程控制专家，他作为基金会技术的最终用户，具有丰富的经验。
　FR：智能设备诊断近年来是如何发展的？
　　Rezabek：最初，我们几乎仅仅是让过时的
诊断功能在现场总线发挥作用。我记得当初只是刚刚接触它们，当然很想知道它们发挥作用后能给我们带来多少价值。即使在今天，类似于“A/D板更新误差”或“EPROM故障”等问题的诊断仍然是少不了的，而某些设备仍然有些其它的少许问题需要诊断。例如，我们需要对上游泵内的气蚀进行检测的诊断。
　　目前据我所知，在众多变送器厂商中，至少有三家厂商开展插入式取压管线检测。我认为这些能力
对于最终用户来说，更加具有吸引力且潜在用途更大，因为我们在应用和工艺连接时遇到的问题比设备本身遇到的问题更多。
　　利用统计过程监测和通常被过滤出信号的“噪声”分量完成了某些非常有趣的工作。ExxonMobil和Shell应用项目已利用该信号检测燃油加热器和FCC提升管内越来越严重的不正常工况。为避免这种不正常状态的出现，人们通常通过预测设备损耗或类似的原因，从“全面预测性保护”中实现仍然不菲的效益。
FR：基金会现场总线诊断如何有别于其它协议的现场总线诊断？
　　Rezabek：我不是的用户，但是我在Siemens的朋友Tanmoy Basu告诉我，它在应用范围上与基金会现场总线相比
，略有不同。Profibus PA是一个主一从系统，但是它与基金会现场总线不同的是没有正式的“用户层”，因此主系统控制方案在如何利用诊断信息方面可能是不一样的。
　　Hart能满足基本的诊断需要，而且我知道至少有一家供应商正在将插入式取压管线检测和可行的统计过程检测（SPM）转由Hart处理。象我的那些左邻右舍用户已经遇到了在控制策略方面利用状态信息的挑战，既使我们采用的系统也有自然支持Hart通信的卡。你可能遇到利用设备管理软件或专门满足供应商要求的工具诊断
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，但是在大多数情况下
，设备出现问题时，你最好是很快发现问题。如果凌晨三点寒风阵阵使气温达到-20F时，取压管线在15分钟内就结冰了
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，；当你早晨醒来时，它将成为旧新闻了。
　　基金会现场总线的供电预算更高，而且网络上的所有设备都能发出信号和/或在工况被检测的相同扫描（宏周期）条件下修改标准（和粒状）信号状态。由于基金会技术有用户层和标准功能块，它们全都用同样的方法支持不断变化的信号状态。例如现场总线PID使控制方式变为“手动”，并且通过默认值控制住最后一个输出信号，它不会有任何由用户生成的逻辑。在同时设置了及时和可组态的报警信号后
，能避免空前程度的不正常状态。
　FR：诊断技术在哪些方面是相似的？
　　Rezabek：Profibus PA与基金会现场总线一样，同样也有物理层，而且供电的预算也是一样的。因此，唯一的感受是，供应商提供的诊断效果是一样的。
　　有家供应商告诉我，他们提供的Hart一样能达到复杂的诊断效果，特别是能实现满足运行要求的“静摩擦力”诊断。主要的不同之处似乎是Hart设备必须要有或者必须“计划”要有诊断。例如，我曾经见过一种设备管理软件包，它允许一天计划安排一次诊断。我不能肯定要花多长时间，但是我能保证诊断的工作能延续下去——就像那些在基金会现场总线设备内开展的诊断一样——更有可能的是检测即将发生的故障或者迫在眉睫的不良性能。
　FR：用户通常如何使设备现行的诊断发挥作用？
　　Rezabek：我曾经经历过的最有趣事情是在ExxonMobil和Shell项目中开展的工作，因为SPM能力在其中经开发用来监测燃油加热器火焰的不稳定性或者用来监测流体催化裂化提升管内不良的硫化。
　　我们在自己的项目中采用更简单的方案。我们在一些具体实践中实施了插入式取压管线监测和SPM手段。我们所有承担“关键”任务的阀门都有在线摩擦力诊断。
　FR：与其他选择相比，特别是当基金会技术涉及设备管理，维护等业务时对该技术的投资价值是什么？
　　Rezabek：我要说的是，产生效益的基础的技术与概念是ARC称之为基金会现场总线的“基于对象”的自然法则。现场总线上的设备是独立的，它们支持“发布与接收”和报文。在工厂内，这意味着信号状态、诊断和报警是针对设备的，并且被发布到主机——不需要采用投票和主—从交易的方式。基
Hart设备诊断现场总线现场总线基金会
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