DCS组态实训室建设方案

一、项目建设的必要性
随着科技进步与经济的发展、电能的应用越来越广泛，电器自动化对生产、输送、分配与应用起着控制、调节、检测、和保护的作用。在电力配电系统和电力拖动自动控制系统中应用极为广泛。
   1．人才的需求
从走访的企业单位对人才的需求看,对各个工种及职位的需求量是不一样的,其中企业期望学生对电气设备的操作能力与维护的能力要优秀，占到将近85% ,说明企业比较欢迎既懂电又会操作的人才。而企业中有近90%的要求学生对维修电工、低压配电的应用能力要强。近有98%的企业要求学生必须具备一定的电气自控控制方面的实际操作能力，其余的企业要求学生掌握扎实的专业理论知识，以便能满足企业快速提升的自动化水平对人才的需求。这几年随着经济的发展,这个岗位也变得热俏起来。从调查的情况看，企业对技术主管，品质管理知识，等职位都有不同程度的需求，随着这些企业在发展的过程中的不断壮大，使电气化技术人才的去向呈现高技术的电器自动化人才。这也就使我们在专业定位时必须以市场为导向，培养高素质的DCS自动化控制系统维护人才。
2．职业素质的要求：
通过调查，我们发现毕业生的综合素质越来越重要，用人单位往往要求毕业生能够同时拥有多方面的技能，要求基本功扎实，应用能力较强，能够团结协作，富于开拓和创新精神，要敬业爱岗，踏实肯干，吃苦耐劳，实际动手能力强，综合素质高，具有很强的社会竞争力。在特别是在专业技术方面占有绝对的优势，具体而言要思想积极政治素质高，思维活跃，视野开阔，创造性强，有较强的组织能力和综合表达能力；善于钻研，谦虚谨慎，勤学好问，能发现问题及时解决问题，能将所学知识于实际工作紧密结合起来，在业务中起骨干带头作用，生活作风正派，人格健全，有较好的人际关系；整体观念强，有团队协作精神。
四、电气化专业人才工作岗位:DCS系统自动化及仪表维修工、维修电工、电器操作工、电气设备的管理及应用等相关岗位。
3、岗位特点：
    电气自动化高职专业特别强调自动化技术的应用能力。本专业主要面向各种现代生产控制、管理技术，培养具有电工技术、电子技术、控制理论、控制技术、和计算机控制技术等领域的工程技术基础理论知识，获得工业自动化方面的专业训练，具有一定创新能力的应用型高级专门人才。要求学生掌握基本原理，能熟练解决常见问题；能从事一般自动化系统工程的设计、安装、调试；能胜任设备的维护、销售以及售后技术服务等工作。教学过程在注重学生理论够用的前提下，始终注重对学生解决实际问题能力最大限度的、超前一定程度的培养，以适应未来工作岗位要求的潜能。
    电气自动化专业毕业生适用于几乎所有的工矿企业、建筑业、安装业以及电器产品的营销行业。就业面极广。因此，该专业毕业生的就业能力应突出一专多能。本专业就业岗位（群）有如下几类：
    （1）电气（自动化）设备安装、维修、调试、改造领域（如制造业、建筑业、加工业）：安装、操作、维修、调试控制系统设备及其控制系统设备的更新改造；
（2）电气工程管理领域（如电力业、建筑业、冶金业、煤化工）：电气工程管理、电气设备管理及维护电气系统运行；
（3）电器产品营销领域；
（4）机电产品的售后服务等。
二、项目建设的主要内容
1、实训基地的基本功能与组成
本项目资金共132万元，主要用于购置电气自动化基地的设备，其主要目的包括两方面：一是建设电气自动化教学实训基地；二是建设电气自动化技术培训中心。以电气自动化实训中心为基础平台，在促进学生实践动手能力提高的同时，广泛开展职业技能鉴定，不断加强校企合作，积极促进产学研结合，开展技术服务提高基地的利用率，扩大基地的知名度，提高学生的实践动手能力。
从总体上讲，本基地的主要内容有以下几方面：
(1)建立先进性与专业性的电气自动化专业实训基地，提高学生实践技能;
(2)加大职业技术资格鉴定和培训力度，为社会培养越来越多紧缺电气自动化与机电设备专业人才；
(3)经过一年建设，使之成为电气自动化专业师资培训基地，为提高教师的实践能力和业务水平提供一个可靠的保证；
(4)可对相关企业员工进行电气自动化技术培训，与相关企业共同进行科研项目研究；
(5)能为各相关院校和企业提供共享资源。
三、基地的总体描述
（1）功能描述
承担电气自动化专业课的所有实验任务，完成教学计划实训环节的培训环节，完成相关专业高等职业教育师资培训工作，落实紧缺技能型专业人才的培养计划，完成企业员工培训计划，完成电气自动化设备安装、调试、维护维修等培训和考试任务。
（2）基本组成
电气自动化实训基地的建设可分为计算机、软件组态、硬件配置、机配、各种外围设备、网络系统等。
（3）设备投入预算
根据目前的招生人数和计划招生人数，作出设备投入计划，共计145.5万。
四、主要设备及装置：

产品名称	单价（元）	数量（套）	总价（元）
DB-CG55 过程控制系统实验装置	135000	8	920000
DB-CG56 DCS系统	490000	1	490000
电脑	4500	10	45000
合计：1455000元 含税含运费安装调试 三年保修

   
实验室整体三维效果图
 

设备图


DB-CG55 过程控制系统实验装置
 
一、过程控制装置功能：
(1)、可满足“自动调节原理”，“过程控制”，“控制仪表”，“自动检测技术与传感器”,“计算机”及相关课程的教学实验需求；
(2)、可作为有关企业技术人员、仪表操作人员、系统运行监控人员的实习、培训实验设备。
(3)能实现包括温度、压力、流量、液位定值调节系统，以及比值、串级、前馈等复杂调节系统的实验及培训功能。
(4)能适应培训基地相关专业在热工仪表、高级过程自动控制原理及系统、3火电厂计算机控制及系统、热工自动控制系统、DCS、PLC等相关专业的实验、培训要求。
(5)被控对象提供有接口控制箱，控制箱电源和信号分开。控制箱包括电源装置、变频器、温度调温装置及设备的基本保护装置，此外并提供与DCS接口的端子，作为与DCS、PLC的扩展接口。
二、性能指标及要求：
1、输入电源:三相四线制或三相五线制 380V±10％ 50Hz；
2、工作环境: 温度–10℃－+40℃　相对湿度＜85％（25℃）；
3、装置容量：＜5kVA；外形尺寸：1830mm×780mm×1850mm
三、具体系统配置要求

名称	单位	数量	技术参数	型号	产地
亚克力有机玻璃水 箱	只	2	包括上水箱、中水箱、下水箱和储水箱。上、中、下水箱采用淡蓝色优质有机玻璃，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。上、中水箱尺寸均为：D=25cm，H=20cm；下水箱尺寸为：D=35cm，H=20cm。水箱结构独特，由三个槽组成，分别为缓冲槽、工作槽和出水槽，进水时水管的水先流入缓冲槽，出水时工作槽的水经过带燕尾槽的隔板流入出水槽，这样经过缓冲和线性化的处理，工作槽的液位较为稳定，便于观察。水箱底部均接有扩散硅压力传感器与变送器，可对水箱的压力和液位进行检测和变送。主水箱容积可以隔断、可以组合，其中有一只水箱要求可以进行非线性实验。刻度线要求刻在水箱内壁上，不能采用粘贴纸贴在水箱上，水箱容积不小于20升，容积可变。	DB-1	上海
加热炉	台	1	铝锭为加热载体，温度最高大150度	DB-2	上海
管道及阀门	套	若干	整个系统管道由敷塑不锈钢管连接而成，所有的手动阀门均采用优质球阀，彻底避免了管道系统生锈的可能性。有效提高了实验装置的使用年限。其中储水箱底部有一个出水阀，当水箱需要更换水时，把球阀打开将水直接排出		诸暨
液位变送器和压力变送器	只	3	二个液位变送器分别用来对上、下二个水箱和锅炉的液位进行检测，其量程为0～3KPa(以实际的水箱高度为准)，用于测量水箱液位高度，为直流24V供电、标准两线制接线4～20mA变送输出、精度0.5级，采用工业用的扩散硅压力变送器，带不锈钢隔离膜片，同时采用信号隔离技术，对传感器温度漂移跟随补偿。还有管道压力。	DB801	上海
温度传感器	只	1	装置中采用了1个Pt100铂热电阻温度传感器，用来测量铝锭的温度.	YCPT100	上海
水泵	只	1	本装置采用磁力驱动泵，流量为30升/分，功率为180W。泵体完全采用不锈钢材料，以防止生锈，使用寿命长。本装置采用两只磁力驱动泵,一只为三相380V恒压驱动，另一只为三相变频220V输出驱动。三相磁力驱动泵，噪音低，寿命长，扬程达12米	上海西山MP-55R-220	上海
电磁阀	只	1	在本装置中，其中一只作为电动调节阀支路和变频支路的连通阀，起接通和关断两条支的作用。另外六只作为各液位水箱两条支路的进水阀门。工作压力：最小压力为10Kg/㎝2，最大压力为7Kg/㎝2；工作温度：－5～80℃；工作电压：24VDC。	DN15	永德信
二相移相调压装置	只	1	采用二相全隔离一体化交流移相调压器模块，采用SMT工艺，DCB陶瓷基板，有LED电源指示和LED输出调节量指示，控制参数：可输入0～5V、0～10V、4～20mA；输出参数：额定工作电压：380VAC±10%；电网频率：50Hz；断态峰值截止电压VP：≥1200VPK；电小负载电流：100 mA；断态漏电流：<12 mA；关断最大延时：10ms；调节响应时间：10ms；	DTY-H220D35	上海红氏
电加热管	只	1	由三根1.0KW电加热管星形连接而成，用来对锅炉内胆内的水进行加温。	DB-3	上海
流量计	只	2	涡轮流量计分别用来对由电动调节阀控制的动力支路、采用标准二线制传输方式，工作时需提供DC24V直流电源。流量范围：0～1.2m3/h；精度：1.0%；输出：4～20mA。	LMGY-10	合肥
交流变频控制	只	1	本系统采用的变频调速模块为多功能、紧凑型产品，具备V/F控制、通用磁通矢量控制、最佳励磁控制等，运行特性：多段速15速、PID控制、输出电流检测、异常时再试功能、零电流检测；输出频率范围：0.2～400Hz；频率设定分辨率：0.06Hz/60HZ；频率精度：最大输出频率的±0.1%以内；控制信号输入为4～20mADC或0～5VDC，交流220V变频输出用来驱动三相磁力驱动泵。	FR-D720S-0.4K-CH	三菱
直流无刷水泵	台	1	小型增压泵加压直流无刷水泵：功率50瓦，量程780升/小时，调速功能：水泵外接0-5V 调速信号。	DB-4	浙江
操作台	个	1	控制对象接口箱分电源箱和信号接口箱。电源箱主要包含各种电源装置及电源分配开关，变频器、三相移相调压装置等强电装置；信号接口箱主要为各种弱电信号与DCS联接中间过渡箱。 面板材质采用铝材，面板标识采用凹字烂板工艺进行加工制作，针对各种信号接口均配有文字及符号说明，信号区分一目了然，方便实验接线。所有信号采用国际标准的IEC信号。执行机构接口有三相可控硅移相调压装置、电动调节阀、三相不锈钢磁力泵、电磁阀、三菱变频器及三相电加热管组成，另外电加热锅炉带有防干烧保护设备。并将对象系统各传感器检测及执行器控制信号同面板上的插座相连，便于学生自己连线组成不同的控制系统。 实验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，形状似长方体封闭式结构，造形美观大方；设有两个大抽屉、柜门，用于放置工具、存放挂件及资料等。桌面用于安装电源控制屏并提供一个宽敞舒适的工作台面。电脑桌联体设计，造型美观大方。锅炉防干烧保护装置为保证实验效果、不降低锅炉加热功率的前提下，本套装置配备了良好的防干烧保护系统，当锅炉内胆液位低于红色警戒水位线时，保护装置将切断调压模块输出电压，以有效保护电加热管不被干烧损坏。	DB-5	上海
智能调节器	套	2	要求二台智能调节器采用AI519全通用人工智能调节器。全球通用的85～264VAC输入范围供电。具有RS485通讯功能，采用先进的AI人工智能调节法。具备自整定功能。（K5  主控）S4、X3变送输出.	AI519	宇电
▲计算机直接控制模块	套	1	要求用于计算机控制，设有通讯端口，完全模拟工业现场环境，装有一块远程数据采集模块和一块远程数据采集模块。要求为8通道模拟量输入模块，输入量为1－5V； 4通道模拟量输出模块，输出信号为4－20mA；上位机要求采用MCGS组态软件进行监控。安装有远程数据采集模块，可进行计算机直接数字控制（DDC）。网络功能：数据采集软件具有网路功能,利用计算机控制技术现场总线，采用工业以太网协议，具有良好的开放性，共享总线网络结构，以能够相互共享资源的方式结合起来。计算机网络中的技术具有自治特点，他们以传输数据和控制为目的。一个工程师站，可以控制无限个操作员站，老师可以在任何地方对他进行监控和控制，用密码的形式来实现。（提供密码登录界面图，不提供不得分）	DB-6	上海
▲物联网控制系统	套	1	3节点1个汇节点.(所有设备组成网络)   在许多场合需要将传感器节点直接放置在目标地点进行现场的数据采集，这就要求传感器节点具有无线通信的能力。 本设备需配置二种无线通讯模块：Zigbee通讯模块， WiFi通讯模块。可以根据需要搭设不同的无线通讯传感网。 无线通讯传感网主要由以下几部分组成：AD转换、发射部分、接收部分、上位机。 硬件系统：     无线数据采集控制器（8路模拟量输入（A/D）输入0-5v，0.01v分辨率。4路模拟量输出（D/A）输出0-5v，0.01v分辨率，8路数字量输入（DI）， 4路数字量输出（DO）。       1、主控单元模块包括主控以CORTEX-M3为内核的STM32F103VET6主芯片及其外围电路，3.5寸带触摸显示屏，各无线模块接口等等； 15系列单片机STC15L2K60S2及其外围电路，蓝牙和ZIGBEE模块接口等等。各无线数据传输模块均已接入到二者上面，包括主控单元模块上面的WIFI 模块（本WIFI模块只与路由器连接）。数据采集单元模块上模块（从机），ZIGBEE模块（B端），分别可以和主控单元模块上ZIGBEE模块（B端）通信，主控单元的模块与数据采集单元的模块通过交互通信实现数据交换，最终结果可通过WIFI发送到电脑终端。     2、WiFi通信模块：最高传输速率230400bps，TCP连接最大连接数>20UDP连接最大连接数>20串口波特率50~230400bps工作温度：-20 ~ 60°C，工作湿度：10%-90%RH（不凝结）。   3、ZigBee模块：CC2530F256，无线频率：2.4 GHz工作电压：2 V~3.6 V，输出功率：4.5 dBm该模块使用STM32F103作为主控制器，完成传感器数据的采集与处理，利用WiFi模块可以将传感器数据上传到移动安卓等网络设备上，利用有线网、无线网等可以远程访问传感器数据；利用ZigBee模块组建无线传感网络。	DB-7	上海
MATLAB/RTW实时控统	套	1	要求提供液位控制系统实物控制图，控制响应曲线，仿真图，响应曲线。温度控制系统，实物控制图，控制响应曲线，仿真图，响应曲线、流量随动比值控制系统，实物控制图，控制响应曲线，仿真图，响应曲线、液位串级控制系统，实物控制图，控制响应曲线，仿真图，响应曲线等实验的Simulink控制软件界面和响应曲线界面供专家参考，必须用mcgs组态软件编写组态控制界面，通过OPC技术实现与MATLAB的实时通讯，参数要求： ① 16路独立AD转换；② 8路独立DA转换；③ 8路PWM输出；④ 6路TTL电平开关量输入；⑤ 6路TTL电平开关量输出；⑥ 1个位置检测接口；⑦ 1个光电编码器接口；⑧ 安装在目标机的PCI插槽中，通过DB37电缆采集控制板； 要求在Simulink软件环境下，依据过程控制实验装置的实际参数对各个实验进行了仿真，并在Matlab/RTW实时控制模式下，实现过程控制的实物实验内容，满足毕业设计和课程设计的需要。 仿真软件要求在MATLAB软件环境下完成，实时控制需在MATLAB/RTW环境下进行，请在投标书中对MATLAB/RTW软件详细介绍和说明，提供相关MATLAB/RTW实时控制的软件界面图。提供MATLAB/RTW实时控制正版软件。	DB-8	上海

 

DB-CG56 DCS系统

浙大中控供货清单：

（一）控制站硬件
序号	名称	卡件号	数量	单位
1	机柜（2100×800×600)	XP202X	1	个
2	I/O机笼	XP211	1	个
3	数据转发卡	XP233	1	块
4	主控制卡	XP243X	1	块
5	电源	PW732	1	个
6	电源卡	XP258-2	1	个
7	8路电流信号输入卡	XP351	6	块
8	8路模拟量输出卡	XP372	2	块
9	16路数字信号输出卡	XP367	1	块
10	空卡	XP000	11	块
11	不冗余端子板	XP520	2	块
12	16路继电器输出端子板	TB367-GPRU	1	块
13	DI/O端子板转接模块	XP529	1	块
14	中控交换机	SUP-2218	2	套
15	外配电源	PW732	1	个
16	空开	10A	6	个
（二）操作站软件
序号	名称	型号	数量	单位
1	实时监控	PRO 111	1	套
2	工程师组态软件	PRO 135	1	套

 
实现网络功能：
1、所有8套过程控制信号66个模拟量输入点接到DCS上，输出点21点接到DCS上，21个开关量输出点也接到DCS上，组成一个中控室。所有信号点都能在DCS上显示。
2、DCS能够单独对其中任何一台或者多台进行分时控制。
3、DCS 控制和过程控制互相不干扰。
 
建成后网络示意图

 
必须满足的实验项目
常规实验项目
1、过程控制系统组成认识实验
过程控制及检测装置硬件结构组成认识
控制方案组成与控制系统连接
智能调节仪表、智能变送仪表等智能仪表的操作及参数设定
传感器的校正（零点迁移与量程调整）
2、被控对象特性测试实验
调节阀流量静态特性的测试
磁力泵变频调速机构流量静态特性的测试
单容水箱液位对象动态特性的测试
锅炉内胆温度对象动态特性的测试
3、位式控制系统实验
温度的位式控制
4、单回路控制系统实验
上水箱的定值控制
加热炉的定值控制
调节阀支路流量的定值控制
变频调速磁力泵支路流量的定值控制
5、串能控制系统的实验
串级控制系统的信号连接
水箱液位的串级控制
水箱液位与流量的串级控制
6、比值控制系统实验
单闭环流量比值控制
双闭环流量比值控制
7、复杂控制系统实验
水箱液位的动态前馈-反馈控制
温度smith预估控制
8、工控组态软件组态实验
实时数据库组态实验
图形动画、报表、曲线、报警组态实验
设备通讯组态实验
脚本程序应用组态实验
（二）过程控制的仿真和基于MATLAB/RTW实时控制实验
1、过程控制的仿真实验（含以下“2、基于MATLAB/RTW实时控制实验”所有实验）
2、基于MATLAB/RTW实时控制实验
1）对象特性测试实验
① 上水箱特性测试实验② 下水箱特性测试实验③ 二阶液位特性测试实验④ 温度锅炉对象特性测试实验⑤ 调节阀流量特性测试实验
2）单回路控制系统实验
① 压力单闭环控制系统实验② 温度单闭环控制系统实验③ 液位单闭环控制系统实验④ 流量单闭环控制系统实验⑤ 双容液位控制系统实验
3）串级控制系统实验
① 上水箱液位和流量的串级控制系统实验② 上、下水箱液位串级控制系统实验
4）流量比值控制系统实验
   5）液位解耦控制系统实验
   6）前馈反馈控制系统实验
   7）温度纯滞后预估（Smith）控制系统实验
（三）无线网络控制
1、ZIGBEE通讯实验
2、ZIGBEE组网实验（提供触摸屏的组网图）
3、WiFi通讯实验与电脑通信（录制视频寻址过程）
4、PID参数调节与控制（提供4个站点的曲线图）
5、触摸屏显示功能（提供软件界面）
6、手机APP显示与控制（提供软件界面）
7、开关量控制实验
（四）DCS实验内容
系统流程图
特性实验
1、水箱单容特性实验
3、上下水箱双容特性实验
4、电动阀流量特性实验
6、温度特性实验
7、压力特性实验
单回路控制实验
1、支路单容液位控制实验
2、变频器支路单容液位控制实验
3、上水箱双容液位控制实验
4、上下水箱双容液位控制实验
串级控制实验
1、上水箱双容串级控制实验
2、比值控制实验
复杂控制实验
1、单闭环比值流量控制实验
2、随动流量比值控制实验