SB-JYD332能耗監(jiān)測實訓系統(tǒng)
一、產(chǎn)品簡介
能耗監(jiān)測實訓系統(tǒng)、工業(yè)能耗監(jiān)控實訓臺，是針對工業(yè)互（物）聯(lián)網(wǎng)專業(yè)、電氣自動化專業(yè)、測控技術及儀器專業(yè)而設計的過程控制系統(tǒng)，涵蓋工業(yè)自動化儀表、可編程控制器、工業(yè)現(xiàn)場總線、組態(tài)開發(fā)、低代碼開發(fā)等技術，幫助學生掌握工業(yè)數(shù)據(jù)采集、過程控制、數(shù)據(jù)入網(wǎng)、數(shù)據(jù)分析的方法。
實訓臺以水、氣/汽、電能耗監(jiān)測為背景，采用液位計、流量計、溫度變送器、壓力變送器、電磁閥、水泵、氣泵、電氣控制箱、水箱等裝置模擬工業(yè)場景下的水循環(huán)、氣循環(huán)、電能監(jiān)測常見的過程控制系統(tǒng)。其中水箱作為液體盛放和氣體導入的氣液混合容器，模擬化工行業(yè)常見的化工產(chǎn)品制備工藝場景。通過現(xiàn)場監(jiān)控裝置及傳輸模塊，將液位、流量、壓力、水溫、氣溫、電壓、電流、電量等過程控制參數(shù)進行數(shù)據(jù)采集，傳輸?shù)侥茉垂芾砥脚_，達到工業(yè)水、汽、氣、電等至少三種數(shù)據(jù)采集控制、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)分析及可視化展示的目的。
參考圖片
二、硬件結構
1、水、氣循環(huán)系統(tǒng)：水、氣循環(huán)系統(tǒng)主要使用流量計、壓力表、溫度表、液位計等傳感器測量水循環(huán)系統(tǒng)、氣循環(huán)系統(tǒng)中的物理量參數(shù)，使用磁力泵、空壓機等執(zhí)行裝置為循環(huán)系統(tǒng)提供動力源。
2、蒸汽循環(huán)系統(tǒng)：蒸汽循環(huán)系統(tǒng)主要包括：氣動閥（角座閥）、蒸汽發(fā)生器、機械風輪、蒸汽溫度傳感器等，蒸汽管道包裹著隔熱材料，防止燙傷，如圖所示。
3、電氣控制箱：電氣控制器箱采用不銹鋼材質帶鎖電箱，安全防護，主要包括：PLC控制器、變頻器、三相電能表、交流接觸器、繼電器、接線端子、HMI人機交互屏、電源總開關及電源指示燈4、通訊設備
系統(tǒng)配備串口服務器和智能網(wǎng)關，可將PLC工業(yè)控制網(wǎng)絡轉換到以太網(wǎng)絡，實現(xiàn)工業(yè)網(wǎng)絡與TCP/IP協(xié)議網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)雙向傳輸，擴展工業(yè)網(wǎng)絡的通信距離。
系統(tǒng)配置智能網(wǎng)關，經(jīng)過設置，可以將實訓臺接入到自有云平臺，實現(xiàn)遠程工業(yè)用水流量、壓力、液位的采集，工業(yè)氣體流量、壓力的采集，工業(yè)用電電壓、電流、電量的采集。
三、產(chǎn)品功能
1、水循環(huán)控制功能：系統(tǒng)通過變頻器控制磁力水泵，將儲水箱的水抽取注入1#號水箱。系統(tǒng)控制器通過實時采集1#水箱液位的上下限，自動控制水泵的開關。通過實時液位差壓傳感器，控制連通閥門的開關，使得1#與2#水箱液位達到動態(tài)平衡。同時，實時采集液位、流量、壓力、水溫等系統(tǒng)參數(shù)。
點擊"自動啟動"，系統(tǒng)就會控制水泵抽水，將儲水箱的水抽取到1#號水箱。此時界面上水箱1的液位會自動上升，壓差也會逐漸上升。
低代碼開發(fā)
2、氣動控制功能：控制空壓機壓縮空氣，向管道持續(xù)注入空氣。實時采集氣體壓力、氣體流量，通過實時監(jiān)測氣壓參數(shù)上下限，自動控制氣動閥門的開關，從而帶動氣動馬達的運行，將氣能轉換為機械能。
系統(tǒng)軟件界面如圖所示。
當壓力達到預設值時，停止注入壓縮空氣，系統(tǒng)打開出口氣閥，關閉近泵氣閥，壓縮空氣從管道排出，驅動風輪旋轉，壓力越大，風輪轉動越快。
3、蒸汽控制功能：通過控制加熱器工作對蒸汽發(fā)生器的水體進行加熱。產(chǎn)生的蒸汽通過氣體管道輸送到水箱進行冷卻。系統(tǒng)實時檢測氣體溫度、蒸汽流量、蒸汽壓力等參數(shù)。
大約2-3分鐘會產(chǎn)生蒸汽，可以看到蒸汽管道溫度儀表數(shù)值逐漸上升，軟件界面的溫度值也同步上升。
4、（三相）電能監(jiān)測功能：采用智能電流電壓表實時監(jiān)測總電源、氣循環(huán)控制系統(tǒng)、水循環(huán)控制系統(tǒng)運行消耗的電壓、電流、頻率、功率等，進行電能采集分析，如圖所示。
5、本地可視化展示功能
（1）HMI組態(tài)可視化
實現(xiàn)水循環(huán)、氣循環(huán)、蒸汽循環(huán)、及三相電能采樣數(shù)據(jù)的顯示，被控設備的控制狀態(tài)顯示和手動控制。
（2）本地平臺可視化展示
通過低代碼編程、看板設計本地顯示頁面，展示當前實訓臺水、氣、電的實時采樣數(shù)據(jù)。
6、云平臺接入功能
系統(tǒng)通過串口服務器和智能網(wǎng)關，使得工業(yè)控制系統(tǒng)具有TCP/IP網(wǎng)絡接入功能，可以實現(xiàn)遠程管理和維護，多設備共享，跨平臺操作。可通過智能網(wǎng)關接入云平臺進行能耗數(shù)據(jù)存儲和分析。智能設備具有RS485接口、RJ45網(wǎng)絡接口，可與控制器進行多種方式的網(wǎng)絡連接，支持ModbusRTU、或ModbusTCP協(xié)議的數(shù)據(jù)交互，通過MQTT協(xié)議、HTTP協(xié)議上傳到物聯(lián)網(wǎng)云平臺，或者接收平臺層下達的控制指令，最終實現(xiàn)與平臺層的交互。
7、云智能實驗室安全管理系統(tǒng)：本平臺將無線傳輸、信息處理等物聯(lián)網(wǎng)技術應用用于自動化遠程控制。設備端運行狀態(tài)、數(shù)據(jù)參數(shù)等上傳至云平臺。物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的傳感層、傳輸層和應用層關聯(lián)掌握數(shù)據(jù)與分析數(shù)據(jù)。
(1)電壓、電流等模擬量數(shù)據(jù)顯示。
(2)輸入開關監(jiān)控，輸出開關等數(shù)字量控制。
(3)遠程控制啟停狀態(tài)，給定輸出電壓值的。
(4)顯示輸入輸出電壓值的歷史數(shù)據(jù)
(5)可按照日期、日間進行查詢歷史數(shù)進行查詢。
(6)報警信號為PLC主機模擬量采集數(shù)值或者開關量可以自由設定，如當模擬量輸入超過設定電壓時產(chǎn)生報警，通過物聯(lián)網(wǎng)自動化應用軟件將報警信號上傳到云平臺，通過云平臺向設置的終端推送報警信號，每臺設備可對應多個終端設備。
(7)通過手機端可以實現(xiàn)遠程控制PLC的輸出及監(jiān)視PLC的輸入狀態(tài)變化。
(8)數(shù)據(jù)顯示畫面：畫面顯示輸入電壓數(shù)值，輸出電壓監(jiān)控，開關狀態(tài)輸入，開關控制輸出，以及云端連接二維碼。
(9)聯(lián)網(wǎng)設置界面：設置現(xiàn)場數(shù)據(jù)連接云平臺后臺數(shù)據(jù)庫管理。
四、產(chǎn)品特點
1、支持《儀器儀表》、《PLC編程技術》、《組態(tài)應用開發(fā)》課程的實驗。
2、采用化工廠生產(chǎn)過程常用的自動化儀表和傳感器，包括浮球液位計、電磁流量計、渦街流量計、壓力變送器、差壓變送器、水溫變送器等，信號采用4-20mA模擬量輸出，二線制、四線制不同出線方式，DC24V電源供電；
3、采用工業(yè)常用執(zhí)行器，包含氣動電磁閥、角座閥、電動調節(jié)閥、交流驅動水泵、空氣壓縮機、變頻器等。
4、配備獨立電氣控制箱：含PLC控制器、模擬量輸入模塊、變頻器、電能表、HMI觸摸屏、空氣開關、繼電器、接地塊。選型國產(chǎn)PLC，振興民族產(chǎn)業(yè)。
5、強弱電分離設計，操作安全可靠?？筛鶕?jù)客戶需求選用AC220V交流電或AC380動力電輸入；弱電DC24V儀表傳感器供電，位于實訓臺面。
6、支持Modbus RTU、Modbus TCP協(xié)議及工業(yè)現(xiàn)場總線及無線網(wǎng)絡組網(wǎng)。
7、采用密閉性良好的不銹鋼材質和有機玻璃做管道，水路、氣路相互獨立。
8、水箱注水防溢出設計，排空設計，防止液體長時間存放。
9、具有能源管理平臺，實時接收能源數(shù)據(jù)，可視化展示。
10、支持低代碼開發(fā)，通過拖、拉、拽方式搭建應用，編寫代碼，實現(xiàn)能耗參數(shù)可視化展示和接入云服務平臺。
五、功能說明：本實訓臺配合課程，可以培養(yǎng)學生具備以下工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)常用技能：
1、工業(yè)傳感器工作原理認識、安裝調試、數(shù)據(jù)采集的技能。
2、變頻器交流電機調速控制、繼電器通斷控制的技能
3、PLC可編程控制器的安裝布線、應用編程技能
4、工業(yè)觸摸屏應用編程技能
5、工業(yè)Modbus RTU、Modbus TCP協(xié)議及工業(yè)網(wǎng)絡組網(wǎng)的應用技能
6、低代碼開發(fā)在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的應用
六、配套課程
1 | 工業(yè)能耗臺組成結構認初 | 儀器儀表和傳感器認知電器元件執(zhí)行器認知工業(yè)電機設備:水泵、空氣壓縮機等的認知 |
2 | 電氣控制箱裝調說明 | 電氣控制線路圖說明 觸摸屏組成結構與接線說明 |
3 | 儀表及傳感器工作原理認知與采集 | 液位變送器工業(yè)原理與接線說明、壓力變送器的工作原理與接線說明流量計的工作原理與接線說明 溫度變送器的工作原理與接線說明 |
4 | 執(zhí)行器控制實訓 | 含電磁閥執(zhí)行器的工作原理與接線說 水泵的工作原理與接線說明空壓機的工作原理與接線說明 |
5 | 儀表傳感器的數(shù)據(jù)采集實驗 | 基于PLC和組態(tài)的液位變送器數(shù)據(jù)采集與顯示基于PLC和組態(tài)的流量計數(shù)據(jù)采集與顯示基于PLC和組態(tài)的壓力變送器數(shù)據(jù)采集與顯示基于PLC和組態(tài)的溫度變送器數(shù)據(jù)采集與顯示 |
6 | 執(zhí)行器控制實訓 | 基于PLC和組態(tài)的電磁閥元件的通斷控制 基于PLC和組態(tài)的水泵變頻控制基于PLC和組態(tài)的空壓機啟?？刂?/span> |
7 | 水循環(huán)控制系統(tǒng)應用實 | 功能概述、系統(tǒng)組成、電氣連接、流程處理、應用開發(fā)、系統(tǒng)測試 |
8 | 氣循環(huán)控制系統(tǒng)應用實訓 | 基于PLC和組態(tài)的液位變送器數(shù)據(jù)采集與顯示 |
9 | 蒸汽循環(huán)控制系統(tǒng)應用 | 功能概述、系統(tǒng)組成、電氣連接、流程處理、應用開發(fā)、實訓系統(tǒng)測試 |
10 | 三相電能參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)功能實訓 | 系統(tǒng)組成、電氣連接、流程處理、應用開發(fā)應用實訓 系統(tǒng)測試 |
11 | 低代碼開發(fā) | 一、基礎課程 1、前置課程學習:Java 2、低代碼開發(fā)環(huán)境的安裝和啟動 3、低代碼開發(fā)平臺的基本操作 4、實現(xiàn)串口通信 5、實現(xiàn)TCP/UDP通信 6、實現(xiàn)MQTT訂閱和發(fā)送7、低代碼平臺可視化看板的安裝和啟動 二、基于工業(yè)能耗實訓臺的實訓課程 基于低代碼平臺奕現(xiàn)化工廠用水系統(tǒng)監(jiān)控 基于低代碼平臺實現(xiàn)化工廠氣動系統(tǒng)監(jiān)控基于低代碼平臺實現(xiàn)化工廠電能系統(tǒng)監(jiān)控 |
七、配置清單
序號 | 貨物名稱 | 數(shù)量 | 備注 |
1 | 不銹鋼實訓臺 | 1 |
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2 | 不銹鋼水箱 | 2 |
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3 | PLC處理器模塊 | 1 |
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4 | 四通道模擬量輸入模塊 | 2 |
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5 | 工業(yè)觸摸屏 | 1 |
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6 | 三相四線多功能電能表 | 3 |
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7 | 變頻器 | 1 |
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8 | 開關電源模塊 | 1 |
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9 | 電氣元件（空氣開關、旋鈕開關、繼電器等） |
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10 | WiFi串口服務器 | 1 |
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11 | 液位傳感器 | 2 |
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12 | 電磁流量計 | 1 |
|
13 | 壓力變送器 | 2 | 水氣路 |
14 | 水泵 | 1 |
|
15 | 溫度變送器 | 2 | 水氣路 |
16 | 空氣壓縮機氣泵 | 1 |
|
17 | 渦街流量計 | 1 |
|
18 | 氣動馬達 | 1 |
|
19 | 電磁閥 | 6 |
|
20 | 空氣溫濕度測量儀表 | 1 |
|
22 | 蒸汽桶 | 1 |
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