南华大学-西门子先进自动化技术联合示范实训中心

一、实验室简介

南华大学-西门子先进自动化技术联合示范实训中心于2016年建设完成，隶属于亚洲必赢437437实验中心。该实验室采用了西门子最先进的控制技术，融合了西门子全集成自动化(TIA)的理念，是西门子全集成自动化系统缩影。

二、实验设备介绍

1、智能自动化控制系统S7-1200

本装置简单的反映了生产过程中物料通过按配方加料后搅拌合成的流程部分。物料经过称重系统计量，信号输入PLC，PLC按配方控制不同物料的重量和次序，配料完成后，本系统所选的变频电机装有编码器，可反馈电机转速。PLC通过与变频器的通讯来控制搅拌速度的快慢，从而控制产品的生产质量。实验内容包括：

（1）普通异步交流电机的原理与电机正反转控制

（2）西门子PLC S7-200/300硬件原理及构成

（3）西门子PLC S7-200/300编程基础

（4）西门子系列HMI

（5）西门子G120/MM4/V20系列变频器原理与应用

（6）称重传感器原理及维护

2、西门子DCS高级控制系统

由于过程工业流程相对复杂，生产过程往往伴有高温、高压、强非线性等单元，把实际生产装置直接移植到实验室进行控制实验同样也是不现实的。SMPT-1000最新一代高级过程控制实验装置成功地解决了当前过程控制专业技能培养的难题。它运用高精度动态仿真技术，将实际工业装置的各种对象特性用数字化手段完整地在小型化半实物实验装置上得到再现。学生可以安全地在该实验装置上开展所有过程控制相关知识与技能的培训。

SMPT-1000依据该能力模型设计，可以相应地开展以下内容的实验项目：

（1） 自动化仪表、检测与设备

传感器、变送器与IO卡件选型与识别；强弱电设计；接线与布线；模拟量与开关量信号采集；PLC/DCS使用；信号测试与设备故障排错等。

（2） 计算机监控与报警

HMI组态软件使用；位号设计与点组态；流程图组态；报警组态；趋势组态；软PLC组态等。

（3） 过程单元与对象特性

理解基本的能量、物质与动量平衡关系；常见过程装置操作与对象特性辨识；对象动态特性测试方法；对象偏差与稳态性判定；依据对象动态特性制定相应的控制策略；PFD与P&ID识图等。

（4） 高级信息传输技术

工业通讯网络常见种类与方式；工业网络体系结构；OPC；Profibus现场总线等。

（5） 基础控制

开环与闭环控制原理；基本控制规律及工程实现；单回路控制系统的分析与设计（被控变量与操纵变量、测量变送、控制策略与正反作用、执行器等的选择）；PID控制器投用和整定方法；控制性能评价方法；流量、物位、温度、压力及组份单回路控制方案的实施；CFC连续控制器组态方法。

（6） 复杂控制与顺序控制

串级、比值、均匀、前馈、选择、分程等控制方案的选择、设计、实施、投用和整定方法；顺序控制设计与实施；SFC控制器组态方法等。

（7） 安全仪表控制系统SIS

系统风险分析方法；SIL等级计算；LOPA防护层设计方法；联锁、ESD等SIS的设计与实施；

（8） 过程监测与故障诊断

传统过程监测方法；质量控制图；多元控制图；统计监测方法；控制性能监测方法；通讯系统故障诊断；控制器故障诊断；常见系统故障诊断方法及实施等。

（9） 系统分析与综合设计

自控工程设计流程、标准与方法；系统耦合、系统优化、异常状态的分析方法；混杂工艺过程控制系统分析与设计等。

（10） 数据处理与系统建模

数据滤波去噪方法；数据校正方法；系统建模方法与软测量技术；数据压缩与实时数据库技术等。

（11） 先进控制

经典先进控制算法（纯滞后补偿、推断、解耦、多元量、自适应、变结构控制等）；实用先进控制算法（专家、模糊、神经网络、内模、预测、协调等）；发展中的先进控制算法（最优、鲁棒、非线性、混杂控制等）

（12） 先进制造信息系统

MES生产执行系统；生产调度与优化；过程操作优化；数字化工厂信息化系统等。

3、西门子自动化工厂传感器系统

(1)图像处理系统

图像处理系统，用于保证质量和提高产能生产加工过程必须柔性化：批量越来越小，产品更新换代越来越快，质量要求也是越来越严格。在此，传统的检测技术面临着不足。如果采用工业图像处理技术，情况将不会是这样。其巨大的潜力正促使它日益为成自动化工程领域内的标准准则— 尤其是智能视觉系统的出现，使得这一过程更易于实现。提供有丰富的产品系列，涵盖所有应用领域，从一维/二维码扫描系统，面向应用的图像处理视觉传感器，通用智能相机，到采用几个相机、用于快速应用的基于PC的图像处理系统。

(2)条形码阅读系统

读码系统--一维/二维码的读取和校验。对于最新的生产系统，通过机读识别来跟踪产品和部件已是核心需求。利用特殊的编码系统，可以计划生产过程中每一个加工零件的各道工序，更改加工工艺或者所用材料。通过在产品上直接制作标识，还可以根据特定的法律要求对某一产品批次的整个生产过程进行跟踪。

4、双目测试传感器DEMO

（1） 提供USART以及标准RS232通信接口；

（2） 内置图像滤波以及图像连贯性算法，采用基于色度的颜色滤波算法来检测物体。计算图像传感器每个RGB像素的色度和饱和度，将其作为主要的滤波参数。

（3） 提供图像特征抓取上位机系统，双眼可通过上位机设置任何颜色特征抓取；

（4） 双眼同时每次可抓取七种特征物体，可记忆多达7种不同的色彩饱和度；

（5） 双眼特征抓取速率达50HZ；

（6） 反馈每个特征物体的颜色饱和度，坐标位置，形态大小；

（7） 可调节双眼距离，以及每只眼的焦距。

5、西门子交直流调速系统

本实验装置可应用于电气专业及其自动化，发电厂，电力系统，供电系统等专业的实验教学。

本实验装置包含直流供电系统，控制台系统，及电机发电机系统。

直流供电系统：大型直流控制柜

功率：50KVA

输入电源：三相380V

输出：直流240V20A*10组

控制台系统：用于电机实验控制以及各类测试仪器仪表。

电机系统：包含三相交流电机，直流电机，直流发电机，底座，测速装置和刹车系统。

三相交流电机:功率2.2KW工业电机

直流电机：功率1.8KW工业电机

发电机：功率2.5KW

底座：专用大型联机底座(500mm*1200mm)

6、三自由度DEMO

本实验装置的控制核心是SIMOTION D435多轴运动控制器（最高可扩展至128轴），选用ET-200M进行I/O接口扩展，机械手选用气动平行气爪，同时配有小型静音气泵，气爪上安装激光传感器和8色颜色传感器。三轴机械结构形式采用龙门式、伺服电机驱动滚珠丝杆和或伺服电机驱动滚珠丝杆与同步齿形带相结合的结构形式，实现机械手三个方向上的运动。本实验装置可以满足不同层次的运动控制教学和训练要求，与以往运动控制教学装置不同的是本套装置提供了实际生产中广泛应用的龙门式机械平台，这一负载形式具有结构简单、直观、动作灵活，便于学生理解运动控制系统的工作原理，便于学生动手自己编程来规划自己的实验等一系列优点，更重要的是后期可以利用平台上预留的安装孔，结合不同的需求通过增减模块组件，实现低成本、快速的二次开发，为学生提供一个实用的创新平台。

三、实验室开发内容及措施

为了更好的培养学生的动手能力和创新能力，实验室实行在上班时间且无课情况下面向全校学生开放。实验室主要开放相关方向实验项目，开放的实验内容有综合性实验、设计性实验以及自拟实验，小发明、小制作、论文等课外科技活动。开放实验室联系人：廖老师，电话：18973463991。