工業能耗監控實訓臺，能耗監測實訓系統
2025-05-30 08:01一、產品簡介
能耗監測實訓系統、工業能耗監控實訓臺，是針對工業互（物）聯網專業、電氣自動化專業、測控技術及儀器專業而設計的過程控制系統，涵蓋工業自動化儀表、可編程控制器、工業現場總線、組態開發、低代碼開發等技術，幫助學生掌握工業數據采集、過程控制、數據入網、數據分析的方法。
實訓臺以水、氣/汽、電能耗監測為背景，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場景下的水循環、氣循環、電能監測常見的過程控制系統。其中水箱作為液體盛放和氣體導入的氣液混合容器，模擬化工行業常見的化工產品制備工藝場景。通過現場監控裝置及傳輸模塊，將液位、流量、壓力、水溫、氣溫、電壓、電流、電量等過程控制參數進行數據采集，傳輸到能源管理平臺，達到工業水、汽、氣、電等至少三種數據采集控制、數據傳輸、數據存儲、數據分析及可視化展示的目的。
二、硬件結構
1、水、氣循環系統：水、氣循環系統主要使用流量計、壓力表、溫度表、液位計等傳感器測量水循環系統、氣循環系統中的物理量參數，使用磁力泵、空壓機等執行裝置為循環系統提供動力源。
2、蒸汽循環系統：蒸汽循環系統主要包括：氣動閥（角座閥）、蒸汽發生器、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
系統配備串口服務器和智能網關，可將PLC工業控制網絡轉換到以太網絡，實現工業網絡與TCP/IP協議網絡的數據雙向傳輸，擴展工業網絡的通信距離。
系統配置智能網關，經過設置，可以將實訓臺接入到自有云平臺，實現遠程工業用水流量、壓力、液位的采集，工業氣體流量、壓力的采集，工業用電電壓、電流、電量的采集。
三、產品功能
1、水循環控制功能：系統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#水箱液位達到動態平衡。同時，實時采集液位、流量、壓力、水溫等系統參數。
點擊"自動啟動"，系統就會控制水泵抽水，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
系統軟件界面如圖所示。
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生器的水體進行加熱。產生的蒸汽通過氣體管道輸送到水箱進行冷卻。系統實時檢測氣體溫度、蒸汽流量、蒸汽壓力等參數。
大約2-3分鐘會產生蒸汽，可以看到蒸汽管道溫度儀表數值逐漸上升，軟件界面的溫度值也同步上升。
4、（三相）電能監測功能：采用智能電流電壓表實時監測總電源、氣循環控制系統、水循環控制系統運行消耗的電壓、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組態可視化實現水循環、氣循環、蒸汽循環、及三相電能采樣數據的顯示，被控設備的控制狀態顯示和手動控制。
（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、電的實時采樣數據。
6、云平臺接入功能系統通過串口服務器和智能網關，使得工業控制系統具有TCP/IP網絡接入功能，可以實現遠程管理和維護，多設備共享，跨平臺操作。可通過智能網關接入云平臺進行能耗數據存儲和分析。智能設備具有RS485接口、RJ45網絡接口，可與控制器進行多種方式的網絡連接，支持ModbusRTU、或ModbusTCP協議的數據交互，通過MQTT協議、HTTP協議上傳到物聯網云平臺，或者接收平臺層下達的控制指令，最終實現與平臺層的交互。
7、云智能實驗室安全管理系統：本平臺將無線傳輸、信息處理等物聯網技術應用用于自動化遠程控制。設備端運行狀態、數據參數等上傳至云平臺。物聯網系統的傳感層、傳輸層和應用層關聯掌握數據與分析數據。
(1)電壓、電流等模擬量數據顯示。
(2)輸入開關監控，輸出開關等數字量控制。
(3)遠程控制啟停狀態，給定輸出電壓值的。
(4)顯示輸入輸出電壓值的歷史數據
(5)可按照日期、日間進行查詢歷史數進行查詢。
(6)報警信號為PLC主機模擬量采集數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生報警，通過物聯網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遠程控制PLC的輸出及監視PLC的輸入狀態變化。
(8)數據顯示畫面：畫面顯示輸入電壓數值，輸出電壓監控，開關狀態輸入，開關控制輸出，以及云端連接二維碼。
(9)聯網設置界面：設置現場數據連接云平臺后臺數據庫管理。
四、產品特點
1、支持《儀器儀表》、《PLC編程技術》、《組態應用開發》課程的實驗。
2、采用化工廠生產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、采用工業常用執行器，包含氣動電磁閥、角座閥、電動調節閥、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PLC，振興民族產業。
5、強弱電分離設計，操作安全可靠。可根據客戶需求選用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協議及工業現場總線及無線網絡組網。
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，實時接收能源數據，可視化展示。
10、支持低代碼開發，通過拖、拉、拽方式搭建應用，編寫代碼，實現能耗參數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，可以培養學生具備以下工業物聯網常用技能：
1、工業傳感器工作原理認識、安裝調試、數據采集的技能。
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、工業觸摸屏應用編程技能
5、工業Modbus RTU、Modbus TCP協議及工業網絡組網的應用技能
6、低代碼開發在工業物聯網系統的應用
六、配套課程
| 1 | 工業能耗臺組成結構認初 | 儀器儀表和傳感器認知電器元件執行器認知工業電機設備: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 | 執行器控制實訓 |
含電磁閥執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 | 儀表傳感器的數據采集實驗 | 基于PLC和組態的液位變送器數據采集與顯示基于PLC和組態的流量計數據采集與顯示基于PLC和組態的壓力變送器數據采集與顯示基于PLC和組態的溫度變送器數據采集與顯示 |
| 6 | 執行器控制實訓 | 基于PLC和組態的電磁閥元件的通斷控制基于PLC和組態的水泵變頻控制基于PLC和組態的空壓機啟停控制 |
| 7 | 水循環控制系統應用實 | 功能概述、系統組成、電氣連接、流程處理、應用開發、系統測試 |
| 8 | 氣循環控制系統應用實訓 | 基于PLC和組態的液位變送器數據采集與顯示 |
| 9 | 蒸汽循環控制系統應用 | 功能概述、系統組成、電氣連接、流程處理、應用開發、實訓系統測試 |
| 10 | 三相電能參數監測系統功能實訓 | 系統組成、電氣連接、流程處理、應用開發應用實訓系統測試 |
| 11 |
低代碼開發 |
一、基礎課程 1、前置課程學習:Java 2、低代碼開發環境的安裝和啟動 3、低代碼開發平臺的基本操作 4、實現串口通信 5、實現TCP/UDP通信 6、實現MQTT訂閱和發送7、低代碼平臺可視化看板的安裝和啟動 二、基于工業能耗實訓臺的實訓課程 基于低代碼平臺奕現化工廠用水系統監控 基于低代碼平臺實現化工廠氣動系統監控基于低代碼平臺實現化工廠電能系統監控 |
| 序號 | 貨物名稱 | 數量 | 備注 |
| 1 | 不銹鋼實訓臺 | 1 | |
| 2 | 不銹鋼水箱 | 2 | |
| 3 | PLC處理器模塊 | 1 | |
| 4 | 四通道模擬量輸入模塊 | 2 | |
| 5 | 工業觸摸屏 | 1 | |
| 6 | 三相四線多功能電能表 | 3 | |
| 7 | 變頻器 | 1 | |
| 8 | 開關電源模塊 | 1 | |
| 9 | 電氣元件（空氣開關、旋鈕開關、繼電器等） | ||
| 10 | WiFi串口服務器 | 1 | |
| 11 | 液位傳感器 | 2 | |
| 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 |
