和利時(shí)DCS液位控制系統(tǒng)功能組態(tài)與監(jiān)控界面設(shè)計(jì)

1、北京信息科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文題目:液位控制系統(tǒng)功能組態(tài)與監(jiān)控界面設(shè)計(jì)學(xué)院:自動(dòng)化學(xué)院專業(yè):自動(dòng)化學(xué)生姓名:張?jiān)掳嗉?jí)/學(xué)號(hào) 306110102 指導(dǎo)老師/督導(dǎo)老師:艾紅起止時(shí)間:2010 年03 月01 日至2010 年06 月25 日目錄第一章概述 (31.1 集散控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史 (31.2 集散控制系統(tǒng)介紹 (31.2.1 集散控制系統(tǒng)定義 (31.2.2 集散控制系統(tǒng)的特點(diǎn) (41.2.3 集散控制系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顟B(tài) (51.3 畢業(yè)設(shè)計(jì)研究?jī)?nèi)容及目標(biāo) (61.3.1 主要內(nèi)容 (61.3.2 目標(biāo) (6第二章系統(tǒng)介紹 (72.1 MACS系統(tǒng)介紹 (72.1.1 MACS系統(tǒng)組成 (7

2、2.1.2 MACS系統(tǒng)具有的功能 (82.1.3 I/O模塊的狀態(tài)指示 (82.1.4 I/O模塊的技術(shù)特點(diǎn) (82.2 MACS系統(tǒng)硬件介紹 (92.2.1 FM801主控單元 (92.2.2 FM148模擬量輸入模塊 (92.2.3 FM143八路熱電阻模擬量輸入模塊 (102.2.4 FM151八路模擬量輸出模塊 (102.2.5 FM131普通端子模塊 (102.3 MACS系統(tǒng)軟件介紹 (10第三章過(guò)程控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置 (133.1 被控對(duì)象 (133.1.1 水箱 (133.1.2 模擬鍋爐 (133.1.3 盤管 (133.1.4 管道及閥門 (133.2 檢測(cè)裝置 (143.

3、2.1 壓力傳感器、變送器 (143.2.2 溫度傳感器 (143.2.3 流量計(jì) (143.2.4 差壓變送器 (143.2.5 液位傳感器 (143.3 執(zhí)行機(jī)構(gòu) (153.3.1 電動(dòng)調(diào)節(jié)閥 (153.3.2 氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥 (153.3.3 水泵 (153.3.4 電磁閥 (153.3.5 U型單相電加熱管 (153.3.6 單相調(diào)壓模塊 (15第四章MACS組態(tài)功能的實(shí)現(xiàn) (164.1 單容水箱液位定值控制系統(tǒng) (164.1.1 工程分析 (164.1.2 工程建立 (164.1.3 編輯數(shù)據(jù)庫(kù) (164.1.4 設(shè)備組態(tài) (184.1.5 算法組態(tài) (214.1.6 圖形組態(tài) (254

4、.1.7 組態(tài)結(jié)果與裝置調(diào)試 (294.1.8 注意事項(xiàng) (344.2 雙容水箱液位串級(jí)控制系統(tǒng) (344.2.1 工程分析 (344.2.2 建立工程 (344.2.3 編輯數(shù)據(jù)庫(kù) (344.2.4 設(shè)備組態(tài) (354.2.5 算法組態(tài) (364.2.6 圖形組態(tài) (374.2.7 組態(tài)結(jié)果與裝置調(diào)試 (404.2.8 注意事項(xiàng) (404.3 交通燈控制系統(tǒng) (414.3.1 工程分析 (414.3.2 組態(tài)過(guò)程 (414.3.2.1 算法組態(tài) (41第一章概述1.1 集散控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史DCS是分布式控制系統(tǒng)的英文縮寫(Distributed Control System,在國(guó)內(nèi)自控行業(yè)

5、又稱之為集散控制系統(tǒng)。它是一個(gè)由過(guò)程控制級(jí)和過(guò)程監(jiān)控級(jí)組成的以通信網(wǎng)絡(luò)為紐帶的多級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng),綜合了計(jì)算機(jī)(Computer、通訊(Communication、顯示(CRT和控制(Control等4C技術(shù),其基本思想是分散控制、集中操作、分級(jí)管理、配置靈活、組態(tài)方便。它的發(fā)展大體分為三個(gè)階段。第一階段:1975-1980年,在這個(gè)時(shí)期集散控制系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)表現(xiàn)為:(1采用微處理器為基礎(chǔ)的控制單元,實(shí)現(xiàn)分散控制,有各種各樣的算法,通過(guò)組態(tài)獨(dú)立完成回路控制,具有自診斷功能(2采用帶CRT顯示器的操作站與過(guò)程單元分離,實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)視,集中操作(3采用較先進(jìn)的冗余通信系統(tǒng)第二階段:19801985.,在

6、這個(gè)時(shí)期集散控制系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)表現(xiàn)為:(1微處理器的位數(shù)提高,CRT顯示器的分辨率提高(2強(qiáng)化的模塊化系統(tǒng)(3強(qiáng)化了系統(tǒng)信息管理,加強(qiáng)通信功能第三階段,1985年以后,集散系統(tǒng)進(jìn)入第三代,其技術(shù)特點(diǎn)表現(xiàn)為:(1采用開(kāi)放系統(tǒng)管理(2操作站采用32位微處理器(3采用實(shí)時(shí)多用戶多任務(wù)的操作系統(tǒng)進(jìn)入九十年代以后,計(jì)算機(jī)技術(shù)突飛猛進(jìn),更多新的技術(shù)被應(yīng)用到了DCS之中。PLC是一種針對(duì)順序邏輯控制發(fā)展起來(lái)的電子設(shè)備,它主要用于代替不靈活而且笨重的繼電器邏輯?，F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在進(jìn)入九十年代中期以后發(fā)展十分迅猛,以至于有些人已做出預(yù)測(cè):基于現(xiàn)場(chǎng)總線的FCS將取代DCS成為控制系統(tǒng)的主角。DCS是 Data Com

7、munication Subsystem (數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱。以軌道交通行業(yè)為例,DCS是一個(gè)純透明的非安全性系統(tǒng),他是控制中心和列車之間發(fā)送報(bào)文的載體。DCS第二層涵義:Dorsal Column Stimulator醫(yī)脊柱刺激器在特殊控制領(lǐng)域,如核電站控制系統(tǒng),DCS的含義為數(shù)字化控制系統(tǒng)(Digital control system。國(guó)內(nèi)DCS主要廠家有:上海新華,魯能控制,國(guó)電智深,浙大中控,和利時(shí),上海華文,上海樂(lè)華,浙江中自等。國(guó)外的有西屋(艾默生、FOXBORO、ABB、西門子、霍尼韋爾、橫河、山武-霍尼韋爾公司、FISHER-ROSEMOUNT公司等。1.2 集散控制系統(tǒng)介

8、紹1.2.1 集散控制系統(tǒng)定義DCS是分布式控制系統(tǒng)的英文縮寫(Distributed Control System,在國(guó)內(nèi)自控行業(yè)又稱之為集散控制系統(tǒng)。即所謂的分布式控制系統(tǒng),或在有些資料中稱之為集散系統(tǒng),是相對(duì)于集中式控制系統(tǒng)而言的一種新型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng),它是在集中式控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展、演變而來(lái)的。它是一個(gè)由過(guò)程控制級(jí)和過(guò)程監(jiān)控級(jí)組成的以通信網(wǎng)絡(luò)為紐帶的多級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng),綜合了計(jì)算機(jī),通信、顯示和控制等4C技術(shù),其基本思想是分散控制、集中操作、分級(jí)管理、配置靈活以及組態(tài)方便。在系統(tǒng)功能方面,DCS和集中式控制系統(tǒng)的區(qū)別不大,但在系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)方法上卻完全不同。首先,DCS的骨架系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò),它

9、是DCS的基礎(chǔ)和核心。由于網(wǎng)絡(luò)對(duì)于DCS整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、可靠性和擴(kuò)充性,起著決定性的作用,因此各廠家都在這方面進(jìn)行了精心的設(shè)計(jì)。對(duì)于DCS的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō),它必須滿足實(shí)時(shí)性的要求,即在確定的時(shí)間限度內(nèi)完成信息的傳送。這里所說(shuō)的“確定”的時(shí)間限度,是指在無(wú)論何種情況下,信息傳送都能在這個(gè)時(shí)間限度內(nèi)完成,而這個(gè)時(shí)間限度則是根據(jù)被控制過(guò)程的實(shí)時(shí)性要求確定的。因此,衡量系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)性能的指標(biāo)并不是網(wǎng)絡(luò)的速率,即通常所說(shuō)的每秒比特?cái)?shù)(bps,而是系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性,即能在多長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)確保所需信息的傳輸完成。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)還必須非常可靠,無(wú)論在任何情況下,網(wǎng)絡(luò)通信都不能中斷,因此多數(shù)廠家的DCS均采用雙總線、環(huán)形或雙

10、重星形的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。為了滿足系統(tǒng)擴(kuò)充性的要求,系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)上可接入的最大節(jié)點(diǎn)數(shù)量應(yīng)比實(shí)際使用的節(jié)點(diǎn)數(shù)量大若干倍。這樣,一方面可以隨時(shí)增加新的節(jié)點(diǎn),另一方面也可以使系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行于較輕的通信負(fù)荷狀態(tài),以確保系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和可靠性。在系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中,各個(gè)節(jié)點(diǎn)的上網(wǎng)和下網(wǎng)是隨時(shí)可能發(fā)生的,特別是操作員站,這樣,網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)會(huì)經(jīng)常進(jìn)行,而這種操作絕對(duì)不能影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行,因此,系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該具有很強(qiáng)在線網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)功能。其次,這是一種完全對(duì)現(xiàn)場(chǎng)IO處理并實(shí)現(xiàn)直接數(shù)字控制(DDC功能的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。一般一套DCS中要設(shè)置現(xiàn)場(chǎng)IO控制站,用以分擔(dān)整個(gè)系統(tǒng)的IO和控制功能。這樣既可以避免由于一個(gè)站點(diǎn)失效造成整個(gè)系統(tǒng)的失效

11、,提高系統(tǒng)可靠性,也可以使各站點(diǎn)分擔(dān)數(shù)據(jù)采集和控制功能,有利于提高整個(gè)系統(tǒng)的性能。DCS的操作員站是處理一切與運(yùn)行操作有關(guān)的人機(jī)界面(HMI-Human Machine Interface或operator interface功能的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。工程師站是對(duì)DCS進(jìn)行離線的配置、組態(tài)工作和在線的系統(tǒng)監(jiān)督、控制、維護(hù)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn),其主要功能是提供對(duì)DCS進(jìn)行組態(tài),配置工作的工具軟件(即組態(tài)軟件,并在DCS在線運(yùn)行時(shí)實(shí)時(shí)地監(jiān)視DCS網(wǎng)絡(luò)上各個(gè)節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行情況,使系統(tǒng)工程師可以通過(guò)工程師站及時(shí)調(diào)整系統(tǒng)配置及一些系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)定,使DCS隨時(shí)處在最佳的工作狀態(tài)之下。與集中式控制系統(tǒng)不同,所有的DCS都要求有系統(tǒng)

12、組態(tài)功能,可以說(shuō),沒(méi)有系統(tǒng)組態(tài)功能的系統(tǒng)就不能稱其為DCS。1.2.2 集散控制系統(tǒng)的特點(diǎn)DCS自1975年問(wèn)世以來(lái),已經(jīng)經(jīng)歷了二十多年的發(fā)展歷程。在這二十多年中,DCS雖然在系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)上沒(méi)有發(fā)生重大改變,但是經(jīng)過(guò)不斷的發(fā)展和完善,其功能和性能都得到了巨大的提高?？偟膩?lái)說(shuō),DCS正在向著更加開(kāi)放,更加標(biāo)準(zhǔn)化,更加產(chǎn)品化的方向發(fā)展。作為生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng),傳統(tǒng)的DCS僅僅是一個(gè)狹義的概念。如果以為DCS只是生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化系統(tǒng),那就會(huì)引出錯(cuò)誤的結(jié)論,因?yàn)楝F(xiàn)在的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的含義已被大大擴(kuò)展了,它不僅包括過(guò)去DCS中所包含的各種內(nèi)容,還向下深入到了現(xiàn)場(chǎng)的每臺(tái)測(cè)量設(shè)備、執(zhí)行機(jī)構(gòu)

13、,向上發(fā)展到了生產(chǎn)管理,企業(yè)經(jīng)營(yíng)的方方面面。傳統(tǒng)意義上的DCS現(xiàn)在僅僅是指生產(chǎn)過(guò)程控制這一部分的自動(dòng)化,而工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)的概念,則應(yīng)定位到企業(yè)全面解決方案,即total solution 的層次。只有從這個(gè)角度上提出問(wèn)題并解決問(wèn)題,才能使計(jì)算機(jī)自動(dòng)化真正起到其應(yīng)有的作用。DCS具有以下特點(diǎn):(1高可靠性由于DCS將系統(tǒng)控制功能分散在各臺(tái)計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn),系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用容錯(cuò)設(shè)計(jì),因此某一臺(tái)計(jì)算機(jī)出現(xiàn)的故障不會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)其他功能的喪失。此外,由于系統(tǒng)中各臺(tái)計(jì)算機(jī)所承擔(dān)的任務(wù)比較單一,可以針對(duì)需要實(shí)現(xiàn)的功能采用具有特定結(jié)構(gòu)和軟件的專用計(jì)算機(jī),從而使系統(tǒng)中每臺(tái)計(jì)算機(jī)的可靠性也得到提高。(2開(kāi)放性 DCS采用開(kāi)

14、放式,標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化和系列化設(shè)計(jì),系統(tǒng)中各臺(tái)計(jì)算機(jī)采用局域網(wǎng)方式通信,實(shí)現(xiàn)信息傳輸,當(dāng)需要改變或擴(kuò)充系統(tǒng)功能時(shí),可將新增計(jì)算機(jī)方便地連入系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)或從網(wǎng)絡(luò)中卸下,幾乎不影響系統(tǒng)其他計(jì)算機(jī)的工作。(3靈活性通過(guò)組態(tài)軟件根據(jù)不同的流程應(yīng)用對(duì)象進(jìn)行軟硬件組態(tài),即確定測(cè)量與控制信號(hào)及相互間連接關(guān)系、從控制算法庫(kù)選擇適用的控制規(guī)律以及從圖形庫(kù)調(diào)用基本圖形組成所需的各種監(jiān)控和報(bào)警畫面,從而方便地構(gòu)成所需的控制系統(tǒng)。(4易于維護(hù)功能單一的小型或微型專用計(jì)算機(jī),具有維護(hù)簡(jiǎn)單、方便的特點(diǎn),當(dāng)某一局部或某個(gè)計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障時(shí),可以在不影響整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的情況下在線更換,迅速排除故障。(5協(xié)調(diào)性各工作站之間通過(guò)通信網(wǎng)

15、絡(luò)傳送各種數(shù)據(jù),整個(gè)系統(tǒng)信息共享,協(xié)調(diào)工作,以完成控制系統(tǒng)的總體功能和優(yōu)化處理。(6控制功能齊全控制算法豐富,集連續(xù)控制、順序控制和批處理控制于一體,可實(shí)現(xiàn)串級(jí)、前饋、解耦、自適應(yīng)和預(yù)測(cè)控制等先進(jìn)控制,并可方便地加入所需的特殊控制算法。DCS的構(gòu)成方式十分靈活,可由專用的管理計(jì)算機(jī)站、操作員站、工程師站、記錄站、現(xiàn)場(chǎng)控制站和數(shù)據(jù)采集站等組成,也可由通用的服務(wù)器、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)和可編程控制器構(gòu)成。處于底層的過(guò)程控制級(jí)一般由分散的現(xiàn)場(chǎng)控制站、數(shù)據(jù)采集站等就地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和控制,并通過(guò)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)傳送到生產(chǎn)監(jiān)控級(jí)計(jì)算機(jī)。生產(chǎn)監(jiān)控級(jí)對(duì)來(lái)自過(guò)程控制級(jí)的數(shù)據(jù)進(jìn)行集中操作管理,如各種優(yōu)化計(jì)算、統(tǒng)計(jì)報(bào)表、故障

16、診斷、顯示報(bào)警等。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展, DCS可以按照需要與更高性能的計(jì)算機(jī)設(shè)備通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接來(lái)實(shí)現(xiàn)更高級(jí)的集中管理功能,如計(jì)劃調(diào)度、倉(cāng)儲(chǔ)管理、能源管理等。1.2.3 集散控制系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顟B(tài)1975 年美國(guó)最大的儀表控制公司Honeyw ell 首次向世界推出了它的綜合分散控制系統(tǒng)TDC2000 ( Toal D ist ribu ted Con t ro l -2000 , 這一系統(tǒng)的發(fā)表, 立即引起美國(guó)工業(yè)控制界高度評(píng)價(jià), 稱之為“最鼓舞人心的事件”。世界各國(guó)的各大公司也紛紛仿效, 推出了一個(gè)又一個(gè)集散系統(tǒng), 從此過(guò)程控制進(jìn)入了集散系統(tǒng)的新時(shí)期。在此期間有日本橫河公司推出的CEN TUM

17、, 美國(guó)泰勒儀表公司的MO SË , 費(fèi)雪爾公司的DCÉ 400, 貝利公司的N 90, ?？怂共_公司的Cpect rum 和德國(guó)西門子公司的Telepermm。隨著計(jì)算機(jī)特別是微型計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展, 加上各制造商的激烈競(jìng)爭(zhēng), 使DCS 很快從70 年代的第一代發(fā)展到90 年代初的第三代DCS。盡管在這之前的集散系統(tǒng)的技術(shù)水平已經(jīng)很高, 但其中存在著一個(gè)最主要的弊病是各大公司推出的幾十種型號(hào)的系統(tǒng), 幾乎都是本公司的專利產(chǎn)品, 每個(gè)公司為了保護(hù)自身的利益, 采用的都是專利網(wǎng)絡(luò), 這就為全廠、全企業(yè)的管理帶來(lái)問(wèn)題。隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展與網(wǎng)絡(luò)開(kāi)發(fā)使各控制廠商更多地采用商

18、業(yè)計(jì)算機(jī)的技術(shù), 80年代末許多公司推出新一代的集散系統(tǒng), 其主要特征是新系統(tǒng)的局部網(wǎng)絡(luò)采用MA P 協(xié)議; 引用智能變送器與現(xiàn)場(chǎng)總線結(jié)構(gòu); 在控制軟件上引入PLC 的順序控制與批量控制, 使DCS 也具有PLC 的功能。至90 年代初各國(guó)知名的DCS 有3000, Bailey 的IN F I90,Ro semoun t 的RS3, W est Hoo se 的WDPF, L eeds &Non th rup 的MAX1000,Foxbo ro 的IöA S,日本橫河的CEN TUM。這里所提到的均為大型的DCS, 為了適應(yīng)市場(chǎng)的需要各廠商也開(kāi)發(fā)了不少中小型的DCS 系統(tǒng)如

19、S9000,MAX2, LXL ,A 2 PACS 等等。目前國(guó)內(nèi)DCS主要有:新華XDPS,魯能的LN2000,國(guó)電智深DCS,中控DCS,和利時(shí)DCS,南京科遠(yuǎn)DCS,浙江中自等。國(guó)外的有西屋(艾默生ovation、FOXBORO、ABB、西門子PCS7、霍尼韋爾、橫河DCS等。1.3 畢業(yè)設(shè)計(jì)研究?jī)?nèi)容及目標(biāo)1.3.1 主要內(nèi)容集散控制系統(tǒng)由多重網(wǎng)絡(luò)組成?？梢詫?shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、控制運(yùn)算、報(bào)警監(jiān)視、歷史數(shù)據(jù)管理等。實(shí)現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)趨勢(shì)圖顯示以及報(bào)警界面顯示等。記錄控制曲線。利用集散控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)工藝流程畫面以及監(jiān)控管理大量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。設(shè)計(jì)集散控制系統(tǒng)多種控制方案,深入研究組組態(tài)方法。實(shí)現(xiàn)對(duì)液位

20、控制。進(jìn)行操作站組態(tài)、控制站組態(tài)、流程圖組態(tài)、監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)量輸入。實(shí)現(xiàn)報(bào)警與輸入點(diǎn)亮燈等,實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制算法。1.3.2 目標(biāo)研究集散控制系統(tǒng)多種組態(tài)方案,進(jìn)行系統(tǒng)結(jié)構(gòu),利用功能模塊,針對(duì)液位控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制算法。編寫程序,定義I/O設(shè)備連接,實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)量輸入與開(kāi)關(guān)量輸出。實(shí)現(xiàn)溫度、液位和流量顯示,實(shí)現(xiàn)前饋與反饋控制。第二章系統(tǒng)介紹2.1 MACS系統(tǒng)介紹2.1.1 MACS系統(tǒng)組成MACS是和利時(shí)公司集多年的開(kāi)發(fā)、工程經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)的大型綜合控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用了目前世界上先進(jìn)的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)(ProfiBus-DP總線,對(duì)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)監(jiān)控,具有可靠性高,適用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),是一個(gè)完善

21、、經(jīng)濟(jì)、可靠的控制系統(tǒng)。MACS系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)如圖2.1所示。圖1.1MACS系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)由上到下分為監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)和控制網(wǎng)絡(luò)三個(gè)層次,監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)工程師站、操作員站、高級(jí)計(jì)算站與系統(tǒng)服務(wù)器的互連,系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)控制站與系統(tǒng)服務(wù)器的互連,控制網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)控制站與過(guò)程I/O單元的通訊。一個(gè)大型系統(tǒng)可由多組服務(wù)器組成,由此將系統(tǒng)劃分成多個(gè)域,每個(gè)域可由獨(dú)立的服務(wù)器、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)SNET和多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制站組成,完成相對(duì)獨(dú)立的采集和控制功能。域有域名,域內(nèi)數(shù)據(jù)單獨(dú)組態(tài)和管理,域間數(shù)據(jù)可以重名。各個(gè)域可以共享監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)和工程師站。而操作員站和高級(jí)計(jì)算站等可通過(guò)域名登錄到不同的域進(jìn)行操作。數(shù)據(jù)按域獨(dú)立組態(tài),域

22、間數(shù)據(jù)可以由域間引用或域間通信組態(tài)進(jìn)行定義,并通過(guò)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)相互引用。2.1.2 MACS系統(tǒng)具有的功能數(shù)據(jù)采集、控制運(yùn)算、閉環(huán)控制輸出、設(shè)備和狀態(tài)監(jiān)視、報(bào)警監(jiān)視、遠(yuǎn)程通信、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理和顯示、歷史數(shù)據(jù)管理、日志記錄、事件順序記錄、事故追憶、圖形顯示、控制調(diào)節(jié)、報(bào)表打印、高級(jí)計(jì)算、組態(tài)、調(diào)試、打印、下裝、診斷。工程師站(ENS:由高檔微機(jī)組成,具有以下功能:系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài)、設(shè)備組態(tài)、圖形組態(tài)、控制語(yǔ)言組態(tài)、報(bào)表組態(tài)、事故庫(kù)組態(tài)、離線查詢、調(diào)試、下裝。操作員站(OPS:由高檔微機(jī)或工業(yè)微機(jī)組成,具有以下功能:流程圖顯示與操作、報(bào)警監(jiān)視及確認(rèn)、日志查詢、趨勢(shì)顯示,參數(shù)列表顯示控制調(diào)節(jié)、在線參數(shù)修改、

23、報(bào)表打印?，F(xiàn)場(chǎng)控制站(FCS:由專用控制柜和專用控制軟件組成,控制柜中包括電源、主控單元、過(guò)程I/O單元、通信單元及控制網(wǎng)絡(luò)等組件。可根據(jù)組態(tài)的數(shù)據(jù)庫(kù)和算法完成:數(shù)據(jù)采集與處理、控制和聯(lián)鎖運(yùn)算、控制輸出。系統(tǒng)服務(wù)器(SVR:由高檔微機(jī)或服務(wù)器構(gòu)成,完成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)管理和存取、歷史數(shù)據(jù)庫(kù)管理和存取、文件存取服務(wù)、數(shù)據(jù)處理、系統(tǒng)裝載等功能的計(jì)算機(jī)。系統(tǒng)服務(wù)器可雙冗余配置。2.1.3 I/O模塊的狀態(tài)指示每個(gè)I/O模塊的前面板都有運(yùn)行燈(標(biāo)為RDY和通訊指示燈(標(biāo)為COM。RDY亮表示本模塊的CPU工作正常,COM亮表示本模塊的通訊芯片工作正常,RDY和COM的各種狀態(tài)組合,對(duì)應(yīng)著本模塊的各種狀態(tài),如

24、表2.1所示。RDY COM 含義閃滅CPU工作正常,等待初始化或未得到正確的初始化數(shù)據(jù),通訊未建立。滅滅未上電或CPU壞。亮亮一切正常。亮滅通訊線路故障閃亮通訊已建立,模塊未得到正確的初始化數(shù)據(jù)(FM181模塊專用狀態(tài)閃亮通訊已建立,模塊為從狀態(tài),閃動(dòng)速度為1-2秒/次(FM151R模塊專用狀態(tài)間隔亮通訊正常,并且模塊為主模塊狀態(tài),而且通道輸出或有故障或電流輸出為開(kāi)路。亮3次(每次0.5秒,滅2次。如此反復(fù)重復(fù)(FM151R模塊專用狀態(tài)表2.1面板指示燈RDY和COM的組合及含義2.1.4 I/O模塊的技術(shù)特點(diǎn)采用ProfiBus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線通訊協(xié)議,通訊速率達(dá)到1.5Mbps。支持實(shí)時(shí)的

25、狀態(tài)顯示?？蓪?shí)時(shí)顯示本模塊的運(yùn)行狀態(tài)和通訊狀態(tài)。支持帶電插拔。在系統(tǒng)加電的情況下插拔本模塊,不會(huì)影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行,也不會(huì)損壞本模塊。周期性的故障檢測(cè)。定期檢測(cè)模塊自身CPU的工作狀態(tài)。一旦CPU出現(xiàn)故障,在保證安全的前提下,WATCHDOG電路可使模塊復(fù)位。具備較完備的保護(hù)功能。這些保護(hù)功能包括:通道電流過(guò)載保護(hù)、DC24V反壓保護(hù)、通訊線鉗壓保護(hù)、通道過(guò)壓保護(hù)。2.2 MACS系統(tǒng)硬件介紹2.2.1 FM801主控單元(1原理FM801 MACS 主控單元為單元式模塊化結(jié)構(gòu),它具備較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力和網(wǎng)絡(luò)通信能力,是MACS系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)控制站的核心單元。FM801能夠支持冗余的雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)(以太網(wǎng)

26、。通過(guò)以太網(wǎng)與MACS系統(tǒng)的服務(wù)器相連, FM801還有ProfiBus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線接口,與MACS 系統(tǒng)的I/O模塊通信,主控單元自身為冗余設(shè)計(jì),以提高系統(tǒng)的可靠性。(2結(jié)構(gòu)FM801 MACS 主控單元主要由以下幾部分組成:機(jī)架、底板、CPU模塊、電源模塊。結(jié)構(gòu)圖如圖2.2所示: 圖2.2 主控單元結(jié)構(gòu)圖(3特點(diǎn)1先進(jìn)、可靠、高效的控制站軟件和智能I/O處理2主控單元低功耗,無(wú)需風(fēng)扇3小型機(jī)架安裝,每機(jī)架可冗余配置2塊主控制器,可以配置46塊均流冗余電源,供主控和I/O使用4每個(gè)機(jī)架可以分散安裝5低功耗嵌入式主控芯片61MB帶電池保護(hù)SRAM7微內(nèi)核高可靠實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)8支持IEC6113

27、1-3五種標(biāo)準(zhǔn)組態(tài)語(yǔ)言9支持Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線10支持熱插拔2.2.2 FM148模擬量輸入模塊該模塊是8路模擬大信號(hào)輸入單元,是MACS現(xiàn)場(chǎng)控制站的通用I/O模塊中的一種。它采用智能的模塊化結(jié)構(gòu),可以對(duì)8路模擬信號(hào)高精度轉(zhuǎn)換,并通過(guò)通信接口(ProfiBus-DP與主控單元交換數(shù)據(jù)。FM148的輸入每一通道可接入電壓型或電流型信號(hào),8路輸入均有輸入過(guò)壓保護(hù)。FM148還為現(xiàn)場(chǎng)兩線制儀表提供電源輸入。2.2.3 FM143八路熱電阻模擬量輸入模塊該模塊是8路模擬熱電阻信號(hào)輸入單元,是MACS現(xiàn)場(chǎng)控制站的通用I/O模塊中的一種。它采用智能的模塊化結(jié)構(gòu),可以對(duì)8路Cu50型及Pt100

28、型熱電阻模擬信號(hào)高精度轉(zhuǎn)換,并通過(guò)通信接口(ProfiBus-DP與主控單元交換數(shù)據(jù)。2.2.4 FM151八路模擬量輸出模塊FM151模塊是8路4-20mA/0-20mA/0-24mA/0-5V模擬信號(hào)輸出單元,是構(gòu)成MACS現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的多種過(guò)程I/O單元中的一種基本型號(hào)。本模塊通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線(ProfiBus-DP與主控單元相連。由模塊內(nèi)的CPU對(duì)其進(jìn)行處理,然后通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線(ProfiBus-DP與主控單元通信。2.2.5 FM131普通端子模塊安裝靈活。可裝于35mm DIN導(dǎo)軌,也可用螺釘固定于任意平面上。通用性好。能適應(yīng)MACS系統(tǒng)所有I/O模塊。地址設(shè)置方便。具有較高的防錯(cuò)能

29、力。設(shè)有防混銷,能有效地防止與其它模塊的錯(cuò)誤連接。支持多個(gè)模塊的級(jí)聯(lián)。2.3 MACS系統(tǒng)軟件介紹MACS系統(tǒng)給用戶提供的是一個(gè)通用的系統(tǒng)組態(tài)和運(yùn)行控制平臺(tái),應(yīng)用系統(tǒng)需要通過(guò)工程師站軟件組態(tài)產(chǎn)生,即把通用系統(tǒng)提供的模塊化的功能單元按一定的邏輯組合起來(lái),形成一個(gè)完成特定要求的應(yīng)用系統(tǒng)。系統(tǒng)組態(tài)后將產(chǎn)生應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)、控制運(yùn)算程序、歷史數(shù)據(jù)庫(kù)、監(jiān)控流程圖以及各類生產(chǎn)管理報(bào)表。前期準(zhǔn)備工作建立目標(biāo)工程數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)基本編譯算法組態(tài)編譯報(bào)表組態(tài)報(bào)表檢查圖形組態(tài)設(shè)備組態(tài)設(shè)備編譯數(shù)據(jù)庫(kù)聯(lián)編事故庫(kù)組態(tài)下裝服務(wù)器、操作員站進(jìn)入在線運(yùn)行圖2.3 系統(tǒng)組態(tài)流程圖應(yīng)用系統(tǒng)組態(tài)推薦采用圖2.3所示的流程。事實(shí)上,

30、各子系統(tǒng)在編輯時(shí)是可以并行進(jìn)行的,無(wú)明確的先后順序。前期準(zhǔn)備工作:前期準(zhǔn)備工作是指在進(jìn)入系統(tǒng)組態(tài)前,應(yīng)首先確定測(cè)點(diǎn)清單、控制運(yùn)算方案、系統(tǒng)硬件配置包括系統(tǒng)的規(guī)模、各站IO單元的配置及測(cè)點(diǎn)的分配等,還要提出對(duì)流程圖、報(bào)表、歷史庫(kù)、追憶庫(kù)等的設(shè)計(jì)要求。建立目標(biāo)工程:在正式進(jìn)行應(yīng)用工程的組態(tài)前,必須針對(duì)該應(yīng)用工程定義一個(gè)工程名,該目標(biāo)工程建立后,便建立起了該工程的數(shù)據(jù)目錄。系統(tǒng)設(shè)備組態(tài):應(yīng)用系統(tǒng)的硬件配置通過(guò)系統(tǒng)配置組態(tài)軟件完成。采用圖形方式,系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)上連接的每一種設(shè)備都與一種基本圖形對(duì)應(yīng)。在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)備組態(tài)之前必須在數(shù)據(jù)庫(kù)總控中創(chuàng)建相應(yīng)的工程。數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài):數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài)就是定義和編輯系統(tǒng)各站的點(diǎn)信息,

31、這是形成整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)的基礎(chǔ)。在MACS系統(tǒng)中有兩類點(diǎn),一類是實(shí)際的物理測(cè)點(diǎn),存在于現(xiàn)場(chǎng)控制站和通信站中,點(diǎn)中包含了測(cè)點(diǎn)類型、物理地址、信號(hào)處理和顯示方式等信息;一類是虛擬量點(diǎn),同實(shí)際物理測(cè)點(diǎn)相比,差別僅在于沒(méi)有與物理位置相關(guān)的信息,可在控制算法組態(tài)和圖形組態(tài)中使用。數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài)編輯功能包括數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)編輯和數(shù)據(jù)編輯兩個(gè)部分。結(jié)構(gòu)編輯,為了體現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài)方案的靈活性,數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài)軟件允許對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行組態(tài),包括添加自定義結(jié)構(gòu)(對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)庫(kù)中的表,添加數(shù)據(jù)項(xiàng)(對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)庫(kù)中的字段,刪除結(jié)構(gòu),刪除項(xiàng)操作。但無(wú)論何種操作都不能破壞數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù),即保持?jǐn)?shù)據(jù)的完整性。修改表結(jié)構(gòu)后,不需更改源程序就可動(dòng)態(tài)的重組用戶

32、界面,增強(qiáng)數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài)程序的通用性。此項(xiàng)功能面向應(yīng)用開(kāi)發(fā)人員,不對(duì)用戶開(kāi)放。數(shù)據(jù)編輯,數(shù)據(jù)編輯為工程技術(shù)人員提供了一種可編輯數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)的手段。數(shù)據(jù)庫(kù)編輯按應(yīng)用設(shè)計(jì)習(xí)慣,采用按信號(hào)類型和工藝系統(tǒng)統(tǒng)一編輯的方法,而不需要按站編輯。編輯功能在提供數(shù)據(jù)輸入手段的同時(shí),還提供數(shù)據(jù)的修改、查找、打印等功能。此項(xiàng)功能面向最終用戶。算法組態(tài):在完成數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài)后就可以進(jìn)行控制算法組態(tài)。MACS系統(tǒng)提供了符合國(guó)際IEC1131-3標(biāo)準(zhǔn)的五種工具:SFC、ST、FBD、LD和FM。下面作以簡(jiǎn)要介紹。變量定義在算法組態(tài)要定義的變量如下:在功能塊中定義的算法塊的名字;計(jì)算公式中的公式名(主要用于計(jì)算公式的引用;各方案頁(yè)

33、定義的局部變量(如浮點(diǎn)型、整型、布爾型等;各站全局變量。其中功能塊名和公式名命名規(guī)則同數(shù)據(jù)庫(kù)點(diǎn)一致且必須唯一,在定義的同時(shí)連同相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行定義,詳見(jiàn)MACS速查手冊(cè)中“數(shù)據(jù)庫(kù)點(diǎn)項(xiàng)名列表”和“算法點(diǎn)項(xiàng)名列表”。在同一站中不能有同名的站全局變量;站內(nèi)同名的全局變量和局部變量,除特別指明外,當(dāng)作局部變量處理。變量的使用在算法組態(tài)中,變量使用的方法如下:對(duì)于數(shù)據(jù)庫(kù)點(diǎn),用點(diǎn)名.項(xiàng)名表示,項(xiàng)名由兩個(gè)字母或數(shù)字組成,如果使用的是數(shù)據(jù)庫(kù)點(diǎn)的實(shí)時(shí)值項(xiàng),“.項(xiàng)名”部分(如.AV,.DV可以省略。對(duì)于ST、FM要在“點(diǎn)名”前加“_”,(如:_點(diǎn)名.項(xiàng)名。站全局變量可以在本站內(nèi)直接使用,而其他站不能使用。變量名為1

34、2個(gè)字符。站局部變量?jī)H在定義該點(diǎn)的方案頁(yè)中使用,變量可以在站變量定義表中添加,變量名為12個(gè)字符。該變量的初始值由各方案頁(yè)維護(hù)。方案頁(yè)定義的局部變量的名字可以和數(shù)據(jù)庫(kù)點(diǎn)或功能塊重名,在使用上不沖突。常數(shù)定義,根據(jù)功能塊輸入端所需的數(shù)據(jù)類型直接定義。編制控制運(yùn)算程序變量定義后,就可編制控制運(yùn)算程序,相關(guān)的規(guī)則見(jiàn)MACS手冊(cè)。圖形、報(bào)表組態(tài):圖形組態(tài)包括背景圖定義和動(dòng)態(tài)點(diǎn)定義,其中動(dòng)態(tài)點(diǎn)動(dòng)態(tài)顯示其實(shí)時(shí)值或歷史變化情況,因而要求動(dòng)態(tài)點(diǎn)必須同已定義點(diǎn)相對(duì)應(yīng)。通過(guò)把圖形文件連入系統(tǒng),就可實(shí)現(xiàn)圖形的顯示和切換。圖形組態(tài)時(shí)不需編譯,相應(yīng)點(diǎn)名的合法性不作檢查,在線運(yùn)行軟件將忽略無(wú)定義的動(dòng)態(tài)點(diǎn)。報(bào)表組態(tài)包括表格

35、定義和動(dòng)態(tài)點(diǎn)定義。報(bào)表中大量使用的是歷史動(dòng)態(tài)點(diǎn),編輯后要進(jìn)行合法性檢查,因此這些點(diǎn)必須在簡(jiǎn)化歷史庫(kù)中有定義,這也規(guī)定了報(bào)表組態(tài)應(yīng)在簡(jiǎn)化歷史庫(kù)生成后進(jìn)行。編譯生成:系統(tǒng)聯(lián)編功能連接形成系統(tǒng)庫(kù),成為操作員站、現(xiàn)場(chǎng)控制站上的在線運(yùn)行軟件運(yùn)行的基礎(chǔ)。簡(jiǎn)化歷史庫(kù)、圖形、追憶庫(kù)和報(bào)表等軟件涉及到的點(diǎn)只能是系統(tǒng)庫(kù)中的點(diǎn)。系統(tǒng)庫(kù)包括實(shí)時(shí)庫(kù)和參數(shù)庫(kù)兩個(gè)組成部分,系統(tǒng)把所有點(diǎn)中變化的數(shù)據(jù)項(xiàng)放在實(shí)時(shí)庫(kù)中,而把所有點(diǎn)中不經(jīng)常變化的數(shù)據(jù)項(xiàng)放在參數(shù)庫(kù)中。服務(wù)器中包含了所有的數(shù)據(jù)庫(kù)信息,而現(xiàn)場(chǎng)控制站上只包含該站相關(guān)的點(diǎn)和方案頁(yè)信息,這是在系統(tǒng)生成后由系統(tǒng)管理中的下裝功能自動(dòng)完成的。系統(tǒng)下裝:應(yīng)用系統(tǒng)生成完畢后,應(yīng)用系統(tǒng)的系

36、統(tǒng)庫(kù)、圖形和報(bào)表文件通過(guò)網(wǎng)絡(luò)下裝到服務(wù)器和操作員站。組態(tài)產(chǎn)生的文件也可以通過(guò)其他方式裝到操作員站,這要求操作人員正確了解每個(gè)文件的用途。服務(wù)器到現(xiàn)場(chǎng)控制站的下裝是在現(xiàn)場(chǎng)控制站啟動(dòng)時(shí)自動(dòng)進(jìn)行的?，F(xiàn)場(chǎng)控制站啟動(dòng)時(shí)如果發(fā)現(xiàn)本地的數(shù)據(jù)庫(kù)版本號(hào)與服務(wù)器不一致,便會(huì)向服務(wù)器請(qǐng)求下裝數(shù)據(jù)庫(kù)和方案頁(yè)。在實(shí)際應(yīng)用中為保證系統(tǒng)庫(kù)的數(shù)據(jù)一致性,使用時(shí)必須注意以下事項(xiàng):數(shù)據(jù)庫(kù)完全下裝時(shí)服務(wù)器和操作員站的啟停順序:停操作員站、停服務(wù)器、啟服務(wù)器、啟操作員站。數(shù)據(jù)庫(kù)增量下裝中不能增加站間引用,不能修改設(shè)備信息。第三章過(guò)程控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置3.1 被控對(duì)象由不銹鋼儲(chǔ)水箱、有機(jī)玻璃水箱、單相電加熱模擬鍋爐(由不銹鋼鍋爐內(nèi)膽加溫

37、筒和封閉式鍋爐夾套構(gòu)成、盤管、管道、閥門等組成。3.1.1 水箱包括上水箱、下水箱和儲(chǔ)水箱。上、下水箱采用淡藍(lán)色優(yōu)質(zhì)有機(jī)玻璃,不但堅(jiān)實(shí)耐用,而且透明度高,便于學(xué)生直接觀察液位的變化和記錄結(jié)果。有機(jī)玻璃水箱尺寸:長(zhǎng)×寬×高=350×380×300(mm。上水箱可以分為兩個(gè)小水箱共五個(gè)槽組成,分別為小水箱緩沖槽、小水箱工作槽、大水箱緩沖槽、大水箱工作槽和溢流槽組成,進(jìn)水時(shí)水管的水先流入緩沖槽,然后才流入工作槽,這樣經(jīng)過(guò)緩沖和線性化的處理,工作槽的液位較為穩(wěn)定,便于觀察。兩個(gè)小水箱底部均設(shè)置有采壓口、出水口以及并連水箱連通口。下水箱與上水箱不同,共有四個(gè)槽組成

38、,分別為左進(jìn)水緩沖槽、溢流槽、右進(jìn)水緩沖槽和工作槽,水箱底部設(shè)置有采壓口,出水口。儲(chǔ)水箱由不銹鋼板制成,尺寸為:長(zhǎng)×寬×高=900m×520×430(mm,完全能滿足有機(jī)玻璃水箱以及加熱鍋爐的實(shí)驗(yàn)供水需要。儲(chǔ)水箱內(nèi)部有兩個(gè)橢圓形塑料過(guò)濾網(wǎng)罩,以防雜物進(jìn)入水泵和管道。3.1.2 模擬鍋爐利用電加熱管加熱的常壓鍋爐,包括加熱層(鍋爐內(nèi)膽和冷卻層(鍋爐夾套,均由不銹鋼精制而成,可利用它進(jìn)行溫度實(shí)驗(yàn)。做溫度實(shí)驗(yàn)時(shí),冷卻層的循環(huán)水可以使加熱層的熱量快速散發(fā),使加熱層的溫度快速下降。冷卻層和加熱層都裝有溫度傳感器檢測(cè)其溫度,可完成溫度的定值控制、串級(jí)控制,前饋-反饋

39、控制,解耦控制等實(shí)驗(yàn)。3.1.3 盤管模擬工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的管道輸送和滯后環(huán)節(jié),長(zhǎng)21米(24圈,在盤管上有三個(gè)不同的溫度檢測(cè)點(diǎn),它們的滯后時(shí)間常數(shù)不同,在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)需要選擇不同的溫度檢測(cè)點(diǎn)。盤管的出水通過(guò)軟管連接既可以流入鍋爐內(nèi)膽,也可以經(jīng)過(guò)渦輪流量計(jì)流回儲(chǔ)水箱。它可用來(lái)完成溫度的滯后和流量純滯后控制實(shí)驗(yàn)。3.1.4 管道及閥門整個(gè)系統(tǒng)固定不動(dòng)的管道由敷塑不銹鋼管連接而成,所有的手動(dòng)閥門均采用優(yōu)質(zhì)球閥,徹底避免了管道系統(tǒng)生銹的可能性。有效提高了實(shí)驗(yàn)裝置的使用年限。實(shí)驗(yàn)用管道采用軟管連接,軟管連接部分均采用快速軟管接頭,方便軟管插拔,不同的實(shí)驗(yàn)需要連接不同的管路,完全開(kāi)放,老師學(xué)生可以

40、隨意組合控制系統(tǒng),培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力,使設(shè)備更具研究?jī)r(jià)值。3.2 檢測(cè)裝置3.2.1 壓力傳感器、變送器五個(gè)DDZ-III型壓力傳感器,用來(lái)對(duì)上小、上大、下水箱的液位以及常規(guī)儀表側(cè)管道壓力進(jìn)行檢測(cè),精度為0.5級(jí)。采用工業(yè)用的擴(kuò)散硅壓力變送器,帶不銹鋼隔離膜片,同時(shí)采用信號(hào)隔離技術(shù),對(duì)傳感器溫度漂移跟隨補(bǔ)償。采用標(biāo)準(zhǔn)二線制傳輸方式,工作時(shí)需提供24V直流電源,輸出:420mADC。其中檢測(cè)管道壓力的壓力變送器量程為0-200KPa,其余用于檢測(cè)液位的四個(gè)變送器量程均為0-5KPa。壓力變送器用來(lái)對(duì)現(xiàn)象總線側(cè)下水箱液位進(jìn)行檢測(cè),數(shù)量1套。測(cè)量偏差小于0.1%。采用SIEMENS帶PROFIBUS-

41、PA通訊接口的壓力傳感器,SIEMENS帶PROFIBUS-PA通訊協(xié)議的壓力傳感器通過(guò)總線供電,不需要另外接工作電源。3.2.2 溫度傳感器裝置中采用了五個(gè)Pt100鉑熱電阻溫度傳感器和一個(gè)K型熱電偶傳感器,五個(gè)熱電阻傳感器分別用來(lái)檢測(cè)鍋爐內(nèi)膽、鍋爐夾套、盤管(有3個(gè)測(cè)試點(diǎn)的水溫。Pt100測(cè)溫范圍: -200+420。經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)器的溫度變送器,可將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成420mA直流電流信號(hào)。Pt100傳感器精度高,熱補(bǔ)償性較好。K型熱電偶傳感器用來(lái)檢測(cè)鍋爐內(nèi)膽水溫,測(cè)溫范圍: 0-1100。3.2.3 流量計(jì)一個(gè)模擬轉(zhuǎn)換器(渦輪流量計(jì)掛接在網(wǎng)孔板上,兩端接有快速接頭,用來(lái)連接軟管測(cè)量流量。它的優(yōu)點(diǎn)

42、是測(cè)量精度高,反應(yīng)快。采用標(biāo)準(zhǔn)二線制傳輸方式,工作時(shí)需提供24V 直流電源。流量范圍:01.2m3/h;精度:1.0%;輸出:420mADC。一個(gè)孔板流量計(jì)(需要配合差壓變送器,刻度流量01.5m3/h,最大差壓60KPa。一個(gè)電磁流量計(jì),公稱直徑15mm,測(cè)量精度±0.5%。與流量轉(zhuǎn)換器配合使用。基于微處理器的變送器,帶有數(shù)字顯示,可連接多種傳感器,采用SIEMENS帶PROFIBUS-PA通訊接口電磁式流量計(jì)。3.2.4 差壓變送器配合孔板流量計(jì)測(cè)量管道流量,采用電容式差壓變送器,4-20mA信號(hào)輸出,0.25級(jí)測(cè)量精度。3.2.5 液位傳感器由三個(gè)電接觸點(diǎn)組成,分別對(duì)低、中、高

43、水位進(jìn)行檢測(cè),配合液位控制器,可以對(duì)水位起到監(jiān)視作用,本實(shí)驗(yàn)裝置中共用了兩個(gè)液位傳感器,分別用來(lái)檢測(cè)鍋爐內(nèi)膽水位和儲(chǔ)水箱水位。3.3 執(zhí)行機(jī)構(gòu)3.3.1 電動(dòng)調(diào)節(jié)閥采用智能直行程電動(dòng)調(diào)節(jié)閥,用來(lái)對(duì)控制回路的流量進(jìn)行調(diào)節(jié)。電動(dòng)調(diào)節(jié)閥型號(hào)為: QSTP-16K。具有精度高、技術(shù)先進(jìn)、體積小、重量輕、推動(dòng)力大、功能強(qiáng)、控制單元與電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)一體化、可靠性高、操作方便等優(yōu)點(diǎn),電源為單相220V,控制信號(hào)為420mADC 或15VDC,輸出為420mADC的閥位信號(hào),使用和校正非常方便。3.3.2 氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥額定流量0.3T/h,等百分比特性。由智能電氣閥門定位器控制的氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥,帶有PROFIBUS-

44、PA通訊功能。3.3.3 水泵本裝置采用磁力驅(qū)動(dòng)泵,型號(hào)為16CQ-8P,流量為30升/分,揚(yáng)程為8米,功率為180W。泵體完全采用不銹鋼材料,以防止生銹,使用壽命長(zhǎng)。本裝置采用兩只磁力驅(qū)動(dòng)泵,一只為三相380V恒壓驅(qū)動(dòng),另一只為三相變頻220V輸出驅(qū)動(dòng)。3.3.4 電磁閥在本裝置中作為電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的旁路,起到階躍干擾的作用。3.3.5 U型單相電加熱管一根1KW U型電加熱管用來(lái)對(duì)鍋爐內(nèi)膽內(nèi)的水進(jìn)行加溫。3.3.6 單相調(diào)壓模塊單相調(diào)壓模塊安裝在控制屏內(nèi)部,它為單相交流220V輸入,輸出為單相交流220V平滑可調(diào),控制信號(hào)為DC 420mA,利用智能調(diào)節(jié)儀的輸出信號(hào)可控制調(diào)壓模塊的

45、輸出電壓,從而使加熱介質(zhì)水最終穩(wěn)定在某一數(shù)值,實(shí)現(xiàn)溫度的自動(dòng)控制。第四章MACS組態(tài)功能的實(shí)現(xiàn)MACS組態(tài)主要包括數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài)、設(shè)備組態(tài)、算法組態(tài)和畫面組態(tài)。組態(tài)完成后與裝置連接進(jìn)行系統(tǒng)統(tǒng)調(diào)。4.1 單容水箱液位定值控制系統(tǒng)4.1.1 工程分析單容水箱液位定值控制系統(tǒng)需要一個(gè)輸入測(cè)量信號(hào),一個(gè)輸出控制信號(hào)。因此需要一個(gè)模擬量輸入模塊FM148A和一個(gè)模擬量輸出模塊FM151。采集上水箱液位信號(hào)(LT1控制電動(dòng)控制閥的開(kāi)度。4.1.2 工程建立打開(kāi)數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài)工具,進(jìn)入數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài)界面。在數(shù)據(jù)庫(kù)總控組態(tài)界面工具欄下單擊新建工程按鈕,彈出如圖4.1所示添加工程的對(duì)話框,填入工程名456,單擊確定。工程建

46、立之后可以在的D:MACSV_ENG文件下看到一個(gè)以新建的以工程名456命名的文件夾。 圖4.14.1.3 編輯數(shù)據(jù)庫(kù)(1選擇編輯編輯數(shù)據(jù)庫(kù),彈出對(duì)話框如圖4.2所示,輸入用戶名hollymacs和密碼macs后單擊確定,進(jìn)入數(shù)據(jù)庫(kù)編輯界面。 圖4.2(2選擇系統(tǒng)數(shù)據(jù)操作,單擊確定后彈出窗口,參照?qǐng)D4.3所示。因?yàn)閱稳菟湟何欢ㄖ悼刂葡到y(tǒng)用到兩個(gè)模塊,兩個(gè)通道,所以需要編輯兩個(gè)點(diǎn)號(hào)。 圖4.3(3單擊數(shù)據(jù)操作后,選擇模擬量輸入,在右邊選擇項(xiàng)名列表框中選擇需要設(shè)置的項(xiàng)目名稱,見(jiàn)表4.1,單擊確定并添加記錄。表4.1 模擬量輸入項(xiàng)記錄號(hào)通道號(hào)采集周期標(biāo)度變換類型設(shè)備號(hào)量程下限量程上限輸出格式點(diǎn)名信

47、號(hào)范圍站號(hào)1 1 1 標(biāo)度變換2 0 200 XXXXXX Lt1 1-5V 11(4選擇AO模擬量輸出,參照表4.2選擇項(xiàng)名,單擊確定并添加記錄。表4.2 模擬量輸出項(xiàng)當(dāng)前值通道號(hào)采集周期標(biāo)度變換設(shè)備號(hào)量程下限量程上限輸出格式點(diǎn)名站號(hào)0 1 1 4-20mA/1-5V 4 0 100 XXXXXX O1 11 (5設(shè)備號(hào)即設(shè)備地址,輸入通道為2(FM148,輸出通道為4(FM143,單擊更新數(shù)據(jù)庫(kù)按鈕即可保存。(6單擊數(shù)據(jù)庫(kù)編譯基本編譯,若顯示數(shù)據(jù)庫(kù)編譯成功,則數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài)完畢,關(guān)閉數(shù)據(jù)庫(kù)總控組態(tài)軟件界面。4.1.4 設(shè)備組態(tài)按照“開(kāi)始程序MACS組態(tài)軟件設(shè)備組態(tài)工具”的順序打開(kāi)設(shè)備組態(tài)工具,

48、定義系統(tǒng)設(shè)備和I/O設(shè)備。1、設(shè)置系統(tǒng)設(shè)備(1選擇打開(kāi)新建的456工程。(2選擇編輯系統(tǒng)設(shè)備,打開(kāi)系統(tǒng)設(shè)備組態(tài)對(duì)話框。選中MACS設(shè)備組態(tài),彈出系統(tǒng)設(shè)備生成對(duì)話框,參考圖4.4所示,首先上層網(wǎng)絡(luò)設(shè)置,網(wǎng)段A設(shè)置為128,網(wǎng)段B設(shè)置為129,然后下一步選擇服務(wù)器配置,下一步選擇IO控制站數(shù)量,下一步選擇操作員站數(shù)量,最后點(diǎn)擊開(kāi)始。 圖4.4也可以將剛彈出的對(duì)話框取消,選中MACS設(shè)備組態(tài),右擊鼠標(biāo)選擇添加節(jié)點(diǎn),在“現(xiàn)場(chǎng)控制站、操作員站、服務(wù)器”中選擇現(xiàn)場(chǎng)控制站。選中現(xiàn)場(chǎng)控制站,右擊鼠標(biāo)選擇添加設(shè)備,分別添加主控單元、以太網(wǎng)卡。重復(fù)前三個(gè)步驟,分別添加操作員站、服務(wù)器。操作員站以太網(wǎng)卡屬性設(shè)置,右

49、擊以太網(wǎng)卡選擇屬性,將其IP地址改為128.0.0.51。服務(wù)器以太網(wǎng)卡屬性設(shè)置,右擊以太網(wǎng)卡選擇屬性,將其IP地址分別改為128.0.0.1和129.0.0.1。至此,系統(tǒng)設(shè)備設(shè)置完畢,單擊按鈕,顯示編譯完成,如圖4.5所示。 圖4.52、設(shè)置I/O設(shè)備(1選擇編輯I/O設(shè)備,打開(kāi)I/O設(shè)備組態(tài)對(duì)話框。(2選擇菜單“查看/自定義設(shè)備”在DP鏈路下添加新的設(shè)備,引入所用的設(shè)備,FM148選用FM148A,FM143A選用FM143A,FM151選用FM151。(3選擇“現(xiàn)場(chǎng)控制站”,右鍵添加DP鏈路,設(shè)備默認(rèn)DP鏈路。(4選擇DP,參照?qǐng)D4.6,右鍵添加新的設(shè)備FM148A,FM143A,FM

50、151。 圖4.6(5選中FM148A,右鍵更改屬性為地址1,選用通道的信號(hào)量程為0 5V。FM143A 右鍵更改屬性地址為2,選用通道的信號(hào)量程為16(-200 200。FM151右鍵更改屬性地址為3,選用通道的信號(hào)量程為420mA。組態(tài)結(jié)果如圖4.7所示。 圖4.7單擊按鈕,顯示編譯成功。(6將組態(tài)數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫(kù),至此,設(shè)備組態(tài)完畢,關(guān)閉設(shè)備組態(tài)工具界面。4.1.5 算法組態(tài)算法組態(tài)分為服務(wù)器算法組態(tài)和控制算法組態(tài)。(1按照“開(kāi)始程序MACS組態(tài)軟件服務(wù)器算法組態(tài)”的順序打開(kāi)服務(wù)器算法組態(tài)界面。選擇文件打開(kāi)工程,打開(kāi)新建的工程文件。(2選擇文件新建站,在新建的工程下新建站為服務(wù)器、控制站

51、10和控制站11。如圖4.8所示。 圖4.8(3選中控制站11,右擊鼠標(biāo)選擇輸入方案,在彈出的對(duì)話框中輸入方案的名稱456,如圖4.9所示。 圖4.9(4選擇FBD的編程方式,保存方案如圖4.10所示。 圖4.10(5選擇功能模塊控制算法PID調(diào)節(jié),點(diǎn)擊圖彈出輸入?yún)?shù)對(duì)話框,設(shè)置PID屬性如圖4.11(a、(b、(c所示。 圖4.11(a 圖4.11(b 圖4.11(c(6參照?qǐng)D4.12,將PID功能模塊放在合適的位置上。 圖4.12(7參照?qǐng)D4.13,選擇輸入輸出端子輸入端子,將其連接到PID模塊的PV端。 圖4.13(8參照?qǐng)D4.14,選擇輸入輸出端子輸出端子,將其連接到PID模塊的AV端

52、。11CACCa A 簡(jiǎn)化條件:轉(zhuǎn)動(dòng)軸A 垂直于質(zhì)量對(duì)稱面C ni i C C Cni i J m -=-=1I I 1I IR (F M M a F F IRF CI M IR I I F r M M +=C A (C a r m J AC C -+-=RI F A I M (n t CC a a r +-=AC C m J (t Ca r -=AC C m J (AC AC C m J r r -=2AC C mr J -=(2ACC mr J +-=圖4.17121、將慣性力向質(zhì)心C 簡(jiǎn)化2、將慣性力向轉(zhuǎn)軸A 簡(jiǎn)化3、將慣性力向桿上B 點(diǎn)簡(jiǎn)化AB慣性力向質(zhì)心C 簡(jiǎn)化:2I I 121,2

53、mL M L m F C =C a IF CI MCa A(7保存文件,圖形組態(tài)完畢。4.1.7 組態(tài)結(jié)果與裝置調(diào)試(1打開(kāi)計(jì)算機(jī),打開(kāi)和關(guān)閉相應(yīng)的閥門。按照順序打開(kāi)DCS控制柜總電源、三相開(kāi)關(guān)、單相開(kāi)關(guān),再打開(kāi)控制站,最后,打開(kāi)DCS主控開(kāi)關(guān)按鈕。(2在計(jì)算機(jī)上打開(kāi)數(shù)據(jù)庫(kù)總控組態(tài)窗口,在空白的菜單下選擇剛新建的456工程,參照?qǐng)D4.21,選擇編輯域組號(hào)組態(tài)選擇新建的工程,移到右邊,單擊確認(rèn)。 圖4.21(3參照?qǐng)D4.22,選擇要做的工程。 圖4.22(4選擇工具欄中的“完全編譯”,稍后顯示編譯成功如圖4.23所示。 (5關(guān)閉數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài),然后啟動(dòng)服務(wù)器,如圖4.24所示。 (6打開(kāi)工程師在線下

54、裝,輸入用戶名和密碼macsv/macsv,如圖4.25所示。 圖4.25(7參照?qǐng)D4.26,單擊工具欄中的456,選擇新建的工程。 圖4.26(8如圖4.27(a、(b所示選擇菜單中的系統(tǒng)命令下裝,選擇服務(wù)器下裝,選擇IO站11,移到右邊,點(diǎn)擊確定,雙擊128.0.0.1.下一步,直到下裝成功。 圖4.27(a 圖4.27(b(9選擇菜單中的系統(tǒng)命令下裝,選擇操作員下裝,雙擊128.0.0.51,選擇下一步,直到下裝成功。(10關(guān)閉工程師在線下裝,重新啟動(dòng)服務(wù)器,然后打開(kāi)操作員站在線軟件,在工程師功能中選擇登陸,輸入用戶名superman和口令macsv,參考圖4.28。服務(wù)器啟動(dòng)成功后,就

55、可以用新組態(tài)的工程做實(shí)驗(yàn)了。 圖4.284.1.8 注意事項(xiàng)(1各項(xiàng)組態(tài)完畢必須編譯通過(guò)。(2組態(tài)一定要按步驟進(jìn)行。(3組態(tài)結(jié)果與裝置調(diào)試時(shí),一定要按步驟進(jìn)行,編譯成功后要啟動(dòng)服務(wù)器,否則下裝不會(huì)成功。4.2 雙容水箱液位串級(jí)控制系統(tǒng)4.2.1 工程分析水箱液位串級(jí)控制系統(tǒng)需要兩個(gè)輸入信號(hào)端子和一個(gè)輸出端子,因此選用一個(gè)模擬量輸入模塊(FM148A和一個(gè)模擬量輸出模塊(FM151。FM148A的通道2采集上水箱液位數(shù)據(jù), FM148A的通道3采集中水箱液位數(shù)據(jù),控制輸出信號(hào)由模擬量輸出模塊(FM151的通道1送出,去操縱電動(dòng)控制閥的開(kāi)度。4.2.2 建立工程(1打開(kāi)數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài)工具,進(jìn)入數(shù)據(jù)庫(kù)組

56、態(tài)界面。(2在數(shù)據(jù)庫(kù)總控組態(tài)界面中工具欄下單擊新建工程按鈕,彈出添加工程的對(duì)話框,添入工程名稱,單擊確定。(3工程建立之后可以在D:MACSV_ENG文件下看到新建的工程名稱。4.2.3 編輯數(shù)據(jù)庫(kù)(1選擇編輯編輯數(shù)據(jù)庫(kù),在彈出的對(duì)話框,輸入用戶名hollymacs和密碼macs,單擊確定,進(jìn)入數(shù)據(jù)庫(kù)編輯界面。(2選擇系統(tǒng)數(shù)據(jù)操作,單擊確定后彈出窗口。因?yàn)樗湟何淮?jí)控制控制系統(tǒng)使用兩個(gè)模塊,三個(gè)通道,所以需要編輯三個(gè)點(diǎn)號(hào)。(3單擊數(shù)據(jù)操作后,選擇模擬量輸入,在右邊選擇項(xiàng)名列表框中,選擇必須設(shè)置的項(xiàng)目名稱,見(jiàn)表4.3,單擊確定并添加記錄。表4.3 模擬量輸入項(xiàng)記錄號(hào)通道號(hào)采集周期標(biāo)度變換類型設(shè)備號(hào)量程下限量程上限輸出格式點(diǎn)名信號(hào)范圍站號(hào)1 2 1 標(biāo)度變換2 0 200 XXXXXX Lt2 1-5V 112 3 1 標(biāo)度變換2 0 200 XXXXXX Lt3 1-5V 11 (4選擇AO模擬量輸出,按表4.4選擇項(xiàng)名稱,單擊確定并添加記錄。表4.4 模擬量輸出項(xiàng)當(dāng)前號(hào)通道號(hào)采集周期標(biāo)度變換設(shè)備號(hào)量程下限量程上限輸出格式點(diǎn)名站號(hào)0 1