过程控制实验装置现场总线控制系统设计.doc

-I-过程控制实验装置现场总线控制系统设计ProcessControlaboutExperimentDeviceandFieldBusControlSystemDesignation学生学号：学生姓名：指导教师：起止日期：摘要现场总线技术是当今自动化领域技术发展热点之一，被誉为自动化领域的计算机局域网，它的出现标志着自动化控制技术又一个新时代的开始。现场总线是连接设置在控制现场的仪表与设置在控制室内的控制设备的数字化、串行、多站通信的网络。其关键标志是能支持双向、多节点、总线式的全数字通信。毕业设计（论文）题目-II-本文基于本校的自动化教研室过程装置对象及现场总线实验装置，重点研究通过PROFIBUS协议进行数据传输和交互的现场总线模块替代常规的现场检测和变送装置，采用工业以太网与上位机进行通讯和远程控制，从而使整个控制系统实现网络化和数字化。装置除了提供基本的三阶水槽液位对象之外，还具有纯滞后盘管组成的纯滞后环节，可以进行大时滞对象的相关研究。上位机控制系统采用比较先进的基于PROFIBUS现场总线的西门子WINcc控制系统。被调参数囊括了压力、流量、液位、温度四大热工参数，对象中安装了各类检测变送仪表和执行单元，执行机构中，又有气动调节阀、三相SCR移项调压等仪表类执行机构又有变频器等电力拖动类执行器，相当于一个微缩了的常用生产过程装置。关键字：总线；PROFIBUS；WINCC；控制对象AbstractFieldBustechniqueisahotspotintheareaofautomation,whichisnamedcomputerintranet,itsappearancemeansanewerahascomeinauto-spot.FieldBusisadigital,cacaded,mutistationcommunicationnetconnectingmetersinsiteandcontrolequipmentinconsolecabinet.Itscharacteristicsidentificationistosupportbilateral,multi-node,busedtotaldigitalcommunication.ThisessayisbasedonthecontrolledobjectsinautoDept.andFieldBusforexperimentequipment,mainpointistheresearchonadoptingPROFIBUSprotocoltotransmittingdataandmutualFieldBusmodulartakingplaceofroutinespotdetectandtransmittingdevices,andadoptingindustrial-III-Ethernettocommunicateandremotecontrolwithsuperiorcomputer,alltomakethewholesystemcontrolstrategyinthecharacteristicofnetanddigit.Theexperimentprovidesrudimentarythird-orderwaterchanneland,purelagcoilpipe,too.Thismakesthesystemsuitablefortheresearchoftimelagobjects.SuperiorcomputercontrolsystemadoptsWINCCbasedonadvancedPROFIBUS.Regulatedparametersincludepress,flowratio,liquidlevel,temperaturewhicharecalledfourmainheatengineeringparameters.Controlledobjectsinstalldetectionandtransmittinginstrument,operatingcell,thelatterincludesthekindofair-poweredcontrolvalve,threephaseshiftSRCvoltageregulationoperatorthatiscalledmeterizedoperator,electric-drivedoperatorsuchasconverterisincluded.Thismakesthesystemequaltoamicro-installingusuallyadoptedinindustry.Keyword:Bus；PROFIBUS；WINCC；controlledobject毕业设计（论文）题目-IV-目录摘要.IAbstract.II第一章绪论.11.1概述.11.2国内外研究水平和发展趋势.3第二章实验室过程装置流程.52.1被控对象.52.2检测装置.52.3执行机构.62.4总线控制柜.72.5控制系统模块组成.72.6器件选型.8第三章现场总线控制系统.103.1现场总线的组成.103.2现场总线体系结构.103.3现场总线的技术特点及优点.113.3.1现场总线的技术特点.113.3.2现场总线的优点.113.4.1.PROFIBUS的定义及分类.123.4.2.PROFIBUS的协议结构.133.4.3.PROFIBUS-DP设备类型.14第四章软件的生成.154.1组态的介绍.154.2VINCC的概述.154.3VINCC性能特点.164.3WINCC的通讯连接和画面组态方法.17第五章上位机监控组态软件.185.1组态步骤.185.2本次设计上位机组态的生成.19第6章结束语.32致谢.33-V-参考文献.34-1-第一章绪论1.1概述现在的自动化系统是由许多智能化的孤岛组成的，不得不用大量的电缆将它们“组合”起来，为解决这一问题便产生了现场总线。它是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络。因此引发了继分散控制系统（DCS）后的又一场仪表变革现场总线控制系统（FieldbusControlSystem简称FCS。）。现场总线是近年来自动化领域中发展很快的互联通信网络，具有协议简单开放、容错能力强、实时性高、安全性好、成本低、适于频繁交换等特点。目前，国际上各种各样的现场总线有几百种之多，统一的国际标准尚未建立。较著名的有基金会现场总线(FF)、HART现场总线、CAN现场总线、LONWORKSF现场总线、PROFIBUS现场总线、MODBUS、PHEONIX公司的INTERBUS、AS-INTERFACE总线等。在计算机自动控制系统急速发展的今天，特别是考虑到现场总线已经普遍地渗透到自动控制的各个领域的现实，现场总线必将成为工业自动控制领域主要的发展方向之一。现场总线技术一直是国际上各大公司激烈竞争的领域；并且国外大公司已经在大力拓展中国市场，发展我国的现场总线产品已经刻不容缓。现场总线对自动化技术的影响意义深远。当今可以认为现场总线是提高自身系统整体水平的基础技术，对国民经济影响重大。因此，要在自动化领域中推广英和发展现场总线随着计算机可靠性的提高，价格的大幅度下降，出现了数字调节器、可编程控制器以及由多个计算机构成的集中、分散相结合的集散控制系统。这就是今天正在被许多企业采用的DCS系统。DCS系统中，测量变送仪表一般为模拟仪器，因而它是一种模拟数字混合系统。这种系统在功能、性能上较模拟仪表、集中式数字控制系统有了很大进步，可在此基础上实现装置级、车间级的优化控制。但是，在DCS系统形成的过程中，由于受计算机早期存在的系统封闭这一缺陷的影响，各厂家的产品自成系统，不同厂家的设备不能互连在一起，难以实现互换与操作，组成更大范围信息共享的网络系统存在很多困难。自动化控制系统就是通信网络把众多的带有同新接口的控制设备、检测元件、执行器件与主计算机连接起来，由计算进行智能化管理，实现集中数据处理、集中监控、集中分析和集中调度的新型生产过程控制系统。从目前国内外自动化控制系统所应用的现场总线来看，主要由PROFIBUS、MODBUS、LONWORKS、FFHART、CAN等现场总线。以上系统基本上都是采用毕业设计（论文）题目-2-单一的现场总线技术，即整个自动化控制系统中只采用一总现场总线，整个系统构造比较单一。现场总线已不仅仅是一个新技术领域或新技术问题，在研究它的同时，我们发现它已经改变了我们的观念：如何看待现场总线，要比研究它的技术细节根据重要。自动控制领域的发展过程(1)150多年前第一代过程控制体系基于5-13PSI的气动信号标准（气动控制系统PCS,PneumaticControlSystem）。简单的就地操作模式，控制理论初步形成，尚未有控制室的概念。(2)第二代工程控制体系（模拟式或ACS,AnalogControlSystem）是基于0-10mA的电源模拟信号，这已明显的进步，在整整25年内牢牢地通知了整个自动控制领域。它表征了电气自动化控制时代的到来。控制理论有了重大发展，三大控制论的确立奠定了现代控制的基础；控制室的设立，控制功能分离的模式一直沿用至今。（3）第三代工程控制体系（CCS,ComputerControlSystem）,70年代开始了数字计算机的应用，产生了巨大的技术优势，人们在测量，模拟和逻辑控制领域率先使用，从而产生了第三代工程控制体系。这个被称为第三代工程控制体系是自动控制领域的一次革命，它充分发挥了计算机的特长，于是人们普遍认为计算机能做好一切事情，自然而然的产生了被称为“集中控制”的中央控制计算机系统，需要基础的是系统的信号传输系统依然是大部分沿用4-20mA的模拟信号，但是时隔不久人们发现，随着控制的集中和可靠性方面的稳态，失控的危险也集中了，稍有不慎就会使整个系统瘫痪。所以他很快被发展成分布式控制系统（DCS）。（4）第四代工程控制体系（DCS,DistributedControlSystem分布式控制系统）：随着半导体制造技术的飞速发展，微处理器的布片使用，计算机技术可靠性的大幅度增加，目前普遍使用的是第四代过程控制体系（DCS,或分布式数字控制系统），它主要特点是整个控制系统不再是仅仅具有一台计算机，而是有几台计算机和一些职能仪表和智能部