职业学院过程控制毕业设计-DCS控制系统介绍

兰州石化职业技术学院毕业设计(论文)题 目 DCS控制系统介绍完 成 人 班 级 指导教师 系 (部) 日 期 2008年03月12日成绩评定及评语成绩评定指导教师评语 教师签字： 年 月 日毕业设计（论文）任务书题目名称DCS控制系统介绍指导教师姓名李模刚职称讲师从事专业计算机应用教学所在 信息处理与控制工程 系 计算机应用 教研室工作内容内容简介主要介绍了DCS控制系统的组成和操作要完成的内容项目DCS控制系统介绍系统的通信网络系统构成及配置工业控制软件ControlX系统硬件及组件说明原始资料及数据课题来源教师指导，根据自己工作（或实习）的环境自己确定题目，题目应与计算机的应用及过程控制的专业知识有很强的相关性的课题。主要技术指标论述了DCS控制系统的硬件和软件。兰州石化职业技术学院毕业论文 声明原创性声明本人郑重声明：本人所呈交的毕业论文，是在指导老师的指导下独立进行研究所取得的成果。毕业论文中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。除文中已经注明引用的内容外，不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究成果做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：日 期：兰州石化职业技术学院毕业论文 声明 关于毕业论文使用授权的声明本人在指导老师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属兰州石化职业技术学院。本人完全了解兰州石化职业技术学院有关保存、使用毕业论文的规定，同意学校保存或向国家有关部门或机构送交论文的纸质版和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权兰州石化职业技术学院可以将本毕业论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用任何复制手段保存和汇编本毕业论文。本人离校后发表、使用毕业论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为兰州石化职业技术学院。保密论文在解密后应遵守此规定。论文作者签名：指导老师签名：日期：第一章 系统概述摘 要我这次毕业设计的课题是DCS控制系统的介绍，由于现场总线技术在进入九十年代中期以后发展十分迅猛，以至于有些人已做出预测：基于现场总线的FCS将取代DCS成为控制系统的主角，答案真的是这样的吗？作为开放互连系统的现场总线，首先必须有统一的技术标准，但由于诸多原因，已经在不同领域形成了颇具影响的几大总线系列，如基金会现场总线（FF）、LonWorks、PROFIBUS、CAN、HART等。当然，多种现场总线之间的良性竞争，有利于FCS技术的提高和发展，也有利于产品价格的降低和用户系统投资成本的减小，但是，发展共同遵从的统一的国际标准，是现场总线的发展方向，也是广大用户的要求。现场总线是工业过程控制技术的发展主流，可以说FCS的发展应用是自动化领域的一场革命，也既要“革”传统仪表的命，同时向传统DCS发出了挑战。对于DCS的发展过程，因为受计算机系统早期存在的一些缺陷影响，造成各生产开发商的产品自成一体，较难实现互换和互操作，系统也难了与外界进行信息交换，这样对用户来说，使企业的信息集成存在一定的困难；另外，DC3的控制分散也并不是彻底的分散，控制功能是通过各个集中的过程控制站如PLC来完成，许多方面的性能与FCS相比有较大差距。在FCS中，智能仪器仪表代替传统仪表，控制功能下放分散到现场，PLC的作用将被取代吗？答案是否定的。PLC是一种面向工业现场的控制装置，它的特点为：（1）高可靠性和抗扰能力，可适应恶劣的工业现场环境。（2）IO模块化，智能化，方便组合和扩充。（3）操编程方便。（4）完善的监视和诊断功能。我们应该看到PLC的直观、简单、价格低、易维护、高可靠性等特点，并且现在的PLC不再是原来只能实现开关量控制和PID调节等功能的PLC，随着模糊控制、神经元网络、遗传算法等学科的日益成熟，PLC可以而且已经不断融合这些及其他先进的技术，佼控制、通信等功能不断增强，现在，模糊控制功能已植入到了PLC内，产品已经投放到了市场，控制功能更加强大。我们主要分析了DCS向综合方向、智能化方向、工业PC化、专业化方向发展关键词 DCS 计算机控制技术、 过程控制技术。Abstract I graduated from the design issue is the DCS control system, due to enter the field bus technology in the mid-1990s after the very rapid development, so some people have made projections: Based on the FCS bus will replace a DCS control The protagonist, the answer really is this? As an open systems interconnection of field bus, first of all, there must be a unified technical standards, but because of many reasons, in different areas have formed a fairly major impact on the campaign bus, such as the Foundation Fieldbus (FF), LonWorks , PROFIBUS, CAN, HART, and so on. Of course, a variety of fieldbus of healthy competition between FCS technology is conducive to the improvement and development as well as to reduce the prices of products and users of the system investment costs decrease, however, to comply with the common development of uniform international standards, is the scene Bus direction of development, but also the broad masses of the users requirements. Fieldbus industrial process control technology is the development mainstream, it can be said of the development of FCS is a revolution in the field of automation, it is necessary to reform the life of traditional instruments, at the same time issued a challenge to traditional DCS. DCS for the development process, because the computer systems of some defects early impact, resulting in the production of self-developer of products, and exchange more difficult to achieve interoperability, the system is also difficult to exchange information with the outside world, so the user , The enterprise information integration there are some difficulties addition, DC3 decentralized control is not completely decentralized, control function is to focus on the process through various control stations such as the PLC to complete, many aspects of the performance compared with the FCS Larger gap. In FCS, smart instrumentation instead of the traditional instruments, distributed control functions delegated to the scene, PLCs role will be to replace it The answer is no. PLC is an industrial site for the control device, it is characterized as: (1) high reliability and anti-disturbance capacity, can adapt to the adverse industry environment at the scene. (2) I / O modular, intelligent, and facilitate the combination and expansion. (3) gymnastics program convenience. (4) improved surveillance and diagnostic capabilities. We should see the PLC intuitive, simple, low price, easy maintenance, high reliability and other characteristics, and now the PLC will not only achieve the original volume control switch and PID regulator, and other functions of the PLC, with the fuzzy control, neural Yuan networks, genetic algorithms, and other disciplines increasingly mature, PLC can, and has continued integration of these and other advanced technology, Jiao control, communications, and other functions continuously enhanced, now, fuzzy control functions have been implanted into the PLC, the product has been distributed to the market , Control more powerful. We analyzed the DCS to the main direction of comprehensive, intelligent direction of the PC industry, and professional development direction.KeywordDCS Computer Control Techniques Process Control Techniques.第一章 系统概述目 录摘要1AbstractII引言1第一章 系统概述21.1 DCS系统简介21.2 系统体系结构31.3 系统主要性能指标。31.3.1系统规模31.3.2现场控制站规模31.3.3系统主要性能41.3.4可靠性4第二章 系统的通信网络62.1 系统网（SNET）62.2 过程控制网（CNET）62.2.1过程控制网概述62.2.2过程控制网组件72.3 现场总线网（I/O NET）7第三章 系统构成及配置83.1 现场控制站83.1.1功能83.1.2结构83.1.3配置建议93.1.4远程I/O方式103.2 系统操作站（SOPS）103.3 工程师站（ES）103.4 服务器（SE）11第四章 工业控制软件ControlX124.1 概述124.2 软件组成124.3 运行环境124.4 系统结构134.4.1在同一台计算机上运行服务器和客户程序134.4.2在多台计算机上运行客户程序134.4.3服务器冗余144.4.4在多台机器上运行服务器144.4.5可和其他类型的服务器连接154.4.6网络透明性154.5 FB2000NS数据存取、报警事件服务器164.5.1网卡设置软件164.5.2网卡测试软件164.5.3 FB2000NS OPC数据存取、报警事件服务器164.6 ControlX画面组态及浏览174.6.1画面组态174.6.2 ControlX系统浏览器194.7 ControlX报警事件管理软件204.8 FB2000NS历史数据服务器软件214.8.1 FB2000NS历史数据存取服务器214.8.2 FB2000NS历史数据存取服务器组态214.8.3 FB2000NS历史数据查看工具214.9 ControlX报表软件224.10 ControlX安全管理系统224.11 实时、历史趋势控件224.12 ControlX控制策略组态软件234.12.1策略组态器STEdit234.12.2控制策略下装254.12.3控制策略调试254.12.4功能模块25第五章 系统硬件及组件说明295.1 FB-2001NS主控制器板295.2 FB-2005NS/P网络控制卡295.3 FB-2010NS 16路模拟量输入模板295.4 FB-2020NS 4路模拟量输出模板305.5 FB-2030NS 16路开关量输入模板305.6 FB-2040NS 16路开关量输出模板315.7 FB-2050NS 6路脉冲量输入模板315.8 FB-2060NS 16路脉冲量输出模板315.9 FB-2071NS 简单PLC板325.10 FB-SC10NS 16路模拟量大信号输入端子板325.11 FB-SC12NS 12路模拟量小信号输入端子板325.12 FB-SC14NS 16路二线制配电输入端子板335.13 FB-SC16NS 8路隔离型小信号输入端子板335.14 FB-SC20NS 4路模拟量输出端子板345.15 FB-SC30NS 16路开关量光隔离输入端子板345.16 FB-SC32NS 16路开关量交流信号输入端子板355.17 FB-SC40NS 16路开关量光隔离输出端子板355.18 FB-SC42NS 16路开关量交流信号输出端子板355.19 FB-SC43NS 16路开关量触点输出端子板355.20 FB-SC50NS 6路脉冲量光隔离输入端子板365.21 FB-SC70NS开关量光隔离输入/输出端子板365.22 FB-SCRNS冗余板365.23 FB-P20NS 机箱电源卡365.24 FB-P40NS 机箱电源卡335.25 FB-U01机箱33心得体会35致谢36参考文献37引 言DCS的概念：DCS即集散型控制系统，又称分布式控制系统（Distributed Control System）。它的主要基础是4C技术，即计算机Computer、控制 Control、通信Communication和CRT显示技术。DCS系统通过某种通信网络将分布在工业现场附近的现场控制站和控制中心的操作员站及工程师站等连接起来，以完成对现场生产设备的分散控制和集中操作管理。DCS自1975年问世以来已经历了近三十年的时间，其可靠性、实用性不断提高，功能日益增强。如控制器的处理能力、网络通讯能力、控制算法、画面显示及综合管理能力等。DCS系统过去只应用在少数大型企业的控制系统中，但随着4C技术及软件技术的迅猛发展，到目前已经在电力、石油、化工、制药、冶金、建材等众多行业得到了广泛的应用，特别是电力、石化这样的行业。DCS系统的现状与发展趋势：经历了二十几年的发展，DCS有了很大的变化。这种变化来自两方面的动力：用户需求的不断提高和电子与信息技术的快速发展。用户的需求已经不再满足于应用DCS代替常规的仪表控制和简单的数据检测，同时随着电子与信息技术的进步使得DCS应用的构成元件（电子元器件、处理器、软件、网络等）性能大大提高且价格大幅度下降，特别是各种板级OEM部件和HMI软件的发展进一步简化了DCS的开发难度并降低了开发成本。目前，一套使用户满意的DCS系统应该具备以下特点：系统具备开放的体系结构，可以提供多层的开放数据接口；系统应具备强大的处理功能，并提供方便的组态复杂控制系统的能力与用户自主开发专用高级控制算法的支持能力；系统应支持多种现场总线标准以便适应未来的扩充需要；系统应高可靠、维修方便、工艺先进、价格合理第一章 系统概述第一章 系统概述 DCS系统是浙江威盛自动化有限公司在FB-2000基础上，经全新设计，采用了最新技术，于2000年推出的第三代分散型控制系统。该系统已广泛应用在石油化工、冶金、制药、轻工等行业，得到了广大用户的认可和好评。1.1 DCS系统简介 DCS系统成功而广泛的应用证明了其体系结构的先进性、可靠性和功能的完整性。FB-2000NS DCS系统采用了最先进的技术和开放性标准。向用户提供了更广阔的应用空间和想象空间，是一套适应企业各种自动化需求的、开放的、规模可变的控制系统。 DCS系统主要由服务器（SE）、工程师站（ES）、系统操作站（SOPS）、现场控制站（FCS）及过程控制网络（NET）等组成。服务器（SE）运行在32位Windows NT/Windows2000网络平台上，可挂接局域网或广域网，并和过程控制网，工厂数据库等连接，为系统操作站（SOPS）、工程师站（ES）及现场控制站提供数据存取服务。提供服务器冗余配置。工程师站（ES）运行在32位的Windows NT/ Windows2000网络平台上，可挂接局域网或广域网，和FB-2000NS服务器连接，实现系统的组态及监控功能。系统操作站（SOPS）运行在32位Windows NT / Windows2000网络平台上，可挂接局域网或广域网，和FB-2000NS服务器连接，实现系统的监控功能。现场控制站（FCS）是直接与现场打交道的I/O处理单元，完成工业过程的实时监控功能。控制站可冗余配置。同一现场控制站内任何I/O模板都能提供冗余配置。过程控制网络由一个高速的控制网络（CNET）构成，其控制网络可以实现和服务器、工程师站、系统操作站、现场控制站的连接，完成数据、命令等传输，并可冗余配置，从而使得数据传输更安全有效。对特殊的数据传输和调度可同时提供一个低速控制网（RS232）。低速控制网可实现服务器、工程师站、系统操作站、和现场控制站的点对点连接，完成数据传输。低速过控制网（RS232）连接方式可采用RS232直连，拨号网（市话网）及无线传输网。高速现场控制网络（CNET）和低速控制网（RS232）可同时并存。 适合从单一的过程装置到整个工厂的自动化，适合从控制系统的局部改造到企业的管控一体化等应用场合。无论如何，FB-2000NS 都能在最佳状态下，投入到生产过程中去，担负起控制、管理的重任。 系统可实现： 应用领域： 回路调节 石油化工 逻辑控制 冶金工业 顺序控制 建材轻工 数据采集和管理 电力 先进控制 水及污水处理 机械、电子1.2 系统体系结构DCS系统的通信网络结构从通信介质上可以分成三层通信网络结构。底层是现场控制站内部的I/O网络（I/O NET），采用高速现场总线网，实现主控制器和各种I/O处理单元之间的信息交换。第二层为过程控制网采用高速的控制网（CNET）实现服务器、工程师站、系统操作站和现场控制站之间信息交换。最上层作为系统网络（SNET），采用符合TCP/IP协议的工业以太网，连接各个控制站的服务器及企业内各类管理计算机，用于企业内的信息传送和管理，是实现工厂综合管理的的主要信息通道。1.3 系统主要性能指标。1.3.1系统规模 过程控制网络连接系统的服务器站、工程师站、系统操作站和现场控制站，完成站与站之间的信息交换。每个高速控制网络（CNET）最大可带32个节点，无中继最远距离1.2Km。1.3.2现场控制站规模 DCS系统现场控制站内部以机箱为单位。机箱固定在标准机柜内。每个机距最多可配置4个机箱。本系统的机箱为一体化机箱。即在一个机箱内，正面插入I/O模板或主控制器模板，背面插入I/O模板的信号处理端子板，以及相应的电源插件。 机箱根据内部所插模板型号分为两类：主控制机箱（配置有主控制器等）和I/O扩展机箱（不配主控制器模板）。主控制机箱可以配置1块主控制板和8块I/O模板及相应的8块I/O信号处理端子板。扩展I/O机箱可以配置9块I/O模板及相应的9块I/O信号处理端子板。另外不管主机箱和I/O扩展机箱都还可配置2块电源插件（电源冗余）。 在电源不冗余时，FB-P40NS电源插件插入机箱背面最左边槽位。配置冗余电源时，FB-P20NS冗余电源插件插入机箱正面最右边槽位。主控制卡可以插入机箱内正面任意I/O模板槽位，建议插入机箱正面I/O槽位的最左边槽。在一个现场控制站内，主控制卡通过I/O NET网络可以挂接127块I/O模板即大约12个机箱。主控制卡是一个控制站的心脏。可以冗余配置，以保证实时过程控制的可靠性和安全性。 DCS系统具有非常灵活的配置。用户可以根据实际系统的需求。选择各种I/O模板和相应信号处理端子板，也可以选择全冗余，局部冗余或不冗余，在充分保证其系统可靠性，实用性基础上把费用控制到最低限度。在选择配置时，地址和速度应严格遵循以下原则： 1）.在同一CNET网络上的多个主控制卡（多个现场控制站，其中包括冗余主控制卡），地址范围为1-31，且地址不能重复，而且CNET网络中各卡件的通信速率要相同。 2）.在一个现场控制站内的I/O模板地址为1-127，且不能重复（包括冗余I/O模板）。1.3.3系统主要性能 1）.工作环境 工作温度：-1060 存放温度：-4085 工作湿度：90%（无凝露） 存放湿度：95%（无凝露） 高 度：海拔2500m 第一章 系统概述振动（工作） 0.1”振幅：17Hz 振动（不工作） 0.2”振幅：17Hz 3G峰值冲击：500Hz 3G峰值冲击：500Hz 2）.电源性能 现场控制站：可以双路供电（进口开关电源），160260Vac，最大600W 操作站：200250Vac，50Hz，最大500W 3）.接地电阻 4 4）.运行速度 采样和控制周期：50ms300S 冗余信号切换时间：200M 总线：至少一个ISA标准插槽，如果网卡冗余，则需要二个。 显示器：XVGA彩显（分辨率640480）推荐19”XVGA（分辨率1024765） 网卡：和FB-2000NS过程控制网络连接的FB-2005NS/P。可根据系统具体情况，配置Ethernet（10M/100M）网卡。 其它：显卡、鼠标、键盘、触摸屏、调制解调器、声卡、音箱、光驱等必选和可选附件。 操作系统：Window 2000/Window NT4.0 Workstation（中文版）以上。 4.4 系统结构 ControlX采用客户/服务器结构，由OPC服务器提供和FB-2000NS过程控制网络（Cnet）的连接、报警处理、历史数据采集等，客户程序如HMI等通过COM/DC0M接口请示服务器提供所需的服务，如参数调显、修改等。 ControlX提供各种服务器和客户软件，可根据系统应用的具体情况来配置。4.4.1在同一台计算机上运行服务器和客户程序图4.1 在同一台计算机上运行服务器和客户程序4.4.2在多台计算机上运行客户程序图4.2 在多台计算机上运行客户程序 4.4.3服务器冗余图4.3 服务器冗余4.4.4在多台机器上运行服务器图4.4 在多台机器上运行服务器4.4.5可和其他类型的服务器连接图4.5 可和其他类型的服务器连接4.4.6网络透明性 ControlX系统由于采用了DCOM技术，因而实现了网络的透明性。DCOM已经实现网络底层协议的所有细节，在DCOM支持的协议范围内，服务器和客户程序可以分布在局域网内，或在广州域网上，通过不同的介质和协议进行连接。图4.6 网络透明性4.5 FB2000NS数据存取、报警事件服务器 FB2000NS数据存取、报警事件服务器软件包含有： * 网卡设置软件 * 网卡测试软件 * FB2000NS OPC数据存取、报警事