[硕士论文精品]渗漏排水控制单元设备测试和仿真系统的设计和实现

渗漏排水控制单元设备测试和仿真系统的设计和实现软件工程领域研究生孔旭指导老师何军贺鹏自动控制设备的功能及完好性检测，自动控制系统的仿真在系统集成过程中自非常重要的地位。渗漏排水控制单元设备测试和仿真系统是应用计算机技术、通信技术、系统科学、自动控制技术等先进科学技术，将手工的和专业性撇强的设备测试以直观、自动和易操作的方式呈现出来。使设备测试人员借助浚人机信息系统大大提高检测的速度和准确度，节省大量入力、财力，也使人们通过浚系统仿真直观了解自动控制系统。本文以设备测试和系统仿真为研究目标，通过以卜_几项工作完成了设备测试和系统仿真的设汁与开发分析自动控制发展趋势，详细阐述了设备测试和系统仿真需要使用的关键技术。分析设备测试和系统仿真的需求，设计了系统总体结构，明确了系统功能模块设计、陆能需求。渗漏排水控制单元子系统的详细设计。包括对相关检测信号、I0接点及功能模块的设计。实现了渗漏摊水控制单元设备的测试和自动控制系统的仿真等功能，满足了设备测试的大部分需求。充分利用组态软件，具体实现包括了现场模拟、状态监测、趋势分析、历史记录、测试报表五大功能。该系统试运行的结果表明，本文的设计基本是成功的。加快了设备测试的速度和准确度，降低了设备测试的难度，提高了办事效率。恢自动控制设备测试系统维护方便，可操作性强，任何一名专业性不是很强的操作人员也能完成操作。关键词自动控制仿真设备测试DESIGNANDIMPLEMENTATIONOFTHECONTROLMODULEEQUIPMENTANDEMULATIONSYSTEMOFWATERSEEPAGEANDDRAINSSOFTWAREENGINEERINGGRADUATESTUDENTKONGXUADVISERHEJUNHEPENGFHEFUNCTIONOFTHEAUTOMATICALLYCONTROLLEDEQUIPMENT，INTEGRITYMEASURINGANDTHEEMULATIONOFTHEAUTOMATICCONTROLSYSTEMPLAYANIMPORTANTROLEINTHECOURSEOFSYSTEMINTEGRATIONTHECONTROLMODULEEQUIPMENTANDEMULATIONSYSTEMOFWATERSEEPAGEANDDRAINSUSESSUCHADVANCEDSCIENCEANDTECHNOLOGYASTECHNOLOGYOFTHECOMPUTER，COMMUNICATIONTECHNOLOGY,SYSTEMATICSCIENCE，AUTOMATICCONTROLTECHNOLOGY，ETCTODISPLAYTHEPROCEDUREOFEQUIPMENTTESTINAOBVIOUS，AUTOMATICWAYANDTHISMAKESTHEEQUIPMENTTESTERIMPROVETHESPEEDANDACCURACYOFMEASUREMENTGREATLYWITHTHEHELPOFTHISMANMACHINEINFORMATIONSYSTEMITALSOSAVESALARGENUMBEROFMANPOWER,FINANCIALRESOURCESANDMAKESPEOPLEUNDERSTANDAUTOMATICCONTROLSYSTEMTOOFLLEPAPERISASTUDYOFTHESYSTEMEQUIPMENTMEASUREMENTANDSYSTEMATICEMULATIONLHEFOLLOWINGAREDESIGNANDDEVELOPMENTOFBUILDINGTHECONTROLMODULEEQNIPMENTANDEMULATIONSYSTEMOFWATERSEEPAGEANDDRAINSANALYZEDTHETRENDOFDEVELOPMENTOFATTTOMATICCONTROLSYSTEM，DESCRIBEDTHEKE3TECHNOLOGYOFTHECONTROLMODULEEQUIPMENTANDEMULATIONSYSTEMANALYZEDTHEREQUIREMENTOFTHECONTROLMODULEEQUIPMENTANDEMULATIONS3SIENAOL、WATERSEEPAGEANDDRAINS，DESIGNEDTHEOVERALLARCHITECTURE，MADESURETHEREQUIREMENTOFTHEMODULEOFSYSTEMANDCAPABILITYDESIGNEDTHESUBSYSTEMOFWATERSEEPAGEANDDRAINS，INCLUDEDTHEDESIGNOFTHESIGNALOFTEST，THEJOINTOFIOANDCONTROLMODULE“REALIZEDTHECONTROLMODULEEQUIPMENTANDEMULATIONSYSTEMOFWATERSEEPAGEANDDLAINS，MEETEDMOSTLYREQUIREMENTTHISSYSTEMISMADEUPOFFIVEMODULESOILTHESPOTSIMULATINGUNIT，STATEMONITORINGUNIT，TRENDANALYZINGUNIT，HISTORY、RITINGUNIT，ANDREPORTFILETESTINGUNITTHETESTRESULTOFTHISSYSTEMINDICATESTHEDESIGNOFTHISPAPERISSUCCESSFULESSENTIALLYFIRSTOFALL，WEHAVEREALIZEDFUNCTIONSOFTESTOFWATERSEEPAGEDRAINSCONTROLMODULEEQUIPMENTANDEMULATIONOFTHEAUTOMATICCONTROLSYSTEM，ANDMETTHEMOSTDEMANDSOFEQUIPMENTTESTSSECOND，WEHAVEACCELERATEDTHESPEEDANDACCURACYOFTHEEQUIPMENTTESTS，REDUCEDTHEDIFFICULTYOFTHEEQUIPMENTTESTS，ANDIMPROVEDTHEEFFICIENCYTHIRD，IT。ISCONVENIENTFORTHEMAINTENANCEOFTHETESTSYSTEMOFAUTOMATICALLYCONTROLLEDEQUIPMENTANYONEWITHNOSTRONGPROFESSIONALKNOWLEDGECANFINISHTHEOPERATIONKEYWORDSAUTOMATICCONTROLEMULATIONEQUIPMENTTEST四门I大学工程硕FJ学位论文渗漏排水控制单元设器测试和仿真系统的设计和实现1绪论11自动控制发展趋势工业控制自动化技术是一种运用控制理论、仪器仪表、计算机和其它信息技术。对工业生产过程实现检测、控制、优化、调度、管理和决策，达到增加产量、提高质量、降低消耗、确保安全等目的的综合性技术，主要包括自动化软件、硬件和系统三大部分。控制自动化技术作为20世纪现代制造领域中最重要的技术之一，主要解决生产效率与一致性问题。虽然自动化系统本身并不直接创造效益，但它对企业生产过程有明显的提升作用。我国工业控制自动化的发展道路，大多是在引进成套设备的同时进行消化吸收，然后进行二次开发和应用。目前我国工业控制自动化技术、产业和应用都有了很大的发展，我国工业计算机系统行业已经形成。目前，工业控制自动化技术正在向智能化、网络化和集成化方向发展。111以工业PC为基础的低成本工业控制自动化将成为主流从20世纪60年代开始，西方国家就依靠技术进步即新设备、新工艺以及计算机应用开始对传统工业进行改造，使工业得到飞速发展。20世纪末世界上最大的变化就是全球市场的形成。全球市场导致竞争空前激烈，促使企业必须加快新产品投放市场时间TIMETOMARKET、改善质量QUALITY、降低成本COST以及完善服务体系SERVICE，这就是企业的TQCS。虽然计算机集成制造系统CIMS结合信息集成和系统集成，追求更完善的TQCS，使企业实现“在正确的时间，将正确的信息以正确的方式传给正确的人，以便作出正确的决策”，即“五个正确”。然而这种自动化需要投入大量的资金，是一种高投资、高效益同时是高风险的发展模式，很难为大多数中小企业所采用。在我国，中小型企业以及准大型企业走的还是低成本工业控制自动化的道路。工业控制自动化主要包含三个层次，从下往上依次是基础自动化、过程自动化和管理自动化，其核心是基础自动化和过程自动化。传统的自动化系统，基础自动化部分基本被PLC和DCS所垄断，过程自动化和管理自动化部分主要是由各种进口的过程计算机或小型机组成，其硬件、系统软件和应用软件的价格之高令众多企业望而却步。20世纪90年代以来，由于PCBASED的工业计算机简称工业PC的发展，PU川人学1程坝LJ学位论义海漏排水托制单元砹备测试和仿真系统的设计和实现以业PC、IO装置、监控装置、控制网络组成的PCBASED的自动化系统得到了迅速普及，成为实现低成本工业自动化的重要途径。由于基于PC的控制器被证明可以像PLC一样可靠，并且被操作和维护人员接受，基于PC的控制系统易J安装和使用，有高级的诊断功能，为系统集成商提供了更灵活的选择，从长远角度看，PC控制系统维护成本低。“】近年来，II业PC在我国得到了异常迅速的发展。从世界范围束看，工业PC主要包含两种类型IPC工挖机和COMPACTPCI工控机以及它们的变形机，如AT96总线一F控机等。由于基础自动化和过程自动化对工业PC的运行稳定性、热插拔和冗余配置要求很高，现有的IPC已经不能完全满足要求，将逐渐退出该领域，取而代之的将是COMPACTPCRBASED工控机，而IPC将占据管理自动化J。罔家于2001年设立了“以L业控制计算机为基础的开放式控制系统产业化”业自动化重大号项，目标就是发展具有自主知识产权的PCBASED控制系统，在35年内，占领3050的国内市场，并实现产、世化。儿年前，当“软PLC”出现时，业界曾认为工业PC将会取代PLC。然而，叫节今闩T,LKPC并没有代替PI。，T要有两个原因一个足系统集成原因另1个足软件操作系统WINDOWSW的颞因。一个成功的PCBASED控制系统要具备曲点一是所有上作要山一个平台上的软件完成是向客户提供所需要的所有东西。可以预见，工业PC与PLC的竞争将主要在高端应用H，其数据复杂且设备集成度高。工业PC不可能与低价的微型PLC竞争，这也是PLC市场增长最怏的一部分。从发展趋势看，控制系统的将来很可能存在于工业PC和PLC之叫。这些融合的迹象已经出现。和PLC样，J肛PC市场在过玄的两年啦保持甲稳。JPLC相比，工业PC软件很便宜。掘FROSTSULLIVARL公司估计，全世界每年7亿美元工业PC市场罩，大约8500万美元为控制软件，一亿美元为操作系统。到2007年会翻1诉，丁业PC市场变得非常可观。“1112PLC在向微型化、网络化、PC化和开放性方向发展长期以来，PIC始终处R工业控制自动化领域的主战场，为各种各样的自动化控制设备提供非常可靠的控制方案，与DCS和工业PC彤成了三足鼎立之势。同时，PLC也承受着来自其它技术产品的冲击，尤其是工业PC所带来的冲击。目前，全世界PLC生产厂家约200家，生产300多种产品。国内PLC市场仍以国外产品为主，如SIEMENS、MODICON、AB、OMRON、三菱、GE的产品经过多匀二的发展，国内PLC生产厂家约有三十家，但都没有形成颇具规模的生产叫川人学T程峨I学位论文待漏排水K制单，C战备测试和仿真系壬亢的设汁和实现以KJKPC、IO装晟、监控装置、控制网络组成的PCBASED的自动化系统得到了迅速普及，成为实现低成本工业自动化的重要途径。由于基于PC的控制器被EIE叫町以像PL。F一样可靠，并且被操作和维护人员接受基于PC的控制系统易1二安装和使刚，有高级的诊断功能，为系统集成商提供了更灵活的选择，从长远角度看，PC控制系统维护成本低。近年来，K_IKPC在我围得到了异常迅速的发展。从世界范围来看，工业PC主璺包含两种类型IPC工控机和COMPACTPCI工控机以及它们的变形机，如AT95总线工控机等。由于基础自动化和过程自动化对L,JKPC的运行稳定性、热插拔和冗余配置要求很高，现有的IPC已经不能完全满足要求，将逐渐退出发领域，取而代之的将是COMPACTPCIBASED工控机，而IPC将占据管理自动化联。豳家_R2001年设立了“以工、控,BF算机为基础的玎放式控制系统产业化”“K自动化重大专项，目标就是发展具有自主知谚产权的PCBASED控制系统，在35年内，占领3050的L崮内市场，并实现产业化。几年前，当“软PLC”出现时，业界曾认为工业PC将会取代PLC。然而，时至今同工、PC并没有代替PLC，主要有两个原因一个是系统集成原因另个是软件操作系统WINDOWSNT的原因。一个成功的PCBASED控制系统要具备嬲点一是所有工作要由一介平台上的软RR完成；二二是向客户提供所需要的所有东西。可咀预见，工业PC与PLC的竞争将要在高端应用上，其数据复杂且设备集成度高。工业F，C不可能与低价的微型PLC竞争，这也是PLC市场增长最快的一部分。从发展趋势看，控制系统的将来很可能存在于工业PC和PLC之M这些融台的逊象已经出现。和VLC一样，工、啦PC场存过去的两年罩保持甲稳。与PLC相比，工业PC软件很便直。据FROSTSULLIVAA公司估计，全世界每年7亿美元工业PC市场罩，大约8500万美元为控制软件，一亿美元为操作系统。到2007年会翻衢，工业PC市场变得非常可观。”1112PLO在向微型化、网络化、PC化和开放性方向发展K期以来，PLC始终处于工业控制自动化领域的T战场，为各种各样的自动化控制设备提供非常可靠的控制方案，与DCS和工业PC形成了三足鼎立之势。尉时，PLC也承受着来自其它技术产品的冲击，尤其是工业PC所带来的冲击。目前，全世界PLC生产厂家约200家，生产300多种产品。国内PLC市场仍以国外产品为主，如SIEFFTENS、IDODICON、AB、OMRON、三菱、GE的产品经过多年的发展，国内PLC生产厂家约有三十家，但都没有形成颇具规模的生产过多年的发展，国内PIC生产厂家约有三F家佃都没有形成颇具规模的生产叫川1人学T程颁学位论文渗漏排水控制单元设备测试和仿真系统的世计和实现能力和名牌产品，可以说LC在我国尚未形成制造产业化。在PLC应用方面，我国是很活跃的，应用的行业也很广。专家估计，2000年PLC的国内市场销量为1520万套其中进口占90左右，约2535亿元人民币，年增长率约为12。预计到2005年全国PL，C需求量将达到25万套左右，约3545亿元人民币。PLC市场也反映了全世界制造业的状况，2000后大幅度下滑。但是，按照AUTOMATIONRESEARCHCORP的预测，尽管全球经济下滑，PLC市场将会复苏，估计全球PLC市场在2000年为76亿美元，到2005年底将回到76亿美元，并继续略微增长。微型化、网络化、PC化和开放性是PLC未来发展的主要方向。在基于PLC自动化的早期，PLC体积大而且价格昂贵。但在最近几年，微型PLC小于32I0已经出现，价格只有几百欧元。随着软PLCSOFTPLC控制组态软件的进一步完善和发展，安装有软PLC组态软件和PCBASED控制的市场份额将逐步得到增长。当前，过程控制领域最大的发展趋势之一就是ETHERNET技术的扩展，PLC也不例外。现在越来越多的PLC供应商开始提供ETHERNET接口。可以相信，PLC将继续向开放式控制系统方向转移，尤其是基于工业PC的控制系统。1113面向测控管一体化设计的DCS系统集散控制系统DCSDISTRJBUTEDCONTROLSYSTEM问世于1975年，生产厂家主要集中在美、日、德等国。我国从70年代中后期起，首先由大型进口设备成套中引入国内的DCS，首批有化纤、乙烯、化肥等进口项目。当时，我国主要行业如电力、石化、建材和冶金等的DCS基本全部进口。80年代初期在引进、消化和吸收的同时，开始了研制国产化DCS的技术攻关。近10年，特别是“九五”以来，我国DCS系统研发和生产发展很快，崛起了一批优秀企业，如北京和利时公司、上海新华公司、浙大中控公司、浙江威盛公司、航天测控公司、电科院以及北京康拓集团等。这批企业研制生产的DCS系统，不仅品种数量大幅度增加，而且产品技术水平已经达到或接近国际先进水平。在2001年全国应用的4426套DCS系统中，国产DCS系统为1486套，占35。短短几年，国外DCS系统在我国一统天下的局面从此不再出现。这些专业化公司不仅占据了一定的市场份额，积累了发展的资本和技术，同时使得国外引进的DCS系统价格也大幅度丁降为我国自动化推广事业做出了贡献。与此同时，国产DCS系统的出口也在逐年增长。虽然国产DCS的发展取得了长足进步，但国外DC8产品在国内市场中占有FU川人学T程坝卜学位论义I潘漏排水控制单元设备柳I试和仿真系统的设计和实耻率还较高，其中主要是HONEYWELI和横河公司的产品。我国DCS的市场年增长率约为20，年市场额约为3035亿元。由于近5年内DCS在石化行业大型自控装置中没有可替代产品，所以其市场增长率不会下降。据统计，到2005年，我国石化行业有10Q0多套装置需要应用DCS控制；电力系统每年新装1000多万千瓦发电机组，需要DCS实现监控不少企业已使用DCS近1520年，需要更新和改造。所以，今后5年内DCS作为自动化仪表行业主要产品的地位不会动摇。掘中国仪器仪表行业协会公布的调查数据显示，目前年我国DCS市场状况如卜小型化、多样化、PC化和开放性是未来DCS发展的主要方向。目前小型DCS所占有的市场，己逐步与PLC、工业PC、FCS共享。今后小型9CS可能首先与这三种系统融合，而且“软DCS”技术将首先在小型DCS中得到发展。PCBASED控制将更加广泛地应用于中小规模的过程控制，各DCS厂商也将纷纷推出基于工业PC的小型DCS系统。开放性的DCS系统将同时向上和向下双向延伸，使来自生产过程的现场数据在整个企业内部自由流动，实现信息技术与控制技术的无缝连接，向测控管一体化方向发展。114控制系统正在向现场总线FCS方向发展FCS是在DCS的基础上发展起来的，FCS顺应了自动控制系统的发展潮流，它必将替代DCS。这已是业内人士的基本共识。然而，任何新事物的发生、发展都是在对旧事物的扬弃中进行的，FCS与DCS的关系必然也不例外。FCS代表潮流与发展方向，而DCS则代表传统与成熟，也是独具优势的事物。特别是现阶段，FCS尚没有统一的国际标准而呈群雄逐鹿之势，DCS则以其成熟的发展，完备的功能及广泛的应用而占据着一个尚不可完全替代的地位。现场总线控制系统FCS应该与集散式控制系统DCS相互兼容。首先以工程成本与效益看，现场总线的根本优势是良好的互操作性；结构简单，从而布线费用低；控制功能分散，灵活可靠，以及现场信息丰富。然而这些优势是建立在FCS系统初装的前提下，倘若企业建立有完善的DCS，现在要向FCS过渡，则必须仔细考虑现有投资对已有投资的回报率。充分利用已有的DCS设施，现有DCS的布线以及成熟的DCS控制管理方式来实现FCS是我们应选之途。虽然现场总线对已有的数字现场协议有优势可言，但向其过渡的代价与风险是必须分析清楚的。再者，从技术的继承及控制手段上，也要求FCS与DUUJ11人学T程硕十学位论文渗漏排水控制单元设备测试和仿真系统的砹计和安现CS应相兼容。FCS实现控制功能下移至现场层，使DCS的多层网络被扁平化，各个现场设备节点的独立功能得以加强，因此，在FCS中有必要增加和完善现场子层设备间的数据通讯功能。由于历史的原因，DCS通常拥有大型控制柜用以协调各个设备，同时更强调层与层的数据传输。可见，两种控制在策略上各具优势。DCS适用于较慢的数据传输速率；FCS则更适用于较快的数据传输速率，以及更灵活的处理数据。然而，当数据量超过一定值过于偏大时，如果同层的设备过于独立，则很容易导致数据网络的堵塞。要解决这个问题，拟设立一个适当的监控层用以协调相互通讯的设备，必然是有益的，DCS就能轻松地胜任这工作。可见，为使FCS的控制方式和手段完善化，是有必要借鉴DCS的一些控制思想的。”1要把握新世纪工业过程控制的发展趋势，无论在学术研究或是工程应用方面都有必要使FCS综合与继承DCS的成熟控制策略；与此同时，DCS的发展也应追寻FCS控制策略的新思想，使其具有新的生命力。DCS应能动地将底层控制权交付给FCS系统，将较高层的系统协调管理功能发扬光大，完成对新时代，新形势的工业控制系统的智能设备集成。115仪器仪表技术在向数字化、智能化、网络化、微型化方向发展经过五十年的发展，我国仪器仪表工业已有相当基础，初步形成了门类比较齐全的生产、科研、营销体系。现有各类仪器仪表企业6000余家，年销售额约I000亿元，成为亚洲除日本之外第二大仪器仪表生产国。据海关统计，除去随成套工程项目配套引进的仪器仪表不计，去年进口各类仪器仪表近60亿美元，约占我国仪器仪表工业总产值的50。但目前我国仪器仪表行业产品大多属于中低档水平，随着国际上数字化、智能化、网络化、微型化的产品逐渐成为主流，差距还将进一步加大J目前，我国高档、大型仪器设备大多依赖进口。中档产品以及许多关键零部件，国外产品占有我国市场60以上的份额，而国产分析仪器占全球市场不到千分之二的份额。2001年3月，第九届全国人大四次会议批准的“十五”计划纲要首次提出“把发展数控机床，仪器仪表和基础零部件放到重要位置，努力提高质量和技术水平”。2001年8月，国家计委把仪器仪表明确列为国民经济重要技术装备，国家经贸委制定并公布的仪器仪表行业“十五”规划，确立了6项高技术产业化项目1基于现场总线技术的全开放分散控制系统及智能仪表；2新型传感器；UU川人学工程顺L学位论义渗漏排水控制单元设备测试和仿真系统的世汁和实现3智能化工业控制部件与执行机构4环境与污染源监测仪器及自动监测系统5城市污水处理利用成套工艺设备中的仪表自动化控制系统；6炼钢转炉煤气净化回转成套装置中的仪表自动化控制系统。根据仪器仪表行业的预测，“十五”期间我国仪器仪表市场大致是2002年1628亿，2003年1790亿，2004年1969亿，2005年2165亿。五年问，平均年市场容量为1806亿相当于220亿美元，其中工业自动化仪表和控制系统占41、科学测试仪器占25、医疗仪器占17、其它占17，平均年增长率将不会低于10。”1今后仪器仪表技术的主要发展趋势仪器仪表向智能化方向发展，产生智能仪器仪表；测控设备的PC化，虚拟仪器技术将迅速发展；仪器仪表网络化，产生网络仪器与远程测控系统。116数控技术向智能化、开放性、网络化、信息化发展从1952年美国麻省理工学院研制出第一台试验性数控系统，到现在已走过了51年的历程。近10年来，随着计算机技术的飞速发展，各种不同层次的开放式数控系统应运而生，发展很快。目前正朝着标准化开放体系结构的方向前进。就结构形式而占，当今世界上的数控系统大致可分为4种类型1传统数控系统；2“PC嵌入NC”结构的开放式数控系统；3“NC嵌入PC”结构的开放式数控系统；4SOFT型开放式数控系统。我国数控系统的开发与生产，通过“七五”引进、消化、吸收，“八五”攻关和“九五”产业化，取得了很大的进展，基本上掌握了关键技术，建立了数控开发、生产基地，培养了一批数控人才，初步形成了自己的数控产业，也带动了机电控制与传动控制技术的发展。同时，具有中国特色的经济型数控系统经过这些年来的发展，产品的性能和可靠性有了较大的提高，逐渐被用户认可。国外数控系统技术发展的总体发展趋势是新一代数控系统向PC化和开放式体系结构方向发展；驱动装置向交流、数字化方向发展；增强通信功能，向网络化发展；“|人学T程顺学位论文渗漏排水控制单元设备测试和仿真系统的设计和实现数控系统在控制性能上向智能化发展。进入21世纪，人类社会将逐步进入知识经济时代，知识将成为科技和生产发展的资本与动力，而机床工业，作为机器制造业、工业以至整个国民经济发展的装备部门，毫无疑问，其战略性重要地位、受重视程度，也将更加鲜明突出。近年来，我国数控机床一直保持两位数增长。2001年，我国机床工业产值已进入世界第5名，机床消费额在世界排名上升到第3位，达4739亿美元，仅次于美国的5367亿美元。2002年产值达260亿元，产量居世界第4。但与发达国家相比，我国机床数控化率还不高，目前生产产值数控化率还不到30；消费值数控化率还不到50，而发达国家大多在70左右。由于国产数控机床不能满足市场的需求，高档次的数控机床及配套部件只能靠进口，使我国机床的进口额呈逐年上升态势，2001年进口机床跃升至世界第2位，达2406亿美元，比上年增长273。”“智能化、丌放性、网络化、信息化成为未来数控系统和数控机床发展的主要趋势向高速、高效、高精度、高可靠往方向发展；向模块化、智能化、柔性化、网络化和集成化方向发展；向PCBASED化和开放性方向发展；出现新一代数控加工工艺与装备，机械加工向虚拟制造的方向发展。信息技术IT与机床的结合，机电一体化先进机床将得到发展。纳米技术将形成新发展潮流，并将有新的突破。木节能环保机床将加速发展，占领广大市场。“1117工业控制网络将向有线和无线相结合方向发展自从1977年第一个民用网系统ARCNET投入运行以来，有线局域网以其广泛的适用性和技术价格方面的优势，获得了成功并得到了迅速发展。然而，在工业现场，一些工业环境禁止限制使用电缆或很难使用电缆，有线局域网很难发挥作用，因此无线局域网技术得到了发展和应用。随着微电子技术的不断发展，无线局域网技术将在工业控制网络中发挥越来越大的作用。无线局域网WIRELESSLAN技术可以非常便捷地以无线方式连接网络设备，人们可随时、随地、随意地访问网络资源，是现代数据通信系统发展的重要方向。无线局域网可以在不采用网络电缆线的情况下，提供以太网互联功能。在推动网络技术发展的同时，无线局域网也在改变着人们的生活方式。无线网7PQJ11人学T程坝I学位论文渗漏排水控制单元设备测试和仿真系统的啦汁柙实现通信协议通常采用IEEES023和8021L。8023用于点对点方式，8021L用于一点对多点方式。无线局域网可以在普通局域网基础上通过无线HUB、无线接入站AP、无线网桥、无线MODEM及无线网卡等来实现，以无线网卡使用最为普遍。无线局域网的未来的研究方向主要集中在安全性、移动漫游、网络管理以及与3G等其它移动通信系统之间的关系等问题上。在工业自动化领域，有成千上万的感应器，检测器，计算机，PLC，读卡器等设备，需要互相连接形成一个控制网络，通常这些设备提供的通信接口是RS一232或RS一485。无线局域网设备使用隔离型信号转换器，将工业设备的RS一232串口信号与无线局域网及以太网络信号相互转换，符合无线局域网IEEE8021】B和以太网络IEEE8023标准，支持标准的TCPIP网络通信协议，有效的扩展了工业设备的联网通信能力。计算机网络技术、无线技术以及智能传感器技术的结合，产生了“基于无线技术的网络化智能传感器”的全新概念。这种基于无线技术的网络化智能传感器使得工业现场的数据能够通过无线链路直接在网络上传输、发布和共享。无线局域网技术能够在工厂环境下，为各种智能现场设备、移动机器人以及各种自动化设备之间的通信提供高带宽的无线数据链路和灵活的网络拓扑结构，在一些特殊环境下有效地弥补了有线网络的不足，进一步完善了工业控制网络的通信性能。“1118工业控制软件正向先进控制方向发展自20世纪80年代初期诞生至今，工业控制软件已有20年的发展历史。工业控制软件作为一种应用软件，是随着PC机的兴起而不断发展的。工业控制软件主要包括人机界面软件HMI，基于PC的控制软件以及生产管理软件等。目前，我国己开发出一批具有自主知识产权的实时监控软件平台、先进控制软件、过程优化控制软件等成套应用软件，工程化、产品化有了一定突破，打破了国外同类应用软件的垄断格局。通过在化工、石化、造纸等行业的数百个企业装置中应用，促进了企业的技术改造，提高了生产过程控制水平和产品质量，为企业创造了明显的经济效益。2000年，“九五”国家科技攻关计划项目“大型骨于石化生产系统控制及计算机应用技术”通过了验收。作为工控软件的一个重要组成部分，国内人机界面组态软件研制方面近几年取得了较大进展，软件和硬件相结合，为企业测、控、管一体化提供了比较完整的解决方案。在此基础上，工业控制软件将从人机界面和基本策略组态向先进控制方向发展。川大学工程硕士学位论文渗漏捧水控制单元设备测试和仿真系统的设计和实现先进过程控制APCADVANCEDPROCESSCONTR01目前还没有严格而统一的定义。一般将基于数学模型而又必须用计算机来实现的控制算法，统称为先进过程控制策略。如自适应控制；预测控制；鲁棒控制；十智能控制专家系统、模糊控制、神经网络等。由于先进控制和优化软件可以创造巨大的经济效益，因此这些软件也身价倍增。国际上已经有几十家公司，推出了上百种先进控制和优化软件产品，在世界范围内形成了一个强大的流程工业应用软件产业。因此，开发我国具有自主知识产权的先进控制和优化软件，打破外国产品的垄断，替代进口，具有十分重要的意义。12设备测试和仿真系统建设背景随着水电厂“无人值班”少人值守和状态检修工作的不断深入开展，对水电厂的生产运行和管理提出了更高的要求；以“厂网分开、竞价上网”为基础的电力体制的改革也对水电厂自动化技术提出了新的要求。计算机技术、信息技术、网络技术的飞速发展，给水电厂自动化系统无论在结构上还是在功能上，都提供了一个广阔的发展舞台。水电厂自动化也必须适应新的形势需要，发展成为一个集计算机、控制、通信、网络、电力电子为一体的综合系统，具备完备的硬件结构，开放的软件平台和强大的应用系统。不仅可以完成对单个电厂，还要进一步实现对梯级、流域、甚至跨流域的水电厂群的经济运行和安全监控。四川卓越科技工程有限责任公司创立于1992年，是一家致力于水电自动化建设的高新技术企业。是国家电力公司推荐的水电工程机电设备主要生产厂家之一。公司主要工作内容包括自动控制系统设计、软件开发、系统集成、现场安装调试、用户技术培训、售后服务等内容，业务范围涉及水电、火电、冶金、化工等行业。作为专业自动化系统集成商，公司任务是将先进的工业自动控制产品和技术应用于各种新建工程或改造项目的控制。研制开发的各类水电站自动化产品先后在四川宝珠寺水电站、山西引黄工程、贵州乌江渡水电站、湖北丹江口水电站、云南大朝山水电站、金盘子航电枢纽工程、四川I福堂水电站、四川姚河坝水电站、湖南蟒塘溪水电站、格鲁吉亚卡杜里水电站、龙羊峡水电四川大学工程硕十学位论文渗漏排水控制单元设备测试和仿真系统的设计和实现站等国家级重点工程中成功应用。电力生产要求其自动控制系统有高可靠性、高稳定性，设备有高水平的有效作业率，随着公司产品在全国各地应用，进一步加强公司产品质量被提上议事日程。10型查兰工垄竺兰竺堕墨I堡塑堡垄丝型兰垄堡鱼型堕塑堑塞墨竺竺壁盐塑苎塑2设备测试和仿真系统中的关键技术21总线技术211总线的产生7O年代以前，控制系统中采用模拟量对传输及控制信号进行转换、传递，其精度差、受干扰信号影响大，因而整个控制系统的控制效果及系统稳定性都很差。7O年代末，随着大规模集成电路的出现，微处理器技术得到很大发展。微处理器功能强、体积小、可靠性高、通过适当的接口电路用于控制系统，控制效果得到提高；但是尽管如此，还是属于集中式控制系统。随着过程控制技术、自动化仪表技术和计算机网络技术的成熟和发展，控制领域又发生了一次技术变革。这次变革使传统的控制系统如集敞控制系统无论在结构上还是在性能上都发生了巨大的飞跃，这次变革的基础就是现场总线技术的产生。“”现场总线是连接现场智能设备和自动化控制设备的双向串行、数字式、多节点通信网络，它也被称为现场底层设备控制网络INTRANET。80年代以来，各种现场总线技术开始出现，人们要求对传统的模拟仪表和控制系统变革的呼声也越来越高，从而使现场总线成为一次世界性的技术变革浪潮。美国仪表协会ISA于1984年开始制订现场总线标准，在欧洲有德国的PROFIBUS和法国的FIP等，各种现场总线标准陆续形成。其中主要的有基金会现场总线FFFOUI“1DATI0NFIELDBUS、控制局域网络CANCONTROLLERAREANETWORK、局部操作网络LONWORKBLOCALOPERATINGNETWORK、过程现场总线PROFIBUSPROCESSFIELDBUS和HART协议HIGHWAYADDRESSABLEREMOTETRANSDUCER等。但是，总线标准的制定工作并非一帆风顺，由于行业与地域发展等历史原因，加上各公司和企业集团受自身利益的驱使，致使现场总线的国际化标准工作进展缓慢。但是不论如何，制定单一的开放国际现场总线标准是发展的必然。”212现场总线的定义及其标准权威组织国际电工委员会IEC对现场总线的定义是安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间的数字式、串行、多点通讯的数据总线。而什么叫现场总线控制系统FCSFILEDBUSCONTUU川人学T程锨IJ学位论史渗漏捌水控制单7C设备测试和仿真系统的岐汁车几实现ROLSYSTEMIEC并没有做出明确解释。所以，许多文章与资料中经常是把“现场总线”和“现场总线控制系统”混为一谈。可能是现场总线的标准太多的缘故吧。现场总线控制系统的构成是以某一标准现场总线为基础的。一旦现场总线标准确定，其对应的控制系统的结构体系也就确定了。虽然，IEC在2O00年1月4日宣布现场总线国际标准IEC一61L85以86赞成，12反对获得通过。但JEC一61I85仍然是一个“求大同存小异”的妥协方案。其把应用层的功能算法模块特长与行业应用潜能的自由竞争天地留给各FCS制造厂商。IEC一61L85包括了8个子集FFHSE、FFHL、PROFIBUS、PNET、C0NTROLNET、SWIFTNET。213现场总线技术的特点1数字化通信取代420MA模拟信号传统技术，现场层设备与控制器之间的连接是一对一一个I0点对设备的一个测控点所谓IO接线方式，信号传递420MA传送模拟量信息或24VDC传送开关量信息信号。应用现场总线技术可用一条通信电缆将控制器与现场设备智能化、带有通信接口连接，使用数字化通信完成底层设备通信及控制要求。2现场设备智能化应用现场总线技术，要求现场设备传感器、驱动器、执行机构等设备是带有串行通信接口的智能化可编程或可参数化设备。因此，现场总线技术以计算机大规模集成电路的发展为基础。3集现场设备的远程控制、参数化及故障诊断为一体，现场总线采用计算机数字化通信技术连接智能化现场设备，因此，控制器可从现场设备获取大量丰富信息，可实现设备状态、故障、参数信息传送，可完成设备远程控制、参数化及故障诊断工作。4现场总线是计算机网络通信向现场级的延伸，传统的现场层设备与控制器之间的通信采用一对一连线的方式，传输420MA24VDC信号。这种通信技术信息量有限，难以实现设备之间及系统与外界之间的信息交换，使自控系统成为工厂中的“信息孤岛”，严重制约了企业信息集成及企业综合自动化的实现。现场总线技术采用计算机数字化通信技术，使自控系统与设各加入工厂信息网络，成为企业信息网络底层，使企业信息沟通的覆盖范围一直延伸到生产现场。5现场总线技术是实现工厂底层信息集成的关键技术。要成功的实施CIMS，各层次的信息集成及支撑技术计算机网络问题就必须缛到解决。硼川人掌T程顺士学位论义渗漏排水控制单元设备铡试和仿真系统的设计和实现现场总线是工厂计算机网络到现场级设备的延伸，是支撑现场级与车阳J级信息集成的技术基础。总之，现场，CA,线是3C技术计算机、通讯、控制的融合。其技术的特点是信号输出全数字、控制功能全分散、标准统一全开发。“1214当前流行的几类现场总线1基金会现场总线FF基金会总线FF，FOU11D8TJONFIE】DBUS是在过程自动化领域得到广泛支持和具有专有良好发展前景的技术。其前身是以美国FISHERROSEMOURLT公司为首，联合FOXBORO、横河、ABB、西门子等80家公司制订的ISP协议和以HONEYWELL公司为首，联合欧洲等地的L50家公司制订的WORLDFIP协议。屈于用户的压力，这两大集团于L994年9月合并，成立了现场总线基金会，致力于开发出国际上统一的现场总线协议。它以ISO0SI开放系统层上增加了用户层。用户层主要针对自动化测控应用的需要，定义了信息存取的统一规则，采用设备描述语言规定了通用的功能块集。由于这些公司是该领域现场自控设备发展方向的能力，因而由它们组成的基金会所颁布的现场总线规范具有一定的权威性。基金会现场总线分低速H1和高速H2两种通信速率。HL的传输速率为3125KBPS，通信距离可达1900M可加中继器延长，可支持总线供电防爆环境。H2的传输可为LMBPS和25MBPS两种，其通信距离分别为750ITL和5001“11。物理传输介质可支持双绞线、光缆和无线发射，协议符合IEC11582标准。其物理媒介的传输信号采用曼彻斯特编码。”“基金会现场总线的主要技术内容，包括FF通信协议、用于完成开放互连模型中第27层通信协议的通信栈COMMI1NICATIONSTACK用于描述设各特征、参数、属性及操作功能块；实现系统组态、调度、管理等功能的系统软件以及构筑集成自动化系统、网络系统的系统集成技术。1996年在芝加哥举行的ISA96展览会上，由现场总线基金组织实施，首次向世界展示了来自40多家厂商的70多种符合FF协议的产品并将这些分布在不同楼层展览大厅不同展台上的FF展品，用醒目的橙红色电缆，展现了基金会现场总线的基本概貌。2CAN总线CAN总线最早是由德国BOSCH公司推出，用于汽车内部狈0量与执行部件之间的数据通信协议。其总线规范已被IS0国际标准9U川人学T程坝士学位论文渗漏排水控制单YC设备测试和仿真系统的殴计和实现组织制定为国际标准，并且广泛应用于离散控制领域。它也是基于OSI模型，但进行了优化，采用了其中的物理层、数据链路层、应用层，提高了实时性。其节点有优先级设定，支持点对点、一点对多点、广播模式通信。各节点可随时发送消息。传输介质为双绞线，通信速率与总线长度有关。CAN总线采用短消息报文，每一帧有效字节数为8个当节点出错时，可自动关闭，抗干扰能力强，可靠性高。3LONWORKS总线LONWORKS技术是美国ECHELON公司开发，并与MOTOR0LA和东芝公司共同倡导的现场总线技术。它采用了OSI参考模型全部的七层协议结构。LONW0RKS技术的核一TL,是具备通信和控制功能的NEURON芯片。NEURON芯片实现完整的LONWORKS的L0NTA1K通信协议。其上集成有三个8位CPU。一个CPU完成OSI模型第一和第二层的功能，称为介质访问处理器。一个CPU是应用处理器，运行操作系统与用户代码。还有个CPU为网络处理器，作为前两者的中介，它进行网络变量寻址、更新、路径选择、网络通信管理等。由神经芯片构成的节点之间可以进行对等通信。L0NW0RKS支持多种物理介质并支持多种拓扑结构，组网方式灵活，其IS一78本安物理通道使得它可以应用于危险区域。L0NWORKS应用范围主要包括楼宇自动化、工业控制等，在组建分布式监控网络方面有较优越的性能。4PROFIBUS总线PROFIBUS是德国国家DIN19245和欧洲标准EN50170的现场总线标准。由PROFIBUSDP，PR0FIBUSFMS，PR0FIBUSPA组成了PR0FIBUS系列。DP型用于分散外设问的高速数据传输，适合于加工自动化领域的应用。FMS意为现场信息规范，PROFIBUSFMS适用于纺织、楼宇自动化、可编程控制器、低压开关等。而PA型则是用于过程自动化的总线类型，它遵从IEC1L582标准。该项技术是西门子公司为主的十几家德国公司、研究所共同推出的。它采用了OSI模型的物理层、数据链路层。FMS还采用了应用层。传输速率为96KBPS一12MBPS，最大传输距离在L2MBPS时为1OOM15MBPS时为400M，可用中继器延长至10KM其传输介质可以是双绞线，也可以是光缆。最多可挂接127站点。可实现总线供电与本质安全防爆。PROFIBUS支持主从方式、纯主方式、多主多从通信方式。主站对总线具有控制权，主站间通过传递令牌来传递对总线的控制权。取得控制权的四川大学工程硕士学位论文渗漏排水控制单元设备测试和仿真系统的设计和实现置站，可向从站发送、获取信息。5HART总线HART协议是由ROSEM0UNT公司于1986年提出的通信协议。它是用于现场智能仪表和控制室设备间通信的一种协议。它包括LSOOSI模型的物理层、数据链路层和应用层。HART通信可以有点对点或多点连接模式。这种协议是可寻址远程传感器高速通道的丌放通信协议，其特点是在现有模拟信号传输线上实现数字信号通信，属于模拟系统向数字系统转变过程中的过渡产品，因而在当前的过渡时期具有较强市场竞争力，在智能仪表市场上占有很大的份额。6PNET现场总线PNET现场总线技术是由丹麦PR0CESDATAAS公司研究并开发，是一种全世界通用的开放型标准化总线。它可以将生产过程的各个部分，如过程控制计算机、传感器、执行器、IO模块、小型可编程控制器等，通过共用一根双芯电缆加以连接。与传统抑线相比，PNET现场总线技术在工业控制应用中具有很大的优势，它将简化设计和安装，减少布线的数量和费用，避免各种设备故障的发生，实现更直接也更广泛的使用功能。PNET是现场总线的一种，它不同于其它总线的特点是1安装简单2成本较低；3用户开发方便，可在WIND0WSNT平台上用高级语言开发4整含系统的硬件都采用标准的商品芯片，所以改进较快其它的现场总线都用专门设计的芯片，不易改动；PNET较之其它总线有许多实际上的优点，特别适合于食品、饲养、农业方面的应用。7INTERBUS总线INTERBUS作为IEC6LL58标准之一，广泛地应用于制造业和机器加工行业中，用于连接传感器执行器的信号到计算机控制站，是一种开放的串行总线系统。INTERBUS总线于T984年推出，其主要技术开发者为德国的PHOE13XCONTACT公司。INTERBUSC1UB是INTERBUS设备生产厂家和用户的全球性组织，目前在L7个国家和地区设立了独立的CLUB组织，共有500多个成员。INTERBUS总线包括远程总线网络和本地总线网络，两种网络传送相同的信号但电平不同。远程总线网络用于远距离传送数据采用RS一485传输，网络本向不供电，远程网络采用