计算机集散控制实验指导

1、计算机集散控制实 验 指 导 书 徐绍芬 编写适用专业： 自动化 电气工程及其自动化 江苏科技大学电子信息学院2011年3月前 言自从20世纪70年代中期第一套集散控制系统在工业控制领域应用以来，集散控制系统已经发展成为工业生产过程自动控制装置的主流。随着计算机技术、通信技术、控制技术、大规模集成电路技术、显示技术、软件技术艺及其它高新技术的应用和发展，集散控制系统也得到了飞速的发展。本课程实验主要从集散控制系统的基本性能和基本操作出发，培养学生分析和设计集散控制系统的能力。本课程实验是从一个简单的工程项目来学习和掌握集散控制JX300X系统以及相应的组态软件。设置的具体实验项目如下：实验1：

2、硬件系统熟悉与操作：了解集散控制系统的组成和结构；熟悉系统规模、控制站规模；掌握控制站卡件型号、名称、性能及输入/输出点数；掌握控制站卡的地址设置。实验2：(设计性实验）JX-300系统的组态设计：了解JX-300X系统组态软件包；掌握控制站、操作站等硬件设备在软件中的配置；掌握I/O设备、信号参数的设置。实验3：(设计性实验）流程图及报表的操作与设计：学习JX-300X系统的流程图制作、报表制作软件包；掌握如何用流程图制作软件来进行工艺流程的绘图制；掌握如何用报表制作软件来自动生成报表。实验4（设计性实验）：加热炉控制系统的设计：进一步加深对集散控制系统的了解；了解一个工程项目实现的过程；学

3、会对系统硬、软件的调试、编译、下载和运行等。目 录实验一：硬件系统熟悉与操作4实验二：JX-300系统的组态设计7.实验三：流程图及报表的操作与设计11实验四：加热炉控制系统的设计14实验一：硬件系统熟悉与操作实验学时：2小时实验类型：综合实验要求：必修一、实验目的：1、 了解集散控制系统的组成和结构；2、 熟悉系统规模、控制站规模；3、 掌握控制站卡件型号、名称、性能及输入/输出点数；4、 掌握控制站卡的地址设置。二、实验内容：硬件简介：1、 JX-300X DCS系统网结构如图1.1所示：图1.1 JX-300X DCS系统网结构示意图通讯网分为三层：信息管理、过程控制（SCnet II）

4、和控制站内部I/O控制总线（SBUS）。2、 控制站卡件控制站卡件位于控制站卡件机笼里，主要由主控卡、数据转发卡和I/O卡组成。卡件按一定的规则组合在一起，完成信号采集、信号处理、信号输出、控制、计算、通讯等功能。控制站卡件一览表如表1.1所示：表1.1 控制站卡件一览表硬件选型：1、 根据测点性质确定系统I/O卡件的类型及数量（适当留有余量），对于重要的信号点要考虑是否进行冗余配置；2、 根据I/O卡件数量和工艺要求确定控制站和操作站的个数；3、 根据上述设备的数量配置其它设备，如机柜、机笼、电源、操作台等；4、 对于开关量，根据其数量和性质要考虑是否选配相应的端子板、转接端子和继电器。Sc

5、net II网络组件地址设置： 对TCP/IP协议地址采用如表1.2所示的系统约定：表1.2系统约定的参数类 别地址范围备注网络码IP地址控制站地址128.128.131每个控制站包括两快互为冗余主控制卡。两个冗余主控制卡享用不同的IP地址，两个网络码128.128.231操作站地址128.128.1129160每个操作站包括两快互为冗余的网卡。两两块网卡享用不同的IP地址，但应设置不同的网络码128.128.2129160网络码128.128.1和128.128.2代表两个互为冗余的网络。在控制站表现为两个互为冗余的通讯口，上为128.128.1，下为128.128.2。在操作站表现为两块网

6、卡，每块网卡所代表的网络号由IP地址设置决定。三、实验组织运行： 本实验是以介绍JX-300X DCS系统为主要内容，所以采用集中授课形式教学。每批分20组，每组1人。四、实验条件：1、JX-300X集散控制系统 一套2、DELL工控机计算机 一台3、JX-300X DCS系统组态软件包 一套五、实验练习：1、 参考实验四的工程项目进行硬件配置。2、 TCP/IP协议地址的系统约定。六、思考题：1、硬件选型时，I/O卡件选型的主要依据是什么？实验二：JX-300系统的组态设计实验学时：2小时实验类型：设计实验要求：必修一、实验目的：1、了解JX-300X系统组态软件包；2、掌握控制站、操作站等

7、硬件设备在软件中的配置；3、 掌握I/O设备、信号参数的设置。二、实验内容：参考实验四加热炉控制系统进行硬件设备、系统所需采集的信号、控制方案、操作时需显示的数据和如何操作等完成系统组态。三、实验组织运行：根据实验特点，以集中模式组织实验教学。每批分20组，每组1人。每组学生必须完成所规定的实验内容，经教师认可后才视为完成实验。四、实验条件：1、JX-300X集散控制系统 一套2、DELL工控机计算机 一台3、JX-300X DCS系统组态软件包 一套五、实验步骤： 对于一个项目的组态设计，主要是指利用JX-300X DCS系统组态软件包，在工程师站上完成的设计、配置工作，组态设计基本上按照以

8、下步骤进行：1、 整理硬件及I/O信息，测点分配表如表2.1表2.1 测点分配图测点分配图序号卡件型号卡件通道0001020300SP313PI-102LI-101 备用备用01SP313PI-102LI-101备用备用02SP313FI-001FI-14备用备用03SP313FI-001FI-104备用备用04SP314TI-106TI-107备用备用05SP314TI-102TI-103备用备用06SP314TI-108TI-111备用备用07SP000备用备用备用备用08SP316TI-101备用备用备用09SP316TI-101备用备用备用10SP322PV-102FV-104LV-1

9、011LV-101211SP322PV-102FV-104LV-1011LV-101212SP000备用备用备用备用13SP000备用备用备用备用14SP362KO-302备用备用备用15SP363KI-301备用备用备用2、 建立组态文件电脑开机,开机密码为:supcondcs。进入系统后，双击桌面 JX-300X组态 图标，新建文件名“加热炉”，指定保存路径，点击保存。新建组态文件时，系统会生成（文件名）.sck的组态文件，同时,在同一目录下系统会自动生成一个和组态文件同名的文件夹。该文件夹下包含着一些小文件夹：control：存放图形化组态文件；flow：存放流程图文件；lang：存放S

10、CX语言文件； report：存放报表文件； run：存放运行文件； temp：存放临时文件。3、 主机设置点击组态软件界面上的 主机 按钮，在弹出的对话框中设置主机。这时对话框中出现“主控卡” 选项，在这里可以进行主控卡设置，点击 增加 按钮 ，即增加一个控制站。接下来填写相应控制站的参数。IP地址：JX300X系统主控卡在ScnetII网络中的地址，对TCP/IP协议地址采用表1.2所示的系统约定。点击“操作站”标签，可对操作站进行配置，点击 增加 按钮 ，即增加操作站。填写相应操作站的参数。4、 控制站I/O组态主机设置完成后，可进行控制站I/O组态：包括数发卡、I/O卡、信号点设置。点

11、击工具栏 I/O 按钮，在弹出的对话框中设置数发卡。这时对话框中出现“数据转发卡” 选项，在这里可以进行数发卡设置，点击 增加 按钮 ，即增加一个数发卡。接下来填写相应的参数。完成数发卡设置后点击 退出 按钮。点击“I/O卡件”标签，可对I/O卡件进行组态，点击 增加 按钮 ，即增加I/O卡件。填写相应I/O卡件的参数。地址设置参考机笼卡件布置表，如表2.2。I/O卡件全部设置完毕后点击 退出 按钮。点击“I/O点”标签，可对I/O信号点进行组态，通过下拉菜单选择I/O卡件设置中的任意I/O卡件下地某信号点进行设置。参考测点分配图设置。当I/O信号点全部设置完毕后点击 退出 按钮，至此，I/O

12、组态全部完成。表2.2 1#机笼卡件布置图123400010203040506070809101112131415冗余冗余冗余冗余冗余冗余SP243SP243SP233SP233SP313SP313SP313SP313SP314SP314SP314SP000SP316SP316SP322SP322SP000SP000SP362SP3635、 控制方案组态图2.1 PI-102与PV-102构成单回路本实验的控制要求中，回路控制的前两个要求都是标准常规回路。加热炉烟气压力PI-102与PV-102构成一个单回路PIC-102，参见图2.1。原料加热炉出口温度TI-101控制是一个串级控制其中副回

13、路是流量控制，流量测量信号为FI-104，输给调节阀的信号是FV-104，回路号为FIC-104，主回路是温度控制，温度测量位号为TI-101，回路号为TIC-101。点击工具栏 常规 按钮，在弹出的对话框中设置控制方案。点击 增加 按钮 ，即增加一个控制方案。选择相应的控制方案。完成控制方案设置后点击 退出 按钮。6、 操作站组态点击工具栏 操作小组 按钮，在弹出的对话框中设置操作小组。点击 增加 按钮 ，即增加一个操作小组。填写相应的参数。完成操作小组参数设置后点击 退出 按钮。趋势画面组态：点击工具栏 趋势 按钮，在弹出的对话框中设置标准趋势画面。在“操作小组”下拉菜单中选择“加热炉”，

14、选择好操作小组后点击 增加 按钮 ，在该操作小组中增加趋势画面。设置画面内容（ ？按钮提供位号的查询功能）。完成趋势画面设置后点击 退出 按钮。分组画面组态：点击工具栏 分组 按钮，在弹出的对话框中设置标准分组画面。在“操作小组”下拉菜单中选择“加热炉”，选择好操作小组后点击 增加 按钮 ，在该操作小组中增加分组画面。设置画面内容（ ？按钮提供位号的查询功能）。完成分组画面设置后点击 退出 按钮。一览画面组态：点击工具栏 一览 按钮，在弹出的对话框中设置标准一览画面。在“操作小组”下拉菜单中选择“加热炉”，选择好操作小组后点击 增加 按钮 ，在该操作小组中增加一览画面。设置画面内容（ ？按钮提

15、供位号的查询功能）。完成一览画面设置后点击 退出 按钮。总貌画面组态：点击工具栏 总貌 按钮，在弹出的对话框中设置标准总貌画面。在“操作小组”下拉菜单中选择“加热炉”，选择好操作小组后点击 增加 按钮 ，在该操作小组中增加总貌画面。设置画面内容（ ？按钮提供位号的查询功能）。完成总貌画面设置后点击 退出 按钮。提示：组态顺序必须是：先操作小组，后操作画面。六、思考题：1、 I/O卡件的组态和I/O卡件的硬件排布有何联系？七、实验报告：实验报告内容应包括：系统所进行的硬件设备、系统采集的信号、控制方案、操作时需显示的数据和如何操作等的系统组态过程。实验三：流程图及报表的操作与设计实验学时：2小时

16、实验类型：设计实验要求：必修一、实验目的：1、学习JX-300X系统的流程图制作、报表制作软件包；2、掌握如何用流程图制作软件来进行工艺流程的绘图制；3、掌握如何用报表制作软件来自动生成报表。二、实验内容：1、绘制一幅工艺流程图，如图3.1所示： 图3.1 加热炉流程图2、制作一张能自动生成的班报表，如表3.1所示:表3.1班报表三、实验组织运行：根据实验特点，以集中模式组织实验教学。每批分20组，每组1人。每组学生必须完成所规定的实验内容，经教师认可后才视为完成实验。四、实验条件：1、JX-300X集散控制系统 一套2、DELL工控机计算机 一台3、JX-300X DCS系统组态软件包 一套

17、五、实验步骤1、 建立流程图文件：点击组态软件界面上的 流程图 按钮，即可进入系统流程图登录窗口。利用“操作小组”下拉菜单指定流程图画面的当前页在哪个操作小组中显示。接下来在画面中点击 增加 按钮，在该小组中增加一条流程图连接信息，填写相关参数即可。点击“编辑”按钮，将启动流程图制作软件。2、 绘制流程图：对于流程图制作软件，出现在画面上的图形元素可粗略分为两类：静态图形元素直线、弧线、各种矩形、圆、多边形等各种工业装置的基本组成单元以及标注的字符等。动态图形元素主要是指流程图画面上出现的动态数据、动态棒形图、动态开关、命令按纽等。图形元素的绘制主要通过软件界面上左侧的绘制工具栏上的功能按钮来

18、实现。绘图步骤：确定主体设备的位置。根据图纸添加管线。添加相关的仪表和设备。添加动态数据。填写设备和管线标注。流程图制作完毕后应保存，点击 保存 按钮。3、 建立报表文件：点击组态软件界面上的 报表 按钮，即可进入系统报表登录窗口。利用“操作小组”下拉菜单指定报表画面的当前页在哪个操作小组中显示。接下来在画面中点击 增加 按钮，在该小组中增加一条报表连接信息，填写相关参数即可。点击“编辑”按钮，将启动报表制作软件。4、报表制作： 报表制作步骤：确定报表所需的行列数。制作表头。报表格式设定。时间对象的组态和填充。位号的组态和填充。报表事件组态。报表输出设置。 请注意，对任何一个单元栏目进行设置以

19、后，都需要按“回车”键对刚才的操作进行确认。六、思考题：1、 用户添加了一页新流程图，并进行了精心绘制，但进入监控画面中却无法找到该页流程图，为什么？2、 为什么对流程图进行了修改，在监控画面中却没有体现？3、 绘制流程图中，动态数据在监控画面中无法显示，监控时点击该数据框也无法弹出相应的模拟仪表，为什么？七、实验报告： 实验报告内容应包括：记录流程图和报表的制作过程中所遇到的问题和解决方案，绘制你所完成的流程图和报表，回答思考题以及心得体会。实验四：加热炉控制系统的设计实验学时：2小时实验类型：设计实验要求：必修一、 实验目的：1、 进一步加深对集散控制系统的了解。2、 熟悉一个工程项目实现

20、的过程。3、 学会对系统硬、软件的调试、编译、下载和运行。二、 实验内容：设计一个加热炉控制系统，加热炉是化工生产工艺中的一种常见设备。对于加热炉，工艺介质受热升温或同时进行气化，其温度的高低会直接影响后一工序的操作工况和产品质量。当炉子温度过高时，会使物料在加热炉里分解，甚至造成结焦而产生事故，因此，一般加热炉的出口温度都需严加控制。现有一套加热炉装置，原料油经原料油加热炉（设备号T101）加热后去1反，中间反应物经中间反应物加热炉（设备号T102）去2反。如图4.1所示。图4.1 加热炉流程图设备详细I/O资料如下表4.1：表4.1：三、设计要求：1、 回路控制 加热炉烟气压力PI-102需要进行控制，如图4.2所示。图4.2 PI-102与PV-102构成单回路这里，PI-102与PV-102构成了一个单回路，回路号为PIC-102。 原料加热炉出口温度TI-101需要进行控制，由于加热炉具有较大的时间常数和纯滞后时间，单回路控制效果不理想。在操作过程中，燃料气流量波动是温度的主要干扰因素。因此，采用加热