集散实验报告.docx

1、集散实验报告集散控制系统及应用实验报告学院（部）：专业：自动化班级：姓名：学号：2016年12月实验一CENTUM VP系统的认识实验实验目的: 1.了解集散控制系统的组成和结构 2.熟悉系统规模和控制站规模 3.掌握控制站卡件型号，名称，性能以及输入输出点数 4.掌握控制站的地址设置实验原理：集散系统实质上是一种分散型自动化系统，又称做以微处理机为基础的分散综合自动化系统。集散系统具有分散监控和集中综合管理两方面的特征，而更将集 字放在首位，更注重于全系统信息的综合管理。80年代以来，集散系统逐渐取代常规仪表，成为工业自动化的主流。工业自动化不仅体现在工业现场，也体现在企业事务行政管理上。集

2、散系统的发展及工业自动化的需求，导致了一个更庞大、更完善的计算机集成制造系统CIMS（Computer Integrated Manufacturing System）的诞生。集散系统一般分为三级：过程级、监控级和管理信息级。集散系统是将分散于现场的以微机为基础的过程监测单元、过程控制单元、图文操作站及主机（上位机）集成在一起的系统。它采用了局域网技术，将多个过程监控、操作站和上位机互连在一起，使通信功能增强，信息传输速度加快，吞吐量加大，为信息的综合管理提供了基础。因为CIMS具有提高生产率、缩短生产周期等一系列极具吸引力的优点，所以已经成为未来工厂自动化的方向。实验内容：集散型控制(Dis

3、tributed Control System)是解决现代大型系统控制的有效方法，它的实质是利用计算机技术对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制的一种新型控制技术，具有通用性强、系统组态灵活、控制功能完善、数据处理方便、显示操作集中、人机界面友好、安装简单规范化、调试方便、运行安全可靠等特点。在相关的工控组态软件下进行模拟设计多点传感器数据传输控制组态设计，要求界面设计合理规范，数据传输控制动作设计合理。实验步骤：组态”的概念来自英文configuration。使用软件工具对计算机及软件的各种资源进行配置，达到使计算机或软件按照预先设置，自动执行待定任务，满足使用者要求的目的。通过软件采

4、用非编程的操作方式，进行参数填写、图形连接和文件生成等，使得软件乃至整个系统具有某种指定的功能。1.分布式控制系统的组态：系统组态：组成系统的各设备间的连接画面组态：操作站的各种画面、画面间连接控制组态：完成各控制器、过程控制装置结构连接、参数设置等功能块或算法 功能块或算法：控制系统结构中的基本单元。（1）组成：功能块是由分布式系统制造商提供的系统应用程序，由不同需功能的子程序组成，主要包括结构参数、设置参数和可调整参数。从可组态性的要求出发，功能块的参数应具有易设置、易调整的特点。 结构参数：功能参数子功能、不同数据类型、多输入信号；充分利用内存、减少消耗。连接参数功能参数与外部的连接；软

5、连接设置参数：系统设置参数和用户设置参数可调整参数：运行元可调参数和工程师可调参数（2）信息的输入方法：功能表格：机器码、助记符、菜单功能图法：填表法、建立数据库编制程序法：（高级）编程语言、计算模块（3）根据可组态性判断功能块的质量：灵活性：功能块代替仪表的部分功能满足过程控制的要求，专用功能块，功能参数的设置，灵活组合成各种功能。实施功能块组态方便：提示信息、参数默认值、自动建立连接参数。维修和调试：软接线方式、检查模块运行情况先进性:采用分布式控制系统的目的就是提高系统的自动化水平。对于先进的控制算法、采用仪表时投资较大的计算指标的控制算法，功能块能否实现。完善性：适应常规控制、顺序控制

6、、批量控制的要求设置专用功能模块、扩大功能，简化组态操作。（4）功能块按功能划分：输入与输出类模块：按信号的类型：模拟量、数字量、脉冲量输入功能块：预处理（数字滤波、线性化、开方处理、工程单位转换、报警界限比较、超限报警、事故报警信号故障报警）输出功能块：自动切换、手动信号输出、控制方式选择、输出信号限值比较、超限报警及手自动切换时的跟踪处理控制算法类功能模块:常规控制算法和高级控制算法P、I、D及其组合、改进超前滞后控制算法开关控制算法自整定PID控制算法纯滞后的Smith预估控制算法 预测控制算法运算类：数学运算和逻辑运算(顺序功能模块、比较模块)信号发生类：阶跃、斜波、正弦、方波、非线性

7、转换类整形、延时脉冲记数、方波信号用于信号翻转、数据集（data set）的传送2. 过程显示画面 过程显示画面是操作站显示屏所显示的画面，包括系统画面和过程操作画面。系统画面：用于系统维护，通常由系统的结构、通信网络和各组成设备及运行状态等信息组成。过程操作画面：用户过程画面、概貌画面、仪表面板画面、检测和控制点画面、趋势画面和各种画面一览表、报警与事件一览表等。显示画面的组态：用户过程画面的分页静态和动态画面的绘制及合成各画面间的连接等从可组态性的观点来看，分页少有利于减少组态工作量，但从可操作性看，过多的设备和变量显示集中在一幅画面，容易造成操作的失误。用户过程画面的组态:用过程显示图形

8、符号和数据显示组合的工作，是操作员与计算机联系的界面。标准化：图形标准化、图库协调性：排列位置、尺寸大小、颜色分配、数据显示刷新速率等内容的协调。操作灵活性：动、静态画面绘制合成、画面编辑、画面调用直观性：颜色填充、棒图升降等直观显示变化趋势的方法3.集散控制系统的操作方式一、仪表盘操作方式集散控制系统的仪表盘操作指过程控制站的部分操作在仪表盘进行，它通常包括盘装的 单回路、多回路控制器、可编程逻辑控制器、模拟仪表后备和简易型操作终端的操作。二、CRT操作方式集散控制系统中的CRT操作方式：通过操作站的CRT、触摸屏幕、鼠标或球标、键盘等设备或者语音等输入设备对生产过程进行操作以及系统、控制组

9、态和维护的操作。三. 组态操作集散控制系统的组态操作包括分散过程控制装置和操作站的组态，可引申到现场智能变送器、一体化安装的带控制器的执行机构的组态和上位管理站的组态。组态操作包括系统组态、控制组态、画面组态和操作组态等。（1）系统组态v 根据己有的集散控制系统，确定各设备的可寻址的标志号、各设备之间的连接关系 所包含的软件环境以及相应操作系统。v 硬件和软件操作v 软件的组态工作包括对有关设备送入相应v 的操作系统和软件、用软件的方式描述各设备之间的连接关系和安装位置等。（2）控制组态v 确定各分散过程控制装置的输入输出通道特性、建立数据库，确定控制方案和实施手段等。v 采用内部仪表 (功能

10、模块)的软连接来实现。v 可以用图形或文字的方式表示它们的连接关系，各模块的内部参数可以直接输入或填表输入。（3）画面组态v 画面组态包括操作站、简易型操作终端、工程师站以及上位管理站的用户画面的组织、画面的生成、数据点的确定、调用画面的手段等。v 操作站、管理站、工程师站以及简易型操作终端的画面组态。 （4）操作组态v 操作组态用于对多台操作站的分工、外部打印机的分工及管理等的组织工作。v 操作台冗余：通常多台CRT并行显示和操作。有些工艺过程，因开、停车时操作较复杂，需有多名操作人员操。结果分析：实验二、三加热炉监控画面设计及现场控制站组态设计1.实验目的熟悉centum vp系统的控制思

11、想及设计流程熟悉centum vp温度控制fcs组态设计熟悉centum vp温度控制his组态设计了解pid控制算法在dcs系统中的实现方法2.实验原理（1）系统实物图（2）系统控制流程图3.实验内容建立温度控制系统组态4.实验步骤建立工程图5-14 创建FCS，HIS站项目公用数据组态项目公用数据组态（COMMON）是通过其文件夹内的各个组态器完成。1、安全等级（Security）组态器主要是定义用户群组的安全级别，以及不同的群具备的操作监视功能和不同安全级别在操作监视中的区别。Centum VP指定了严密的操作、监视安全等级，确保对HIS的错误操作或非权威进入，为此对每一个用户定义了用户

12、名、用户组和安全等级。使用时要输入用户名和口令才能进入相应的操作、监视环境中，根据用户的工作责任，定义了HIS的三种安全等级，即S1、S2和S3，其中S3等级最高，S1等级最低。点击工程PJT07-FCS0101-COMMON，在右侧窗口中双击UserSec打开窗口。窗口中的默认用户组问“DEFGRP”表示用户可以操作显示全部FCS以及相应等级的HIS自定义窗口；“NONEGRP”则表示用户不可以操作显示。现场控制站组态（FCS）1、FCS常数组态器2、组态I/O卡件控制点组态到卡件中(1)组AI点TIC100到卡件中点击AAI143-S进入图5-21所示的画面，键入工位名称和注释，保存退出。

13、图5-21 AI点组态到卡件(2)组AO点V002到卡件中点击AAI543-S进入入图所示的画面，键入工位名称和注释，保存退出。图5-22 AO点组态到卡件(3)组DI点PB01、LA01、LA02到卡件中点击ADV151-P进入入图所示的画面，键入工位名称和注释，保存退出。图5-23 DI点组态到卡件(4)组DO点V001、V003到卡件中点击ADV551-P进入入图所示的画面，键入工位名称和注释，保存退出。图5-24 DO点组态到卡件3、常规控制功能组态器对FCS的常规控制功能组态之前，必须完成整个工程项目的控制方案研讨及确定，包括工艺流程图、回路连接图以及各种复杂控制回路确定，同时确定各

14、种指示、记录、报警和积算等功能，从而构成现场控制站（FCS）的常规控制功能。生成PID模块点击PJT07FCS0101FUNCTION_BLOCK，打开组态图，双击右侧窗口中的DR0002进入到模拟量的组态画面中，再在菜单栏InsertFunction Block，选择插入功能模块，或者在工具栏选择快捷方式进入功能块选择界面，如图5-25。然后在模块名称选项框中选择PID设置项，点击OK，在画图面板上点击一下就出现了一个PID块，同时键入标签名字（如TIC-1）。图5-25 生成PID模块选中功能块（变绿色）后双击，可进入功能块属性设置界面，如图5-26。图5-26 功能块属性设置界面在功能模

15、块属性窗口中主要对功能模块位号（Tag）、功能模块类型（Model）、位号注释（Comment）、刻度上下限（Scale）、工程单位（Unit）、输入信号转换（Conversion）、计时器单位（Time Unit）、以及权限（Lvl）等内容进行设置。选中功能块（变绿色）后鼠标右键单击选择Edit Detail或者在工具栏选择，可打开功能块详细设定组态器，如图5-27。功能块详细设定组态器主要是对功能块模块属性窗口的内容进行补充。该窗口定义每个功能块的详细内容，包括基本项、位号、报警、控制运算算法、输出连接及其他内容的填写，有些内容已经在上一步定义好了。图5-27 功能块详细设定组态器生成其它

16、模块在示例中我们分析了用到了哪些功能块，按照上述方法在GR0002编辑区内拖画定时器块TM（标签名字为TM-1）；手操器模块MLD-SW（标签名为MLD-1）；输入指示模块PVI（标签名为PVI-1）； 2个通道连接模块PIO；顺控表模块ST16（标签名为STB-1），完成PID块的回路连接（连线快捷方式，,起点叉单击，终点叉双击），如图5-28。图5-28 回路连接计时器设定选中TM-1模块，变绿色后右键单击进入计时器详细设定组态器，如图5-29设定。图5-29 计时器设定4、顺序控制功能组态器在顺序控制功能组态之前，首先必须定义与顺序控制有关的内容，分别是公用开关、打印信息、公共信息、操作

17、指导信息及顺序信息请求功能，然后进入顺序功能块的组态。定义公用开关路径：FCS0101-SWITCH-双击右侧窗口文件SwitchDef，进入窗口后键入工位名称和注释，如图5-30所示，保存退出。图5-30 定义公用开关生成操作指导信息路径：FCS0101-MESSAGE-双击右侧窗口文件OG0101，进入窗口后键入操作指导信息内容，保存退出。图5-31 生成操作指导信息其它信息的组态路径：FCS0101-MESSAGE-双击右侧各窗口文件可进入报警器信息组态器（AN0101），信号事件信息组态器（EV0101），打印信息组态器（SD0101）。本示例中可不组态。顺序功能块的组态当与顺序功能有

18、关的信息组态完毕后，就可以进入顺序控制功能块的定义组态器，然后再进入顺序控制表格，详细设定组态器的组态程序。在DR0001控制图组态页面上，选择STB-1功能块，然后进入详细编辑窗口，填写顺控表。填写顺控表选中STB-1，进入顺控表详细编辑窗口，首先选择顺控表处理时序（TC），指定扫描速度（Basic Scan）。然后按要求填写顺控表，如图5-32。最后点击数据更新，退出详细编辑窗口，保存数据。图5-32 顺控表填写人机接口组态（HIS）图5-41 加热反应的流程图画面控制分组控制分组也是流程图的一种，它默认的名称以CG开头，其作用是把一些相关的仪表面板放在一张图形里进行操作和监视，应用非常广

19、泛。双击CG0001文件进入控制分组的组态界面。选中第一块仪表进入属性设置，Winforms Control选项卡中进入Property Page设置，填写Tag名。图5-42 控制分组组态界面仪表面板有全尺寸和半尺寸之分，前者可以操作和监视，最多有8块仪表；后者只能监视，最多有16块仪表，因此在建立新的控制分组时，会要求我们选择是8回路的还是16回路。图5-43 8回路或16回路选择总貌窗口总貌窗口用于监视仪表或者图形画面的状态，也可以通过它实现操作窗口的调用和切换。创建好总貌窗口以后，就可以对其内部的总貌块进行定义了，默认状态下有32个总貌块。选中一块OverView，进入属性可以做相关的

20、设置。例如在第一个总貌块调用GR0002流程图窗口。选择窗口名称图5-44 总貌窗口设定5.结果分析集散控制系统是采用标准化、模块化和系列化设计，由过程控制级、控制管理级和生产管理级所组成的一个以通信网络为纽带的集中显示操作管理，控制相对分散，具有灵活配置、组态方便的多级计算机网络系统机构。DCS的组态软件在整个压力集散控制系统的工作中起着重要作用，它需要完成的任务很多。我们只是完成了其中关键的工作，还有其它一些工作有待于进一步补充，使之不断完善。6.心得体会 通过本次课程实验，我更加明白了集散控制系统的组成以及功能分散、管理集中的原则思想。比较课堂上的教学，实验中让我对该课程有了进一步清晰的认识。通过现场仿真，对CENTUM VP系统有了清晰的认识，了解了如何建立工程，以及输入输出的卡板的建立和控制点组态到卡件中的过程。通过系统的调试，让我认识到集散控制系统在自动化领域的重要性。