过程控制毕业设计文档格式.docx

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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

项目

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。

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：

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。

指导老师签名：

日期：

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）I／O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

IgraduatedfromthedesignissueistheDCScontrolsystem,duetoenterthefieldbustechnologyinthemid-1990saftertheveryrapiddevelopment,sosomepeoplehavemadeprojections:

BasedontheFCSbuswillreplaceaDCScontrolTheprotagonist,theanswerreallyisthis?

»

Asanopensystemsinterconnectionoffieldbus,firstofall,theremustbeaunifiedtechnicalstandards,butbecauseofmanyreasons,indifferentareashaveformedafairlymajorimpactonthecampaignbus,suchastheFoundationFieldbus（FF）,LonWorks,PROFIBUS,CAN,HART,andsoon.Ofcourse,avarietyoffieldbusofhealthycompetitionbetweenFCStechnologyisconducivetotheimprovementanddevelopmentaswellastoreducethepricesofproductsandusersofthesysteminvestmentcostsdecrease,however,tocomplywiththecommondevelopmentofuniforminternationalstandards,isthesceneBusdirectionofdevelopment,butalsothebroadmassesoftheuser'

srequirements.Fieldbusindustrialprocesscontroltechnologyisthedevelopmentmainstream,itcanbesaidofthedevelopmentofFCSisarevolutioninthefieldofautomation,itisnecessaryto"

reform"

thelifeoftraditionalinstruments,atthesametimeissuedachallengetotraditionalDCS.DCSforthedevelopmentprocess,becausethecomputersystemsofsomedefectsearlyimpact,resultingintheproductionofself-developerofproducts,andexchangemoredifficulttoachieveinteroperability,thesystemisalsodifficulttoexchangeinformationwiththeoutsideworld,sotheuser,Theenterpriseinformationintegrationtherearesomedifficultiesaddition,DC3decentralizedcontrolisnotcompletelydecentralized,controlfunctionistofocusontheprocessthroughvariouscontrolstationssuchasthePLCtocomplete,manyaspectsoftheperformancecomparedwiththeFCSLargergap.InFCS,smartinstrumentationinsteadofthetraditionalinstruments,distributedcontrolfunctionsdelegatedtothescene,PLC'

srolewillbetoreplaceit»

Theanswerisno.PLCisanindustrialsiteforthecontroldevice,itischaracterizedas:

（1）highreliabilityandanti-disturbancecapacity,canadapttotheadverseindustryenvironmentatthescene.

（2）I/Omodular,intelligent,andfacilitatethecombinationandexpansion.（3）gymnasticsprogramconvenience.（4）improvedsurveillanceanddiagnosticcapabilities.WeshouldseethePLCintuitive,simple,lowprice,easymaintenance,highreliabilityandothercharacteristics,andnowthePLCwillnotonlyachievetheoriginalvolumecontrolswitchandPIDregulator,andotherfunctionsofthePLC,withthefuzzycontrol,neuralYuannetworks,geneticalgorithms,andotherdisciplinesincreasinglymature,PLCcan,andhascontinuedintegrationoftheseandotheradvancedtechnology,Jiaocontrol,communications,andotherfunctionscontinuouslyenhanced,now,fuzzycontrolfunctionshavebeenimplantedintothePLC,theproducthasbeendistributedtothemarket,Controlmorepowerful.

WeanalyzedtheDCStothemaindirectionofcomprehensive,intelligentdirectionofthePCindustry,andprofessionaldevelopmentdirection.

[Keyword]

DCSComputerControlTechniquesProcessControlTechniques.

引言

DCS的概念：

DCS即集散型控制系统，又称分布式控制系统（DistributedControlSystem）。

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

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。

1.1DCS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-2000NSDCS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WindowsNT/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WindowsNT/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WindowsNT/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/ONET），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/ONET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：

-10℃～60℃存放温度：

-40℃～85℃

工作湿度：

≤90%（无凝露）存放湿度：

≤95%（无凝露）高度：

海拔2500m

振动（工作）0.1”振幅：

≤17Hz振动（不工作）0.2”振幅：

≤17Hz

3G峰值冲击：

≤500Hz3G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），160～260Vac，最大600W

操作站：

200～250Vac，50Hz，最大500W

3）.接地电阻<

4Ω

4）.运行速度

采样和控制周期：

50ms～300S冗余信号切换时间：

<

10ms

1.3.4可靠性

系统可靠性指标

平均无故障时间（MTBF）≥10万小时可利用率≥99.9%

为满足上述指标，DCS系统的设计制造和应用中采用了许多保证系统可靠性性能指标的设计方法，制造工艺，安装调试工艺。

具体体现在以下方面：

①设计上采用可靠性预测及各子项的可靠性合理分配。

在具体的设计过程中使用耐环境设计、热设计、电磁兼设计、降额设计等方法来充分保证系统的可靠性指标。

系统的主控制器板采用双CPU协同工作，一个32位CPU分管数据处理运算，一个CPU分管通信，分散CPU的负荷量，延长CPU的寿命，提高系统效率。

FB-2000NS采用具有容错功能的现场总线（I/ONET）连接各I/O模板，并且各I/O模板具有高度智能化功能。

各自完成数据采集、处理以及故障自诊断与自恢复，从而将系统的故障点限制在一块I/O模板范围。

每块模板都设计有带电插拔保证电路，确保模板的带电插拔功能的可靠实现。

互连器件全采用进口接插件，模板的元件采用低功耗的CMOS器件，模板上元件采用降额使用原则，从而保证其可靠性。

所有I/O现场信号都可以采用隔离技术将干扰拒之于系统之外，从而提高信号处理的可靠性。

②在生产制造上有严格的质量保证体系具体体现在以下几个方面：

所有关键元器件和材料，均从国外大公司直接订购，以保证器件和材料的高性能、高可靠性。

元器件经过严格的测试，筛选和老化试验。

全部成品均经过72小时带电运行试验。

a.高低温试验：

（-20℃～60℃）b.湿热试验：

（5～95%相对湿度）

c.振动试验：

（0.1”50Hz）d.射频干扰试验（27┄500MHz10V/m）

③系统的应用中采用：

a.冗余配置。

FB-2000NS系统从操作站、现场控制站、I/O模板、电源，都可以配置成冗余，从而使系统的可靠性指标得到充分保证。

b.系统故障时的快速恢复。

由于I/O模板，主控制器都具有很强的故障自诊断能力，使得定位故障非常容易，加之所有模板都具有带电更换功能，从而使维护系统更加方便快捷。

c.系统限制模板及部件的故障范围及影响。

第二章系统的通信网络

DCS系统的通信网络分三层，如下图。

图2.1DCS系统的通信网络

最上层网络是系统网（SNET），第二层网络是过程控制网（CNET）。

最低层网络是FCS过程控制站内部现场总线I/O网络（I/ONET）

2.1系统网（SNET）

系统网采用工业以太网络。

用于系统信息传送和管理，是实现企业综合管理的信息通道。

系统网的基本特性：

柘扑规范：

总线形结构或星形结构。

传输方式：

曼彻期特编码。

通信速度：

10Mbps，100Mbps。

通信控制：

符合IEEE802.3标准协议和TCP/IP标准协议。

通信介质：

双绞线星形连接，50Ω细同轴缆，粗同轴电缆、光纤等。

网上站数：

最大1024个。

安装与调试

采用标准的工业以太网卡的安装调试方法，具体请参见相应网卡说明书及Windows中的有关网络安装配置说明。

2.2过程控制网（CNET）

2.2.1过程控制网概述

FB-2000NSDCS系统采用高速控制网（CNET），过程控制网络直接连接了系统内的过程控制站、服务器、系统操作站、工程师。

是传送过程控制实时数据的通道，具有很高的实时性和可靠性。

通过服务器站，过程控制网可以与上层的系统网（SNET）或其它厂家设备

连接。

过程控制网基本性能指标如下：

柘扑结构：

总线形结构。

传输方式：

二进制编码。

最大1Mbps

节点