過程控制實驗裝置現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)設(shè)計.doc

-I-過程控制實驗裝置現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)設(shè)計ProcessControlaboutExperimentDeviceandFieldBusControlSystemDesignation學(xué)生學(xué)號：學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：起止日期：摘要現(xiàn)場總線技術(shù)是當(dāng)今自動化領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展熱點之一，被譽為自動化領(lǐng)域的計算機局域網(wǎng)，它的出現(xiàn)標(biāo)志著自動化控制技術(shù)又一個新時代的開始。現(xiàn)場總線是連接設(shè)置在控制現(xiàn)場的儀表與設(shè)置在控制室內(nèi)的控制設(shè)備的數(shù)字化、串行、多站通信的網(wǎng)絡(luò)。其關(guān)鍵標(biāo)志是能支持雙向、多節(jié)點、總線式的全數(shù)字通信。畢業(yè)設(shè)計（論文）題目-II-本文基于本校的自動化教研室過程裝置對象及現(xiàn)場總線實驗裝置，重點研究通過PROFIBUS協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和交互的現(xiàn)場總線模塊替代常規(guī)的現(xiàn)場檢測和變送裝置，采用工業(yè)以太網(wǎng)與上位機進(jìn)行通訊和遠(yuǎn)程控制，從而使整個控制系統(tǒng)實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化和數(shù)字化。裝置除了提供基本的三階水槽液位對象之外，還具有純滯后盤管組成的純滯后環(huán)節(jié)，可以進(jìn)行大時滯對象的相關(guān)研究。上位機控制系統(tǒng)采用比較先進(jìn)的基于PROFIBUS現(xiàn)場總線的西門子WINcc控制系統(tǒng)。被調(diào)參數(shù)囊括了壓力、流量、液位、溫度四大熱工參數(shù)，對象中安裝了各類檢測變送儀表和執(zhí)行單元，執(zhí)行機構(gòu)中，又有氣動調(diào)節(jié)閥、三相SCR移項調(diào)壓等儀表類執(zhí)行機構(gòu)又有變頻器等電力拖動類執(zhí)行器，相當(dāng)于一個微縮了的常用生產(chǎn)過程裝置。關(guān)鍵字：總線；PROFIBUS；WINCC；控制對象AbstractFieldBustechniqueisahotspotintheareaofautomation,whichisnamedcomputerintranet,itsappearancemeansanewerahascomeinauto-spot.FieldBusisadigital,cacaded,mutistationcommunicationnetconnectingmetersinsiteandcontrolequipmentinconsolecabinet.Itscharacteristicsidentificationistosupportbilateral,multi-node,busedtotaldigitalcommunication.ThisessayisbasedonthecontrolledobjectsinautoDept.andFieldBusforexperimentequipment,mainpointistheresearchonadoptingPROFIBUSprotocoltotransmittingdataandmutualFieldBusmodulartakingplaceofroutinespotdetectandtransmittingdevices,andadoptingindustrial-III-Ethernettocommunicateandremotecontrolwithsuperiorcomputer,alltomakethewholesystemcontrolstrategyinthecharacteristicofnetanddigit.Theexperimentprovidesrudimentarythird-orderwaterchanneland,purelagcoilpipe,too.Thismakesthesystemsuitablefortheresearchoftimelagobjects.SuperiorcomputercontrolsystemadoptsWINCCbasedonadvancedPROFIBUS.Regulatedparametersincludepress,flowratio,liquidlevel,temperaturewhicharecalledfourmainheatengineeringparameters.Controlledobjectsinstalldetectionandtransmittinginstrument,operatingcell,thelatterincludesthekindofair-poweredcontrolvalve,threephaseshiftSRCvoltageregulationoperatorthatiscalledmeterizedoperator,electric-drivedoperatorsuchasconverterisincluded.Thismakesthesystemequaltoamicro-installingusuallyadoptedinindustry.Keyword:Bus；PROFIBUS；WINCC；controlledobject畢業(yè)設(shè)計（論文）題目-IV-目錄摘要.IAbstract.II第一章緒論.11.1概述.11.2國內(nèi)外研究水平和發(fā)展趨勢.3第二章實驗室過程裝置流程.52.1被控對象.52.2檢測裝置.52.3執(zhí)行機構(gòu).62.4總線控制柜.72.5控制系統(tǒng)模塊組成.72.6器件選型.8第三章現(xiàn)場總線控制系統(tǒng).103.1現(xiàn)場總線的組成.103.2現(xiàn)場總線體系結(jié)構(gòu).103.3現(xiàn)場總線的技術(shù)特點及優(yōu)點.113.3.1現(xiàn)場總線的技術(shù)特點.113.3.2現(xiàn)場總線的優(yōu)點.113.4.1.PROFIBUS的定義及分類.123.4.2.PROFIBUS的協(xié)議結(jié)構(gòu).133.4.3.PROFIBUS-DP設(shè)備類型.14第四章軟件的生成.154.1組態(tài)的介紹.154.2VINCC的概述.154.3VINCC性能特點.164.3WINCC的通訊連接和畫面組態(tài)方法.17第五章上位機監(jiān)控組態(tài)軟件.185.1組態(tài)步驟.185.2本次設(shè)計上位機組態(tài)的生成.19第6章結(jié)束語.32致謝.33-V-參考文獻(xiàn).34-1-第一章緒論1.1概述現(xiàn)在的自動化系統(tǒng)是由許多智能化的孤島組成的，不得不用大量的電纜將它們“組合”起來，為解決這一問題便產(chǎn)生了現(xiàn)場總線。它是連接智能現(xiàn)場設(shè)備和自動化系統(tǒng)的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)。因此引發(fā)了繼分散控制系統(tǒng)（DCS）后的又一場儀表變革現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FieldbusControlSystem簡稱FCS。）。現(xiàn)場總線是近年來自動化領(lǐng)域中發(fā)展很快的互聯(lián)通信網(wǎng)絡(luò)，具有協(xié)議簡單開放、容錯能力強、實時性高、安全性好、成本低、適于頻繁交換等特點。目前，國際上各種各樣的現(xiàn)場總線有幾百種之多，統(tǒng)一的國際標(biāo)準(zhǔn)尚未建立。較著名的有基金會現(xiàn)場總線(FF)、HART現(xiàn)場總線、CAN現(xiàn)場總線、LONWORKSF現(xiàn)場總線、PROFIBUS現(xiàn)場總線、MODBUS、PHEONIX公司的INTERBUS、AS-INTERFACE總線等。在計算機自動控制系統(tǒng)急速發(fā)展的今天，特別是考慮到現(xiàn)場總線已經(jīng)普遍地滲透到自動控制的各個領(lǐng)域的現(xiàn)實，現(xiàn)場總線必將成為工業(yè)自動控制領(lǐng)域主要的發(fā)展方向之一。現(xiàn)場總線技術(shù)一直是國際上各大公司激烈競爭的領(lǐng)域；并且國外大公司已經(jīng)在大力拓展中國市場，發(fā)展我國的現(xiàn)場總線產(chǎn)品已經(jīng)刻不容緩?，F(xiàn)場總線對自動化技術(shù)的影響意義深遠(yuǎn)。當(dāng)今可以認(rèn)為現(xiàn)場總線是提高自身系統(tǒng)整體水平的基礎(chǔ)技術(shù)，對國民經(jīng)濟影響重大。因此，要在自動化領(lǐng)域中推廣英和發(fā)展現(xiàn)場總線隨著計算機可靠性的提高，價格的大幅度下降，出現(xiàn)了數(shù)字調(diào)節(jié)器、可編程控制器以及由多個計算機構(gòu)成的集中、分散相結(jié)合的集散控制系統(tǒng)。這就是今天正在被許多企業(yè)采用的DCS系統(tǒng)。DCS系統(tǒng)中，測量變送儀表一般為模擬儀器，因而它是一種模擬數(shù)字混合系統(tǒng)。這種系統(tǒng)在功能、性能上較模擬儀表、集中式數(shù)字控制系統(tǒng)有了很大進(jìn)步，可在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)裝置級、車間級的優(yōu)化控制。但是，在DCS系統(tǒng)形成的過程中，由于受計算機早期存在的系統(tǒng)封閉這一缺陷的影響，各廠家的產(chǎn)品自成系統(tǒng)，不同廠家的設(shè)備不能互連在一起，難以實現(xiàn)互換與操作，組成更大范圍信息共享的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)存在很多困難。自動化控制系統(tǒng)就是通信網(wǎng)絡(luò)把眾多的帶有同新接口的控制設(shè)備、檢測元件、執(zhí)行器件與主計算機連接起來，由計算進(jìn)行智能化管理，實現(xiàn)集中數(shù)據(jù)處理、集中監(jiān)控、集中分析和集中調(diào)度的新型生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)。從目前國內(nèi)外自動化控制系統(tǒng)所應(yīng)用的現(xiàn)場總線來看，主要由PROFIBUS、MODBUS、LONWORKS、FFHART、CAN等現(xiàn)場總線。以上系統(tǒng)基本上都是采用畢業(yè)設(shè)計（論文）題目-2-單一的現(xiàn)場總線技術(shù)，即整個自動化控制系統(tǒng)中只采用一總現(xiàn)場總線，整個系統(tǒng)構(gòu)造比較單一。現(xiàn)場總線已不僅僅是一個新技術(shù)領(lǐng)域或新技術(shù)問題，在研究它的同時，我們發(fā)現(xiàn)它已經(jīng)改變了我們的觀念：如何看待現(xiàn)場總線，要比研究它的技術(shù)細(xì)節(jié)根據(jù)重要。自動控制領(lǐng)域的發(fā)展過程(1)150多年前第一代過程控制體系基于5-13PSI的氣動信號標(biāo)準(zhǔn)（氣動控制系統(tǒng)PCS,PneumaticControlSystem）。簡單的就地操作模式，控制理論初步形成，尚未有控制室的概念。(2)第二代工程控制體系（模擬式或ACS,AnalogControlSystem）是基于0-10mA的電源模擬信號，這已明顯的進(jìn)步，在整整25年內(nèi)牢牢地通知了整個自動控制領(lǐng)域。它表征了電氣自動化控制時代的到來?？刂评碚撚辛酥卮蟀l(fā)展，三大控制論的確立奠定了現(xiàn)代控制的基礎(chǔ)；控制室的設(shè)立，控制功能分離的模式一直沿用至今。（3）第三代工程控制體系（CCS,ComputerControlSystem）,70年代開始了數(shù)字計算機的應(yīng)用，產(chǎn)生了巨大的技術(shù)優(yōu)勢，人們在測量，模擬和邏輯控制領(lǐng)域率先使用，從而產(chǎn)生了第三代工程控制體系。這個被稱為第三代工程控制體系是自動控制領(lǐng)域的一次革命，它充分發(fā)揮了計算機的特長，于是人們普遍認(rèn)為計算機能做好一切事情，自然而然的產(chǎn)生了被稱為“集中控制”的中央控制計算機系統(tǒng)，需要基礎(chǔ)的是系統(tǒng)的信號傳輸系統(tǒng)依然是大部分沿用4-20mA的模擬信號，但是時隔不久人們發(fā)現(xiàn)，隨著控制的集中和可靠性方面的穩(wěn)態(tài)，失控的危險也集中了，稍有不慎就會使整個系統(tǒng)癱瘓。所以他很快被發(fā)展成分布式控制系統(tǒng)（DCS）。（4）第四代工程控制體系（DCS,DistributedControlSystem分布式控制系統(tǒng)）：隨著半導(dǎo)體制造技術(shù)的飛速發(fā)展，微處理器的布片使用，計算機技術(shù)可靠性的大幅度增加，目前普遍使用的是第四代過程控制體系（DCS,或分布式數(shù)字控制系統(tǒng)），它主要特點是整個控制系統(tǒng)不再是僅僅具有一臺計算機，而是有幾臺計算機和一些職能儀表和智能部