1、西安建筑科技大學(xué)課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書專業(yè)班級(jí)： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師（簽名）： 一、課程設(shè)計(jì)（論文）題目基于DCS的造紙廠紙機(jī)配漿監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)二、本次課程設(shè)計(jì)（論文）應(yīng)達(dá)到的目的本次課程設(shè)計(jì)是自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生在學(xué)習(xí)了計(jì)算機(jī)控制技術(shù)與系統(tǒng)和過程控制及儀表兩門專業(yè)必修課程及單片機(jī)原理與應(yīng)用、可編程控制器等相關(guān)專業(yè)選修課程之后進(jìn)行的一次全面的綜合訓(xùn)練，其主要目的是加深學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)相關(guān)理論和知識(shí)的理解，進(jìn)一步熟悉計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)的基本理論、方法和技能；掌握工程應(yīng)用的基本內(nèi)容和要求，整合各專業(yè)課程的理論知識(shí)和方法，做到理論與實(shí)際的統(tǒng)一；培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力和獨(dú)立完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)的能

2、力，并按要求編寫相關(guān)的設(shè)計(jì)說明書、技術(shù)文檔和總結(jié)報(bào)告等。三、本次課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)的主要內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)參數(shù)、設(shè)計(jì)要求等）以造紙廠紙機(jī)配漿系統(tǒng)為背景，利用組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。具體要求如下：1熟悉造紙廠紙機(jī)配漿系統(tǒng)的工藝，進(jìn)行I/O節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)； 2掌握計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中DCS現(xiàn)場(chǎng)控制站和操作員站的設(shè)計(jì)方法，進(jìn)行上下位硬件設(shè)計(jì)與選型；3學(xué)習(xí)KingView組態(tài)軟件，紙機(jī)配漿上位監(jiān)控系統(tǒng)流程畫面，分組畫面、報(bào)警畫面和趨勢(shì)畫面、歷史記錄的設(shè)計(jì)；4繪制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖；5撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告一份，要求字?jǐn)?shù)30005000字。四、應(yīng)收集的資料及主要參考文獻(xiàn)：1王再英等.過程控制系統(tǒng)與儀表

3、.機(jī)械工業(yè)出版社,20062潘新民,王燕芳.微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù).高等教育出版社,20013王錦標(biāo).計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng).清華大學(xué)出版社,20084組態(tài)王Version6.53用戶手冊(cè).2006五、審核批準(zhǔn)意見教研室主任（簽字） 西安建筑科技大學(xué)課程設(shè)計(jì)（論文）目錄摘 要21緒論31.1概述31.2造紙廠的工藝52紙機(jī)配漿系統(tǒng)的工藝及I/O節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)62.1紙機(jī)配漿系統(tǒng)62.2配漿過程自動(dòng)控制62.3I/O節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)73 DCS控制系統(tǒng)及上下位硬件93.1DCS系統(tǒng)簡(jiǎn)介93.2 DCS現(xiàn)場(chǎng)控制站103.3DCS操作員站113.4下位硬件設(shè)計(jì)及選型113.5 硬件設(shè)計(jì)123.5.1 電源模塊123.5.

4、2 中央處理器模塊123.5.3 S7-300模擬量模塊選擇124 KingView組態(tài)軟件設(shè)計(jì)144.1 KingView組態(tài)軟件簡(jiǎn)介144.2紙機(jī)配漿上位監(jiān)控系統(tǒng)144.3.1監(jiān)控系統(tǒng)流程畫面設(shè)計(jì)154.3.2報(bào)警畫面154.3.3狀態(tài)畫面結(jié)果16總 結(jié)17參 考 文 獻(xiàn)18摘 要紙?jiān)谌嗣裆钪械淖饔糜校狠d體文化、信息載體；工農(nóng)業(yè)材料、產(chǎn)品載體。保護(hù)、裝飾材料日常生活使用、建筑使用；加工材料充當(dāng)特殊條件下的加工、工具材料。造紙技術(shù)水平是國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展標(biāo)志：1、紙的消耗量與國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值增長(zhǎng)呈同步趨勢(shì)。2、紙的消耗量與人民生活水平提高呈同步趨勢(shì)。2005 年我國(guó)紙產(chǎn)量達(dá)5600萬噸，居世界第2

5、位。目前我國(guó)有造紙企業(yè)3500余家。但大多造紙業(yè)存在問題是：設(shè)備落后、能耗、物耗高、產(chǎn)品質(zhì)量差、檔次低、進(jìn)口量大等原因。近年來，我國(guó)造紙業(yè)速發(fā)展：僅2010年總產(chǎn)量達(dá)5115.18萬噸，表觀消費(fèi)量5184.96萬噸，人均消費(fèi)量33.9 kg/人.年 本次課程設(shè)計(jì)主要是對(duì)于機(jī)制造紙中的配漿系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，以達(dá)到合理配比、智能控制、節(jié)約成本的效果。采用HOLLSYS公司的HOLLYSYS-MACS多級(jí)分布式集散控制系統(tǒng)（DCS），對(duì)紙生產(chǎn)線中的控制環(huán)節(jié)進(jìn)行了優(yōu)化處理。 本設(shè)計(jì)利用KingView組態(tài)軟件對(duì)其進(jìn)行了編程，編寫了配漿，液位高停泵、液位高報(bào)警等程序。關(guān)鍵詞：集散控制系統(tǒng)，HOLLYSYS-

6、MACS，控制軟件, KingView組態(tài)軟件1緒論1.1概述計(jì)算機(jī)的應(yīng)用促進(jìn)了控制理論的發(fā)展。先進(jìn)控制的理論和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)了工業(yè)控制的微機(jī)化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化，也推進(jìn)了先進(jìn)控制理論的應(yīng)用。同時(shí)，先進(jìn)控制理論的成功應(yīng)用也促進(jìn)了控制理論的持續(xù)和深入的開展。因此，計(jì)算機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)和理論研究中發(fā)揮的作用是無法估量的。同時(shí)采用計(jì)算機(jī)控制可以實(shí)現(xiàn)工業(yè)過程連續(xù)化、大型化和精密化的要求，可以進(jìn)行在線運(yùn)算，完成一些比PID更靈活的控制。計(jì)算機(jī)控制是關(guān)于計(jì)算機(jī)技術(shù)如何應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過程自動(dòng)化的一門綜合性學(xué)問。計(jì)算機(jī)控制的應(yīng)用領(lǐng)域是非常廣泛的，從計(jì)算機(jī)應(yīng)用的角度出發(fā)，工業(yè)自動(dòng)化是其重要的一個(gè)領(lǐng)域；而從工業(yè)自

7、動(dòng)化的領(lǐng)域來看，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)又是其主要的實(shí)現(xiàn)手段?？梢哉f，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)與用于科學(xué)計(jì)算及數(shù)據(jù)處理的一般計(jì)算機(jī)是兩類不同用途、不同結(jié)構(gòu)組成的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是融計(jì)算機(jī)技術(shù)與工業(yè)過程控制于一體的綜合性技術(shù)，它是在常規(guī)儀表控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。圖1-1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)硬件組成框圖1) 主機(jī)由中央處理器(CPU)、內(nèi)存儲(chǔ)器(RAM、ROM)和系統(tǒng)總線構(gòu)成的主機(jī)是控制系統(tǒng)的核心。主機(jī)根據(jù)過程輸入通道發(fā)送來的實(shí)時(shí)反映生產(chǎn)過程工況的各種信息，以及預(yù)定的控制算法，做出相應(yīng)的控制決策，并通過過程輸出通道向生產(chǎn)過程發(fā)送控制命令。主機(jī)所產(chǎn)生的各種控制是按照人們事先安排好的程序進(jìn)行的。這里，實(shí)現(xiàn)信號(hào)

8、輸入、運(yùn)算控制和命令輸出等功能的程序已預(yù)先存入內(nèi)存，當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)后，CPU就從內(nèi)存中逐條取出指令并執(zhí)行，以達(dá)到控制目的。2) 常規(guī)外部設(shè)備常規(guī)外部設(shè)備由輸入設(shè)備、輸出設(shè)備和外存儲(chǔ)器等組成。常規(guī)的輸入設(shè)備有鍵盤、光電輸入機(jī)等，主要用來輸入程序、數(shù)據(jù)和操作命令。 常規(guī)的輸出設(shè)備有打印機(jī)、繪圖機(jī)、顯示器(CRT顯示器或數(shù)碼顯示器)等，主要用來把各種信息和數(shù)據(jù)提供給操作者。外存儲(chǔ)器有磁盤裝置(軟盤、硬盤和半導(dǎo)體盤)、磁帶裝置，兼有輸入/輸出兩種功能，主要用于存儲(chǔ)系統(tǒng)程序和數(shù)據(jù)。 這些常規(guī)的外部設(shè)備與主機(jī)組成的計(jì)算機(jī)基本系統(tǒng)(即通常所言的計(jì)算機(jī))，用于一般的科學(xué)計(jì)算和管理是可以滿足要求的，但是用于工業(yè)過程

9、控制，則必須增加過程輸入/輸出設(shè)備。3) 過程輸入/輸出設(shè)備過程輸入/輸出設(shè)備是在計(jì)算機(jī)與工業(yè)對(duì)象之間起著信息傳遞和轉(zhuǎn)換作用的裝置，除了其中的測(cè)量變送單元和信號(hào)驅(qū)動(dòng)單元屬于自動(dòng)化儀表的范疇外，主要是指過程輸入/輸出通道(簡(jiǎn)稱過程通道)。過程輸入通道包括模擬量輸入通道(簡(jiǎn)稱A/D通道)和數(shù)字量輸入通道(簡(jiǎn)稱DI通道)，分別用來輸入模擬量信號(hào)(如溫度、壓力、流量、液位等)和開關(guān)量信號(hào)(繼電器觸點(diǎn)、行程開關(guān)、按鈕等)或數(shù)字量信號(hào)(如轉(zhuǎn)速、流量脈沖、BCD碼等)。過程輸出通道包括模擬量輸出通道(簡(jiǎn)稱D/A通道)和數(shù)字量輸出通道(簡(jiǎn)稱DO通道)，D/A通道把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)后再輸出，DO通道則直接

10、輸出開關(guān)量信號(hào)或數(shù)字量信號(hào)。 4) 操作臺(tái) 操作臺(tái)是操作員與系統(tǒng)之間進(jìn)行人機(jī)對(duì)話的信息交換工具，一般由CRT顯示器(或LED等其他顯示器)、鍵盤、開關(guān)和指示燈等構(gòu)成。操作員通過操作臺(tái)可以了解與控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。操作員分為系統(tǒng)操作員與生產(chǎn)操作員兩種。系統(tǒng)操作員負(fù)責(zé)建立和修改控制系統(tǒng)，如編制程序和系統(tǒng)組態(tài)；生產(chǎn)操作員負(fù)責(zé)與生產(chǎn)過程運(yùn)行有關(guān)的操作。為了安全和方便，系統(tǒng)操作員和生產(chǎn)操作員的操作設(shè)備一般是分開的。 5) 接口電路主機(jī)與外圍設(shè)備(包括常規(guī)外部設(shè)備和過程通道)之間，因?yàn)橥庠O(shè)結(jié)構(gòu)、信息種類、傳送方式、傳送速度的不同而不能直接通過總線相連，必須通過其間的橋梁接口電路來傳送信息和命令。計(jì)算機(jī)

11、控制系統(tǒng)有各種不同的接口電路，一般分為并行接口、串行接口、管理接口和專用接口等幾類。6) 通信設(shè)備現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)過程的規(guī)模一般比較大，其控制與管理也很復(fù)雜，往往需要幾臺(tái)或幾十臺(tái)計(jì)算機(jī)才能分級(jí)完成控制和管理任務(wù)。這樣，在不同地理位置、不同功能的計(jì)算機(jī)之間就需要通過通信設(shè)備連接成網(wǎng)絡(luò)，以進(jìn)行信息交換。1.2造紙廠的工藝造紙廠，是通過機(jī)制流水線的形式進(jìn)行造紙的工廠。造紙分有機(jī)制和手工兩種形式。機(jī)制是在造紙機(jī)上連續(xù)進(jìn)行，將適合于紙張質(zhì)量的紙漿，用水稀釋至一定濃度，在造紙機(jī)的網(wǎng)部初步脫水，形成濕的紙頁(yè)，再經(jīng)壓榨脫水，然后烘干成紙。手工則用有竹簾、聚酯網(wǎng)或銅網(wǎng)的框架，將分散懸浮于水中的纖維抄成濕紙頁(yè)，經(jīng)壓

12、榨脫水，再行曬干或烘干成紙。造紙機(jī)械的基本組成部分按照紙張形成的順序分為網(wǎng)部、壓榨、前干燥、后壓榨、后干燥、壓光機(jī)、卷紙機(jī)等。其工藝為流漿箱輸出的紙漿在網(wǎng)部脫水成型，在壓榨部進(jìn)行壓縮使紙層均勻，經(jīng)過前干燥進(jìn)行干燥，接著進(jìn)入后壓榨進(jìn)行施膠，再進(jìn)入后干燥器烘干處理，然后利用壓光機(jī)使紙張平滑，最后通過卷紙機(jī)形成母紙卷。造紙工藝流程圖如下所示：圖1-2造紙廠紙機(jī)配漿系統(tǒng)的工藝2紙機(jī)配漿系統(tǒng)的工藝及I/O節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)2.1紙機(jī)配漿系統(tǒng)配漿的目的是通過配漿的機(jī)械作用，處理水中的紙漿纖維，使其發(fā)生物理化學(xué)變化而獲得一些特定的性質(zhì)，以滿足紙或紙板生產(chǎn)的質(zhì)量要求。針葉木漿配漿過程：針葉木漿由4雙圓盤磨漿機(jī)和高位箱

13、組成的串聯(lián)連續(xù)循環(huán)配漿系統(tǒng)。在正常工作時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)行串聯(lián)連續(xù)循環(huán)配漿。但在有些情況下，如：剛開始配漿時(shí)，需要進(jìn)行循環(huán)配漿。成漿送入針木成漿池。闊葉木漿配漿過程：闊木漿由2雙圓盤磨漿機(jī)和高位箱組成的串聯(lián)連續(xù)循環(huán)配漿系統(tǒng)。在正常工作時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)行串聯(lián)連續(xù)循環(huán)配漿。但在有些情況下，如：剛開始配漿時(shí)，需要進(jìn)行循環(huán)配漿。成漿送入針木成漿池。損紙配漿過程的其他要求：在有些配漿過程中需要間歇的對(duì)配漿設(shè)備進(jìn)行清洗工作。2.2配漿過程自動(dòng)控制（a）自動(dòng)控制回路。配漿過程的流量自動(dòng)控制回路； 配漿過程差壓控制及內(nèi)循環(huán)量的控制。（b）配漿設(shè)備恒功率控制（通過對(duì)成線盤磨的功率自動(dòng)/手動(dòng)的分配，實(shí)現(xiàn)進(jìn)、退刀，調(diào)整配漿設(shè)備動(dòng)

14、刀和靜刀間隙），保證配漿質(zhì)量的連續(xù)穩(wěn)定以及設(shè)備的正常運(yùn)行。（c）配漿機(jī)設(shè)有漿壓、水壓、油溫等連鎖控制裝置，保護(hù)設(shè)備正常運(yùn)行。（d）系統(tǒng)設(shè)有清洗水壓力手動(dòng)遙控系統(tǒng)，在配漿過程結(jié)束時(shí)用一清洗配漿設(shè)備，為下一次配漿作好準(zhǔn)備工作。（e）系統(tǒng)設(shè)有配漿過程三通控制功能，可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)配漿和循環(huán)配漿的切換功能。（f）配漿質(zhì)量控制，質(zhì)量控制是配漿控制的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，用配漿度軟測(cè)量技術(shù)測(cè)得配漿度（用化驗(yàn)值校正），用以控制配漿設(shè)備穩(wěn)定配漿質(zhì)量。（g）保存幾組配漿過程最佳參數(shù)，可直接調(diào)用。（h）順序停、開車控制，緊急停車控制。圖2-1 生產(chǎn)線流程簡(jiǎn)圖針木漿板或闊木漿板經(jīng)水力碎漿機(jī)碎漿后，形成4%5%濃度的原漿，分別經(jīng)

15、過各自的雙盤磨配漿線配漿，形成約3.6%濃度的成漿，分別儲(chǔ)存在各自的成漿池中。由干損紙碎漿機(jī)來的損紙漿經(jīng)盤磨配漿后，加上網(wǎng)部回收的濕損紙漿，儲(chǔ)存在損紙成漿池中。三種漿按一定比例配成生產(chǎn)用的混合漿，濃度調(diào)到2.5%左右，經(jīng)沖漿池稀釋后到紙機(jī)流漿箱抄造。在此過程中還要控制加入各種助劑。漿料從流漿箱出來后上紙機(jī)網(wǎng)部、真空系統(tǒng)、白水回收系統(tǒng)以及蒸汽系統(tǒng)，最后到卷紙機(jī)。2.3I/O節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)選用北京和利時(shí)系統(tǒng)工程股份有限公司的HOLLIAS-MACS。該系統(tǒng)采用PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，具有可靠、先進(jìn)、高性價(jià)比的特點(diǎn)。在硬件上，系統(tǒng)的電源、主控單元、I/O設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)都采用冗余技術(shù)，提高

16、了硬件的可靠性。而且，采用特殊保護(hù)措施，系統(tǒng)的所有模塊(AI、AO、DI、DO)都可帶電插拔，對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行不產(chǎn)生影響。根據(jù)工藝要求和現(xiàn)場(chǎng)情況，設(shè)置兩個(gè)DCS主控室，分別位于紙間和漿間，主控柜和1#擴(kuò)展柜以及漿間操作站位于漿間DCS室，2#擴(kuò)展柜和紙間操作站位于紙間DCS室，三個(gè)OMRON可編程控制器分別安裝在現(xiàn)場(chǎng)操作臺(tái)內(nèi)，通過PROFIBUS-DP總線和主控單元FM801交換數(shù)據(jù)。主控柜內(nèi)安裝有互為冗余的150W電源模塊FM911共2個(gè)，互為冗余的主控單元FM801共2個(gè)，8路模擬量輸入模塊FM148A共6個(gè)，6路模擬量輸出模塊FM151共4個(gè)，16路開關(guān)量輸入模塊共4個(gè)，16路開關(guān)量輸出模塊

17、FM171共3個(gè)；1#擴(kuò)展柜內(nèi)安裝有互為冗余的電源模塊FM911共2個(gè)，AI模塊FM148A共7個(gè)，AO模塊FM151共5個(gè)，DI模塊共5個(gè)，DO模塊FM171共3個(gè)；3#擴(kuò)展柜內(nèi)安裝有互為冗余的電源模塊FM911共2個(gè)，AI模塊FM148A共四個(gè)，AO模塊FM151共3個(gè)，DI模塊共1個(gè)，DO模塊FM171共1個(gè)。系統(tǒng)圖如圖4-2所示。圖2-2生產(chǎn)線控制系統(tǒng)圖功能化分為以下幾種。主控柜：針木配漿線、闊木配漿線、損紙線、配漿系統(tǒng)。1#擴(kuò)展柜：助劑、真空系統(tǒng)、白水回收系統(tǒng)。2#擴(kuò)展柜：蒸汽系統(tǒng)、表面施膠。PLC：各盤磨的連鎖控制、恒功率控制。3 DCS控制系統(tǒng)及上下位硬件3.1DCS系統(tǒng)簡(jiǎn)介隨著

18、生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，信息量的增多，控制和管理的關(guān)系日趨密切。對(duì)于大型企業(yè)生產(chǎn)的控制和管理，不可能只用一臺(tái)計(jì)算機(jī)來完成。于是，人們研制出以多臺(tái)微型計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的分散控制系統(tǒng)(Distributed Control System，DCS)。DCS采用分散控制、集中操作、分級(jí)管理、分而自治和綜合協(xié)調(diào)的設(shè)計(jì)原則，自下而上可以分為若干級(jí)，如過程控制級(jí)、控制管理級(jí)、生產(chǎn)管理級(jí)和經(jīng)營(yíng)管理級(jí)等。DCS又稱分布式或集散式控制系統(tǒng)。MACS是北京和利時(shí)（Hollysys）開發(fā)的分層分布式的大型綜合控制系統(tǒng)，用以完成大、中型分布式控制，大型數(shù)據(jù)采集監(jiān)控，具有數(shù)據(jù)采集、控制運(yùn)算、控制輸出、設(shè)備和狀態(tài)監(jiān)視、報(bào)警監(jiān)視、遠(yuǎn)程通

19、信、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理和顯示、歷史數(shù)據(jù)管理、日志記錄、事故順序識(shí)別，事故追憶、圖形顯示、控制調(diào)節(jié)、報(bào)表打印、高級(jí)計(jì)算，以及所有這些信息的組態(tài)，調(diào)試、打印、下裝、診斷等功能。該系統(tǒng)采用了目前世界上先進(jìn)的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)（ProfiBus-DP總線），對(duì)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)監(jiān)控，具有可靠性高、適用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，是一個(gè)完善，經(jīng)濟(jì)、可靠的控制系統(tǒng)。MACS系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如下圖。它是由網(wǎng)絡(luò)、管理網(wǎng)關(guān)、通信網(wǎng)絡(luò)、管理網(wǎng)網(wǎng)關(guān)、通信控制站、現(xiàn)場(chǎng)控制站、系統(tǒng)服務(wù)器、工程師站、操作員站、高級(jí)計(jì)算機(jī)站等組成。一個(gè)最基本的DCS應(yīng)包括四個(gè)大的組成部分：至少一臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)控制站，至少一臺(tái)操作員站一臺(tái)工程師站(也可利用一臺(tái)操作員站兼做工程師站

20、)，一條系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。一個(gè)典型的DCS體結(jié)構(gòu)如圖2-3所示，圖中表明了DCS各主要組成部分和各部分之間的連接關(guān)系。除了上述四個(gè)基本的組成部分之外，DCS還可包括完成某些專門功能的站、擴(kuò)充生產(chǎn)管理和信息處理功能的信息網(wǎng)絡(luò)。以及實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)儀表、執(zhí)行機(jī)構(gòu)數(shù)字化的現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)。圖3-1 DCS的內(nèi)部結(jié)構(gòu)3.2 DCS現(xiàn)場(chǎng)控制站現(xiàn)場(chǎng)控制站是DCS的核心，系統(tǒng)主要的控制功能由它來完成。系統(tǒng)的性能、可靠性等重要指標(biāo)也都要依靠現(xiàn)場(chǎng)控制站保證，因此對(duì)它的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)及安裝都有很高的要求?，F(xiàn)場(chǎng)控制站的硬件一般都采用專門的工業(yè)級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其中除了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所必需的運(yùn)算器(即主CPU)、存儲(chǔ)器外，還包括了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量單元、執(zhí)行

21、單元的輸入/輸出設(shè)備，即過程量I/O或現(xiàn)場(chǎng)I/O。在現(xiàn)場(chǎng)控制站內(nèi)部，主CPU和內(nèi)存等用于數(shù)據(jù)的處理、計(jì)算和存儲(chǔ)的部分被稱為邏輯部分，而現(xiàn)場(chǎng)I/O則被稱為現(xiàn)場(chǎng)部分，這兩個(gè)部分是需要嚴(yán)格隔離的，以防止現(xiàn)場(chǎng)的各種信號(hào)，包括干擾信號(hào)對(duì)計(jì)算機(jī)的處理產(chǎn)生不利的影響。現(xiàn)場(chǎng)控制站內(nèi)的邏輯部分和現(xiàn)場(chǎng)部分的連接，一般采用與工業(yè)計(jì)算機(jī)相匹配的內(nèi)部并行總線，如Multibus、VME、STD、ISA、PCI04、PCI和Compact PCI等。由于并行總線結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，用其連接邏輯部分和現(xiàn)場(chǎng)部分很難實(shí)現(xiàn)有效的隔離，成本較高，很難方便地實(shí)現(xiàn)擴(kuò)充，現(xiàn)場(chǎng)控制站內(nèi)的邏輯部分和現(xiàn)場(chǎng)I/O之間的連接方式轉(zhuǎn)向了串行總線。現(xiàn)場(chǎng)控制

22、站是MACS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和過程控制的重要特點(diǎn)，主要完成數(shù)據(jù)采集、工程單位變換、控制和聯(lián)鎖算法、控制輸出、通過系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)和診斷結(jié)果船送到系統(tǒng)服務(wù)器等功能，它由電源單元、主控單元、智能I/O單元和專用機(jī)柜四部分組成?，F(xiàn)場(chǎng)控制站內(nèi)部采用了分布式的結(jié)構(gòu)，與系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)相連接的是現(xiàn)場(chǎng)控制站的主控單元，可冗余配置。主控單元通過控制網(wǎng)絡(luò)（C-NET）與各個(gè)智能I/O單元實(shí)現(xiàn)連接。硬件配置：可根據(jù)系統(tǒng)規(guī)模, 配置多個(gè)控制器;每個(gè)控制器最大配置 128 個(gè) I O 通道；單點(diǎn) I O 模塊可帶電插拔, 即插即用;模擬量與數(shù)字量可任意組合；100 Mbps 通訊速率；支持 TCP IP 協(xié)議;電源模塊與控制器

23、可冗余熱備份；提供一個(gè) RS232 端口備用。3.3DCS操作員站操作員站（OPS）操作員站由高可靠工業(yè)微機(jī)及專用工業(yè)鍵盤、軌跡球或觸摸屏等設(shè)備和人機(jī)對(duì)話、畫面顯示等專用軟件組成。主要完成人機(jī)界面的功能，一般采用桌面型通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，如圖形工作站或個(gè)人計(jì)算機(jī)等。其配置與常規(guī)的桌面系統(tǒng)相同，但要求有大尺寸的顯示器(CRT或液晶屏)和性能好的圖形處理器，有些系統(tǒng)還要求每臺(tái)操作員站使用多屏幕，以拓寬操作員的觀察范圍。為了提高畫面的顯示速度，一般都在操作員站上配置較大的內(nèi)存。MACS專用的操作員站軟件是運(yùn)行在中文Windows NT上的實(shí)施監(jiān)控軟件。該軟件包含的任務(wù)主要由模擬流程圖顯示、趨勢(shì)顯示、參數(shù)

24、列表顯示、工藝報(bào)警顯示、日志和事件查詢顯示及控制調(diào)節(jié)和參數(shù)整定等操作功能。操作員站監(jiān)控軟件是最重要的人機(jī)界面，支持專用工業(yè)鍵盤，軌跡球或觸摸屏等外部設(shè)備。操作站硬件配置要求:奔騰 100 以上工業(yè) PC 機(jī)；16M 以上內(nèi)存;540 M 以上高速硬盤；支持 800 *600、256 色以上的顯示 卡和顯示器；10 M 100M 自適應(yīng)以太網(wǎng)卡。3.4下位硬件設(shè)計(jì)及選型上位機(jī)是指可以直接發(fā)出操控命令的計(jì)算機(jī)，屏幕上顯示各種信號(hào)變化（液壓，水位，溫度等）。下位機(jī)是直接控制設(shè)備獲取設(shè)備狀況的計(jì)算機(jī)，一般是PLC/單片機(jī)之類的。上位機(jī)發(fā)出的命令首先給下位機(jī)，下位機(jī)再根據(jù)此命令解釋成相應(yīng)時(shí)序信號(hào)直接控制

25、相應(yīng)設(shè)備。下位機(jī)不時(shí)讀取設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)（一般為模擬量），轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)反饋給上位機(jī)。簡(jiǎn)言之如此，實(shí)際情況千差萬別，但萬變不離其宗：上下位機(jī)都需要編程，都有專門的開發(fā)系統(tǒng)。在概念上，控制者和提供服務(wù)者是上位機(jī)，被控制者和被服務(wù)者是下位機(jī)，也可以理解為主機(jī)和從機(jī)的關(guān)系，但上位機(jī)和下位機(jī)是可以轉(zhuǎn)換的。通常工控機(jī)，工作站，觸摸屏作為上位機(jī)，通信控制PLC，單片機(jī)等作為下位機(jī)，從而控制相關(guān)設(shè)備元件和驅(qū)動(dòng)裝置。設(shè)計(jì)與選擇：SIEMENS SIMATIC運(yùn)行時(shí)要進(jìn)行一系列的操作，大致可分為四個(gè)階段，以故障診斷通信處理為主的公共操作，聯(lián)系工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)輸入輸出操作，執(zhí)行用戶程序的操作以及服務(wù)于外部設(shè)備的操作。S

26、7-300PLC與其它可編程序控制器一樣都是采用分時(shí)操作的原理，即循環(huán)掃描方式，也就是說首先掃描輸入模塊的狀態(tài)，并更新輸入過程映像區(qū)寄存器，接著執(zhí)行用戶程序，最后從輸出過程映像寄存器將值輸出到輸出模塊，一次循環(huán)下去。S7-300PLC功能強(qiáng)、速度快，擴(kuò)展靈活，它具有結(jié)構(gòu)緊湊、無槽位限制的模塊化結(jié)構(gòu)。并且可以通過MPI網(wǎng)的接口與可編程器(PG)、操作員模塊(OP)、和其它S7系列相連。S7-300主要組成部分有：導(dǎo)軌(RACK)、電源模板(PS)、中央處理單元(CPU)、信號(hào)模板(SM)、模板功能(FM)，還可加上接口模板(IM)和通信處理器(CP) 。3.5 硬件設(shè)計(jì)3.5.1 電源模塊選擇電

27、源要考慮：PS 307電源模塊的特點(diǎn)為：連接單相交流系統(tǒng)（輸入電壓120/230VAC,50/60HZ），輸出電流2A/5A/10A，輸出電壓24V DC，防短路和開路保護(hù)，可靠的隔離特性，符合EN60950，可用做負(fù)載電源。本設(shè)計(jì)選用的是PS307 5A為配漿控制系統(tǒng)的CPU提供電源。3.5.2 中央處理器模塊S7-300的CPU模塊種類有CPU312 IFM、CPU313、CPU314、CPU315、CPU315-2DP等。CPU模塊除了執(zhí)行用戶程序外，還為S7-300背板總線提供5V DC電源，并通過MPI接口與其它中央處理器或編程裝置通信。S7-300的編程裝置可以是西門子專用的編程器

28、，如PG705、PG720、PG740、PG760等，也可以用通用微機(jī)，配以STEP 7 軟件包，與MPI卡和MPI編程電纜構(gòu)成。 S7-300的CPU有很多種類型，可以分為以下幾種：(a)標(biāo)準(zhǔn)型：CPU312、CPU313、314、315、315-2DP和316-2DP。(b)緊湊型CPU：CPU312C、313C、313C-PtP、313C-2DP、314C-PtP和314C-2DP。各CPU均有計(jì)數(shù)、頻率測(cè)量和脈沖寬度調(diào)制功能。有的有定位功能，有的帶有I/O。(c)戶外型：CPU312IFM、314IFM、314戶外型,在惡劣的環(huán)境下使用。(d)高端CPU：317-2DP和CPU318-

29、2DP。(e)故障型CPU：CPU315F。本設(shè)計(jì)選用標(biāo)準(zhǔn)型CPU模塊：CPU314。 3.5.3 S7-300模擬量模塊選擇S7-300有多種型號(hào)的模擬量模塊可供選擇。本設(shè)計(jì)選用了1個(gè)SM-331模擬量輸入模塊，2個(gè)SM332模擬量輸出模塊。SM-331 模塊主要完成濃度、流量以及整個(gè)系統(tǒng)中其他模擬量的采集功能，SM332主要處理濃度、流量的輸出信號(hào)。(1)模擬量輸入模塊SM-331模擬量輸入（簡(jiǎn)稱模入，AI）模塊SM331目前有多種規(guī)格型號(hào)，如8AI12位模塊、2AI12位模塊和8AI16位模塊，分別為8通道的12位模擬量輸入模塊、2通道的12位模擬量輸入模塊、8通道的16位模擬量輸入模塊

30、。它們除了通道數(shù)和轉(zhuǎn)換精度不一樣外，其工作原理、性能、參數(shù)設(shè)置等各方面都一樣。SM 331模塊中的各通道可以分別使用電流輸入或電壓輸入，并選用不同的量程(量程可通過量程卡來設(shè)置;沒有量程卡的模塊時(shí)也可以通過不同的端子接線方式設(shè)置)，有多種分辨率可供選擇(9-15位+符號(hào),與模塊有關(guān)),分辨率不同，轉(zhuǎn)換時(shí)間也不同。模擬量轉(zhuǎn)換是順序執(zhí)行的，每個(gè)模擬量通道的輸入信號(hào)是被依次輪流轉(zhuǎn)換的。(2)模擬量輸出模塊SM-332模擬量輸出（簡(jiǎn)稱模出，AO）模塊SM 332目前有三種規(guī)格型號(hào)，即4AO×12位模塊、2AO×12位模塊和4AO×16為模塊，分別為4通道的12位模擬量輸出

31、模塊、2通道的12位模擬量輸出模塊和4通道的16位模擬量輸出模塊。用于將CPU送給它的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為成比例的電流信號(hào)或電壓信號(hào)，對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)節(jié)或控制，其主要組成部分是D/A轉(zhuǎn)換器，可以用傳送指令“TPQW.”向模擬量輸出模塊寫入要轉(zhuǎn)換的數(shù)值。SM 332可以輸出電壓，也可以輸出電流。在輸出電壓時(shí)，可以采用2線回路和4線回路兩種方式與負(fù)載相連。采用4線回路能獲得比較高的輸出精度。4 KingView組態(tài)軟件設(shè)計(jì)4.1 KingView組態(tài)軟件簡(jiǎn)介 KINGVIEW中文名叫作組態(tài)王,組態(tài)王開發(fā)監(jiān)控系統(tǒng)軟件是新型的工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)正以標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)計(jì)算機(jī)軟、硬件平臺(tái)構(gòu)成的集成系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的封閉式系統(tǒng)，它具有適應(yīng)性強(qiáng)、開放性好、易于擴(kuò)展、經(jīng)濟(jì)、開發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)。通?？梢园堰@樣的系統(tǒng)劃分為控制層、監(jiān)控層、管理層三個(gè)層次結(jié)構(gòu)。其中監(jiān)控層對(duì)下連接控制層，對(duì)上連接管理層，它不但實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制，且在自動(dòng)控制系統(tǒng)中完成上傳下達(dá)、組態(tài)開發(fā)的重要作用。尤其考慮三方面問題：畫面、數(shù)據(jù)、動(dòng)畫。通過對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)要求及實(shí)現(xiàn)功能的分析，采用組態(tài)王對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。組態(tài)軟件也為試驗(yàn)者提供了可視化監(jiān)控畫面，有利于試驗(yàn)者實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控。而且，它能充分利用Windows的圖形編輯功能，方便地構(gòu)成監(jiān)