過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)裝置現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).doc

-I-過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)裝置現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)ProcessControlaboutExperimentDeviceandFieldBusControlSystemDesignation學(xué)生學(xué)號(hào)：學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：起止日期：摘要現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)是當(dāng)今自動(dòng)化領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展熱點(diǎn)之一，被譽(yù)為自動(dòng)化領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)，它的出現(xiàn)標(biāo)志著自動(dòng)化控制技術(shù)又一個(gè)新時(shí)代的開(kāi)始?，F(xiàn)場(chǎng)總線是連接設(shè)置在控制現(xiàn)場(chǎng)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(diǎn)、總線式的全數(shù)字通信。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目-II-本文基于本校的自動(dòng)化教研室過(guò)程裝置對(duì)象及現(xiàn)場(chǎng)總線實(shí)驗(yàn)裝置，重點(diǎn)研究通過(guò)PROFIBUS協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和交互的現(xiàn)場(chǎng)總線模塊替代常規(guī)的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和變送裝置，采用工業(yè)以太網(wǎng)與上位機(jī)進(jìn)行通訊和遠(yuǎn)程控制，從而使整個(gè)控制系統(tǒng)實(shí)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(duì)象之外，還具有純滯后盤(pán)管組成的純滯后環(huán)節(jié)，可以進(jìn)行大時(shí)滯對(duì)象的相關(guān)研究。上位機(jī)控制系統(tǒng)采用比較先進(jìn)的基于PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線的西門(mén)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(duì)象中安裝了各類(lèi)檢測(cè)變送儀表和執(zhí)行單元，執(zhí)行機(jī)構(gòu)中，又有氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥、三相SCR移項(xiàng)調(diào)壓等儀表類(lèi)執(zhí)行機(jī)構(gòu)又有變頻器等電力拖動(dòng)類(lèi)執(zhí)行器，相當(dāng)于一個(gè)微縮了的常用生產(chǎn)過(guò)程裝置。關(guān)鍵字：總線；PROFIBUS；WINCC；控制對(duì)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(jì)（論文）題目-IV-目錄摘要.IAbstract.II第一章緒論.11.1概述.11.2國(guó)內(nèi)外研究水平和發(fā)展趨勢(shì).3第二章實(shí)驗(yàn)室過(guò)程裝置流程.52.1被控對(duì)象.52.2檢測(cè)裝置.52.3執(zhí)行機(jī)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(chǎng)總線控制系統(tǒng).103.1現(xiàn)場(chǎng)總線的組成.103.2現(xiàn)場(chǎng)總線體系結(jié)構(gòu).103.3現(xiàn)場(chǎng)總線的技術(shù)特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn).113.3.1現(xiàn)場(chǎng)總線的技術(shù)特點(diǎn).113.3.2現(xiàn)場(chǎng)總線的優(yōu)點(diǎn).113.4.1.PROFIBUS的定義及分類(lèi).123.4.2.PROFIBUS的協(xié)議結(jié)構(gòu).133.4.3.PROFIBUS-DP設(shè)備類(lèi)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(diǎn).164.3WINCC的通訊連接和畫(huà)面組態(tài)方法.17第五章上位機(jī)監(jiān)控組態(tài)軟件.185.1組態(tài)步驟.185.2本次設(shè)計(jì)上位機(jī)組態(tài)的生成.19第6章結(jié)束語(yǔ).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(dòng)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(lái)，為解決這一問(wèn)題便產(chǎn)生了現(xiàn)場(chǎng)總線。它是連接智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和自動(dòng)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(chǎng)儀表變革現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FieldbusControlSystem簡(jiǎn)稱(chēng)FCS。）?，F(xiàn)場(chǎng)總線是近年來(lái)自動(dòng)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(jiǎn)單開(kāi)放、容錯(cuò)能力強(qiáng)、實(shí)時(shí)性高、安全性好、成本低、適于頻繁交換等特點(diǎn)。目前，國(guó)際上各種各樣的現(xiàn)場(chǎng)總線有幾百種之多，統(tǒng)一的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)尚未建立。較著名的有基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線(FF)、HART現(xiàn)場(chǎng)總線、CAN現(xiàn)場(chǎng)總線、LONWORKSF現(xiàn)場(chǎng)總線、PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線、MODBUS、PHEONIX公司的INTERBUS、AS-INTERFACE總線等。在計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)急速發(fā)展的今天，特別是考慮到現(xiàn)場(chǎng)總線已經(jīng)普遍地滲透到自動(dòng)控制的各個(gè)領(lǐng)域的現(xiàn)實(shí)，現(xiàn)場(chǎng)總線必將成為工業(yè)自動(dòng)控制領(lǐng)域主要的發(fā)展方向之一?，F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)一直是國(guó)際上各大公司激烈競(jìng)爭(zhēng)的領(lǐng)域；并且國(guó)外大公司已經(jīng)在大力拓展中國(guó)市場(chǎng)，發(fā)展我國(guó)的現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品已經(jīng)刻不容緩?，F(xiàn)場(chǎng)總線對(duì)自動(dòng)化技術(shù)的影響意義深遠(yuǎn)。當(dāng)今可以認(rèn)為現(xiàn)場(chǎng)總線是提高自身系統(tǒng)整體水平的基礎(chǔ)技術(shù)，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)影響重大。因此，要在自動(dòng)化領(lǐng)域中推廣英和發(fā)展現(xiàn)場(chǎng)總線隨著計(jì)算機(jī)可靠性的提高，價(jià)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(gè)計(jì)算機(jī)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(cè)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(shí)現(xiàn)裝置級(jí)、車(chē)間級(jí)的優(yōu)化控制。但是，在DCS系統(tǒng)形成的過(guò)程中，由于受計(jì)算機(jī)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(shí)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(dòng)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(cè)元件、執(zhí)行器件與主計(jì)算機(jī)連接起來(lái)，由計(jì)算進(jìn)行智能化管理，實(shí)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(guò)程控制系統(tǒng)。從目前國(guó)內(nèi)外自動(dòng)化控制系統(tǒng)所應(yīng)用的現(xiàn)場(chǎng)總線來(lái)看，主要由PROFIBUS、MODBUS、LONWORKS、FFHART、CAN等現(xiàn)場(chǎng)總線。以上系統(tǒng)基本上都是采用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目-2-單一的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，即整個(gè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中只采用一總現(xiàn)場(chǎng)總線，整個(gè)系統(tǒng)構(gòu)造比較單一?，F(xiàn)場(chǎng)總線已不僅僅是一個(gè)新技術(shù)領(lǐng)域或新技術(shù)問(wèn)題，在研究它的同時(shí)，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(chǎng)總線，要比研究它的技術(shù)細(xì)節(jié)根據(jù)重要。自動(dòng)控制領(lǐng)域的發(fā)展過(guò)程(1)150多年前第一代過(guò)程控制體系基于5-13PSI的氣動(dòng)信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)（氣動(dòng)控制系統(tǒng)PCS,PneumaticControlSystem）。簡(jiǎn)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(hào)，這已明顯的進(jìn)步，在整整25年內(nèi)牢牢地通知了整個(gè)自動(dòng)控制領(lǐng)域。它表征了電氣自動(dòng)化控制時(shí)代的到來(lái)。控制理論有了重大發(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(kāi)始了數(shù)字計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，產(chǎn)生了巨大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，人們?cè)跍y(cè)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(gè)被稱(chēng)為第三代工程控制體系是自動(dòng)控制領(lǐng)域的一次革命，它充分發(fā)揮了計(jì)算機(jī)的特長(zhǎng)，于是人們普遍認(rèn)為計(jì)算機(jī)能做好一切事情，自然而然的產(chǎn)生了被稱(chēng)為“集中控制”的中央控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，需要基礎(chǔ)的是系統(tǒng)的信號(hào)傳輸系統(tǒng)依然是大部分沿用4-20mA的模擬信號(hào)，但是時(shí)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(xiǎn)也集中了，稍有不慎就會(huì)使整個(gè)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(jì)算機(jī)技術(shù)可靠性的大幅度增加，目前普遍使用的是第四代過(guò)程控制體系（DCS,或分布式數(shù)字控制系統(tǒng)），它主要特點(diǎn)是整個(gè)控制系統(tǒng)不再是僅僅具有一臺(tái)計(jì)算機(jī)，而是有幾臺(tái)計(jì)算機(jī)和一些職能儀表和智能部