DCS实验系统

江苏科技大学毕业设计（论文）1DCS实验系统开发——硬件部分摘要本文主要介绍了分布式控制系统的基本理论及JX-300X分布式控制系统（DCS）设计，并在此基础上设计开发的适用于机电一体化专业本科生的开放性实验。论文首先介绍了AE2000A实验系统和分布式控制系统（DCS）的软、硬件配置,然后介绍了分布式控制系统（DCS）的总体实验方案,最后对本实验系统进行电气线路设计并编写了实验指导书。关键词：DCS，AE2000A，电气控制设计江苏科技大学毕业设计（论文）2AbstractThistextmainlyintroducedthatthebasictheoriesofdistributedcontrolsystemandthedesigndevelopmentofJX-300XDistributedControlSystem.What’smore,theyaresuitabletotheopenexperimentofelectricity-mechanicsintegratedprofessionalundergraduates.FirstlyitintroducedexperimentalsystemofAE2000Aandthesoftware,hardwaredispositionofDistributedControlSystem（DCS）,thenintroducedtheoverallexperimentschemeofDistributedControlSystem（DCS）,finallymadetheelectriccircuits’designforthisexperimentalsystemandwrotetheexperimentalguidebook.KeyWords:DCS,AE2000A,thedesignofelectroniccontrol江苏科技大学毕业设计（论文）3目录第一章绪论………………………………………………………61.1本次毕业设计的背景及意义…………………………………61.2JX-300X集散控制系统简介…………………………………61.3AE2000A实验系统简介……………………………………71.4毕业设计主要任务……………………………………………8第二章实验系统的软件介绍……………………………………92.1系统软件的概述及特点………………………………………92.2组态软件(SCKey)的概述………………………………………92.3实时监控软件(AdvanTrol)的概述……………………………102.4SCX语言组态软件……………………………………………10第三章实验系统的硬件配置设计………………………………113.1DCS控制系统硬件介绍………………………………………113.1.1控制站硬件的概述………………………………………113.1.2机柜与机笼………………………………………………123.1.3电源………………………………………………………143.1.4控制站卡件概述…………………………………………163.1.5主控制卡（部件号SP243X………………………………173.1.6数据转发卡（部件卡SP233）……………………………193.1.7电压信号输入卡（部件号SP314）………………………213.1.8模拟信号输出卡（SP322）………………………………223.1.9SP590端子板……………………………………………233.2AE2000A实验系统硬件介绍…………………………………243.2.1AE2000A过程控制系统DCS工业标准控制柜的组成…24江苏科技大学毕业设计（论文）43.2.2AE2000A过程控制系统的组成结构及特点……………253.2.3实验对象装置…………………………………………263.2.4AE2000A与DCS的I/O通道………………………………27第四章电气线路的设计…………………………………………294.1一些主要的电气控制元件的介绍……………………………294.2各器件的电路设计……………………………………………314.2.1压力液位变送器电气控制设计…………………………314.2.2温度传感器电气控制设计………………………………344.2.3流量计（涡轮流量计及电磁流量计）电气控制设计…354.2.4电动调节阀电气控制设计…………………………………364.2.5变频器电气控制设计…………………………………364.2.6DCS端子接线表和电气控制线路图……………………374.3系统接线……………………………………………………39第五章实验总体开发思想及项目设定……………………………415.1实验方案设计前提……………………………………………415.2实验总体思想…………………………………………………415.3实验项目设定…………………………………………………42第六章实验指导书的编写……………………………………44实验一锅炉内胆水温PID整定实验……………………………44实验二上水箱下水箱液位串级控制实验……………………48实验三锅炉夹套和内胆温度串级控制实验…………………50第七章总结与展望………………………………………………537.1总结……………………………………………………………537.2展望……………………………………………………………53致谢………………………………………………………………54江苏科技大学毕业设计（论文）5参考文献…………………………………………………………55附录………………………………………………………………56附录一英文原文………………………………………………56附录二中文翻译………………………………………………70江苏科技大学毕业设计（论文）6第一章绪论1.1本次毕业设计的背景及意义随着现代工业的不断发展，计算机技术、信息技术、现代管理技术以及先进工艺技术得到了具体地应用。与此同时，社会对这方面人才的需求也是与日俱增。因此，顺应提高机电专业学生的综合理论水平和实践能力的潮流，为此开展AE2000A实验系统设计环节。集散控制系统（DistributedControlSystem--DCS），是一种以微处理器为基础的分散型综合控制系统。是计算机（Computer）、通信(Communication)、CRT显示和控制(Control)技术（简称四C技术）发展的产物，是以微处理器为基础的分散型综合控制系统。是相对于集中式控制系统而言的一种计算机控制系统。DCS集散控制系统采用危险分散、控制分散，而操作和管理集中的基本设计思想，多层分级、合作自治的结构形式，适应现代化的生产和管理要求[1]。DCS集散控制系统自1975年问世以来，已经历了20多年的时间，已由过去只在少数大型企业的控制系统中应用，发展到化工、电力、石油、冶金、建材、制药等诸多行业最普通的控制工具。DCS的核心结构可以简单地归为“三点一线”式的结构。“一线”是指DCS的骨架计算机网络；“三点”则是指连接在网络上的三种不同类型的节点：面向被控现场的现场I/O控制站；面向操作人员的操作站；面向DCS监督管理人员的工程师站。在这样的形势下，学校为了提高机电一体化教学的水平，改善教学设施，增强学生的实际动手能力和了解现代化生产过程的实际情况，便引进了这套以DCS为控制系统AE2000A为被控对象的实验系统。这套实验系统是以工业现场控制为对象的实物模拟仿真系统，整个系统包括了各种典型的电气控制、各类传感器的应用、组态控制、变频器控制以及工业现场总线等众多的实验内容，既能进行验证性、设计性实验,又能进行综合性实验,可以满足不同层次的教学和研究的要求。江苏科技大学毕业设计（论文）71.2JX-300X集散控制系统简介浙大中控于1997年推出的全数字化的新一代集散控制系统JX-300充分应用了最新信号处理技术、高速网络通信技术、可靠的软件平台和软件设计技术以及现场总线技术，采用了高性能的微处理器和成熟的先进控制算法，全面提高了JX-300的功能和性能，使其兼具了高速可靠的数据输入、输出、运算、过程控制功能和PLC连锁逻辑控制功能，能适应更广泛更复杂的应用要求，成为一个全数字化、结构灵活、功能完善的新型开放式集散控制系统。JX-300X的基本组成包括工程师站（ES）、操作站(OS)、控制站(CS)和通讯网络SCnetII。通过在JX-300X的通讯网络上挂接总线变换单元(BCU)可实现与JX-100、JX-200、JX-300系统的互联；在通讯网络上挂接通信接口单元(CIU)可实现JX-300X与PLC等数字设备的连接；通过多功能计算机站和相应的应用软件可实现与企业管理计算机网的信息交换，实现企业网络环境下的实时数据采集、实时流程查看、实时趋势浏览、报警记录与查看、报表数据存储、历史趋势存储与查看、生产过程报表与输出等功能，从而实现整个企业生产过程的管理、控制全集成综合自动化。1.3AE2000A实验系统简介AE2000A型过程控制实验装置是根据我国工业自动化及相关专业教学特点,吸取了国外同类实验装置的特点和长处,并与目前大型工业装置的自动化现场紧密联系,采用了工业上广泛使用并处于领先的AI智能仪表加组态软件控制系统、DCS(分布式集散控制系统)，经过精心设计、多次实验和反复论证后，推出的一套基于本科生教学和学科建设的实验设备。AE2000A型过程实验装置的检测信号、控制信号及被空信号均采用ICE标准，即1～5V电压信号，4～20mA电流信号。实验系统供电要求：三相380V交流电，外型尺寸：控制台600×850×1800mm；对象1500×850×2200mm；重量：50Kg；对象200Kg。系统主要特点：江苏科技大学毕业设计（论文）8◆调参数囊括了流量、液位、压力、温度四大热工参数。◆执行器中既有电动调节阀、单向调压装置等仪表类执行机构，又有变频调速器等电力拖动类执行器。◆调节系统除了有调节器的设定值阶跃扰动外,还有在对象中通过另一动力支路或电磁阀和手操阀制造各种扰动。◆一个被调参数可在不同动力源、不同的执行器、不同的工艺线路下演变成各种调节回路，以利于讨论、比较各种调节方案的优劣。◆某些检测信号、执行器在本对象中存在相互干扰，它们同时输入和工作时需对原独立调节系统的被调参数进行重新整定，还可对复杂调节系统比较优劣。◆各种控制算法和调节规律在开放的组态实验软件平台上都可以实现。◆实验数据及图表可以永久存储，在MCGS组态软件中也可随时调用，以便实验者在实验结束后进行比较和分析。[3]1.4毕业设计的目的和主要任务本次毕业设计的目的就是了解AE2000A过程控制实验装置的总体结构和JX-300X分布式控制系统的整体结构、硬件设备和系统组态软件及实时监控软件。本次毕业设计的主要任务：1.了解AE2000A过程控制实验装置各个单元的硬件，并弄清楚它们在实验中的作用。2.了解JX-300X集散控制系统的系统软件。3.熟悉JX-300X集散控制系统的各种卡件的功能，并完成电气控制设计和接线图。4.在了解AE2000A实验对象的基础上设计开发适用于机电一体化专业本科学生的开放性实验,包括实验总体方案﹑实验控制对象电气控制线路的设计，绘制电气控制线路图，并完成相应实验指导书。江苏科技大学毕业设计（论文）9第二章实验系统的软件介绍2.1系统软件的概述及特点JX-300X系统软件基于中文Windows2000/NT开发，用户界面友好，所有的命令都化为形象直观的功能图标，只需用鼠标即可轻而易举地完成操作，使用更方便简捷；再加上SP032操作员键盘的配合，控制系统设计实现和生产过程实时监控快捷方便。系统软件的特点为：软件运行环境是中文Windows2000/NT；采用多任务、多线程，32位代码；采用实时数据库；图形组态与语言组态结合；图形分辨率1024x768，256色（兼容800*600）；数据更新周期1秒，动态参数刷新周期1秒；按键响应时间=0.2秒；流程图完整显示