和利时课程设计报告

北华航天工业学院课程设计报告（论文）设计课题：和利时课程设计专业班级：学生姓名：指导教师：设计时间：2013年12月19日北华航天工业学院电子工程系和利时课程设计任务书姓名：专业：自动化班级：指导教师：职称：讲师课程设计题目：和利时课程设计已知技术参数和设计要求：了解HOLLiAS—MACS系统的组成结构；了解HOLLiAS—MACS系统中各站的作用；熟悉HOLLiAS—MACS系统中的“网络”，并熟悉网络上各个节点的IP地址分配；了解SM系列硬件产品的参数及配制方法；熟悉HOLLiAS—MACS软件及组态实施过程所需仪器设备：计算机成果验收形式：系统仿真运行达到要求设计报告完整、无错误参考文献：《和利时DCS系统常见故障以及处理方法分析》韩斌等中国电力教育《和利时MACSVDCS系统在锅炉改造中的应用》光自锋等自动化应用《和利时MACSV系统在线更换DPU过程》王建伟新疆电力技术时间安排下发设计任务（第1天）系统结构（第2、3天）SM系列硬件产品（第4、5天）软件介绍及组态（第6、7、8天）撰写课程设计报告（第9天）指导教师：教研室主任：2013年12月19日注：本表下发学生一份，指导教师一份，栏目不够时请另附页。课程设计任务书装订于设计计算说明书（或论文）封面之后，目录页之前。内容摘要本报告通过对目前国内著名企业和利时的HOLLiAS-MACS的学习，总结了HOLLiAS-MACS系统的总结结构、硬件体系结构、软件体系结构、SM系列硬件产品以及软件介绍和组态实施过程。索引关键词：和利时HOLLiAS-MACSSM系列组态目录一概述………………………………………………………………1二方案设计与论证……………………………………………………………1三单元电路设计与参数计算…………………………………………………13.1.系统结构………………………………………………………………23.1.1工程师站…………………………………………………………23.1.2操作员站…………………………………………………………23.1.3数据站……………………………………………………………23.1.4现场控制站………………………………………………………33.1.5通讯站……………………………………………………………33.1.6监控网络…………………………………………………………33.1.7系统网络…………………………………………………………43.1.8控制网络…………………………………………………………43.1.9工程师站和现场控制站的网络连接……………………………53.2.SM系列硬件产品………………………………………………………73.2.1MACS系统机柜…………………………………………………73.2.1机笼单元…………………………………………………………73.2.1电源模块…………………………………………………………93.2.1主控模块…………………………………………………………103.2.1I/O模块…………………………………………………………10四总原理图及元器件清单…………………………………………………12五安装与调试………………………………………………………………13六性能测试与分析…………………………………………………………15七结论………………………………………………………………………16八心得体会…………………………………………………………………16九参考文献…………………………………………………………………171/18一、概述为了保证设备安全经济运行，必须要求某些表征设备正常工作的物理量始终维持在某一规定值或预定范围内、按预定的规律来变化，但生产过程中经常受到各种外界或内部因素的干扰，使被调量发生偏离规定值的倾向时，就需要进行相应的调节，使之保持或恢复到规定的范围内，保证生产过程的稳定。自动调节就是依靠自动调节设备来实现这种调节作用的，所以自动调节设备必须具备检测、定值、运算、执行等功能。和利时公司在成功地开发并应用了HS-DCS-1000系统和HS2000系统之后，在系统地总结了各行业用户的意见和建议，充分调查了计算机技术、网络技术、应用软件技术、信号处理技术等最新发展动态的情况下，基于当今最先进的技术，采用成熟的先进控制算法，推出了公司的第四代DCS系统HOLLiAS—MACS系统。二、方案设计与论证图1系统结构图DCS即集散型控制系统，又称分布式控制系统(DistributedControlSystem)特点：分散控制、集中管理DCS的宗旨是为工业生产和社会生活提供安全可靠的自动化解决方案，提高人们生产和生活的质量与效率，通过促进节能减排降耗来保护环境。三、单元电路设计与参数计算2/183.1.系统结构HOLLiAS—MACS系统是由以太网和使用现场总线技术的控制网络连接的各工程师站、操作员站、现场控制站、通讯控制站、数据站组成的综合自动化系统，完成大型、中型分布式控制系统(DCS)、大型数据采集监控系统(SCADA)功能。图2HOLLiAS—MACS系统3.1.1工程师站运行相应的组态管理程序，对整个系统进行集中控制和管理。组态(包括系统硬件设备、数据库、控制算法、图形、报表)和相关系统参数的设置。现场控制站的下装和在线调试，数据站和操作员站的下装。下装完毕后可把工程师站兼操作员站使用。3.1.2操作员站站号为50～79。运行相应的实时监控程序，对整个系统进行监视和控制。各种监视信息的显示、查询和打印，主要有工艺流程图显示、趋势显示、参数列表显示、报警监视、日志查询、系统设备监视等。通过键盘、鼠标或触摸屏等人机设备，通过命令和参数的修改，实现对系统的人工干预，如在线参数修改、控制调节等。3.1.3数据站站号为0。运行相应的实时监控程序，对整个系统进行监视和控制。3/183.1.4现场控制站站号为10～49。运行相应的实时控制程序，对现场进行控制和管理。包括运行工程师站所下装的控制程序，进行工程单位变换、数据采集和控制输出、控制运算等。3.1.5通讯站和其它设备通讯。3.1.6监控网络1.冗余高速以太网链路；2.使用五类屏蔽双绞线或光纤将各个通讯节点连接到中心交换机上；3.节点有工程师站、操作员站、数据站；4.采用TCP/IP通讯协议。图3以太网线监控网络上各个节点用固定分配的IP地址进行标识。为实现监控网络的冗余，网中每个节点的主机都配有两块以太网卡，一般在工程上将两块以太网卡分别连接到130网段和131网段的交换机上。监控网络的前两位IP地址分别为130.0和131.0，后两位则可以自行定义。对于工程师站和操作员站的计算机，我们把它看作同一类计算机，进行统一编号。工程上编号的惯例为：操作员站50操作员站51操作员站52操作员站n(工程师站)数据站A机数据站B机130网段130.0.0.50130.0.0.51130.0.0.52130.0.0.n130.0.0.1130.0.0.2131网段131.0.0.50131.0.0.51131.0.0.52131.0.0.n131.0.0.1131.0.0.24/18图4监控网以太网卡的设置针对操作员站、数据站监控网网卡设置，选择TCP/IP协议，点击属性在弹出的窗口中填入该站的IP地址，如果这台计算机为50号站，则填入地址130.0.0.50，如果这台计算机为数据站A机，则填入地址130.0.0.1。3.1.7系统网络1.冗余高速工业以太网；2.采用HSIE通讯协议；3.使用五类屏蔽双绞线或光纤将各个通讯节点连接到中心交换机上；4.节点有数据站、现场控制站。系统网以太网卡的设置：由于系统网络是工业以太网，其通讯协议为HSIE协议，因此不需要在系统设备组态中设置系统网以太网卡的地址。图5系统网以太网卡的设置针对数据站系统网网卡设置，选择HSIE协议即可。3.1.8控制网络1.位于现场控制站内部2.Profibus-DP现场总线5/183.采用带屏蔽的双绞铜线连接4.节点主要有DP主站(主控单元)和DP从站(智能I/O单元)5.完成实时输入/输出数据和从站设备诊断信息的传送6.站地址为0-125图6Profibus-DP线缆Profibus是作为德国国家标准DIN19245和欧洲标准prEN50170的现场总线。ISO/OSI模型也是它的参考模型。由Profibus-Dp、Profibus-FMS、Profibus-PA组成了Profibus系列。Porfibus支持主—从系统、纯主站系统、多主多从混合系统等几种传输方式。主站具有对总线的控制权，可主动发送信息。按Profibus的通信规范，令牌在主站之间按地址编号顺序，沿上行方向进行传递。主站在得到控制权时，可以按主—从方式，向从站发送或索取信息，实现点对点通信。主站可采取对所有站点广播(不要求应答),或有选择地向一组站点广播。HOLLiAS-MACS系统使用Profibus–DP协议。3.1.9工程师站和现场控制站的网络连接图7工程师站和现场控制站的网络连接工程师站下装数据时通图7所示连接实现。6/18由于工程师站下装现场控制站是通过TCP/IP协议进行，因此现场控制站需要设置IP地址。我们将一个现场控制站里相互冗余的两个主控单元分别称为A机、B机。它们的IP地址设置是通过一对拨码开关来实现的，具体设置方法详见硬件产品介绍中的主控机笼SM120正面板上的拨码开关设置部分。设置后的现场控制站中系统网卡的IP地址如下表所示。工程师站下装现场控制站时需要在组态软件选择设置的此地址，具体设置方法详见软件介绍中的控制器算法组态。#10站主控单元#11站主控单元#12站主控单元#n站主控单元A机128网段128.0.0.10128.0.0.11128.0.0.12128.0.0.n129网段129.0.0.10129.0.0.11129.0.0.12129.0.0.nB机128网段128.0.0.138128.0.0.139128.0.0.140128.0.0.(128+n)129网段129.0.0.138129.0.0.139129.0.0.140129.0.0.(128+n)通过下表总结一下各站网卡数量以及网卡地址。(工程师站兼做操作员站使用时站号可根据实际情况选择，不限于50号站)操作员站50/工程师站操作员站n数据站A机数据站B机现场控制站10现场控制站nA机B机A机B机监控网A网130.0.0.50130.0.0.n130.0.0.1130.0.0.2监控网B网131.0.0.50131.0.0.n131.0.0.1131.0.0.2系统网A网/下装A128.0.0.50HSIEProtocolHSIEProtocolHSIEProtocol/128.0.0.10HSIEProtocol/128.0.0.138HSIEProtocol/128.0.0.nHSIEProtocol/128.0.0.(128+n)系统网B网/下装B129.0.0.50HSIEProtocolHSIEProtocolHSIEProtocol/129.0.0.10HSIEProtocol/129.0.0.138HSIEProtocol/129.0.0.nHSIEProtocol/129.0.0.(128+n)网卡数量424422227/18说明：每个操作员站2块网卡(每卡1个IP地址)，工程师站4块网卡(每卡1个IP地址)，每个数据站4块网卡(监控网每卡1个IP地址，系统网网卡HSIEProtocol，没有IP地址)，每个现场控制站中有4块以太网卡(A主控有2块，B主控有2块，系统网网卡HSIEProtocol，没有IP地址，但由于接收工程师站下装每卡1个IP地址)3.2.SM系列硬件产品3.2.1MACS系统机柜每个控制机柜正面安装机笼，机笼之间的通讯联系通过预制电缆(SX00x/DB9)连接；每个控制机柜可以安装四至五个机笼；每个机笼可以安装14个模块。控制机柜背面有三列导轨，可以安装45个100型端子模块(SM3xxx),或3