【正文】 智能采集模塊在集中監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用設(shè)計(jì) 摘要： 本設(shè)計(jì)通過(guò)了解 CS4000型和 THSA1型兩臺(tái)過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)裝置的測(cè)量過(guò)程，對(duì)裝置的測(cè)量過(guò)程中的主要變量進(jìn)行分析， 為 實(shí)現(xiàn)對(duì) CS4000 型和 THSA1 型兩臺(tái)過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)裝置的各個(gè)參數(shù) 進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，針對(duì)該過(guò)程的數(shù)據(jù)采集需求與特點(diǎn)，采用 ADAM4000 系列智能采集模塊為數(shù)據(jù)采集輸入模塊， 通過(guò) RS485 通訊結(jié)合組態(tài)王軟件 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控。 ADAM4017+模塊對(duì)控制系統(tǒng)過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，并按照研華通訊協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)到上位監(jiān)控平臺(tái)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。 關(guān)鍵詞： 過(guò)程控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置 智能采集模塊 組態(tài)王 監(jiān)控系統(tǒng) The application design of the intelligent collection module in the centralized monitoring system Abstract: This design by understanding cs4000 and THSA1 type two process control experimental device for measuring process, the measurement process of the device to analyze the major variables, to achieve on the cs4000 and THSA1 type two process control parameters of the experimental device for data acquisition and monitoring, according to the process of data acquisition requirements and characteristics, the ADAM4000 series intelligent acquisition module for data collection and input module, through the RS485 munication bined with configuration software to realize data acquisition and monitoring. Module ADAM4017+ of process control system for realtime data acquisition, and in accordance with Advantech munication protocol data transmission to the host puter monitoring platform, in order to achieve for the realtime monitoring. Keywords: process control system experimental device of intelligent acquisition module monitor system 第一章 緒論 目的及意義 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)是當(dāng)代大學(xué)本科畢業(yè)生 的重要教學(xué)環(huán)節(jié) 。 本科生 畢業(yè)設(shè)計(jì) 在培養(yǎng)大學(xué)生積極探求知識(shí)、進(jìn)行科學(xué)研究的基本訓(xùn)練、提高本科生的設(shè)計(jì)與應(yīng)用實(shí)踐方面，有著不可替代的作用，是教育與社會(huì)實(shí)踐相結(jié)合的產(chǎn)物，是培育大學(xué)生的創(chuàng)新和實(shí)踐的重要環(huán)節(jié)。 畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)是培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用知識(shí)能力的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，是最靠近以后工作一個(gè)環(huán)節(jié)。它不僅是對(duì)以前所學(xué)知識(shí)的進(jìn)一步深化掌握，也為以后工作和科研奠定了一定的理論和實(shí)踐基礎(chǔ) 。 畢業(yè)設(shè)計(jì)中 對(duì)能力的培養(yǎng)要求主要是： （ 1）對(duì)知識(shí)綜合應(yīng)用 的能力。畢業(yè)設(shè)計(jì)作為教學(xué)中的最后一個(gè)環(huán)節(jié)， 不是局限于單獨(dú)的課程的學(xué)習(xí)，而是對(duì)大學(xué)期間所學(xué)知識(shí)的一個(gè)綜合應(yīng)用， 將所學(xué)的基礎(chǔ)理論、技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)和專(zhuān)業(yè)知識(shí)應(yīng)用到工程實(shí)際問(wèn)題中， 為以后的工作做好準(zhǔn)備。 （ 2）查閱應(yīng)用文獻(xiàn)資料的能力。所有設(shè)計(jì) 都是對(duì)前人的基礎(chǔ)上提出自己的觀點(diǎn)，在進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)之前需要去查閱大量的相關(guān)文獻(xiàn)資料，對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目有了一定的了解之后才能進(jìn)行設(shè)計(jì)。 隨著國(guó) 際交流的重要性，外文資料越來(lái)越多，還 要求學(xué)生也要具備一定的外文資料查閱 和 使用能力。 （ 3）分析解決問(wèn)題的能力 。在畢業(yè)設(shè)計(jì)題目選定之后， 就應(yīng)該著手開(kāi)始查閱資料，根據(jù)題目的要求， 結(jié)合自己所學(xué)的知識(shí)，選擇合適的設(shè)備、采集模塊硬件和軟件等，然后初步制定一個(gè)完整的設(shè)計(jì)方案 ，并對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行成本、經(jīng)濟(jì)的比較，選擇最優(yōu)路線，樹(shù)立起生產(chǎn)觀點(diǎn)、經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)和全局觀點(diǎn)。 （ 4）動(dòng)手實(shí)踐能力。 培養(yǎng)理論聯(lián)系實(shí)際、認(rèn)真負(fù)責(zé)的態(tài)度。 自動(dòng)化專(zhuān)業(yè) 的畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)學(xué)生 動(dòng)手能力要求 較高， 畢業(yè)設(shè)計(jì)大部分是在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行軟件的編程、系統(tǒng)仿真和監(jiān)控，這就需要學(xué)生能夠熟練使用計(jì)算機(jī)及相應(yīng)的軟件來(lái)完成這部分設(shè)計(jì)工作，然后與實(shí)際設(shè)備進(jìn)行連接，采集數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)進(jìn)行監(jiān)控 。 （ 5）撰寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文的能力。設(shè)計(jì)完成后，需要撰寫(xiě)設(shè)計(jì)論文 ， 將所有的設(shè)計(jì)條理化、清晰易懂的通過(guò)書(shū)面呈現(xiàn)出來(lái)，也是最后存檔、答辯的重要文件。對(duì)于格式的要求應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)。 在畢業(yè)設(shè)計(jì)中要自始至終本著對(duì)工程設(shè)計(jì)負(fù)責(zé)的態(tài)度，從難從嚴(yán)要求，綜合考慮經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性、安全可靠性和先進(jìn)性，嚴(yán)肅認(rèn)真地進(jìn)行設(shè)計(jì)，高質(zhì)量地完成設(shè)計(jì)任務(wù)。 在畢業(yè)設(shè)計(jì)中遇到問(wèn)題不敷衍，要通過(guò)查閱資料和復(fù)習(xí)有關(guān)教科書(shū)，通過(guò)積極思考，提出個(gè)人見(jiàn)解，主動(dòng)解決問(wèn)題，注 重能力培養(yǎng)。強(qiáng)調(diào)獨(dú)立思考，有創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)，并不等于憑空設(shè)想。 在畢業(yè)設(shè)計(jì)中學(xué)會(huì)收集、理解、熟悉和使用各種資料，正是培養(yǎng)設(shè)計(jì)能力的重要方面，也是設(shè)計(jì)能力強(qiáng)的 重要表現(xiàn)。 自動(dòng)化技術(shù)的核心及發(fā)展現(xiàn)狀 自動(dòng)化技術(shù)是一門(mén)綜合性技術(shù)，它和 控制論 、 信息論 、 系統(tǒng)工程 、 計(jì)算機(jī)技術(shù) 、 電子學(xué) 、液壓氣壓技術(shù)、自動(dòng)控制等都有著十分密切的關(guān)系，而其中又以控制理論和計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)自動(dòng)化技術(shù)的影響最大。 采用自動(dòng)化技術(shù)不僅可以使人從繁重的體力勞動(dòng)、部分腦力勞動(dòng)以及惡劣、危險(xiǎn)的工作環(huán)境中解放出來(lái)，而且能擴(kuò)展人的器官功能，極大地提高勞動(dòng)生 產(chǎn)率，增強(qiáng)人類(lèi)認(rèn)識(shí)世界和改造世界的能力。 自動(dòng)化技術(shù)的研究、應(yīng)用和推廣，對(duì)人類(lèi)的的生產(chǎn)、生活方式將產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。 現(xiàn)在自動(dòng)化的發(fā)展趨勢(shì)相當(dāng)可觀， 如 機(jī)電一體化 、 機(jī)械功能多元化 、 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、模組化 、 控制智能化 、 結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)高精度化 。 自動(dòng)控制理論可以抵消干擾變量起到系統(tǒng)控制的作用，是自動(dòng)化技術(shù)的核心。先后經(jīng)歷了經(jīng)典控制理論、現(xiàn)代控制理論和智能控制理論三個(gè)時(shí)期，每個(gè)階段都伴隨著當(dāng)時(shí)時(shí)期各具特點(diǎn)，智能控制理論就是將信息論、運(yùn)籌學(xué)、人工智能、和現(xiàn)在經(jīng)常使用的自動(dòng)控制集成于一體，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)控制。現(xiàn)階段我們經(jīng)常把一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)劃分為恒指、伺服和程序自動(dòng)控制系統(tǒng)，根據(jù)其各自的不同功能在實(shí)際工程擇優(yōu)選用。進(jìn)入二十一世紀(jì)，基于智能控制理論抗干擾能力強(qiáng)被廣泛應(yīng)用，其機(jī)理采用的是反饋與前饋控制，反饋控制的作用是實(shí)時(shí)監(jiān)控控制量，根據(jù)控制量的數(shù)值決定輸出 變量；前饋控制是利用反饋的輸出數(shù)值變化與否，決定 是否施加作用，作用要在輸出數(shù)值變化之前施加 。 自動(dòng)化技術(shù)廣泛用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事、科學(xué)研究、交通運(yùn)輸、商業(yè)、醫(yī)療、服務(wù)和家庭等方面：其中，自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用中，最主要的方向是工業(yè)自動(dòng)化。在這一方面主要應(yīng)用的領(lǐng)域有： CAD、 CAM、 OA過(guò)程控制以及自動(dòng)化儀器儀表，這種技術(shù)的應(yīng)用使得工業(yè)生產(chǎn)效率得到了極大地提高，在石油、化工、冶金、輕工業(yè)等領(lǐng)域表現(xiàn)尤為明顯。舉例來(lái)說(shuō)：在我們的生產(chǎn)過(guò)程中，很多的自動(dòng)化裝置或者設(shè)備得以應(yīng)用，比如自動(dòng)化小車(chē)、數(shù)控機(jī)床、柔性生產(chǎn)線和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)等，完成產(chǎn)品的加工、裝配、運(yùn)輸、存儲(chǔ)等工作。另外，在鋼鐵、石化、農(nóng)業(yè)、漁業(yè)和畜牧業(yè)等領(lǐng)域，自動(dòng)化儀表和自動(dòng)化裝置對(duì)于控制生產(chǎn)參數(shù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程以及管理過(guò)程的自動(dòng) 計(jì)算 化起到了不可忽視的作用。 現(xiàn)代生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)自動(dòng)化技術(shù)提出越來(lái)越高的要求，同時(shí)也為自動(dòng)化技術(shù)的革新提供了必要條件。 70 年代以后，自動(dòng)化開(kāi)始向復(fù)雜的電氣自動(dòng)化系統(tǒng)控制和高級(jí)的智能控制發(fā)展，并廣泛地應(yīng)用到國(guó)防、科學(xué)研究和經(jīng)濟(jì)等各個(gè)領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)更大規(guī)模的自動(dòng)化，例如大型企 業(yè)的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)、全國(guó)鐵路自動(dòng)調(diào)度系統(tǒng) 、國(guó)家 電力網(wǎng) 自動(dòng)調(diào)度系統(tǒng)、 空中交通管制系統(tǒng) 、城市交通控制系統(tǒng)、自動(dòng)化指揮系統(tǒng)、國(guó)民經(jīng)濟(jì)管理系統(tǒng)等。自動(dòng)化的應(yīng)用正從工程領(lǐng)域向非工程領(lǐng)域擴(kuò)展，如醫(yī)療自動(dòng)化、人口控制、經(jīng)濟(jì)管理自動(dòng)化等。自動(dòng)化將在更大程度上模仿人的智能，機(jī)器人已在工業(yè)生產(chǎn)、海洋開(kāi)發(fā)和宇宙探測(cè)等領(lǐng)域得到應(yīng)用，專(zhuān)家系統(tǒng)在醫(yī)療診斷、地質(zhì)勘探等方面取得顯著效果。工廠自動(dòng)化、辦公自動(dòng)化、家庭自動(dòng)化和農(nóng)業(yè)自動(dòng)化將成為新技術(shù)革命的重要內(nèi)容，并得到迅速發(fā)展。 PLC 是在繼電器控制和計(jì)算機(jī)控制的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出來(lái)的，并逐漸發(fā)展成以為處理器為基礎(chǔ)，綜合計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)等現(xiàn)代技術(shù)與一體的新型工 業(yè)自動(dòng)控制裝置。 DCS 一個(gè)由過(guò)程控制級(jí)和過(guò)程監(jiān)控級(jí)組成的以通信網(wǎng)絡(luò)為紐帶的多級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，綜合了計(jì)算機(jī)、通訊、顯示和控制等 4C 技術(shù)，其基本思想是分散控制、集中操作、分級(jí)管理、配置靈活、組態(tài)方便。 課題主要內(nèi)容 本次設(shè)計(jì)主要主要是研究智能采集模塊在集中監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用設(shè)計(jì)，主要是大學(xué)期間所學(xué)知識(shí)的的一個(gè)綜合應(yīng)用，提高自身綜合設(shè)計(jì)和實(shí)踐的能力，檢驗(yàn)所學(xué)過(guò)的知識(shí)。本次設(shè)計(jì) 分析了解過(guò)程控制監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)在的發(fā)展現(xiàn)狀，研究智能采集模塊在其中的應(yīng)用，對(duì)設(shè)備進(jìn)行選型，然后進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，選擇浙大中控的CS4000系 列過(guò)程實(shí)驗(yàn)裝置和浙江天煌的 THSA1型搭建成 實(shí)驗(yàn) 硬件平臺(tái)， 采用ADAM4000智能采集模塊構(gòu)成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的集中采集站，利用組態(tài)王監(jiān)控軟件及 PC機(jī)構(gòu)成的上位操作站完成系統(tǒng)編程設(shè)計(jì)。 主要包括以下幾部分： 對(duì)象裝置的介紹及參數(shù)特性； 控制系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)； 設(shè)備的選型和設(shè)計(jì)； 系統(tǒng)的編程設(shè)計(jì)。 第二章 對(duì)象裝置介紹及參數(shù)特性 過(guò)程控制介紹 過(guò)程控制是生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)控制的簡(jiǎn)稱(chēng)，通常是指石油、化工、電力、冶金、輕工、建材、核能等工業(yè)生產(chǎn)中連續(xù)的或按一定周期程序進(jìn)行的生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)控制，它是自動(dòng)化技術(shù)的重要組成部分。 過(guò)程控制系統(tǒng)一般是對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的有關(guān)參數(shù)進(jìn)行控制，主要對(duì)系統(tǒng)的溫度、壓力、流量、液位、成分、和物質(zhì)六大類(lèi)參數(shù)進(jìn)行控制 ，由于其控制對(duì)象的特殊性，過(guò)程控制系統(tǒng)具有對(duì)象復(fù)雜多樣、存在滯后、特性的非線性，控制系統(tǒng)復(fù)雜并多屬慢過(guò)程參數(shù)控制，定值控制的特點(diǎn) 生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化是適應(yīng)生產(chǎn)發(fā)展的需要而發(fā)展 起來(lái)的，它們之間相互依存，相互促進(jìn)，密切相關(guān)。生產(chǎn)工藝 的變革、設(shè) 備的更新、生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大、新產(chǎn)品的涌現(xiàn)都會(huì)促進(jìn)自動(dòng)化的發(fā)展進(jìn)程 。工業(yè)生產(chǎn)對(duì)過(guò)程控制的要求主要有安全性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性，所以為了提高穩(wěn)定性和方便，研究智能采集模塊在過(guò)程控制監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用。 CS4000 系列過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)裝置是中控教儀公司為了適應(yīng)高等院校本科、工程實(shí)訓(xùn)、搭建科研平臺(tái)的需要推出的系列高級(jí)過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)裝置。本系列產(chǎn)品融入多項(xiàng)先進(jìn)控制技術(shù)（包括多變量智能解耦控制技術(shù)、純滯后，非線性控制技術(shù)、自適應(yīng)與智能控制技術(shù)等）、工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)、企業(yè)實(shí)時(shí)信息管理系統(tǒng)等多項(xiàng)前沿技術(shù)?？蓱?yīng)用于基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)和 工程實(shí)訓(xùn)、重大技術(shù)展示及研究平臺(tái)、過(guò)程控制網(wǎng)絡(luò)化示范工程、流稱(chēng)工業(yè)自動(dòng)化綜合技術(shù)實(shí)訓(xùn)中心等多個(gè)層面的應(yīng)用，既有自動(dòng)化學(xué)科發(fā)展的先進(jìn)性、前瞻性，又有很強(qiáng)的針對(duì)性，體現(xiàn)了以產(chǎn)業(yè)需求帶動(dòng)學(xué)科發(fā)展，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的新趨勢(shì)。 CS4000 過(guò)程實(shí)驗(yàn)裝置 CS4000 過(guò)程實(shí)驗(yàn)裝置 綜述 CS4000 實(shí)驗(yàn)裝置 包括兩個(gè)獨(dú)立的水路動(dòng)力系統(tǒng)，主管路由磁力驅(qū)動(dòng)循環(huán)泵、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、電磁流量計(jì)組 回路通道； 副管路 由變頻器、磁力驅(qū)動(dòng)循環(huán)泵 、渦輪流量計(jì)組成干擾通道。但這知識(shí)針對(duì)單輸入單輸出系統(tǒng)而言，對(duì)于多輸入多輸出系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，主副管路的水流量都將作為操作變量。 如圖 所示： 圖 CS4000實(shí)驗(yàn)裝置 CS4000 實(shí)驗(yàn)裝置 還 包含了一套自主開(kāi)發(fā)的典型的多輸入多輸出受控對(duì)象 。該 對(duì)象由四個(gè) 水箱組成，每個(gè)水箱均裝有壓力 變送器； 通過(guò)閥門(mén)切換，任何兩組動(dòng)力的水流可以到達(dá)任何一個(gè)水箱。通過(guò) 該多變量對(duì)象，可方便地實(shí)現(xiàn)多回