【文章內(nèi)容簡介】 行標定、校驗和進行故障的診斷等，用戶可以得到儀表的更多信息，例如儀表位號、最近一次標定的時間等。此外，由于控制功能下移到變送器或執(zhí)行器，是采樣周期縮 短，控制質(zhì)量提高。 ⑤增加了系統(tǒng)的自治性。采用現(xiàn)場總線標準的智能儀表后，操作人員可以在控制室方便地對生產(chǎn)過程進行監(jiān)視、操作和控制。原分散過程控制裝置的功能在現(xiàn)場儀表中實現(xiàn)，從而增加了系統(tǒng)的自治性。 ⑥提高了系統(tǒng)的監(jiān)測精度和魯棒性。 ⑦系統(tǒng)組態(tài)簡單，安裝、運行和維修方便?，F(xiàn)場總線儀表的組態(tài)可以在控制室進行，它的調(diào)試也比模擬儀表方便和快捷。自診斷的功能是維修變得十分方便。 現(xiàn)場總線實施方案 PROFIBUS 現(xiàn)場總線是當今國際上比較流行的一種現(xiàn)場總線 ，具有很好的靈活性和可靠性，在性能價格比上也占有很大的優(yōu) 勢。 PROFIBUSDP 具有快速、即插即用、效率高、成本低等特性。 SIEMENSS7 系列可編程控制器 S7200 完成現(xiàn)場采集，通過冗余的雙環(huán)光纜PROFIBUS現(xiàn)場總線與中央管理控制系統(tǒng)的冗余通信、數(shù)據(jù)服務器相連接，并使用組態(tài)王軟件進行所有可編程控制器的集中管理、組態(tài)和維護、利用法國 ARC 公司 PCVUE32人機界面圖形控制軟件進行人機交互，實現(xiàn)整個隧道機電系統(tǒng)的控制、協(xié)調(diào)和管理，由此提高了系統(tǒng)的可靠性、可用性、靈活性，優(yōu)化了系統(tǒng)結構和性能?？刂葡到y(tǒng)劃分為三個技術層次，即現(xiàn)場控制層（包括中央控制器）、數(shù) 據(jù)庫服務層、中央管理層。 （ 1）低層（現(xiàn)場控制層）：現(xiàn)場控制層按功能可分為交通檢測與誘導控制子系統(tǒng)、通風檢測與控制子系統(tǒng)、照明檢測與控制子系統(tǒng)以及中央控制子系統(tǒng)等幾部分。其中每個子系統(tǒng)區(qū)域由區(qū)域控制器（ SIEMENS S7系列可編程控制器）實現(xiàn)各部分相關信號的檢測與控制。 （ 2）中間層（數(shù)據(jù)庫服務層）：作為現(xiàn)場控制層與中央管理層之間的數(shù)據(jù)接口。一方面，數(shù)據(jù)庫服務器通過 PROFIBUS總線實現(xiàn)現(xiàn)場控制的數(shù)據(jù)記錄與管理，另一方面，服熱處理工藝流程計算機 控制系統(tǒng) 第 頁 8 務器中的數(shù)據(jù)庫又是上層即中央管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來源。 （ 3）最高層（中央管理層）：負 責實時監(jiān)視系統(tǒng)狀態(tài)，并根據(jù)需要控制現(xiàn)場設備動作、統(tǒng)計系統(tǒng)運行信息、調(diào)整系統(tǒng)功能等。 PROFIBUS是近年來國際上最為流行的現(xiàn)場總線，也是目前數(shù)據(jù)傳輸率最快的一種現(xiàn)場總線。各個控制點相對集中處分別設置區(qū)域控制器，進行分散控制。某一控制點或控制器的故障或失效，不會影響整個系統(tǒng)的安全運行。中央管理系統(tǒng)和現(xiàn)場控制系統(tǒng)之間，配置了冗余的、可靠性高的通信、數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)庫服務器，使系統(tǒng)的可靠性大大提高。冗余的環(huán)形光纜 PROFIBUS總線系統(tǒng)，保證在災難情況下系統(tǒng)的有效性；貫穿整個控制區(qū)域的 PROFIBUS現(xiàn)場總線技術，是 當前應用最廣泛的現(xiàn)場總線技術，對于來自任何廠家的設備都是開放的。 整個控制系統(tǒng)采用德國西門子公司的全集成自動化技術，由于硬件、軟件之間的充分協(xié)調(diào)，以及在整個系統(tǒng)內(nèi)完全一體化，使得系統(tǒng)的整體性非常高。各個區(qū)域控制器通過冗余的環(huán)形光纜 PROFIBUS 總線而成為一個整體，任何控制器都可以透明、快捷的訪問系統(tǒng)中任一個輸入 /輸出點和進行信息交換如同人體血液流動一樣自然通暢。 使用 EM277 將 S7200CPU 作為 DP 從站連接到網(wǎng)絡 通過 EM277PROFIBUSDP 擴展從站模塊，可將 S7200CPU 連接到 PROFIBUSDP網(wǎng)絡。 EM277 經(jīng)過串行 I/O總線連接到 S7200CPU。 PROFIBUS 網(wǎng)絡經(jīng)過其 DP 通信端口，連接到 EM277PROFIBUS 模塊。 作為 DP 從站， EM277 模塊接受從主站來的多種不同的 I/O 配置，向主站發(fā)送和接受不同數(shù)量的數(shù)據(jù)。這種特性使用戶能修改所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，以滿足實際應用的需要。與許多 DP 站不同的是， EM277模塊不僅僅是傳輸 I/O數(shù)據(jù)。 EM277 能讀寫 S7200CPU中定義的變量數(shù)據(jù)塊。這樣，使用戶能與主站交換任何類型的數(shù)據(jù)。首先將數(shù)據(jù)移到S7200CPU中的變量存儲器，就 可將輸入、計數(shù)值、定時器值或其他計算值傳送到主站。類似地，從主站來的數(shù)據(jù)存儲在 S7200CPU 中的變量存儲器內(nèi)，并可移到其他數(shù)據(jù)區(qū)。 主站通過將其輸出區(qū)來的信息發(fā)送給從站的輸出緩沖區(qū)（稱為“接受信箱”），與每個從站交換數(shù)據(jù)。從站將其輸入緩沖區(qū)（稱為發(fā)送信箱）的數(shù)據(jù)返回給主站的輸入?yún)^(qū)，以響應從主站來的信息。 EM277可用 DP 主站組態(tài)，以接受從主站來的輸出數(shù)據(jù)，并將輸入數(shù)據(jù)返回給主站。輸出和輸入數(shù)據(jù)緩沖區(qū)駐留在 S7200CPU的變量存儲器（ V存儲器）內(nèi)。當用 0 戶組態(tài)DP 主站時，應定義 V 存儲器內(nèi)的字節(jié)位置。 從這個位置開始為輸出數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，它應作為 EM277的參數(shù)賦值信息的一個部分。用戶也要定義 I/O配置，它是寫入到 S7200CPU的輸出數(shù)據(jù)總量和從 S7200CPU返回的輸入數(shù)據(jù)總量。 EM277 從 I/O配置確定輸入和輸出緩沖區(qū)的大小。 DP 主站將參數(shù)賦值和 I/O配置信息寫入到 EM277 PROFIBUSDP 模塊，然后， EM277 將 V存儲器地址和輸入及輸出數(shù)據(jù)長度傳送給 S7200CPU。 熱處理工藝流程計算機 控制系統(tǒng) 第 頁 9 第五章 系統(tǒng)的集散控制 集散控制系統(tǒng)是隨著現(xiàn)代大型工業(yè)生產(chǎn)自動化的不斷興起和過程控制要求的日益復雜應運而生的綜合控制系統(tǒng) 。它融合自動控制技術、計算機技術與通信技術為一體的，具有技術先進、功能完備、應用靈活、運行可靠等優(yōu)點。它凝結著高科技成果，是實現(xiàn)全工廠自動化集中綜合管理、功能及位置分散的最新過程控制系統(tǒng)。自 70年代以來，世界各大儀表公司、控制系統(tǒng)公司都各自相繼開發(fā)出具有各自特色的集散控制系統(tǒng)。我國也早已注視并引進了這一技術及系統(tǒng)，開始有成效地應用到一些重點工程及大型石油、化工、電力、冶金、輕工等企業(yè)中。 集散控制系統(tǒng)的特點 集散控制系統(tǒng)的主要特點是它的集中管理和分散控制。而且，隨著計算機 技術的發(fā)展，網(wǎng)絡技術已經(jīng)是集散控制系統(tǒng)不僅只要用于分散控制，而且向著集成管理的方向發(fā)展，系統(tǒng)的開放不僅是不同制造商的集散控制系統(tǒng)產(chǎn)品可以互相連接，而且使得它們可以方便地進行數(shù)據(jù)的交換，系統(tǒng)的開放也是第三方的軟件可以方便地在現(xiàn)有的集散控制系統(tǒng)上應用。 集散控制系統(tǒng)能被廣泛應用的原因是它具有優(yōu)良的特性．與模擬電動儀表比較，它具有連接方便，采用軟連接的方法連接容易更改，顯示方式靈活，顯示內(nèi)容多樣，數(shù)據(jù)存儲量大等優(yōu)點；與計算機集中控制系統(tǒng)比較，它具有操作監(jiān)督方便，危險分散，功能分散等優(yōu)點。因此，在各行各業(yè)各個領域得 到了應用。 集散控制系統(tǒng)的基本構成 集散控制系統(tǒng)大致是由五大部分組成的。 第一部分，ＦＣＵ現(xiàn)場控制單元 ＦＣＵ現(xiàn)場控制單元包括基本控制器、多功能控制器及可編程控制器等。他的功能主要是將輸入到端子板的過程輸入信號各自連接到基本控制器或其它控制器上，由控制文件和用戶自選的公式或算法或者一個選擇算法的有關代碼分別加以處理計算。模擬輸出信號輸出到端子板分別控制各自的控制元件，并把結果輸出信號以數(shù)字的形式存儲于控制器文件區(qū)。可編程控制器的主要功能是實現(xiàn)離散數(shù)字量的邏輯控制。 第二部分，ＭＭＩ人機接口 它應 包括操作員接口和工程師接口兩個部分。其主要功能是過程的模擬量和數(shù)字量控制或檢測變量的組態(tài)，包括預置點、方式、輸出和兩位或多位開關和選擇器的控制回熱處理工藝流程計算機 控制系統(tǒng) 第 頁 10路的運算，信息的趨勢記錄，報警點的記錄，經(jīng)過高速公路自動診斷和保證系統(tǒng)的運行，檢測高速公路的狀態(tài)，用戶圖形的構造，報告和歷史趨勢的記錄，系統(tǒng)的診斷和報告等?？傊藱C接口是實現(xiàn)對整個工藝過程、整個工廠的系統(tǒng)組態(tài)和運行狀態(tài)的監(jiān)視及操作等人機交互功能。 第三部分，ＣＮ通信網(wǎng)絡 通信網(wǎng)絡部分各自系統(tǒng)將以不同的網(wǎng)絡拓撲結構，實現(xiàn)各自系統(tǒng)設備間的信息通信。 第四部分，ＣＣＩ通信 計算機的接口 通用計算機接口的功能就是通過硬件接口和軟件接口實現(xiàn)通用計算機與現(xiàn)場控制單元，人機接口的信息交換，完成更高層次的管理和控制。 第五部分，ＧＣ通用計算機系統(tǒng) 通用計算機的功能主要是實現(xiàn)高層次的優(yōu)化管理，使大型工業(yè)生產(chǎn)具有柔性生產(chǎn)線的靈活能力。 DCS 的集中監(jiān)控 DCS 的集中操作監(jiān)控級（組態(tài)王）主要是顯示操作站，它完成顯示、操作、記錄、報警等功能。它把過程參量的信息集中化，把各個現(xiàn)場配置的控制站的數(shù)據(jù)進行采集，并通過簡單的操作，進行過程量的顯示、各種工藝流程圖的顯示、趨勢曲線的顯示以及改變過程參數(shù)，如設定值、控制參數(shù)、報警狀態(tài)等信息，這就是它的顯示操作功能。顯示操作站的另一功能是系統(tǒng)組態(tài)，因此可進行控制系統(tǒng)的生成、組態(tài)。 顯示操作站主要是由監(jiān)控計算機、鍵盤、 CRT 顯示器、打印機等幾部分構成。 （ 1） 監(jiān)控計算機 當今的 DCS 的顯示操作站功能強、速度快、記錄數(shù)據(jù)大，因此對顯示操作站的監(jiān)控計算機提出了很高的要求。一般 DCS的顯示操作站的監(jiān)控計算機都采用 16 位或 32位的微機，內(nèi)存一般在 4~16MB。目前許多新推出的 DCS 采用工業(yè) PC 機（通常為 48 586計算機）來做顯示操作站的監(jiān)控計算機。 （ 2） 鍵盤 在 顯示操作站中，有兩種類型的鍵盤，一種為操作員鍵盤；另一種為工程師鍵盤。工程師鍵盤通常利用標準 ASCII代碼 101鍵盤；操作員鍵盤則是面向操作工操作鍵盤，力求操作簡單、直觀、易掌握。 顯示操作站為用戶提供儀表化的操作環(huán)境，通過 CRT 操作來實現(xiàn)整個分散型控制系統(tǒng)的高效率運轉。它是信息集中分配中心，也是顯示操作的中心。具有控制系統(tǒng)的生成、組態(tài)、集中監(jiān)視操作、報警、顯示、報表、通信等功能；顯示操作站主要是和操作員以及工程師有關的系統(tǒng)的功能；操作員在運轉整個系統(tǒng)時作必要的操作功能，工程師為了進行系統(tǒng)的生成和維護時作必 要的工程師功能。 （ 3） 操作員功能 操作員功能主要是指正常運行時的工藝監(jiān)視和運行操作，主要由畫面指示構成。 ① DDC 標準三畫面 總貌畫面：用來監(jiān)視分散型控制系統(tǒng)的運行狀態(tài)，可指示出儀表的位號，測量的光熱處理工藝流程計算機 控制系統(tǒng) 第 頁 11柱圖形。在本畫面中可指示出一些運行狀態(tài)發(fā)生異常時，相應的儀表位號指示變成紅色，在閃光的同時，發(fā)出報警聲音。 組貌畫面：將 DDC 控制回路分成小組，通常每組 8 個回路，在操作時操作對應的鍵，就可選擇出相應的組貌畫面。 DDC 組貌畫面每幅顯示 8 個 DDC 回路。 回路畫面：也稱調(diào)整畫面?；芈樊嬅骘@示單個 DDC 回路的各參數(shù)，利用此畫面 可進行控制參數(shù)的修改、設定，完成單個回路的控制作用。在回路處于串級狀態(tài)下，在回路畫面上可同時顯示出相關回路的狀態(tài)及參數(shù)。 ② 圖形顯示功能 可進行工藝流程圖的顯示，一幅工藝流程圖由二部分組成：一個是不隨工作狀況變化的基本圖形，稱之為靜態(tài)圖；另一個是隨工作狀況的變化而變化的數(shù)據(jù)、曲線、圖形等，稱之為動態(tài)圖，并且定時刷新其變化部分。工藝流程圖可利用彩色 CRT 顯示器的多種顏色予以組合，從而做到顯示美觀，醒目。 ③ 趨勢曲線畫面 趨勢曲線可被存儲起來，以便具有歷史趨勢曲線的顯示功能，一般可達到一天或一個月，必要時還可以將趨 勢曲線存儲起來在軟盤中加以保存。操作員可通過趨勢曲線的變化及時掌握過程變化情況。也可以通過歷史趨勢曲線分析控制系統(tǒng)運行狀態(tài)，分析事故原因，產(chǎn)品質(zhì)量好壞的原因，有助于分析和管理。 ④ 操作指導畫面 為了指導操作員準確及時地操作，幫助操作員記憶眾多的操作項目，而設計了操作指導畫面。如果按畫面要求操作正確，則能正常進展；否則，非但不接受錯誤操作，而且工序無法前進，從而保證了安全生產(chǎn)。 ⑤ 報警畫面 報警畫面按時間順序記錄過程數(shù)據(jù)發(fā)生上、下限報警和設備異常等，并且用顏色變化、閃光文字和聲響來區(qū)分報警級別，以引起操作員注意， 立即采取相應措施。在實時報警窗口中，為報警窗口規(guī)定報警窗口變量名、報警窗口的外觀等信息。 為按鈕建立命令語言連接程序來更新報警窗口。 （ 4） 工程師功能 工程師功能主要包括系統(tǒng)的組態(tài)功能、系統(tǒng)的控制功能、系統(tǒng)的維護功能、系統(tǒng)的管理功能等。 ① 系統(tǒng)的組態(tài)功能：構成一個應用系統(tǒng)，需進行系統(tǒng)的組態(tài)工作，系統(tǒng)工程師可依照給定的運算功能模塊進行選擇、連接、組態(tài)和設定參數(shù)，用戶無須編制程序。 ② 系統(tǒng)的控制功能：執(zhí)行由系統(tǒng)組態(tài)功能所生成的系統(tǒng)控制。包括：反饋控制功能，完成預定的開關量輸入輸出順序控制功能。 ③ 系統(tǒng)的維護功能：用于定期檢驗 各個作業(yè)，且在系統(tǒng)的建立、修改時，把內(nèi)容保存在盤中。 ④ 系統(tǒng)的管理功能：對系統(tǒng)進行管理，包括監(jiān)視功能和控制功能的管理、制表、事故報警、打印等管理。 熱處理工藝流程計算機 控制系統(tǒng) 第 頁 12 組態(tài)王軟件 組態(tài)王軟件是用來模擬現(xiàn)場實現(xiàn)遠程實時監(jiān)控，實時觀看現(xiàn)場的運行情況，及時發(fā)現(xiàn)異常，找到問題，及時解決。 今天，