【文章內(nèi)容簡介】 功能分散在各臺計算機上實現(xiàn)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用容錯設(shè)計，因此某一臺計算機出現(xiàn)的故障不會導致系統(tǒng)其它功能的喪失。此外，由于系統(tǒng)中各臺計算機所承擔的任務(wù)比較單一，可以針對需要實現(xiàn)的功能采用具有特定結(jié)構(gòu)和軟件的專用計算機，從而使系統(tǒng)中每臺計算機的可靠性也得到提高。 （ 2） 開放性 CENTUM CS3000 采用開放式、標準化、模塊化和系列化設(shè)計，系統(tǒng)中各臺計算機采用 局域網(wǎng)方式通信，實現(xiàn)信息傳輸，當需要改變或擴充系統(tǒng)功能時，可將新增計算機方便地連入系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)或從網(wǎng)絡(luò)中卸下，幾乎不影響系統(tǒng)其他計算機的工作。 （ 3） 靈活性 通過組態(tài)軟件根據(jù)不同的流程應(yīng)用對象進行軟硬件組態(tài)，即確定測量與控制信號及相互間連接關(guān)系、從控制算法庫 中 選擇適用的控制規(guī)律以及從圖形庫調(diào)用基本圖形組成所需的各種監(jiān)控和報警畫面，從而方便地構(gòu)成所需的控制系統(tǒng)。 （ 4） 易于維護 功能單一的小型或微型專用計算機，具有維護簡單、方便的特點，當某一局部或某個計算機出現(xiàn)故障時，可以在不影響整個系統(tǒng)運行的情況下在線更換，迅速排除故 障。 （ 5） 協(xié)調(diào)性 各工作站之間通過通信網(wǎng)絡(luò)傳送各種數(shù)據(jù)，整個系統(tǒng)信息共享，協(xié)調(diào)工作，以完成控制系統(tǒng)的總體功能和優(yōu)化處理。 （ 6） 控制功能齊全 控制算法豐富，集連續(xù)控制、順序控制和批處理控制于一體，可實現(xiàn)串級、前饋、解耦、自適應(yīng)和預(yù)測控制等先進控制，并可方便地加入所需的特殊控制算法 。 CENTUM CS3000 的構(gòu)成方式十分靈活，可由專用的管理計算機站、操作員站、工程師站、記錄站、現(xiàn)場控制站和數(shù)據(jù)采集站等組成，也可由通用的服務(wù)器、工業(yè)控制計算機和可編程控制器構(gòu)成。 處于底層的過程控制級一般由分散的現(xiàn)場控制站、數(shù)據(jù)采集站等 就地實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和控制，并通過數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)傳送到生產(chǎn)監(jiān)控級計算機。生產(chǎn)監(jiān)控級對來自過程控制級的數(shù)據(jù)進行集中操作管理，如各種優(yōu)化計算、統(tǒng)計報表、故障診斷、顯示報警等。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，空氣分離裝置的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 9 CENTUM CS3000 可以按照需要與更高性能的計算機設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)連接來實現(xiàn)更高級的集中管理功能，如計劃調(diào)度、倉儲管理、能源管理等。 綜合以上分析，從產(chǎn)品的各種性能上，中原石化選擇 CENTUM CS3000 是符合工程需要的。 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 本文的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖 31 所示。系統(tǒng)處理機組件采用星型連接方式，通過V/Ip 控 制網(wǎng)進行連接，形成過程管理和控制節(jié)點。它為 CENTUM CS3000 系統(tǒng)中的各個站之間提供高速、冗余、對等的通訊，從而具有優(yōu)異的性能和安全性。 圖 31 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖 硬件配置 本項目中 DCS系統(tǒng)主要包括控制器、 I/O卡件、工程師站 1臺、操作站 2臺、報警打印機 1臺、報表打印機 1臺、畫面打印機 1臺、組態(tài)畫面打印機 1臺。其中控制器與工程師站、操作站通過網(wǎng)關(guān)相連，操作站與打印機通過網(wǎng)關(guān)相連。 涉及模擬輸入量 632個，模擬輸出量 86個，數(shù)字輸入量 820個，數(shù)字輸出量 522個，共計 2060個點。 西安交通大學城市學院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 本次項目在 CENTUM CS3000中需要建立的各站信息如下表 32所示： 表 32 CS3000中項目信息 設(shè)備 域 站 型號 站的名稱 控制類型 V 地址 以太網(wǎng)地址 操作站 HIS 1 32 PHIS HIS0132 操作管理 操作站 HIS 1 31 PHIS HIS0131 操作 控制站FCS 1 1 AFG40D FCS0101 過程控制 工程師站（ AES） 工程師站是 DELL 工業(yè)計算機或便攜式計算機，采用 windows XP 的操作系統(tǒng)，運行相應(yīng)的實時監(jiān)控程序，對整個系統(tǒng)進行集中控制和管理。工程師站主要有以下功能： a． 控制策略組態(tài) (包括系統(tǒng)硬件設(shè)備、控制、算法 )，人機界面組態(tài) (包括系統(tǒng)圖形、報表 )和相關(guān)系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置。 b．現(xiàn)場控制站的下裝和在線調(diào)試，操作員站人機界面的在線修改。 c．在工程師站上運行操作員實時監(jiān)控程序后，工程師站可作操作員站使用。（ 1） 過程數(shù)據(jù)組態(tài) 利用組態(tài)軟件，對配置的控制器組態(tài)控制。對所配置的控制 器，既考慮到工藝流程的分配，又考慮控制器的負荷， FCS101 實現(xiàn)整個空氣分離裝置系統(tǒng)的控制。 （ 2）監(jiān)控畫面組態(tài) 組態(tài)工具使用 CENTUM CS3000 進行。本次設(shè)計中，充分利用 CENTUM CS3000 軟件功能，是監(jiān)控畫面具有以下功能： 操作員通過操作站可以查看各生產(chǎn)數(shù)據(jù)對應(yīng)的 I/O 卡件及通道號、信號的量程、報警設(shè)定值等信息。如果是參與聯(lián)鎖的，還可以進行信號的追溯，有助于故障分析和判斷。 為實現(xiàn)以上功能，首先對模擬量輸入 /輸出、 PID 控制模擬塊、數(shù)字量輸入 /輸出進行模板設(shè)置，如圖 3圖 33 所示?？?制畫面組態(tài)時，對這些模板進行簡單調(diào)用即可。 空氣分離裝置的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 11 圖 32 模擬量輸入 /輸出、 PID 控制模擬塊 圖 33 數(shù)字量輸入 /輸出 塊 通過以上設(shè)置，大大減少了監(jiān)控畫面組態(tài)工作量，提高了工作效率，同時提高了數(shù)據(jù)顯示、操作的可靠性。 （ 3）歷史趨勢組態(tài)及數(shù)據(jù)歸檔策略 歷史趨勢主要通過以下四個組進行組態(tài)。 采樣組（ Collection Points）存放采集的過程數(shù)據(jù)采樣點的名稱及其采集要求。采集來的數(shù)據(jù)可以直接用于歷史趨勢線的顯示。采樣點的個數(shù)由系統(tǒng)組態(tài)時西安交通大學城市學院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 確定，所有點的采樣周期都可組態(tài)成 2 秒。每個采集來的記錄先放在 內(nèi)存中，滿100 條記錄后到一個循環(huán)文件中。 濃縮組（ Reduction Groups）提供了對采集來的大量過程數(shù)據(jù)進行歸約濃縮再加工處理的方法，經(jīng)過濃縮組處理的數(shù)據(jù)可提供給過程報表使用，也可以將濃縮處理后的數(shù)據(jù)再次進行濃縮，即串級濃縮。系統(tǒng)提供了八種濃縮算法： SUM（合計值）、 AVG（平均值）、 MAX（最大值）、 MIN（最小值）、 STDV（標準差）、HIST（頻度密度）、 USR（用戶自定義）。 信息組（ Message Groups）用來存放整個系統(tǒng)的信息。這個組的成員在系統(tǒng)裝入時就已組態(tài)好，用戶只可修改 組態(tài)參數(shù)，不能在這個組中加入或刪除任何成員。 歸檔組（ Archive Groups）以上三組的數(shù)據(jù)只能保存制定的時間或記錄條數(shù)，超過以后，新寫入的數(shù)據(jù)將覆蓋最早的數(shù)據(jù)。歸檔組定義它的這些成員什么時候需要存檔，然后有系統(tǒng)操作員定期將歸檔的數(shù)據(jù)拷貝到磁帶或磁盤。 操作站（ HIS） 操作站是 集散控制系統(tǒng) 與 用戶 進行 信息交換 的 設(shè)備 。 一般用一臺高檔微型 計算機 作為操作站 主機 ，它采用實時多任務(wù) 操作系統(tǒng) ，并配有彩色 CRT顯示器 ， 鍵盤 ， 打印機 ， 拷貝機 等。 操作站主要完成以下功能： a．各種監(jiān)視信息的顯示、查詢和打印。主要有工藝流程圖顯示、趨勢顯示、參數(shù)列表顯示、報警監(jiān)視、日志查詢、系統(tǒng)設(shè)備監(jiān)視等。 b．通過鍵盤、鼠標等人機設(shè)備，對命令和參數(shù)進行修改，實現(xiàn)系統(tǒng)的人工干預(yù)，如在線參數(shù)修改，控制調(diào)節(jié)等。 c．操作員站可以通過授權(quán)更改為工程師站，實現(xiàn)工程師站功能。 數(shù)據(jù)庫站 (ADS) 冗余設(shè)置的數(shù)據(jù)庫站是 DELL工業(yè)計算機，采用 windows2020SERVER的操作系統(tǒng)，運行相應(yīng)的實時監(jiān)控程序，對整個系統(tǒng)進行集中控制和管理。數(shù)據(jù)庫 站主要有以下功能： a． 檢測系統(tǒng)中所有設(shè)備的報警信息并發(fā)送給操作站，記錄過程數(shù)據(jù)、狀態(tài)變化信息，系統(tǒng)傳送信息、報警信息及恢復信息等歷史數(shù)據(jù)記錄功能。 b. 具有保存系統(tǒng)操作站畫面定義，位號定義，和 AOS的系統(tǒng)程序等其他設(shè)備的備份功能。 c． 可以通過網(wǎng)絡(luò)打印機打印所有報警、運行操作信息、報表、實時趨勢空氣分離裝置的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 13 和歷史趨勢。 d． 自動同步系統(tǒng)中各站的時鐘。 控制站 (FCS) 控制站 是 集散控制系統(tǒng) 中的智能化可獨立運行的 計算機系統(tǒng) 。 它實現(xiàn) 數(shù)據(jù)采集 并直接對 生產(chǎn)過程 進行各種 連續(xù)控制 、批量控制與 順序控制 等，所有測量值可通 過 通信網(wǎng)絡(luò) 送到 操作站 數(shù)據(jù)庫 。 現(xiàn)場控制站由 FCS控制器、智能的 Process I／ O 單元、電源單元、現(xiàn)場總線和機柜組成，采用 分布結(jié)構(gòu)設(shè)計，擴展性強。冗余設(shè)置的高可靠性 ACS控制器具備強大的 EI型綜合控制功能，可以方便實現(xiàn)就地維護和在線下載，運行著工程師站所下裝的控制程序，與操作員站進行通訊，完成數(shù)據(jù)交換；智能的 Process I／ O 單元完成現(xiàn)場內(nèi)的數(shù)據(jù)采集和控制輸出；電源單元為智能 I／ O單元提供穩(wěn)定的工作電源；現(xiàn)場總線為主控單元與智能 I／ O單元之間進行數(shù)據(jù)交換提供通訊鏈路。 本章小結(jié) 本章闡述了本套空氣分離裝置的控制系統(tǒng)的要求，討論了控制系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，在對工程師站、操作員站、數(shù)據(jù)庫站、控制站等設(shè)備功能進行介紹的基礎(chǔ)上 ，闡述了過程控制組態(tài)、監(jiān)控畫面組態(tài)及歷史趨勢組態(tài)技術(shù)與實現(xiàn)。 西安交通大學城市學院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 流量控制 15 4 流量控制 流量控制 系統(tǒng)是一個閉環(huán)控制系統(tǒng)，是計算機在工業(yè)生產(chǎn)過程中普遍的一種應(yīng)用方式。 計算機通過模擬量輸入通道 (AI)和開關(guān)量輸入通道 (DI)采集實時數(shù)據(jù)，然后按照一定的規(guī)律進行計算，最后發(fā)出控制信號，并通過模擬量輸出通道 (AO)和開關(guān)量輸出通道 (DO)直接控制生產(chǎn)過程。由于 流量控制系統(tǒng)中的計算機直接承擔控制任務(wù)，所以要求實時性好、可靠性高和適應(yīng)性強。 因此，在正確的選擇流量控制的方式對于工業(yè)生產(chǎn)來說是至關(guān)重要的。 影響流量控制的因素 氣體流量測量普遍存在溫壓補償問題，這是由氣體的特性所確定的。因此，在氣體流量測量系統(tǒng)中，溫壓補償是其中一個不可缺少的環(huán)節(jié)。若缺少這一環(huán)節(jié)，或不 給予 應(yīng)有的重視，就會給測量帶來誤差，有時誤差可高達百分之十，甚至更大，使儀表的示值變得毫無意義。 由于氣體的可壓縮性，決定了它的流量測量比液體復雜，儀表的輸出信號除了與輸入信號有關(guān)，還與氣體密度有關(guān)，而氣體的密度又是溫度和壓力（簡稱溫壓）的