【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 功能分散在各臺(tái)計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用容錯(cuò)設(shè)計(jì)，因此某一臺(tái)計(jì)算機(jī)出現(xiàn)的故障不會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)其它功能的喪失。此外，由于系統(tǒng)中各臺(tái)計(jì)算機(jī)所承擔(dān)的任務(wù)比較單一，可以針對(duì)需要實(shí)現(xiàn)的功能采用具有特定結(jié)構(gòu)和軟件的專用計(jì)算機(jī)，從而使系統(tǒng)中每臺(tái)計(jì)算機(jī)的可靠性也得到提高。 （ 2） 開(kāi)放性 CENTUM CS3000 采用開(kāi)放式、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化和系列化設(shè)計(jì)，系統(tǒng)中各臺(tái)計(jì)算機(jī)采用 局域網(wǎng)方式通信，實(shí)現(xiàn)信息傳輸，當(dāng)需要改變或擴(kuò)充系統(tǒng)功能時(shí)，可將新增計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)的工作。 （ 3） 靈活性 通過(guò)組態(tài)軟件根據(jù)不同的流程應(yīng)用對(duì)象進(jìn)行軟硬件組態(tài)，即確定測(cè)量與控制信號(hào)及相互間連接關(guān)系、從控制算法庫(kù) 中 選擇適用的控制規(guī)律以及從圖形庫(kù)調(diào)用基本圖形組成所需的各種監(jiān)控和報(bào)警畫(huà)面，從而方便地構(gòu)成所需的控制系統(tǒng)。 （ 4） 易于維護(hù) 功能單一的小型或微型專用計(jì)算機(jī)，具有維護(hù)簡(jiǎn)單、方便的特點(diǎn)，當(dāng)某一局部或某個(gè)計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，可以在不影響整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)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(guò)通信網(wǎng)絡(luò)傳送各種數(shù)據(jù)，整個(gè)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(shí)現(xiàn)串級(jí)、前饋、解耦、自適應(yīng)和預(yù)測(cè)控制等先進(jìn)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(jì)算機(jī)站、操作員站、工程師站、記錄站、現(xiàn)場(chǎng)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(jì)算機(jī)和可編程控制器構(gòu)成。 處于底層的過(guò)程控制級(jí)一般由分散的現(xiàn)場(chǎng)控制站、數(shù)據(jù)采集站等 就地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和控制，并通過(guò)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)傳送到生產(chǎn)監(jiān)控級(jí)計(jì)算機(jī)。生產(chǎn)監(jiān)控級(jí)對(duì)來(lái)自過(guò)程控制級(jí)的數(shù)據(jù)進(jìn)行集中操作管理，如各種優(yōu)化計(jì)算、統(tǒng)計(jì)報(bào)表、故障診斷、顯示報(bào)警等。隨著計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)設(shè)備通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接來(lái)實(shí)現(xiàn)更高級(jí)的集中管理功能，如計(jì)劃調(diào)度、倉(cāng)儲(chǔ)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(jī)組件采用星型連接方式，通過(guò)V/Ip 控 制網(wǎng)進(jìn)行連接，形成過(guò)程管理和控制節(jié)點(diǎn)。它為 CENTUM CS3000 系統(tǒng)中的各個(gè)站之間提供高速、冗余、對(duì)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(xiàng)目中 DCS系統(tǒng)主要包括控制器、 I/O卡件、工程師站 1臺(tái)、操作站 2臺(tái)、報(bào)警打印機(jī) 1臺(tái)、報(bào)表打印機(jī) 1臺(tái)、畫(huà)面打印機(jī) 1臺(tái)、組態(tài)畫(huà)面打印機(jī) 1臺(tái)。其中控制器與工程師站、操作站通過(guò)網(wǎng)關(guān)相連，操作站與打印機(jī)通過(guò)網(wǎng)關(guān)相連。 涉及模擬輸入量 632個(gè)，模擬輸出量 86個(gè)，數(shù)字輸入量 820個(gè)，數(shù)字輸出量 522個(gè)，共計(jì) 2060個(gè)點(diǎn)。 西安交通大學(xué)城市學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 本次項(xiàng)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(xiàng)目信息 設(shè)備 域 站 型號(hào) 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(guò)程控制 工程師站（ AES） 工程師站是 DELL 工業(yè)計(jì)算機(jī)或便攜式計(jì)算機(jī)，采用 windows XP 的操作系統(tǒng)，運(yùn)行相應(yīng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控程序，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)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(jī)界面組態(tài) (包括系統(tǒng)圖形、報(bào)表 )和相關(guān)系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置。 b．現(xiàn)場(chǎng)控制站的下裝和在線調(diào)試，操作員站人機(jī)界面的在線修改。 c．在工程師站上運(yùn)行操作員實(shí)時(shí)監(jiān)控程序后，工程師站可作操作員站使用。（ 1） 過(guò)程數(shù)據(jù)組態(tài) 利用組態(tài)軟件，對(duì)配置的控制器組態(tài)控制。對(duì)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(fù)荷， FCS101 實(shí)現(xiàn)整個(gè)空氣分離裝置系統(tǒng)的控制。 （ 2）監(jiān)控畫(huà)面組態(tài) 組態(tài)工具使用 CENTUM CS3000 進(jìn)行。本次設(shè)計(jì)中，充分利用 CENTUM CS3000 軟件功能，是監(jiān)控畫(huà)面具有以下功能： 操作員通過(guò)操作站可以查看各生產(chǎn)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的 I/O 卡件及通道號(hào)、信號(hào)的量程、報(bào)警設(shè)定值等信息。如果是參與聯(lián)鎖的，還可以進(jìn)行信號(hào)的追溯，有助于故障分析和判斷。 為實(shí)現(xiàn)以上功能，首先對(duì)模擬量輸入 /輸出、 PID 控制模擬塊、數(shù)字量輸入 /輸出進(jìn)行模板設(shè)置，如圖 3圖 33 所示?？?制畫(huà)面組態(tài)時(shí)，對(duì)這些模板進(jìn)行簡(jiǎn)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(guò)以上設(shè)置，大大減少了監(jiān)控畫(huà)面組態(tài)工作量，提高了工作效率，同時(shí)提高了數(shù)據(jù)顯示、操作的可靠性。 （ 3）歷史趨勢(shì)組態(tài)及數(shù)據(jù)歸檔策略 歷史趨勢(shì)主要通過(guò)以下四個(gè)組進(jìn)行組態(tài)。 采樣組（ Collection Points）存放采集的過(guò)程數(shù)據(jù)采樣點(diǎn)的名稱及其采集要求。采集來(lái)的數(shù)據(jù)可以直接用于歷史趨勢(shì)線的顯示。采樣點(diǎn)的個(gè)數(shù)由系統(tǒng)組態(tài)時(shí)西安交通大學(xué)城市學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 確定，所有點(diǎn)的采樣周期都可組態(tài)成 2 秒。每個(gè)采集來(lái)的記錄先放在 內(nèi)存中，滿100 條記錄后到一個(gè)循環(huán)文件中。 濃縮組（ Reduction Groups）提供了對(duì)采集來(lái)的大量過(guò)程數(shù)據(jù)進(jìn)行歸約濃縮再加工處理的方法，經(jīng)過(guò)濃縮組處理的數(shù)據(jù)可提供給過(guò)程報(bào)表使用，也可以將濃縮處理后的數(shù)據(jù)再次進(jìn)行濃縮，即串級(jí)濃縮。系統(tǒng)提供了八種濃縮算法： SUM（合計(jì)值）、 AVG（平均值）、 MAX（最大值）、 MIN（最小值）、 STDV（標(biāo)準(zhǔn)差）、HIST（頻度密度）、 USR（用戶自定義）。 信息組（ Message Groups）用來(lái)存放整個(gè)系統(tǒng)的信息。這個(gè)組的成員在系統(tǒng)裝入時(shí)就已組態(tài)好，用戶只可修改 組態(tài)參數(shù)，不能在這個(gè)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(shí)間或記錄條數(shù)，超過(guò)以后，新寫(xiě)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(shí)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(pán)。 操作站（ HIS） 操作站是 集散控制系統(tǒng) 與 用戶 進(jìn)行 信息交換 的 設(shè)備 。 一般用一臺(tái)高檔微型 計(jì)算機(jī) 作為操作站 主機(jī) ，它采用實(shí)時(shí)多任務(wù) 操作系統(tǒng) ，并配有彩色 CRT顯示器 ， 鍵盤(pán) ， 打印機(jī) ， 拷貝機(jī) 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(shì)顯示、參數(shù)列表顯示、報(bào)警監(jiān)視、日志查詢、系統(tǒng)設(shè)備監(jiān)視等。 b．通過(guò)鍵盤(pán)、鼠標(biāo)等人機(jī)設(shè)備，對(duì)命令和參數(shù)進(jìn)行修改，實(shí)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(guò)授權(quán)更改為工程師站，實(shí)現(xiàn)工程師站功能。 數(shù)據(jù)庫(kù)站 (ADS) 冗余設(shè)置的數(shù)據(jù)庫(kù)站是 DELL工業(yè)計(jì)算機(jī)，采用 windows2020SERVER的操作系統(tǒng)，運(yùn)行相應(yīng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控程序，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行集中控制和管理。數(shù)據(jù)庫(kù) 站主要有以下功能： a． 檢測(cè)系統(tǒng)中所有設(shè)備的報(bào)警信息并發(fā)送給操作站，記錄過(guò)程數(shù)據(jù)、狀態(tài)變化信息，系統(tǒng)傳送信息、報(bào)警信息及恢復(fù)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(huà)面定義，位號(hào)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(guò)網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)打印所有報(bào)警、運(yùn)行操作信息、報(bào)表、實(shí)時(shí)趨勢(shì)空氣分離裝置的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 13 和歷史趨勢(shì)。 d． 自動(dòng)同步系統(tǒng)中各站的時(shí)鐘。 控制站 (FCS) 控制站 是 集散控制系統(tǒng) 中的智能化可獨(dú)立運(yùn)行的 計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 。 它實(shí)現(xiàn) 數(shù)據(jù)采集 并直接對(duì) 生產(chǎn)過(guò)程 進(jìn)行各種 連續(xù)控制 、批量控制與 順序控制 等，所有測(cè)量值可通 過(guò) 通信網(wǎng)絡(luò) 送到 操作站 數(shù)據(jù)庫(kù) 。 現(xiàn)場(chǎng)控制站由 FCS控制器、智能的 Process I／ O 單元、電源單元、現(xiàn)場(chǎng)總線和機(jī)柜組成，采用 分布結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，擴(kuò)展性強(qiáng)。冗余設(shè)置的高可靠性 ACS控制器具備強(qiáng)大的 EI型綜合控制功能，可以方便實(shí)現(xiàn)就地維護(hù)和在線下載，運(yùn)行著工程師站所下裝的控制程序，與操作員站進(jìn)行通訊，完成數(shù)據(jù)交換；智能的 Process I／ O 單元完成現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)總線為主控單元與智能 I／ O單元之間進(jìn)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(duì)工程師站、操作員站、數(shù)據(jù)庫(kù)站、控制站等設(shè)備功能進(jìn)行介紹的基礎(chǔ)上 ，闡述了過(guò)程控制組態(tài)、監(jiān)控畫(huà)面組態(tài)及歷史趨勢(shì)組態(tài)技術(shù)與實(shí)現(xiàn)。 西安交通大學(xué)城市學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 流量控制 15 4 流量控制 流量控制 系統(tǒng)是一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)，是計(jì)算機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中普遍的一種應(yīng)用方式。 計(jì)算機(jī)通過(guò)模擬量輸入通道 (AI)和開(kāi)關(guān)量輸入通道 (DI)采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，然后按照一定的規(guī)律進(jìn)行計(jì)算，最后發(fā)出控制信號(hào)，并通過(guò)模擬量輸出通道 (AO)和開(kāi)關(guān)量輸出通道 (DO)直接控制生產(chǎn)過(guò)程。由于 流量控制系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)直接承擔(dān)控制任務(wù)，所以要求實(shí)時(shí)性好、可靠性高和適應(yīng)性強(qiáng)。 因此，在正確的選擇流量控制的方式對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)來(lái)說(shuō)是至關(guān)重要的。 影響流量控制的因素 氣體流量測(cè)量普遍存在溫壓補(bǔ)償問(wèn)題，這是由氣體的特性所確定的。因此，在氣體流量測(cè)量系統(tǒng)中，溫壓補(bǔ)償是其中一個(gè)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(huì)給測(cè)量帶來(lái)誤差，有時(shí)誤差可高達(dá)百分之十，甚至更大，使儀表的示值變得毫無(wú)意義。 由于氣體的可壓縮性，決定了它的流量測(cè)量比液體復(fù)雜，儀表的輸出信號(hào)除了與輸入信號(hào)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(jiǎn)稱溫壓）的