【文章內(nèi)容簡介】 反應(yīng)的動力學(xué)規(guī)律（數(shù)學(xué)模型）是輸出變化的基礎(chǔ)。仿真系統(tǒng)的輸入信號可直接來自測量閥門開度的傳感器和反映機泵開停的按鈕。輸出信號可直接送到現(xiàn)場指示儀表進行就地顯示也可直接送到中央控制室的顯示設(shè)備上。：中央控制室是以儀表盤為界面的控制系統(tǒng)，也可以是以DCS系統(tǒng)為操作界面的系統(tǒng)。中央控制室送出關(guān)于閥門開關(guān)的控制信號到現(xiàn)場閥門（同時也可送到仿真系統(tǒng)對應(yīng)的輸入端），現(xiàn)場閥門真實的產(chǎn)生一定的開度?；蛩统鰴C泵開停的信號到現(xiàn)場設(shè)備，現(xiàn)場機泵是否要求真實的運轉(zhuǎn)，可根據(jù)制造成本或教學(xué)要求確定。但仿真系統(tǒng)必須有接受該類信號的輸入端口（包括在現(xiàn)場啟動設(shè)備信號）。也即仿真系統(tǒng)接受中央控制室對于閥門的操作的信號（可以來自測量閥門開度的傳感器）和對于機泵的操作信號。仿真系統(tǒng)經(jīng)過對系統(tǒng)的實是模擬產(chǎn)生的輸出信號經(jīng)就地顯示儀表或變送器（可以是空殼）的接線端子送到中央控制室。：常減壓催化裂化裝置的仿真系統(tǒng)，由兩個部分。一部分主要是設(shè)備的仿真，相應(yīng)的設(shè)備，完整的物理系統(tǒng)，完整的一個工藝流程，核心的問題是如何將一個實際的過程、所要控制的過程狀態(tài)，利用計算機系統(tǒng)進行數(shù)字仿真。計算機系統(tǒng)的數(shù)字仿真實際上是個軟件研發(fā)問題，有四部分主要內(nèi)容：l 根據(jù)實際過程的設(shè)備能力尺寸和機械原理，寫出關(guān)于工藝狀態(tài)量和進入系統(tǒng)的物料流量之間的數(shù)理方程。l 根據(jù)該設(shè)備內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)過程機理，寫出其關(guān)于工藝狀態(tài)量的反應(yīng)動力學(xué)的數(shù)理方程。l 將上述數(shù)理方程通過一定的算法，編寫成計算機可執(zhí)行的程序。l 測試和修正仿真系統(tǒng)，一個測試平臺。：l 功能建立一個原油預(yù)處理、常減壓蒸餾、催化裂化、催化裂化產(chǎn)品分離、催化裂化產(chǎn)品穩(wěn)定為工藝線路的石油加工數(shù)字仿真生產(chǎn)過程系統(tǒng)。能進行正常運行操作、開停車、斷電事故處理。l 系統(tǒng)組成：①、數(shù)字仿真系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境。一個先進的開發(fā)平臺?？梢栽诰€進行軟件組態(tài)。 ②、數(shù)學(xué)模型本系統(tǒng)有電脫鹽、常減壓蒸餾、催化裂化、催化裂化產(chǎn)品分離、催化裂化產(chǎn)品穩(wěn)定五個主要過程。主要設(shè)備的物理過程運動方程式（數(shù)學(xué)模型）、主要化學(xué)反應(yīng)過程、系統(tǒng)組態(tài)編程、算法調(diào)試、與實際系統(tǒng)的過程擬合。系統(tǒng)的開發(fā)平臺完善和仿真系統(tǒng)的開發(fā)，整合了有三個方面的專家：過程控制專家，石油化工有親身的工作經(jīng)驗和理論素養(yǎng)的工藝專家，算法和編程的專家，本系統(tǒng)是一個專家系統(tǒng)。軟件系統(tǒng)與中央控制室、現(xiàn)場儀表和閥門、機泵控制連通。l 各類測量儀表的仿真測量信號來自數(shù)字仿真系統(tǒng)，控制信號來自真實儀表。l 閥門和機泵的機械特性仿真用數(shù)學(xué)的方法，刻畫閥門和機泵的機械特性和遠動規(guī)律。l 仿真過程設(shè)計 ①、實現(xiàn)數(shù)學(xué)模型的設(shè)計和組態(tài)設(shè)計。②、實現(xiàn)與實際系統(tǒng)的過程擬合。③、實現(xiàn)硬件系統(tǒng)的界限設(shè)計和現(xiàn)場調(diào)試。 ④、實現(xiàn)中央控制室的控制儀表設(shè)計。l 整個仿真顯示、操作、控制的人機界面分三級界面： ①、一、二級界面構(gòu)成系統(tǒng)：采用國內(nèi)知名的品牌一流的工業(yè)自動控制裝置中控DCSWebField JX300XP作為顯示操作界面。②、常規(guī)操作在DCS系統(tǒng)中實現(xiàn)，教師操作界面可在數(shù)字模型計算機操作界面上進行，方便教師人為制造故障，培訓(xùn)學(xué)員。l DCS中控室系統(tǒng)的組成滿足以下要求 DCS控制機柜：標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)柜，長寬高：8006001100mm，內(nèi)安裝漏電保護空氣開關(guān)、電流型漏電保護器充分考慮人身安全保護；配置帶鑰匙的電源啟動控制回路和多組保險絲，同時每一組強電輸出都有旋鈕開，關(guān)控制，保證設(shè)備安全，操作控制便捷；裝有分相電壓表、指示燈，開關(guān)電源等?，F(xiàn)場控制站：包括主控單元、集線器/光端機、I/O模塊、電源模塊等四個部分。I/O組件安裝：在機柜的正面，它是以插件箱、總線底板為固定結(jié)構(gòu)，在底板上插入系統(tǒng)電源模塊和各種I/O功能模塊組成。系統(tǒng)電源模塊為各個I/O模塊數(shù)字部分提供DC+5V電源。系統(tǒng)電源模塊為冗余配置。I/O模塊完成實時數(shù)據(jù)的物理I/O功能，它由I/O功能板、I/O調(diào)理板和安裝在機柜背面的I/O端子板組成。I/O端子板則是現(xiàn)場信號的連接板，它與I/O調(diào)理板之間用扁平電纜實現(xiàn)互聯(lián)。 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)清晰的三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，涵蓋管理層的以太網(wǎng)總線、控制層工業(yè)以太網(wǎng)總線、現(xiàn)場層PROFIBUSDP總線。中控室可控制任意一臺設(shè)備。管理網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)操作層速率為100Mbps，控制層網(wǎng)絡(luò)速率為100Mbps或 10Mbps，現(xiàn)場信號處理PROFIBUSDP， Mbps硬件處理能力：控制站主控單元CPU Pentium II以上，帶34M內(nèi)存，其中有1M為SRAM； I/O信號處理單元全部為智能結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)處理能力：一套系統(tǒng)可支持8個域，每個域的處理能力物理I/O點達10000點，控制回路數(shù)量達1000個。一般模擬回路控制周期為115ms，采用回路控制模塊可達10ms，邏輯回路控制周期為50ms 。系統(tǒng)圖形畫面分辨率為16001180，響應(yīng)時間≤1s，數(shù)據(jù)刷新時間≤1s 。 DCS工控平臺系統(tǒng)軟件及DCS控制實訓(xùn)軟件系統(tǒng)配置軟件：工程師站軟件/控制器運行軟件CONMAKER及操作員站監(jiān)控組態(tài)軟件FACEVIEW：硬件設(shè)備組態(tài)軟件、數(shù)據(jù)庫組態(tài)軟件、控制組態(tài)軟件、圖形組態(tài)軟件、算法組態(tài)軟件。根據(jù)用戶要求：完成設(shè)計、現(xiàn)場安裝，完成系統(tǒng)與用戶已有的控制對象的連接、調(diào)試，在DCS工控平臺系統(tǒng)軟件基礎(chǔ)上，根據(jù)學(xué)校的要求開發(fā)相應(yīng)的實驗控制軟件，組成一個完整的DCS過程控制系統(tǒng)，中控室對設(shè)備能夠進行控制，做到交鑰匙工程。 中控WebField JX300XP系統(tǒng)簡介WebField JX300XP系統(tǒng)是目前國內(nèi)應(yīng)用最廣泛的單一型號控制系統(tǒng)產(chǎn)品，在化工、石化、電力、冶金、建材等多個流程工業(yè)行業(yè)有著1000多套成功應(yīng)用案例。 WebField JX300XP是浙大中控在基于JX300X成熟的技術(shù)與性能的基礎(chǔ)上，推出的基于web技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)。在繼承JX300X系統(tǒng)全集成與靈活配置特點的同時，JX300XP系統(tǒng)吸收了最新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、微電子技術(shù)成果，充分應(yīng)用了最新信號處理技術(shù)、高速網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、可靠的軟件平臺和軟件設(shè)計技術(shù)以及現(xiàn)場總線技術(shù)，采用了高性能的微處理器和成熟的先進控制算法，全面提高了系統(tǒng)性能，能適應(yīng)更廣泛更復(fù)雜的應(yīng)用要求。同時，作為一套全數(shù)字化、結(jié)構(gòu)靈活、功能完善的開放式集散控制系統(tǒng)，JX300XP具備卓越的開放型，能輕松實現(xiàn)與多種現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)和各種異構(gòu)系統(tǒng)的綜合集成。 DCS控制系統(tǒng)中控室示意圖整個網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D分為中控室與實訓(xùn)基地兩大部分，中控室功能參考中控室系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；實訓(xùn)基地參考《中控教儀化工實訓(xùn)基地建設(shè)方案》，在中控室里主要具有以下功能：1信息管理：作為教師統(tǒng)一管理數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)的平臺，并能夠合理調(diào)度學(xué)生的實訓(xùn)課程等。2 OPC服務(wù)器：為教學(xué)研究提供實訓(xùn)的實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)。并且可與其他控制系統(tǒng)相連接的數(shù)據(jù)服務(wù)器。3 WEB遠程服務(wù)：可以擴展為以后的遠程控制系統(tǒng)，甚至通過遠程控制來指導(dǎo)學(xué)生的操作和處理故障分析。4 工程師站：為專業(yè)工程師設(shè)計的，內(nèi)裝有相應(yīng)的組態(tài)平臺和維護平臺。根據(jù)實訓(xùn)裝置的工藝要求組態(tài)出相應(yīng)的應(yīng)用平臺和操作平臺，并且可相應(yīng)組態(tài)查以下功能：系統(tǒng)生成、數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)定義、操作組態(tài)、流程圖畫面組態(tài)、報表組態(tài)等。5 操作站：操作站是由PC機、CRT、鍵盤、鼠標(biāo)、打印機等人機界面組成。是學(xué)生（操作人員）完成對實訓(xùn)裝置操作和監(jiān)控管理任務(wù)的環(huán)境。是根據(jù)工程師站分配或者是組態(tài)好的任務(wù)下實現(xiàn)對底層實訓(xùn)裝置的操作過程。6 現(xiàn)場控制站：它是作為直接與實訓(xùn)裝置的模擬量打交道的處理單元，完成整個實訓(xùn)基地的監(jiān)控功能。里面可以配以相應(yīng)的控制系統(tǒng)，比如常規(guī)控制站，現(xiàn)場總線控制站，配以各種標(biāo)準(zhǔn)信號的I/O卡件；可以根據(jù)相應(yīng)的要求配成冗余卡件、主從控制站等等。v 系統(tǒng)特點JX300XP覆蓋了大型集散系統(tǒng)的安全性、冗余功能、網(wǎng)絡(luò)擴展功能、集成的用戶界面及信息存取功能，除了具有模擬量信號輸入輸出、數(shù)字量信號輸入輸出、回路控制等常規(guī)DCS的功能，還具有高速數(shù)字量處理、高速順序事件記錄（SOE）、可編程邏輯控制等特殊功能；它不僅提供了功能塊圖（SCFBD）、梯形圖（SCLD）等直觀的圖形組態(tài)工具，又為用戶提供開發(fā)復(fù)雜高級控制算法（如模糊控制）的類C語言編程環(huán)境SCX。系統(tǒng)規(guī)模變換靈活，可以實現(xiàn)從一個單元的過程控制，到全廠范圍的自動化集成。系統(tǒng)的主要特點如下。1開放性 融合各種標(biāo)準(zhǔn)化的軟、硬件接口，方便地接入最先進的現(xiàn)場總線設(shè)備和第三方集散控制系統(tǒng)、邏輯控制器等，通過各種遠程介質(zhì)或Internet實現(xiàn)遠程操作。2兼容性 符合現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字信號和傳統(tǒng)的模擬信號在系統(tǒng)中并存。使企業(yè)現(xiàn)行的工業(yè)自動化方案和現(xiàn)場總線技術(shù)的實施變得簡單易行。3設(shè)備管理 增加先進的設(shè)備管理功能（AMS），能對現(xiàn)場總線的智能變送器進行參數(shù)設(shè)置等項目實現(xiàn)自動管理，達到了設(shè)備管理和過程控制的完美結(jié)合。4安全性 系統(tǒng)安全性和抗干擾性符合工業(yè)使用環(huán)境下的國際標(biāo)準(zhǔn)。5故障診斷 具有卡件、通道以及變送器或傳感器故障診斷功能，智能化程度高，輕松排除熱電偶斷線等故障。6機械結(jié)構(gòu) 采用19吋國際標(biāo)準(zhǔn)的機械結(jié)構(gòu)，部件采用標(biāo)準(zhǔn)化的組合方式，方便各種應(yīng)用環(huán)境。7供電電源 本系統(tǒng)采用集中供電方式。交直流電源都采用雙重化熱冗余供電模式，部件能進行熱插拔，方便安裝和維護。8遠程服務(wù) 能夠通過遠程通信媒體實現(xiàn)遠程監(jiān)控、故障診斷、系統(tǒng)維護、操作指導(dǎo)、系統(tǒng)升級等。9實時仿真 系統(tǒng)具有離線的實時調(diào)試和仿真功能，縮短系統(tǒng)在現(xiàn)場的調(diào)試周期并降低了方案實施的風(fēng)險。10系統(tǒng)容量 系統(tǒng)規(guī)模靈活可變，可滿足從幾個回路、幾十個I/O信息量到上千個控制回路、10000個I/O信息量的用戶應(yīng)用要求。11運行環(huán)境 控制機柜內(nèi)合理的冷卻風(fēng)路設(shè)計、防塵設(shè)計。12信號配置 提供1點、4點、6點、8點系列I/O卡件，為用戶提供了多種選擇，優(yōu)化了系統(tǒng)的配置。13信號精度 I/O卡件采用國際上最新推出的高精度A/D采樣技術(shù)（∑△A/D）、先進的信號隔離技術(shù)、嚴(yán)格測試下的帶電插拔技術(shù)、以及多層板和貼片技術(shù)，使信號的采集精度更高、卡件的穩(wěn)定性更好。14控制 系統(tǒng)控制組態(tài)具有符合IEC611313標(biāo)準(zhǔn)的組態(tài)工具FBD、LD、SFC、ST等，使DCS與PLC的控制功能得到統(tǒng)一，實現(xiàn)了局部控制區(qū)域內(nèi)的實時過程信息的共享。15集成性 WebField是一個開放的可擴展系統(tǒng)，它可以方便地進行擴展和集成，利用數(shù)據(jù)站、OPCServer或網(wǎng)關(guān)卡，可實現(xiàn)與異構(gòu)系統(tǒng)的互聯(lián)。16圖形界面 提供集成化圖形界面組態(tài)工具，可以方便、快捷地生成圖形畫面，提供多種預(yù)定義圖庫對象。17數(shù)據(jù)管理 收集并管理數(shù)據(jù)、儲存歷史數(shù)據(jù)并將之傳到公共數(shù)據(jù)庫，也可以將數(shù)據(jù)分散到不同的報表中，從而保證過程在一個最佳的狀態(tài)運行。v 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)JX300XP控制系統(tǒng)由控制站、操作站節(jié)點（操作站節(jié)點是工程師站、操作員站、服務(wù)器站、數(shù)據(jù)管理站、時間同步服務(wù)器等的統(tǒng)稱）及系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)（過程控制網(wǎng)、操作網(wǎng)）等到構(gòu)成。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如下圖所示。 中控室系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，整體分為三層，最上層為信息管理層，采用工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議，連接了各個控制實驗裝置網(wǎng)橋以及整個系統(tǒng)的信息管理，并且把實驗裝置的數(shù)據(jù)統(tǒng)一采集到某一服務(wù)機上，通過OPC協(xié)議作為可為外部軟件使用的OPC服務(wù)器。中間層為過程控制網(wǎng)，采用了雙高速冗余SetII作為其過程控制網(wǎng)絡(luò)，連接操作員站，工程師站、控制站與數(shù)據(jù)采集站等。在這一層里，我們可以實時操控實訓(xùn)裝置，并能夠及時參看設(shè)備實時的運行狀況與處理故障和分析數(shù)據(jù)；同時配以相應(yīng)的打印機設(shè)備設(shè)備，及時素取相應(yīng)的曲線、數(shù)據(jù)和流程概要。底層網(wǎng)絡(luò)為內(nèi)部控制網(wǎng)絡(luò)，采用主控制卡指揮式令牌網(wǎng)，存儲轉(zhuǎn)發(fā)通信協(xié)議，是控制站各卡件之間進行信息交換的通道。它主要包括主控制卡，各種標(biāo)準(zhǔn)信號I/O卡件，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡等。實現(xiàn)實訓(xùn)裝置上模擬量和開關(guān)量的采集和控制。工程師站是為專業(yè)工程技術(shù)人員設(shè)計的，內(nèi)裝有相應(yīng)的組態(tài)平臺和系統(tǒng)維護工具。通過系統(tǒng)組態(tài)平臺生成適合于生產(chǎn)工藝要求的應(yīng)用系統(tǒng)，具體功能包括：系統(tǒng)生成、數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)定義、操作組態(tài)、流程圖畫面組態(tài)、報表程序編制等。而使用系統(tǒng)的維護工具軟件可實現(xiàn)過程控制網(wǎng)絡(luò)調(diào)試、故障診斷、信號調(diào)校等。操作員站是由工業(yè)PC機、顯示器、鍵盤、鼠標(biāo)、打印機等組成的人機系統(tǒng)，是操作人員完成過程監(jiān)控管理任務(wù)的人機界面。高性能工控機、卓越的流程圖機能、多窗口畫面顯示功能可以方便地實現(xiàn)生產(chǎn)過程信息的集中顯示、集中操作和集中管理。服務(wù)器站可與企業(yè)管理計算機網(wǎng)（ERP或MIS）交換信息，實現(xiàn)企業(yè)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)采集，從而實現(xiàn)整個企業(yè)生產(chǎn)過程的管理、控制全集成綜合自動化。通過具有對等C/S特征的操作網(wǎng)可實現(xiàn)操作站節(jié)點之間的實時數(shù)據(jù)通信和歷史數(shù)據(jù)查詢。數(shù)據(jù)管理站用于實現(xiàn)系統(tǒng)與外部數(shù)據(jù)源的通信，從而實現(xiàn)過程控制數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理。時間同步服務(wù)器用于實現(xiàn)系統(tǒng)的時間同步。控制站是系統(tǒng)中直接與工業(yè)現(xiàn)場進行信息