课程设计说明书
名称DCS与现场总线技术典型工程应用案例分析
——DCS在锅炉系统中的应用2012年6月11日至2012年6月15日共1 周
院系电子信息工程系
班级10电气2
姓名
学号
系主任张红兵
教研室主任邓建平
指导教师
目录
第一章绪论 (2)
1.1 DCS与现场总线技术 (2)
1.1.1 集散控制系统（DCS）及其应用 (2)
1.1.2现场总线控制系统（FCS）及其应用 (5)
1.2 典型工程应用案例介绍 (6)
第二章 DCS在锅炉系统中的应用案例分析 (8)
2.1方案的总体设计分析 (8)
2.2案例的系统结构和硬件配置分析 (8)
2.2.1 系统硬件配置 (8)
2.2.2 现场控制站设备配置 (10)
2.3案例的可靠性设计及组态分析 (12)
2.3.1 DCS系统的可靠性原理 (12)
2.3.2 锅炉系统中DCS组态 (13)
2.4案例的抗干扰措施 (13)
2.4.1电源系统的干扰及应采取的措施 (14)
2.4.2电磁干扰及应采取的措施 (14)
2.4.3信号线的传送干扰及应采取的措施 (14)
2.4.4防止静电干扰的措施 (14)
第三章总结 (16)
3.1对上述系统分析 (16)
3.2 心得体会 (16)
参考文献 (17)
附录 (18)
第一章绪论
1.1 DCS与现场总线技术
DCS及现场总线技术是由计算机、信号处理、测量控制、网络通信和人机接口等技术综合产生的一门应用技术。
1.1.1 集散控制系统（DCS）及其应用
集散型控制系统(DCS)的实质是利用计算机技术对生产过程进行集中监视、操作、管理和现场前端分散控制相统一的新型控制技术。它的出现是工业控制的一个里程碑。工业过程控制的发展逐步从单机监控、直接数字控制发展到集散控制，也必将由集散控制进展到拥有更广阔应用前景的计算机集成制造，近几年的计算机集成制造(CIMS)技术的成就足以证明这一点。
1、集散控制系统
集散控制系统（Distributed control system）是以微处理器为基础的对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制的集中分散控制系统，简称DCS系统。该系统将若干台微机分散应用于过程控制，全部信息通过通信网络由上位管理计算机监控，实现最优化控制，整个装置继承了常规仪表分散控制和计算机集中控制的优点，克服了常规仪表功能单一，人-机联系差以及单台微型计算机控制系统危险性高度集中的缺点，既实现了在管理、操作和显示三方面集中，又实现了在功能、负荷和危险性三方面的分散。DCS系统在现代化生产过程控制中起着重要的作用。
集散控制系统一般有以下四部分组成：
一、现场控制级
又称数据采集装置，主要是将过程非控变量进行数据采集和预处理，而且对实时数据进一步加工处理，供CRT操作站显示和打印，从而实现开环监视，并将采集到的数据传输到监控计算机。输出装置在有上位机的情况下，能以开关量或者模拟量信号的方式，向终端元件输出计算机控制命令。
二、过程控制级
又称现场控制单元或基本控制器，是DCS系统中的核心部分。生产工艺的调节都是靠
它来实现。比如阀门的开闭调节、顺序控制、连续控制等等。
三、过程管理级
DCS的人机接口装置，普遍配有高分辨率、大屏幕的色彩CRT、操作者键盘、打印机、大容量存储器等。操作员通过操作站选择各种操作和监视生产情况。
四、经营管理级
又称上位机，功能强、速度快、容量大。通过专门的通信接口与高速数据通路相连，综合监视系统各单元，管理全系统的所有信息。
集散控制系统的特点
DCS控制系统与常规模拟仪表及集中型计算机控制系统相比，具有很显著的特点：
1、系统构成灵活。从总体上看，DCS就是由各个工作站通过网络通信系统组网而成的。你可以把他现象成“因特网”。根据生产需求，你可以随时加入或者撤去工作站，系统组态很灵活。
2、操作管理便捷。DCS的人机反馈都是通过CRT跟键盘、鼠标等实现的。你可以想象成在因特网冲浪一样，你可以监视生产装置乃至整个工厂的运行情况。
3、控制功能丰富。原先用模拟控制回路实现的复杂运算，通过高精度的微处理器来实现。
4、信息资源共享。你可以把工作站想象成因特网上的各个网站，只要你在DCS系统中，并且权限够大，你就能了解到你要的任何参数。
5、安装与调试方便。相比原先的模拟控制系统，那么多的飞线头，一大堆类似头发丝的电线。DCS系统算是很方便了。
6、安全可靠性高。难道现在还有什么东西的可靠性比电脑更高吗！
DCS系统的硬件结构
DCS的硬件系统主要由集中操作管理装置、分散过程控制装置和通信接口设备等组成。通过通信网络将这些硬件设备连接起来，共同实现数据采集、分散控制和集中监视、操作及管理等功能。
现场控制站
现场控制站中的主要设备是现场控制单元。现场控制单元式DCS直接与生产过程进行信息交互的IO处理系统，它的主要任务是进行数据采集及处理，对被控对象实施闭环反馈控制、顺序控制和批量控制。用户可以根据不同的应用需求，选择配置不同的现场控制单元构成现场控制站。它可以是以面向连续生产的过程控制为主，辅以顺序逻辑控制，构成
的一个可以实现多种复杂控制方案的现场控制站；也可以是以顺序控制、连锁控制功能为主的现场控制站；还可以是一个对大批量过程信号进行总体信息采集的现场控制站。
现场控制站是一个可以独立运行的计算机检测控制系统。由于它是专为过程检测、控制而设计的通用型设备，所以其机柜、电源、输入输出通道和控制计算机等，与一般的计算机系统有所不同。
操作站
运行在PC硬件平台、NT操作系统下的通用操作站的出现，给DCS用户带来了许多方便。由于通用操作站的适用面广，相对生产量大，成本下降，因而可以节省用户的经费，维护费用也比较少。
为了实现监视和管理等功能，操作站必须配置以下设备：1、操作台，也就是高档电脑桌；2、微处理机系统，就是高档电脑；3、外部存储设备，简单说就是大容量硬盘；4、图形显示设备，就是电脑显示器；5、操作键盘跟鼠标；6打印输出设备。
2、DCS在工业过程控制中的应用
集散型控制系统（DCS）作为新一代的工业自动化过程控制和管理设备，至今虽然只有二十多年的历史，但已在石化、冶金、电力等工业领域得到了广泛的应用。我国在八十年代初期开始引进集散控制设备，从此开始了集散型控制系统在我国工业控制领域的应用。
石油化工行业新建的大中型石化设备均采用集散控制系统（DCS），石化企业的第一套DCS是1982年上海高桥石化公司炼油厂引进的美国Foxboro公司的Spectrum系统，用于常减压装置生产控制。
在冶金行业，集散控制系统（DCS）的应用集中在宝钢这样的新建企业和首钢、鞍钢、武钢、重钢、马钢等扩建的分厂。冶金系统的第一套集散控制系统是首钢公司购进的美国Bailey公司的Network-90系统，用于其烧结厂自动控制系统。
电力系统的第一套集散控制系统（DCS）是1985年辽宁朝阳电厂采用的瑞士BBC公司的Procontrol－P系统，用于改造200MW机组的顺序控制系统和燃烧器管理系统。目前集散系统（DCS）在火电厂的应用泛围主要包括：模拟量控制、数据采集和处理、锅炉炉膛安全监控、顺序控制、汽轮机数字电液控制等五方面。
与此同时，在八十年代末期至九十年代初期，国家组织了精悍的科研力量联合攻关，相继研制出我国自己的集散型控制系统。这一时期涌现出的代表产品有DJK－7500（重庆自动化所），HS-DCS-1000（电子部六所）、STAR－2000（阿继电器股份有限公司）、DCS-100（清华大学自动化系）、DJK－2000（上海自动化所）、友力－2000（石化总公司、航天部二
院）等。阿继电器股份有限公司研制的STAR-2000集散控制系统，1989年自第一套应用系统（电站锅炉灭火保护MHB－Ⅲ/B）在河南新乡电厂投运以来，相继在哈尔滨第三发电厂200MW机组的模拟调节系统、石家庄阳逻300MW机组的灭火保护系统等数十个电厂的生产过程控制中得到应用。在此基础上，其第二代产品Star－3000近年来在工业领域得到了更广泛的应用，在技术上更是得到了长足发展。
集散型控制系统今后的发展方向：
集散型控制系统的发展方向是基本调节器向少回路或单回路方向发展；基本调节器除了PID和其他算法外，还将逐步采用更为有效的新的算法，使之具有新的功能（如增益自适应功能）；采用光导纤维代替高速数据通道，并统一通讯规程；力求灵活地运用现代控制理论，以得到更为通用的控制算法。
1.1.2现场总线控制系统（FCS）及其应用
1、现场总线控制系统
现场总线控制系统是目前最新型的控制系统，它是一种全计算机、全数字、双向通信的新型控制系统。现场总线技术给自动化领域带来了一场革命，代表了自动化的发展方向。数字通信是一种趋势，也是技术发发展的必然。从理论上讲，双向数字通信现场总线信号制技术必将会给火电厂安全经济运行及提高管理水平带来实实在在的效益。这是过去在电站中使用过的任何控制系统所无法与之相比拟的。
作为现场总线控制系统的核心部分——总线协议，已经在火电厂控制系统的通信网络中成功运行，这不仅消除了人们以前存有的许多疑团，也为现场总线控制系统在火电厂推广应用打下了良好的基础。
2、FCS在工业过程控制中的应用
现场总线控制系统，在以顺序控制为主，以PLC（可编程逻辑控制器）为硬件的火电厂辅助车间控制系统联网控制中，可以发挥最大效益。PLC作为一个站挂在高速总线上，充分发挥PLC在处理开关量方向的优势。现场总线在该领域的应用已经取得成功，这将是今后一段时间内火电厂辅助车间适度集中控制方针得以实现的一种优选方案。
由于目前能满足火电厂控制要求的数字式智能现场装置的品种还很少，理论上的现场总线效益还不能充分发挥。因此，在大型机组上全面采用典型的现场总线控制系统的时机尚未成熟。
目前，某些控制系统不失是一种向FCS过渡性的控制系统，它既保留了DCS系统中功能很强的控制器及I/O模件，同时在通信网络又遵循现场总线协议。我们将该系统称之为在通信和数据传输方向遵循现场总线协议的数字式分散控制系统，暂称该系统为FDCS。
1.2 典型工程应用案例介绍
DCS在锅炉系统中的应用
在社会经济高速发展的今天，企业对产品的质量要求越来越高，对安全性的重视程度也越来越高。这就要求必须进一步提高自动控制系统的准确性和安全性，以便满足市场需要。锅炉系统作为经济发展的重要保障，其正常的工作运转有其重要意义。
1、系统规模和要求
以6～20t/h的小型锅炉为例，其特点是蒸发量小，大多为低压饱和蒸汽，压力为0.4～106 Mpa，燃烧方式为链条炉排，往往几台锅炉共用一根母管供应水，用一根母管向外汽，或供热水取暖用。
整个锅炉微机控制系统的结构可归结为“三点一线”式的结构。“三点”系指连接在网络上的三种不同的类型节点。这三种不同的类型节点是：(1)面向被控过程现场的I/O 控制站；(2)面向操作员的操作站；(3)面向监督管理人员的工程师站。“一线”系指系统的骨架计算机网络。
2、控制任务
锅炉是一个多输入、多输出、多回路、非线性的相互关联的复杂的控制系统，调节参数与被调节参数之间，存在着许多交叉的影响，调节难度非常大。我们采用将系统控制分散成一个一个的闭环控制：给煤控制，送风控制，汽包液位控制，炉膛负压控制等。
（1）给煤控制锅炉燃烧系统自动调节的基本任务，是使燃料燃烧所产生的热量，适应蒸汽负荷的需要，同时还要保持经济燃烧和锅炉的安全运行。目前，中小型煤粉炉控制系统效果不佳主要体现在送风和给煤控制上。送风控制系统应与给煤控制相协调，控制在一定的风煤比，维持燃烧处在最佳经济状态。
（2）送风控制送风调节是通过负荷规则调节器实现“加负荷时，先加风后加煤；减负荷时，先减煤后减风的控制规则。
（3）炉膛负压控制炉膛负压反映了送风量与引风量之间的平衡关系，目标就是要保证锅炉在运行过程中，始终保持在微负压的稳定状态，以保证其安全有效运行。
（4）汽包液位控制锅炉给水自动调节的任务是使给水量跟踪锅炉的蒸发量,并使汽包液位保持在工艺允许的范围内。液位控制是有以下三种：①单冲量控制，即以水位为唯一调节信号的单参数、单回路控制系统；②双冲量控制，即以蒸汽流量作为补充信号的双参数控制系统；③三冲量控制，即以给水流量、主蒸汽流量作为补充信号的三参数控制系统。其中三冲量调节系统还可分为三冲量单级调节和三冲量串级调节。
第二章DCS在锅炉系统中的应用案例分析
2.1方案的总体设计分析
以6～20t/h的小型锅炉为例，其特点是蒸发量小，大多为低压饱和蒸汽，压力为0.4～106 Mpa，燃烧方式为链条炉排，往往几台锅炉共用一根母管供应水，用一根母管向外汽，或供热水取暖用。
锅炉结构主要由以下几部分构成：
1、汽锅：由上下锅桶和沸水管组成。水在管内受外部烟气加热管内发生自然的循环流动，并逐渐汽化，产生饱和的蒸汽聚集在锅筒里面；下锅筒起着连接沸水管的作用，同时储水和水垢。
2、炉膛：是使燃料充分燃烧并放出热能的设备。燃料由燃烧火嘴进入炉内燃烧。所需的空气由鼓风机送入。
3、过热器：是将锅炉所产生的饱和的蒸汽继续加热为过热蒸汽的换热器。
整个锅炉微机控制系统的结构可归结为“三点一线”式的结构。“三点”系指连接在网络上的三种不同的类型节点。这三种不同的类型节点是：(1)面向被控过程现场的I/O 控制站；(2)面向操作员的操作站；(3)面向监督管理人员的工程师站。“一线”系指系统的骨架计算机网络。
锅炉控制系统是基于DCS系统结构的微机控制系统，它必须遵循DCS系统设置过程中可靠性原理和抗干扰措施。作为工业生产过程自动化工具的计算机控制装置，可靠性是最重要的指标，DCS所固有的分散体系设置，就使DCS的可靠性比集中DDC控制方式前进了一大步,而锅炉计算机控制系统是基于DCS系统结构的基础上开发的控制系统，也必须认真考虑系统的可靠性和抗干扰措施。
2.2案例的系统结构和硬件配置分析
2.2.1 系统硬件配置
锅炉DCS系统是一个专用于锅炉自动化控制的分布式集散控制系统。
锅炉DCS系统以锅炉监控自动化为目标，节能增效，保护环境，改善工作条件，提高劳动效率。
锅炉DCS系统包括调度室管理层、工业Ethernet层、现场监控上位机、锅炉控制终端设备。实际系统结构可根据具体情况灵活配置。
1、锅炉控制终端设备
针对各种工业、民用、燃煤、燃气、燃油、水暖、蒸汽锅炉，山东三木自动化公司开发了一系列锅炉终端设备，以适应不同类型锅炉的具体控制要求。
（图2-1 DCS在锅炉系统中的系统配置图）
锅炉控制终端设备完成实时燃烧控制、风量调节、汽包水位调节、水管压力控制、补水控制、水电煤耗累计、故障报警等。
分布式系统结构:一台锅炉配置一套锅炉控制终端设备，真正实现了分布式控制。
集成度高:集成了数字显示、报警、手/自动控制等传统仪表的功能，可简化仪表配置和布线。
功能强大，性能可靠:采用高性能的主控制器和I/O模块，能适应恶劣的工作环境。
强有力的编程工具:可以利用梯形图组态完成逻辑和顺序控制、数据运算、PID调节等，也可利用高级语言编程完成特殊的控制要求和复杂的数据计算。
2、锅炉监控上位机
一个供热车间的多个锅炉控制终端设备可以通过总线网络或工业以太网络，与现场监控上位机及热备机通信。
操作人员在上位机监视各个锅炉的运行状态、报警显示、曲线报表等，以及进行参数设定。
对锅炉运行的重要参数，如压力、温度、压差、流量等进行统计处理和保存，进行曲线显示、历史数据查询、报表打印等等。
上位机采用高性能工控机或工作站，可使用双机热备份。
3、工业Ethernet层
现场监控上位机加装网卡后，可以连接成工业Ethernet网络。在Ethernet网络层可以设置多锅炉监控站、维护站，以及网络打印机等。
根据对系统可靠性、安全性的要求，可选用不同程度的网络、服务器冗余设计。
4、调度室管理层
锅炉DCS系统提供MODEM专线、拨号网络或无线方式，使中央调度室的管理人员能够和几公里或十几公里之外分散的多个锅炉房通信，了解各个锅炉房的运行情况、仪表完好情况、锅炉炉况等。拨号网络方式可充分利用原有的电话线路，通过公用电话网将中央调度室和各个锅炉房连接起来，节省建设费用和周期，很适于对各个锅炉房每天的例行巡检。
2.2.2 现场控制站设备配置
1、监控中心的监视、管理功能
（1）实时检测锅炉的运行参数
为全面掌握整个系统的运行工况，监控系统将实时监测并采集锅炉有关的工艺参数、电气参数、以及设备的运行状态等。系统具有丰富的图形库，通过组态可将锅炉的设备图形连同相关的运行参数显示在画面上；除此之外，还能将参数以列表或分组等形式显示出来。（2）综合分析及发出控制指令
监控系统根据监测到的锅炉运行数据，按照设定好的控制策略，发出控制指令，调节锅炉系统设备的运行，从而保证锅炉高效、可靠运行。
（3）诊断故障与报警管理
主控中心可以显示、管理、传送锅炉运行的各种报警信号，从而使锅炉的安全防爆、安全运行等级大大的提高。为保证锅炉系统安全、可靠地运行，监控系统将根据所监测的参数进行故障诊断，一旦发生故障，监控系统将及时在操作员屏幕上显示报警点。报警相关的显示功能使用户定义的显示画面与每个点联系起来，这样，当报警发生时，操作员可立即访问该报警点的详细信息和按照所推荐采取的应急措施进行处理。所有报警和回路状态都
记录在报警、事件日报中，以便于日后检索。各个测点的测量值偏离正常值到一定的程度都应视为异常，系统将发出报警。
（图2-2 DC锅炉系统中监控系统）
（4）历史记录运行参数
监控系统的实时数据库将维护锅炉运行参数的历史记录，另外监控系统还设有专门的报警事件日志，用以记录报警／事件信息和操作员的变化等。
历史记录的数据根据操作人员的要求，系统可以显示为瞬时值，也可以为某一段时间内的平均值。历史记录的数据可有多种显示方式，例如曲线、特定图形、报表等显示方式；此外历史记录的数据还可以由以网络为基础的多种应用软件所应用。历史数据可归档保存或在光盘和磁盘中保存，归档后的历史数据可以由监控系统的软件很方便地调入。
（5）计算运行参数
锅炉运行的某些运行参数不能够直接测量，如年运行负荷量、蒸汽耗量、补水量、冷凝水返回量、设备的累积运行时间等。监控系统提供了丰富的标准处理算法，根据所测得的运行参数，将这些导出量计算出来
2、数据、流程图显示画面
流程图主要包括：汽水系统画面、燃烧烟气系统画面、点火系统、除氧公用系统、
MFT保护系统。
根据工艺要求将系统的工艺流程在DCS系统操作员站屏幕上形象逼真地反映出来，将所有
能动的设备在运行时，让其产生动态，使操作人员易于识别哪些设备运行，哪些设备停止，如引风机运行时，风机由绿色变成红色，并运用隐藏显示功能，便可转动。给煤机运行时皮带显示会转动，且炉膛火焰上下跳动，所有调节阀随阀门开度变化而产生阀位的变化，液位亦随实际液位实时变化。
DCS对采集到的数据进行实时保存，操作人员可在趋势一览里查询需要的参数。可以准确地反映当时的工况，趋势保存时间与操作站电脑硬盘的容量有关。较以前的二次表显示体现出很大的优势。
3、操作画面
系统组态提供了风机启停/风阀调节、给水阀、减温水阀、给煤机启停/频率调节、电动阀开关等操作画面，每一幅画面均将该回路调节所需参数完整提供。风机启停、电动阀开关画面采用窗口形式，窗口类似于正常电机控制使用的控制箱，它显示出远程/就地、故障、运行状态。调节画面采用PID窗口形式，有自动、手动转换功能，可随意修改设定值，由PID自动输出给现场执行机构，完成自动调节的功能。
2.3案例的可靠性设计及组态分析
2.3.1 DCS系统的可靠性原理
DCS是松耦合的多处理机系统，它区别于共享内存方式的紧耦合多处理系统，每个子系统都应具有较强的独立处理能力。一个子系统故障，对系统其它部分不应该有影响。DCS 的分散方式具有以下显著的特点：
1、组织上的分散：这是阶层式的分散结构，管理计算机等位于阶层的上层，对实时性要求较低，控制功能和现场I/O 接口等位于阶层的下层。
2、功能和地域的分散：这是水平分散，从适应性，经济性考虑，控制功能和现场I/O 接口分散配置。
3、负荷分散：主要是使危险分散，使用单回路调节管或单回路的控制技术，使危险分散到单个回路。对于顺序控制，简单的按回路分散，导致相互时间上耦合变紧，反而不能使危险分散，这时要采用与装置对应的功能分散。
4、数据库的分散：DCS采用分散性的数据库，以保证危险分散。它有分割型和复制型两种方式。对于重复性方式是指数据库中相当一部分重复设置。为使两个数据库的内容经
常保持一致，必须相互交换信息主机的冗余。
控制系统中电子元气件随时都有发生故障的可能，但是可以设法使系统中的元件即便故障也不会影响系统的运行，这就是冗余机构的目的，目前已成为产品设计的标准。
一般说来，主机冗余实现的原理是(以双机为例)，通过硬件电路，软件判断使双机保持同步运行，无论何时两机均处于统一环境，其中一台为主机，另一台为从机。这种方法牵涉到复杂硬件电路，仲裁机构同步运行的问题，投资十分庞大中小型用户难以承担。
在锅炉设计中，可以摆脱硬件的复杂控制，通过软件对网络控制系统的判断即可实现网络中采样主机一旦故障就退出网络，其它主机中一台马上替换它采样的功能。系统在运行时程序定期检测输入信号，一旦发现超过一定次数的信号不变，及断定主机故障，这时程序自动把另一台的从机升级为主机，替代系统采样，并发出主机故障报警。
2.3.2 锅炉系统中DCS组态
1、设备启停的组态
现场设备的启停主要是通过图形编程来实现DCS对设备的启停，组态时需考虑现场设备的电气控制原理和设备的功率。根据电气设计资料，在其接触器控制电路加入中间继电器(其中间继电器受控于DCS系统I/O站开出端子板上的继电器)，以满足开出信号端子板上继电器所能承受的电流，此类设计一般考虑为大功率电机启动时使用。当电机功率不大时，可直接用I/O端子板上的续电器进行直接控制。
2、调节回路的组态
现场执行机构多为角行程调节执行机构，在组态中运用BSCX模块进行控制。将测量值，设定值、连接至相应的引脚，输出控制连接至执行机构。并可构成一个简单的调节回路。在操作画面上可调节PID参数，正反作用。每个调节回路都有独立的PID参数。
2.4案例的抗干扰措施
系统生产过程中，各种设备复杂，各种等级的电缆较多。常常会出现干扰现象，产生干扰的原因主要有电磁感应、静电感应、雷击等。接地电位的不同，感应负载也不同，由此给电源、信号线、接地线、I/0设备以及计算机带来干扰，如果DCS系统抗干扰问题解决不好，系统就无法正常运行。
2.4.1电源系统的干扰及应采取的措施
在供电回路中采用隔离变压器使DCS系统接地与动力强电系统独立开来，由于强电接地点与DCS系统接地点所处的电位不一定相等，易产生共模电源干扰，所以从抗共模干扰角度来看DCS接地系统应为独立接地系统采用电源低通滤波器系统能有效地消除电网一L 存在地高次谐波，采用UPS电源可作为DCS系统的备用电源，以免计算机系统数据丢失或控制系统失灵引起的事故发生，而且还可以防止生产现场的纹波和尖峰干扰，以及断电影响。DCS供电系统一般接在负荷变化较小的电网上，以避免供电负荷的波动。采用上述措施后，可以抵抗来自电源系统的各种干扰，保证控制系统稳定可靠的工作。
2.4.2电磁干扰及应采取的措施
电磁感应产生的电磁场干扰，会造成变速器不能正常工作，也会造成显示器画面摆动，色斑颜色纯度变化，甚至破坏计算机内存存储的内容，造成DCS系统瘫痪不能运行。解决电磁干扰的措施是：DCS系统设备应远离产生磁场的设备，要与磁场相隔离。一般DCS系统的输入输出转换组件、通讯组件、控制站微处理器组件等要安装在带通风装置的铁皮柜内，铁皮柜的屏蔽作用增强了控制系统的抗干扰能力。
2.4.3信号线的传送干扰及应采取的措施
DCS控制系统的控制对象是工业生产中的温度、压力、流量等参数，这些参数的检测都是通过热电阻、热电偶、变速器等转换后进入DCS系统的，为了防止在线路传输过程中产生干扰，一般用屏蔽电缆并应远离大功率变压器等感性负载。
2.4.4防止静电干扰的措施
DCS系统接地是消除静电、电子噪音等干扰最有效的措施。对于不同的设备应采用不同的接地方式：微机接地的电线必须单独接地，接地电阻应小于4欧姆，微机接地点应离开电器线5M以上，接地点一般应采用角钢埋在深2～3M的地下，角钢周围加降阻剂。微机柜，主机箱、通道箱、报警盒的外壳都应与机柜及计算机地线进行可靠连接，连接电阻不应大于0.1欧姆。信号转接板上的地线须用1.5mm以上的导线并联统一接到计算机地上。各变送器、执行器、热电阻等仪表和检测单元的信号均采用屏蔽线。屏蔽线的屏蔽金属网
在仪表或检测单元一端不可与它们的外壳等相连而接地，只允许在微机柜内用一根裸露的铜线将所有的屏蔽层金属网统一焊好接计算机地；热电偶，热电阻输出信号端不可按地；传感器部分也不可按地。只允许微机控制柜一端的屏蔽线金属网接计算机地，不可两端都接地。电缆桥架与电器的地线相接，但不可与计算机相接。更不允许与电器地相接，又与计算机相接。
第三章总结
3.1对上述系统分析
DCS锅炉系统中，分散型控制系统的选用有效地保障了整个工程的设计、施工、调试、运行等阶段的顺利完成，并最大限度地缩短了整个控制系统的调试时间，确保了工程的按时投产运行。试运过程中，热工系统给水自动、汽温自动投入运行，调节控制系统投入稳定，调节品质优良，得到了肯定与好评。为了进一步增强国家的实力和与发达国家竞争，我们还必须进一步加强自动化技术的基础研究和深化应用程度。
锅炉控制系统是基于DCS系统结构的微机控制系统，它必须遵循DCS系统设置过程中可靠性原理和抗干扰措施。作为工业生产过程自动化工具的计算机控制装置，可靠性是最重要的指标，DCS所固有的分散体系设置，就使DCS的可靠性比集中DDC控制方式前进了一大步,而锅炉计算机控制系统是基于DCS系统结构的基础上开发的控制系统，也必须认真考虑系统的可靠性和抗干扰措施。
3.2 心得体会
在这为期一周的课程设计当中，我学到了很多关于DCS与现场总线的知识，积累了许多宝贵的经验，锻炼了自己的独立思考能力和实践动手能力。进一步加深了解了DCS在实践当中的应用。
完成了整个系统的构思，基本上达到了预期的设计要求，在整个设计过程中，要考虑到硬件和软件的分配，锅炉处理系统中，主要的硬件问题包括机械结构、硬件选型。
通过在图书馆、网上查找资料，我们也了解到很多关于这方面的信息，加深了对它们的认识。
参考文献
[1]常晓玲.《电气控制系统与可编程控制器》
[2]孙振强，王晖，孙玉峰.《可编程控制原理及应用教程》
[3]刘国海等.《集散控制与现场总线》
[4]周明.《现场总线控制》
[5]王常力.《集散型控制系统选型与应用》
[6]王晓明.《现场总线控制系统在燃气热电厂中的应用》
附录
案例原文：
DCS在锅炉系统中的应用
文刘伟 (华北石油第八综合服务处四矿站供暖队)
摘要：随着信息技术和控制技术的飞速发展，集散控制系统(DCS)已走向成熟，并广泛应用于能源、交通、环境等各个领域。
关键词：主机冗余；抗干扰；电磁干扰
一引言
在社会经济高速发展的今天，企业对产品的质量要求越来越高，对安全性的重视程度也越来越高。这就要求必须进一步提高自动控制系统的准确性和安全性，以便满足市场需要。锅炉系统作为经济发展的重要保障，其正常的工作运转有其重要意义。
二，锅炉设备的工艺流程及DCS控制系统的基本结构
( 一)以6—20 t /h的小型锅炉为例，其特点是蒸发量小，大多为低压饱和蒸汽，压力为0.4～106 Mpa，燃烧方式为链条炉排，往往几台锅炉共用一根母管供应水，用一根母管向外汽，或供热水取暖用。
锅炉结构主要由以下几部分构成：
1、汽锅：由上下锅桶和沸水管组成。水在管内受外部烟气加热管内发生自然的循环流动，并逐渐汽化，产生饱和的蒸汽聚集在锅筒里面；下锅筒起着连接沸水管的作用，同时储水和水垢。
2、炉膛：是使燃料充分燃烧并放出热能的设备。燃料由燃烧火嘴进入炉内燃烧。所需的空气由鼓风机送入。
3、过热器：是将锅炉所产生的饱和的蒸汽继续加热为过热蒸汽的换热器。
( 二 )整个锅炉微机控制系统的结构可归结为“三点一线”式的结构。“三点”系指连接在网络上的三种不同的类型节点。这三种不同的类型节点是：(1)面向被控过程现场的I/O 控制站；(2)面向操作员的操作站；(3)面向监督管理人员的工程师站。“一线”系指系统的骨架计算机网络。
锅炉控制系统是基于DCS系统结构的微机控制系统，它必须遵循DCS系统设置过程中
可靠性原理和抗干扰措施。作为工业生产过程自动化工具的计算机控制装置，可靠性是最重要的指标，DCS所固有的分散体系设置，就使DCS的可靠性比集中DDC控制方式前进了一大步,而锅炉计算机控制系统是基于DCS系统结构的基础上开发的控制系统，也必须认真考虑系统的可靠性和抗干扰措施。
三、DCS的可靠性设计
DCS系统的可靠性原理：
DCS是松耦合的多处理机系统，它区别于共享内存方式的紧耦合多处理系统，每个子系统都应具有较强的独立处理能力。一个子系统故障，对系统其它部分不应该有影响。DCS 的分散方式具有以下显著的特点：
1、组织上的分散：这是阶层式的分散结构，管理计算机等位于阶层的上层，对实时性要求较低，控制功能和现场I/O 接口等位于阶层的下层。
2、功能和地域的分散：这是水平分散，从适应性，经济性考虑，控制功能和现场I/O 接口分散配置。
3、负荷分散：主要是使危险分散，使用单回路调节管或单回路的控制技术，使危险分散到单个回路。对于顺序控制，简单的按回路分散，导致相互时间上耦合变紧，反而不能使危险分散，这时要采用与装置对应的功能分散。
4、数据库的分散：DCS采用分散性的数据库，以保证危险分散。它有分割型和复制型两种方式。对于重复性方式是指数据库中相当一部分重复设置。为使两个数据库的内容经常保持一致，必须相互交换信息主机的冗余。
控制系统中电子元气件随时都有发生故障的可能，但是可以设法使系统中的元件即便故障也不会影响系统的运行，这就是冗余机构的目的，目前已成为产品设计的标准。
一般说来，主机冗余实现的原理是(以双机为例)，通过硬件电路，软件判断使双机保持同步运行，无论何时两机均处于统一环境，其中一台为主机，另一台为从机。这种方法牵涉到复杂硬件电路，仲裁机构同步运行的问题，投资十分庞大中小型用户难以承担。
在锅炉设计中，可以摆脱硬件的复杂控制，通过软件对网络控制系统的判断即可实现网络中采样主机一旦故障就退出网络，其它主机中一台马上替换它采样的功能。系统在运行时程序定期检测输入信号，一旦发现超过一定次数的信号不变，及断定主机故障，这时程序自动把另一台的从机升级为主机，替代系统采样，并发出主机故障报警。
四、DCS系统的抗干扰措施
系统生产过程中，各种设备复杂，各种等级的电缆较多。常常会出现干扰现象，产生
《现场总线技术》实验指导书
RS-485串行通信网络安装技术实验一实验目的一、 PPI通信网络的安装和配置。1、理解 PROFIBUS-DP网络的配置。2、理解 D形连接器的安装。、掌握PROFIBUS电缆和3 4、熟悉线路的故障分析及排除故障的方法。二、实验器材及工具表1 实验所需器材及工具 数序数序名称型号型号名称量号号量CPU226 1 3 改刀S7-200 一字、十字 5 7 2 尖嘴钳A10m 8 SIEMENS DP 型普通紫色 2 3 CPU315-2DP 1 SIEMENS DP 9 S7-300 2 电缆剥线器 DP从站4 EM277 2 DP通信测试仪 BT200 1 10 通信模块1 11 DT2025 C5611/5613(1 可选) DP通信卡万用表5 远程分布式SIEMENS 12 DP总线连接器1 ET200M 3 6 I/O模块 9针D形三、实验内容和步骤1、电缆剥线器的使用和PROFIBUS DP电缆、D形连接器的连装 （1）用电缆剥线器按图1-1所示方法剥制DP电缆。 （2）用DP连接器把剥制好的电缆连接起来。 2、PPI通信网络组建 （1）按图1-2所示，用制作好的带D形连接器的DP电缆把三个CPU226连接成PPI通信网络。通信端口用PORT0。 （2）按图1-2所示，设置D形连接器上的终端电阻。 3、PROFIBUS-DP总线网络组建 （1）按图1-3所示，用制作好的带D形连接器的DP电缆把CPU315-2DP、EM277、CPU226、ET200M连接成PROFIBUS-DP总线网络。 形连接器上的终端电阻。D所示，设置1-3图按）2 （．
电气工程学院 通信与现场总线课程设计
目录 一：设计任务 (4) 理想模型： (4) 实验中用到的任务模型 (5) 二：力控软件平台建立的实验模型 (5) 三、实验设备与仪器 (6) 四、设计思路与过程 (6) 五、调试和功能 (13) 六、联机调试：C/S方式的远程控制 (26) 七、课设总结与心得 (29)
（一）本次课程设计题目： 通过三维力控组态软件实现对搅拌罐的网络控制 （二）主要容及要求 在组态软件Forecontrol V6.1平台上，通过工业以太网，分别以C/S方式(客户端/服务器)及B/S方式（浏览器/服务器）完成对SIEMENS的可编程序控制器通过工业现场总线PROFIBUS方式与2台SIEMENS MM440变频器控制的三相异步电机的实际工程平台，实现对搅拌罐PLC控制系统（含本地控制和远程控制）的网络控制。 独立完成，承担系统设计、系统分析、组态软件的学习与编程、网络系统调试等任务，要求提供最终的解决程序（验收）和相关文件，并以报告论文方式说明实现的思路及工程应用前景。 （三）进度安排： （1）在第一次课堂上了解并知道了Forecontrol V6.1软件的初步使用。 （2）根据相关资料，熟悉并设计并完成客户端组态软件的实际工艺流程界面界面的绘制。 （3）对搅拌罐工程相关控制进行了编程。 （4）熟悉服务器端通信参数的要求，完成C/S的网络控制。 （4）3月30日在实验室完成整个系统的软件调试及最后联机调试。 （5）撰写设计报告。
通过三维力控组态软件实现 对搅拌罐的网络控制 一：设计任务 在组态软件Forecontrol V6.1平台上，通过工业以太网，分别以C/S方式(客户端/服务器)及B/S方式（浏览器/服务器）完成对SIEMENS的可编程序控制器通过工业现场总线PROFIBUS方式与2台SIEMENS MM440变频器控制的三相异步电机的实际工程平台，实现对搅拌罐PLC控制系统（含本地控制和远程控制）的网络控制。 本次课程设计中，我们主要运用了C/S（客户端/服务器）方式，实现对搅拌罐PLC控制系统（含本地控制和远程控制）的网络控制。 理想模型：
课程设计说明书 名称DCS与现场总线技术典型工程应用案例分析 ——DCS在锅炉系统中的应用2012年6月11日至2012年6月15日共1 周 院系电子信息工程系 班级10电气2 姓名 学号 系主任张红兵 教研室主任邓建平 指导教师
目录 第一章绪论 (2) 1.1 DCS与现场总线技术 (2) 1.1.1 集散控制系统（DCS）及其应用 (2) 1.1.2现场总线控制系统（FCS）及其应用 (5) 1.2 典型工程应用案例介绍 (6) 第二章 DCS在锅炉系统中的应用案例分析 (8) 2.1方案的总体设计分析 (8) 2.2案例的系统结构和硬件配置分析 (8) 2.2.1 系统硬件配置 (8) 2.2.2 现场控制站设备配置 (10) 2.3案例的可靠性设计及组态分析 (12) 2.3.1 DCS系统的可靠性原理 (12) 2.3.2 锅炉系统中DCS组态 (13) 2.4案例的抗干扰措施 (13) 2.4.1电源系统的干扰及应采取的措施 (14) 2.4.2电磁干扰及应采取的措施 (14) 2.4.3信号线的传送干扰及应采取的措施 (14) 2.4.4防止静电干扰的措施 (14) 第三章总结 (16) 3.1对上述系统分析 (16) 3.2 心得体会 (16) 参考文献 (17) 附录 (18)
第一章绪论 1.1 DCS与现场总线技术 DCS及现场总线技术是由计算机、信号处理、测量控制、网络通信和人机接口等技术综合产生的一门应用技术。 1.1.1 集散控制系统（DCS）及其应用 集散型控制系统(DCS)的实质是利用计算机技术对生产过程进行集中监视、操作、管理和现场前端分散控制相统一的新型控制技术。它的出现是工业控制的一个里程碑。工业过程控制的发展逐步从单机监控、直接数字控制发展到集散控制，也必将由集散控制进展到拥有更广阔应用前景的计算机集成制造，近几年的计算机集成制造(CIMS)技术的成就足以证明这一点。 1、集散控制系统 集散控制系统（Distributed control system）是以微处理器为基础的对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制的集中分散控制系统，简称DCS系统。该系统将若干台微机分散应用于过程控制，全部信息通过通信网络由上位管理计算机监控，实现最优化控制，整个装置继承了常规仪表分散控制和计算机集中控制的优点，克服了常规仪表功能单一，人-机联系差以及单台微型计算机控制系统危险性高度集中的缺点，既实现了在管理、操作和显示三方面集中，又实现了在功能、负荷和危险性三方面的分散。DCS系统在现代化生产过程控制中起着重要的作用。 集散控制系统一般有以下四部分组成： 一、现场控制级 又称数据采集装置，主要是将过程非控变量进行数据采集和预处理，而且对实时数据进一步加工处理，供CRT操作站显示和打印，从而实现开环监视，并将采集到的数据传输到监控计算机。输出装置在有上位机的情况下，能以开关量或者模拟量信号的方式，向终端元件输出计算机控制命令。 二、过程控制级 又称现场控制单元或基本控制器，是DCS系统中的核心部分。生产工艺的调节都是靠
大作业 题目Linux操作系统下的POWERLINK主站和从站通信 课程名称现场总线技术及应用 院（系、部、中心）自动化学院 专业自动化 班级 学生姓名 学号 设计地点 指导教师
目录 一、课程设计的目的 (3) 二、课程设计题目及要求 (3) 1、题目 (3) 2、设计要求 (3) 三、环境搭建 (3) 1、硬件环境： (3) 2、软件环境： (3) 3、源代码和安装文件： (4) 四、powerlink的原理 (4) 1、Powerlink是ICE国际标准，通信描述 (4) 2、Powerlink网络建构 (5) 3、通信过程 (5) 3、主站发送参数的配置过程 (8) 4、从站接收配置之通信参数配置 (8) 5、openCONFIGURATOR介绍 (9) 五、操作过程 (9) 1、主从站之间的通信 (9) 2、openCONFIGURATOR应用 (19) 六、实习体会 (28)
一、课程设计的目的 通过对Powerlink的理论学习和完成Powerlink的主站和从站通信的实践工作，将这门课程的理论知识尤其是Powerlink这种现场总线的理论和应用知识进一步巩固和完善，培养学生较强的工程实践能力，为进一步学习专业知识和从事相关专业工作打下坚实的基础。 二、课程设计题目及要求 1、题目 Linux操作系统下的POWERLINK主站和从站通信 2、设计要求 掌握Powerlink的工作原理，使用开源的openConfigurator对主站和从站进行配置，对开源的openPOWERLINK代码在Linux系统下进行编译实现主站和从站的通信功能，利用网络诊断工具wireshark检查和验证通信功能。 三、环境搭建 1、硬件环境： 一台PC机，安装两台虚拟机，一台作为主站，另一台作为从站 2、软件环境： a)安装虚拟机VMware player；
南京工程学院 课程设计说明书（论 文） 题目Linux操作系统下的POWERLINK主站和从站通信 课程名称现场总线技术及应用 院（系、部、中心）自动化学院 专业自动化 班级 学生姓名 学号 指导教师
目录 一课程设计的目的----------------------------------------------3二课程设计题目及要求----------------------------------------3 1题目----------------------------------------------3 2设计要求------------------------------------------3 三环境搭建-------------------------------------------------------3 四powerlink的原理--------------------------------------------4 五操作过程--------------------------------------------------------9 1 主从站之间的通信------------------------------------9 2openCONFIGURATOR应用------------------------------------------19六实习体会--------------------------------------------------------26
Powerlink课程设计报告 一、课程设计的目的 课程设计的目的是使学生能够将《现场总线技术及应用》课程的学习内容有机的联系起来，形成系统的概念，培养学生综合应用知识的能力，掌握现场总线系统设计的基本思想和方法。 二、课程设计题目及要求 1、题目 Linux操作系统下的POWERLINK主站和从站通信 2、设计要求 使用开源的openConfigurator对主站和从站进行配置，对开源的openPOWERLINK代码在Linux系统下进行编译实现主站和从站的通信功能，利用网络诊断工具wireshark检查和验证通信功能。 三、环境搭建 （1）硬件环境：一台PC机，安装两台虚拟机，一台作为主站，另一台作为从站 （2）软件环境： a)安装虚拟机VMware player； b)安装Linux操作系统Ubuntu； c)安装程序文件产生器Doxygen； d)安装编译安装工具CMake e)安装网路数据包捕获函数库libpcap作为网卡驱动
仅供参考，如有错误，及时修正 一、填空、名词解释、问答题 1、世界上第一台DCS系统。DCS的设计思想 答:Honeywell的TDC-2000。设计思想:集中管理，分散控制 2、DCS的硬件主要包括哪几种设备？ 答:CPU、电源卡件、数据库转发卡、I/O卡件、通讯电缆、机柜机笼等机械结构等。 3、4C技术 答:Computer, Communication, Control, CRT显示技术 4、模拟量输入模块的技术指标主要包括？ 答: 指标一:1、精度;2、分辨率;3、稳定度;4、温度漂移 指标二:1、输入阻抗;2、电气隔离;3、抗干扰能力;4、采样率; 5、阶跃响应指标; 6、建立时间。 5、DCS的体系结构包括哪几层？在哪里？有什么？各层的基本功能？ 答: 生产现场: 包括各种装置(仪表，变送器等)与控制计算机相连，对系统实施控制检测，接受上层的控制信息，向上层传递采集的数据。 现场控制层: 这一层主要由现场控制站(控制计算机)构成。主要完成控制功能，实现与现场构成闭环回路，向工业现场发出控制指令，向监控层传输采集到的数据。 生产监控层: 这一层主要有监控计算机，操作站，工程师站。实施综合监视过程各站所有信息集中显示操作，控制回路组态和参数修改和优化等功能。 生产管理层: 该层居于中央计算机之上并与办公自动化连接，负责全厂总体协调管理经营管理人事管理等 6、在DCS中应用较多的网络拓扑结构有哪四种？各自的特点？（P140）
7、IEC61131-3软件模型规定DCS/PLC使用哪五种编程语言 答:指令表、结构化文本、梯形图、功能块图、顺序功能图 8、DCS的主控制器的容量 答:主控制器容量指主控制器可以挂接的1/0数量和可装载的程序容量。 9、控制层软件、监督控制软件及组态软件分别安装和运行在DCS的什么硬件设备上？各完成什么功能？ 答:控制层软件: 安装和运行在现场控制站。主要完成各种控制功能包括回路控制，逻辑控制，顺序控制以及这些控制所必须针对现场设备连接的I/O处理。 监控软件: 安装运行于操作员站或工程师站上的软件主要完成操作人员所发出的各个命令的执行，图形与画面的显示，报警信息的显示处理，对现场各类检测数据采集的集中处理。 组态软件: 安装在工程师站中，主要完成系统的控制层软件和监控软件的组态功能。 10、操作站/工程师站的基本功能 答:
第一章实训装置说明 第一节系统概述 一、概述 “TH JDS-1A型过程自动化控制系统实训平台”是由对象系统实训平台、S7-200PLC控制系统、智能仪表及远程数据采集控制系统和上位监控PC机四部分组成。本装置是专门为高等院校、职业院校开设的自动化、过程控制装置及自动化、自动控制等专业而研制的，可满足各大高校所开设的《传感器检测与转换技术》、《过程控制》、《自动化仪表》、《自动控制理论》、《计算机控制》、《PLC可编程控制》等课程实训的教学要求。装置选用当前工业现场的典型的被控对象、被控参量和控制流程，可开展现场仪表的调校、被控对象流程的组建、控制系统线路连接、控制算法及组态软件的编程以及控制系统的分析等工作任务，适合职业学校、本科院校的技能训练和研究。 学生通过本实训装置进行综合实训后可掌握以下内容： 1．传感器特性的认识和零点迁移； 2．自动化仪表的初步使用； 3．变频器的基本原理和初步使用； 4．电动调节阀的调节特性和原理； 5．测定被控对象特性的方法； 6．单回路控制系统的参数整定； 7．串级控制系统的参数整定； 8．复杂控制回路系统的参数整定； 9．控制参数对控制系统的品质指标的要求； 10．控制系统的设计、计算、分析、接线、投运等综合能力培养； 11．各种控制方案的生成过程及控制算法程序的编制方法。 二、系统特点 ●真实性、直观性、综合性强，控制对象组件全部来源于工业现场。 ●被控参数全面，涵盖了连续性工业生产过程中的液位、压力、流量及温度等典型参数。 ●具有广泛的扩展性和后续开发功能，所有I/O信号全部采用国际标准IEC信号。 ●具有控制参数和控制方案的多样化。通过不同被控参数、动力源、控制器、执行器及工艺管路的组合可构成几十种过程控制系统实训项目。 ●各种控制算法和调节规律在开放的实训软件平台上都可以实现。实训数据及图表在上位机软件系统中很容易存储及调用，以便实训者进行实训后的比较和分析。 ●多种控制方式：可采用AI智能仪表控制、S7-200PLC控制、远程数据采集模块控制。 ●充分考虑了各大高校自动化专业的大纲要求，完全能满足教学实训、课程设计、毕业设计的需要，同时学生可自行设计实训方案，进行综合性、创造性过程控制系统实训的设计、调试、分析，培养学生的独立操作、独立分析问题和解决问题的能力。 三、实训装置的安全保护体系 1.三相四线制总电源输入经带漏电保护装置的三相四线制断路器进入系统电源后分为一个三相电源支路和一个单相支路，每一支路都带有各自三相、单相断路器。总电源设有三相通电指示灯和380V三相电压指示表。 2.各种电源及各种仪表均有可靠的自保护功能。 3.强电接线插头采用封闭式结构，以防止触电事故的发生。 4.强弱电连接线采用不同结构的插头、插座，防止强弱电混接。
现场总线技术课程设计 课程设计要求及安全操作规程 一、设计前的准备 1.请查阅或借阅相关书籍，比如：西门子S7-300PLC、STEP7组态编程及WINCC组态方面的书籍或资料。 2.认真研读课程设计指导书，了解设计要求，明确设计过程中应注意的问题，并按照各项目要求准备记录等。 3.本次课设使用THPCAT-2型现场总线控制系统实验装置，该实验装置的总线控制柜由西门子S7-300 PLC组成。实验前应了解实验装置中的对象、水泵和所用控制组件的名称、作用及其所在位置, 以便于在实验中对它们进行操作和观察。熟悉实验装置面板图，要求做到由面板上的图形、文字符号能准确找到该设备的实际位置；熟悉工艺管道结构、每个手动阀门的位置及其作用。 二、设计过程的基本要求 1．明确设计任务； 2．提出设计方案； 3．运用STEP7组态软件对系统进行硬件组态设计； 4．编写LAD（梯形图）程序； 5. 运用WINCC组态软件对系统进行界面设计； 5．进行实验操作，做好观测和记录； 6．整理数据，得出结论，撰写课程设计报告。 三、课程设计报告要求 1.要求有封皮、目录； 2.课设内容分章节书写，每个项目包括设计要求、设计过程、结果或效果图及总结分析； 3.报告要求附页码。 四、安全操作规程 1．实验之前确保所有电源开关均处于“关”的位置，储水箱中是否有充足的水； 2．打开电源开关顺序：依次打开PLC控制柜中总电源开关、变频器开关（停大约10S后）、控制站开关、24VDC开关等。 3．关闭电源开关顺序：首先关闭控制站开关，再依次关闭其他电源开关，最后关闭总电源开关。 4. STEP7硬件组态下载程序时，请将PLC控制柜中CPU模块开关置于STOP状态，下载完毕时切换至RUN状态。 5．小心操作，切勿乱扳硬拧，严防损坏仪表及模块。 6．严格遵守实验室有关规定。
# 重庆科技学院 课程设计报告 院（系）:_电气与信息工程学院专业班级: 测控普2007-01 学生姓名: 黄亮学号: 99 设计地点（单位）__ I502________ __ ______ 设计题目:__基于WinCC和S7-300的温度测控系统__ * 完成日期：2010年 12 月 10 日 指导教师评语: _______________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ ________________________________ __________ _ 成绩（五级记分制）:______ __________ 指导教师（签字）:________ ________ <
目录
1课程设计任务书 设计题目：基于WinCC和S7-300的温度测控系统 教研室主任：指导教师：胡文金、刘显荣 2010 年 11月 26 日
2温度控制对象概述 温度是流程工业中极为常见的热工参数，对它的控制也是过程控制的一个重点。随着生产力的发展和对温度控制精度要求的不断提高，温控系统的控制技术得到了迅速发展，能否成功地将温度控制在所需范围内，关系到整个活动的成败，由于控制对象的多样性和复杂性，导致采用的温控手段的多样性，且控制对象普遍具有时间常数大、纯滞后时间长、时变性较明显等特点，给控制带来一定难度。 在本次设计中采用的是TKPLC-2型温度加热器。 功能特点与技术参数 TKPLC-2型温度加热器是包括三个模块，电压驱动模块、电阻丝加热模块以及电流输出模块，温度加热器功率为50W。电压输入为0-5V，电流采用标准的DDZⅢ型4-20mA输出信号，温度传感器采用Pt100，测温范围0-200℃，Pt100采用电桥连接。电阻丝温度变化大概为0-100℃，因此满足实验的要求。 控制手段 温度控制对象由于存在比较大的滞后，控制快速性以及控制精度较难权衡，因此控制比较复杂。针对各种温度控制对象，已经有了各种不同的温度控制方法，包括最经典的PID控制算法，模糊控制算法，神经网络控制，最优控制等等，这些控制算法各有各自的特点及优势。 由于实验的条件以及自身的知识水平，采用最经典的PID控制算法作为本次课程设计的核心温度控制算法。整个控制流程为：由温度加热器的自带的温度传感器Pt100实时测量温度，再由温度加热器内部调理电路，将温度信号转换为4-20mA的电流信号，电流信号通过电缆传送到S7300型号PLC的模拟量输入端，通过PLC内部自带的FB58温度控制PID模块控制，然后通过PLC的模拟量输出口采用0-10V（实际程序控制只需输出0-5V）方式电压输出控制温度加热器的加热电压，达到控制温度的目的。此外实验中还通过WinCC组态软件来实时监控温度控制过程，包括实时温度，PID三个参数（Kp、Ti、Td），以及输出控制流量，绘制实时曲线，棒图等。PLC通过DP总线与PC连接，WinCC组态软件通过配置PG接口与PLC连接，达到数据传输的目的。 以此，一个PID温度控制以及实施监控的控制的系统叙述完毕。
ds及现场总线技术总结_技术工作总结 篇一：DCS和现场总线 DCS技术和现场总线 DCS及现场总线技术是由计算机、信号处理、测量、通信和人机接口等技术综合产生的一门应用技术。 DCS即所谓分布式控制，或称之为集散系统，是相对于集中控制系统而言的一种新型计算机控制系统，它是集中式控制系统的基础上发展、演变而来的。1995年国际标准化组织（ISO）定义：DCS系统式一类满足大型工业生产和日益复杂的过程控制要求，从综合自动化角度出发，按功能集散，管理集中的原则构思，具有高度可靠性指标，将微处理技术、数字通讯技术、人机接口技术相结合，用于采集、过程控制和生产管理的综合控制系统。 生产发展的需要，电子技术、计算机技术的发展，最早的基于大型机的直接数字控制技术即DDC技术，集中管理，集中控制，这些都促进了DCS技术的发展。DCS具有如下特点：1相同或类似的结构。 2分级递阶结构。 3计算机技术的应用。 4丰富的功能包。 5强有力友好的操作界面。 6高可靠性的技术。 DCS自70年代问世以来，很多公司各自推出了不同设计、风格各异的即使是同一厂家，其早期产品和近期产品也有不少的差异。但是，尽管种种的DCS千差万别，其核心却基本上是
一致的，我们可以简单的将其归纳为“三点一线”式的结构。“一线”是指DCS的骨架计算机网络，“三点”则是指连接在网络上的3个不同类型的节点。这3种不同类型的节点是：面向被控制过程现场的IO控制站；面向操作人员的控制站；面向DCS监督管理人员的工程师站。DCS主要的基本组成部分如下：1DCS的系统网络SNET 用于DCS的计算机网络很多方面的要求不同于通用的计算机网络。它是一个实时网络，也就是说，网络需要根据现场通信的实时性的要求，在确定的时限内完成信息的传送。 2现场IO控制站 现场IO控制站是完成对过程现场IO处理并实现直接数字控制（DDC）的网络节点。 3操作员站 DCS的操作员站是处理一切与运行操作有关的人机界面（OI-Oeror Iere）或（MMI-M Mie Iere）功能的网络节点，其主要功能就是为系统的运行操作人员提供人机界面，使操作员可以通过它及时了解现场的运行状态、各种运行参数的当前值、是否有异常情况发生等。 4工程师站 工程师站是对DCS进行离线的配置、组态工作和在线的系统的监督、控制、维护的网络节点。其主要功能是提供对DCS 进行组态、配置工作的工具软件，并在DCS在线运行实时的监控DCS网络上各个节点的运行情况，使系统工程师站及时调整系统配置及一些系统参数的设定，使DCS随时处在最佳的工作状态之下。 现场总线是指以工厂内的测量和控制机器间的数字通讯为
课程名称：现场总线实验任课教师：廉迎战 学院：自动化 专业班级： 学号： 学生姓名：
2015 年6月16日 实验一频移键控法仿真实验 一．实验目的 初步掌握通信原理基础知识中频移键控法的基本原理。 能用MATLAB仿真软件，编写并调试简单的仿真程序。 二．实验主要仪器设备和材料 1. 实验用计算机 2. MATLAB仿真软件 三．实验内容 四．实验步骤及结果测试 1．安装部署MATLAB仿真环境，同时根据频移键控法要求，设置仿真环境。 2.在MATLAB环境下，输入频移键控法原理图。 原理图如下：
方法一 方法二 Repeating sequence stair:F3数字信号sine wave ：100Hz信号 Sine wave1 ：50Hz信号 Scope1：示波器
方法一：Switch1:选通开关//方法二：用乘法器product代替 3.在MATLAB中产生F1=50Hz和F2=100Hz的交流信号，以及需要 发送的数字信号，数字信号为：F3=01101001方波波形。 4.加载输入信号，观察仿真原理图输出信号波形，同时记录并分析。 如下图： 五．思考题 1.数字信号01101001的频移键控法输出波形表示形式如下： 输出的数字信号为10110101时，其频移键控波形如下的OUT：
1~6行输出信号分别为：1.数字信号10110101的输入信号；2. 50Hz 频率sine；3.100Hz频率sine；4. Product输出；5.product1输出； 6.add输出 2.如何实现幅移键控法的信号通讯技术？ 通过信号幅值的高低映射到数字信号的1和0从而达到载波传输信号，可利用 现成的电信网，电话网等设施构成信道。
DCS技术和现场总线技术的结合 发表时间：2017-11-20T12:09:46.303Z 来源：《电力设备》2017年第20期作者：庞东 [导读] 摘要：本文从现场总线技术与DCS系统的概念入手，分析现场总线技术和DCS系统的特点，再结合两者的在实际中的应用，从中了解到两者之间的内在联系，发现两者在将来的发展是一个统一的整体，DCS系统中必然用到现场总线技术，现场总线技术也将依附与DCS 系统中。 （图木舒克热电有限责任公司 843900） 摘要：本文从现场总线技术与DCS系统的概念入手，分析现场总线技术和DCS系统的特点，再结合两者的在实际中的应用，从中了解到两者之间的内在联系，发现两者在将来的发展是一个统一的整体，DCS系统中必然用到现场总线技术，现场总线技术也将依附与DCS系统中。最后得出DCS系统和现场总线控制系统结合发展的结论。 现场总线的概念 根据国际电工委员会IEC61158标准的定义，现场总线是指应用在制造过程区域现场装置和控制室内自动控制装置之间的包括数字式、多点、串行通信的数据总线，即工业数据总线。是开放式、数字化、多点通信的底层通信网络。以现场总线为技术核心的工业控制系统，称为现场总线控制系统FCS（Fieldbus Control System），它是自20世纪80年代末发展起来的新型网络集成式全分布控制系统。 其中，现场总线系统一般被称为第五代控制系统。第一代控制系统为50年代前的气动信号控制系统PCS，第二代为4~20mA等电动模拟信号控制系统，第三代为数字计算机集中式控制系统，第四代为70年代中期以来的集散式分布控制系统DCS。 DCS的概念 DCS即所谓分布式控制系统，或称之为集散系统，是相对于集中控制系统而言的一种非常成熟的计算机控制系统，它是集中式控制系统的基础上发展、演变而来的。1995年国际标准化组织（ISO）定义：DCS系统式一类满足大型工业生产和日益复杂的过程控制要求，从综合自动化角度出发，按功能集散，管理集中的原则构思，具有高度可靠性指标，将微处理技术、数字通讯技术、人机接口技术相结合，用于采集、过程控制和生产管理的综合控制系统。生产发展的需要，电子技术、计算机技术的发展，最早的基于大型机的直接数字控制技术即DDC技术，集中管理，集中控制，这些都促进了DCS技术的发展。 现场总线技术的特点 现场总线技术具有系统的开放性，互可操作性与互用性，现场设备的智能化与功能自治性，系统结构的高度分散性以及对现场环境的适应性等。 其中开放系统是指通信协议的公开，不同厂家的设备之间也可以互联并互相交换信息。一个开放系统可以与任何遵守相同标准的其他设备、系统相连接。这样用户才可以按照自己的需要把来自不同供应厂商的产品自由组合。 除此之外，现场总线技术还具备以下优点：节省硬件数量与投资，节省安装费用，节省维护开销，用户具有高度的系统集成主动权以及提高了系统的准确性与可靠性。 DCS系统的特点 DCS系统虽然形式多样，但是其具备的功能基本上是一样的，包括：输入处理功能、输出处理功能、控制功能、通信功能、人-机接口功能、自诊断功能以及冗余技术。运用分散控制和集中显示、集中操作、集中管理这一基本思想构成的DCS，具有的特点为：控制功能完善、完善的人-机联系和集中监控功能、系统扩展灵活、安全可靠性高、安装调试简单以及具有良好的性能价格比。 DCS和现场总线之间的一些联系 现场总线集成于DCS系统是现阶段控制网络的发展趋势：尽管用户对控制系统的结构改进表示欢迎，但他们并不希望对他们现有的仪表系统做大的改动。目前在现场总线的发展初期，大多数用户更倾向于对他们现有的仪表系统进行逐步的增添和替换；另一方面DCS系统及其仪表的消失或完全被取代，对于费用或人力而言也都是不合理的。现阶段最可行的方案是考虑如何使现场总线与传统的DCS系统尽可能地协同工作，这种集成方案能够得到灵活的系统组态，以适用于更广泛的、富于实用价值的应用。 根据DCS系统网络结构的特点，现场总线与DCS系统的集成方式主要有三种，分别是： （1）现场总线于DCS系统中I/O总线的集成 其中，DCS系统中的I/O总线也是一种现场总线，现场总线与I/O总线的集成是不同总线协议之间的相互连通。在DCS系统I/O总线上集成现场总线的关键是通过一个现场总线接口卡挂到DCS的I/O总线上，原有的DCS的I/O总线上相对应的数据信息室现场总线当中的数据信息的映射。这种集成方式主要用于DCS系统稳定运行，规模较小的场合。优点是结构简单，缺点是现场总线接口卡限制了集成的规模。（2）现场总线于DCS系统网络层的集成 这种方式是通过接口卡，把现场总线挂到DCS系统的网络层中，可以通过DCS的操作站对现场总线中得控制信息和测量信息进行浏览和修改。这种方式的优点是原来在DCS控制器里的一些控制算法和计算功能可以下放到现场仪表中实现，并且在操作界面上得到相关参数和信息，不需要对控制站进行改动，对原系统影响比较小。 （3）现场总线与DCS系统并行集成 这种方式是一套通过网管与DCS系统实现信息互联的FCS系统，并且FCS系统和DCS系统是完全独立的。 除此之外，如果要把FCS系统与DCS系统完美的结合起来，有两个问题需要解决，其分别是DCS厂家充分开放DCS系统各层的通信协议和统一现场总线的通信协议标准。 传统DCS的分散控制是建立在分散的过程控制装置上的，过程控制装置与现场变送器以及执行器之间是通过模拟信号进行单向传输的，由于模拟量与数字量的转换与各种控制规模的运算都需要在过程控制装置内部完成，使得传输的信息量少，效率低，安装工作量大。随着现场仪表的智能化和数字化，现场总线设备的不断开发，使得DCS的控制功能下移到现场的变送器中成为可能，这样，就缩短了采样周期，提高了控制质量。 相比DCS系统，现场总线传输的信号是双向的，而且传输信息量大，而且操作人员可直接在控制室对现场仪表进行标定、校验和故障诊断等。这样的话，就减少了DCS的安装空间，I/O接口以及附属设备。 由于现场总线控制系统的众多优点，必将推动DCS系统的深刻变革。新一代的DCS都包含了各种形式的现场总线接口，用来支持多种
实验报告 课程名称《现场总线技术》题目名称现场实验报告学生学院信息工程学院专业班级 学生学号 学生姓名 指导教师 2015年1月1日
实验一 STEP7 V5.0编程基础及S7-300PLC组态 一、实验目的 通过老师讲解STEP7软件和硬件组态的基础知识，使同学们掌握使用STEP7的步骤和硬件组态等内容，为后续实验打下基础。 二、实验内容 1、组合硬件和软件 STEP7 V5.0是专用于SIMATIC S7-300/400 PLC站的组态创建及设计PLC控制程序的标准软件。按照以下步骤： （1）运行STEP7 V5.0的软件，在该软件下建立自已的文件。 （2）对SIMATIC S7-300PLC站组态、保存和编译，下载到S7-300PLC。 （3）使用STEP7 V5.0软件中的梯形逻辑、功能块图或语句表进行编程，还可应用STEP7 V5.0对程序进行调试和实时监视。 2、使用STEP7 V5.0的步骤 图1-1 STEP7的基本步骤
3、启动SIMATIC管理器并创建一个项目 （1）新建项目 首先在电脑中必须建立自己的文件：File → New →写上Name （2）通信接口设置 为保证能正常地进行数据通信，需对通信接口进行设置，方法有2种：1）所有程序SIMATIC STEP 7 设置PG/PC接口PC Adapter(Auto) 属性本地连接USB/COM（根据适配器连接到计算机的方式选择）； 2）SIMATIC管理器界面选项PC Adapter(Auto) 属性本地连接USB/COM（根据适配器连接到计算机的方式选择）。 （3）硬件组态 在自己的文件下，对S7-300PLC进行组态，一般设备都需有其组态文件，西门子常用设备的组态文件存在STEP7 V5.0中，其步骤如下; ●插入→站点→ SIMATIC 300 站点； ●选定SIMATIC 300（1）的 Hardwork（硬件）右边Profi →标准→ SIMATIC 300将轨道、电源、CPU、I/O模块组态到硬件中： 轨道：RACK-300 → Rail；， 插入电源：选中（0）UR中1, 插入电源模块PS-300 → PS307 5A；插入CPU：选中（0）UR中2，插入CPU模块CPU-300→CPU315-2DP→配置CPU的型号（CPU模块的最下方）； ●插入输入/输出模块DI/DO： 1)选中（0）UR中4，插入输入/输出模块SM-300 → DI/DO→配置
实验报告 课程名称题目名称学生学院专业班级学生学号学生姓名指导教师 《现场总线枝术》 现场实验报告 信息工程学院2015年1月1日
实验一STEP7 V5.0编程基础及S7-300PLC组态 一、实验目的 通11老师讲解STEP7软件和硬件组态的基知识，使同学们掌握使用STEP7的步骤和硕件组态等内容,为后续实验打下基础。 二、实验内容 1、组合硬件和软件 STEP7 V5.0是专用于SIMATIC S7-300/400 PLC站的组态创建及设it PLC控制程序的标准软件。按照以下步骤： (1 )运行STEP7V5.0的软件,在该软件下建立自已的文件。 (2 )对SIMATIC S7-300PLC站组态、保存和编译，下载到S7- 300PLC o (3)使用STEP7 V5.0软件中的梯形逻辑、功能块图或语句表进行编程，还可应用STEP7 V5.0对程序进行调试和实时监视。 2、使用STEP7V5.0的步骤 CPU 图1-1 STEP7的基本步骤
3、启动SIMATIC管理器并创建一个项目 （1 ）新建项目 首先在电中必须建立自己的文件：File T New T写上Name （2）通信接口设置 为保证能正常地进行数据通信，需对通信接口进行设置，方法有2种: 1）所有程序 f SIMATIC f STEP 7 f 设置PG/PC 接口 f PC Adapter （Auto）->属性一》本地连接->USB/C0M（根稠适配器连接到廿算机的方式选择）; 2JSIMATIC管理器界面 F项T RCAdapter（Auto） -i性孑地连接 PSB/C0M （根据适配器连接到廿算机的方式选择）o （3）硬件组态 在自己的文件下，对S7-300PLC进行组态，一殷设备都需有其组态文件，西门子常用设备的组态文件存在STEP7 V5.0中，其步骤如下; ?捕入一> 站点-SIMATIC 300站点; ?选定SIMATIC 300 （1 ）的Hardwork （硬件）右Profi —标准—SIMATIC 300将珈道、电漓、CPU、I/ 0模挟组态到硬件中: 珈道：RACK-300 -> Rail；, 捕入电源：选中（0 ）UR中1,捕人电温模块PS-300 -> PS307 5A； i A CPU：选中（0）UR 中2,插入CPU 模块CPU-300f CPU315-2DPT 配 置CPU的型号（CPU模挟的最下方）；
课程设计 题目 CAN通信 二级学院电子信息与自动化 专业自动化 班级 107070103 学生姓名学号 指导教师熊文 考核项目 设计50分平时 成绩 20分 答辩30分 设计质量 20分 创新设计 15分 报告质量 15分 熟练程度 20分 个人素质 10分 得分 总分考核等级教师签名
摘要： CAN总线是控制器局域网总线(contr01ler AreaNetwork)的简称。属于现场总线的范畴，是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络。由于其高性能、高可靠性及独立的设计而被广泛应用于工业现场控制系统中。SJAl000是一个独立的CAN控制器，PCA82C200的硬件和软件都兼容，具有一系列先进的性能，特别在系统优化、诊断和维护方面，因此，SJAl000将会替代PCA82C200。SJAl000支持直接连接到两个著名的微型控制器系列80C51和68xx。下面以单片机AT89C52和SJAl000为例，介绍CAN总线模块的硬件设计和CAN通信软件的基本设计方法。 关键词：AT89S52 CAN通信 SJA1000
目录： (一) 背景： (二) CAN介绍 (三) SJA1000内部结构和功能简介 (四) 硬件电路图 (五) 初始化程序 (六) 测试 (七) 总结
一背景： CAN(Controller Area Network)数据总线是一种极适于汽车环境的汽车局域网。CAN总线是德国Bosch公司为解决汽车监控系统中的 复杂技术难题而设计的数字信号通信协议，它属于总线式串行通信网 络。由于采用了许多新技术和独特的设计思想，与同类车载网络相比，CAN总线在数据传输方面具有可靠、实时和灵活的优点。 1991年9月Philips半导体公司制定并发布了CAN技术规范(版本 2.0),该技术规范包括A部分和B两部分，其中2.0A给出了CAN报文的标 准格式；2.0B给出了标准和扩展两种格式。此后，1993年11月ISO正 式颁布了道路交通运输工具一数据信息交换一高速通信控制器局域 网(CAN)的国际标准IS011898，为控制器局域网的标准化和规范化铺 平了道路。 二CAN介绍 CAN通信的特点： (1) CAN是到目前为止唯一具有国际标准且成本较低的现场总线； (2) CAN废除了传统总线的站地址编码，对通信数据块进行编码，为 多主方式工作，不分主从，通信方式灵活，通过报文标识符通信，可 使不同的节点同时接收到相同的数据，无需站地址等节点信息。 (3) CAN采用非破坏性总线仲裁技术，当多个节点同时向总线发送信 息时，优先级较低的节点会主动地退出发送，而最高优先级的节点可 不受影响地继续传输数据，从而大大节省了总线冲突仲裁时间。尤其 是在网络负载很重的情况下也不会出现网络瘫痪情况(以太网则有可
dcs及现场总线技术总结 各位读友大家好，此文档由网络收集而来，欢迎您下载，谢谢 是XX最新发布的《dcs及现场总线技术总结》的详细范文参考文章，感觉很有用处，这里给大家转摘到XX。篇一：DCS技术和现场总线 DCS技术和现场总线 DCS及现场总线技术是由计算机、信号处理、测量控制、网络通信和人机接口等技术综合产生的一门应用技术。 DCS即所谓分布式控制系统，或称之为集散系统，是相对于集中控制系统而言的一种新型计算机控制系统，它是集中式控制系统的基础上发展、演变而来的。1995年国际标准化组织（ISO）定义：DCS系统式一类满足大型工业生产和日益复杂的过程控制要求，从综合自动化角度出发，按功能集散，管理集中的原则构思，具有高度可靠性指标，
将微处理技术、数字通讯技术、人机接口技术相结合，用于采集、过程控制和生产管理的综合控制系统。 生产发展的需要，电子技术、计算机技术的发展，最早的基于大型机的直接数字控制技术即DDC技术，集中管理，集中控制，这些都促进了DCS技术的发展。DCS具有如下特点： 1.相同或类似的结构。 2.分级递阶结构。 3.计算机技术的应用。 4.丰富的功能软件包。 5.强有力友好的操作界面。 6.高可靠性的技术。 DCS自70年代问世以来，很多公司各自推出了不同设计、风格各异的即使是同一厂家，范文TOP100其早期产品和近期产品也有不少的差异。但是，尽管种种的DCS千差万别，其核心却基本上是一致的，我们可以简单的将其归纳为“三点一线”式的结构。“一线”是指DCS的骨架计算机网络，“三点”则是指
连接在网络上的3个不同类型的节点。这3种不同类型的节点是：面向被控制过程现场的I/O控制站；面向操作人员的控制站；面向DCS监督管理人员的工程师站。DCS主要的基本组成部分如下：的系统网络SNET 用于DCS的计算机网络很多方面的要求不同于通用的计算机网络。它是一个实时网络，也就是说，网络需要根据现场通信的实时性的要求，在确定的时限内完成信息的传送。 2.现场I/O控制站 现场I/O控制站是完成对过程现场I/O处理并实现直接数字控制（DDC）的网络节点。 3.操作员站 DCS的操作员站是处理一切与运行操作有关的人机界面（OI-Operator Interface）或（MMI-Man Machine Interface）功能的网络节点，其主要功能就是为系统的运行操作人员提供人机界面，使操作员可以通过它及时了解现场