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基于现场总线的高级过程控制系统设计

基于现场总线的高级过程控制系统设计
基于现场总线的高级过程控制系统设计

基于现场总线的高级过程控制系统设计

【摘要】本文论述了采用现场总线技术(FCS)实现的高级过程控制系统的设计。本控制系统的开发对目前高校进行实验室建设以及摆脱实验室设备与生产现场脱节严重的现状有一定的现实意义。

【关键词】现场总线;PLC;WINCC

实验室现有设备,控制方式比较落后,实验内容单一,接线简单,无法更好地锻炼学生的动手能力,并且和现代企业当中所使用的先进控制方式相脱节,无法适应现在突飞猛进的发展。目前过程控制系统最新的发展方向是采用现场总线控制系统进行控制,为了让学生能够接触最新的过程控制技术,以已有过程控制系统为对象,在不增加设备和成本的前提下,对原有系统进行分析研究,建立一套以西门子PROFIBUS-DP现场总线为基础的,接近于生产的现场总线控制系统。

1.控制系统结构

系统总体构成分为四层,第一层为信息层,主要完成集中监控,集中协调控制等,采用工业以太网(TCP/PI),用于监控PC机和主站PLC之间的通讯;第二层为S7-300PLC主站,采用RPOFBIUS-DP现场总线,用于PLC主站和分布式I/O、变频器从站之间的通讯。第三层为分布式I/O、变频器从站层,采用RPOFBIUS-PA 现场总线,用于DP链路和智能仪表之间的通讯,第四层为设备层。

2.硬件设计

2.1 硬件选型

根据设计要求,其具体硬件选型如表2-1所示

表2-1控制系统硬件选型

设备名称设备型号生产厂家货号

DC 24V

CPU

ET 200M

通信与现场总线课程设计报告书

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:

现场总线控制系统的现状和发展前景

现场总线控制系统的现状和发展前景 序言 随着计算机技术、通信技术和控制技术的发展,传统的控制领域正经历着一场前所未有的变革,开始向网络化方向发展。计算机控制系统的发展在经历了基地式气动仪表控制系统、电动单元组合式模拟仪表控制系统、集中式数字控制系统以及集散控制系统(DCS)后,今后将朝着现场总线控制系统的方向发展。 现场总线(Fieldbus)是指开放式、国际标准化、数字化、相互交换操作的双向传送、连接智能仪表和控制系统的通信网络。它作为工厂数字通信网络的基础,沟通了生产过程现场及控制设备之间及其与更高控制管理层次之间的联系。它不仅是一个基层网络,而且还是一种开放式、新型全分布控制系统。这是一项以智能传感、控制、计算机、数字通讯等技术为主要内容的综合技术,是信息化带动工业化和工业化推动信息化的适用技术,是能应用于各种计算机控制领域的工业总线,因现场总线潜在着巨大的商机,世界范围内的各大公司都投入相当大的人力、物力、财力来进行开发研究[1]。当今现场总线技术一直是国际上各大公司激烈竞争的领域,由于现场总线技术的不断创新,过程控制系统由第四代的DCS 发展至今的FCS(Fieldbus Control System)系统,已被称为第五代过程控制系统。而FCS和DCS的真正区别在于其现场总线技术。现场总线技术以数字信号取代模拟信号,在3C(Computer计算机、Control控制、Commcenication通信)技术的基础上,大量现场检测与控制信息就地采集、就地处理、就地使用,许多控制功能从控制室移至现场设备。由于国际上各大公司在现场总线技术这一领域的竞争,仍未形成一个统一的标准,目前现场总线网络互联都是遵守OSI参考模型。由于现场总线以计算机、微电子、网络通讯技术为基础,这一技术正在从根本上改变控制系统的理念和方法,将极大地推动整个工业领域的技术进步,对工业自动化系统的影响将是积极和深远的。 现场总线技术是当代工业数字通信的前沿技术,是计算机技术、通信技术和自动化控制技术的集成,也是信息技术、测量技术在信息时代的体现。现场总线技术经过10年的研发、试验和局部应用阶段,现已开始大量地在中小系统中应用,并开始在超大规模的自动化系统工程中应用。现场总线技术是工业数字通信时代的先驱,它的出现正在引起工业控领域的一次前所未有的技术革命。现场总线不仅仅是分散于最底层的控制系统,而且是建立于整个工业体系的通信系统,它的通信协议建立在控制策略之上,标准的编程语言(DDL)和强大的通信功能,使现场总线控制系统成为贯彻操作者意志的最得力的工具,由于其巨大的技术优势,被认为是工业控制发展的必然趋势,将逐步取代传统的控制方法。 进入二十一世纪以来,随着我国国民经济的高速发展,我国现场总线控制系统行业保持了多年高速增长,并随着我国加入WTO, 近年来,现场总线控制系统行业的出口也形势喜人,2008年,全球金融危机爆发,我国现场总线控制系统行业发展也遇到了一些困难,如国内需求下降,出口减少等,现场总线控制系统行业普遍出现了经营不景气和利润下降的局面,2009年,随着我国经济刺激计划出台和全球经济走出低谷,我国现场总线控制系统行业也逐渐从金融危机的打击中恢复,重新进入良性发展轨道。

现场总线技术及控制系

现场总线技术及控制系统 摘要:文章介绍了现场总线的概念,回顾了其产生及发展历程,分析了现场总线控制系统相对于集散控制系统的特点和优点。针对当前流行的几种现场总线,简要介绍了各自的技术特色,指出控制系统的开放互连是发展的必然。 关键词:现场总线,集散控制系统,分布式控制,FCS,DCS,开放式互连系统 一、前言 七十年代以前,控制系统中采用模拟量对传输及控制信号进行转换、传递,其精度差、受干扰信号影响大,因而整个控制系统的控制效果及系统稳定性都很差。七十年代末,随着大规模集成电路的出现,微处理器技术得到很大发展。微处理器功能强、体积小、可靠性高、通过适当的接口电路用于控制系统,控制效果得到提高;但是尽管如此,还是属于集中式控制系统。随着过程控制技术、自动化仪表技术和计算机网络技术的成熟和发展,控制领域又发生了一次技术变革。这次变革使传统的控制系统(如集散控制系统)无论在结构上还是在性能上都发生了巨大的飞跃,这次变革的基础就是现场总线技术的产生。 现场总线是连接现场智能设备和自动化控制设备的双向串行、数字式、多节点通信网络,它也被称为现场底层设备控制网络(INFRANET)。80年代以来,各种现场总线技术开始出现,人们要求对传统的模拟仪表和控制系统变革的呼声也越来越高,从而使现场总线成为一次世界性的技术变革浪潮。美国仪表协会(ISA)于1984年开始制订现场总线规范,在欧洲有德国的PROFIBUS和法国的FIP等,各种现场总线规范陆续形成。其中主要的有:基金会现场总线FF(Foundation Fieldbus)、控制局域网络CAN(Controller Area Network)、局部操作网络LonWorks(Local Operating Network)、过程现场总线PROFIBUS(Process Field Bus)和HART协议(Highway Addressable Remote Transducer)等。但是,总线规范的制定工作并非一帆风顺,由于行业与地域发展等历史原因,加上各公司和企业集团受自身利益的驱使,致使现场总线的国际化规范工作进展缓慢。但是不论如何,制定单一的开放国际现场总线规范是发展的必然。 二、当前流行的几类现场总线 1、基金会现场总线FF 基金会现场总线FF是在过程自动化领域得到广泛支持和具有良好发展前景的一种 技术。其前身是以美国Fisher-Rosemount公司为首,联合Foxboro、横河、ABB、西门子等80家公司制定的ISP协议和以Honeywell公司为首,联合欧洲等地150家公司制定的World

现场总线技术实验指导书

《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 (.

自动控制系统组成

自动控制系统的组成及功能实现 自动控制系统作为目前工业领域控制的核心,已经为大家所熟悉。自动控制系统是指在无人直接参与下可使生产过程或其他过程按期望规律或预定程序进行的控制系统。自动控制系统是实现自动化的主要手段,其组建了整个系统的大脑及神经网络。自动控制系统的组成一般包括控制器,被控对象,执行机构和变送器四个环节组成。 一、自动控制系统的分类 自动控制系统按控制原理主要分为开环控制系统和闭环控制系统。 (一)开环控制系统 在开环控制系统中,系统输出只受输入的控制,控制精度和抑制干扰的特性都比较差。开环控制系统中,基于按时序进行逻辑控制的称为顺序控制系统;由顺序控制装置、检测元件、执行机构和被控工业对象所组成。主要应用于机械、化工、物料装卸运输等过程的控制以及机械手和生产自动线。 (二)闭环控制系统 闭环控制系统是建立在反馈原理基础之上的,利用输出量同期望值的偏差对系统进行控制,可获得比较好的控制性能。闭环控制系统又称反馈控制系统。 自动控制系统按给定信号分类,可分为恒值控制系统、随动控制系统和程序控制系统。(三)恒值控制系统 给定值不变,要求系统输出量以一定的精度接近给定希望值的系统。如生产过程中的温度、压力、流量、液位高度、电动机转速等自动控制系统属于恒值系统。 (四)随动控制系统 给定值按未知时间函数变化,要求输出跟随给定值的变化。如跟随卫星的雷达天线系统。(五)程序控制系统 给定值按一定时间函数变化。如程控机床。 在我们的工业领域中,因控制的工艺流程复杂、生产数多、对产品质量控制严格,所以一般控制系统均为闭环控制系统。 二、控制系统各部分的功能 (一)控制器 目前控制系统的控制器主要包括PLC、DCS、FCS等主控制系统。在底层应用最多的就是PLC控制系统,一般大中型控制系统中要求分散控制、集中管理的场合就会采用DCS 控制系统,FCS系统主要应用在大型系统中,它也是21世纪最具发展潜力的现场总线控制系

现场总线设计报告

# 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。

现场总线控制系统学习心得

现场总线控制系统学习心得 班级:电技131 姓名:杨秋 学号:20XX301030103 六个星期的现场总线控制系统课程已经结束,通过这段时间的学习和老师的耐心讲解,我初步了解到了这门课程的基本内容。 目前,在连续型流程生产工业过程控制中,有三大控制系统,即PLC、DCS和FCS。我们已经在以往的学习中了解到了PLC和DCS这两大系统的基本知识,而FCS就是我们这段时间学习的现场总线控制系统。老师分别从以下几个方面详细地向我们讲解了这门课程。 1现场总线和现场总线控制系统的概念 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,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。 2 现场总线技术现场总线技术将专用的微处理器置入了传统的测量控制仪表,使其各自都具有了多多少少的数字计算和数字通信能力,成为能独立承担某些控制、通信任务的网络节点。它们通过普通双绞线、光纤、同轴电缆等多种途径进行信息传输,这样就能够形成以多个测量控制仪表、计算机等作为节点连接成的网络系统。该网络系统按照规范和公开的通信协议,在位于生产现场的多个微机化自控设备之间,以及现场仪表与用作管理、监控的远程计算机之间,实现数据传输与信息共享,进一步构成了各种适应实际需要的自动控制系统 3 现场总线的分类 老师重点讲述了现场总线的几种类别,典型的现场总线技术包括了基金会现场总线FF,LonWork现场总线,Profibu 现场总线,CAN现场总线以及HART现场总线。其中FF总线尤为重要,按照基金会总线组织的定义,FF总线是一种全数字、串行、双向传输的通信系统,是一种能连接现场各种现场仪表的信号传输系统,其最根本的特点是专门针对工业过程自动化而开发的,在满足要求苛刻的使用环境、本质安全、总线供电等方面都有完善的措施。为此,有人称FF总线为

控制网络与现场总线

控制网络与现场总线 第一章绪论 现场总线是应用在生产现场与微机化测量控制设备之间实现双向串行多节点通信的系统,也称为开放式、全数字化、多点通信的底层控制网络CAN 总线是一种现场总线,它在工业控制领域中占有重要的地位,并已经广泛应用于汽车制造、自动化监控、三表系统及楼宇自控系统等领域。而以太网具有结构简单,工作可靠,传输速率高等特点,目前以它作企业的为上层管理网络能够很好的发挥信息交换及共享的需求。这样就形成了以CAN 为低层控制网络,由以太网组成上层管理网络的局面。然而企业生产需要下层与上层的信息交换,而异构网络是不能直接进行信息交换的,如何有效的实现这种信息交换,成为目前的一个热点问题。 1.1 研究背景及意义 1.1.1 现场总线控制系统 现场总线是安装在生产过程区域的现场设备/仪表与控制室内的自动控制装置/系统之间的一种串行、数字式、多点和双向通信的数据总线。现场总线技术将专用微处理器置入传统的测量控制仪表,使它们各自具有了数字计算和数字通讯能力,采用可进行简单连接的双绞线等作为总线,把多个测量控制仪表连接成网络系统,并按公开、规范的通信协议,在位于现场的多个微机化测量控制设备之间及现场仪表与远程监控计算机之间,实现数据传输与信息交换,形成各种适应实际需要的自动控制系统。现场总线的出现正符合了现代工业生产领域中的测控系统的需求,即通过测控仪器或系统从生产现场获得各种参数,通过自控手段,使生产各环节得到优化。 1.1.2 以太网技术 近年来,以太网在工业控制领域的应用逐渐的广泛起来,它具有通信速率高、软硬件产品丰富和应用支持技术成熟等优点,目前它已经在工业企业综合自动化系统中的资源管理层、执行制造层得到了一定程度的应用,并呈现向下延伸直接应用于工业控制现场的趋势。但是由于普通以太网所用的接插件、集线器、交换机和电缆等均是为商用领域设计的,而未针对较恶劣的工业现场环境来设计(如

Powerlink课程设计报告-现场总线技术及应用

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;

现场总线控制系统

现场总线控制系统Newly compiled on November 23, 2020

南阳理工学院自动控制仪表课程报告 学院(系):机械与汽车工程学院 专业:测控技术与仪器(升)学生: *** 指导教师: * * 完成日期2015年 12 月

自动控制仪表课程报告 现场总线控制系统 Fieldbus control system 总计:自动控制仪表课程报告 20 页 插图: 14 幅

自动控制仪表课程报告 现场总线控制系统 Fieldbus control system 学院(系):机械与汽车工程学院 专业:测控技术与仪器(升) 学生姓名: *** 学号:1%%%%%%% 指导教师(职称):(高级工程师) 评阅教师: 完成日期: 2015年12月 南阳理工学院 Nan yang Institute of Technology

现场总线控制系统 测控技术与仪器(升) *** [摘要]技术自推广以来,已经在世界范围内应用于工业控制的各个领域。现场总线的技术推广有了三、四年的时间,已经或正在应用于冶金、汽车制造、烟草机械、环境保护、石油化工、电力能源、纺织机械等各个行业。应用的总线协议主要包括、、Foundation、、Interbus_S 等。在汽车行业,现场总线控制技术应用的非常普遍,近两年国内新的和旧的生产线的改造,大部分都采用了现场总线的控制技术。国外设计的现场总线控制系统已应用很广泛,从单机设备到整个生产线的输送系统,全部采用现场总线的控制方法。而国内的应用仍大多集中中生产线的输送系统、随着技术的不断发展和观念的更新必然会逐步扩展其应用领域。 [关键词] 现场总线;工业控制;应用广泛 Fieldbus control system Measurement & Control Technology and Instruments Major(l) *** Abstract:Field bus technology, since the promotion has been all over the world should be used in industrial control fields. Fieldbus technology popularization has three or four years, has been or are being used in metallurgy, automobile manufacturing, tobacco machinery, environmental protection, petrochemical, electric power, textile machinery and other industries. Application of bus protocol mainly includes the PROFIBUS, DeviceNet, Foundation, Fieldbus, Interbus_S, etc. In the automotive industry, the field bus control technology application is very common, in the past two years the domestic new and the old production line of auto production line transformation, mostly using the field bus control technology. Design of field bus control system has been applied abroad is very broad, from the single device to the transmission system of the whole production line, adopts the control method of the field bus. And domestic applications are mostly concentrated in the production line of

现场总线控制技术实验报告.

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。

现场总线课程设计本科论文

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。

自动控制系统的组成

1.1 自动控制系统的组成 自动控制系统是在人工控制的基础上产生和发展起来的。为对自动控制有一个更加清晰的了解,下面对人工操作与自动控制作一个对比与分析。 图1-1所示是一个液体贮槽,在生产中常 用来作为一般的中间容器或成品罐。从前一个 工序出来的物料连续不断地流入槽中,而槽中 的液体又送至下一工序进行加工或包装。当流 入量Q i(或流出量Q0) 波动,严重时会溢出或抽空。解决这个问题的 最简单办法,是以贮槽液位为操作指标,以改 变出口阀门开度为控制手段,如图1-1所示。 当液位上升时,将出口阀门开度开大,液位上 则关小出口阀门,液位下降越多,阀门关得越 小。为了使液位上升和下降都有足够的余地,选择玻璃管液位计指示值中间的某一点为正常工作时的液位高度,通过改变出口阀门开度而使液位保持在这一高度上,这样就不会出贮槽中液位过高而溢出槽外,或使贮槽内液位抽空而发生事故的现象。归纳起来,操作人员所进行的工作有以下三个方面。 ①检测用眼睛观察玻璃管液位计(测量元件)中液位的高低。 ②运算、命令大脑根据眼睛所看到的液位高度,与要求的液位值进行比较,得出偏差的大小和正负,然后根据操作经验,经思考、决策后发出命令。 ③执行根据大脑发出的命令,通过手去改变阀门开度,以改变出口流量Q0,从而使液位保持在所需要高度上。 眼、脑、手三个器官,分别担负了检测、运算/决策和执行三个任务,来完成测量偏差、操纵阀门以纠正偏差的全过程。 若采用一套自动控制装置来取代上述人工操作,就称为液位自动控制。自动 下面结合图1-2的例子介绍几个常 用术语。 ①被控对象需要实现控制的 简称对象,如图1-2中的液体贮槽。 ②被控变量对象内要求保

现场总线技术综述

现场总线技术综述
2008-3-3 15:51:00 来源:中国自动化网
现场总线控制系统技术是 20 世纪 80 年代中期在国际上发展起来的一种崭新的 工业控制技术。现场总线控制系统(FCS)的出现引起了传统的 PLC 和 DCS 控制系 统基本结构的革命性变化。 现场总线系统技术极大地简化了传统控制系统繁琐且技术 含量较低的布线工作量,使其系统检测和控制单元的分布更趋合理。更重要的是从原 来的面向设备选择控制和通信设备转变成为基于网络选择设备。 尤其是 20 世纪 90 年 代现场总线控制系统技术逐渐进入中国以来,结合 Internet 和 Intranet 的迅猛发展, 现场总线控制系统技术越来越显示出其传统控制系统无可替代的优越性。 现场总线控 制系统技术已成为工业控制领域中的一个热点。
1 现场总线的发展
计算机控制系统的早期,采用一台小型机控制几十条控制回路,目的是降低每条 回路的成本。但由于计算机的故障将导致所有控制回路失效,所以后来发展成分布式 控制(DCS),即由多台微机进行数据采集和控制,微机间用局域网(LAN)连接起 来成为一个统一系统。DCS 沿用了二十多年,其优点和缺点均充分显露。最主要的 问题仍然是可靠性:一台微机坏了,该微机管辖下的所有功能都失效;一块 AD 板上 的模/数转换器坏了,该板上的所有通道(8 或 16 个)全部失效。曾有过采用双机双 I/O 等冗余设计,但这又增加了成本,增加了系统的复杂性。为了克服系统可靠性、 成本和复杂性之间的矛盾,更为了适应广大用户要求的系统开放性、互操作性要求, 实现控制系统的网络化,一种新型控制技术──现场总线控制系统(FCS)正迅速发 展起来。 1.1 什么是现场总线 从名词定义来讲,现场总线是用于现场电器、现场仪表及现场设备与控制室主机 系统之间的一种开放的、全数字化、双向、多站的通信系统。而现场总线标准规定某 个控制系统中一定数量的现场设备之间如何交换数据。 数据的传输介质可以是电线电 缆、光缆、电话线、无线电等等。 通俗地讲,现场总线是用在现场的总线技术。传统控制系统的接线方式是一种并 联接线方式,从 PLC 控制各个电器元件,对应每一个元件有一个 I/O 口,两者之间需 用两根线进行连接,作为控制和/或电源。当 PLC 所控制的电器元件数量达到数十个 甚至数百个时, 整个系统的接线就显得十分复杂, 容易搞错, 施工和维护都十分不便。 为此,人们考虑怎样把那么多的导线合并到一起,用一根导线来连接所有设备,所有 的数据和信号都在这根线上流通,同时设备之间的控制和通信可任意设置。因而这根 线自然而然地称为了总线,就如计算机内部的总线概念一样。由于控制对象都在工矿 现场, 不同于计算机通常用于室内, 所以这种总线被称为现场的总线, 简称现场总线。

现场总线技术及其应用研究论文设计

现场总线技术及其应用研究 中文摘要: 现场总线技术自70年代诞生至今,由于它在多方面的优越性,得到大围的推广,导致了自动控制领域的一场革命。本文从多个方面介绍了现场总线技术的种类、现状、应用领域及前景。 现场总线FF(Field Bus)的概念起源于70年代,当时主要考虑将操作室的现场信号和到控制仪器的控制信号由一组总线以数字信号形式传送,不必每个信号都用一组信号线。随着仪表智能化和通讯数字化技术的发展,数字通信网络延伸到工业过程现场成为可能,由全数字现场控制系统代替数字与模拟分散型控制系统已成为工业化控制系统发展的必然趋势。 现场总线已经发展成为集计算机网络、通信技术、现场控制、生产管理等容为一体的现场总线控制系统FCS(Field-bus Control System)。它将通信线一直延伸到生产现场生产设备,用于过程和制造自动化的现场设备或现场仪表互连的现场通信网络,将传统的DCS 三层网络结构变成两层网络结构,降低了成本,提高了可靠性,实现了控制管理一体化的结构体系。 关键词:现场总线技术、自动控制、发展趋势

第一章绪论 现场总线(Fieldbus)是80年代末、90年代初国际上发展形成的,用于过程自动化、制造自动化、楼宇自动化等领域的现场智能设备互连通讯网络。它作为工厂数字通信网络的基础,沟通了生产过程现场及控制设备之间及其与更高控制管理层次之间的联系。它不仅是一个基层网络,而且还是一种开放式、新型全分布控制系统。这项以智能传感、控制、计算机、数字通讯等技术为主要容的综合技术,已经受到世界围的关注,成为自动化技术发展的热点,并将导致自动化系统结构与设备的深刻变革。 现场总线控制系统(FCS)是顺应智能现场仪表而发展起来的。它的初衷是用数字通讯代替4-20mA模拟传输技术,但随着现场总线技术与智能仪表管控一体化(仪表调校、控制组态、诊断、报警、记录)的发展,在控制领域引起了一场前所未有的革命。控制专家们纷纷预言:FCS将成为21世纪控制系统的主流。 第二章现场总线技术概述 2.1现场总线的定义: 目前,公认的现场总线技术概念描述如下:现场总线是安装在生产过程区域的现场设备/仪表与控制室的自动控制装置/系统之间的一种串行、数字式、多点通信的数据总线。其中,"生产过程"包括断续生产过程和连续生产过程两类。或者,现场总线是以单个分散的、数字化、智能化的测量和控制设备作为网络节点,用总线相连接,实现相互交换信息,共同完成自动控制功能的网络系统与控制系统。 2.2 现场总线技术产生的意义 (1)现场总线(Fieldbus)技术是实现现场级控制设备数字化通信的一种工业现场层网络通信技术;是一次工业现场级设备通信的数字化革命。现场总线技术可使用一条通信电

现场总线技术课程设计报告书

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。

自动控制系统主要有哪些环节组成

自动控制系统主要有哪些环节组 成 1?自动控制系统主要有哪些环节组成?各环节的作用是什么? a测量变送器:测量被控变量,并将其转化为标准,统一的输出信号。b 控制器:接收变送器送来的信号,与希望保持的给定值相比较得出偏差,并按某种运算规律算出结果,然后将此结果用标准,统一的信号发送出去。 c执行器:自动地根据控制器送来的信号值来改变阀门的开启度。 d被控对象:控制装备所控制的生产设备。 2?被控变量:需要控制器工艺参数的设备或装置; 被控变量:工艺上希望保持稳定的变量; 操作变量:克服其他干扰对被控变量的影响,实现控制作用的变量。 给定值:工艺上希望保持的被控变量的数值; 干扰变量:造成被控变量波动的变量。 3?自动控制系统按信号的传递路径分:闭环控制系统,开环~ (控制系统的输出端与输入端不存在反馈回路,输出量对系统的控制作用不 发生影响的系统),复合~ 4?按给定值的不同分:定值控制系统,随动控制系统(随机变化),程序控制系统(给定值按预先设定好的规律变化) 5.自动控制系统的基本要求: 稳定性:保证控制系统正常工作的必要条件

快速性:反应系统在控制过程中的性能 准确性:衡量系统稳态精度的指标,反映了动态过程后期的性能。 提高动态过程的快速性,可能会引起系统的剧烈振荡;改善系统的平稳性,控制进程又可能很迟缓,甚至使系统稳态精度变差。 6.控制系统的静态:被控变量不随时间而变化的平衡状态。 7?自动系统的控过渡过程及其形式 控制系统在动态过程中,被控变量从一个稳态到达另一个稳态随时间 变化的过程称为~ 形式:非周期衰减过程,衰减振荡过程, 等幅振荡过程,发散振荡过程 8.衰减振荡过渡过程的性能指标 衰减比:表振荡过程中的衰减程度,衡量过渡过程稳定性的动态指标。(以新稳态值为标准计算) 最大偏差:被控变量偏离给定值的最大值 余差:系统的最终稳态误差,终了时,被控变量达到的新稳态值与设定值之差。 调节时间:从过渡过程开始到结束所需的时间 振荡周期:曲线从第一个波峰到同一方向第二个波峰之间的时间 9.对象的数学模型:用数学的方法来描述对象输入量与输出量之间的关系,这种对象特性的数学描述叫~ 动态数学模型:表示输出变量与输入变量之间随时间而变化的动态关系的数字描述 10.描述对象特性的参数 放大系数K :数值上等于对象重新稳定后的输出变化量与输入变化量之比。意义:若有一定的输入变化量Q i通过对象就被放大了K倍变为输出变量h。K越大,输入变量有一定变化时,对输出量的影响越大。描述了静态性质 时间常数T:当对象受到阶跃输入作用后,被控变量达到新的稳态值的63.2%所需的时间,就是T,意义:被控变量受到阶跃作用后,被控变量如果保持初始速度变化,达到新的稳态值所需的时间。 T越大,表对象受干扰后,被控变量变化的越慢,到达新的稳态值所需

现场总线控制系统设计

现场总线控制系统设计 发表时间:2019-06-10T16:29:37.333Z 来源:《防护工程》2019年第5期作者:华启国 [导读] 根据IEC61158标准定义:现场总线是指安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线。 安徽天康(集团)股份有限公司 摘要:根据笔者开发项目现场总线系统的设计和试运经验,全面介绍了现场总线系统的设计原则和方法。同时也介绍了与现场总线控制系统有关的术语和概念。设计原则主要涉及系统的开放性、有效性、安全性、有效性与安全性平衡以及经济适用性等原则;设计方法包含了设计周期的两个部分———概念设计和详细设计。详细设计主要涉及网络设计、设备选型、系统组态及文档创建等。为同类系统的设计提供了可以借鉴的原则和方法。 关键词:现场总线控制系统;有效性;安全性;设计过程 引言 根据IEC61158标准定义:现场总线是指安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线。具有全数字化、全分布、双向传输、自诊断、低成本、开放性、互操作性、智能化等特点,在石油、石化等领域获得了成功的应用。目前现场总线标准尚未统一,市场上主流产品有40种之多。现场总线控制系统的工程设计是根据生产工艺特点从市场上选择一种符合生产要求的现场总线产品并根据设计原则构建现场总线控制系统。笔者根据多年多套现场总线控制系统的设计、安装和试运经验,以苏丹穆格来得油田开发项目所使用的基金会现场总线系统为例,介绍现场总线控制系统的设计原则和设计方法,为现场总线控制系统的设计提供可以借鉴的经验。 1现场总线控制系统设计原则 1.1有效性原则 有效性是回路正常运行时间占总时间的百分比,其目的是尽量减少生产过程的损失。获得高有效性的工程实现方法有分散、诊断和冗余。分散包括网络分散、结构分散、设备物理位置分散、控制回路分散和有限停车等。冗余要求控制器冗余、链路设备冗余、I/O卡件冗余、通信模件冗余、连接介质冗余、变送器冗余和电源冗余等。除此之外,还有冗余分离、备份主设备等辅助备份技术。系统诊断是指设计中对现场总线设备丰富的状态字节和判断能力的利用,从而迅速确定过程问题、故障设备;减少平均修复时间、系统错误停车;实现备份设备间的正确切换等。另外,还有短路保护、本质安全、故障安全等辅助技术。容错是提高系统有效性的重要手段,容错是指系统在出现故障时仍能正常工作,同时又能查出故障的能力。容错包括三种功能:故障检测、故障鉴别、故障隔离。冗余是实现容错的工程方法。提高系统的诊断覆盖率水平,也可以提高系统有效性。有效性不影响系统的安全性,但系统的有效性低可能会导致装置和工厂无法进行正常生产。 1.2 安全性原则 安全性是指系统在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力。总线控制系统的安全性原则不同于安全相关系统。工程化的设计方法有现场系统诊断功能的利用、正确组态以及安全联锁功能的分散等。诊断包括通信故障诊断、取代差错检查、通信故障停车以及操作员通知等。正确组态包括设备组态和联锁组态。此处的分散是指将停车联锁功能置于现场总线控制设备或去往阀门定位器的通信中,从而实现安全分散。附加的安全性实现方法还有执行器位置反馈引用、动力源丢失保持以及冗余外输设计中的不一致检查等。 1.3经济适用原则 提高系统的有效性和可靠性,必然增加系统的成本。多余的冗余以及富余的安全等级是一种浪费。科学的设计方法就是根据实际的生产过程,选择合理的系统冗余度。现场总线控制系统具有强大的诊断判断功能,合理地组态,充分地利用可以在提高安全性,增加有效性的前提下,实现设计系统经济适用及够用的原则。 2 现场总线控制系统的设计方法 现场总线控制系统的工程设计与常规控制系统一样分为概念设计和详细设计两个阶段。 2.1 概念设计 现场总线变送器具有多通道和多制式的特点,可实现传统系统中多个变送器的功能。现场总线阀门定位器自带软限位参数,可减少系统的离散输入。现场总线变送器自带控制功能模块,统一了总线系统控制点和测量点。模拟和数字信号在现场总线系统中都以数字信号出现。因此,总线系统对模拟和数字以及输入和输出信号不再区别,工程设计初期不再像传统DCS那样分别计算检测、报警及控制“点”的数量,而只需根据工艺过程对控制系统的要求计算检测和控制设备的总数,并根据设备的物理和逻辑分布确定现场总线系统的初步拓扑结构,通信端口数,链路设备或接口模板数。并以此为基础生成系统设备物资清单。 2.2 详细设计 2.2.1 主站级网络设计 操作员对整个工厂的监视依赖于主站级网络的建立和运行,在控制回路使用位于不同现场级网络的设备时,跨越主站级网络的桥接必须使用。为此,工程设计时操作员站应备份,网络介质应冗余,集线器电源应独立,以确保系统有效性。主站级网络冗余有三个层次:介质冗余、整体网络冗余和以太网设备冗余。介质冗余完全工作在物理介质层,与使用协议无关。设备和端口的冗余是在较介质冗余更高的层次上实施的,与使用协议有关。 2.2.2 现场级网络设计 现场网络的拓扑结构主要有总线型和树形两种。区域内设备密度较低且分布范围较广时宜选用总线拓扑结构。根据设备清单确定现场网络数量,并计算网络端口和现场电源数量。依据选定的拓扑结构和电缆类型选择安装附件,原则上一条支线只连接一台设备。尽可能地让同一回路的设备处于同一网段中,避免不同网段间使用桥接功能,从而提高性能。现场级网络的设计应以贯穿故障条件下对系统影响最小为原则。现代工厂是区域和车间的合理划分,区域应有属于主站级网络的独立子网,子网由路由器相连。即使在冗余控制器或链路系统中,中央控

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