集散型自动控制系统

集散型自动控制系统（精选10篇）

集散型自动控制系统 第1篇

在实际生产中,水泥粉磨站会因为销售淡季、气候转冷或错峰用电等因素影响,经常出现部分设备停开等现象。然而,无论两台磨机与三台空压机是否处于满负荷运行状态,系统的冷却水却一直处于满负荷流动状态,水泵电机以工频运行,造成了电能的极大浪费,既不经济,也不环保。

因此,对该站原有的供水系统进行节能改造,使水泵能根据磨机及空压机的实际需要供水,使系统能根据实际用水量及扬程自动调节电机转速,依据水泵的转速——压力、流量特性曲线,自动实现变速变压运行,维持供水流量稳定,降低水泵电机能耗,具有显著的经济效益与社会效益。

1 技改方案的确定

水泥粉磨站的主要用水设备是三台空压机、两套磨机系统,其中磨机系统包括打散机、前排收尘风机及磨机喷淋(含稀油站)三部份。空压机和磨机喷淋系统安装于水平地面上,前排收尘风机安装离地面约有25m高,打散机安装离地面有约35m高。供水水泵流量为400m3/h,扬程50m,供水主干道管径DN120,阀门为手动截止阀,均埋于地下。

由于原有主管道阀门均为手动截止阀,且均埋于地下。若将本项目改造成传统的变频恒压控制装置,必须更换成电动截阀,实施起来工期长、难度大、费用高。

针对传统技改方案中存在的问题,技改项目小组提出了基于集散型控制系统的变频节能技术改造方案,总体方案是利用计算机自动监控空压机、磨机、打散机、收尘风机等设备的实时运行状态,自动改变变频器的频率给定,从而自动调整水泵电机转速,来调节供水管道中冷却水的流量和压力。使水泵的输出功率与实际流量需求成正比,使电能转换效率大幅提高,并且可提高电机的功率因素以及减少无功损耗,达到节能效果。

2 技改方案的技术原理及措施

2.1 变频调速方法

变频调速就是通过改变输入到交流电机的电源频率,从而达到调节交流电动机转速的目的。

交流异步电动机转速由下式确定:

式中:n—电动机的转速;

f—输入的电源频率;

S—电动机的转差率;

p—电机的极对数。

由公式(1)可知,电动机的输出转速与输入的电源频率、转差率、电机的极对数有关系,因而交流电动机的直接调速方式主要有变极调速(调整p)、转子串电阻调速或串级调速或内反馈电机(调整S)和变频调速(调整f)等。

变频调速器从电网接收工频50Hz的交流电,经过恰当的强制变换方法,将输入的工频交流电变换成为频率和幅值都可调节的交流电输出到交流电动机,实现交流电动机的变速运行。

2.2 变频调速节能的原理

通过流体力学的基本定律可知:水泵类设备均属平方转矩负载,其转速n与流量Q、压力(扬程)H以及轴功率P具有如下关系[1]:

其中:Q1、H1、P1——水泵在n1转速时的流量、压力(或扬程)、轴功率;

Q2、H2、P2——水泵在n2转速时的相似工况条件下的流量、压力(或扬程)、轴功率。

由公式(2)、(3)、(4)可知,水泵的流量与其转速成正比,压力(或扬程)与其转速的平方成正比,轴功率与其转速的立方成正比。转速n与流量Q、压力(扬程)H以及轴功率P的关系如图2所示。由公式(4)可知,在其它运行条件不变的情况下,通过下调电机的运行速度,其节能效果是与转速降落成立方的关系,节能效果非常明显。

2.3 技术创新措施

本项目利用基于计算机技术、控制技术、通信技术、图形显示技术为一体的集散型控制系统——DCS系统[2]。利用其成熟的各种控制算法和图形显示技术,实现中控自动监视设备的运行投入状况,自动调整管路压力,同时监视水泵的运行状态、电机电流、管道压力等重要参数,当系统中某机器设备出现故障时,DCS系统均会进行故障报警,同时可在线修改各项参数,可查看历史运行记录。这是传统的变频恒压控制装置功能不能达到的。

2.4 变频调速节能控制系统的设计

2.4.1 变频调速节能系统的控制程序

本项目特点是利用设备所处高度不同,当处于高处设备不工作时,减少电机转速,降低扬程,冷却水将不流经此设备,这将维持低处的管道流量稳定。

根据水泥粉磨站的技改方案,结合变频调速节能的原理,设计出变频调速节能控制系统的控制程序,转速控制程序如图3,电机启动控制程序如图4所示。其中:

(1)M5071_RN和M5072_RNTX代表两台打散机的运行信号;

(2)M5161_RN和M5162_RNTX代表两台排风机运行信号;

(3)TI5071和TI05072代表打散机轴承温度;

(4)K11、K21、K31分别代表3台空压机冷凝器温度;

(5)AICSBGD代表变频器频率给定。

当处于最高位置的两台打散机都开启时(表明此时所有用水设备都开启),电机以50Hz的速度运行;当只开单条磨时,电机以47.25Hz(0.95×50Hz)运行;当磨机停,只开前排收尘风机时,电机以42.25Hz(0.85×50Hz)运行;当只开空压机时(含磨机喷淋系统、稀油站冷却系统),电机以35Hz(0.7×50Hz)运行。当检测到有设备温度异常超过设定值时,电机马上变成全速运行。当其中一台水泵出现故障停机时,另外一台水泵马上自动启动,确保系统正常运转。

2.4.2 变频调速节能系统的监控界面

控制系统的监控界面如图5所示,水泵信号灯(图中圆圈处)显示黄色则代表水泵准备好,水泵信号灯显示绿色时代表水泵正在运行,水泵信号灯显示红色时代表电机或变频器出现故障。“水泵1”、“水泵2”下方显示电机运行电流,界面中间部分显示管道的工作压力。工作时中控人员开启水泵,同时通过系统显示界面监控各项参数。

3 改造效果

通过对技术改造后的相关技术参数分析得出,水泥粉磨站在非满负荷状态下生产,作为系统主要经济技术指标的电流下降明显。改造后电机运行频率、管道压力、电机电流与设备的运行数据如表1所示。

与此同时,根据对项目改造前后6、7月份每天用电量的统计(该年6月20日完成改造),项目改造前全频运行每天水泵耗电1 700度,6月中旬改造后一天耗电量在600~1 500度范围内波动,改造前后用电量对比如图6所示。改造后平均耗电量为1 250度/天,比原来的1 700度/天省电450度/天,省电率达到26.5%,一年可节省用电费用:1 700×0.7×26.5%×365=115 102元。而本项目总投资59 700元,由此可知,项目改造完毕后半年即可收回技改成本。

4 结束语

本项目根据已有的设备基础及其技术特点,设计开发了基于集散型控制技术的变频节能控制系统,完成对原水泥粉磨站供水系统的节能技术改造。经实际运行效果表明,该变频供水节能技改方案设计科学、新颖、实用,项目投资少、收益大,项目节能效果明显,运行可靠,完全符合国家的节能减排政策。因此,对于水泥粉磨站、钢铁厂、污水处理厂等用水量大的给排水项目,本项目的技术方案具有良好的推广价值。

摘要：通过技改实例,分析了全频运行方式下水泥粉磨站供水方式的技术缺陷,阐述了变频供水节能技改方案的理论基础,深度剖析了变频转速控制流量的节能的方法。经实际运行证明,本技改方案科学、实用,节能效果明显。

关键词：水泥粉磨站,流量,节能

参考文献

[1]高孝纲.变频调速原理[M].北京:机械工业出版社,2011.

联锁保护、集散控制系统管理制度 第2篇

为牢固树立“安全第一”的思想，确保公司职工生命安全，保障生产装臵安全、稳定运行，加强安全仪表系统和集散控制系统的维护和管理，防止安全事故发生，实现企业可持续发展，结合公司实际，特针对安全仪表系统（SIS）及集散控制系统（DCS）制定本制度。2 适用范围

本制度适用于全公司各类安全仪表系统、集散控制系统的管理工作。3 术语 3.1 SIS 安全仪表系统（Safety Instrumented System,简称SIS）, 根据美国仪表协会（ISA）对安全系统仪表系统的定义而得名，也称紧急停车系统（ESD）、安全连锁系统（SIS）或仪表保护系统（IPS）。安全仪表系统是指能实现一个或多个安全功能的系统，用于监视生产装臵或独立单元的操作，如果生产过程超出安全操作范围，可以使其进入安全状态，确保装臵或独立单元具有一定的安全度。3.2 DCS DCS是分布式控制系统的英文缩写（Distributed Control System），在国内自控行业又称之为集散控制系统。

它是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统，综合了计算机(Computer)、通讯(Communication)、显示(CRT)和控制(Control)等4C技术，其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配臵灵活、组态方便。3.3 量程修改

现场仪表设计量程不能满足现场实际工艺工况，需重新设定仪表量程，同时修改安全系统或集散控制系统量程，一般需下装控制器数据库。3.4 流程图修改

计算机显示画面不能满足工艺要求，需增加、减少或挪动数据显示，不用下装控制器数据库。3.5 联锁旁路

装臵部分单元启动过程中，在系统运行参数或工况未达到要求时，采用临时联锁旁路达到开工条件。系统运行过程中，因设备缺陷存在，电气、仪表、工艺各专业因安全措施要求，退出部分联锁保护时，采用联锁旁路操作。系统运行过程中，因专业要求对仪表进行维护校准，需采用联锁旁路操作。3.6 联锁投用

联锁旁路操作后如信号能恢复正常使用则进行联锁投用操作。3.7临时信号强制

系统运行期间在操作员画面无法更改的一些信号值可通过下位机软件进行强制，需要在工程师权限下对控制器参数进行操作。3.8 控制回路方案变动

在实际运行中如原自动调节回路不适用，可由生产车间提出控制回路方案变动，经批准后对控制器进行下装。4 职责与程序 4.1 动力设备部的职责

4.1.1 动力设备部是公司安全仪表系统和集散控制系统管理的职能部门。4.1.2 负责审核机组及装臵保护管理标准。4.1.3 负责制定装臵检修后的联锁保护试验项目，并参加重要保护的联锁试验，确认试验结果。

4.1.4 负责监督及督促各生产部门执行本管理标准。

4.1.5 负责组织安全联锁、集散控制系统、主要测量仪表系统事故分析会，制订预防发生安全事故措施。4.2生产车间职责

4.2.1 在动力设备部的组织下，负责建立管辖机组设备的保护设定值台帐，机组图纸等资料。

4.2.2 在动力设备部的组织下，根据公司装臵检修计划配合仪表车间的检修维护工作。

4.2.3根据生产中机组及装臵运行状况及时提出联锁信号变动申请及办理相关票证。

4.2.4根据使用中发现的问题及时提出维修检查申请及办理相关票证。4.2.5因生产工艺变化(包括生产异常)需要摘除联锁，必须办理联锁摘除手续。由生产车间所在班组的班长或技术员提出申请，由车间主任签字同意后报设备管理部门进行审核，设备管理部门审核同意后送主管技术的经理审批，主管经理签字同意后，生产车间与仪表车间要采取相关的控制措施，待各项措施落实后由生产车间值班班长执行并签字。

4.2.6因生产需要对工艺联锁参数进行调整，因生产设备存在缺陷或者需要校验联锁仪表设备操作等需退出联锁状态，应办理联锁摘除手续，由生产车间所在班组的班长或技术员提出申请，报技术管理部门进行审核同意后送主管技术的经理批准，生产车间值班班长执行并签字；

4.2.7参加仪表保护的联锁试验，确认试验结果。4.3 仪表车间职责

4.3.1负责为生产车间在安全系统、集散控制系统操作的技术支持。4.3.2根据设备情况及时提出维修检查申请及办理相关票证。

4.3.3因联锁系统须进行维护、检修、操作等需退出联锁状态，应办理联锁摘除手续，由仪表车间负责人提出申请，报技术管理部门进行审核同意后送主管技术的经理批准，生产车间值班班长执行并签字。4.3.4负责建立管辖系统的设备台帐，图纸等资料。4.3.5对生产车间提出系统的改动申请提出风险分析意见。

4.3.6负责系统更改的下位机数据库的具体操作，并对数据库备份。4.3.7负责检修后联锁试验项目，确认检修后联锁试验结果。

4.3.8根据装臵运行方式需要，提出保护信号强制和保护撤出范围的意见。4.3.9负责安全仪表系统和集散控制系统的日常维护和检修。4.4 生产技术部职责

对生产车间提出的量程修改、流程图修改、联锁旁路、联锁投用、临时信号强制控制回路方案改动等工作内容把关，对申请单的风险分析进行补充。4.5 其他

因生产实际，暂时不允许进行摘除联锁或变更的，应按“谁主管、谁负责”的原则，不同意部门要组织制定有效的管理方案，并落实。4.6联锁系统摘除后的恢复申请

4.6.1联锁系统在采取控制措施的前提下摘除后，使用单位相关部门要认真进行分析，拿出整改方案，积极整改。

4.6.2 整改后，原申请部门要及时提出恢复联锁的申请，审批手续与摘除联锁程序相同。5 管理内容与要求 5.1 总则

5.1.1 装臵安全联锁、集散控制系统是装臵安全运行的保证，各级领导和生产管理人员都应执行本管理标准。

5.1.2 任何工作人员都不得擅自更改安全仪表系统的设定值，不得任意在软件上强制或改动安全仪表系统功能被旁路运行。对违反本管理标准，擅自更改或撤出保护造成事故或扩大事故者，将视情况严肃处理。

5.1.3 公司所属安全仪表系统的保护值，联锁功能，机组及设备的控制策略和软件，集散控制系统的硬件、软件均属本标准管理内容。5.2 安全仪表系统分级

5.2.1 现场参与联锁仪表分为三级管理，一级仪表为最高级管理。

5.2.2一级为本装臵内参与联锁的最重要仪表，一旦动作可导致装臵停工或大型机组停机。

5.2.3二级为本装臵内参与联锁的较重要的仪表，一旦动作可导致某单元的停运，5.2.4三级为参与装臵开工或机组启动的重要仪表。

5.2.5属一级管理的仪表需要维护和维修时在办理工作票后要求车间领导必须参与，属二级管理的仪表需要维护和维修时在办理工作票后要求班长必须参与，属三级管理的仪表需要维护和维修时在办理工作票后要求班组长必须参与。严禁越级维护维修。5.3工作票填写要求

5.3.1工作票填写原则，工艺或仪表专业提出维护（维修）方为主填写工作票方。5.3.2工作票应统一编号，在同一班组内防止出现同号的工作票。编号应遵循一下原则：HRYB-AA-BBBBCCDD-EE，其中HRYB代表弘润石化仪表设备，AA代表班组代号，如01、02、03、04，BBBBCCDD分别代表年月日，月日都要以两位数表示，EE代表当天完成工作的代号，以两位数表示。

5.3.3工作票内容原则上不得涂改，个别错漏字允许进行修正补充，修改时，将错字用两条平行线划去，在旁写上正确的字，要做到被改字和改正后的字迹清楚，不得将错字涂抹或将错字擦掉。如补充漏字，在字行上补漏处用“∧”符号，并在上面添加补漏的字。不得用跨行方式填写日期。5.3.4班组成员不得在两张同时使用的工作票中出现。5.4工作票填写说明

5.4.1工作票在工作结束后统一存放至班组文件夹内，并由仪表人员按次序填写编号，系统类别填写：SIS或DCS。

5.4.2系统维护及变动原因由生产车间填写。

5.4.3生产车间工作内容及步骤参照风险分析及安全措施由生产车间填写。5.4.4仪表工作内容及步骤参照风险分析及安全措施由仪表车间填写。5.4.5风险分析及安全措施由仪表车间负责安全分析，生产车间和仪表车间共同落实安全措施，所有内容必须全部填写。

5.4.6如仪表工作任务未连续完成应终结工作票，在现场工作再次开始前由工艺和仪表维护（检修）负责人再次进行风险分析，确认安全措施。5.4.7工作票的签批手续

5.4.7.1如某台操作站故障需重新启动或维修，保证其他操作站能正常使用的情况下可不用填写工作票。

5.4.7.2集散控制系统（DCS）的单点调校时，不影响工艺其它参数，经生产车间班长和仪表维护（检修）人员签字后即可进行。

5.4.7.3集散控制系统（DCS）和安全仪表系统（SIS）修改数据库，无需下装至控制器的经部室主管领导同意后即可修改，需下装至控制器的需分管领导签字后修改。

5.4.7.4进行系统维护时有控制器停止运行风险的必须经分管领导签字后进行。5.4.7.5对联锁系统进行任何操作都要经分管领导签字后进行。5.4.7.6系统下电或UPS检修要经分管领导签字后进行。

5.4.7.7安全仪表系统报警清除由仪表车间按风险大小确定签批手续。5.5工作票管理

5.5.1由仪表车间负责保存安全仪表系统及集散控制系统工作票。

5.5.2对工作票应正确填写，不得任意乱涂乱印，保持工作票整洁，工作票不能挪作它用。

5.5.3工作票的安全措施和工作内容有不完善处，却已开工的应由生产车间领导及仪表车间领导负责。

5.5.4仪表检修（维护）人员未按工作票内容、检修工艺、检修范围及注意事项工作或与工作票内容无关进行其它工作的，则应由仪表维护（检修）人员负责。5.5.5安全仪表系统的联锁旁路和联锁投用操作由生产车间执行，仪表人员负责监督，更改数据库操作由仪表人员至少2人执行。5.6软件管理 5.6.1 软件管理内容

5.6.1.1 所有安全仪表系统、集散控制系统软件全部存资料室进行管理。5.6.1.2 软件管理范围包括全公司工业控制计算机的系统软件和应用软件及编程软件。

5.6.2 软件的安全管理

5.6.2.1 PASSWORD（口令）作为软件的特殊部分，分级定义，分级使用，注意保密。

5.6.2.2 控制系统软件用户级别定义：运行人员为操作员级，工艺班长为班长级别，仪表人员为工程师级。5.6.3 数据库的日常维护和备份制作

5.6.3.1仪表负责本部门所辖安全仪表系统、集散控制系统的软件管理。5.6.3.2修改前对所属软件系统数据库制作备份，修改完成后即作备份。经运行证明正确后，再作备份并保存。此时，中间所作备份可消除，原备份保留至少两周。

5.6.3.3 在进行技术改造，软件开发时，需在未改动软件之前备份，修改后即作备份，直至完全成功，经车间主任认可后，再作全面备份并保存，此时，中间所作备份可消除，原备份保存至少一个月。

5.6.3.4数据库的备份存放于装臵系统局域网计算机内，并保存一份至移动硬盘，存放于专用的柜子内，由专人保存。5.7维护维修 5.7.1日常维护

5.7.1.1每天由值班人员巡检装臵内各系统运行状态，工作环境及UPS运行状态，并做记录。

5.7.1.2每月由专人对现场监视和测量仪表进行维护,并做记录。5.7.1.3每月由专人对仪表安全系统进行详细检查并做记录。

5.7.1.4定期由仪表车间办理工作票，联系工艺人员对仪表安全系统现场仪表及联锁阀门进行维护。

5.7.1.5定期清扫控制室机柜间、工程师站间、UPS间，保持各设施整洁、完好、标志正确、清晰、齐全。5.7.2检修

5.7.2.1安全仪表系统和集散控制系统检修时间随装臵时间确定。5.7.2.2安全仪表系统和集散控制系统检修严格按照操作规程执行。

“集散控制系统”教学改革和实践 第3篇

关键词：集散控制系统；实践教学；自动化专业

集散控制系统是利用计算机技术对生产过程进行集中监测、操作、管理和分散控制的一种新型控制技术。[1]近年来随着工业生产规模的不断扩大，对产品质量的要求不断提高，在过程控制领域例如造纸、石化、电力行业中，集散控制系统得到非常广泛的应用，并取得了良好的社会经济效果。同时，社会也需要大量的懂原理、能操作、会组态的相关人才。为了适应社会对人才的需求开设了“集散控制系统”课程，该课程为自动化专业的一门核心专业课程，内容涉及知识面广，实践性非常强。笔者通过不断摸索，对教学内容、教学手段及考核方式上进行了教学改革，是把单一的教学过程与工程实践相结合，让学生将所学理论知识应用到工程实际中。在课堂中引入案例教学，让学生积极参与教学，分组设计，相互讨论，共同进步。根据课程特点，改进了考核方式，增加实验的考核以及课外设计题目的考核，经过两学期的试验，取得了良好的教学效果。

一、教学内容改革

1.保持教学内容的前沿性

集散控制系统是控制理论与方法、网络通信技术、检测技术等多门技术和理论为基础的综合控制系统，其系统复杂，功能强大。随着科学技术不断发展，集散控制系统的技术进步速度很快，系统更新换代周期短，新知识新应用新技术层出不穷。为了适应社会的发展需求，在教学中应该不断关注新型的集散控制系统的特点及优势，同时比较各个厂家产品的差异与特点，与厂家保持联系更新教师的知识体系，使教学内容保持前沿性和时代感。对集散控系统来说，虽然新旧系统原理可能相似，但是实现方法和设计理念却千差万别，因此在掌握原理基础上更应该站在时代前列。在教学中力图以主流公司的主流产品给大家介绍，并相互比较各自优劣，使学生融会贯通。教学中以和利时的集散控制系统为例详细介绍了软硬件组态过程以及算法和界面的组态，对其公司的几代产品都有介绍，使学生对集散控制系统的发展历程有所了解，同时对其他公司系统也作了对比，让学生对整个行业有所认识。教学内容方面针对用户界面的组态及显示方法，不仅介绍了其工作原理以及系统中的组态方法，也介绍了其他的专业界面组态软件，开阔了学生视野。在通信部分，着重介绍了各种现场总线工作原理、工业以太网的原理以及各种总线节点的设计。算法部分除了传统的内容之外，还增加了先进控制算法并介绍了行业的优化算法，同时与北京和利时公司积极沟通，建立良好关系，以便及时学习新知识和技术。

2.注重实践环节，锻炼学生动手能力

由于“集散控制系统”是一门实践性很强的课程，因此，实践是重中之重。有些课本内容简单地介绍原理后把时间留给同学去实际操作，这样学生更容易掌握。例如集散控制系统的显示部分，讲授一节课不如让学生实践20分钟的效果好。因此，只有把DCS课程的教学活动和具体的工程设计相结合，才能将单一课程的教学变为相关专业知识的综合运用和训练，才能真正培养学生自主学习的能力。为了让学生对集散控制系统有感性认识，学校要与多个企业建立良好的关系，带领学生去参观现场，并让工厂系统维护工程师给大家讲解系统的构成情况及运行情况。这既让学生对整个系统有感性认识，又激发了学生的学习热情。为了让学生有充足实践机会，除实验时间之外，课程期间每周下午实验室都会开放，供学生实践或完成课堂布置的设计任务，并帮助实验室老师维护设备，这既减轻了实验老师的负担，又增加的学生实践的时间。学生在去实验室之前，要完成软件仿真以及其他资料的准备，然后再去实验室实际运行测试。课程结束前，会安排一个综合实验，让学生分组协调完成。每个小组根据系统控制要求，从方案选择、硬件组态、界面组图、算法设计、软件编程一直到最后的调试通过，实现整个设计的全过程，最后小组成员参加答辩，成绩计入考试总成绩，这样既锻炼了同学的动手能力，有增加了小组团队的协作能力。

二、教学方式的改革

课堂教学是整个教学最重要的环节，因此探讨有效的教学方法，充分调动学生的积极性和创造性保证课堂教学质量是教育教学的关键。大学期间传授扎实的基础知识是必不可少的，但学生独立学习的能力和创造性的培养也是非常重要的。[2]在课堂中，采用引导方式教学，遵循提出问题、思考问题和解决问题的思路，并让学生提出解决方案或者有些部分让学生来讲解，充分使学生参与到教学活动中。老师的积极鼓励，增强了学生信心，培养了学生的求知欲望。虽然每次只能让几个学生参与讨论，但是他们的方案和问题却具有共性，通过老师的讲解和点评，其他学生有则改之，无则加冕。课后作业以小组为单位来完成，在课堂上每个小组推举一个演讲者，留出几分钟让其中一个小组介绍自己的方案，并要求小组之间相互评价。经过大家讨论最终得到系统的最佳设计方案，使系统在先进性、可靠性、经济性、实用性等指标达到最佳，从而达到共同学习的目的。这种方式让学生真正参与的教学中，变被动学习为主动学习，对所学的知识牢固掌握。

为了避免课堂上空洞的讲解以及保证实验的实用性，让授课内容和工程相融合非常有必要。可以把学生将来参加实际生产工作要培训的部分内容放到学校的课程中完成，让教学更贴近实践应用。案例教学法也是经常采用的方式，和集散控制厂家联系，让对方提供一些实际采用的案例，这些案例来自实践更具有真实性，因此非常宝贵。通过分析案例，取其精华，让学生更加了解实际的需求以及工程设计的注意事项，找出自己案例设计的不足，使理论和实践相结合，使设计尽量达到能实际应用的目的。在课堂详细介绍系统工作原理，再根据企业的需求提出问题和设计指标，让学生思考并设计系统的硬件软件组成，包括硬件选择的模块、各部分的组成及控制算法的选择、操作员界面的组态等。

三、考核方式的改革

考核的目的是全面考查学生对知识的掌握情况。由于集散控制系统应用性、实践性强，与生产实际联系密切，因此仅仅凭借卷面成绩很难反映学生对知识的掌握情况，也不能反映学生解决问题的能力。[3]因此考核的最后成绩包括理论考试成绩、实验成绩以及最后的设计论文成绩。理论考试按照考核大纲闭卷100分钟，主要考查概念和基本原理性；实验成绩参考平时实验课得到，主要考查学生的动手能力；最后的设计论文成绩主要是课程结束的时候，结合实际生产给出的设计题目，以小组为单位完成，要求完成整个系统的软硬件设计，考查学生的综合设计能力。考核方式的改革，让学生既注重理论，又注重实践，达到了理论和实践相结合的目的，取得了良好的效果。

四、教学效果

通过正确引导，学生认识到集散控制系统在工厂自动化中的重要位置以及社会对这种人才的需求，调动了学习积极性。同学们不再依赖于考前的突击复习，课堂上也积极主动地思考和回答问题。由于很多设计和课下作业以小组为单位，组员之间也积极讨论，并分工完成任务，培养了同学之间的协作精神。从最后提交的设计报告来看，改革后的学生系统设计质量一届比一届高。对毕业学生的回访中发现，学生能很快适应集散控制系统相关的工作。本门课程先通过基础理论的学习，然后部分系统的设计，直到整个应用系统的设计，同学们逐渐掌握了集散控制系统的设计方法，在学习过程中充分发挥了主观能动性，提高了综合分析能力和创新能力。

五、结束语

“集散控制系统”课程知识涉及多个学科，并且实践性很强，所以让学生短时间内掌握集散控制系统的原理和使用非常困难。教学改革力求使学生能掌握基本的操作和设计知识，以便学生以后能尽快适应，这就达到了教学的目的。

参考文献：

[1]王轶卿.“集散控制系统”课程教学改革与实践[J].中国电力教育，2009，（1）：92-96.

[2]孙舒.浅谈教学中的案例引导式教学方式[J].中国科技信息，

2005，（16）：268-270.

[3]马乐，罗军，翁智生.计算机组成技术课程考核方式改革探究[J].河南教育学院学报（自然科学版），2009，（2）：62-64.

集散型自动控制系统 第4篇

1.1 控制站卡件配置及功能

在基本型控制单元上, 可实现插入12块的机能插件, 其中右边4块是通用插件, 从右边起, 有电源插件, 基本型CPU存储插件及RL总线通信插件。左侧的8块是输入输出插件和现场的信号相配合, 实现控制功能。

1.2 控制单元具有反馈控制和顺序控制两种

反馈控制功能:是相当于过去的调节器、指示器、运算器等的机能。接收设备检测端来的信号, 进行线性化、补偿运算及累算、运算处理、报警检查等, 更进一步, 用设定值计测量值进行控制运算, 将其运算结果送到设备的执行端, 进行反馈控制。

顺序控制功能:在过程控制中, 顺序控制可以用于各种各样的目的。在批量控制中, 各工序的控制, 全工序的管理, 以及为此和操作者的联系、于其它工序的同步都使用顺序控制。另外, 在安全控制中, 有联锁、紧急停车顺序, 阀门的动作监视的用途, 在连续控制中, 顺序控制的重要性更为突出。

2 聚丙烯酰胺装置增加水解部分

对聚丙烯酰胺装置的生产线进行了抗盐干粉的技术改造, 本次改造新增加的部分控制点均进入原有的各线的控制系统内, 由已建控制站进行数据处理, 由已建操作站进行生产操作。本次改造各线增加IO点如下:AI (RTD) 点12个, AO点6个, DI点50个, DO点46个, 各套控制系统利用原有空点再经扩展后可以满足改造需要。

2.1 控制站配置

以任意线控制站为例:

上表中ST5为本次改造新增加卡件, 其中ST5卡为32点DI和32点DO卡、ER5为单点AI (RTD) 卡、EX1为单点AO卡、EA1位单点AI卡。

2.2 硬件组态

上表中ST5卡为本次改造唯一可以新增的控制站卡件, 对该硬件的安装为:当我们用“目标方式” (Target) 进行组态时, 必须首先对控制单元进行初始化, 以获得带有各种表格的映像文件。在“文件方式” (File) , 就不一定要做此项工作, 因此最后进行调试时, 必须将组态信息和映像文件一起装载到控制单元, 同时也完成了格式化。

2.3 软件组态

在软件组态方面, 除了有常规的PID功能外, 主要是对顺控联锁部分进行了较大的改动, 是因为聚丙烯酰胺装置的生产是顺序批量控制, 这些功能主要依靠顺控表的编写来实现的, 顺控程序的完善能够保证生产的顺利进行及对设备的可靠保护, 本次改造所加的水解部分的顺控方案的改动为两部分, 一是将原有的预研磨及造粒部分与干燥器部分的程序分开;二是将水解部分的预研磨及造粒部分与干燥器部分的程序进行连接。用以实现设计及工艺生产的要求。下面就两部分顺序控制方案的编写过程进行说明:

在源程序中, 当干燥器启动程序时, 进料螺杆电机XM6340A启动。当干燥器程序停止或程序BACK-UP时, 进料螺杆电机XM6340A停, 同时进料螺杆电机XM6340A还可以改手动。

增加抗盐以后, 进料螺杆电机XM6340A与源干燥器程序脱离联锁关系, 所以要删除上述顺控表, 实现了把原有的预研磨及造粒机和干燥器程序之间的联锁分开, 满足了工艺改造后抗盐生产需要。

通过对上述顺控表内容的增加, 实现了把水解部分的预研磨及造粒机和干燥器的程序联锁的连接工作, 满足了工艺改造后抗盐生产的需要。

2.4 新增联锁具体动作如下

全厂停车HS1910和水解部分停车ESD1701按下, 停二次预研磨螺杆XM1761A/B/C, 二次进料螺杆XM1762, 二次计量螺杆XM1763, 二次造粒机XM1731。

停水解机进料阀XM1702A/B/C/D, 二次造粒span油泵XM1370, 热水泵XM0742A。

停水解机搅拌电机XM1701A, B, C, D, 水解机竭力风机XM1721, 二次出料风机XM1722。

停一次造粒span油泵XM1741, 水解机排氨风机XM1724, 热水罐搅拌器XM0711。

预研磨门限位ZA1711开, 停二次预研磨螺杆XM1761A/B/C, 门恢复可以起XM1761A/B/C。

料舱门限位ZA1712开, 停二次预研磨螺杆XM1761A/B/C, 门恢复可以起XM1761A/B/C。

造粒机门限位ZA1731开, 停二次进料螺杆XM1762, 二次计量螺杆XM1763, 二次造粒机XM1731。

造粒机门限位ZA1731开, 干燥器BACK-UP。

造粒机门限位ZA1731恢复, 按“STEP”干燥器程序继续执行, 二次造粒机XM1731恢复正常。

摘要：本文首先着重介绍了横河公司的微机集散控制系统μXL, 以及该系统的优缺点;其次讨论了其在聚丙烯酰胺装置抗盐改造上的设计方案在DCS控制系统上的实现过程, 以保证装置抗盐改造后的正常生产及设备运行的安全可靠性。

集散型自动控制系统 第5篇

【关键词】集散控制系统  中央空调  建筑能耗

【中图分类号】G71 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2015）05-0240-02

二十世纪七十年代集散控制系统问世以来受到了广大用户的青睐，使其在工业控制领域得到了广泛的使用，并获得了长足发展。以PC机为基础的集散控制系统，配合成熟的工控组态软件将成为控制领域中的重要发展方向。

一、集散控制系统

1.1集散控制系统的概念

集散控制系统是对生产过程中进行分散控制与集中管理的计算机系统。是随着现代化大型工业生产自动化水平的进步和控制要求日渐复杂的衍生产物，集散控制系统是将网络技术、计算机技术、自动控制技术、通讯技术融于一身的系统控制技术，它可以实现控制集中优化、危险分散。

1.2集散控制系统的组成

集散控制系统的组成部分较为复杂，但通常都由过程控制单元、过程输出/输入接口单元、CRT显示操作站、管理计算机、高速数据通路等五大主要部分组成的。

1.3集散控制系统的特点

1）人机交互能力

集散控制系统组态软件提供有良好的用户接口，方便在使用过程中操作人员及时获取生产过程中详细的报警显示、趋势画面、流程画面等信息。此外，操作人员还能在线修改参数与指令操作，有效干预运行过程。

2）可靠性较高

集散系统结构上的分散性使得系统危险也得到分散，在一定程度上提高了系统的可靠性。集散系统采用的容错技术也为系统工作提高可靠性与抗干扰能力。

3）控制功能分散、管理集中

在整个生产过程中的管理信息全部集中储存在数据库中，生产过程中采用分散结构控制，再利用网络通信设备或者信息高速公路传输至相关设备。

4）具有高度灵活性和可扩展性

集散控制系统中的硬件设备包含了多种不同功能与类型的插卡，在使用过程中选取不同的插卡组成不同的硬件环境使得集散控制系统变得灵活性较大，可扩展性较高。

二、中央空调变频控制系统

2.1中央空调系统的组成

中央空调系统主要是由主机制冷系统、冷却水循环系统、冷冻水循环系统组成的。主机制冷系统是重要空调系统的中心，它是由冷冻主机、冷凝器、压缩机、蒸发器构成的。

2.2中央空调系统的原理

蒸发器中的制冷剂与冷冻水之间发生热量交换，使冷冻水降温制冷，使得制冷剂吸收热量再蒸发;冷凝器中蒸发后的制冷剂与冷却水之间发生热量交换，制冷剂释放出的热量由冷却水带走。当室内温度过低时，中央空调系统将循环热水流入风机盘管，将室外低温空气循环通过风机盘管，低温空气与风机盘管的铝片进行热交换，使得风机盘管铝片将热量传递给低温空气，将加热后的低温空气送入房间内，使得房间内温度升高。同理，当室内温度较高时，中央空调系统利用水泵将制冷主机提供的冷冻水循环流入风机盘管，当盘管内的铝片与循环进入的室外高温空气向接触时进行热交换后的冷空气送入室内，达到降温的目的。

中央空调的工作过程就是不断的以水为媒介进行热量交互的过程，借由冷冻水与冷却水的循环系统来实现能量传递交换。中央空调结构原理图如下：

图1 中央空调结构原理图

三、集散控制系统在楼宇中央空调中的应用

空调系统设计是以提高系统的可靠性、使用率、满足控制指标为主要目标，其次，为相应国家号召尽可能的减少能源消耗。集散控制方式设计的空调系统可以达到以节约能源消耗为目的。

3.1 降低成本

根据相关技术资料统计，一台中央空调从安装到使用到淘汰，最初的安装费用占据总成本的10%左右，而运行、维修、包养费用占据了90%左右。随着近些年我国电价的普遍上涨，中央空调的运行费用也在不断上升。离散控制系统应用到楼宇中央空调中，能够从根本上优化中央空调的运行方式，且能够有效降低中央空调的维修与保养次数，从而降低成本。

3.2 智能化系统

跟传统的电气控制比较，离散控制系统的可靠性较高，且具有相当强的抗干扰能力，采用离散系统可以将传统的复杂工作智能化，实现离散功能，从而能够有效降低运行中风机与水泵的电能消耗。

中央空调系统的能耗将是我国未来能源消费的主要增长点，采用集散控制系统技术来实现建筑节能将对我国未来能源消费产生深远影响。

参考文献：

[1]贺贺，羊彦.广义离散系统保D-稳定的动态输出反馈H∞控制器设计[J].系统工程理论与实践，2013，33（7）：1852-1858.

[2]陈爱武，贾建芳，吴俊清等.基于自适应观测器的线性离散系统故障诊断[J].南京理工大学学报（自然科学版），2011，35（3）：334-337.

集散控制系统的研究 第6篇

集散控制系统 (Distributedcontrolsystem) 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。因此, DCS系统在现代化生产过程控制中起着越来越重要的作用。

2 集散控制系统的产生

上世纪30年代40年代, 工业自动化装置采用的是分散性控制系统。所有设备都是独立运行, 不联网控制。随后采用了气动、电动模拟仪表组成过程控制系统, 在一定程度上实现了集中监视、操作和分散控制。最致命的就是老系统之间不便于实现通信, 很难分级控制和综合管理。

第三次科技革命开始后, 随着计算机技术的发展, 人们开始尝试将计算机用于过程控制。试图利用计算机所具有的功能特点, 来克服常规模拟仪表的局限性。但当时采用的办法是用一台计算机控制几十甚至上百个回路, 危险性很高, 这就是所谓的“危险集中”。若采用双机双工系统, 虽可以提高系统的可靠性, 但成本太高, 经济性很差, 用户难以接受。

直到上世纪70年代开始, 随着计算机技术的日渐成熟, 大规模集成电路及微处理器的诞生后, 人们开始思考是否能将“危险分散”。就是原来靠一台大计算机完成的工作, 能否用几十台微处理器来完成?如果可行, 即使某一处微理器坏了, 也不至于会影响其它微理器工作, 从而使危险系数大大降低。答案是肯定的。至此DCS就诞生了。

进入九十年代以后, 计算机技术突飞猛进, 更多新的技术被应用到了DCS之中。PLC是一种针对顺序逻辑控制发展起来的电子设备, 它主要用于代替不灵活而且故障率高的继电器逻辑。还有, 现场总线技术在进入九十年代中期以后发展十分迅猛, 以至于有些人已做出预测:基于现场总线的FCS将取代DCS成为控制系统的主角。

3 集散控制系统的基本组成

集散控制系统一般有以下四部分组成:

3.1 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。这一个级别直接面对现场, 跟现场过程相连。比如阀门、电机、各类传感器、变送器、执行机构等等。它们都是工业现场的基础设备、同样也是DCS的基础。它们的功能就是服从上位机发来的命令, 同时向上位机反馈执行的情况。至于它与上位机交流, 就是通过模拟信号或者为了减少模拟信号在传递的过程的失真或者受到干扰的现场总线的数字信号来进行。

3.2 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。过程控制级接受现场控制级传来的信号, 按照工艺要求进行控制规律运算, 然后将结果作为控制信号发给现场控制级的设备, 还必须将现场的情况反馈给过程管理级。

3.3 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、这个级别是操作人员跟DCS交换信息的平台。是DCS的核心显示、操作和管理装置。操作人员通过操作站来监视和控制生产过程。它可以根据需要随时进行手动自动切换、修改设定值, 调整控制信号、操纵现场设备, 以实现对生产过程的控制。

3.4 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。只有大规模的集散控制系统才具备这一级。它的权限很大, 可以监视各部门的运行情况, 利用历史数据和实时数据预测可能发生的各种情况, 为企业管理人员进行决策提供依据。

4 集散控制系统的特点

集散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。根据生产需求, 随时加入或撤去工作站。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。能随时监视生产装置和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。在DCS系统工作站中, 根据设定权限, 能了解到系统的相关参数。

5) 安装、调试方便, 安全性、可靠性高。

5 集散控制系统的发展方向

自控人员在总结集散型控制系统使用情况的同时认为其发展方向是: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等。

6 结语

总之, 集散型控制系统 (DCS) 的实质就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技术。

参考文献

[1]张雪中.集散控制系统应用.机械工业出版社, 2006.

[2]张德全.集散控制原理及其应用.电子工业出版社, 2007.

集散控制直流电源系统设计 第7篇

集散控制直流电源系统是对多个直流电源既可分散控制、调节、监视管理,又可利用现代网络技术集中监视和操作,达到掌握全局控制的目的。系统要求具有较高的稳定性、可靠性和可扩展性。通常直流电源的集中监控技术不利于监控系统的智能化改进[1,2,3]。

本文介绍的集散控制直流电源系统,直流电源由高频开关电源和铅酸免维护蓄电池组组成,高频开关电源采用全控型半导体器件IGBT及高频变压器等组成,具有效率高、体积小、重量轻及快速的动态响应,有效地提高电源的可靠性和可维护性。集中监控则采用自动化控制领域发展最快的CAN(Controller Area Network)总线技术,它是一种有效支持分布式控制和实时控制的串行通信网络,具有高性能、高可靠性以及独特的设计,被公认为是最有前途的现场总线之一[4,5]。中央控制器和节点控制器采用基于LPC2478的嵌入式系统,节点控制器将各控制节点现场采集的直流电源信息和数据快速、准确、实时地通过CAN总线上传到中央控制器,同时中央控制器也可以通过各节点控制器将控制指令准确无误地发送到各直流电源,从而实现集监控、调控、保护、通信于一体的自动化监控系统。

1 系统工作原理

图1是集散控制直流电源系统的组成结构框图,虚线框中为高频开关电源,它是整个直流电源的核心部件,设计为模块化结构。图1中,高频开关电源由N+1个模块并联输出,自动均流,采用冗余设置方式,使得N≥IK/Ime,其中,IK为开关电源的额定输出电流,Ime为每个整流模块的额定输出电流。模块可带电拔插,当一个模块出现故障需要更换时,不会影响整组充电设备的正常工作。每个高频开关电源可以根据负载大小的情况,灵活配置高频开关电源模块,当N<10时,采取N+1的冗余设置方式,当N>10时,采取每10个模块配置一个冗余模块的设置方式。直流电源在正常工作情况下,高频开关电源模块与蓄电池组(GB)并联工作,高频开关电源模块除了给直流负载供电外,还对蓄电池进行浮充电。当市电断电时,高频开关电源模块停止工作,由蓄电池组给直流负载供电,维持其负载设备的正常工作。市电恢复后,高频开关电源模块重新给设备供电,并对蓄电池组进行充电,补充消耗的电量。

中央控制器作为全局控制器件,既可向各直流电源发布命令,也可监视各直流电源的工作情况,节点控制器实现对各高频开关电源及蓄电池组工作状态的采集与控制。CAN总线完成中央控制器和各高频开关电源的数据通信,实时监测单个电池及整组电池运行状态、直流系统的母线电压和对地绝缘电阻等,发送报警信息,实现电源系统的集中监控组网。

2 高频开关电源模块

高频开关电源模块原理框图如图2所示。采用窗口比较器实现过/欠压保护,当交流输入电压高于420 V或低于340 V时,过/欠压保护电路发出报警信号,切断主电路的交流输入。输入滤波器由电感、电容网络电路组成,滤除来自电网的电磁干扰。三相交流电经三相桥式整流电路,把交流电变换成脉动直流电压。

经过无源功率因数校正电路,减小高频开关整流器输入电流中的谐波成分,使整流器的输入电流波形接近正弦波,提高功率因数,且无源功率因数校正不需要控制电路。直流变换器采用移相全桥ZVS-PWM变换器,由PWM集成控制器及驱动电路输出驱动脉冲去控制IGBT的导通和截止时间,调节输出电压,经高频变压器和输出滤波电路便能得到所需稳定的输出电压。输出的直流电压值,除了给定电压控制外,根据检测电路反馈的电压、电流自动调节,在情况异常时由保护电路控制,也可从中央控制器通过节点控制器来控制。由于各并联运行的电源模块的输出电压和等效内阻不可能完全一致,内阻低的模块负载过重,会造成并联失败,影响系统的可靠性。本设计采用最大电流法实现各电源模块自动均流,使设计的高频开关电源具有较高的稳压、稳流精度,且稳压、稳流自动转换,满足了蓄电池运行状态要求自动强充、均充、浮充功能。输出滤波器亦由LC组成,可滤除输出侧的尖峰和杂波等噪声电压,使输出电压对负载不产生电磁干扰[6,7,8,9]。

3 监控系统设计

监控系统包含中央控制器和节点控制器。中央控制器与高频开关电源接口电路如图3所示。中央控制器由作为系统控制核心的ARM芯片LPC2478及其接口电路、人机界面和CAN总线接口电路组成,其主要功能是监视各直流电源的工作参数和工作状态,通过触摸屏设置各直流电源的工作参数,经CAN总线控制现场的节点控制器,控制直流电源运行至所设置的状态[10,11,12,13]。

人机界面采用专用控制器ADS7843作为触摸屏控制器,液晶显示器采用7.8英寸256色的STN-LCD显示器,为了满足中央控制器中图形界面、实时操作系统和用户程序对存储器的要求,嵌入式系统的硬件设计扩展了2 MB的Flash ROM和8 MB的SDRAM。

中央控制器的CAN总线接口由LPC2478内部嵌入的CAN控制器、高速光耦6N137和总线收发器PCA82C250组成。

节点控制器由ARM芯片LPC2478、内部D/A、A/D模块等组成,节点控制器的CAN总线接口由LPC2478内部嵌入的CAN控制器、高速光耦6N137和总线收发器PCA82C250组成。节点控制器可以实现对系统中高频开关电源、蓄电池组参数的现场控制,完成高频开关电源输出电压、输出电流等工作参数和状态信息的采集、显示和报警;通过CAN总线向中央控制器发送这些工作参数和状态信息,由中央控制器集中监控系统中各个直流电流的工作状态;同时也可以通过CAN总线接收来自中央控制器的控制信息,经节点控制器控制直流电源运行至由中央控制器设定的工作状态,电压、电流的设置值存储于X5045的EEPROM中。

4 CAN总线驱动程序设计

系统的软件设计包含中央控制器和节点控制器的软件设计。其中基于LPC2478嵌入式平台的CAN总线的驱动程序设计是整个软件系统的关键技术之一。

CAN总线控制器的初始化程序包括设置总线波特率、设置滤波器、设置中断等过程。初始化程序流程图如图4所示。

软件设计是在μC/Linux的环境下编写应用程序和驱动程序,驱动程序加载到系统中通过设备注册实现[14,15]。μC/Linux驱动程序对文件的操作通过file_operations结构体来完成,它是文件操作函数指针的集合。在设备管理中该结构体各个成员项指向的操作函数就是模块驱动程序的各个操作例程,编写驱动程序实质上就是编写该结构体中的各个函数。对不同的设备可以配备其中全部或部分的操作函数,不使用的函数指针置为NULL。CAN总线file_operations结构体为

这个结构的每一个成员的名字都对应着一个系统调用。用户进程利用系统调用,来调用自己的驱动接口,系统调用通过设备文件的主设备号找到相应的模块驱动程序,然后读取这个数据结构相应的函数指针,接着把控制权交给该函数。

在μC/Linux中,当一种设备安装到系统时必须向系统进行注册,设备注册的主要任务是把模块驱动程序加载到系统中。μC/Linux对不同的设备(如字符设备和块设备)分开进行注册管理。每个设备描述符包括2个指针:name指向设备名字符串,fop指向文件操作函数结构file_operations,该结构体中包含着指向驱动程序各个操作例程的指针。图5给出了μC/Linux字符设备注册表的示意图。

CAN字符设备的注册函数是内核函数:

其中,参数DEVICE_NAME表示设备名,Lpc2478_fops表示指向file_operations结构体的指针,即指向模块的驱动程序。

CAN驱动程序的入口函数:

软件设计中各功能软件模块都采用中断触发方式,即通过中断服务程序完成各控制模块的功能。

5 结语

本文研究设计了一种集散控制的直流电源系统,高频开关电源采用模块化结构和N+1备份方式,以LPC2478为核心的嵌入式系统组成中央控制器,系统中各高频开关电源的现场控制也是由LPC2478为核心的嵌入式系统组成。中央控制器通过CAN总线可以实现对多个直流电源的远程集中监控,以达到对各直流电源的集中监视、操作、管理和现场电源分散控制相统一的新型控制,确保直流电源系统的安全可靠运行,提高其自动化程度。

摘要：介绍了以高频开关电源模块和铅酸免维护蓄电池组构成各独立的直流电源,以嵌入式系统芯片为控制核心,CAN总线为通信网络的集散控制直流电源系统。该系统中高频开关电源采用移相全桥零电压开关PWM变换器及高频变压器组成;中央控制器和节点控制器采用基于LPC2478的嵌入式系统,并配以人机界面;节点控制器对直流电源现场信息进行采集与控制,并通过CAN总线与中央控制器通信,以达到对直流电源的集中监视、操作、管理和对现场电源分散控制相统一的新型控制。系统的软件设计包括中央控制器和节点控制器的软件设计,软件设计是在μC/Linux环境下编写应用程序和驱动程序,驱动程序加载到系统中通过设备注册实现;各软件模块的功能通过中断服务程序来完成。

浅谈化工自动化集散控制系统 第8篇

DCS被广泛运用于石油化工所在的系统之中, 其原因是它能对以下几个功能进行满足:1) 模拟量的控制还有采集数据;2) 控制开关量的先后顺序;3) 对模拟量还有开关量进行混合控制, 也就是结合控制。除了上面这三个控制功能之外, 还有安全可靠、容易使用、容易升级或者扩展、人机界面友好、方便维护以及容易安装等等特点。

根据估计, 在最近五年之内, 在化工行业之中, 没有产品可以代替DCS在中型或者大型自控装置中的地位, 就现在来说, 石化行业在我国, 至少有一千多套需要对DCS控制加以应用的装置, 而扩容更新改造设备也需要将原本的DCS系统加以扩大, 至于备件备品还有日常维护, 也是非常具有客观性的。所以在今后很长一段时间之内, 化工行业之中, DCS的重要性是不用去质疑的。

2 主要构成DCS的部分

DCS主要有三个部分构成, 这三个部分分别是数据通信、网络、控制站、工程师站以及操作站。

1) 控制站。控制站在DCS这个系统之中, 是一个可以在短暂没有连接网络以及操作站的情况下, 让一个没有损坏的计算机可以进行实际运行, 对控制策略的过程进行完成, 对运行生产装置进行保证。控制站身为一个没有任何损坏的计算机, 现场的输出、输入处理设备都主要靠它的I/O设备, 也就是说过程输出/输入 (O/PI) , 信息调理和信号变换也包括在里面, D/A、A/D转换。为了对从现场传来的干扰信号进行防止, 应该将隔离技术运用在变换信号的过程之中, 以及要和现场连接的输出、输入信号还有端子所在的物理位置进行确认, 这一点是非常重要的。整个DCS都是以控制站为基础的, 它最主要的就是安全性与可靠性, 绝对不能够让控制失灵或者说死机的现象出现, 而且在抗电磁干扰、对防爆系统进行构成、掉电保护等等方面都必须可靠而且行之有效, 才能对用户的要求进行满足。

2) 工程师站和操作站。在DCS系统初期形成的时候, 操作站所有的工程师都是重合的, 也就是说当时的操作站有着工程师功能、高级语言功能、操作员功能以及通信功能等。其中系统通用功能、系统组态、系统维护等功能包括在工程师功能之中。DCS是一个计算机, 而且非常典型, 有着非常丰富的人机界面和外围设备。如果想要对多项功能进行实现, 操作机必须对储存还有数据组织这两个方面的任务进行完成, 如果某些数据与工位号有所关联, 对于某些现场仪表与某个控制站中的某端子相连的, 工位号的决定由所在物理位置规定, 操作站需要对每个工位进行说明 (允许使用汉字) , 使工艺对象和它保持一致, 用来对操作人员的工艺操作进行保证, 在整个体统之中, 工位号都可以被通用。其他还有操作标记、趋势记录、工艺单元、区域组态以及系统配置等, 将这些都组织成文件, 最后做成数据库, 储存在相应区域的硬盘之内, 让数据拥有共享性和独立性, 保证数据拥有安全性、实时性以及完整性。

3) 数据网络以及通信。上面两节对于操作站、工程师站、控制站的描述, 都是通信网络之中的节点, 上位机或者说连接工厂管理的网关也有可能是DCS在网络上面的节点。DCS所在的生命线是DCS网络, 它在整个DCS系统之中起着非常重要的作用, 特别是在可靠性、可扩充性还有实时性这几个方面。现在DCS想要发展通信功能, 必须对网络全厂管理技术进行融合, 对通信网络实现从多重结构向着扁平化的逐步过渡, 也因为这样, 有着更明显的开放性。通信能力和DCS所在系统持有的规模有着着联系, 而品上面的互联问题表现出了通信方面的复杂性, 这个样子才能够既对初期的用户投资进行保护, 又对系统拥有的扩展性进行保证。

3 对DCS水平应用途径进行提高

1) 对控制算法进行改进。控制算法在各种各样的DCS之中都有所改进。比如, 采用梯形积分、对积分分离在积分控制中进行采用;采用实际微分、滤波或者说微分先行等方法计算微分。2) 对控制系统进行改进。对前馈控制的增设需要根据当时的扰动情况, 并且结合原本有的反馈进行控制;串级控制也要根据扰动情况, 还要根据关联的控制系统情况对解耦控制进行设置;为了将系统拥有的安全性进行提高, 应该采用选择性控制。3) 离散控制和连续控制相结合。采用连续控制和离散控制相结合, 将控制水平或者控制质量加以提高, 比如说, 在开始批量控制的时候, 先利用离散控制全部打开控制阀, 然后在达到某一个设定的定值时, 被控制量应该对连续控制进行自动切换。4) 将控制和管理加以结合。传送生产过程中产生的数据到管理部, 用来进行生产过程中需要的计划, 调度等等, 对信息管理系统进行建立, 对控制过程集成的系统进行组建, 集成需要信息, 让自动综合化得到实现。上面说提到的关于DCS应用上的提高, 在实际上的生产之中已经取得了不错的经济效益。

4 DCS系统在实际的运用之中所遭遇到的问题

1) 选型问题。在石化行业之中, 无论是改造项目还是新建的项目, 都有着关于对DCS进行选型的问题。所有的DCS都有着一定的通用性, 而且参加竞争的系统集成商或者说DCS厂商比较多, 也因为这一点, 各个业主或者设计院在标书中都对DCS的型号不作指定, 只对I/O点数进行规定, 以及控制室、工艺现场装置以及它们之间的物理位置, 控制回路数, 优化数学模型、先进控制以及人机界面要求等等方面要求进行规定, 为了在标书中显示出公正、公开、公平的原则, 在表述之中, 选型应该尽可能多的对国外或者国际各种方面的要求进行列举, 同时, 也要对国内DCS相关的标准进行重视。

2) 业绩问题。DCS有着比较复杂的功能, 因为它在开发过程中针对的是不同的行业, 而且也有很有具体的要求在工程项目里面, 所以, 对于DCS, 很难做出唯一的抉择。业主对风险比较小的选型进行选择是可以理解的。因此, 如果国内生产的DCS有着很高的可靠性, 在同类产品中又有着很好的应用, 又有着扩充系统的能力等等, 再加上如果DCS如果是自己国家生产的, 那么厂家就可以对原程序进行掌握, 可以根据业主所提的要求增加某一些特殊的功能, 所以, 在价格相等的条件下, 参加竞争也是没有问题的。

3) 服务问题。DCS产品拥有着很高的技术含量, DCS系统集成商或者厂家新的亮点就成了服务。怎么样将售前服务, 售中服务, 售后服务最好, 对于他们非常重要, 对于DCS工程, 应该做到有始有终, 而且不但如此, 还应该将其做好。如果服务问题能够做好, 那么DCS工程不但可以得到非常好的经济效益、还可以得到非常好的社会效益, 可以说, 做好服务问题, 是一个双赢的政策。

摘要：文章中对DCS的现状进行了评述, 对DCS构成的主要部分进行了讨论, 对DCS的运用水平进行了探讨, 将DCS在不断发展中所遭遇的问题给指了出来。

关键词：集散控制系统,化工自动化

参考文献

[1]邹斌.DCS集散控制系统故障分析及维护管理[J].中国石油和化工标准与质量, 2012.

[2]杨跃, 郭飞鸿, 计鹏飞等.横河CS3000集散控制系统在Shell煤气化装置中的应用[J].化工自动化及仪表, 2011.

集散型自动控制系统 第9篇

1 通信协议的编制

485通信是基于一种异步半双工的通信总线方式, 在任一个工作时刻, 总线上只呈现单一状态。因此, 485通信方式一般适用于主从通信方式, 即主机对从机的查询方式通信, 总线上必须有一台主机时刻在巡检其他的从机, 所以必须根据系统的工作情况制定主从机的通信协议, 从而协调总线的分时共用。本系统在主从通信中采用的是数据包通信方式, 即通信数据是按整包发送与接收, 每包数据都由长度、地址、命令、内容和校验等编码组成。

1.1 生产监控仪接收协议

协议一、该协议用于接收上位机下发的命令, 其协议格式如表1所示:

说明:长度, 0——255, 十六进制;XX, 表示一个字节;机台地址, 0000——9999, 为压缩BCD码;校验, 为CRC校验;命令:0X01, 为索取生产监控仪数据;0X02, 初始化生产监控仪数据;0X03, 为清未读标志 (当改变员工号时, 将上一个员工的数据发往上位机) , 0X04, 发员工号、产品号;0X06, 发机修允许。

协议二、该协议用于接收上位机下发的初始化数据, 其协议格式如表2所示:

说明:长度、命令、机台地址、校验和格式1相同;总产量、实时产量, 为压缩BCD码且后两个字节为小数位;周长系数, 为16Bit小数, 单位为米;初始序号, 0——19;员工号, 0000——9999, 为压缩BCD码, 初始化的数据全部为该台机器的最后上传数据, 在初始化数据正常正确后, 下位机即生产监控仪要发送应答信号。

1.2 生产监控仪向上位机发送数据通信协议

下位机发数据是要在上位机索取数据时, 根据下位机的工作情况发送不同数据, 其通信协议由以下几部分组成。

协议一、下位机向上位机发送的状态命令协议, 该协议格式如表3所示。

说明:地址, 为上位机地址, 其值为0XFF 0XFF。命令:0X01, 正常上传工作数据;0X02, 请求上位机发送初始化数据;0X03, 正确初始化应答;0X04, 请求发员工号、产品号为;0X05, 未用;0X06, 请求发机修命令;0X07, 机修结束;0X08, 机器检修中。

协议二、该协议用于向上位机请求发员工号、产品号, 其协议格式如表4所示:

协议三、该协议用于向上位机请求发机修允许命令, 协议格式如表5所示:

协议四、该协议用于向上位机请求发初始化数据, 其协议格式如表6所示。

协议五、该协议用于改变员工号后, 上次员工号和实时产量保存到上位机, 在上位机中通过长度判断“协议五”, 其协议格式如表7所示。

2 通信程序设计

通信协议处理程序的设计思想是, 当串行口接收完一行协议数据时, 首先对接收到的数据进行CRC校验, 与串行传输数据用时判断, 如果CRC校验正确并且在规定时间内完成了数据接收, 说明该行数据接收正确。接下来就是判断该数据是不是本机的, 如果通信协议中的机台地址与本机相同, 则该数据是本机的, 否则该数据就是其它机器的, 本机要将该数据丢弃。最后就是对接收到的命令进行分析, 根据分析的结果进行相应的操作, 从而完成上位机与下位之间的通信与控制功能。程序流程图如图1所示。

3 小结

本文从通信协议的编制和通信程序的设计两个方面详细说明了通信在纺织车间集散型生产管理与监控系统中的应用。该系统具有通信协议简单、通信速率快、通信可靠性高以及成本低等特点, 非常适合在中小企业的信息化改造中应用。

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浅谈集散控制系统的网络结构 第10篇

最开始的时候, 大部分的集散控制系统采用的网络结构都是比较单一的。正是由于集散控制系统单一的网络结构, 使得集散控制系统的稳定性、抗干扰性和可靠性都非常差, 并且出现故障的概率非常高, 使得集散控制系统很难发展。

如今, 计算机技术和工业以太网技术都在飞速的发展, 使得控制领域的技术发生了深刻的变革, Ethernet慢慢地进入到了工业领域。Ethernet的进入使得控制领域的网络结构发生了很大的改变, 集散控制系统的可靠性和稳定性等都得到了极大地提高。控制领域中Ethernet应用得越来越广泛, 当前最常见的网络协议是Ethernet, 从智能传感器到监控系统都采用了它。由于Ethernet的出现, 使得控制系统正逐渐走向了开放性、网络化。作为当前应用比较广泛的以太网局域网技术, 在过程控制和工业自动化领域中应用得越来越多, 特别是在集散控制系统中, Ethernet的应用使得集散控制系统发生了根本性的改变。

1 以太网的使用

当前通信技术发展的非常迅速, 使得以太网的传输速度也提高的非常快, 很多控制系统采用的网络标准都是基于TCP/IP协议簇的, 这就使不同厂商的不同网络系统进行通信的时候变得至关重要。如果把以太网应用到工业控制方面, 应用层主要表现是采用应用协议进行实时通信、工程模型和系统组态的对象。如今, 工业以太网不断往下延伸, 从管理层到系统层、控制层和设备层。如果在集散控制系统中加入以太网的架构, 集散控制器的位置使得传统网络架构的限制得到了突破, 它可以出现在现场, 也可以出现在中央控制室里面。

到目前, 大部分的控制器和远程I/O都可以支持以太网, 有部分的控制器和远程I/O里面加入了Web服务器, 使得在信息层的用户变得跟控制层的用户一样, 对于控制器和远程I/O里面的实时状态值可以进行获取。另外, 通过Ethernet对工业生产过程的远程实时监控可以实现, 把ERP系统和实时生产数据以及实时用户的需求相结合, 使得生产的时候不只是面向订单, 而是直接面向市场和机会, 就算经济全球化带来的要求企业也能够适应。

2 集散控制系统的网络结构

通常情况下, 现代集散控制系统的网络可以分成四层, 分别是管理网、系统网、控制网和设备层, 具体的分层以及连接情况如图1所示。

2.1 管理网简介

光纤、双绞线和同轴电缆是管理网通常采用的通信介质。实现的功能主要有:系统的过程参数和系统的运行信息可以从运行着数据的服务软件的操作站上面获得;同时把上层管理计算机的调度指令和生产指导信息向下面进行传送。计算机的调度指令和生产指导信息主要包括:大型工业过程各个子系统之间的协调控制与调度管理;工厂级的综合管理、统计、决策和调度;企业内部多组装置或者生产过程的数据通信管理。

2.2 系统网简介

系统网完成的基本功能主要有:现场的控制站把现场的I/O采集数据传送到操作站里面;为了满足大面积的协调控制的需求, 每个现场控制站之间都进行数据传递;操作站和工程师把控制指令或者组态数据传递到现场控制站;每个操作站之间的数据一致性要保证完好。

系统网里面的交换设备、网络适配器和通信介质等在配置的时候都可以双重冗余, 对于两个已经冗余配置的网络来说, 在工业系统里面分别把这两个网叫做A、B网。发送数据的站点在进行数据发送的过程中, 只要两条线里面有一条可以工作, 能工作的线就会把接收到的数据包往两个线路上面同时进行发送;接收数据包的站点会根据接收到的数据包的时间顺序或者是质量的标记, 在冗余的数据包里面只选择里面的一个。这样的话假如网络中出现了线路交错故障的话, 收发数据照样可以正常进行, 并且如果出现故障的网络恢复了正常的话, 系统重新进行通信的时候基本上不消耗恢复时间。

2.3 控制网简介

控制网使用的现场总线网是CAN (control area network的简称) , 符合的标准是ISO 11898 CAN Specification 20B, 控制网的这种总线网络的特点是根据优先级进行抢占式的。控制网在进行数据通信的时候可靠性、实时性和灵活性都比较高。CAN总线的特点是:通信的速度快、距离长, 并且价格跟其他的网络比是比较低的, 作为通信的总线在很多中工业环境里面都适用, 控制网具备的主要特点有:

1) 主工作方式有多种。网络上面的任意一个节点都可以主动的向任意一个别的节点发送信息, 在发送信息的过程中并不区分主从, 通信的时候方式也可以灵活的变化, 并不需要地址等这些节点信息, 在构成多台机器的备份系统方面非常方便。

2) 网络节点的信息可以分成多种优先级, 这些优先级对于不同的实时要求都可以满足, 对于高优先级的数据在传输的时候最多耗费时间134us。

3) 采用的总线仲裁技术是非破坏性的, 如果有很多个节点同时向总线发送消息的时候, 优先级比较低的节点会主动退出发送, 而优先级较高的节点可以继续传输数据, 而且发送的过程是不受影响的, 这样可以大大降低总线的仲裁时间, 就算是网络非常繁忙, 网络系统也不会瘫痪。

4) 采用的帧结构是短帧的, 这种结构传输的时间短, 受干扰的概率也不高, 检错效果非常好, 每帧信息都有CRC校检或者其他的检错措施, 数据传输出现错误的概率非常低, 如果节点中出现了严重的错误, 它就会自动关闭传输功能, 这样就不影响总线上面的其他节点。

下图就是控制网里面的总线连接图, 从图2可以看出, 有四个机笼接在了现场控制站的控制网络上面, 左边的两个是本地的机笼, 右边的两个是远程的I/O机笼, 远程I/O机笼在于本地I/O机笼相连的时候是通过光纤来实现的。每个机笼里面都有10个插槽, 最左边的两个插槽需要插入控制模块里, 右边的插槽插入到I/O模块里。

2.4 设备层简介

灵巧总线SmartBus是一种实时控制网络, 位于I/O模块的里面, 用来连接I/O模块和底板控制器的, 控制器和全部的I/O模块之间的互连和信息传送都可以实现。主要的特点有:发送和广播发送功能是支持点对点的;有些节点发生了严重的错误的时候不会影响别的节点的正常工作;传输的时间比较短, 不容易受到干扰, 检错效果非常好;对于信号和信号之间或者信号与主机之间的隔离非常容易实现;对于模块级别的功能扩展也非常容易实现。

3 结语

分布式的网络结构能够确保网络中的各个模块在工作的时候都能够保持独立, 可以把危险的系统进行分散。系统结构和外界的接口进行连接就是开放化, 网络的传输分工非常的细致就是立体化。信息在处理的时候能够综合进行, 并且和网络的技术相结合起来, 可以达到网络自动化和管控一体化的目的, 这就是信息化。计算控制系统是基于以太网技术的, 具备的特点是成本低、对外开放、扩展性和稳定性都比较好, 远程控制也可以实现, 管理起来也非常的方便, 实现管控一体化。

摘要：为了提高集散控制系统的抗干扰性、可扩展性和稳定性, 同时还要降低集散控制系统通信时候的故障概率, 本文提出了一种网络通信方式, 这种网络通信方式是基于以太网的, 最后验证了该通信方式的可行性。

关键词：集散控制系统,以太网,通信方式

参考文献

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