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第六节 集散型控制系统的投运操作
DCS控制系统中投运操作
1．熟悉工艺流程及系统的构成情况，为投运做准备。
2．检查控制站和操作站的设置。
3．手动投运工艺过程
4．仪表投运
5．排除故障及参数整定
6．系统停运及整理现场
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二、投运操作记录表格
以中控的CS2000为例，投运记录表格如下
6-3表.doc
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第七节　智 能 仪 表
　一、智能化测量控制仪表
１. 智能化测量控制仪表的基本组成
以单片机为核心的智能化测量控制仪表的基本组成如下图所示。
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２. 智能化测量控制仪表的特点
A.在测量控制仪表中采用单片机 （以微处理器为基础）技术使之成为智能化仪表后能够解决许多传统仪表不能或不易解决的难题。
B. 简化仪表电路，提高仪表的可靠性，降低仪表的成本
C.加快新产品的开发速度。
目前，这类智能化测量控制仪表已经能够实现四则运算、逻辑判断、命令识别、自诊断自校正、甚至自适应和自学习的功能，随着科学技术的发展，这类仪表的智能程度必将越来越高。
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二、智能压力变送器
1.3051C 型智能压力变送器
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各部分的作用如下:
A. 压力传感器 （P）：测量被测介质的压力 （或差压）。?
B. 温度传感器 （Ｔ）：组装在传感组件内，用于补偿温度变化对测量结果的影响。
C. A/D 转换器：将检测到的模拟信号转换为数字信号。
D. D/A 转换器：将数字信号转换成模拟信号输出。?
E. 传感器组件存储器：传感器组件存储器内存有修正系数和传感器组件的有关信息。?电子组件存储器：电子组件存储器内存有变送器的量程值以及变送器的组态信息。
F. MP微处理器：它是智能变送器的核心部件，除协调变送器内部分部件执行预定操作外，还有线性化运算、调量程、工程单位转换、阻尼特性调整、故障诊断以及通信等功能。
G. D I/O 数字通信口：通过它可与使用相同通信协议的控制系统进行直接数字通信。
H. 268组态器：它是以微处理器为基础的与智能压力变送器进行数字通信的接口装置，是一种新型的调试工具，利用它能在现场 （或控制室）对3051C 智能压力变送器进行调校、测试以及对程序组态的编制和修改等工作。
I.?量程、零点调整：用于数字化调整时的刻度和零位调整。
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２.ST3000智能压力变送器
?静压传感器 （Ps）：测量静压变化，以便对差压元件进行补偿，实现高精度测量。
?Multiplexer多路调制器：对 P、T、Ps输入的信号进行调整缓冲，并输到 A/D。
其余部分同3051C中的各部分。
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三、智能控制仪表
这是一种数字化的过程控制仪表，其外表类似于一般的盘装仪表，而其内部却是由微处理器、RAM、ROM、模拟量与数字量转换输入输出通道与独立的电源等基本组成部分所构成的一个微型的计算机系统。可以说除控制点的区别之外，它的功能与现场控制站大同小异。一般有单回路、2回路、4回路或8回路的控制器。至于控制方式除一般 PID 之外还可组成串级控制，信号选择控制及前馈控制和按预定曲线进行程序控制等等。为便于仪表操作人员使用，其人机交互界面———面板的设计及操作方法与常规的模拟控制器基本相同。例如，左图所示的多回路控制器 。
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多回路过程控制器原理图
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第八节 可编程控制器
可编程控制器简称PC（英文全称：Programmable Controller，为与个人计算机（PC）相区别，现在仍然沿用可编程逻辑控制器这个老名字，即PLC（英文全称：Programmable Logic Controller）。PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。
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一、PLC的特点
（1）可靠性高，抗干扰能力强
（2）硬件配套齐全，功能完善，适用性强
（3）易学易用，深受工程技术人员欢迎
（4）系统的设计、安装、调试工作量小，维护方便，容易改造
（5）体积小，重量轻，能耗低
　
二、PLC的应用领域
　目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。
（1）开关量的逻辑控制
（2）模拟量控制
（3）运动控制
（4）过程控制
（5）数据处理
（6）通信及联网　
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三、PLC的硬件构成
图6-53 整体式PLC组成框图
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图6-54 模块式PLC组成框图
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四、PLC软件系统及常用编程语言
　PLC软件系统由系统程序和用户程序两部分组成。系统程序包括监控程序、编译程序、诊断程序等，主要用于管理全机、将程序语言翻译成机器语言，诊断机器故障。系统软件由PLC厂家提供并已固化在EPROM中，不能直接存取和干预。用户程序是用户根据现场控制要求，用PLC的程序语言编制的应用程序（也就是逻辑控制）用来实现各种控制。STEP7是用于SIMATIC可编程逻辑控制器组态和编程的标准软件包，也就是用户程序，我们就是使用STEP7来进行硬件组态和逻辑程序编制，以及逻辑程序执行结果的在线监视。
PLC提供的编程语言有标准语言梯形图语言、语句表语言、逻辑功能图语言。
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五、PLC的工作过程
输
入
端
子
控
制
部
件
输入设备
输
出
设
备
…..
输
入
寄
存
器
输
出
寄
存
器
输
出
端
子
…..
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六、S7系列可编程控制器简介
S7-300系统组成
S7-300系统组成包括：CPU模块、接口模块（IM）、信号模块（SM）、功能模块（FM）、通信处理器（CP）及电源模块（PS）等。如图 所示。
电源PS
CPU
IM
SM
SM
……
CP
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模块安装在专用的机架即导轨（RACK）上，模块上集成了背板总线，通过背板总线和总线连接器将各模块相连接。如图 6-57 所示。
1．负载电源 (选项) 2. 后备电池 (CPU 313 以上) 3. 24V DC 连接 4. 模式开关 5. 状态和故障指示灯 6. 存储器卡 (CPU 313 以上) 7. MPI 多点接口 8. 前连接器 9. 前门
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2．编程语言
S7-300使用STEP 7编程语言，有指令表（STL）梯形图（LAD）、功能块图（FBD）、结构化控制语言（SCL）、顺序控制（GRAPH）、状态图（HiGRAPH）及连续功能图（CFC）等。
通常使用指令表、梯形图、功能块图语言，以下例举常用的位逻辑、定时器和计数器的指令，及相应的梯形图和功能块图的表示法。
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3． STEP7程序的使用
　 （1） 创建一个项目结构，项目就象一个文件夹，所有数据都以分层的结构存在于其中，任何时候你都可以使用。在创建一个项目之后，所有其他任务都在这个项目下执行。
　　（2） 组态一个站，组态一个站就是指定你要使用的可编程控制器，例如S7300、S7400等。
　　（3） 组态硬件，组态硬件就是在组态表中指定你的控制方案所要使用的模板以及在用户程序中以什么样的地址来访问这些模板，地址一般不用修改由程序自动生成。模板的特性也可以用参数进行赋值。
　　（4） 组态网络和通讯连接，通讯的基础是预先组态网络，也就是要创建一个满足你的控制方案的子网，设置网络特性、设置网络连接特性以及任何联网的站所需要的连接。网络地址也是程序自动生成如果没有更改经验一定不要修改。
　　（5） 定义符号，可以在符号表中定义局部或共享符号，在你的用户程序中用这些更具描述性的符号名替代绝对地址。符号的命名一般用字母编写不超过8个字节，最好不要使用很长的汉字进行描述，否则对程序的执行有很大的影响。
　　（6） 创建程序，用梯形图编程语言创建一个与模板相连结或与模板无关的程序并存储。创建程序是我们控制工程的重要工作之一，一般可以采用线形编程（基于一个块内，OB1）、分布编程（编写功能块FB,OB1组织调用）、结构化编程（编写通用块）。我们最常采用的是结构化编程和分布编程配合使用，很少采用线形编程。
　　（7） 下载程序到可编程控制器，完成所有的组态、参数赋值和编程任务之后，可以下载整个用户程序到可编程控制器。在下载程序时可编程控制器必须在允许下载的工作模式下（STOP或RUN-P）,
　　RUN-P模式表示，这个程序将一次下载一个块，如果重写一个旧的CPU程序就可能出现冲突，所以一般在下载前将CPU切换到STOP模式。
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第九节　现场总线控制系统
一、　现场总线的概念
　
　　按照IEC和现场总线基金会的定义，现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络。主要解决工业现场的智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场设备间的数字通信以及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传递问题 。有通信就必然有协议，从这种意义上讲现场总线实质上是一个定义了硬件接口和通信协议的标准。使自控设备与系统步入了信息网络的行列，为其应用开拓了更为广阔的领域；一对双绞线上可挂接多个控制设备， 便于节省安装费用；节省维护开销；提高了系统的可靠性；为用户提供了更为灵活的系统集成主动权。
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　　不同的机构和不同的人可能对现场总线有着不同的定义，不过通常情况下，大家公认现场总线的本质体现在以下六个方面：
1．　现场通信网络
2．　现场设备互联
3．　互操作性
4．　分散功能块
5．　通信线供电
6．　开放式互联网络 　
二、现场总线的实质和优点
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三、现场总线控制系统的结构
现场总线是一种串行的数字数据通讯链路，它沟通了生产过程领域的基本控制设备（即现场级设备）之间以及更高层次自动控制领域的自动化控制设备（即车间级设备）之间的联系。
图6-58 是一个简单的现场总线控制系统的实例。该系统主要包括一些实际应用的设备，如PLC、扫描器、电源、输入输出站、终端电阻等。其它系统也可以包括变频器、起码流调速装置、人机界面等。
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四、主流现场总线简介
１.HART 总线系统
HART 系 统 是 1985 年 由 罗 斯 蒙 特 公司开发出的一种协议。它可以将模拟信号调制成调频信号，并利用数字调频信号进行传输。
２. CAN 总线系统
它是一种对等式的现场总线网，其物理层采用双绞线，符合ISO-DIS11898标准，其数据链路层采用 CSMA/CD协议，建立了良好的优先级控制机制。
３. LonWorks总线系统
Lonworks采用 Neuron芯片，这是集控制器和网络通信处理器于一体的芯片，内置4个 cpu，一个用于控制，可以处理现场I/O，另两个处理网络通信，因此，Lonworks具有明显的网络处理能力优势。
４.Profibus总线系统
Profibus是一种多主从的令牌网 络，得 到 令 牌 的 节 点 可 以 向 网 上 发 布 信息，其余节点接受。 Profibus的物理层采用 EIA485，数据链路层采用令牌协议。每个系统允许最多4个段，每段可以挂接32个点。
５.FF总线系统
是遵守ISA/IEC的SP50现场总线标准。FF 除了定义ISO 的第一、第二、第七层外，还定义了新的一层———用户协议层，FF采用了 HART 协议中的DDL 作为该层的一个组成部分。
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1.什么是集散控制系统？
就是：一方面强调控制的分散性；另一方面，又强调管理的集中性。
2.集散控制系统的特点是什么？
A. 自主性
B. 可靠性
C. 协调性
D. 友好性
E. 适应性、灵活性和可扩充性
F. 在线性
总结：DCS相关概念
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3.DCS是怎样构成的？
从结构上划分，DCS包括过程级、操作级和管理级。过程级主要由过程控制站、I/O单元和现场仪表组成，是系统控制功能的主要实施部分。操作级包括：操作员站和工程师站，完成系统的操作和组态。管理级主要是指工厂管理信息系统（MIS系统），作为DCS更高层次的应用，目前国内各行业应用到这一层的系统较少。
4. DCS的控制程序是由谁执行的？
DCS的控制决策是由过程控制站完成的，所以控制程序是由过程控制站执行的。
5. 过程控制站的组成如何
DCS的过程控制站是一个完整的计算机系统，主要由电源、CPU（中央处理器）、网络接口和I/O组成。
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6. I/O是什么？
控制系统需要建立信号的输入和输出通道，这就是I/O。DCS中的I/O一般是模块化的，一个I/O模块上有一个或多个I/O通道，用来连接传感器和执行器（调节阀）。
7. 什么是I/O单元？
通常，一个过程控制站是有几个机架组成，每个机架可以摆放一定数量的模块。CPU所在的机架被称为CPU单元，同一个过程站中只能有一个CPU单元，其他只用来摆放I/O模块的机架就是I/O单元。
8.I/O单元和CPU单元是如何连接的？
I/O单元与CPU是通过现场总线连接的。
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9. 什么是现场总线？
现场总线是应用于过程控制现场的一种数字网络，它不仅包含有过程控制信息交换，而且还包含设备管理信息的交流。通过现场总线，各种智能设备（智能变送器、调节法、分析仪和分布式I/O单元）可以方便地进行数据交换，过程控制策略可以完全在现场设备层次上实现。目前，使用较多的现场总线主要是FUNDATION fieldbus基金会现场总线（FF总线）和PROFIBUS现场总线。应用现场总线技术可以将各种分布在控制现场的相关智能设备和I/O单元方便的连接在一起，构成控制系统，这种结构已经成为DCS发展的趋势。
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10.表述网络传输速度的单位是什么？
表述网络传输速度一般以波特率（Bps）为单位，其含义是每秒钟传输的二进制数的位数。不同的网络一般波特率不同，相同的网络采用不同的网络电缆也可以达到不同的特率。例如：PROFIBUS现场总线在以双绞线作为网络电缆时通讯速度为1.5KBps，采用光缆时可以12MBps。采用普通双绞线的以太网传输速度为10MBps，采用光缆时可以达到100MBps。另外，传输距离的长短会影响传输速度，一般来说，距离越长，速度越慢。
11.什么是组态（configuration） ？
通过专用的软件定义系统的过程就是组态。定义过程站各模块的排列位置和类型的过程叫过程站硬件组态；定义过程站控制策略和控制程序的过程叫控制策略组态；定义操作员站监控程序的过程叫操作员站组态；定义系统网络连接方式和各站地址的过程叫网络组态。
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12.什么是PLC
PLC就是可编程逻辑控制器。
13.PLC能用于过程控制吗？
早期的PLC只是用来完成一些电气逻辑控制和开关量，现在的PLC在性能上，特别是对模拟信号的处理能力上已经大大提高，因此现在PLC是可以用于过程控制的。
14.什么是模拟量和数字量？
模拟量是指连续变化的信号（如4~20mA,0~5v）；数字量是只有开关状态的信号。
15.I/O信号是如何分类的？
常用的I/O信号一般分为：AI、AO、DI和DO。
AI--模拟量输入信号；AO--模拟量输出信号
DI--数字量输入信号；DO--数字量输出信号
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16.什么是系统冗余？
在一些对系统可靠性要求很高的应用中，DCS的设计需要考虑热备份也就是系统冗余，这是指系统中一些关键模块或网络在设计上有一个或多个备份，当现在工作的部分出现问题时，系统可以通过特殊的软件或硬件自动切换到备份上，从而保证了系统不间断工作。通常设计的冗余方式包括：CPU冗余、网络冗余、电源冗余。在极端情况下，一些系统会考虑全系统冗余，即还包括I/O冗余。
17.什么是I/O余量？
与冗余不同，I/O余量只是系统中I/O数量大于应用的要求，这种余量只是数量上的，主要目的是使系统今后有继续加入控制信号的可能。
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18.什么是DCS的开放性？
DCS的开放性是指DCS能通过不同的接口方便地与第三方系统或设备连接，并获取其信息的性能。这种连接主要是通过网络实现的，采用通用的、开放的网络协议和标准的软件接口是DCS开放性的保障。我公司目前采用的DCS系统有很好的开放性。

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