基于PC和PLC的空分DCS系统

1、基于pc和plc的空分dcs系统摘要 随着空分生产工艺的改进，以计算机为基础而构成的控制、管理、决策为一体的plc系统在空分生产中起着越来越重要的作用。本文基于实际工程背景，研究与探讨了华润空分kdon-300/5000工程控制系统的设计与分析。该系统是一个将工业控制计算机（pc）和可编程逻辑控制器（plc）相合的新型综合集散控制系统。 本论文根据华润空分kdon-300/5000项目的控制要求，分析了空气分离的工艺要求，从而提出了相应的控制方案。然后阐述了该plc系统的选型、结构及软硬件的设计。在硬件设计系统中着重分析了硬件的物理组成和电气原理以及现场控制站的构建。组态软件采用了ge fan

2、uc 的cimplicity软件和versapro软件，然后用这两个软件进行系统组态。软件组态具体讲述了cimplicity软件和versapro软件的组态，其中最主要的是cimplicity软件的组态，在cimplicity软件组态中我们着重讲述了点的配置、角色的配置、报警组态、趋势图、数据库登陆等内容。接着我们讨论了系统稳定性的问题。最后分析了本系统在安装和调试过程中遇到的问题及其解决方案。最后，实践表明系统总体的运行是可靠的，也是稳定的，体现了先进性和实用性的统一。关键词：可编程控制器（plc）、以太网（ethernet）、genius总线、空气纯化系统、空气预冷系统、空气分馏系统、系统

3、组态、cimplicty软件、数据库登陆、点的配置、报警组态、趋势图、角色的配置目 录1绪论 11.1 系统简介 1 1.2 plc系统的发展况 2 1.3 plc系统的生商 2 1.4 课题的来源和背景 3 1.5 本文的主要任务和结构安排 32、系统设计方案析 32.1 空分工艺流程简介3 2.2 空分装置的工艺流程分类 4 2.2.1高压工艺流程 4 2.2.2中压工艺流程 42.2.3高低压工艺流程52.2.4低压工艺流程5 2.3控制方案52.3.1 制氮流程介绍 52.3.2 控制方案介绍53、系统硬件配置 113.1 系统总貌 113.1.1 plc的工作原理 123.1.2 控

4、制站i/o信号规模 123.1.3 系统设备之间的连接133.2 操作站/工程师站133.3 现场控制站 134、系统软件组态过程. . 144.1 介绍cimplicity 混合控制软件的特点14 4.1.1 更贴近过程控制的开放系统 15 4.1.2 软件体系结构16 4.2系统软件组态16 4.2.1 系统控制方案组态164.2.2 操作组态 174.2.3下位机组态软件 174.2.4上位机组态软件 185、系统可靠性分析 335.1 现场控制站的可靠性措施 335.1.1、串行通信的可靠性 335.1.2、电源33 5.1.3、数字输入信号 33 5.1.4、解决好屏蔽 33 5.1

5、.5 机柜设计335.1.6信号隔离 33 5.1.7 双cpu冗余346、系统调试投运 346.1仪表的一次调校 346.1.1电气仪表的单元系统调试346.1.2仪表与控制系统的联调346.1.3逐点进行ai、di、ao、ao点的调试 35 6.1.4控制回路联动35 6.1.5进行联锁逻辑的确认及试验35 6.1.6 分子筛顺控程序的模拟运行35 6.1.7投入运行时联锁条件的确认35总结 36致谢语 37参考文献 37附录开题报告 38中期报告 40分子筛周期表 41英文翻译 42英文翻译 511 绪论1.1 空分系统和plc系统简介在现代空气分离生产过程中，自动化占据着重要地位。它在

6、保证生产安全可靠、提高产品质量及产量、降低能耗及成本、控制环境污染、提高设备的运转率及劳动生产率、实现科学的生产控制管理等方面都起着重要的作用。空分工业自动化水平的提高，也为空分生产新工艺的推广和完善创造了条件。空分生产工艺复杂，设备联锁众多，各种检测信号相互影响，采用传统的人工控制或继电器仪表控制很难达到控制要求。采用集散控制后，真正做到了控制分散、危险分散和管理集中。设备出现故障后，系统能够按照预先编制好的程序自动停止相关设备，并发出声光报警，提醒操作人员及时处理以免影响生产。对一些重要的参数和报警，系统能够自动生成历史记录和历史趋势。操作人员和技术人员可以随时查询历史数据了解生产情况。通

7、过对数据的统计和分析提出新工艺，新方法，不断提高产品的产量和质量。11并且随着工业自动化的不断发展，集散控制的思想越来越被广大自动化技术人员所青睐，并正逐渐被应用于新建、扩建和技术改革的项目中。但传统的集散控制系统一般有厂家生产，具有一定的专有性；另外传统的集散控制系统一般来讲其控制规模比较大，成本费用比较高；因此使用pc+plc构成dcs的思想，并在无锡华润的空分项目中实施。 用pc和plc实现集散控制（dcs）的基本原理：集散控制的基本思想是集中管理，分散控制。即：将流程工业的自动控制过程与操作管理人员对自动控制的管理过程相对分离；流程工业的自动控制过程由各控制站相对独立的自动完成，而操作

8、人员对自动控制过程的管理则由中央控制室的操作站来完成。中央控制站与各现场控制战一方面各自相对的运行，从而将各种故障限制在局部范围内，极大的提高了自动控制系统总体的安全性和可靠性；另一方面又互相进行实时数据通讯和信息交换，实现操作人员在中央控制室的操作站对整个自动控制过程进行管理和调整。 现场控制站的主要任务是实现对生产过程的自动控制，因此它必须要能够自动采集全厂的各种工艺参数（如各种工艺介质的温度、压力、流量、粘度、组分，物位的高度）以及设备的运行状态（如阀门的开度、机泵的开停、设备的振动、机械位移）等生产信息，然后按照事先编好的的控制程序进行大量的数值计算，最后输出4-20ma标准模拟信号（

9、或者on/off数字信号）去驱动各种阀门、电动机等执行机构，调节各种工艺参数，实现生产过程的自动控制；另外还要与操作站进行实时通讯，将采集到的各种生产信息传送到操作站供操作人员使用，同时接受操作人员通过操作站发出的各种指令实时调整自动控制方案、优化生产控制过程。因此它还需要具有标准化通讯接口。用pc和plc组成集散控制系统时，plc承担了现场控制站的工作，pc机承担了操作站和工程师工作站的工作。在安装有plc系统软件的pc机上可以离线（或者在线） 编辑plc的控制应用软件（组态过程），控制应用软件下载到plc后，plc独立完成现场数据采集、逻辑控制、模拟控制等。而操作站的各种功能都可以通过“实

10、时监控软件+pc机”来实现，在安装有实时监控软件的pc机上可以很方便对生产过程进行监控。61.2 plc系统的发展状况早期的plc系统控制功能简单，输入输出点数（i/o）较少，只能实现较小系统的控制，对于较大系统就无能为力。较大系统一般采用分布式控制系统（dcs）控制，但是dcs系统成本高昂，维护和使用费用很高，适用于需要控制的i/o点数较多的大型系统。随着plc生产和制造技术的不断发展，现在的plc系统的功能越来越强大，能够控制的i/o点数越来越多，大有取代dcs系统的趋势。现在的plc系统的成本较低，应用范围日趋广泛，有着广阔的发展前景。中国工控网市场研究部在2003年底到2004年初做了

11、一个中国plc的市场调查，下面是在本次调查最终用户反馈的关于产品结构的结果。工控网根据业内的划分习惯和运用领域的不同将plc划分为4个范围，主要是根据i/o点数来划分的。大型：不少于1,024个i/o点， 这一类plc主要用于冶金、自动化生产线和电厂。所有的大型plc都是由系统集成商来完成的，这一类系统的附加值比较高。目前有超过8,000个点的巨型plc系统在电厂运用。由于在钢铁行业的大幅度增长，大型plc2003年增幅最大。中型：2561,023点， 这一类plc主要也是用作控制系统，运用于冶金、电力、造纸、化工、加工/组装生产流水线、包装流水线等领域。这一类的系统主要也是由系统集成商来完成

12、，也有个别用户会由自己来完成项目。小型：64255点， 主要用于设备控制，也有用作小型系统控制器的。微型：少于64点 ，这一类plc主要用于单台设备的监控，在纺织机械，数控机床，塑料加工机械，小型包装机械上运用广泛。9由于此次华润空分工程kdon-300/5000项目所选用的plc系统的i/o点数小于256点，所以是小型plc系统。1.3 plc系统的生产商国内外知名制造商：美国的通用电气（ge fanuc）公司：它的产品性能出众，以及全面的产品系列（90系列 产品），而且价格适中；日本的三菱和横河、富士，德国的西门子（siemens），还有瑞典的abb公司，霍尼韦尔（honeywell）公司

13、，欧姆龙（omron）公司，韩国的lg公司等等。国内生产商基本上没有属于自己的产品，主要是仿造和模仿外国产品为主，没有自己的拥有知识产权的产品，没有自己的品牌。此次华润空分工程kdon-300/5000项目所选用的plc系统就是美国ge fanuc公司的90-30系列plc。1.4 课题来源和背景课题的来源为：江苏无锡华润空分工程kdon-300/5000 plc系统。课题的背景为：根据江苏无锡华润空分工程kdon-300/5000项目提出的控制要求（主要是i/o点数），综合考虑各方面的因素（产品性能、产品的可升级性和维护性、还有产品的价格也是一个重要的因素），我们决定选用美国ge fanuc

14、公司的90-30 plc系统。1.5 本文的主要任务及结构安排本文的主要任务是熟悉空分工艺流程，学会如何进行plc系统组态，知道工程组态过程。本文的结构安排是：首先具体介绍空分工艺流程，了解空分生产过程，然后介绍空分系统各个流程的控制方案。接着具体介绍系统的硬件结构，使我们熟悉plc各个模块的功能和作用。接下来就是详细介绍上位机软件和下位机软件的工程组态，这是本毕业论文的重点，也是难点。系统的可靠性是衡量系统好坏的一个重要标志，所以我们必须对这个plc系统的可靠性进行综合分析。最后要进行系统的安装调试工作，检验系统是否能按照预期的要求正常工作。2 系统的设计方案分析2.1空分工艺流程简介大气中

15、的空气先进入空气滤清器，经过滤清的常压空气被吸入空气压缩机，进行若干级压缩，逐级提高压力，使之达到所需的压力值。空气经每级压缩后，不但提高了空气压力，而且也使温度升高了。为了提高压缩机的效率，用水冷却器将压缩后而提高了温度的空气冷却，然后，再进入下一级的吸入口。最后一级出来的压缩空气进入末级冷却器。经过压缩和冷却的后的空气进入下一步的纯化系统进行空气的纯化。纯化系统主要是由两个分子筛吸附器和两个电加热器组成，分子筛吸附器是通过空气的化学原理来初步的分离空气的各种组分，两个分子筛吸附器交互吸附工作，达到初步分离空气的目的。从纯化系统出来的空气进入下一步的空气分馏塔系统进行分馏工作。空气分馏系统的

16、主要设备由上分馏塔、下分馏塔、主冷凝蒸发器、液空过冷器、液氮过冷器、液空入上分馏塔节流阀、污氮入上分馏塔节流阀及纯氮入上分馏塔节流阀等组成。压缩空气经过蓄冷器后，被冷却到172.c左右，进入下分馏塔，上升的蒸汽经过下分馏塔的35块塔板，在下塔顶部成为纯氮气。纯氮气进入主冷凝蒸发器的氮气通道后，凝结成液体氮。一部分液氮回塔板，作为下塔的回流液,另一部分液体氮，由液氮槽引出，经过过冷器后，送入上分馏塔顶部。下分馏塔中部抽出部分污液氮，经过过冷器也送入上分馏塔的上部。下分馏塔的底部得到富氧液空。液空引出，经过液空吸附器、液空过冷器并经节流后，送入上分馏塔中部。进入上分馏塔的液空沿着上分馏塔的一块块塔

17、板流下，到主冷凝蒸发器。在主冷凝蒸发器中得到含氧量为99.6%液氧。主冷凝蒸发器的一侧是低压的液氧蒸发，另一侧是高压的氮气冷凝。液氧在主冷凝器中蒸发成气体，气体的一部分顺上分馏塔塔板上升，以保证精馏塔工作正常进行，其余的氧气即为产品引出分馏塔。上分馏塔底部的液氧，再由液氧泵加压，经过液氧吸附器除去乙炔后，回到上分馏塔，以保证主冷凝蒸发器的安全。液空、液氧、液氮从下分馏塔经过节流后进入上分馏塔，使压力由原下分馏塔的压力下降到上分馏塔的压力。这时液体的液化温度也要随着下降，因此，节流后有部分液体汽化。为减少此汽化量，因此在节流前先用上分馏塔引出的纯氮和污氮经过过冷器把液体先过冷一下，以减少节流后汽

18、化量，同时上分馏塔塔板上液体多些，有利于塔板上的精馏工况。如果需要储存，还要将产品气进行进一步压缩成液态得空分产品，装入储存罐。其工艺流程原理如图2.1所示：3图2.1 2.2 空分装置的工艺流程分类空分装置就是利用深冷技术将空气分离后，提取氧气，氮气及空气中其他气体组分的设备，俗称制氧机。以其生产的工艺流程来说，根据进入空分装置的压缩空气的压力高低不同，又可分为高压工艺流程、中压工艺流程、高低压工艺流程及全低压工艺流程等四种。12.2.1高压工艺流程一般没有膨胀机。它的工作压力一般约为100200大气压。它主要用于小型制冷机。例如产氧量为每小时20 标准立方米的制氧机2.2.2中压工艺流程它

19、的工作压力约为2025大气压，它主要用于小型和中型的空分装置。例如国产的每小时产氧量为50、150、300标准立方米的制氧机。2.2.3高低压工艺流程其工作压力一部分约为100200大气压的高压空气，另一部分约为6个大气压的低压空气。例如国产的每小时产氧量为3350标准立方米的制氧机。2.2.4低压工艺流程它的工作压力约为6个大气压。此工艺流程的优点是：在生产气态的氧、氮产品时，其能耗最小。因此应用也愈来愈广。2.3控制方案以下以无锡华润空分工程kdon-300/5000制氮流程为例，以ge plc为控制系统，详细说明具体的控制方法和组态过程2.3.1 制氮流程介绍华润空分工程kdon-300

20、/5000制氮流程主要由制冷系统和分馏系统组成。详细可分为：空气净化系统，空气压缩系统，预冷系统，纯化系统，换热系统，分馏系统系统等等。设备主要包括空压机，换热器，分子筛，膨胀机，分馏塔等等。其大致的工艺流程如下：空气自大气吸入，经过空压机压缩，去除杂质和水分，经过换热器，一部分通过膨胀机，进入下塔，另一部分继续冷却，经过节流阀进入下塔。下塔的富氮通过过冷器进入上塔根据氧氮沸点的不同，通过气液交换，从上塔的下部提取氮气，经过复热，最后将产品气压缩储存或送入使用现场。12.3.2 控制方案介绍我们按照制氮机的工艺流程将其划分为空气压缩系统，膨胀制冷系统，空气分馏系统，氮气压缩系统等来分别介绍。4

21、 5 12a、空气压缩系统的自控(1 ) 空压机组的自控要求轴承温度的报警和停机。轴位移的报警和停机润滑油压力的报警和停机。润滑油温度的报警。润滑油油箱液位的报警。空压机的防喘振控制：当转速一定时，压缩机的流量减少到一定值时，由于轴向漩涡的影响，造成叶道速度不均匀和倒流情况，这时压缩机的工作状态很不稳定，我们称此现象为喘振。防喘振控制就是防止压缩机工作在喘振区，当压缩机流量过小时，压力过高时，打开防振放空阀，降低压力，增大流量。(2) 预冷系统的水冷塔和空冷塔的液位控制对空冷塔和水冷塔的液面进行单回路pid控制。其控制分为三个层次进行，在正常范围内的波动，采取常规的pid控制，当超出了一定的范

22、围时，进行报警，并且加大pid的调节幅度，当超出了报警范围时，进行联锁控制。其控制结构图如图2.2所示：图2.2b. 膨胀机制冷系统的自控膨胀机是整个空分装置的主要冷量来源，而且其转速高达2万转。因此对于这样的装置，不仅要满足工艺操作的要求，更要保护膨胀机，其联锁保护系统尤为重要。 膨胀机润滑油温度的报警。 润滑油压力的报警。 转速的报警. 膨胀机的转速控制.防飞车控制:当转速达到一定值后，加大制动风机的出口阀，降低转速。.紧急停车：当转速过高高，油压过低低时，自动切断膨胀机进气，紧急停车。膨胀机联锁原理图如图2.3所示： 图2.3c. 空气分馏系统的自控(1) 空分塔的自动控制：1). 液位

23、的自动调节：液位的调节主要分为下塔液位和主冷液位的调节，下塔液位于主冷的液位位于主冷的液位是关联的，相互影响的。简单的各自控制各自液位是不行的。针对以上的情况，我们把空分塔的液位作为一个整体来考虑。操作变量有液空节流阀，风机制动阀，液化气旁通阀，来共同控制下塔液位和主冷液位。我们采取了常规pid于规则控制向结合的控制策略，把下塔液位和主冷液位的变化率作为前馈量进行调节。来保证整体的冷量和液量的平衡，从而保证整个塔的工况稳定。2) 纯度的自动调节：纯度的调节主要分为上塔纯度和下塔纯度的调节。上下塔纯度也是相互影响和关联的，下塔的纯度控制不好直接的影响了上塔的纯度。而影响上塔纯度的因素非常多，如取

24、产品氧量过大，取氮量过小，下塔液空含氧量下降，主冷液位上升等等，针对以上情况，我们采取模糊控制算法，并且在现场取得了很好的效果。 在该算法中，我们主要考虑影响空气纯度的三个主要因素：液空的含氧量，主冷液位，产品氧气量。当液空的氧含量下降，产品氧纯度也要下降，当主冷液位偏高时，氧纯度也要下降，主冷液位偏低时，换热不充分，氧纯度也要下降，当产品氧气量偏大时，在一定的氧制取率下，氧纯度也要下降。其简要的程序控制框图如图2.4所示。10 13 16图2.4(2) 切换式换热器的自动控制1) 切换自动控制为了保证换热器的自清除，防止杂质进入，损坏膨胀机或堵塞换热器。换热器的切换控制显得非常重要。对于换热

25、器的控制以安全第一，功能齐全，操作方便为原则。安全方面：出现不正常情况，提供声音警告和详细的报警提示，操作建议和指导，如对于每一步骤的阀门的动作是否到位，都会提出适当的操作建议和指导。在每一步骤中对重要的阀门位置进行确认，以免操作工的误操作而引起一些阀门的动作，造成不必要的损失。所有的步骤都相互独立，互不影响。2) 控制模式分为三种手动，半自动，全自动。在手动的情形下，所有阀门的操作全由人工操作。半自动是针对某一步骤的自动，比如在冷却阶段采取半自动，则在冷却阶段，所有的阀门全由计算机控制，但该阶段结束时，不能自动进入下一步骤。全自动是针对整个切换过程，它与半自动的区别是在该步骤结束后，它能自动

26、进入下一步骤。143) 功能设置对于所有的步骤设置了手自动切换，在手动的前提下，联锁功能照样有效。每一步骤都可以进行强制的切换，且可以不需按照顺序进行切换，想进入什么步骤，只需在步骤变量里面打入相应的步骤参数即可。每一步骤的运行时间可进行在线修改，如需要延长时间，只需这一阶段的运行时间延长即可。且对于每一个切换过程的运行周期进行统计计算，保存其记录，这样偏于对于生产情况进行分析。并具有暂停计时，继续计时，时间的动态捧状图显示等功能。动态的显示每一个当前运行步骤。其总体的程序框图如图2.5所示：(3) 中部温度的自动控制中部温度是指换热器温度工况中变化最灵敏的，最有代表性的部分。当中部温度出现偏

27、差时，将造成通道阻力的不一致，使气体产生偏流，容易导致冻塞。因此当两组的中部温度出现偏差时，改变空气入口调节阀，改变空气流量比，从而缩小中部温差。d. 氮气压缩系统的自控氧压机轴承温度报警润滑油温度报警氮气入口压力报警氮气出口压力报警氮气压力自动控制系统(1) 空气纯化系统的自动控制空气纯化系统主要就是通过分子筛的切换来达到空气纯化的目的。分子筛切换系统周期表是按照分子筛切换流程的时序要求所编制的。控制系统的每一步时间的长短是由机内记时器来控制。此自动控制共分为20步，当按下自动控制按扭后，就处在自动控制状态，由时间来决定程序处在第几步。图2.5现在以ms1工作、ms2再生为例说明如下：开始时

28、让ms1吸附、ms2再生第一步：并联吸附 确认自动按扭按下，开v1201、v1202、v1203、v1204、v1214，确认v1201、v1202、v1203、v1204、v1214全开，其余阀全关，此时ms1、ms2均处于吸附状态。计时，5min后第二步：预泄压 关闭v1202、v1204，确认v1202、v1204全关。计时，1min后第三步：泄压 打开v1211，确认v1211全开，计时，泄压时间到第四步：预加热 关闭v1211，打开v1206、v1208，确认v1211全关，v1206、v1208全开。计时，1min后，第五步：预加热 关闭v1214，确认v1214全关。计时，1mi

29、n后第六步：加热 打开电加热器，确认电加热器已开。计时，加热时间到，第七步：冷吹 关闭电加热器，确认电加热器已关闭，计时，冷吹时间到第八步：预充压 关闭v1206、v1208，打开v1214，确认v1206、v1208全关，v1214全开。计时，1min后第九步：充压 在充压时间内逐渐打开v1209，充压时间到第十步：并联吸附 全关v1209，打开v1202、v1204，确认v1202、v1204全开，v1209全关，此时ms1、ms2均处于吸附状态。计时，5min后第十一步：预泄压 关闭v1201、v1203，确认v1201、v1203全关，此时进入ms2吸附、ms1再生的阶段。计时，1mi

30、n后第十二步：泄压 打开v1210，确认v1210全开。计时，泄压时间到第十三步：预加热 关闭v1210，打开v1205、v1207，确认v1210全关，v1205、v1207全开。计时，1min后，第十四步：预加热 关闭v1214，确认v1214全关。计时，1min后第十五步：加热 打开电加热器，确认电加热器已开。计时，加热时间到第十六步：冷吹 关闭电加热器，确认电加热器已关。计时，冷吹时间到第十七步：预充压 关闭v1205、v1207、打开v1214、确认v1205、v1207全关，v1214全开。计时，1min后第十八步：充压 在充压时间内逐渐打开v1209，充压时间到返回第一步，计时器

31、回零，进行ms1的吸附，程序循环进行。当总计时器停止时，各分计时器如加热、冷吹时间也应停止。并应有跳转时间，以便程序运行与实际工况相同。 两个分子筛吸附器ms1、ms2交替吸附，交替卸压。当ms1吸附工作完成后就要进入下一步的卸压过程，为避免重复ms1的卸压过程用流程框图表示。ms2的工作过程与ms1原理相似，在这里不再赘述。以下是分子筛ms1的卸压过程流程图，请见图2.6所示图2.6两个分子筛吸附器共有交替吸附卸压两次，上图为ms1201的卸压过程的顺控示意图。3、系统硬件配置根据此工程项目的具体i/o点及余量的要求（如下表），工程要求空分工艺使用集中式操作站，方便技术工人操作，控制流程画面

32、简洁并且易于操作。对空分工艺控制准确，现场控制设备能经受恶劣的环境等。分析工艺流程及此套空分装置控制点少、产品是高纯氮和高纯氧，决定选用ge fanuc公司的控制硬件plc作为控制模块。硬件配置见下表3.1：型号描述数量1ic693cpu364cpu364 module(240k bytes configurable user memary) embedded ethemet22ic693chs397base cpu 5slots use with cpu331/cse331 and above23ic693pwr321power supply 120/240vac 125vdc standa

33、rd24ic693bem331genius bus controller25ic200gbi001remote i/o genius network interface unit36ic200pwr102power supply with expanded 3.3vdc 120/240vac input37ic200alg264analog input 15 bit current 15 channel48ic200alg326analog output 13 bit current 8 channel39ic200mdl650iutput24vdc pos/neg logic (4 grou

34、ps of 8 ) 32 pt110ic200mdl640iutput24vdc pos/neg logic (2 groups of 8 ) 16 pt111ic200mdl750output24vdc pos logic 0.5a per pt (2 groups of 16 ) 32 pt112ic200alg620analog input 16 bit rtd 4 channel813ic200chs022compact i/o carrier box style1814ic646mps101logic developer-plc standard w/programming cabl

35、e115ic646tdv300300 i/o point development system116ic646trt300300 i/o point runtime system117ic641hbr301max-on “standard” software for 90-30 hot stand by redundancy118上位机dell gx270 p2.4g 40g hdd 256m ram 52cd rom219显示器dell crt 21 220打印机epson lq1600k 121plc机柜800*600*2100 标准机柜、 短路器、 继电器、短子等 122操作台满足放置上

36、位机、打印机等 大小：3200*1600*7501润项目清单（控制要求：ai=46 ao=21 di=40 do=18 rtd=27 ）表3.13.1 系统总貌ge fanuc控制系统硬件结构包括网络组件、操作站（工程师站）硬件、现场控制站硬件三部分，基本结构如图3.1：图3.13.1.1 plc的工作原理当启动plc后，系统进入以下状态的死循环，不断地执行下面的操作。见图3.215 图3.23.1.2 控制站i/o信号规模ai=46 ao=21 di=40 do=18 rtd=273.1.3 系统设备之间的连接ge-90/30系统控制网络ethernet niu连接工程师站、操作站。现场控制

37、站通过genius niu网络与ge-90/30 系统cpu的通讯卡通讯，遵循开放的tcp/ip协议。系统采用双cpu热备冗余方案，保证系统的可靠运行。3.2 操作站/工程师站工程师站可选用符合一定配置的pc机，也可在操作站上完成工程师站的任务。工程师站可采用移动式。操作站可采用专用的操作面板也可用普通的pc机。此次工程的总的硬件配置结构拓扑图如图3.3示：图3.33.3 现场控制站控制站硬件组成包括机柜、机笼、电源箱、主控卡、i/o卡等。控制站机柜布置图如图3.4所示：控制站机柜依照通风散热、防潮、防腐及安全等原则专门设计制造。机笼是控制站的基本安装单元，由安装架、母板、联接端子等组成。主控

38、卡（cpu卡）是现场控制站的软、硬件的核心，完成控制站的i/o信号处理、控制计算、于上下层网络通讯、冗余诊断等功能。i/o卡件的总体特点诗句有智能性、强抗干扰性和可选择冗余或非冗余配置。所有i/o卡件全部采用磁隔离或光隔离，将干扰拒之于系统之外，通道间的隔离消除了信号之间的干扰影响，提高了i/o信号处理的可靠性。图3.44、系统软件组态过程我们在华润空分kdon300/5000项目中用下位机软件versopro.和上位机软件cimplicity进行系统控制的组态。4.1介绍 cimplicity 混合控制软件的特点 我们使用美国通用电气公司的cimplicity 控制软件来控制ge fanuc

39、 9030 plc。美国通用电气公司的cimplicity 控制软件是新一代混合控制系统软件，它为我们提供了一个两全其美得选择，既体现了plc的价格优势，又能实现dcs易于使用的特点。实际上，cimpilicity软件既适用于过程操作也适用于批量控制，随着技术的发展，使得plc程序的开发更加快捷，简单，成本更低。总之，plc的强大功能既适用于离散控制，也适用于过程控制。cimplicity软件是一种适合于过程控制的新的解决方案。为连续控制开发策略与过程可视化提供整体解决方案。 cimplicity软件是一个具有完整生命周期的系统，结合了最先进的软件与硬件的优点，利用与分布式控制系统相似的先进的

40、控制策略和应用程序，为过程工程师提供了丰富的过程控制系统的设计，实施，归档，维护等工具。24.1.1 更贴近过程控制的开放系统cimplicity软件的现代设计理念和灵活的体系结构，可保证在装置的规划，工程实施，验收，培训，操作与维护各个环节的成本效益和操作的经济性，其中包括对将来扩容需要的考虑。这一开放式的平台保证了着眼于将来的过程工业的先进的，经济的解决方案。 cimplicity软件作为一个过程自动化的混合控制系统，它将数据存储，通讯，组态三部分合为一体。该系统不仅用于过程控制工程，它同时涵盖了整个自动化应用领域，例如上游原料供应工序和下游包装工序等。利用cimplicity 混合控制系

41、统，可实现公司一体化自动控制，建立经济的，企业级的制造过程和加工环境的系统集成。8a.横向系统集成带有辅助过程的工程过程控制的横向集成，是基于cimplicity采用相同的标准与经验证的控制器和i/o系列产品基础上的。cimplicity软件融合了自动控制系统的所有优点：（1） 硬件成本低。（2） 产品的质量与稳定性搞。（3） 系统部件选型快捷，简单。（4） 在需要进行系统扩展时备件供货周期短。（5） 全球化的备件供应能力。 b.纵向系统集成公司级系统的纵向集成由两方面组成：（1）公司级系统的纵向集成。（2）现场系统的集成。（3）操作管理级的数据交换的国际工业标准。例如tcp/ip以太网，op

42、c，或eam，mes，erp等，可以实现将cimplicity软件混合系统连接到公司级信息网上。（4）cimpilicity提供公司级的过程数据应用，例如：eam(企业资产管理)mes(制造执行计划系统)erp(企业资源计划) （5） cimpilicity软件特别适合于将现场系统连接到过程控制系统中。装置上所配备的现场仪表是传统仪表，智能仪表（例如hart协议），还是其它新型仪表并不重要，只要它是现场总线仪表即可。现场总线型仪表符合iec和isa国际标准基金会协议，并通过这种协议互连。具有如ff，profibus协议等通讯标准的系统都是面向其它厂商产品开放的系统。另外，通过串行接口或以太网，

43、也可将执行器与传感器连接到系统上。c、开放性和灵活性除了其软件适用于过程控制以外，cimplicity软件还要选择标准的ge funauc组件。（1）根据具体项目及不同设计要求需要，可从相关的分布控制系统和中央的i/o单元中进行选择。（2）可从单用户操作与监视扩展到分布式客户/服务器结构的多用户系统。（3）添加相关软件和硬件的功能。（4）cimplicity软件具有良好的伸缩性能和扩展性能，可满足工程现场对组态的各种要求，且成本低廉。（5）cimplicity软件具有开放式结构，包括应用程序开发和数据传送界面，以及从cad/cae图形、文本与数据输入输出等工具。（6）cimplicity使用3

44、2位windows设计技术。可用于windows 2000环境，并且支持智能化与服务器系统中的windows 2000新型对称多处理器处理方式。84.1.2 软件体系结构其中cimplicity体系结构图如图4.1所示：图4.1一个基本的过程控制系统软件可分为两部分：系统软件（又称计算机系统软件）和应用软件（又称过程控制软件）。dcs的软件体系中包括了上述两种软件，但由于其分布式结构的特点，又增加了诸如通信管理软件、组态生成软件以及诊断软件等10。过程控制软件包括：过程数据输入输出，数据表示（又称为实时数据库），连续控制调节，顺序控制，历史数据的存储，过程画面显示和管理，报警信息的管理，生产记

45、录报表的管理和打印，参数列表显示，人机接口控制，实时数据处理功能。其中具有报警检测的过程数据的输入输出，连续控制调节，顺序控制是在过程控制层的现场控制站实现的。过程画面的显示和报警记录打印等在集中操作监视层通过组态软件完成。24.2系统软件组态4.2.1 系统控制方案组态完成某一控制站的硬件组态后，可开始进行系统控制方案的组态。控制方案组态又可分为常规控制方案组态和自定义控制方案组态两部分。对一般要求的常规控制，系统提供的控制方案基本都能满足要求，易于组态方偏操作，且在实际应用中控制运行可靠。因此，对于无特殊要求的常规控制，建议采用系统提供的控制方案：手操器，单回路pid，串级pid,单回路前

46、馈，串级前馈，单回路比值，选择性控制采样控制，smith补偿，混合pi控制对有特殊要求的控制，必须根据实际需要，自己定义控制方案。4.2.2 操作组态操作组态完成操作站操作界面的定义，组态，主要包括流程图画面，数据库登录，系统报警，角色配置等。(1)流程图制作流程图制作软件主要用于流程图得绘制，以及对流程图上得各类动态参数进行组态，这些动态参数在实时监控软件得流程图画面中可以进行实时观察和操作。流程图制作软件功能齐全，编辑功能强大。以鼠标操作为主，辅以简单得键盘操作，使用非常灵活方偏，无需编写任何语句。cimpilicity和versapro软件基于windows开发，用户界面友好，所有的命令

47、都化为形象直观的功能图标，只需用鼠标即可轻而易举地完成操作，使用更为方便简洁。4.2.3 下位机组态软件下位机组态软件主要进行硬件设置方面的配置。下图为versapro软件的硬件配置图如图4.2所示：图4.2versapro软件是下位机软件，是ge fanuc 基于windows 基础上的为90-30 plc，versamax plc编程和组态的软件，versapro被设计安装在win95,win98,和winnt操作系统中。versapro提供了一个单一的编程接口，用于组态plc硬件，创建和编辑plc逻辑并且监视plc逻辑的执行。a、versapro软件的内容(1) 文件夹浏览：versap

48、ro是一个灵活的软件包，我们可以选择一种默认的语言和定制的窗口来编辑显示。(2) 硬件组态：versapro默认的硬件平台是versamax plc,但我们能组态所有的9030plc。(3) 逻辑编辑器：有2种语言(即梯形图语言和指令表语言)用于编辑plc逻辑给9030 plc和versamax plc。(4) 语法检查：versapro提供了一个工具用于在下装程序之前检测你的语法是否正确。(5) plc通讯：versapro支持串行和以太网方式与plc通讯。(6) 在线监视：在线监视和控制功能在参考显示表和变量显示表中被支持。(7) 错误表：错误系统中可提供plc错误表和i/o错误表。(8)

49、 信息窗口：用于在versapro中显示动作执行结果。b、versapro软件功能(1) 创建与plc逻辑和信息相关的文件夹。(2) 组态plc硬件即用于进行硬件点的配置包括网络参数的配置（如以态网ip地址的设定以及点的地址的分配,还有硬件类型的配置）。(3) 创建和编辑变更表。(4) 创建，编辑和监视执行的梯形图逻辑。(5) 创建motion程序。4.2.4 上位机组态软件此次用的上位机软件是ge fanuc 公司的 cimplicity软件，上位机软件是用于接收plc写入的数据和资源，同时通过控制按钮控制plc的操作程序。a、启动cimpilicity 软件为了创建一个新的本地或远程工程，

50、选择在cimplicity hmi菜单中的新建工程标，我们可以在一系列对话框中填写：填写工程类型，名字、协议及其路径;工程类型:可以创建的工程类型依赖于所安装的产品选项。例如:如果我们已经安装了hmi服务器选项，我们只可创建hmi服务器基本工程。b、创建一个新的工程启动cimplicity软件后，系统会自动探出一个对话框，如图4.3所示图4.3点击create键后系统生成如下图所示的对话框，继续下一步的操作其具体操作如下一步骤，如图4.4所示：图4.4(1)工程名称：即为这个工程的名字。例如：可以写“huarun”。(2)协议：可以从所有安装的选项中选择出对本工程有用的选项。(3)工程路径：使

51、用驱动器以及目录输入栏为你所要创建的工程的目录挑选一个目录路径如果你想要在你的网络上其它的磁盘上创建你的工程选择网络。来定义网络的路径。当你已经输入了你的信息后，选择创建。以偏创建新的工程或选择取消创建申请。当你选择创建。的以后，工程的组态将被创建并且工程属性对话框将打开以显示选项属性。(4)设置工程属性.工程属性对话框将被打开，我们可以：1)创建一个新的工程，并且从新建工程对话框中选择创建；2)从一个工程的工程菜单中选择属性；3)点按在工程工具条上的设置按钮，使用工程对话框选择或更改一个工程的一般和选项属性。在已经修改属性后，可以选择确定接受所做的修正，也可以选择取消关闭工程属性对话框不接受任何修改。(5)使用工程向导来实现这个新工程的初始的端口和设备以及数据的点的配置。过程如图4.5所示：图4.5经过上面一系列不步骤下图为初步建成的工程画面图，如图4.6所示：图4.6经过填写一系列的对话框一个新的控制工程的上位机组态工程就基本建立起来了。但是，新建的只是一个初步符合华润控制项目的空数据库，以下还有为数据库填写有关数据的具体而且细致的工作，例如建立控制点、增加控制设备、增加报警点等等。c、系统基本组态系统基本组态指完成对系统硬件构成的软件设置，如设置系统网络节点，冗余状况，控制周期；i