分散控制系统组态设计及开发.docx
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分散控制系统组态设计及开发
沈阳工程学院自动化学院
创新实践训练
（DCS方向）
项目名称分散控制系统组态设计及开发
系别自动化系班级
学生姓名学号
指导教师职称教授、副教授、讲师、讲师
任务下达时间：
2015年10月19日
起止日期：
2015年10月19日起——至2015年11月6日止
系部主任2015年10月16日批准
DCS创新实践训练任务书
一.创新实践训练项目:
分散控制系统组态设计及开发
二.创新实践训练目的:
学会使用和利时DCS软件MACSV的组态过程基本操作与应用以及操作员站画面设计。
掌握infi90分散控制系统的硬件组成，学会硬件查线。
并了解功能块程序库中常用功能块的使用，学会运用baileywintools上机组态，并进行编译、修改、下载、调试、监视。
训练学生综合运用所学知识解决工程实际问题的能力，通过撰写实训报告培养学生书写技术说明书的能力。
三.创新实践训练内容:
1、学习和利时DCS软件MACSV的基本操作过程。
2、掌握MACSV的组态过程、仿真设计，及操作员站的画面设计、动画设计。
3、infi90DCS的硬件查线，掌握infi90的硬件结构，形成硬件结构图。
4、熟悉infi90DCS功能块库，并会分析程序1：
三层电梯自动往返的组态。
5、会用infi90组态工具baileywintools上机组态、并编译、下载、调试，实现对程序1：
三层电梯自动往返的功能组态调试。
6、学会用功能块开发设计程序，设计出程序2：
三层电梯的层要功能组态。
7、实现对上述程序2的组态、编译、下载、调试。
8、撰写实训报告。
四.所用设备:
软件：
MACSV软件，infi90组态工具baileywintools。
硬件：
和利时DCS系统设备，infi90DCS设备，三层电梯模型及相关设备
五.创新实践训练时间安排:
任务
备注
10.19
熟悉MACS系统结构及硬件
10.20
学习MACSV系统软件新建工程及设备组态
10.21
上机练习
10.22
数据库组态及数据站算法组态
练习
10.23
上机练习
10.26
控制器算法组态
10.27
上机练习组态
10.28
练习图形组态与动画设计
10.29
infi90分散控制系统的硬件查线、查硬件资料
10.30
熟悉infi90分散控制系统功能块库，会分析组态
11.2
掌握baileywintools的应用，会上机画程序1组态图，并编译
11.3
学会编译并查出错误，改错、存盘,
11.4
同理，上机画程序2组态图，并编译,下载组态程序2，并调试
11.5
解决调试中出现的问题
11.6
撰写实训报告。
六．参考文献
[1]李友善自动控制原理北京：
机械工业出版社1981
[2]王常力集散控制系统选型与应用清华大学出版社1996
[3]方康玲过程控制系统武汉：
武汉大学出版社2002
[4]高伟计算机控制系统中国电力出版社2004.4
[5]谢建军等600MW火电机组培训材料仪控分册中国电力出版社2006
[6]华能伊敏电厂DCS设计说明（初版）
[7]infi90分散控制系统资料校内出版
[8]MACS软件手册
沈阳工程学院自动化学院
DCS创新实践训练成绩评定表
系（部）：
自动化班级：
学生姓名：
指导教师1评审意见
评价
内容
具体要求
权重
评分
加权分
工作态度
及工作量
工作努力，遵守纪律；出勤情况良好。
按期圆满完成规定的任务，工作量饱满，难度较大。
0.4
5
4
3
2
分析与解决问题的能力
能运用所学知识和技能去发现与解决实际问题；能正确处理实验数据；能对课题进行理论分析，并得出正确结论。
0.4
5
4
3
2
创新
工作中有创新意识，或有独特见解。
0.1
5
4
3
2
说明书规范程度
说明书立论正确，论述充分，结论严谨合理，文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，图表完备，书写工整规范。
0.1
5
4
3
2
指导教师1评审成绩
（加权分合计乘以10）
分
加权分合计
指导教师签名：
年月日
指导教师2评审意见
评价
内容
具体要求
权重
评分
加权分
工作态度
及工作量
工作努力，遵守纪律；出勤情况良好。
按期圆满完成规定的任务，工作量饱满，难度较大。
0.4
5
4
3
2
分析与解决问题的能力
能运用所学知识和技能去发现与解决实际问题；能正确处理实验数据；能对课题进行理论分析，并得出正确结论。
0.4
5
4
3
2
创新
工作中有创新意识，或有独特见解。
0.1
5
4
3
2
说明书规范程度
说明书立论正确，论述充分，结论严谨合理，文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，图表完备，书写工整规范。
0.1
5
4
3
2
指导教师2评审成绩
（加权分合计乘以10）
分
加权分合计
指导教师签名：
年月日
DCS创新实践训练总评成绩
分
摘要
本文简要介绍了和利时DCS的MACS系统的组成及结构并通过MACS软件组态基本操作与应用设计出除氧给水系统组态图。
简单介绍了INFI-90分散控制系统的硬件组成，功能块原理及应用，在此基础上分析组态、开发设计程序，运用BaileyWintools上机组态进行编译、调试、下载、监视实现三层电梯自动往返的功能组态和三层电梯的层要功能。
该分散控制系统组态设计及开发经过分析调试取得令人满意的效果。
关键词和利时，MACS，INFI-90，电梯，DCS
引言
自动控制是指在没有人直接参与的情况下，利用控制装置使被控对象的某一物理量（或工作状态）自动地按照预定的规律运行（或变化）。
这种在无人直接参与的情况下，由自动化仪表和装置来控制生产过程的办法就称为过程自动化。
生产过程自动化是科技发展的必然趋势，是工业生产技术的一场革命；生产过程自动化彻底改变了原始落后的生产状态，可以代替人的重复性劳动，摆脱繁重、脏乱的环境，保障设备及人身安全，减轻劳动强度，改善劳动条件。
生产过程自动化能够提高产品的质量和产量，使能源合理的使用和分配，降低能源消耗，延长设备使用寿命，从而获得最好的经济效益[1]。
DCS即集散型控制系统，又称分布式控制系统（DistributedControlSystem）。
它的主要基础是4C技术，即:
计算机－Computer、控制－Control、通信－Communication、CRT显示技术。
DCS系统通过某种通信网络将分布在工业现场附近的现场控制站和控制中心的操作员站及工程师站等连接起来，以完成对现场生产设备的分散控制和集中操作管理。
DCS自1975年问世以来已经历了近三十年的时间，其可靠性、实用性不断提高，功能日益增强。
如控制器的处理能力、网络通讯能力、控制算法、画面显示及综合管理能力等。
DCS系统过去只应用在少数大型企业的控制系统中，但随着4C技术及软件技术的迅猛发展，到目前已经在电力、石油、化工、制药、冶金、建材等众多行业得到了广泛的应用，特别是电力、石化这样的行业。
目前，一套使用户满意的DCS系统应该具备系统具备开放的体系结构，可以提供多层的开放数据接口；系统应具备强大的处理功能，并提供方便的组态复杂控制系统的能力与用户自主开发专用高级控制算法的支持能力；系统应支持多种现场总线标准以便适应未来的扩充需要；系统应高可靠、维修方便、工艺先进、价格合理[2-3]。
本文利用和利时MACS及INFI-90分散控制系统为开发工具为平台，熟悉其中的硬件结构和了解工作原理，进行对分散控制系统的功能进行分析，编译程序且通过现场设备的练习和调试，达到熟练掌握分散控制系统设备应用能力和综合运用所学知识解决工程实际问题的能力。
1HOLLIAS—MACS系统的组成及结构
HOLLiAS—MACS系统是由以太网和使用现场总线技术的控制网络连接的各工程师站、操作员站、现场控制站、通讯控制站、数据服务器组成的综合自动化系统，完成大型、中型分布式控制系统（DCS）、大型数据采集监控系统（SCADA）功能。
如图1.1所示
图1.1HOLLIAS—MACS系统的组成及结构图
1.1HOLLiAS—MACS系统中“站”
1）HOLLiAS—MACS系统中“站”的概念：
是系统结构中的一个组成环节、物理上的一套独立设备、网络中的一个通信节点、在系统功能中完成某一类特定的处理任务。
HOLLiAS—MACS系统中“站”的包括：
工程师站；操作员站（站号为50～79）；通讯站；服务器（站号为0）；现场控制站（站号为10～49）。
2）HOLLiAS—MACS系统中各“站”的功能
a）工程师站
工程师站运行相应的组态管理程序，对整个系统进行集中控制和管理。
工程师站主要有以下功能：
组态（包括系统硬件设备、数据库、控制算法、图形、报表）和相关系统参数的设置；现场控制站的下装和在线调试，服务器、操作员站的下装；在工程师站上运行操作员站实时监控程序后，可以把工程师站作为操作员站使用。
b）操作员站
操作员站运行相应的实时监控程序，对整个系统进行监视和控制。
操作员站主要完成以下功能：
各种监视信息的显示、查询和打印，主要有工艺流程图显示、趋势显示、参数列表显示、报警监视、日志查询、系统设备监视等；通过键盘、鼠标或触摸屏等人机设备，通过命令和参数的修改，实现对系统的人工干预，如在线参数修改、控制调节等。
c）服务器
服务器运行相应的管理程序，对整个系统的实时数据和历史数据进行管理。
d）现场控制站
现场控制站运行相应的实时控制程序，对现场进行控制和管理。
现场控制站主要运行工程师站所下装的控制程序，进行工程单位变换、数据采集和控制输出、控制运算等。
1.2HOLLiAS—MACS系统中的“网络”
HOLLiAS—MACS系统中的“网络”包括:
监控网络MNET、系统网络SNET、控制网络CNET。
1）监控网络MNET
监控网络MNET特点：
冗余高速以太网链路；使用五类屏蔽双绞线或光纤将各个通讯节点连接到中心交换机上；节点有工程师站、操作员站、服务站；采用TCP/IP通讯协议。
监控网络上各个节点用固定分配的IP地址进行标识。
为实现监控网络的冗余，网中每个节点的主机都配有两块以太网卡，一般在工程上将两块以太网卡分别连接到130网段和131网段的交换机上。
监控网络的前两位IP地址分别为130.0和131.0，后两位则可以自行定义。
2）系统网络SNET
系统网络SNET的特点：
速工业以太网；采用HSIE通讯协议；使用五类屏蔽双绞线或光纤将各个通讯节点连接到中心交换机上；节点有服务站、现场控制站。
3）控制网络CNET
控制网络CNET特点：
位于现场控制站内部；Profibus-DP现场总线；采用带屏蔽的双绞铜线连接；节点主要有DP主站（主控单元）和DP从站（智能I/O单元）；完成实时输入/输出数据和从站设备诊断信息的传送；站地址为0-125。
系统I/O站总线采用了先进的现场总线技术ProfiBus-DP总线，I/O站的主控单元如FM801为ProfiBus-DP主站，I/O输入/输出模块如FM系列模块为ProfiBus-DP从站。
主/从站及他们之间的连接件构成了完整的ProfiBus-DP总线网络。
网络配置（包括主/从站数量传输数率传输距离等）的优化，在保证系统的正确、快速工作的前提下，可大大提高系统稳定性[8]。
1.3HOLLiAS-MACS系统的软件体系结构
HOLLiAS—MACS系统的软件分为：
1）组态软件；
2）操作员站运行软件；
3）服务器运行软件；
4）现场控制站运行软件。
运算数据
下装
控制算法文件
保存数据
下装
服务监视和修改数据
软件
法和数据库文件
下装
监视和修改数据
图形、报表文件
图1.2软件体系结构图
2HOLLIAS—MACS系统组态软件
HOLLIAS—MACS系统组态软件使用步骤：
1）新建工程（数据库总控）：
在正式进行应用工程的组态之前，必须针对该应用工程建立一个工程名，新建工程后变啊新建起了该工程的数据目录
2）硬件配置（设备组态）：
在新建工程中定义应用工程的硬件配置
3）数据库定义（数据库总控）:
定义和编辑工程中应用到的各站的点信息，这是形成整个应用系统的基础
数据库基本编译（数据库总站）：
在设备组态编译成功的基础上，数据可编译完成后可以进行数据库的基本编译
4）数据站控制算法组态（数据站算法组态）：
是用来编制数据站算法程序的
5）控制器算法工程生成（数据库总站）：
在数据站控制算法工程编译和数据库基本编译成功之后可以进行数据库联编，生成控制器算法工程
6）控制器控制算法组态（控制器算法组态）：
是用来编制控制器算法程序及下装控制器的
7）制作报表（报表组态）：
用来制作反映现场工艺数据的报表
8）绘制图形（图形组态）：
用来绘制工艺流程图的
9）生成下装工程文件（数据库总控）：
生成下装文件
10）登入控制器，将工程下装到主控单元（控制器算法组态）
11）下装数据站、操作站（工程师在线下装）
12）运行程序并在线调试
3INFI-90分散控制系统主要设备及结构
infi-90分散控制系统是美国Bailey公司1987年推出的产品，Bailey公司后被ABB收购，后者于九十代末期推出Symphony系统，成为融过程控制和企业管理为一身的新一代分布式过程控制系统。
该系统的组成：
PCU、OIS、CIU/PCI、SAC/DLS。
INFI网环能带多达250个节点，多个子环通过就地和远程接口与主环连接，每个子环多达250个节点，一个主环最多连接250个子环，整个系统最多可以带62500个节点的能力[7]。
图3.1INFI-90环结构
1）过程控制单元（PCU）
系统的核心部件，其主要功能有：
闭环模拟量控制（MCS）、顺序逻辑控制（SCS）、数据采集（DAS）和通信功能。
柜中：
模件安装单元（MMU）、端子安装单元（TMU）、电源安装单元（PMU）。
MMU中的模件类型：
电源模件、智能模件（主模件、通信模件、组态调整模件等）和子模件。
2）运行员操作站（OIS）
a）程监视和控制；
b）报警管理；
c）系统状态及诊断；
d）系统组态及调整。
3）计算机接口（PCI）
a）计算机接口的组成包括：
环路接口模件（LIM）总线转换模件（BTM）和厂环至计算机的转换模件（PCT）。
b）能包括：
数据采集、组态、过程控制。
4）厂区通讯环路：
冗余的双股电缆。
500K波特，支持63个节点，节点间最大距离2000米。
5）模拟控制站（SAC）：
盘装设备、监视和控制一个回路、手/自动切换。
6）数字逻辑站（DLS）：
盘装设备、按钮操作、灯指示。
4使用功能块介绍
1）功能码--“与”
1-功能码37（2输入）
2-功能码38（4输入）
图4.1“与”功能码
说明：
用来实现逻辑“与”功能，只有全部输入都是逻辑1时，输出是逻辑1。
2）功能码--“或”
1-功能码39（2输入）
2-功能码40（4输入）
图4.2“或”功能码
说明：
实现“或”功能，如果输入至少为逻辑1，则输出逻辑1。
3）功能码34--记忆
图4.3记忆触发器
说明：
该功能码在输入S1、S2都是逻辑0时，记忆它以前的输出。
S1是“S”（设置）的输入，S2是“R”（复位）的输入。
当这两个输入都是1时，输出为S4所指定的超驰状态。
S3是初始化状态。
在电源合上或模件复位之后，按S3规定值输出。
4）功能码83--数字输出组
图4.4数字输出组功能码
说明：
功能块把一个八位输出的组写到IMDS014或IMDS015数字子模件。
5）功能码84--数字输入组
图4.5数字输入组功能码
说明：
该数字输入组从IMDSI12、IMDSM13、IMDSI14、IMDSI15或IMDSI22数字子模件读一组八位输入值。
5INFI-90软件组态方法及步骤
1）新建文件夹
在E盘下载新建文件夹，并命名（此下以2B072为例）
2）打开ModuleToolsExecutive软件
点击开始菜单—程序—BaileyWintools—Toolset出现WintollsLauncher图框—点击第二个彩色图标。
3）建立工程
出现ModuleToolsExecutive图框—点击File—New—e:
\电梯控制—aa.prj（新建）—点击确定（注：
若打开已存在的文件，则点open）。
4）ProjectInformation设置
出现ProjectInformation图框
Location:
E
Description:
（对组态方案进行简单描述）
点击OK
5）JobInfo图框设置
CustomerName:
（用户名）；
Plantsite:
（厂址）；
CantractingFirm:
（合同）；
BaileyJobNum:
（工作号）；
CustOrderNum1:
（用户序列号）；
CustOrderNum2:
（用户序列号）；
点击OK。
6）节点地址设置
返回到ModuleTollsExecutive图框；
点击菜单栏Progect中AddLoop—输入Loop:
1—点击OK；
点击菜单栏Loop中addPCU—输入PCU:
11—OK；
点击菜单栏PCU中addModule—输入Module:
19；
7）组态图描述
出现ModuleInfo—Loop:
1PCU:
11Module:
19图框；
ModuleFilenamePrefix:
11119（由5.6的Module地址设置生成）；
ConfigurationPescription:
（组态描述）；
ModuleType:
MFP01firmwareRevision:
F;
ModuleID:
DA;
DrawingTitle:
（组态图标题）；
DrawingNumber:
（图编号）。
8）打开画图软件
方法一：
在WintoolsLanucher图框中点击第四个彩色图标—点击菜单栏File—New—e:
\ZB072\1\11\P19\M19—打开11119.mhd文件。
方法二：
在ModuleTollsExecution图框中点击菜单栏Module中addsheet.。
出现SheetRevision图框；
EnterSheetandRevision；
{01a}中输入01B—点击OK。
6三层电梯层要选择功能控制原理及逻辑组态图
6.1电梯自动往返功能实现及逻辑组态图
工作原理：
当按下启动按钮是电梯能自动在1-3层之间自动往返（间隔5S）。
当按下停止按钮时，电梯停止，假设此时电梯处于第一层，按下启动按钮，电梯第一层的限位开关接触，1780输出为1有效，经过功能码40是1803为1有效，功能码37，S2=1输出为1经过定时器（5S后）作为1输入，或输出18213=1，1810=1，输入“与”功能码38的S2=1，S3=1，因为按下启动按钮RS触发器S1=1，输出为1并与S1相连及S3=1,又由于1782处于常开，所以S1=0，S2初始为0，即两输入“或”功能码39输出1806=0，4输入“与”为0，1807=0经过非逻辑1808=1，S1=1，S3=1，S4悬空所以电梯上升，1807功能码38输出是1814的S3=0，是电梯不能处于下降状态，由于按钮和各层之间的限位开关都是数字量，且某信号哦都是瞬时的，所以程序中采用RS触发器来保持所要使用的信号，通过个层的开关指示灯能知电梯所处的位置。
见附录图2。
6.2三层电梯实现功能
该分散控制系统设计实现了三层电梯通过各层的按钮可以在三层中任意一层停留，并通过组态画面实行仿真监控的功能。
见附录图3。
6.3三层电梯功能实现原理
表6.1主要模件块号分配及参数设置
功能码
块号
规格
DLS接口（87）
1709
S1=10
数字逻辑站DLS（88）
1770--1788
S1=101
数字输入组DIGRP（84）
1800--1888
S1=12、S2=1、S3=1
数字输出组DOGRP（83）
2010
S1=11、S2=110、S3=1
1）三层电梯上升：
a）一楼至二楼：
条件中一楼限位闭合即DIGRP（1800）=1和二楼按钮按下即DLS（1771）=1输出到功能码与（1990）作为输入使输出为1使接触器RS（1995）的S1至1，电梯开始上升；当电梯到达二楼，此时二楼的限位DIGRP（1881）=1闭合同时RS触发器（1995）=1输入给功能码与（2002）=1使接触器RS（1996）的S2=1，实现复位则电梯停止上升。
b）一楼至三楼：
条件中一楼限位闭合即DIGRP（1800）=1和三楼按钮按下即DLS（1772）=1输出到功能码与（1991）作为输入使输出为1使接触器RS（1996）的S1至1，电梯开始上升；当电梯到达三楼，此时三楼的限位DIGRP（1882）=1闭合使接触器RS（1996）的S2=1，实现复位则电梯停止上升。
c）二楼至三楼：
条件中二楼限位闭合即DIGRP（1801）=1和三楼按钮按下即DLS（1772）=1输出到功能码与（1992）作为输入使输出为1使接触器RS（1997）的S1至1，电梯开始上升；当电梯到达三楼，此时三楼的限位DIGRP（1882）=1闭合使接触器RS（1997）的S2=1，实现复位则电梯停止上升。
2）三层电梯下降：
a）三楼至二楼：
条件中三楼限位闭合即DIGRP（1802）=1和二楼按钮按下即DLS（1771）=1输出到功能码与（1993）作为输入使输出为1使接触器RS（1998）的S1至1，电梯开始下降；当电梯到达二楼，此时二楼的限位DIGRP（1881）=1闭合同时RS触发器（1998）=1输入给功能码与（2003）=1使接触器RS（1998）的S2=1，实现复位则电梯停止下降。
b）三楼至一楼：
条件中三楼限位闭合即DIGRP（1802）=1和一楼按钮按下即DLS（1770）=1输出到功能码与（1994）作为输入使输出为1使接触器RS（1999）的S1至1，电梯开始下降；当电梯到达一楼，此时一楼的限位DIGRP（1880）=1闭合接触器RS（1999）的S2=1，实现复位则电梯停止下降。
c）二楼至一楼：
条件中二楼限位闭合即DIGRP（1801）=1和一楼按钮按下即DLS（1770）=1输出到功能码与（1995）作为输入使输出为1使接触器RS（2000）的S1至1，电梯开始下降；当电梯到达一楼，此时一楼的限位DIGRP（1880）=1闭合接触器RS（2000）的S2=1，实现复位则电梯停止下降。
6.4画图注意事项
1）一条线不要画两次；
2）有交叉时要打上节点；
3）该参数时，选择要改变的对象，在Foretion进行；
4）编译后查看记事本确定是否有错误信息和
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