实验的七 DCS控制实验的系统地认识.docx

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实验的七DCS控制实验的系统地认识

实验七

DCS控制实验系统的认识

一、MACSDCS控制系统简介

MACS是和利时公司集多年的开发、工程经验设计的大型综合控制系统。

该系统采用了目前世界上先进的现场总线技术（ProfiBus-DP总线），对控制系统实现计算机监控，具有可靠性高，适用性强等优点，是一个完善、经济、可靠的控制系统。

1.1MACSDCS简介

MACS系统的体系结构如图7.1所示。

图7.1MACS系统的体系结构

和利时DCS系统FM系列硬件说明

系统中DCS的硬件组成：

主要由工程师站、操作员站、主控、端子模块和通讯网络组成。

1、工程师站

工程师站是配有系统组态软件的计算机，工程师站能够对应用系统进行功能组态，包括操作员站组态和控制器组态，并进行在线下装和在线调试，是工程师对工程实施各种控制策略和人机交互方式的工作平台。

2、操作员站

操作员站是配有实时监控软件和各种可配置的人机接口设备的计算机，完成对生产过程和现场参数的实时监视与操作。

操作员站可全面完成对现场工艺状况的显示、报警、打印、历史数据记录和再现及报表等功能。

工程师站和操作员站均运行在基于WindowsNT/2000构架的PC平台之上。

3、主控单元

冗余主控模块是整个FM系列硬件系统的控制单元，采用双机冗余配置，内部具有硬件构成的冗余切换电路和故障自检电路，是实施各种控制策略的平台，也是系统网络和控制网络之间的枢纽。

本实验室组网模式为一台主控控制天煌设备，另一台控制华晟7套设备，上层工业以太网组网连接，在各个操作员界面控制，更多的利用了主控。

4、I/O单元

FM系列硬件系统的智能I/O单元由置于主控机柜的I/O模块及对应端子模块共同构成，I/O模块与对应端子模块通过预制电缆连接，用于完成现场数据的采集、处理与驱动，实现现场数据的数字化。

每个I/O单元通过PROFIBUS-DP现场总线与主控单元建立通讯。

主控模块和I/O模块均支持带电热插拔功能。

5、通讯网络

系统网（SNET）是连接工程站/操作员站和主控单元等节点的实时通讯网络，用于工程师站/操作员站和主控单元之间的双向数据传输。

采用工业以太网冗余配置，可快速构建星型、环形或总线型拓扑结构的高速冗余的安全网络，符合IEEE802.3u标准，基于TCP/IP通讯协议，通讯速率10/100Mbps自适应，传输介质为带有RJ45连接器的5类非屏蔽双绞线。

控制网（CNET）是现场控制机柜的内部网络，实现控制机柜内的各个I/O模块和主控单元之间的互联和信息传送，采用PROFIBUS-DP现场总线与各个I/O模块及智能设备连接，实时、快速、高效的完成过程或现场通讯任务，符合IEC61158国际标准，最大通讯速率500kbps，传输介质为屏蔽双绞线。

系统网络和控制网络分别完成相对独立的数据采集和设备控制等功能，有效地隔离工业自动化和IT系统。

6、硬件设备清单

FM系列产品的硬件设备清单。

FM811－主控机

FM191－电源模块

FM131A－通用模块端子底座

FM143－8通道热电阻输入模块

FM148A－8通道电流型模拟量输入模块

FM151A－8通道电流型模拟量输出模块

FM171－16通道触电型开关量输入模块

SM710－8通道继电器型开关量输出模块

FM192-TR－终端匹配电阻

7、主控机FM811FM811MACS主控单元

1原理

FM811MACS主控单元为单元式模块化结构，它具备较强的数据处理能力和网络通信能力，是MACS系统现场控制站的核心单元。

FM811能够支持冗余的双网结构（以太网）。

通过以太网与MACS系统的服务器相连，FM811还有ProfiBus-DP现场总线接口，与MACS系统的I/O模块通信，主控单元自身为冗余设计，以提高系统的可靠性。

2结构

FM811MACS主控单元主要由以下几部分组成：

机壳、无源底板、CPU卡、100M以太网卡（三块）、FB193多功能卡、电源模块、FB121DP主站卡、FB194状态显示卡。

结构图如图7.2所示：

图7.2主控单元结构图

3性能指标

CPUIntelPentiumMMX233

内存32Mbyte168-PinDRAM

SSD（固态盘）8MbyteDiskOnChip

网络3路100M以太网（100Base-T）

1路ProfiBus-DP（最大通讯速率1.5Mbps）

看门狗时间0~3.329s可选

工作电源输入电压范围85~265VAC,47Hz~63Hz

最大输出+5V/20A，+12V/4A，-5V/0.3A，-12V/0.5A

电源功耗最大为200W

平均无故障时间216，700小时

运行温度0℃~45℃

储运湿度10%~90%，无冷凝

4使用说明，主控单元的前面板说明

主控单元的前面板如图7.3所示：

图7.3主控单元的前面板图

说明：

POWER（绿灯）

“亮”表示主控单元电源打开。

STANDBY（黄灯）

“亮”在双机系统中表示从机

RUN（绿灯）

“亮”表示主控单元处于在线运行状态，在双机系统中表示主机。

“闪”表示主控单元处于在线运行状态，在双机系统中表示从机。

ERROR（红灯）

“亮”表示主控单元运行错，“闪”表示无数据库。

SNET1（黄灯）

“亮”表示系统网（以太网）数据交换

SNET2（黄灯）

“亮”表示系统网（以太网）数据交换

CNET（黄灯）

“亮”表示主站与从站通讯（DP）正常

RNET（黄灯）

“亮”表示双机（以太网）数据交换

RESET

复位键

若出现其它状态，则为异常状态，应急时与系统管理人员联系

主控单元背面连接器说明

主控单元的背面板如图7.4所示：

图7.4主控单元的背面板图

1.2控制系统设置和初始化

在安装软件前需要对主控机笼上的地址拨码开关进行设置，将第1、3、5、6位拨至“ON”，则此地址代表的十进制数即为10，则Ａ机接口中128网段的IP地址为128.0.0.10，129网段的IP地址为129.0.0.10；

而此时B机接口中128网段的IP地址为128.0.0.138，129网段的IP地址为129.0.0.139，即128.0.0.（n+128）或129.0.0.（n+129）。

1.3系统接线和操作

由于我们提供的DCS具有足够的IO通道，所以一般IO全部是固定连接的。

使用者需注意这些通道连接的位置。

1.3.1DCS实验系统接线

1、总体接线：

7台A3000过控系统每台通过面板上的本地/远程拨钮把信号从两条12芯电缆把信号接到DCS控制柜的模块端，1台天煌设备模块在现场，直接通过DP总线连接本地模块到主控单元。

2具体模块接线如下

机柜里7个模拟量输入模块FM148A，每一块接一台A3000设备的输入。

从上到下从做到要排列依次为第一个模块接门口第1台设备，第二个模块接对面7号设备第三个模块接第2台设备，第四个模块接第3台设备，第五个模块接第5个设备，第六个模块接第4台设备，第七个模块接第6个设备。

每块的详细点如表1.3.1所示。

表1.3.1148A模块DCS通道配置

通道号

仪器位号

备注

AI0

备用

AI1

TE101

锅炉温度

AI2

LT101

液位

AI3

LT102

AI4

LT103

AI5

PT101

压力

AI6

FI101

流量

AI7

FI102

机柜里3个模拟量输出模块FM151A，如表1.3.2所示。

表1.3.2有DP无PA的DCS通道配置

模块

通道号

仪器位号

备注

第一个

151A

AO0

FV101

第1台设备调节阀

AO1

TR101

第1台设备变频器

AO2

BS101

第1台设备调压模块

AO3

FV701

第7台设备调节阀

AO4

TR701

第7台设备变频器

AO5

BS701

第7台设备调压模块

AO6

FV201

第2台设备调节阀

AO7

TR201

第2台设备变频器

第二个

151A

AO0

BS201

第2台设备调压模块

AO1

FV301

第3台设备调节阀

AO2

TR301

第3台设备变频器

AO3

BS301

第3台设备调压模块

AO4

FV501

第5台设备调节阀

AO5

TR501

第5台设备变频器

AO6

BS501

第5台设备调压模块

AO7

备用

第三个151A

AO0

FV401

第4台设备调节阀

AO1

TR401

第4台设备变频器

AO2

BS401

第4台设备调压模块

AO3

FV601

第6台设备调节阀

AO4

TR601

第6台设备变频器

AO5

BS601

第6台设备调压模块

AO6

备用

AO7

备用

机柜里有一个数字量输入模块，连接本地/远程的切换状态，第1-7通道分别对应1-7台A3000设备的切换状态。

天煌设备现场有3个模块，端子引出面板供学生插线方便，通过DP总线和前边DCS机柜主机通信。

本公司提供程序做实验插线规则如下。

模块

通道号

仪器位号

备注

第一个

148A

AI0

LT803

下水箱液位

AI1

LT802

中水箱液位

AI2

LT801

上水箱液位

AI3

备用

AI4

FI801

变频器支路流量

AI5

FI802

调节阀支路流量

AI6

FI803

滞后管流量

AI7

备用

第二个

143A

AI1

TE801

锅炉内胆温度

AI2

TE802

锅炉夹套温度

AI3

TE803

盘管温度1

AI4

TE804

盘管温度2

AI5

TE805

盘管温度3

AI6

TE806

上水箱温度

AI7

备用

AI8

备用

第三个151A

AO0

FV401

设备调节阀

AO1

TR401

设备变频器

AO2

BS401

设备调压模块

AO3

备用

AO4

备用

AO5

备用

AO6

备用

AO7

备用

1.3.2FM模块连线原理图

全部采用FM131端子。

1、FM148A8AI模块

FM148A8AI模块与FM131A底座连接构成完整的I/O模块，通过底座的接线端子连接现场信号。

模块的接线端的定义如图所示。

说明：

V+为+24V电源，GN为外接地；

C+、C-为通讯的正、负信号；

VCn为外供电电源+24V输出端（n＝0~7）；

Gn为输入信号公共端（n＝0~7）；

Vn+表示电压信号输入端（n＝0~7）；

In+表示电流信号输入端（n＝0~7）。

2、FM1518AO模块

FM151模块与FM131底座相连构成完整的IO单元，接线端子定义如图1.3.4所示。

图1.3.4接线端子定义

说明：

V+为+24V电源；GN为外接地；

C+、C-为通讯的正、负信号；

In+、In-表示电流信号输出端（n＝0~7）；

Vn+、Vn-表示电压信号输出端（n＝0~7）；

NC表示未用端子。

模拟量输出任一路接线如图1.3.5所示：

图1.3.5FM151任一路输出信号的连接（n＝0~7）

3、FM16116DI模块

FM161模块与FM131底座相连构成完整的IO单元，接线端子定义如图1.3.6所示。

图1.3.6接线端子定义图

说明：

V+为给模块供电的+24V电源，GN为供电电源的地；

C+、C-为通讯的正、负信号；

In+、In-表示开关的两个输入接点（n＝0~9）；

Пn+、Пn-表示开关的两个输入接点（n＝0~5）；

VC1为开关量输入通道0~7所需的24V电源的正端，VS1为开关量输入通道0~7所需的24V电源的负端；

VC2为开关量输入通道8~15所需的24V电源的正端，VS1为开关量输入通道8~15所需的24V电源的负端。

如图1.3.7所示。

图1.3.7FM161任一路输入信号的连接（n＝0~15）

把全部In+接IO面板的DICOM。

二、目的

1.通过本次实验能够达到对DCS控制系统有个初步认识

2.了解DCS控制系统结构图

三、实验设备

A3000高级过程控制实验系统、DCS控制系统、计算机

四、实验原理与介绍

仔细阅读DCS控制系统简介

五、实验内容及要求

1.实验前请认真阅读简介；

2.画出实验DCS控制系统的组成结构图。