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1、xxx毕业设计1 绪论1.1 设计概述水泥生产工艺复杂，设备联锁众多，各种检测信号相互影响，如果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。如果生产线上的任何一台设备出现电气故障停机，将影响整个生产线的运行，严重时会发生压料、堵料，给生产带来很大的损失在分布式控制系统（DCS）日益向工业渗透的今天，对这种多工况进行集散控制已是行业所急，由此，本设计设计了一个多级分布式集中控制系统，可对水泥生产线进行实时控制和监测管理。系统结构如图1所示：系统在总体上是纵向分层、横向分散的结构，系统从结构上可分为厂长管理级、工程师管理级、操作员管理级、过程控制级和现场设备级。图1系统原理图该系统总体设
2、计的指导思想是技术先进、生产可靠、节省投资、提高效益。基于这种思想该生产线采用了PLC型集散控制系统，完成了从生料进窑到熟料入库的整条生产线的自动控制。采用集散控制后，真正做到分散控制、集中管理、危险分散。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，随时了解生产情况。通过对数据的统计和分析提出新工艺，新方法，以不断提高水泥的产量和质量。水泥配料是水泥生产的关键环节,配料质量的好坏直接影响水泥的产量和质量。DCS 技术的引入,大
3、大提高了水泥配料质量,提高了水泥产量和质量。目前各水泥生产厂家几乎均采用了水泥配料自动控制技术,但目前的微机配料控制系统存在以下问题:(1) 采用传统的控制方式,检测和控制环节多,故障率高。(2) 采用模拟信号传送和控制,控制精度不高。传统的配料控制系统中,传感器信号(模拟信号) 从现场传至A/ D 设备,这段距离短则几十米,长则几百米,信号很易受到干扰或发生畸变。控制信号首先经由D/ A 设备,也以模拟信号的形式传到现场。(3) 系统采用的计算机软硬件技术落后,功能不强,系统不易扩展。目前相当一部分的配料控制系统仍采用单片机,软件采用汇编语言或其它编程语言而成,大多仍基于DCS 环境。(4)
4、 系统孤立运行,无法与别的系统(例如,DCS系统) 连接,等等。因此,我们在水泥厂采用DCS 控制系统,开发水泥配料DCS 控制系统,在提高水泥配料质量的同时,使系统更易于操作维护、更可靠地安全运行,以达到优质、高产、低消耗、安全文明生产和高劳动生产率的目的。本控制系统充分利用了现有的PLC技术、现场总线技术和计算机网络通讯技术等先进技术，吸收了其它同类控制系统的优点，具有结构开放，组态灵活，控制功能完善，操作简单规范等显著特点大大提高了生产和管理的自动化水平，减少了故障的发生率，提高了劳动生产效率。本系统在府谷水泥厂自投入运行以来，结果令人满意，各项指标均满足技术要求，在水泥自动化生产线系统
5、中具有推广价值。1.2目的和意义目前，从世界范围看，集散控制系统以其高可靠、高性能、分散控制、集中管理以及合理的价格而成为工业控制的一大趋势。本系统投入运行以来，结果令人满意，各项指标均满足技术要求；系统功能强大，全汉化操作界面，在线组态，形象直观，易于操作；保证了现场运行的安全可靠性，为现场操作人员创造了高效率的工作环境，实现了较为先进的过程控制和管理技术水平；系统自动化程度高、运行稳定，能极大的减少工人的劳动强度，提高劳动生产率，在水泥自动化生产线系统中具有推广价值。实践证明，采用DCS控制系统是顺应工业现代化发展趋势的，也为企业带来了巨大的经济效益和社会效益。2集散控制系统2.1集散控制
6、系统的概述集散控制系统（Distributed control system）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。DCS系统在现代化生产过程控制中起着重要的作用。图1-1是集散控制系统的组成框图。它是一种典型的分级分布式控
7、制结构。管理计算机完成制定生产计划、产品管理、财务管理、人员管理以及工艺流程管理的功能，以实现生产过程的静态最优化。监控计算机通过协调个控制器的工作，达到过程的动态最优化。基木控制器则完成过程的现场控制任务。CRT操作站是显示操作装置，完成人一控制系统一过程的接口任务。数据采集器用来收集现场控制信息和过程变化的信息。1723管理计算机基本控制器数据采集器数据操作板基本控制器CRT操作站监督计算机 高速数据总线工程过程现场图1-1集散控制系统框图2.2集散控制系统的特点（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，你可以随时加入或者撤去工作站。系
8、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。可以监视生产装置乃至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。只要在DCS系统中权限够大，就能了解到任何参数。（5）安装、调试方便。相比原先的模拟控制系统，DCS系统算是很方便了。（6）安全可靠性高。2.3水泥厂集散控制系统介绍系统分为过程站和操作站，主要有过程站、操作站、现场站和编程器等组成，并且可以与外部计算机通讯，构成工厂管理系统。过程站是一个可编程过程控制站，可用于逻辑控制、顺序控制和调节控制等，过程站的编程软件是采用组态
9、化软件。操作站是一种高性能的操作管理站，它可以完成以下任务：执行用户定义的工艺过程显示、标准显示、趋势曲线显示和报表。用于操作的人机对话功能。故障报警和事件显示。趋势曲线的历史记录。控制系统的状态显示。设计用户显示画面。打印报警和事件列表，拷贝显示画面。现场站是远程站，其作用是实现现场数据参数的采集及执行。编程器的作用主要是用于设计和修改应用程序及数据库，它可以在线或离线编程。编程器通过总线，借助于网络号和接点号与挂在总线上的管理站和控制站通讯。3 数据传输系统3.1通信系统组成3.1.1通信系统模型传输信息所需的一切技术设备的总和称为通信系统。通信系统的一般模型如图3-1所示。通信系统有以下
10、几部分组成:3信息源收信者接收设备传输媒介发送设备干扰图3-1通信系统的一般模型（1）信息源和收信者 根据信息源输出信号的性质不同可分为模拟信源和离散信源。模拟信源输出连续幅度的信号:离散信源输出离散的符号序列或文字。模拟信源可通过抽样和量化变换成离散信源。（2）发送设备 发送设备的基本功能是将信源和传输媒介匹配起来，即将信源产生的信号变换为便于传送的信号形式，送往传输媒介。调制是最常见的变换方式。对于数字通信系统来说，发送设备常常由可分为信道编码与信源编码两部分。信源编码将连续信号变换成数字信号;而信道编码则是使数字信号与传输媒介匹配，提高传输的可靠性和有效性。发送设备还包括为达到特殊处理所
11、要求的各种处理，如多路复用、保密处理、纠错处理等。（3）传输媒介从发送设备到接收设备之间信号传输所经过的媒介。当数据通过媒介时必然将引入干扰，如热噪声、脉冲干扰、衰落等。媒介的固有特性和干扰特性直接关系到变换的选取。（4）接收设备接收设备的基本功能是完成发送设备的反变换，即进行解码、译码、解密等。它的任务是从带有干扰的信号中正确恢复出原始信息来，对于多路复成用信号，还包括解除多路复用，实现正确的分路。以上所述是单向通信系统，但在大多数场合下，信源兼为收信者，通信的双方需要随时交换信息，因而需要双向通信。此外，通信系统除完成信息传递外，还必须进行信息的交换，传输系统和交换系统共同组成了一个完整的
12、通信系统，乃至通信网络。3.1.2通信系统的性能度量通信的任务是传递信息，因此传输信息的有效性和可靠性是通信系统最主要的质量指标。有效性是指在给定信道内能传输的信息内容的多少，而可靠性是只接收信息的准确程度。这两者是相互矛盾而又相互联系的，通常是可以互换的。模拟通信系统的有效性可用有效传输频带来度量，同样的消息用不同的调制方式，则需要不同的频带宽度。可靠性用接收端最终输出信噪比来度量。对于数字通信系统，有效性可用信息传输速率来衡量。二进制数字消息的信息速率用b/s(比特/秒)作单位。比特(bit)是信息量单位，当二进制数字0、1取值等概率时，传送一个二进制数字其信息量就等于1 bit。信息速率
13、常称比特率。显然，当信道一定时，信息速率愈高，有效性也就愈好。为了提高有效性，可以采用多进制传输，此时每个码元携带的信息量超过1 bit。若码元速率为RS，信息速率为Rb，每个码元有N种可能采用的符号，则它们之间的关系为: （式3-1）数字通信系统的可靠性可用错误率来衡量。误码率Pb=错误比特数/传输总比特数 （式3-2）误码元率PS=错误码元数/传输总码元数 （式3-3）有时将误比特率称为误信率，误码元率称为误符号率。3.1.3数据传输系统的主要技术（1）传输信道传输信道指的是以传输媒质为基础的信号通路，它是传输数据的物质基础。信道特性的好坏，对传输系统及系统各部分的设计具有决定性的影响。因
14、此设计数据传输系统的第一步就是要选择合适的信道，并详细地调查了解。信道的特征。数据传输最常用的信道分有线和无线两种。信道既给数据传输以通路，又给数据传输以限制。由于各种实际因素，信道提供的频带总是有限的，信道特性总是不完善的。数据信号通过信道时，往往发生振幅失真和相位失真，从而产生波形失真。除失真外，信号功率也由于信道的损耗而下降。而且，数据信号还被信道中一切不需要的和不确定的电扰动所损害，这些扰动称为噪声或干扰。信道对信号的某些损害可以设法消除或补偿，但噪声或干扰对信号的影响不能完全消除，因此，从这个意义上说，传输系统设计的主要目标是尽可能地抑制噪声或干扰的不良作用。常见的对信道的描述有二进
15、制对称信道模型(BSC)和修正二进制对称信道(GBSC)，本设计的误码率计算也以这两个模型为准，其后还给出香农公式及信道容量。2二进制对称信道模型(BSC )由于目前在信道中传输的数据序列基木上是二进制序列，因此在信道中产生的错误不外乎是0错成1或1错成0。但无论哪一种错误，在差错序列中这一位的取值均为1。如果0错成1和1错成0的概率相等，则我们称这种信道为对称二进制信道(BSC)。如果信道又是随机的，则我们称它为随机二进制对称信道。一般情况下，若无特别说明，就用BSC来表示随机二进制对称信道，它是最早提出的一个信道模型。如图3-1所示。 1-Pe1-PePePe0011图3-1 BSC信道模型该信道模型中只有一个参数Pe，它就是0错成1或1错成0的概率，称为信道转移概率，也就是人们常说的误码率。由于BSC模型完全由一个参数Pe确定，在进行统计和计算时特别简便，并且也基本上符合某些实际信道的差错特性，故该信道模型用得非常广泛，往往以它为基础来计算各种差错控制方式和各种纠错码的性能。在BSC中，对于
