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1、DCS 液位集散控制系统摘要集散控制系统（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。关键字：集散控制系统；微处理器；最优
2、化控制 DCS 液位集散控制系统目 录1. 概述 12.通用版及嵌入版 MCGS 组态软件 32.1 锅炉液位控制工程文件建立 32.2 锅炉液位控制画面设计 83.被控对象设计 123.1 实验装置简介 .123.2 被控对象特性说明（过程工艺分析） .133.3 被控对象的结构设计 .133.4 被控对象工艺流程图 .144.控制系统设计 144.1 控制系统原理分析及控制方案设计 .144.2 一次仪表选型设计 .154.3 DCS 选型设计 .185.DCS 组态设计.185.1 DCS 硬件组态设计 .185.2 DCS 软件组态设计 .195.3 DCS 系统闭环运行调试结果分析与
3、说明 .225.设计总结与体会 246.参考文献 25DCS 液位集散控制系统01. 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
4、过程控制中起着重要的作用。集散控制系统一般有以下四部分组成：现场控制级又称数据采集装置，主要是将过程非控变量进行数据采集和预处理，而且对实时数据进一步加工处理，供 CRT 操作站显示和打印，从而实现开环监视，并将采集到的数据传输到监控计算机。输出装置在有上位机的情况下，能以开关量或者模拟量信号的方式，向终端元件输出计算机控制命令。 这一个级别直接面对现场，跟现场过程相连。比如阀门、电机、各类传感器、变送器、执行机构等等。它们都是工业现场的基础设备、同样也是 DCS 的基础。在 DCS 系统中，这一级别的功能就是服从上位机发来的命令，同时向上位机反馈执行的情况。拿军队来举例的话，可以形容为最底层
5、的士兵。它们只要能准确地服从命令，并且准确地向上级汇报情况即完成使命。至于它与上位机交流，就是通过模拟信号或者现场总线的数字信号。由于模拟信号在传递的过程或多或少存在一些失真或者受到干扰，所以目前流行的是通过现场总线来进行 DCS 信号的传递。过程控制级又称现场控制单元或基本控制器，是 DCS 系统中的核心部分。生产工艺的调节都是靠它来实现。比如阀门的开闭调节、顺序控制、连续控制等等。上面说到现场控制级是“士兵” ，那么给它发号施令的就是过程控制级了。它接受现场控制级传来的信号，按照工艺要求进行控制规律运算，然后将结果作为控制信号发给现场控制级的设备。所以，过程控制级要具备聪明的大脑，能将“士
6、兵”反馈的军情进行分析，然后做出命令，以使“士兵”能打赢“战争” 。这个级别不是最高的，相当于军队里的“中尉” 。它也一样必须将现场的情况反馈给更高级别的“上校”也就是下面讲的过程管理级。过程管理级DCS 的人机接口装置，普遍配有高分辨率、大屏幕的色彩 CRT、操作者键盘、打印机、大容量存储器等。操作员通过操作站选择各种操作和监视生产情况、 这个级别是操作人员跟 DCS 交换信息的平台。是 DCS 的核心显示、操作跟管理装DCS 液位集散控制系统1置。操作人员通过操作站来监视和控制生产过程，可以通过屏幕了解到生产运行情况，了解每个过程变量的数字跟状态。这一级别在军队中算是很高的“上校”了。它所
7、掌握的“大权”可以根据需要随时进行手动自动切换、修改设定值，调整控制信号、操纵现场设备，以实现对生产过程的控制。经营管理级又称上位机，功能强、速度快、容量大。通过专门的通信接口与高速数据通路相连，综合监视系统各单元，管理全系统的所有信息。这是全厂自动化系统的最高一层。只有大规模的集散控制系统才具备这一级。相当于军队中的“元帅” ，他们所面向的使用者是厂长、经理、总工程师等行政管理或运行管理人员。 它的权限很大，可以监视各部门的运行情况，利用历史数据和实时数据预测可能发生的各种情况，从企业全局利益出发，帮助企业管理人员进行决策，帮助企业实现其计划目标。上世纪三四十年代，工业自动化装置采用的是分散
8、性控制系统。也就是所有设备都是独立运行，不联网控制。操作员根据生产需求进行计算后，将独立设备的特性调节到适合的程度，然后就开始工作。之后采用了气动、电动模拟仪表组成过程控制系统，实现了一定程度上的集中监视、操作和分散控制。较好的适应了工业生产的需求。可是，随着生产规模和复杂程度的不断提高，原有的控制系统显得滞后、笨重、繁冗，因为一台仪表只有一种控制规律，要实现某些复杂的控制就很困难。另外，控制仪表数量越来越多，用原来落后的仪表盘控制的话，控制盘越来越长，看得人眼睛都会花掉。最致命的就是老系统之间不便于实现通信，很难分级控制和综合管理。再一个就是它的系统变更比较麻烦，只有通过更换仪表和变更仪表连
9、线才能实现。第三次科技革命开始后，随着计算机技术的发展，人们开始尝试将计算机用于过程控制。试图利用计算机所具有的功能特点，来克服常规模拟仪表的局限性。但当时采用的办法是用一台计算机控制几十甚至上百个回路，这样做的危险性很高，如果计算机出现故障，会导致很严重的后果，这就是所谓的“危险集中” 。若采用双机双工系统，虽可以提高系统的可靠性，但成本太高，如果工厂的生产规模不大，则经济性很差，用户难以接受。直到上世纪 70 年代开始，随着计算机技术的日渐成熟，大规模集成电路及微处理器的诞生后，人们开始思考是否能将“危险分散” 。就是原来靠一台大计算机完成的“艰巨”任务，能否用几十台微处理来完成？这样的话
10、，即使某一处理器坏了，也不至于会“牵一发而动全身” ，从而使危险系数大大降低。答案是肯定的。至此 DCS 就诞生了。进入九十年代以后，计算机技术突飞猛进，更多新的技术被应用到了 DCS 之中。PLC 是一种针对顺序逻辑控制发展起来的电子设备，它主要用于代替不灵活而且笨重的继电器逻辑。现场总线技术在进入九十年代中期以后发展十分迅猛，以至于有些人已做出预测：基于现场总线的 FCS 将取代 DCS 成为控制系统的主角。DCS 液位集散控制系统2集散控制系统的特点 DCS 控制系统与常规模拟仪表及集中型计算机控制系统相比，具有很显著的特点。 1、系统构成灵活。从总体上看，DCS 就是由各个工作站通过网
11、络通信系统组网而成的。你可以把他想象成“因特网” 。根据生产需求，你可以随时加入或者撤去工作站。系统组态很灵活。 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。你可以想象成在因特网冲浪一样，你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。你可以把工作站想象成因特网上的各个网站，只要你在 DCS系统中，并且权限够大，你就能了解到你要的任何参数。 5、安装、调试方便。相比原先的模拟控制系统，那么多的飞线头，一大堆类似头发丝的电线，DCS 系统算是很方便了。 6、安全可靠性高
12、。DCS 系统的硬件结构 DCS 的硬件系统主要由集中操作管理装置、分散过程控制装置和通信接口设备等组成。通过通信网络将这些硬件设备连接起来，共同实现数据采集、分散控制和集中监视、操作及管理等功能。现场控制站现场控制站中的主要设备是现场控制单元。现场控制单元式 DCS 直接与生产过程进行信息交互的 IO 处理系统，它的主要任务是进行数据采集及处理，对被控对象实施闭环反馈控制、顺序控制和批量控制。用户可以根据不同的应用需求，选择配置不同的现场控制单元构成现场控制站。它可以是以面向连续生产的过程控制为主，辅以顺序逻辑控制，构成的一个可以实现多种复杂控制方案的现场控制站；也可以是以顺序控制、连锁控制
13、功能为主的现场控制站；还可以是一个对大批量过程信号进行总体信息采集的现场控制站。现场控制站是一个可以独立运行的计算机检测控制系统。由于它是专为过程检测、控制而设计的通用型设备，所以其机柜、电源、输入输出通道和控制计算机等，与一般的计算机系统有所不同。2.通用版及嵌入版 MCGS 组态软件目标：应用通用版及嵌入版 MCGS 组态软件基本功能进行简单项目设计、仿真运行。2.1 锅炉液位控制工程文件建立终极目标：能建立 MCGS 新工程。DCS 液位集散控制系统3促成目标：1）掌握 MCGS 组态软件的安装与运行方法。2）能进行工程分析，建立工程文件。2.1.1 工作任务建立水位控制系统工程文件。2
14、.1.2 能力训练MCGS (Monitor and Control Generated System，通用监控系统)是一套用于快速构造和生成计算机监控系统的组态软件，充分利用了 Windows 图形功能完备、界面一致性好、易学易用的特点，比以往使用专用机开发的工业控制系统更具有通用性，在自动化领域有着更广泛的应用。MCGS 的安装1）启动Windows。2）在相应的驱动器中插入光盘。插入光盘后会自动弹出MCGS安装程序窗口（如没有窗口弹出，则从Windows的“开始”菜单中，选择“运行.”命令，运行光盘中AutoRun.exe文件），MCGS安装程序窗口如图2-2所示：3）在安装程序窗口中选
15、择“安装MCGS组态软件通用版”，启动安装程序开始安装。安装程序将提示指定安装目录，用户不指定时，系统缺省安装到D:MCGS目录下，如图2-1所示：图 2-1 安装程序安装过程大约要持续数分钟，MCGS系统文件安装完成后，安装程序要建立象标群组和安装数据库引擎，这一过程可能持续几分钟，请耐心等待。4）安装完成后，安装程序将弹出“设置完成”对话框，上面有两个复选框，“是，我现在要重新启动计算机”和“不，我将梢后重新启动计算机”。一般在计算机上初次安装时需要选择重新启动计算机，如图2-2，按下“结束”按钮，操作系统重新启动，完成安装。如果选择“不，我将梢后重新启动计算机”，点击“结束”，系统将弹出
16、警告提示，提醒“请重新启动计算机后再运行MCGS组态软件”。DCS 液位集散控制系统4图2-2 安装完成对话窗口5）安装完成后，Windows操作系统的桌面上添加了如图所示的两个图标，分别用于启动。MCGS组态环境和运行环境：图2-3 MCGS桌面图标同时，Windows开始菜单中也添加了相应的MCGS程序组，如图2-4所示。MCGS程序组包括五项：MCGS组态环境、MCGS运行环境、MCGS电子文档、MCGS自述文件以及卸载MCGS组态软件。运行环境和组态环境为软件的主体程序，自述文件描述了软件发行时的最后信息，MCGS电子文档则包含了有关MCGS最新的帮助信息。图2-4 MCGS程序组MCGS的运行方式1）MCGS系统分为组态环境和运行环境两个部分。可执行文件McgsSet.exe对应于MCGS系统的组态环境，可执行文件McgsRun.exe对应于MCGS系统的运行环境。2）MCGS系统安装完成后，在用户指定的目录（或系统缺省目录D:MCGS）下DCS 液位集散控制系统5创建有三个子目录：Program、Samples和Work。
