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1、第五章精馏塔物料平衡控制DCS系统设计5.1 DCS系统硬件设计JX-300X DCS系统的硬件配置包括：通信系统：通信系统是选择DCS系统的 关键环节之一。随着计算机网络通信技术的发展和市场的需求，大多数DCS系统都 以开放系统为标准来设计其通信系统。人-机接口：人-机接口是DCS系统的操作 站部分。接口单元：这里的接口单元是指DCS系统与本系统之外产品的接口单元。 主要有DCS系统与上位计算机的接口，与气相工业色谱的接口及与可编程控制器的 接口。 高可靠性是过程控制系统的第一要求。冗余技术是计算机系统可靠性设计中常采用 的一种技术，是提高计算机系统可靠性的最有效方法之一。控制系统从结构上充
2、分 地采用了冗余技术。本系统对于主控卡XP243X、数据转发卡XP233、重要1/O点对 应的 I/O 卡件、网络通讯等都设计了 1:1冗余，采用冗余结构不仅能避免控制系统 的局部故障扩大事故，保证机组安全稳定运行，同时也保证设备故障的在线排除， 从而消除事故隐患。本系统的卡件备用硬件实时监听工作硬件信息，内部数据实时 与工作硬件保持一致，一旦工作硬件出现故障，备用硬件即可随时参与工作，不存 在切换问题，也就避免了切换时对系统造成的扰动。本系统配置如图 4.1 所示。系 统安装完成后可使用 ping 指令进行调试，使其设备间彼此都实现通讯。脱丁烷塔测点不是很多，经过整理得到实际测点15个，其中
3、AI点6个，AO 点7个,DI点1 个, DO点1个，据此得出系统硬件配置，如表5.1所示。表 5.1 系统硬件配置序号名称型号|单位数量1I/O机笼SP211个12数据转发卡SP233块23主控制卡SP243X块24电源箱机笼SP251个1个25电源电流信号输入卡SP251-1块46电流信号输入卡SP313块47模拟量输出卡SP322块18触点型开关输入卡SP363块19晶体管触点开关量输出卡SP362块110开关量转接端子板SP590块611空卡SP000个112操作员键盘SP032个113机柜SP202块214Scnet网卡SP02315DELL/GX-260台1操作站主机台1161=1
4、 :且口DELL,P1130显示器17立式操作台SP071厶 口118集线器SP423个25.2 DCS系统的组态设计5.2.1 I/O 组态确定了系统的硬件配置，这样可以开始进行主机设置。该系统测点较少，需要一个控制站，一个操作站、工程师站，分别命名为 OS130ES130。图5.1主机设置主机设置完成以后，可以进行控制站的I/O组态，I/O组态主要包括下面的一 些内容：1. 数据转发卡设置2. I/O卡件设置3. 信号点设置数据转发卡组态是对某一控制站内部的数据转发卡在SBUS-S2网络上的地址以 及卡件的冗余情况等参数进行组态。根据本例的项目配置，可知，控制站中只有一对冗余的数据转发卡，
5、即数据转 发卡要和主控制卡放在同一个1/O机笼，对于放置了主控制卡的机笼，必须将该机 笼的数据转发卡的地址设置成00和01。所以在地址栏中，需要填写的地址为“00”。 型号为SP233。本例中系统采用的数据转发卡为冗余配置，这样与地址为“00”的数据转发卡 冗余的那块卡件就不必重新设置了，系统会根据冗余规则自动识别该机笼的另一块数据转发卡的地址“ 01”接下来为I/O卡件设计，根据表5.1硬件配置，设计机笼装置表，见表5.2：表5.2机笼装置表1234000102030405060708091011121314 115 :1冗余冗余冗余冗余冗余冗余SSSSSSSSSSSSSSSSSSSSPPP
6、PPPPPPPPPPPPPPPPP !122223333333333000000443311112222660000003X3X333333222232000000 i图5.3 I/O卡件组态如将当前选定的I/O卡件设为冗余单元，设为冗余单元的I/O卡件不再进行下 步的信号点组态。地址定义当前I/O卡件在SBUS网上的地址，地址值0009。I/O卡件的组态地址应与它在机笼中的槽位编号相匹配，并且地址编号不可重复。类 型单击类型框右部的下拉式按钮选中当前组态I/O卡件的类型。JX-300XP DCS提供 多种I/O卡件以供用户选择。I/O输入对话框的I/O卡件表中列出了挂接在当前数据转发卡下已组
7、态的I/O卡件的各项设置，可在其中选定某一 I/O卡件进行I/O点的组态。各个信号点的参数 属性、趋势、报警等信息都可以再I/O点组态对话框中进行设置。电流信号输入卡 的各点信息如图5.4所示：图5.4信号点组态I/O类型项选定当前信号点信号的输入/输出类型，类型包括：模拟信号输入（AI）、模拟信号输出（AO）、开关信号输入（DI）、开关信号输入（DO）、脉冲信 号输入（PI）五种类型。地址项定义指定信号点在当前I/O卡件上的编号。信号点 的编号应与信号接入I/O卡件的接口编号匹配，不可重复使用。不同的I/O卡件可 接的信号点数不同，因此它们的地址数也不同。信号点参数设置组态依据信号点输入/输
8、出（I/O）类型的不同，可分为模拟量输 入信号点组态、模拟量输出信号点组态、开关量输入信号点组态、开关量输出信号 点组态、脉冲量输入信号点组态五个不同的组态对话框。组态软件将根据用户的设 定，自动决定进入哪个对话框进行组态。对模拟输入信号，控制站根据信号特征及用户设定的要求做一定的输入处理， 系统依据组态的设定要求，逐次进行温压补偿、滤波、开方、报警、累积等处理。 经过输入处理的信号已经转化为一个无单位的百分型信号量，即无因次信号。 在位 号项填入当前信号点在系统中的位号。每个信号点在系统中的位号应是唯一的。操作站的软件都是通过位号来引用信号点。当信号需加报警时，选中报警项，打开其后的上上限/
9、下下限、上限/下限、报警 死区和报警等级六项。在上上限/下下限、上限/下限各项中填入适当报警限值，各项 数值当然应有上上限上限下限下下限，且在信号量程内。在报警死区项中填 入死区的大小，在报警等级项中填入该信号的报警优先级。在报警处理中加入报警 死区是因为如果信号在小范围内会频繁波动，那么当信号接近报警限时，系统将出 现频繁的报警而给操作带来不必要的麻烦，为避免此类情况的发生，需在报警处理 中加入报警死区处理，死区的大小取决于信号频繁波动范围的大小。模拟量输出信号输出的是一个控制阀位（即阀门开度）的百分量信号。输出信 号制为II型或III型。控制阀的特性为气开阀或气闭阀。图5.5模拟量输出设置
10、开入信号是数字信号，开/关状态表述（ON/0FF状态描述、0N/0FF颜色），分别对开关量信号的开（0N） /关（OFF）状态进行描述和颜色定义。当信号需加报警时，打开其后的报警状态、报警描述和报警颜色项。图5.6开关量输出设置开关量输出信号是数字信号，开/关状态表述（ON/OFF状态描述、ON/OFF颜 色），分别对开关量信号的开（ON） /关（OFF）状态进行描述和颜色定义。当信号 需加报警时，可打开其报警状态、报警描述和报警颜色项。通过软件组态，可以使卡件响应频率型或累积型输入信号。卡件在对频率型或累 积型信号进行处理时，都可以计算出输入信号的瞬时值与累积值。脉冲量信号有频率型、累积型两
11、种类型。当信号频率较高（一般在2KHz以上）， 同时工艺对瞬时流量精度要求高的场合，应选用频率型（当信号频率较低（2KHz 以下），同时工艺对总流量累积精度要求高的场合，应选用累积型。累积型、频率型 的选择只是使卡件执行不同的算法，在监控画面中显示的只有瞬时流量，需要累积 量时，还须选择累积，并填写正确的累积系数。在选择“累积型”时，由于输入频率 低，瞬时流量在计算时会有抖动，导致瞬时流量精度较差。5.2.2控制方案组态完成系统I/O组态后，就可以进行系统的控制方案组态。控制方案组态分为常规控制方案组态和通过图形组态编写的用户自定义控制方案组态。本次设计单回路统一采用自定义回路组态，其对话框和
12、回路信息输入如下图所示:图5.7回路输入对话框当把所有的回路信息输入完成之后，即可进行控制算法的组态。在图像编程中 建立FBD段落，调用辅助模块库的控制模块，简单设置模块参数即可完成回路组态。下图所示为单回路功能块:BSCXPYMVSwAMSiwNegSwETSEV3VESVKPTITJKV1AOiSwTVTV图5.8单回路功能块该模块是对在自定义回路中声明的单回路进行定义，确定它的输入输出，组成 一个控制回路。所要控制的对象做为系统的输入（PV）,回路的输出（MV）到能够改 变控制对象值的执行机构上。将它在自定义回路中所对应的位号组入监控画面中， 可在监控画面中对其进行参数设置。该模块是PI
13、D单回路控制模块，流程图5.8所 示：寿豊辽1 iEE- .mg?田口他 昨边_Xi t* J OSa卒。EB归网刘.+-1咽由凸札图5.10单回路回路组态该流程塔压分程回路采用图形组态，组态图如下：（补）图5.11塔压分程回路5.2.3监控画面组态操作站上监控操作画面的组态有成为操作组态，是面向操作人员的PC操作平 台的定义。它主要包括标准画面组态、流程图登录、报表登录、自定义键组态、语 音报警组态五部分。在进行操作组态前，必须先进行系统单元登录及控制组态，只 有当这些组态信息已经存在，操作组态才有意义。监控登陆画面如图4.15所示。系统标准画面组态是指对系统已定义格式的标准操作画面进行组态。包括总貌 画面、趋势曲线、控制分组、数据一览四种操作画面的组态。系统总貌画面是为了系统观察、操作方便，将需要观察、操作的控制组、趋势 图、流程图、仪表数据等组织起来，形成的一个系统监控目录。系统的趋势曲线画面可以显示登录数据的历史趋势。在此项中可以指定当前页 中所有趋势曲线共同的记录周期。同一趋势画面中的所有趋势曲线必须有相同的记 录周期，时间单位秒。记录周期必须为整数秒，取值范围为13600。系统的仪表分组画面可以实时显示登录仪表的当前状态。系统的数据一览
