DMC生产过程自动控制系统

如浙大中控的ｗｅｂＦｉｅｌｄＥＣＳ．１００系统如下图所示，硬件结构包括：现场仪表层、控制单元层、工厂车间层和企业管理层。

图１．１新大中控ＷｅｂＦｉｅｌｄＥＣＳ·１００系统ＷｅｂＦｉｅｌｄＥＣＳ．１００控制系统，是浙大中控在继承ＪＸ．３００、ＪＸ．３００Ｘ技术的基础上，为适应网络技术的发展，特别是Ｉｎｔｅｒｎｅｔ、Ｗｅｂ技术的发展，同时融合了最新的现场总线技术、嵌入式软件技术、先进控制技术与网络技术，推出的新一代基于网络技术的控制系统。

ＷｅｂＦｉｅｌｄＥＣＳ．１００控制系统采用新型的网络化结构，突破了传统控制系统的层次模型，实现了与多种总线的兼容以及与第三方异构系统的统一综合集成。

ＷｅｂＦｉｅｌｄＥＣＳ．１００基于网络技术的控制系统，真正实现了工业自动化系统的网络化、智能化、数字化。

１．２国内中小型化工工程自动化的现状我国化工产业９５％以上是中小型企业，随着国外大型化工企业相继进入我国，这些中小化工企业在市场竞争中已处于十分不利的地位。

我国化工产业必须进行新一轮产业结构调整，加速中小型企业自动化水平提升，集聚发展大型企业和化工园区，以提升我国化工产业在国际市场的整体竞争实力。

我国化工产业与世界化工产业差距甚大。

据最新出版的《中国化学工业年鉴》介绍，２０００年全国化学工业总产值为５８１２．４８亿元，企业数量为１２４９９家，平均每家企业产值只有４６５０万元，并散布在全国所有的省（市、自治区）。

我国化工企业规模小，化工产品结构不合理，中低档产品较多，附加值低，没有形成产业链发展格局，市场竞争力差，不适应经济可持续发展要求，与国外化工产业的差距在ｌＯ～２０年之间。

近年来，国外大型化工企业纷纷进入我国市图３．２ＤＭＣ生产过程技术智能化系统开发根据要求，ＤＭＣ生产过程共有９９个现场参数需要进入智能化系统中，包括３１４－温度、２８个液位、１４个压力和２６个流量；这些信号目前均已经在控制室的仪表显示柜上集中显示，分布在５个仪表柜上。

目前这些仪表显示的参数能够反应生产过程中的实时状况，但无法存储，生产过程只要有瞬间扰动，显示仪表难以捕捉和数据记忆。

另外在２４ｄ，时连续生产时，工作人员必须时刻关注所有仪表的数据显示和部分液位报警状态，面对显示仪表数码管的红色和绿色的发光型显示模式，劳动强度很大，也容易产生疲劳。

因此上述９９个参数要送入计算机系统，必须从控制柜中取信号，原控制柜的接线图比较简单，虽然能反映接线原理，但不够全面，所以原接线状态需要改接。

本次接线改造必须在不影响２４时正常的生产情况下进行的。

３．３系统可靠性分析及防爆措施信号数字化部分选用的是高可靠的自动化硬件体系。

采用基于研华ＡＤＡＭ５０００Ｅ的分布式数据采集模块。

Ｉ／０模块可以配置为电压、电流、热电偶、热电阻等不同类型输入的ＡＤＡＭ５０１７输入模块和ＡＤＡＭ５０５６输出模块。

其ＭＴＢＦ（平均故障时间间隔）分别为：ＡＤＡＭＳ０００Ｅ：１２６４５７小时＝１４．４３６年，ＡＤＡＭ５０１７：４１１６３０小时＝４６．９９０年，ＡＤＡＭ５０５６：４４７４３６小时＝５１．０７７年。

ＡＤＡＭ５０００Ｅ能通过多通道Ｉ／Ｏ模块进行数据采集和过程监控。

这样可以使用同一软件支持不同的应用，从而节省用户的费用。

配置Ｉ／Ｏ模块的ＡＤＡＭ５０００Ｅ系统在计算机支持下完成现场设备与主机之间的所有软件处理，包括信号的调理、图３．７软件线性化３．５ＤＭＣ的通信体系信号的远距离传送是集中控制的基础，信号数字化传送和网络通信是当今综合自动化的命脉，是实现多层控制设备间的信息交换，使控制和管理信息能按需要向各方向传送的保障。

本系统鉴于是对ＤＭＣ系统的自动化提升，构建仪表室和工程师站的通信网络。

该网络应能及时传送现场过程信息和操作管理信息。

信息的传送室在生产过程中进行的，信息传送的正确与否直接关系到产品质量和设备及人身安全。

由于大多数生产过程是连续进行的，信息传送不能中断，这就对通信可靠性的要求更为严格。

本系统采用的是比较普遍的ＲＳ一４８５串行方式，ＲＳ４８５通讯协议系统使用屏蔽双绞线进行数据发送和接受。

双绞线使信号的传输更加稳定、可靠，并能抑制通信线路上的噪音。

这种布线方式安装简单，减少了电缆、接口、通信中继器的滤波器的使用，使整个网络的成本降低。

此外，它具有传输距离远、传输速率高的特点，非常适合于工业应用。

图３．８ＤＭＣ串行通讯系统ＲＳ．２３２、ＲＳ．４２２与ＲＳ．４８５都是串行数据接口标准，最初都是由电子工业协会制定并发布的，为改进ＲＳ－２３２通信距离短、速率低的缺点，ＲＳ．４２２定义了一种平衡通信接口，将传输速率提高到１０ｂ／ｓ，传输距离延长到４０００英尺，并允许在一条平衡总线上连接最多１０个接收器。

ＲＳ．４２２是一种单机发送、多机接收的单向、平衡传输规范。

为扩展应用范围，电子工业协会又于１９８３年在ＲＳ．４２２基础上制定了ＲＳ．４８５标准，增加了多点、双向通信能力，即允许多个发送器连接到同一条总线上，同时增加了发送器的驱动能力和冲突保护特性，扩展了总线共模范围。

所谓节点数，即每个ＲＳ－４８５接口芯片的驱动器能驱动多个标准ＲＳ．４８５负载。

根据规定，标准ＲＳ．４８５接口的输入阻抗为耋１２Ｋｎ，相应的标准驱动节点数为３２。

为适应更多节点的通信场合，有些芯片的输入阻抗设计成１／２负载（茎２４Ｋｎ）、１／４负载（耋４８Ｋｎ）甚至１／８负载（耋９６Ｋｎ），相应的节点数可增加到６４、１２８和２５６。

ＲＳ．４８５接口可连接成半双工和全双工两种通信方式。

在通信过程中，有两种因素会导致信号反射：阻抗不连续和阻抗不匹配。

阻抗不连续是指信号在传输线末端突然遇到电缆阻抗很小甚至没有，信号在这个地方就会引起反射，这种信号反射的原理，与光从一种媒质进入另一种媒质要引起反射是相似的。

消除这种反射方法就必须在电缆的末端跨接一个与电缆特性阻抗同样大小的终端电阻，使电缆的阻抗连续。

由于信号在电缆上的传输使双向的，因此，在通信电缆的另一断可跨接一个同样大小的终端电阻。

从理论上分析，在传输电缆的末端只要跨接了与电缆特性阻抗相匹配的终端电阻，就再也不会出现信号反射现象。

但是，在现实应用中，由于传输电缆的特性阻抗与通讯波特率等应用环境有关，特性阻抗不可能与终端电阻完全相等，因此多少信号的反射还会存在。

这种引起信号反射的另一个原因使数据收发器与传输电缆之间的阻抗不匹配。

这种原因引起的反射，主要表现在通信线路处在空图４．１ＤＭＣ生产工艺图４．２．２本系统组态软件具体实现建立人机界面主要包括设计图形界面、构造数据库：Ｉ／Ｏ串口通讯、建立动画连接和构造数据库。

本论文设计主要是要反映出生产的工艺流程，并实时显示数据并保存以便工程人员进行监控，并在此基础上对软件的系统功能进行扩展，增加控制算法组态，远程监控和视频监控组态。

（１）设计图形界面：控制系统的实时监测的实现很大部分取决于图形界面。

用户可以为每个应用程序建立数目不限的画面，在每个画面上生成互相关联的静态或动态图形对象。

本系统中设计从总工艺图到各个塔位的局部工艺图，清晰的反映在电脑屏幕上，运用一个屏幕，将该工艺段的参数全部显示出来。

组态王提供的强大的绘图工具及图库，还提供按钮、实时趋势曲线、历史趋势曲线、报警窗口等复杂的图形对象。

组态王采用面向对象的编程技术，使用户可以方便地建立画面的图形界面。

用户构图时可以像搭积木那样利用系统提供的图形对象完成整个ＤＭＣ控制系统的图形界面。

（２）构造数据库Ｉ／Ｏ串口通讯数据库是“组态王”最核心的部分。

在ＴＯＵＣＨＶＥＷ运行时，工业现场的生产状况要以动画的形式反映在屏幕上，同时工程人员在计算机前发布的指令也要迅速送达生产现场，所有这一切都是以实时数据库为中介环节，所以说数据库是联系上位机和下位机的桥梁。

数据库中变量的集合形象地称为“数据词典”，数据词典记录了所有用户可使用的数据变量的详细信息。

在组态王软件中数据库分为：实时数据库和历史数据库。

组态王中定义的变量与一般程序设计语言定义的变量有很大的不同，既能满足程序设计的一般需要，又考虑到工控软件的特殊需要。

数据库中存放的是自定义的变量以及系统预定义的变量。

变量可以分为基本类型和特殊类型两大类。

基本类型的变量又分为“内存变量”和“Ｉ／Ｏ变量”两类。

１１０变量指的是可以与外部数据采集程序直接进行数据交换的变量，如下位机数据采集设备（如ＰＬＣ，数据采集卡等１或其他应用程序（如ＤＤＥ、ＯＰＣ服务器等）。

这种数据交换是双向的、动态的，就是说：在“组态王”系统运行过程中，每当Ｉ／Ｏ变量的值改变时，该值就会自动写入下位机或其它应用程序；每当下位机或应用程序中的值改变时，“组态王”系统中的变量值也会自动更新。

所以，那些从下位机采集来的数据、发送给下位机的指令等变量，都需要设置成Ｉ／Ｏ变量。

组态王中Ｉ／Ｏ变量的定义如图４．２所示，翻４．２Ｉ／０变量的定义而那些不需要和其它应用程序交换数据、也不需要从下位机获得的数据、只在“组态王”内需要的变量，比如计算过程的中间变量，就可以设置成“内存变量”。

特殊变量类型有报警窗口变量、报警组变量、历史趋势陆线变量、时间变量四种。

这几种特殊类型的变量下是体现了“组态王”系统面向工控软件、自动生成人机接口的特色。

组态王支持的硬件设备包括：可编程控制器（ＰＬＣ）、智能模块、板卡、智能仪表等。

工程人员可以把每一台下位机看作一种设备，他不必关心具体的图４．３高压精馏塔Ｔ３０３报警窗口如图４．３所示，为高压精馏塔Ｔ３０３的报警画面，在数据词典中就可以定义参数的上下报警限，但是由于实际生产中往往要修改高低限，因此在报警画面中根据工程师的权限可以修改高低限。

而且报警灯也可以通过下图的动画连接实现闪烁报警提示，如图４．４所示，图４．４报警灯动画连接（５）运行和调试组态王工程浏览器内嵌画面制作开发系统，生成人机界面工程。

画面制作开发系统中设计开发的画面工程在ＴｏｕｃｈＶｉｅｗ运行环境中运行。

开发和运行环境各自独立，一个工程可以同时被编辑和运行，这时对于工程的调试是非常方便的。

控件（６）控件功能控件实际上时可重用的对象，用来执行专门的任务。

每个控件实质上都是一个微型的程序，但不是一个独立的程序，通过控件的属性、方法等控制控件的外观和行为，接受输入并提供输出。

组态王６．５支持Ｗｉｎｄｏｗｓ标准的ＡｃｔｉｖｅＸ控件（主要为可视控件），包括Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ提供的标准ＡｃｔｉｖｅＸ控件和用户自制的ＡｃｔｉｖｅＸ控件。

用户可以灵活地编制一个符合自身需要的控件，或调用一个已有的标准控件，来完成一项复杂的任务，而无须在组态王中做大量的复杂的工作。

一般的ＡｃｔｉｖｅＸ控件都具有属性、方法、事件，用户通过控件的这些属性、事件、方法来完成工作。

组态王新增三个功能强大的控件，即数据表格控件（可将０ＤＢＣ数据源里的大量数据在组态王中进行显示和打印）；历史曲线控件（可动态增删曲线，进行曲线比较，并且数据来源可以是ＯＤＢＣ数据源）：ＰＩＤ调节控件（对过程量进行闭环控制，可实现三种ＰＩＤ控制算法：标准型，归一参数型，和近似微分型）。