(精华)THFCS-1型现场总线过程控制系统
《现场总线控制系统》课件
智能建筑环境监控系统
总结词
智能建筑环境监控系统是利用现场总线 技术实现对建筑内部环境参数的实时监 测和控制的系统，以提高建筑能源利用 效率和居住舒适度。
VS
详细描述
在智能建筑环境监控系统中，现场总线技 术被用于连接各类传感器和执行器，实现 环境参数的实时监测和控制。通过现场总 线控制系统，可以实现对建筑内的温度、 湿度、光照、空气质量等参数的自动调节 ，提高居住舒适度和建筑能源利用效率。
系统安全与隐私保护问题
总结词
随着现场总线控制系统的广泛应用，系统的 安全和隐私保护问题将越来越重要。
详细描述
现场总线控制系统涉及到大量的工业数据和 敏感信息，因此系统的安全性和隐私保护能 力至关重要。未来需要加强系统的安全防护 ，采用更加先进的数据加密、身份验证等技
术，确保系统的安全稳定运行。
标准化与互操作性问题
THANKS
02
现场总线控制系统的组成
现场总线设备
传感器和执行器
用于采集和执行控制动作，是系统的基本单元。
网关和路由器
用于连接不同总线类型，实现数据转换和路由。
控制系统
基于现场总线技术的控制系统，如PLC、DCS等。
通信协议
协议标准
如PROFIBUS、Modbus等，定义了通信规 则、数据格式和传输方式。
06
现场总线控制系统的未来发
展与挑战
新技术与新标准的出现
总结词
随着科技的不断进步，现场总线控制系统将迎来更多新的技 术和标准。
详细描述
随着物联网、人工智能等技术的快速发展，现场总线控制系 统将与这些技术深度融合，形成更加智能、高效的控制系统 。同时，新的标准也将不断涌现，为系统的发展提供更加规 范和完善的指导。
自动控制系统综合实验综 合 实 验 报 告
综合实验报告实验名称自动控制系统综合实验题目指导教师设计起止日期2013年1月7日～1月18日系别自动化学院控制工程系专业自动化学生姓名班级 学号成绩前言自动控制系统综合实验是在完成了自控理论，检测技术和仪表，过程控制系统等课程后的一次综合训练。
要求同学在给定的时间内利用前期学过的知识和技术在过程控制实验室的现有设备上，基于mcgs组态软件或step7、wincc组态软件设计一个监控系统，完成相应参数的控制。
在设计工作中，学会查阅资料、设计、调试、分析、撰写报告等，达到综合能力培养的目的。
目录前言 (1)第一章、设计题目 (2)第二章、系统概述 (2)第一节、实验装置的组成 (2)第二节、MCGS组态软件 (7)第三章、系统软件设计 (10)实时数据库 (10)设备窗口 (12)运行策略 (15)用户窗口 (17)主控窗口 (26)第四章、系统在线仿真调试 (27)第五章、课程设计总结 (34)第六章、附录 (34)附录一、宇光智能仪表通讯规则 (34)第一章、设计题目题目1 单容水箱液位定值控制系统选择上小水箱、上大水箱或下水箱作为被测对象，实现对其液位的定值控制。
实验所需设备：THPCA T-2型现场总线控制系统实验装置（常规仪表侧），水箱装置，AT-1挂件，智能仪表，485通信线缆一根（或者如果用数据采集卡做，AT-4 挂件，AT-1挂件、PCL通讯线一根）。
实验所需软件：MCGS组态软件要求：1.用MCGS软件设计开发，包括用户界面组态、设备组态、数据库组态、策略组态等，连接电路，实现单容水箱的液位定值控制；2.施加扰动后，经过一段调节时间，液位应仍稳定在原设定值；3.改变设定值，经过一段调节时间，液位应稳定在新的设定值。
第二章、系统概述第一节、实验装置的组成一、被控对象1．水箱：包括上水箱、下水箱和储水箱。
上、下水箱采用淡蓝色优质有机玻璃，不但坚实耐用，而且透明度高，便于学生直接观察液位的变化和记录结果。
THSMS-A型,THSMS-1型可编程控制器实验系统V2.0
THSMS-A型,THSMS-1型可编程控制器实验
系统V2.0
网络型可编程掌握器试验系统是在THSMS-A型,THSMS-1型可编程掌握器试验系统V2.0的基础上增加了网络功能设置，详细依据所需网络而定。
网络型的系统软件其主要的网络可分为：MPI通讯、PPI通讯，PORFIBUS-DP工业现场总线，工业以太网，无线以太网，调制解调器网络，自由端口通讯。
等等。
THSMS-A型,THSMS-1型可编程掌握器试验系统V2.0是利用plc与MCGS组态的概念开发的一套软件，具有试验演示的同步动态跟踪功能。
系统主要有以下一些功能。
（一）系统管理
用户只能凭密码登录后才能操作软件，拒绝非法登录。
用户可以修改密码，登录用户分管理员、老师和同学。
管理员具有管理其它用户的权利，能使用软件的全部功能；老师能使用软件的大部分功能（除了管理用户）；同学只能使用软件的部分功能，但无权使用通讯功能。
（二）状态显示
分为设备状态显示，登录用户显示，当前时间显示和累计运行时间显示等。
（三）试验演示
软件内部为每个试验都建立了试验模型，能逼真、客观、动态演示PLC的程序。
假如PLC程序正确，软件演示的结果就正确；假如PLC 程序有错，软件演示的将显示错误的结果。
从演示效果可以看出PLC 程序的对错。
（四）软件的调用
依据试验的需要，在试验时要用到其他的软件，可在软件调用窗口正确书写所需软件的路径，点击确认，即可便利地调用。
（五）输入输出显示
能实时显示I0.0～I1.5，Q0.0～Q1.1共24点的状态。
（六）关心菜单
针对初次使用的用户有简明的使用关心。
(精华)THFCS-1型现场总线过程控制系统
4、总线控制柜 总线控制柜有以下几部分构成：
直流电源：采用直流稳压电源，给主控单元和DP从站供电。 控制站：控制站主要包含CPU、DP/PA耦合器、分布式I/O DP从站和变频器DP从站构成。 温度变送器： PA温度变送器把PT100的检测信号转化为数 字量后传送给DP链路。
5、系统特点
（4）控制器 控制器采用SIEMENS公司的S7400 CPU，型号为4123H，本CPU既具有能进行多点通讯功能的MPI接口，又具有 PROFIBUS-DP通讯功能的DP通讯接口。 （5）静音式空气压缩机 用于给气动调节阀提供气源，电动机的动力通过三角胶 带传带动空压机曲轴旋转，经连杆带动活塞做往复运动，使 汽缸、活塞、阀组所组成的密闭空间容积产生周期变化，完 成吸气、压缩、排气的空气压缩过程，压缩空气经绕有冷却 翅片的排气铜管、单向阀进入储气罐。 空压机设有气量自动调节系统，当储气罐内的气压超过 额定排气压力时，压力开关会自动切断电源使空压机自动停 止工作，当储气罐内的气体压力因外部设备的使用而下降到 额定排压以下0.2-0.3Mpa时，气压开关自动复位，空压机又 重新工作，使储气罐内压缩空气压力保持在一定范围内。
将通讯驱动程序添加到WINCC项目中之后，就会在WINCC 资源管理器中列出在变量管理器下与内部变量相邻的子条目。
（2）通道单元 变量管理器中的通讯驱动程序条目包含一些子条目，这 就是通常所说的通讯驱动程序的通道单元，每个通道单元构 成一个确定的从属硬件驱动程序,PC通讯模块的接口必须对 通道单元寻址的通讯模块进行定义。 在系统参数对话框中定义通讯模块。通过右键单击相应 的通讯连接条目，从弹出式菜单中选择“系统参数”来打开 对话框，其操作如下图所示。
(1) 打开step7
FCS现场总线控制系统
FCS系统美国陆军的未来战斗系统（Future Combat Systems—FCS),是由众多系统组成的跨军兵种联网系统。
在这个巨大的系统中，包含有18个独立的子系统。
在这18个独立的子系统中包括大量无人单位。
FCS:现场总线控制系统（Fieldbus Control System)计算机和网络技术的飞速发展，引起了自动化控制系统结构的变革，一种世界上最新型的控制系统即现场总线控制系统（Fieldbus Control System，FCS）在上世纪九十年代走向实用化，并正以迅猛的势头快速发展。
现场总线控制系统是目前自动化技术中的一个热点，正越来越受到国内外自动化设备制造商与用户的关注。
现场总线控制系统的出现，将给自动化领域在过程控制系统上带来又一次革命，其深度和广度将超过历史的任何一次，从而开创自动化的新纪元。
FCS可以说是第五代过程控制系统，是由PLC（Programmable Logic Controller）或DCS（Distributed Control System）发展而来的。
FCS与PLC及DCS之间有千丝万缕的联系，又存在着本质的差异。
本文针对PLC、DCS、FCS三大控制系统的特点、性能和差异作一分析。
1 PLC、DCS、FCS三大控制系统的基本特点目前，在连续型流程生产工业过程控制中，有三大控制系统，即PLC、DCS和FCS。
它们各自的基本特点如下：1.1 PLC（1）从开关量控制发展到顺序控制、运算处理，是从下往上的。
（2）逻辑控制、定时控制、计数控制、步进(顺序)控制、连续PID 控制、数据控制――PLC具有数据处理能力、通信和联网等多功能。
（3）可用一台PC机为主站，多台同型PLC为从站。
（4）也可一台PLC为主站，多台同型PLC为从站，构成PLC网络。
这比用PC机作主站方便之处是：有用户编程时，不必知道通信协议，只要按说明书格式写就行。
（5）PLC网络既可作为独立DCS/T DCS，也可作为DCS/T DCS的子系统。
现场总线控制系统(FCS)
现场总线控制系统（FCS）随着复杂过程工业的不断发展，工业过程控制对大量现场信号的采集、传递和数据转换以及对精度、可靠性、管控一体化都提出了更新、更高的要求。
现有的DCS已不能满足这些要求；况且现有的DCS具有诸如控制不能彻底分散、故障相对集中、系统不彻底开放、成本较高等缺点。
于是通过数字通信技术、传感器技术和微处理器技术的融合，把传统的数字信号和模拟信号的混合系统变成全数字信号系统，从而产生了新一代的控制系统FCS。
1、智能传感器和现场总线是组成FCS的两个重要部分FCS用现场总线在控制现场建立一条高可靠性的数据通信线路，实现各智能传感器之间及智能传感器与主控机之间的数据通信，把单个分散的智能传感器变成网络节点。
智能传感器中的数据处理有助于减轻主控站的工作负担，使大量信息处理就地化，减少了现场仪表与主控站之间的信息往返，降低了对网络数据通信容量的要求。
经过智能传感器预处理的数据通过现场总线汇集到主机上，进行更高级的处理(主要是系统组态、优化、管理、诊断、容错等)，使系统由面到点，再由点到面，对被控对象进行分析判断，提高了系统的可靠性和容偌能力。
这样FCS把各个智能传感器连接成了可以互相沟通信息，共同完成控制任务的网络系统与控制系统，能更好地体现DCS中的'信息集中，控制分散'的功能，提高了信号传输的准确性、实时性和快速性。
以现场总线技术为基础，以微处理器为核心，以数字化通信为传输方式的现场总线智能传感器与一般智能传感器相比，需有以下功能：共用一条总线传递信息，具有多种计算、数据处理及控制功能，从而减少主机的负担。
取代4-20mA模拟信号传输，实现传输信号的数字化，增强信号的抗干扰能力。
采用统一的网络化协议，成为FCS的节点，实现传感器与执行器之间信息交换。
系统可对之进行校验、组态、测试，从而改善系统的可靠性。
接口标准化，具有'即插即用'特性。
现场总线智能传感器是未来工业过程控制系统的主流仪表，它与现场总线组成FCS的两个重要部分，将对传统的控制系统结构和方法带来革命性的变化。
现场总线控制系统(FCS)
第一章现场总线控制系统（FCS）第一节概述现场总线控制系统（Fieldbus Control System，FCS）是继基地式气动仪表控制系统、电动单元组合式模拟仪表控制系统、集中式数字控制系统、集散控制系统（DCS）后的新一代控制系统。
由于它适应了工业控制系统向数字化、分散化、网络化、智能化发展的方向，给自动化系统的最终用户带来更大实惠和更多方便，并促使目前生产的自动化仪表、集散控制系统、可编程控制器（PLC）产品面临体系结构、功能等方面的重大变革，导致工业自动化产品的又一次更新换代，因而现场总线技术被誉为跨世纪的自控新技术。
一、现场总线的发展随着控制、计算机、通信、网络等技术的发展，信息交换的领域正在迅速覆盖从工厂的现场设备层到控制、管理的各个层次，从工段、车间、工厂、企业乃至世界各地的市场。
信息技术的飞速发展，引起了自动化系统结构的变革，逐步形成以网络集成自动化系统为基础的企业信息系统。
现场总线（Fieldbus）就是顺应这一形势发展起来的新技术。
1、什么是现场总线现场总线是应用在生产现场、在微机化测量控制设备之间实现双向串行多节点数字通信的系统，也被称为开放式、数字化、多点通信的底层控制网络。
它在制造业、流程工业、交通、楼宇等方面的自动化系统中具有广泛的应用前景。
现场总线技术将专用微处理器置入传统的测量控制仪表，使它们各自都具有了数字计算和数字通信能力，采用双绞线等作为总线，把多个测量控制仪表连接成的网络系统，并按公开、规X的通信协议，在位于现场的多个微机化测量控制设备之间以及现场仪表与远程监控计算机之间，实现数据传输与信息交换，形成各种适应实际需要的自动控制系统。
简而言之，它把单个分散的测量控制设备变成网络节点，以现场总线为纽带，把它们连接成可以相互沟通信息、共同完成自控任务的网络系统与控制系统。
它给自动化领域带来的变化，正如众多分散的计算机被网络连接在一起，使计算机的功能、作用发生的变化。
智能传感器现场总线与FCS1
智能传感器现场总线与FCS1一、引言以现场总线为基础的全数字控制系统将现有的模拟信号电缆用高容量的现场总线网络代替，从而大大减轻现场信号电缆连接的费用和工作量，提高信号的传输效率。
实际上现场总线控制系统就是以现场总线技术为核心，以基于现场总线的智能I/O或智能传感器、智能仪表为控制主体、以计算机为监控指挥中心的系统编程、组态、维护、监控等功能为一体的工作平台。
二、智能传感器的性能特点一般的传感器只能作为敏感元件，须配上变换仪表来检测物理量、化学量等的变化。
随着微电子技术的发展，出现了智能仪表。
智能仪表采用超大规模集成电路，利用嵌入软件协调内部操作，在完成输入信号的非线性补偿、零点错误、温度补偿、故障诊断等基础上，还可完成对工业过程的控制，使控制系统的功能进一步分散。
智能传感器集成了传感器、智能仪表全部功能及部分控制功能，具有很高的线性度和低的温度漂移，降低了系统的复杂性、简化了系统结构。
特点如下：1、一定程度的人工智能是硬件与软件的结合体，可实现学习功能，更能体现仪表在控制系统中的作用。
可以根据不同的测量要求，选择合适的方案，并能对信息进行综合处理，对系统状态进行预测。
2、多敏感功能将原来分散的、各自独立的单敏传感器集成为具有多敏感功能的传感器，能同时测量多种物理量和化学量，全面反映被测量的综合信息。
3、精度高、测量范围宽随时检测出被测量的变化对检测元件特性的影响，并完成各种运算，其输出信号更为精确，同时其量程比可达100：1，最高达400：1，可用一个智能传感器应付很宽的测量范围，特别适用于要求量程比大的控制场合。
4、通信功能可采用标准化总线接口，进行信息交换，这是智能传感器的关键标志之一。
（科教编辑发布）智能传感器的出现将复杂信号由集中型处理变成分散型处理，即可以保证数据处理的质量，提高抗干扰性能。
同时又降低系统的成本。
它使传感器由单一功能、单一检测向多功能和多变量检测发展，使传感器由被动进行信号转换向主动控制和主动进行信息处理方向发展，并使传感器由孤立的元件向系统化、网络化发展。
现场总线控制系统(FCS)的应用技术探析
356石油化工企业作为我国经济支柱型企业，具有技术密集、能源密集以及资金密集等特点，并且生产过程中的危险性比较大，对企业生产管理和自动化控制都有着很高的要求。
FCS是现阶段发展较为成熟，并且应用范围很广的一种现场总线控制技术，将其应用到石油化工生产过程中可以实现信息集中、分散控制的目的，从而提高石油化工自动化控制的效率和有效性，促进企业生产发展。
1 现场总线控制系统（FCS）概述现场总线控制系统（FCS）是一种基于DCS/PLC发展起来的新技术，实现了从控制室到现场设备的双向串行数字通信总线连接，现场总线控制系统（FCS）中的“现场”更多的指现场的设备，不是指具体的位置[1]。
FCS系统具有高度的可靠性、广泛的兼容性和开放性以及良好的环境适应能力，在石油化工自动化控制中的应用具有很大的优势，可以有效提高石油化工自动化控制的水平和效率。
另外，FCS系统的运行和安装成本都比较低，日常维护十分便捷，具有较好的实际运用性。
但是，FCS系统在目前的应用过程中，还是具有一些局限性的，主要是因为软件、硬件的开发水平有限，从而导致FCS系统的应用功能上还比较欠缺，有着很大的上升空间，未来的发展前景是十分良好的。
2 FCS应用优势2.1 可靠性高FCS在应用的过程中具有高度的分散性，现场的设备拥有很高的智能化和功能自主性，基本上可以实现全部生产功能的自动化控制[2]。
同时，FCS系统控制下的现场各种仪表组成的连接网络十分简单，其中没有繁琐的接线，现场设备的检修和维护过程都比较简单。
个别仪表设备的故障也不会影响到其它设备的正常运行，这就是FCS高度分散性的应用体现，从而使得基于FCS的石油化工自动化控制具有很高的可靠性，容错能力也得到了有效的提高。
2.2 兼容性和开放性好现代计算机技术正朝着更加开放、兼容性更强的方向发展，以此就可以进一步提高计算机技术的应用范围和使用性能，为各个领域的发展提供更多的可能。
而FCS作为一个开放性的网络，使用的现场总线协议包括了PROFIBUS、CAN等，不同厂家生产的现场总线产品也可以实现设备信息的交互，从而打破了传统控制系统必须选择同一厂家产品的局限性，为企业提供了更多现场总线产品的选择，有助于企业合理配置资金，选择更为经济、实惠的现场总线产品，有效的降低了现场总线控制系统的成本[3]。
滞后控制系统设计
课程设计任务书摘要在工业过程中，大滞后系统普遍存在。
论文以一实验用加热装置为研究对象，针对该温度控制系统具有大滞后特点，采用Smith 预估控制器的控制方案。
理论分析该种控制系统与单回路PID 控制相比，具有更优的动态特性。
关键词：大纯滞后； PID；smith 预估目录引言 (1)第1章课程设计基本资料 (2)1.1软硬件平台 (2)1.2控制方案 (2)1.3流程： (3)第2章内胆加循环水单环定值控制 (4)第3章纯滞后常规PID控制 (5)第4章Smith预估补偿控制 (7)4．1 Smith预估补偿器原理 (7)4.2对象特性测试 (9)4.3实验步骤： (12)第5章总结 (13)参考文献 (14)引言在工业生产过程中，经常由于物料、能量的传输带来时间延迟的问题，即被控对象具有不同程度的纯滞后，不能及时反映系统所承受的扰动。
即使测量信号能到达控制器,执行机构接受信号后立即动作，也需要经过一个滞后时间，才能影响到被控制量，使之受到控制。
这样的过程必然会产生较大的超调量和较长的调节时间，使过渡过程变坏，系统的稳定性降低。
当τ/T 增加时，过程中的相位滞后增加而使超调增大甚至会因为严重超调而出现聚爆、结焦等事故。
我们通常将纯滞后时间与过程的时间常数TP 之比大于0.3的过程认为是具有大滞后的过程[1]。
传统的PID 控制一般不能解决过程控制上的大滞后问题，因此具有大滞后的过程控制被认为是较难的控制问题，成为过程控制研究的热点。
锅炉的炉温控制问题是一个典型的时间滞后问题。
第1章课程设计基本资料1．1软硬件平台沈阳理工大学信息科学与工程学院购置的“THJ-3型西门子PLC过程控制系统”是由实验控制对象、实验控制柜及上位监控PC机三部分组成。
它是本公司根据工业自动化及其他相关专业的教学特点，并吸收了国内外同类实验装置的特点和长处，经过精心设计，多次实验和反复论证而推出的一套全新的综合性实验装置。
第四章 现场总线控制系统(FCS)
第四章现场总线控制系统（FCS）第一节现场总线控制系统基础现场总线控制系统(FCS)是基于现场总线技术的计算机控制系统，它是集计算机技术、网络技术和控制技术为一体的先进的计算机控制系统。
是一种全分散、全数字、全开放的控制系统。
它适用于工业过程控制、制造业及楼宇自动化等领域，将逐渐成为计算机控制系统的主流形式。
一、现场总线控制系统的特点根据IEC标准和现场总线基金会的定义，现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络。
现场总线控制系统是在现场总线的基础上发展起来的，它所带来的改进首先体现在现场通信网络方面，其次在结构、装置、功能等方面也有优势。
概括地说，它具有以下技术特点：(1)FCS采用的现场总线是一个全数字化的现场通信网络。
现场总线是用于过程控制系统和制造自动化系统中现场设备或现场仪表间互连的数字化通信网络，其传输抗干扰性强，测量精度高，大大提高了控制系统的性能。
(2)FCS的现场总线网络是开放式互连网络。
用户可以自由集成不同制造商的通信网络，通过网络将不同厂商生产的现场设备和功能块设备有机地融合为一体，构成统一的现场总线控制系统。
(3)FCS的所有现场设备直接通过一对传输线(现场总线)互连。
一对传输线互连多台现场设备，双向传输数据信息，大大减少连线数量，从而降低安装费用，更易于维护，并提高了可靠性。
(4)FCS普遍采用智能仪表，增强了系统的自治性，系统控制功能更加分散。
智能化的现场设备具有更加完善的功能，包括部分控制功能，从而将较简单的控制任务改由现场设备完成，使现场设备既有检测、变换功能，又有运算和控制功能，一机多用。
这样既节约了成本，又使控制更加安全和可靠。
FCS废除了DCS的I／O单元和控制站，把DCS控制站的功能块分散到现场设备，实现了彻底的分散控制。
二、FCS与DCS的分析比较FCS系统利用现场总线技术，针对现存的DCS的某些不足，改进控制系统的结构，提高了性能和通用性。
现场总线控制系统(FCS)
现场总线控制系统(FCS)现场总线控制系统是继DCS之后的又一种新型工业控制系统，它的出现带来了工业控制领域的一场深刻革命。
现场总线代表一种突破意义的控制思想，改变了原有控制体系结构，使模拟与数字混合的DCS更新换代为全数字现场总线控制系统，真正做到危险分散、控制分散、集中监控和全数字化。
1. 应用现状现场总线发展迅速，现处于群雄并起、百家争鸣的阶段。
目前已开发出40多种现场总线，如Interbus、Bitbus、DeviceNet、Modbus、ARCent、P-Net、FIP、ISP等，其中最有影响力的有5种，分别为FF、Profibus、HART、CAN、LonWorks，如表所示。
FCS全数字化通信使过程控制具有更高可靠性，从传感器、变送器到调节器，均为数字信号，这就使得复杂、精确的信号处理得以实现。
因采用数字总线式通信线路代替DCS 1对1的I/O连线，对于大规模I/O系统，减少了由连线带来的不可靠，同时也降低了布线成本。
此外FCS还具有互操作性、分散性、EIC(电气传动、仪表、计算机)一体化等优点。
在由现场总线构成的FCS中，仪表实际上已成为具有综合功能的智能仪表。
EIC一体化结构恰恰是钢铁工业自动化用得较多而又急需的控制系统结构。
2. 现场总线存在的不足现场总线是一种正在发展中的技术，在许多方面还需改善。
IEC 61158规定了FF、Profibus、WorldFIP等8种现场总线标准，还有一些事实上的标准，如LonWorks和CAN总线等。
现有8种现场总线为国际标准，它们采用的通信协议完全不同，因此要实现这些总线的兼容和互操作十分困难。
许多标准的并存，将导致现场总线技术不易广泛应用。
现场总线还存在着瓶颈问题，表现在：(1)总线切断后，系统有可能产生不可预知的后果；(2)在本安防爆应用中，现有防爆规定限制总线长度和总线上所挂设备数量，同时也限制了现场总线节省线缆优点的发挥；(3)系统组态参数过于复杂，不易掌握，而其设定的好坏对系统性能影响很大。
现场总线控制系统（FCS）
现场总线控制系统（FCS）
高以成
【期刊名称】《世界仪表与自动化》
【年(卷),期】1998(002)001
【总页数】5页(P16-20)
【作者】高以成
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】TP273
【相关文献】
1.FCS165现场总线控制系统虚拟 DPU 软件研发 [J], 杨萍;高龙军;王晓刚;景效国
2.华能西安热工院FCS165现场总线控制系统技术达到国际领先水平 [J],
3.解析电厂DCS控制系统与现场总线控制系统(FCS)的应用问题 [J], 赵鹏
4.现场总线控制系统FCS和集散控制系统DCS的差异 [J], 张亚停
5.现场总线控制系统(FCS)在化工生产中的应用优势 [J], 钟俊
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现场总线楼宇综合控制系统
THPFL-1型现场总线楼宇综合控制系统一、系统概述网络化是智能楼控系统的一个重要发展方向，而基于LONWORKS总线的楼控网络系统是目前智能建筑发展的一种主流，2006年LonTalk协议成为中国国家标准化指导性技术文件GB/Z 20177.1-2006。
“天煌教仪”为更好地满足智能楼宇教学的需要，与美国埃施朗和国“THPFL-1型现内相关厂家进行合作，推出了一系列基于LON总线的智能楼宇教学实验装置。
场总线楼宇综合控制系统”是此类系列产品之一。
它具备IBMS系统两级网络和三层管理(控制)的典型结构，即采用现场总线网(Lonwalks信道)和由B/S结构构成的局域网两级网络结构，现场（DDC）控制、过程管理（服务器）、远程客户管理三层管理结构。
其结构如下图所示：二、系统特点1.各子系统基于DDC模块和LON总线实现现场总线控制，技术性强。
* 2.具备IBMS系统中两级网络和三层管理(控制)的典型结构，代表性强。
3.对于控制器使用Lontalk协议的所有子系统都可以方便于集成到该系统中来，开放性强。
三、技术参数1.输入电源：AC220V±15%，50H Z2.环境温度：-20℃～+45℃3.装置容量：＜1kVA4.安全保护：具有漏电自动保护装置四、实验项目IBMS系统实验(1)系统结构与设备认识(2)DDC模块的开发使用(3)LON网络开发应用（LON网组建）(4)B/S网络开发应用（B/S网络组建）子系统实验(5)根据集成系统中的不同子系统可以完成相关实验项目。
五、基本配置1.控制柜控制柜由电源开关、电源指示、电压指示仪表、保险丝、LonWorks/IP服务器、交换机等部件组成，可完成IBMS系统网络集成功能。
* 2. 监控软件配备IBMS监控系统软件,可以实现对中央空调、供配电、抄表、安防等系统的全监控；提供相关组网和组态软件，可以让学生自行设计网络系统和监控界面。
2.豪华型电脑桌桌面为防火、防水、耐磨高密度板,结构坚固，造型美观；设有一个柜门，可用于放置工具、存放资料等，电脑桌还设有四个万向轮（带锁紧功能），便于移动和固定。
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（二）、下位机软件中的硬件配置和程序结构
本套控制系统下位机编程软件采用SIEMENS公司的下位 编程软件STEP 7。 STEP 7是用于SIMATIC S7-300/400站创建可编程逻辑控 制程序的标准软件，可使用梯形逻辑图、功能块图和语句表。 它是SIEMENS SIMATIC工业软件的组成部分。STEP 7以其 强大的功能和灵活的编程方式广泛应用于工业控制系统。 1、硬件配置 以在STEP 7编程环境中建立工程项目为例进行说明。在 STEP 7和WINCC中制作一个完整的工程步骤如下图所示：
（3）执行机构 调节阀：采用SIEMENS带PROFIBUS-PA通讯协议的气动 调节阀，用来进行控制回路流量的调节。它具有精度高、 体积小、重量轻、推动力大、耗气量少、可靠性高、操作 方便等优点。由CPU直接发送的数字信号控制阀门的开度， 本气动调节阀自动进行零点校正，使用和校正都非常方便。
THFCS-1型现场总线过程控制系统 实验指导
董海兵 2011年4月
一、控制系统的组成及认识
（一）、现场总线控制系统（FCS）的组成与认识
（二）、下位机软件中的硬件配置和程序结构
（三）、上位机组态软件简介
二、单回路控制系统实验
（一）、单回路控制系统概述 （二）、上水箱液位PID整定实验
三、任务布置
一、控制系统的组成及认识
（一）、现场总线控制系统的组成与认识 1、系统简介
本现场总线控制系统是基于PROFIBUS通讯协 议、在传统过程控制实验装置的基础上升级而成的 新一代过程控制系统。 整个实验装置分为上位控制系统和控制对象两 部分，上位控制系统流程图和控制对象装置总貌图 如下所示:
2、系统组成
本实验装置由被控对象和上位控制系统两部分组成。系 统动力支路分两路：一路由三相（380V交流）磁力驱动泵、 气动调节阀、交流电磁阀、西门子电磁流量计及手动调节阀 组成；另一路由西门子变频器、三相磁力驱动泵（220V变 频）、涡轮流量计及手动调节阀组成。 （1）被控对象 被控对象由不锈钢储水箱、上、中、下三个串接圆筒形 有机玻璃水箱、4.5Kw电加热锅炉(由不锈钢锅和锅炉夹套构 成)、冷热水交换盘管和敷塑不锈钢管路组成。
被控参数全面,涵盖了连续性工业生产过程中的液位、压力、流量 及温度等典型参数。 本装置由控制对象、综合上位控制系统、上位监控计算机三部分 组成。 真实性、直观性、综合性强，控制对象组件全部来源于工业现场。 执行器中既有气动调节阀，又有变频器、可控硅移相调压装置， 调节系统除了有设定值阶跃扰动外，还可以通过对象中电磁阀和 手动操作阀制造各种扰动。 一个被调参数可在不同动力源、不同执行器、不同的工艺管路下 演变成多种调节回路，以利于讨论、比较各种调节方案的优劣。 系统设计时使2个信号在本对象中存在着相互耦合，二者同时需要 对原独立调节系统的被调参数进行整定，或进行解耦实验，以符 合工业实际的性能要求。 能进行单变量到多变量控制系统及复杂过程控制系统实验。 各种控制算法和调节规律在开放的实验软件平台上都可以实现。
3、电源控制台
（仅早期控制系统需依赖电源控制台，升级后的现场总线控制 系统本身已集成电源控制部分）
电源控制屏面板：充分考虑人身安全保护，带 有漏电保护空气开关、电压型漏电保护器、电流型 漏电保护器。 仪表综合控制台包含了原有的常规控制系统， 由于它预留了升级接口，因此它在总线控制系统中 的作用就是为上位控制系统提供信号。
将通讯驱动程序添加到WINCC项目中之后，就会在WINCC 资源管理器中列出在变量管理器下与内部变量相邻的子条目。
（2）通道单元 变量管理器中的通讯驱动程序条目包含一些子条目，这 就是通常所说的通讯驱动程序的通道单元，每个通道单元构 成一个确定的从属硬件驱动程序,PC通讯模块的接口必须对 通道单元寻址的通讯模块进行定义。 在系统参数对话框中定义通讯模块。通过右键单击相应 的通讯连接条目，从弹出式菜单中选择“系统参数”来打开 对话框，其操作如下图所示。
（三）、上位机组态软件简介
本套控制系统上位机监控软件采用SIEMENS公司的上位 监控组态软件SIMATIC WINCC。 1、WINCC概述 WINCC指的是Windows Control Center，它是在生产和过 程自动化中解决可视化和控制任务的监控系统，它提供了适 用于工业的图形显示、消息、归档以及报表的功能模板。高 性能的功能耦合、快速的画面更新以及可靠的数据交换使其 具有高度的实用性。 2、WINCC的通讯连接和画面组态方法 WINCC的通讯连接是组态上位机监控界面的第一步。 在WINCC的变量管理器里添加新的驱动程序之后，你就会 看到WINCC有很多种通讯连接方式，根据你的通讯硬件配 置选取正确的通讯连接方式。WINCC比较常用的的通讯方 式有MPI、PROFIBUS和工业以态网，本系统在上位监控机 和控制器之间，在控制器和现场装置之间均采用PROFIBUS 方式通讯。
（2）检测装置
压力传感器、变送器：采用SIEMENS带PROFIBUS-PA通讯 协议的压力传感器和工业用的扩散硅压力变送器，扩散硅压 力变送器含不锈钢隔离膜片，同时采用信号隔离技术，对传 感器温度漂移跟随补偿。压力传感器用来对上、中、下水箱 的液位进行检测，其精度为0.5级，因为为二线制，故工作时 需串接24V直流电源。 温度传感器：本装置采用六个Pt100传感器，分别用来检测 上水箱出口、锅炉内胆、锅炉夹套以及盘管的水温。六个 Pt100传感器的检测信号中检测锅炉内胆温度的一路到 SIEMENS带PROFIBUS-PA通讯协议的温度变送器，直接转 化成数字信号；另外五路直接接至SM331模拟量输入模块。 Pt100传软件和下位机软件两部分，下位机软件采 用SIEMENS的STEP7编程软件，上位机软件采用SIEMENS的WINCC人 机界面组态软件。
7、主要实验项目
多总线工业控制网络认识及组网 多主流控制系统与自动化设备认识及应用 下位机软件中的硬件组态和程序编写 上位机软件中的通信建立和界面组态 高级过程控制对象系统特性测试 液位、温度及流量单回路控制系统设计 温度位式控制系统设计 串级控制系统设计 比值控制系统设计 前馈-反馈控制系统设计 滞后控制系统设计 解耦控制系统设计
盘管：长37米（43圈），可做温度纯滞后实验，在 盘管上有两个不同的温度检测点，因而有两个不同 的滞后时间。在实验过程中根据不同的实验需要选 择不同的滞后时间。盘管出来的水既可以回流到锅 炉内胆，也可以经过涡轮流量计完成流量滞后实验。 管道：整个系统管道采用敷塑不锈钢管组成，所有 的水阀采用优质球阀，彻底避免了管道系统生锈的 可能性。有效提高了实验装置的使用年限。其中储 水箱底有一个出水阀，当水箱需要更换水时，将球 阀打开让水直接排出。
如果你要加入某种块，可在右边窗口（即出现 “OB1”的窗口）空白处单击鼠标右键选择“Insert New Object”选项，在其下拉菜单中鼠标左键单击你 所要的块即可。 添加好了你所要的块之后就是程序编写了，鼠 标左键双击你所要编写程序的块即可编写程序了 （编写程序的指令和语法可参考SIEMENS A&D网 站上的《S7-400 CPU 31xc指令表》一书）。 程序写好并编译通过之后点击STEP 7管理器界 面窗口中的图标 ，下载到CPU中，把CPU置 于RUN状态即可运行程序。
(1) 打开step7
桌面有step7的快捷方式图标
。
也可以在开始菜单中查找。
(2) 新建项目
已经存在的工程项目
新建工程的名字
存盘路径
（3）添加300工作站
（4）硬件配置
（5）编程
2、程序结构
配置好硬件之后，回到STEP 7管理器界面窗口，鼠标左 键单击窗口左边的“Block”选项，则右边窗口中会出现 “OB1”图标，“OB1”是系统的主程序循环块，“OB1”里面 可以写程序，也可以不写程序，根据需要确定。STEP 7中有 很多功能各异的块，分别描述如下图所示：
4、总线控制柜 总线控制柜有以下几部分构成：
直流电源：采用直流稳压电源，给主控单元和DP从站供电。 控制站：控制站主要包含CPU、DP/PA耦合器、分布式I/O DP从站和变频器DP从站构成。 温度变送器： PA温度变送器把PT100的检测信号转化为数 字量后传送给DP链路。
5、系统特点
流量传感器、转换器：流量传感器分别用来对调节阀支路、 变频支路及盘管出口支路的流量进行测量。涡轮流量计型 号：LWGY-10，流量范围：0～1.2m3/h，精度：1.0%。输 出：4～20mA标准信号。本装置采用两套流量传感器、变 送器分别对变频支路及盘管出口支路的流量进行测量，调 节阀支路的流量检测采用SIEMENS带PROFIBUS-PA通讯 接口的检测和变送一体的电磁式流量计。
3、WINCC中建立和PLC通讯连接所必须的组态步骤
（1）通讯驱动程序 WINCC中的通讯通过使用各种通讯驱动程序来完成，对 于不同总线系统上不同PLC的连接，会有相应的通讯驱动程 序可用。 将通讯驱动程序添加到WINCC资源管理器内的变量管 理器中。具体做法是鼠标右键单击变量管理器，从弹出式菜 单中选择“添加新驱动程序”来完成该添加过程。该动作将 在对话框内显示计算机上安装的所有通讯驱动程序。通讯驱 动程序是具有.chn扩展名的文件，计算机上安装的通讯驱动 程序位于WINCC安装文件夹的BIN子文件夹内，每个通讯驱 动程序只能被添加到变量管理器中一次，添加通讯驱动程序 的界面如下图所示。
变频器：本装置采用SIEMENS带PROFIBUS-DP通讯接口模 块的变频器，其输入电压为单相AC220V，输出为三相 AC220V。 水泵：本装置采用磁力驱动泵，型号为16CQ-8P，流量为32 升/分，扬程为8米，功率为180W。泵体完全采用不锈钢材料， 以防止生锈，使用寿命长。其中一只为三相380V恒压驱动， 另一只为三相变频220V输出驱动。 三相移相调压装置：采用可控硅移相触发装置，输入控制信 号为4～20mA标准电流信号。输出电压用来控制加热器加热， 从而控制锅炉的温度。 电磁阀：在本装置中作为气动调节阀的旁路，起到阶跃干扰 的作用。电磁阀型号为：ZS-15；工作压力：最小压力为 0Kg/㎝2，最大压力为10Kg/㎝2 ；工作温度：－5～80℃。