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发布时间:2015-5-15 11:27:27  点击数:2671

新一代过程控制系统---粘胶生产线DCS-1.0控制系统 
产品型号:JTDC-DCS-1.0 控制系统 
基于全集成自动化思想,功能强大,面向工艺的现场总线解决方案 
一、概述 
随着工业自动化过程控制理论和计算机技术的迅速发展,以及生产工艺对控制系统的可靠性、运算能力、扩展能力、开放性、操作及监控水平等方面提出了愈来愈高的要求。JTDC-DCS-1.0过程控制系统就是在这种形势下开发的迎合粘胶制造过程需求的新一代过程控制系统。JTDC-DCS-1.0 是使用西门子公司PCS 7集散系统和S5,S7 系列硬件的基础上,结合最先进的电子制造技术、网络通讯技术、图形及图像处理技术、现场总线技术、计算机技术和先进自动化控制理论,面向粘胶生产过程控制应用场合而开发的先进过程控制系统。

JTDC-DCS-1.0系统的突出特点有: 
◆ 基于全集成自动化思想 
◆ 与PROFIBUS 现场总线有机地结合在一起
◆ 吸收了各种先进技术,面向粘胶生产工艺,符合先进的粘胶生产自动化生产要求 
◆ 更分散的系统配置,特别适用于分散的过程控制应用场合 
◆ 系统配置灵活,易于扩展 
◆ 模块化结构,通用的硬件模块 
◆ 强大的系统软件,组态与编程轻松简单 
◆ 丰富的人机界面产品提高了监控与管理的水平 
二、监视与操作 
JTDC-DCS-1.0系统 过程控制系统的操作员站是过程控制的窗口,所有的操作与管理人员及维护工程师都能够在标准、友好和面向工艺的窗口上跟踪过程活动或者参与生产控制,同时得到报警和操作员提示。 
JTDC-DCS-1.0系统的操作员站采用了客户/服务器的结构。客户机与服务器的连接采用标准以太网。在服务器上,操作系统用Windows XP Server;在客户机上,操作系统用Windows XP 专业版。在服务器和客户机上,监控软件采用SIMATIC WinCC。 
1、多客户机结构 
PCS 7 可以采用单用户操作员站方式,当操作员站较多或用户有比较高的要求时,也可以采用多客户机结构。 
多客户机结构允许一个客户机访问多个OS 服务器的数据;也允许多个客户机同时访问若干个服务器。操作可同时完成,项目数据、过程变量、存档数据、报警和消息均从多客户机的OS 服务器获得。 
这样数据可以分布在若干服务器上,多客户机都通过一个公共操作进行访问,这样一个工厂因此分成若干个技术单元,每个单元有自己的OS服务器,分布式系统的优点是整个工厂分解成若干个不同的部分,从而提高系统的可用性。

2、显示 
◆ JTDC-DCS-1.0系统 控制系统的每个CRT 都能综合显示字符和图形信息,操作人员完全可以利用鼠标通过CRT 的画面实现对生产运行过程的操作和监视。 
◆ (每幅)画面都能显示过程变量的实时数据和设备的运行状态,这些数据和状态在规定时间内更新一次。数据或图形的显示随过程状态而变化。棒图和趋势图可以在任意画面的任意位置显示。 
◆ 控制系统的所有测点,包括模拟量输入、模拟量输出、数字量输入、数字量输出、中间变量和计算值都可以在画面上显示。对每一个测点,还包括显示其位号、字说明、工程单位、高低限值等。 
◆ 操作员站可提供多种窗口显示。 
◆ 操作员站软件具备顺控逻辑和步序的模拟图显示功能,画面的数量是不受限制的。运行人员可以通过鼠标对画面中的被控装置进行手动控制。画面上的设备正处于自动程控状态时,模拟图上显示出设备的最新状态及自动程序目前进行至哪一步。如果自动程序失败,则有报警并显示出故障出现在哪一步。 
◆ 操作员站软件为用户提供了丰富的图形和仪表符号图库,用户还可以建立自定义的新图库,新建的图库可以被存储和检索。 
◆ 操作员站的性能直接依赖于PC硬件的性能。采用高性能的PC将明显获得高的性能。画面的数量只受硬盘容量的限制,每幅画面容纳的过程测点数可以达到500 个以上。 
◆ 操作员站采用多层显示结构,显示的层数可根据工艺过程和运行要求来确定,这种多层显示可使运行人员方便地翻页,以获得操作所必需地细节和对特定的工况进行分析。多层显示包括总貌显示(区级显示)、成组显示和回路显示。 
3、报警 
JTDC-DCS-1.0系统 过程控制系统的报警信号发出功能支持操作员对偶然发生的事件进行处理,这些事件是产生在生产过程或I&C 中的不正常的、不常发生的或不希望发生的状态,这些事件在发生时将报告给操作员。除了这些事件,操作员的介入也完全加入到报警概念之中,可以被归入到当前报警列表和档案中。有三种不同类型的报警分列如下: 
◆ 过程事件报警发生在自动过程中,例如过程信号超出极限。 
◆ I&C 报警产生于PCS 7 在其自身的元器件上发现并报告的故障。这类故障范围从一个部件的故障甚至到一个连接传感器的断线报警。 
◆ 操作报警在操作过程变量时产生,例如当改变一个闭环控制器的模式时。如果使用了 库中所提供的操作员显示,操作报警就会自动产生。

4、报表( 记录) 和存储 
操作员站提供了一套集成的报表系统,数据库里的所有过程点都可以打印输出。它可以把在过程中录入的数据按以下方式输出,输出的页面格式是自由的,用户自定义的。除了打印到打印纸,还可以打印输出到文件及在屏幕上打印预览。可以定义打印任务按小时、天、星期及月报表形式循环输出。报表输出可按时间顺序触发、事件触发或操作者触发。 
◆  信息顺序记录可以将输入的信息立即打印输出到预先定义好的打印机上,逐行打印。 
◆  信息存档可以分成短期存档和长期存档。短期存档最多可存储10000条信息,存档信息达到10000条时,新来的信息首先覆盖最老的信息。长期存档用作短期存档的延续,通常被置于硬盘或软盘上,只受磁盘空间大小的限制。 
◆  操作员站借助Wizard(向导程序)及AS 控制站的功能,可以轻松地实现操作记录。 
基于全集成自动化思想, 功能强大, 面向工艺的现场总线解决方案 
◆  操作员站通过标签管理器可以周期地或事件触发地记录测量值。用户不仅可以记录外部测量值,还可以记录内部标签值、或来自任何应用的值以及手动输入的值。数据被存储在硬盘的测量值存档中,采样周期的范围在500ms到一年之间。为了快速地获得这些测量值,系统在内存中提供了一个循环的缓冲区来管理这些数据(在线曲线)。 
◆  操作员站提供了不同的方法来记录测量值: 
◇ 连续周期存档,即开机后就以规定时间顺序存储测量值。 
◇ 有选择的周期存档,即满足某条件时开始存储测量值。 
◇ 非周期存档,即一个或多个事件触发或停止测量值的记录 
◇ 超限时存档

5、全面开放的操作与监控系统 
OPC(应用于过程控制的OLE)的引入保证了操作与 
监控系统的开放性OPC促进了控制系统、操作员控制和 过程监视系统,现场设备和办公室应用之间的相互作用。 
正如OLE 已为Windows 在办公室领域的应用作出贡献一样,OPC 正在为自动化领域作着同样的工作:它意味着有关接口问题的所有难点将迎刃而解。 
OPC 为自动化系统部件提供“即插即用”功能。它使旷日持久有关接口问题的讨论成为过去,同时也解决了部件间的连接问题。这样,人们在应用WinCC 配置系统时就能将精力集中于拟定当前的实际解决方案。这些标准化通信接口确实能节省昂贵的人工费用。 

6、在线观察SFC 
◆观察SFC(Visualization of SFCs): 
◆自动生成由工程师站 SFC 组态软件包组态的SFC 运行画面 
◆每个SFC 都有一个导向窗 
◆具有转移备件(transitions)和步骤(steps)细节的总览窗口 
◆根据列表窗口中的SFC 的名字进行选择 
◆对每一个动态的转移条件和步骤都可以详细显示 

7、多屏显示(Multi VGA)
多屏技术(Multi screen technology) 
◆一个操作站可连接1 至4 个显示屏 
◆用一套操作设备(键盘/ 鼠标器)来操作 
◆可通过存储当前屏幕组态等方式舒适的操作


8、在线工业电视 
◆ 电视卡+OCX 
◆从摄像机联入的视频画面可以作为HMI 的一部分, 
显示过程画面时,可以作为嵌入窗口,或作为固定窗口 
◆操作人员可用来观察现场维修人员的维修过程 
◆观察生产过程中的一些特殊对象(如火焰、泡沫等)

9、冗余度选件 
冗余度选件能使二个冗余的WinCC站同时运行,以保证连续的过程和操作员控制。如果两个站中的一个发生故障,另一个就接替报表传送和过程值的归档。当故障站恢复运行后,在该站不工作时所采集的全部过程值档案和报文都复制到现在恢复运行的站上。从而再一次可同时运行二个相同的WinCC 站。用这种概念来配置冗余管理下的所有过程值档案和报文,从而保证了数据完整性。在客户机/ 服务器方式,客户机自动地从故障冗余的服务器切换到冗余的配合站。在短暂的切换周期后,所有运行的站又继续工作。为了简化配置,可使用项目复制器,它将所有配置数据复制到配合站,并相应地加以匹配。 


10、完善的用户访问权限管理(Access control)

用户权限可分配999种权限,最多128个用户、10个组。 

       

 

 

操作员
工艺主管
◆ 每个操作员/ 组都可设置自己的访问权限 
维修人员
◆ 每个功能访问权限可单独定义 
◆ 可对某个单元设为可操作或不可操作 
◆ 可采用密码或磁卡(chip card)来设定访问控制 
◆ 保护每个对象(object)和每个操作(operation)
11、时间同步 
◆ 中央主时钟(Central master clock)

◆ OS可作为主或次时钟连到SIMATIC NET 系统 

◆ 所有连到系统总线上的AS和OS周期性地进行

◆ DCF-或GPS-时钟或连到OS 上(可选)

三、工程与组态 


工程师站用于对整个JTDC-DCS-1.0系统进行组态。它采用集成的全局数据库和统一的组态工具。在项目的整个生命周期中,只需要一个组态工具。这个组态工具就是SIMATIC程序管理器,它采用了现代化的软件体系结构,对项目进行管理、处理、归档和建立文件。 
在项目管理上,SIMATIC 程序管理器以系统硬件和生产工艺两个不同的视角,同时进行管理。这两个视角在程序管理器中分别称为标准分级(Standard Hierarchy)和工艺分级(Plant Hierarchy)。其中,标准分级主要管理系统的硬件,如控制器、系统总线、I/O 系统等;工艺分级主要管理工艺过程,它将整个工厂按工艺过程的要求,分为各个子系统,按工厂的实际结构采用分层的形式将各子系统映射到控制器上。与传统DCS-1.0 系统相比,JTDC-DCS-1.0系统的组态直接面向工艺过程。

 

       

工艺分级

标准分级 
1、数据库 
PCS 7 系统采用具有标准化、开放性、功能强大的关系型、分布式数据库作为平台作为数据采集、数据处理、数据分析和生产过程控制管理系统的数据库支撑系统。关系型、分布式数据库平台不同于一般的数据库支撑系统,它能保证系统数据的完整性、一致性和系统各 
个部分数据的同步性、具备多种形式的数据查询、数据关联和数据索引方式。所以在对系统组态时,所有的数据和设置都自动地连入一个统一的数据库中。
2、测试和起动支持 
除了支持系统配置外,SIMATIC 程序管理器以其范围广泛的特殊功能也提供对测试和起动的支持。这些功能包括: 
◆有测试和起动工作方式的CFC,其中,图表中的变量值可在运行条件下直接显示和修改。 
◆有测试和起动工作方式的SFC,它能跟踪顺序功能图的过程并进行人工干预,同时显示每个转换的下一步条件状态。 
◆有高级语言调试程序的SCL。 
◆在工程系统中,有S7 PLCSim(任选软件包)的自动化系统的仿真。 
◆ I/O 模块的驱动功能块的过程信号仿真。 
◆ WinCC可以切换到运行方式,用于在线优化修改。 
3、CFC 连续控制算法 

 

 

 

 

 

 

 

CFC 是一种简洁的图形组态工具,它采用了IEC1131 的标准。CFC 的使用有助于节省时间和费用,同时大大地简化了系统的组 
态和维护。用CFC 进行组态时是以功能块为基础的,系统配置了很多预编程的功能块。这些功能块以库的形式体现。每个功能块都 
有一个参数表,每个CFC 由6 页组成。功能块之间的连接可以在不同的CFC 页面之间进行,用以完成很复杂的大型控制任务。CFC 
主要用于连续过程的自动化控制任务的组态。 

4、SFC 顺序控制算法 

 

 

 

 

 

SFC 也是一种图形组态工具,它也采用了IEC1131 标准。SFC 主要用于小型的批量操作等顺序控制的自动 化任务。这种图形化的组态工具在组态时,首先画出顺控的顺序图。在顺序图中,可选择顺序、并行分支、交替分支和回路等局部结构。图中用大小两种方块分别表示步骤(Step) 和转移条件(Transition)。 

5、强大的功能库 
JTDC-DCS-1.0系统 给用户提供了强大、丰富的功能块库,包含了常用的算法、图形乃至对某设备的控制方案。同时,用户也可以利用SCL 语言、图中图、图形编辑器等技术建立自己的功能块和库。工程公司或用户甚至可以将整个工厂的控制方案生成一个单一的功能块,并且可以加注自己的名字。 

对于每一个连续控制语言中的功能块在操作员站中都有相应的图形面板与之对应。

6、对操作员站进行组态 

所有OS 专用的组态都是用在JTDC-DCS-1.0系统 程序管理器 中的相应工具完成的。流程图是用图形编辑程序建立的, 
动作、文档、记录和曲线是用组态方式完成的。报警功 能也是通过组态实现的,不必多重输入,同时CFC/SFC 
功能块中已隐含了报警功能。将AS 的组态链接到OS 中时,AS 中的图象块之间的连接,功能块的报警和文档变 
量都可隐含产生,不需任何附加的配置工作。

 

7、简洁明了的硬件组态


◆ 从硬件目录对话窗中采用拖放的方式将硬件放到机架(rack)中合适的位置。

 

8、简洁方便的网络组态

四、JTDC-DCS-1.0自动化控制系统特点

自动化控制系统用于实现现场设备的运行状况监测、数据采集及处理、自动闭环回路控制、电气设备开关控制等系统控制功能。 
中央处理器采用S7-417 系列CPU,专为过程控制应用设计,CPU 芯片的底层程序采用类PASCAL语言编写,为CFC,SFC 等过程控制语言提供平台。S7-400 工业控制器的CPU 能力超强,位操作、字操作、定点加等只需要0.03us,浮点加也只有0.6us,内置用户存储器可达20MB,最大I/O 处理量可以达到128K开关量,8K 模拟量。CPU 上有实时时钟,CPU 向上传送的数据和诊断信息都带有日期和时间标签。CPU集成了HMI人机接口服务功能,在HMI 设备(如工程师站ES、操作员站WinCC)上,用户只需定义数据源和目的地,系统就能自动地将数据周期地向上传送。 
1、更先进的冗余设计 


CPU-417H 中央控制器采用最先进的冗余设计思想,将冗余的控制器安装在一个机架上将冗余的控制器安装在两个分立的机架可靠性比传统的DCS冗余系统有很大提高。主要特点有: 
(1). CPU-417H 中央控制器中预装有冗余软件,用户在组态时可完全忽略其冗余特性,象对非冗余系统组态一样只需输入用户程序。 
(2). 事件驱动同步功能。对于执行后能引起两个冗余CPU的内部状态不同的所有命令,如更新过程映象区,直接访问I/O,中断与报警,定时器的更新等,CPU 之间自动进行同步,而不是以特定的时间周期进行同步。 

(3). 冗余的两个控制器可以分别安装在两个标准机架上,也可安装在一个紧凑型机架上。紧凑形机架上采用分立式的背板总线,使电源,通讯卡件及CPU仍然被分成两个独立部分。 
(4). 冗余的每个控制器上可配置一个电源,在需求较高的环境下,可对每个控制器设置两个电源。即使安装在一个机架上,因为背板总线互相独立,仍可对每 个CPU 配备两个电源。 
(5). 运行过程中可以更换所有组件,更换CPU 时,系统可以将新安装的CPU 自动更新为当前状态。 
2、ET 200 分布式I/O 
ET200分布式I/O用于采集现场信号,并将中央处理器的指令传输给执行机构。ET200 分布式I/O 种类丰富,功能强大,安装简便,能够出色地完成各种复杂的自动化任务,并且适应各种恶劣环境。 
SIMATIC ET200 分布式I/O 的突出特点:

丰富的种类,适用于防爆、智能等不同的设计要求
◆应用PROFIBUS 现场总线技术将中央控制器和I/O 单元,连接在一起大大提高了I/O 部件的智能化水平 
◆支持热插拔,可以实现在线维护、扩展或更改配置 
◆较少的电缆节省了空间使安装工作大大减少 
◆可以采用光缆连接,有效地避免电磁干扰

3、ET 200X 用于恶劣环境的I/O 
高防护等级IP65、模块化、防水的(NEMA 4X,防护等级 IP65)及独特的接口设计使ET 200X 成为一个高度灵活的系统。 
I/O 模块和集成的电机启动器可以结合到每个从站中,为您的机器或应用装置的每个控制单元提供快速和优化的集成。 
可独立工作的模块化装置ET 200X 能够直接在机器上处理控制任务。因此,中央控制器可以从冗长的程序中解脱出来,并大大加快关键信号的反应时间。使您可将ET 200X 用于螺旋输送机、分离过滤器或升降机等需要本地智能的控制的地方。

 

4、ET 200is 安装在防爆区域的过程I/O

最新推出用于危险区域的ET200is 分布式I/O 系统,它 能直接安装在区域1或区域2(EEX de ib [ia/ib] IIC T4)。 
如需要,执行器/ 传感器也可以安装在0 区域内。 ET200is是本安型,具有位模块化的设计,因而能最佳地适配应用系统,ET200is 由一个防火电源,用于PROFIBUS-DP的接口模块以及最多32 个电子模块所组成,不需要防火认证的HART 功能和运行期间热交换是ET200is 模块的标准性能。 
与JTDC-DCS-1.0 系统相结合,则具有系统诊断,时间标记和CFC 驱动器块等功能。ET200is 的启动既简单又十分方便;通过SIMATIC PDM 直接在工程站上组态电子模块和参数化现场设备。

五、JTDC-DCS-1.0自动化控制系统工业通讯网络 
JTDC-DCS-1.0 采用SIMATIC NET 工业通讯网络结构,拥有丰富灵活的网络层级,同时SIMATIC NET各个层级的通讯协议都是符合国际标准的网络协议,保证了系统的开放性。所有应用于SIMATIC NET的产品和模件都是为了工业应用而专门开发,适用于可能遭受严重电磁干扰,液体浸蚀,高度污染和机械冲击的工业环境,SIMATIC NET 网络已被广泛地安装和使用,经过了时间的考验。