《计算机集散控制》
实验报告
实验一：硬件系统熟悉与操作
一、实验目的：
1、 了解集散控制系统的组成和结构；
2、 熟悉系统规模、控制站规模；
3、 掌握控制站卡件型号、名称、性能及输入/输出点数；
4、 掌握控制站卡的地址设置。
二、实验内容：
硬件简介：
1、 JX-300X DCS系统网结构如图1.1所示：
图1.1 JX-300X DCS系统网结构示意图
通讯网分为三层：信息管理、过程控制（SCnet II）和控制站内部I/O控制总线（SBUS）。
2、 控制站卡件
控制站卡件位于控制站卡件机笼里，主要由主控卡、数据转发卡和I/O卡组成。卡件按一定的规则组合在一起，完成信号采集、信号处理、信号输出、控制、计算、通讯等功能。控制站卡件一览表如表1.1所示：
表1.1 控制站卡件一览表
硬件选型：
1、 根据测点性质确定系统I/O卡件的类型及数量（适当留有余量），对于重要的信号点要考虑是否进行冗余配置；
2、 根据I/O卡件数量和工艺要求确定控制站和操作站的个数；
3、 根据上述设备的数量配置其它设备，如机柜、机笼、电源、操作台等；
4、 对于开关量，根据其数量和性质要考虑是否选配相应的端子板、转接端子和继电器。
Scnet II网络组件地址设置：
对TCP/IP协议地址采用如表1.2所示的系统约定：
表1.2系统约定的参数
网络码128.128.1和128.128.2代表两个互为冗余的网络。
在控制站表现为两个互为冗余的通讯口，上为128.128.1，下为128.128.2。
在操作站表现为两块网卡，每块网卡所代表的网络号由IP地址设置决定。
三、实验条件：
1、JX-300X集散控制系统 一套
2、DELL工控机计算机 一台
3、JX-300X DCS系统组态软件包 一套
四、实验练习：
1、 参考实验四的工程项目进行硬件配置。
2、 TCP/IP协议地址的系统约定。
五、思考题：
1、硬件选型时，I/O卡件选型的主要依据是什么？
答：根据《测点清单》中测点性质确定系统I/O卡件的类型及数量（适当留有余量）， 对于重要的信号点考虑是否进行冗余配置。通过上面的分析，实现测点清单上的所有信号的采集和控制需要I/O卡件为：SP313卡件4块、SP314卡件3块、SP316卡件2块、SP322卡件2块、SP362卡件1块、SP363卡件1块，共计13块I/O卡。以上统计数据中，如果考虑到将来的系统扩展及备品备件要求，各种卡件还需相应的增加。
实验二：JX-300系统的组态设计
一、实验目的：
1、了解JX-300X系统组态软件包；
2、掌握控制站、操作站等硬件设备在软件中的配置；
3、 掌握I/O设备、信号参数的设置。
二、实验内容：
参考实验四加热炉控制系统进行硬件设备、系统所需采集的信号、控制方案、操作时需显示的数据和如何操作等完成系统组态。
三、实验组织运行：
根据实验特点，以集中模式组织实验教学。每批分20组，每组1人。每组学生必须完成所规定的实验内容，经教师认可后才视为完成实验。
四、实验条件：
1、JX-300X集散控制系统 一套
2、DELL工控机计算机 一台
3、JX-300X DCS系统组态软件包 一套
五、实验步骤：
对于一个项目的组态设计，主要是指利用JX-300X DCS系统组态软件包，在工程师站上完成的设计、配置工作，组态设计基本上按照以下步骤进行：
1、 整理硬件及I/O信息，测点分配表如表2.1
表2.1 测点分配图
2、 建立组态文件
电脑开机,开机密码为:supcondcs。进入系统后，双击桌面 JX-300X组态 图标，新建文件名“加热炉”，指定保存路径，点击保存。
新建组态文件时，系统会生成（文件名）.sck的组态文件，同时,在同一目录下系统会自动生成一个和组态文件同名的文件夹。该文件夹下包含着一些小文件夹：
control：存放图形化组态文件；flow：存放流程图文件；lang：存放SCX语言文件； report：存放报表文件； run：存放运行文件； temp：存放临时文件。
3、 主机设置
点击组态软件界面上的 主机 按钮，在弹出的对话框中设置主机。这时对话框中出现“主控卡” 选项，在这里可以进行主控卡设置，点击 增加 按钮 ，即增加一个控制站。接下来填写相应控制站的参数。
IP地址：JX—300X系统主控卡在ScnetII网络中的地址，对TCP/IP协议地址采用表1.2所示的系统约定。
点击“操作站”标签，可对操作站进行配置，点击 增加 按钮 ，即增加操作站。填写相应操作站的参数。
4、 控制站I/O组态
主机设置完成后，可进行控制站I/O组态：包括数发卡、I/O卡、信号点设置。
点击工具栏 I/O 按钮，在弹出的对话框中设置数发卡。这时对话框中出现“数据转发卡” 选项，在这里可以进行数发卡设置，点击 增加 按钮 ，即增加一个数发卡。接下来填写相应的参数。完成数发卡设置后点击 退出 按钮。
点击“I/O卡件”标签，可对I/O卡件进行组态，点击 增加 按钮 ，即增加I/O卡件。填写相应I/O卡件的参数。地址设置参考机笼卡件布置表，如表2.2。I/O卡件全部设置完毕后点击 退出 按钮。
点击“I/O点”标签，可对I/O信号点进行组态，通过下拉菜单选择I/O卡件设置中的任意I/O卡件下地某信号点进行设置。参考测点分配图设置。当I/O信号点全部设置完毕后点击 退出 按钮，至此，I/O组态全部完成。
表2.2 1#机笼卡件布置图
5、 控制方案组态
本实验的控制要求中，回路控制的前两个要求都是标准常规回路。加热炉烟气压力PI-102与PV-102构成一个单回路PIC-102，参见图2.1。原料加热炉出口温度TI-101控制是一个串级控制其中副回路是流量控制，流量测量信号为FI-104，输给调节阀的信号是FV-104，回路号为FIC-104，主回路是温度控制，温度测量位号为TI-101，回路号为TIC-101。
点击工具栏 常规 按钮，在弹出的对话框中设置控制方案。点击 增加 按钮 ，即增加一个控制方案。选择相应的控制方案。完成控制方案设置后点击 退出 按钮。
6、 操作站组态
点击工具栏 操作小组 按钮，在弹出的对话框中设置操作小组。点击 增加 按钮 ，即增加一个操作小组。填写相应的参数。完成操作小组参数设置后点击 退出 按钮。
趋势画面组态：点击工具栏 趋势 按钮，在弹出的对话框中设置标准趋势画面。在“操作小组”下拉菜单中选择“加热炉”，选择好操作小组后点击 增加 按钮 ，在该操作小组中增加趋势画面。设置画面内容（ ？按钮提供位号的查询功能）。完成趋势画面设置后点击 退出 按钮。
分组画面组态：点击工具栏 分组 按钮，在弹出的对话框中设置标准分组画面。在“操作小组”下拉菜单中选择“加热炉”，选择好操作小组后点击 增加 按钮 ，在该操作小组中增加分组画面。设置画面内容（ ？按钮提供位号的查询功能）。完成分组画面设置后点击 退出 按钮。
一览画面组态：点击工具栏 一览 按钮，在弹出的对话框中设置标准一览画面。在“操作小组”下拉菜单中选择“加热炉”，选择好操作小组后点击 增加 按钮 ，在该操作小组中增加一览画面。设置画面内容（ ？按钮提供位号的查询功能）。完成一览画面设置后点击 退出 按钮。
总貌画面组态：点击工具栏 总貌 按钮，在弹出的对话框中设置标准总貌画面。在“操作小组”下拉菜单中选择“加热炉”，选择好操作小组后点击 增加 按钮 ，在该操作小组中增加总貌画面。设置画面内容（ ？按钮提供位号的查询功能）。完成总貌画面设置后点击 退出 按钮。提示：组态顺序必须是：先操作小组，后操作画面。
六、思考题：
1、 I/O卡件的组态和I/O卡件的硬件排布有何联系？
答：在系统中I/O卡件的地址范围在00～15之间，I/O卡件的组态地址应与它在控制站机笼中的排列编号相匹配，并要求遵循冗余规则。
七、实验报告：
实验报告内容应包括：系统所进行的硬件设备、系统采集的信号、控制方案、操作时需显示的数据和如何操作等的系统组态过程。
实验三：流程图及报表的操作与设计
一、实验目的：
1、学习JX-300X系统的流程图制作、报表制作软件包；
2、掌握如何用流程图制作软件来进行工艺流程的绘图制；
3、掌握如何用报表制作软件来自动生成报表。
二、实验内容：
1、绘制一幅工艺流程图，如图3.1所示：
图3.1 加热炉流程图
2、制作一张能自动生成的班报表，如表3.1所示:
表3.1班报表
三、实验组织运行：
根据实验特点，以集中模式组织实验教学。每批分20组，每组1人。每组学生必须完成所规定的实验内容，经教师认可后才视为完成实验。
四、实验条件：
1、JX-300X集散控制系统 一套
2、DELL工控机计算机 一台
3、JX-300X DCS系统组态软件包 一套
五、实验步骤
1、 建立流程图文件：
点击组态软件界面上的 流程图 按钮，即可进入系统流程图登录窗口。利用“操作小组”下拉菜单指定流程图画面的当前页在哪个操作小组中显示。接下来在画面中点击 增加 按钮，在该小组中增加一条流程图连接信息，填写相关参数即可。点击“编辑”按钮，将启动流程图制作软件。
2、 绘制流程图：
对于流程图制作软件，出现在画面上的图形元素可粗略分为两类：
静态图形元素——直线、弧线、各种矩形、圆、多边形等各种工业装置的基本组成单元以及标注的字符等。
动态图形元素——主要是指流程图画面上出现的动态数据、动态棒形图、动态开关、命令按纽等。
图形元素的绘制主要通过软件界面上左侧的绘制工具栏上的功能按钮来实现。
绘图步骤：①确定主体设备的位置。②根据图纸添加管线。③添加相关的仪表和设备。④添加动态数据。⑤填写设备和管线标注。
流程图制作完毕后应保存，点击 保存 按钮。
3、 建立报表文件：
点击组态软件界面上的 报表 按钮，即可进入系统报表登录窗口。利用“操作小组”下拉菜单指定报表画面的当前页在哪个操作小组中显示。接下来在画面中点击 增加 按钮，在该小组中增加一条报表连接信息，填写相关参数即可。点击“编辑”按钮，将启动报表制作软件。
4、报表制作：
报表制作步骤：①确定报表所需的行列数。②制作表头。③报表格式设定。④时间对象的组态和填充。⑤位号的组态和填充。⑥报表事件组态。⑦报表输出设置。
请注意，对任何一个单元栏目进行设置以后，都需要按“回车”键对刚才的操作进行确认。
六、思考题：
1、 用户添加了一页新流程图，并进行了精心绘制，但进入监控画面中却无法找到该页流程图，为什么？
答：有可能是流程图存放的路径不正确，图形元素绘制完毕以后，应点击“保存”按钮，保存在Flow文件加下；也有可能是流程图登陆对话框中，相应的流程图文件没有进行正确的连接。
2、 为什么对流程图进行了修改，在监控画面中却没有体现？
答：有可能是在修改时没有重新进行编译，或是没有重新启动监控软件。
3、 绘制流程图中，动态数据在监控画面中无法显示，监控时点击该数据框也无法弹出相应的模拟仪表，为什么？
答：可能是在流程图制作软件过程中该动态数据框没有被组合。
七、实验报告：
实验报告内容应包括：记录流程图和报表的制作过程中所遇到的问题和解决方案，绘制你所完成的流程图和报表，回答思考题以及心得体会。
实验四：加热炉控制系统的设计
一、 实验目的：
1、 进一步加深对集散控制系统的了解。
2、 熟悉一个工程项目实现的过程。
3、 学会对系统硬、软件的调试、编译、下载和运行。
二、 实验内容：
设计一个加热炉控制系统，加热炉是化工生产工艺中的一种常见设备。对于加热炉，工艺介质受热升温或同时进行气化，其温度的高低会直接影响后一工序的操作工况和产品质量。当炉子温度过高时，会使物料在加热炉里分解，甚至造成结焦而产生事故，因此，一般加热炉的出口温度都需严加控制。
现有一套加热炉装置，原料油经原料油加热炉（设备号T101）加热后去1反，中间反应物经中间反应物加热炉（设备号T102）去2反。如图4.1所示。
图4.1 加热炉流程图
设备详细I/O资料如下表4.1：
表4.1：
三、设计要求：
1、 回路控制
▲ 加热炉烟气压力PI-102需要进行控制，如图4.2所示。
图4.2 PI-102与PV-102构成单回路
这里，PI-102与PV-102构成了一个单回路，回路号为PIC-102。
▲ 原料加热炉出口温度TI-101需要进行控制，由于加热炉具有较大的时间常数和纯滞后时间，单回路控制效果不理想。在操作过程中，燃料气流量波动是温度的主要干扰因素。因此，采用加热炉出口温度对燃料气流量的串级控制。这样的控制可以在燃料气流量发生的变化尚未影响到加热炉出口温度之前，通过内环的控制作用先行调节，快速减少甚至消除燃料气流量的干扰，从而改善控制质量。控制回路如图4.3所示：
图4.3 TI-101的串级控制
其中副回路（内环）是流量控制，流量测量信号为FI-104，输给调节阀的信号是FV-104，回路号为FIC-104。主回路（外环）是温度控制，温度测量位号为TI-101，回路号为TIC-101。
2、 控制画面
根据工艺要求，绘制流程图，并合理设计操作画面，方便操作使用。参考图4.1
3、 报表记录
制作班报表，记录PI-102，TI-101，TI-102，TI-106四组数据：要求每一小时记录一次，每天8：00，16：00，0：00打印。参考表3.1
围绕着所提的项目要求，接下来就按照作业流程进行项目设计。
作业流程图：
前期设计——硬件选型——组态设计——设备安装——下载调试——投运
四、实验组织运行：
根据实验特点，以集中模式组织实验教学。每批分20组，每组1人。每组学生必须完成所规定的实验内容，经教师认可后才视为完成实验。
五、实验条件：
1、JX-300X集散控制系统 一套
2、DELL工控机计算机 一台
3、JX-300X DCS系统组态软件包 一套
六、思考题：
1、 组态设计的基本步骤？
答：1 整理硬件及I/O信息，分配测点
2 建立组态文件
3 主机设置
4 控制站I/O组态
5 控制方案组态
6 操作站组态
7 编译、修正
2、 硬件的分配应遵循什么原则？
答：1 根据工艺情况，同一装置或是有关联的装置分布在一个控制站；
2 在一个控制站内部，按卡件类型分布，同类型的卡件相对集中排布；
3 在卡件排布时，注意A类卡和B类卡的排布要求；
4 在条件允许的情况下，在一个控制站内一个类型的测点后应考虑一定的备点，控制站中应留有几个空余槽位，为设计更改余量。
3、 控制站组态的顺序是怎样的？
答：1 数据转发卡设置
2 I/O卡件设置
3 信号点设置
4、 操作站的组态主要包括哪几个方面的内容？
答：1 操作小组的组态
2 标准操作画面的制作
3 流程图绘制
4 报表制作
5 自定义键组态
七、实验报告：
实验过程：
1 前期设计
一般的工程项目，在签约之前，需要进行可行性研究和项目的基础设计，以确定工艺基本要求、系统的规模、测点的数目及特性、控制要求、需监控的流程画面、报表样式及要求、控制室的布置设计等等。明确这些要求，为下一步的选型、组态、安装、调试等工作做了准备
2 硬件选型
根据系统实际测点和控制情况，选择系统需要的硬件设备（机柜、机笼、卡件、操作站等），使硬件配置可以满足设计中的数据监控、画面浏览等要求，并为将来的系统扩展升级留有一定的余量。
一般的，前期设计和硬件选型完成以后，会形成诸如《合同》、《技术协议》、《联络会纪要》、《工艺介绍》、《测点、控制要求》、《基础设计及评审意见》等设计输入文档。
3 组态设计
根据前期设计和硬件选型的结论，用JX—300系统组态软件包中的相关软件实现控制站、操作站等硬件设备在软件中的配置，操作画面设计，流程图绘制、控制方案编写，报表制作等等。组态设计也是JX-300X系统培训的重点内容。
4 设备安装
设备安装之前，需要确定的是指控制室的环境布置是否符合DCS工作要求，是否具备供电条件，接地系统是否完成，机柜、操作台等是否就位，电缆的铺设时候符合标准，现场仪表的就位是否正常。
确认安装的准备工作就绪以后，可以进行设备接线、卡件安装等工作。
5 调试
在设备就位的基础上，可以进行组态的下载以及控制系统的调试和联条。这些工作的进行测试了系统的各设备的通讯是否正常，现场设备能否按照配置正确的工作，控制方案是否满足控制要求。
6 投运
将装置投入生产，实现自动控制。
实验中遇到的问题以及解决方案:
本次实验是属于环环相扣的类型，中间有一步弄错，后面就会带来一系列的问题，所以保持认真、仔细的态度非常重要，本人就在控制站I/O卡间的配置和信号点配置中出现了错误，经过编译发现了之后，及时更改了过来，最后才编译成功。
七、实验报告：
实验报告内容应包括：前期设计、硬件选型、组态设计、调试等过程，记录制作过程中所遇到的问题和解决方案，回答思考题，提出实验结论或自己的心得体会。