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發布時間:2015-5-15 11:27:27  點擊數:3573

新一代過程控制系統---粘膠生產線DCS-1.0控制系統 
產品型號:JTDC-DCS-1.0 控制系統 
基于全集成自動化思想,功能強大,面向工藝的現場總線解決方案 
一、概述 
隨著工業自動化過程控制理論和計算機技術的迅速發展,以及生產工藝對控制系統的可靠性、運算能力、擴展能力、開放性、操作及監控水平等方面提出了愈來愈高的要求。JTDC-DCS-1.0過程控制系統就是在這種形勢下開發的迎合粘膠制造過程需求的新一代過程控制系統。JTDC-DCS-1.0 是使用西門子公司PCS 7集散系統和S5,S7 系列硬件的基礎上,結合先進的電子制造技術、網絡通訊技術、圖形及圖像處理技術、現場總線技術、計算機技術和先進自動化控制理論,面向粘膠生產過程控制應用場合而開發的先進過程控制系統。

JTDC-DCS-1.0系統的突出特點有: 
◆ 基于全集成自動化思想 
◆ 與PROFIBUS 現場總線有機地結合在一起
◆ 吸收了各種先進技術,面向粘膠生產工藝,符合先進的粘膠生產自動化生產要求 
◆ 更分散的系統配置,特別適用于分散的過程控制應用場合 
◆ 系統配置靈活,易于擴展 
◆ 模塊化結構,通用的硬件模塊 
◆ 強大的系統軟件,組態與編程輕松簡單 
◆ 豐富的人機界面產品提高了監控與管理的水平 
二、監視與操作 
JTDC-DCS-1.0系統 過程控制系統的操作員站是過程控制的窗口,所有的操作與管理人員及維護工程師都能夠在標準、友好和面向工藝的窗口上跟蹤過程活動或者參與生產控制,同時得到報警和操作員提示。 
JTDC-DCS-1.0系統的操作員站采用了客戶/服務器的結構??蛻魴C與服務器的連接采用標準以太網。在服務器上,操作系統用Windows XP Server;在客戶機上,操作系統用Windows XP 專業版。在服務器和客戶機上,監控軟件采用SIMATIC WinCC。 
1、多客戶機結構 
PCS 7 可以采用單用戶操作員站方式,當操作員站較多或用戶有比較高的要求時,也可以采用多客戶機結構。 
多客戶機結構允許一個客戶機訪問多個OS 服務器的數據;也允許多個客戶機同時訪問若干個服務器。操作可同時完成,項目數據、過程變量、存檔數據、報警和消息均從多客戶機的OS 服務器獲得。 
這樣數據可以分布在若干服務器上,多客戶機都通過一個公共操作進行訪問,這樣一個工廠因此分成若干個技術單元,每個單元有自己的OS服務器,分布式系統的優點是整個工廠分解成若干個不同的部分,從而提高系統的可用性。

2、顯示 
◆ JTDC-DCS-1.0系統 控制系統的每個CRT 都能綜合顯示字符和圖形信息,操作人員完全可以利用鼠標通過CRT 的畫面實現對生產運行過程的操作和監視。 
◆ (每幅)畫面都能顯示過程變量的實時數據和設備的運行狀態,這些數據和狀態在規定時間內更新一次。數據或圖形的顯示隨過程狀態而變化。棒圖和趨勢圖可以在任意畫面的任意位置顯示。 
◆ 控制系統的所有測點,包括模擬量輸入、模擬量輸出、數字量輸入、數字量輸出、中間變量和計算值都可以在畫面上顯示。對每一個測點,還包括顯示其位號、字說明、工程單位、高低限值等。 
◆ 操作員站可提供多種窗口顯示。 
◆ 操作員站軟件具備順控邏輯和步序的模擬圖顯示功能,畫面的數量是不受限制的。運行人員可以通過鼠標對畫面中的被控裝置進行手動控制。畫面上的設備正處于自動程控狀態時,模擬圖上及時顯示出設備的狀態及自動程序目前進行至哪一步。如果自動程序失敗,則有報警并顯示出故障出現在哪一步。 
◆ 操作員站軟件為用戶提供了豐富的圖形和儀表符號圖庫,用戶還可以建立自定義的新圖庫,新建的圖庫可以被存儲和檢索。 
◆ 操作員站的性能直接依賴于PC硬件的性能。采用高性能的PC將明顯獲得高的性能。畫面的數量只受硬盤容量的限制,每幅畫面容納的過程測點數可以達到500 個以上。 
◆ 操作員站采用多層顯示結構,顯示的層數可根據工藝過程和運行要求來確定,這種多層顯示可使運行人員方便地翻頁,以獲得操作所必需地細節和對特定的工況進行分析。多層顯示包括總貌顯示(區級顯示)、成組顯示和回路顯示。 
3、報警 
JTDC-DCS-1.0系統 過程控制系統的報警信號發出功能支持操作員對偶然發生的事件進行處理,這些事件是產生在生產過程或I&C 中的不正常的、不常發生的或不希望發生的狀態,這些事件在發生時將報告給操作員。除了這些事件,操作員的介入也完全加入到報警概念之中,可以被歸入到當前報警列表和檔案中。有三種不同類型的報警分列如下: 
◆ 過程事件報警發生在自動過程中,例如過程信號超出極限。 
◆ I&C 報警產生于PCS 7 在其自身的元器件上發現并報告的故障。這類故障范圍從一個部件的故障甚至到一個連接傳感器的斷線報警。 
◆ 操作報警在操作過程變量時產生,例如當改變一個閉環控制器的模式時。如果使用了 庫中所提供的操作員顯示,操作報警就會自動產生。

4、報表( 記錄) 和存儲 
操作員站提供了一套集成的報表系統,數據庫里的所有過程點都可以打印輸出。它可以把在過程中錄入的數據按以下方式輸出,輸出的頁面格式是自由的,用戶自定義的。除了打印到打印紙,還可以打印輸出到文件及在屏幕上打印預覽??梢远x打印任務按小時、天、星期及月報表形式循環輸出。報表輸出可按時間順序觸發、事件觸發或操作者觸發。 
◆  信息順序記錄可以將輸入的信息立即打印輸出到預先定義好的打印機上,逐行打印。 
◆  信息存檔可以分成短期存檔和長期存檔。短期存檔上限可存儲10000條信息,存檔信息達到10000條時,新來的信息首先覆之前的信息。長期存檔用作短期存檔的延續,通常被置于硬盤或軟盤上,只受磁盤空間大小的限制。 
◆  操作員站借助Wizard(向導程序)及AS 控制站的功能,可以輕松地實現操作記錄。 
基于全集成自動化思想, 功能強大, 面向工藝的現場總線解決方案 
◆  操作員站通過標簽管理器可以周期地或事件觸發地記錄測量值。用戶不僅可以記錄外部測量值,還可以記錄內部標簽值、或來自任何應用的值以及手動輸入的值。數據被存儲在硬盤的測量值存檔中,采樣周期的范圍在500ms到一年之間。為了快速地獲得這些測量值,系統在內存中提供了一個循環的緩沖區來管理這些數據(在線曲線)。 
◆  操作員站提供了不同的方法來記錄測量值: 
◇ 連續周期存檔,即開機后就以規定時間順序存儲測量值。 
◇ 有選擇的周期存檔,即滿足某條件時開始存儲測量值。 
◇ 非周期存檔,即一個或多個事件觸發或停止測量值的記錄 
◇ 超限時存檔

5、全面開放的操作與監控系統 
OPC(應用于過程控制的OLE)的引入保證了操作與 
監控系統的開放性OPC促進了控制系統、操作員控制和 過程監視系統,現場設備和辦公室應用之間的相互作用。 
正如OLE 已為Windows 在辦公室領域的應用作出貢獻一樣,OPC 正在為自動化領域作著同樣的工作:它意味著有關接口問題的所有難點將迎刃而解。 
OPC 為自動化系統部件提供“即插即用”功能。它使曠日持久有關接口問題的討論成為過去,同時也解決了部件間的連接問題。這樣,人們在應用WinCC 配置系統時就能將精力集中于擬定當前的實際解決方案。這些標準化通信接口確實能節省昂貴的人工費用。 

6、在線觀察SFC 
◆觀察SFC(Visualization of SFCs): 
◆自動生成由工程師站 SFC 組態軟件包組態的SFC 運行畫面 
◆每個SFC 都有一個導向窗 
◆具有轉移備件(transitions)和步驟(steps)細節的總覽窗口 
◆根據列表窗口中的SFC 的名字進行選擇 
◆對每一個動態的轉移條件和步驟都可以詳細顯示 

7、多屏顯示(Multi VGA)
多屏技術(Multi screen technology) 
◆一個操作站可連接1 至4 個顯示屏 
◆用一套操作設備(鍵盤/ 鼠標器)來操作 
◆可通過存儲當前屏幕組態等方式舒適的操作


8、在線工業電視 
◆ 電視卡+OCX 
◆從攝像機聯入的視頻畫面可以作為HMI 的一部分, 
顯示過程畫面時,可以作為嵌入窗口,或作為固定窗口 
◆操作人員可用來觀察現場維修人員的維修過程 
◆觀察生產過程中的一些特殊對象(如火焰、泡沫等)

9、冗余度選件 
冗余度選件能使二個冗余的WinCC站同時運行,以保證連續的過程和操作員控制。如果兩個站中的一個發生故障,另一個就接替報表傳送和過程值的歸檔。當故障站恢復運行后,在該站不工作時所采集的全部過程值檔案和報文都復制到現在恢復運行的站上。從而再一次可同時運行二個相同的WinCC 站。用這種概念來配置冗余管理下的所有過程值檔案和報文,從而保證了數據完整性。在客戶機/ 服務器方式,客戶機自動地從故障冗余的服務器切換到冗余的配合站。在短暫的切換周期后,所有運行的站又繼續工作。為了簡化配置,可使用項目復制器,它將所有配置數據復制到配合站,并相應地加以匹配。 


10、完善的用戶訪問權限管理(Access control)

用戶權限可分配999種權限,分配上限為128個用戶、10個組。 

       

 

 

操作員
工藝主管
◆ 每個操作員/ 組都可設置自己的訪問權限 
維修人員
◆ 每個功能訪問權限可單獨定義 
◆ 可對某個單元設為可操作或不可操作 
◆ 可采用密碼或磁卡(chip card)來設定訪問控制 
◆ 保護每個對象(object)和每個操作(operation)
11、時間同步 
◆ 中央主時鐘(Central master clock)

◆ OS可作為主或次時鐘連到SIMATIC NET 系統 

◆ 所有連到系統總線上的AS和OS周期性地進行

◆ DCF-或GPS-時鐘或連到OS 上(可選)

三、工程與組態 


工程師站用于對整個JTDC-DCS-1.0系統進行組態。它采用集成的全局數據庫和統一的組態工具。在項目的整個生命周期中,只需要一個組態工具。這個組態工具就是SIMATIC程序管理器,它采用了現代化的軟件體系結構,對項目進行管理、處理、歸檔和建立文件。 
在項目管理上,SIMATIC 程序管理器以系統硬件和生產工藝兩個不同的視角,同時進行管理。這兩個視角在程序管理器中分別稱為標準分級(Standard Hierarchy)和工藝分級(Plant Hierarchy)。其中,標準分級主要管理系統的硬件,如控制器、系統總線、I/O 系統等;工藝分級主要管理工藝過程,它將整個工廠按工藝過程的要求,分為各個子系統,按工廠的實際結構采用分層的形式將各子系統映射到控制器上。與傳統DCS-1.0 系統相比,JTDC-DCS-1.0系統的組態直接面向工藝過程。

 

       

工藝分級

標準分級 
1、數據庫 
PCS 7 系統采用具有標準化、開放性、功能強大的關系型、分布式數據庫作為平臺作為數據采集、數據處理、數據分析和生產過程控制管理系統的數據庫支撐系統。關系型、分布式數據庫平臺不同于一般的數據庫支撐系統,它能保證系統數據的完整性、一致性和系統各 
個部分數據的同步性、具備多種形式的數據查詢、數據關聯和數據索引方式。所以在對系統組態時,所有的數據和設置都自動地連入一個統一的數據庫中。
2、測試和起動支持 
除了支持系統配置外,SIMATIC 程序管理器以其范圍廣泛的特殊功能也提供對測試和起動的支持。這些功能包括: 
◆有測試和起動工作方式的CFC,其中,圖表中的變量值可在運行條件下直接顯示和修改。 
◆有測試和起動工作方式的SFC,它能跟蹤順序功能圖的過程并進行人工干預,同時顯示每個轉換的下一步條件狀態。 
◆有高級語言調試程序的SCL。 
◆在工程系統中,有S7 PLCSim(任選軟件包)的自動化系統的仿真。 
◆ I/O 模塊的驅動功能塊的過程信號仿真。 
◆ WinCC可以切換到運行方式,用于在線優化修改。 
3、CFC 連續控制算法 

 

 

 

 

 

 

 

CFC 是一種簡潔的圖形組態工具,它采用了IEC1131 的標準。CFC 的使用有助于節省時間和費用,同時大大地簡化了系統的組 
態和維護。用CFC 進行組態時是以功能塊為基礎的,系統配置了很多預編程的功能塊。這些功能塊以庫的形式體現。每個功能塊都 
有一個參數表,每個CFC 由6 頁組成。功能塊之間的連接可以在不同的CFC 頁面之間進行,用以完成很復雜的大型控制任務。CFC 
主要用于連續過程的自動化控制任務的組態。 

4、SFC 順序控制算法 

 

 

 

 

 

SFC 也是一種圖形組態工具,它也采用了IEC1131 標準。SFC 主要用于小型的批量操作等順序控制的自動 化任務。這種圖形化的組態工具在組態時,首先畫出順控的順序圖。在順序圖中,可選擇順序、并行分支、交替分支和回路等局部結構。圖中用大小兩種方塊分別表示步驟(Step) 和轉移條件(Transition)。 

5、強大的功能庫 
JTDC-DCS-1.0系統 給用戶提供了強大、豐富的功能塊庫,包含了常用的算法、圖形乃至對某設備的控制方案。同時,用戶也可以利用SCL 語言、圖中圖、圖形編輯器等技術建立自己的功能塊和庫。工程公司或用戶甚至可以將整個工廠的控制方案生成一個單一的功能塊,并且可以加注自己的名字。 

對于每一個連續控制語言中的功能塊在操作員站中都有相應的圖形面板與之對應。

6、對操作員站進行組態 

所有OS 專用的組態都是用在JTDC-DCS-1.0系統 程序管理器 中的相應工具完成的。流程圖是用圖形編輯程序建立的, 
動作、文檔、記錄和曲線是用組態方式完成的。報警功 能也是通過組態實現的,不必多重輸入,同時CFC/SFC 
功能塊中已隱含了報警功能。將AS 的組態鏈接到OS 中時,AS 中的圖象塊之間的連接,功能塊的報警和文檔變 
量都可隱含產生,不需任何附加的配置工作。

 

7、簡潔明了的硬件組態


◆ 從硬件目錄對話窗中采用拖放的方式將硬件放到機架(rack)中合適的位置。

 

8、簡潔方便的網絡組態

四、JTDC-DCS-1.0自動化控制系統特點

自動化控制系統用于實現現場設備的運行狀況監測、數據采集及處理、自動閉環回路控制、電氣設備開關控制等系統控制功能。 
中央處理器采用S7-417 系列CPU,專為過程控制應用設計,CPU 芯片的底層程序采用類PASCAL語言編寫,為CFC,SFC 等過程控制語言提供平臺。S7-400 工業控制器的CPU 能力超強,位操作、字操作、定點加等只需要0.03us,浮點加也只有0.6us,內置用戶存儲器可達20MB,I/O 處理量上限可以達到128K開關量,8K 模擬量。CPU 上有實時時鐘,CPU 向上傳送的數據和診斷信息都帶有日期和時間標簽。CPU集成了HMI人機接口服務功能,在HMI 設備(如工程師站ES、操作員站WinCC)上,用戶只需定義數據源和目的地,系統就能自動地將數據周期地向上傳送。 
1、先進的冗余設計 


CPU-417H 中央控制器采用先進的冗余設計思想,將冗余的控制器安裝在一個機架上將冗余的控制器安裝在兩個分立的機架可靠性比傳統的DCS冗余系統有很大提高。主要特點有: 
(1). CPU-417H 中央控制器中預裝有冗余軟件,用戶在組態時可完全忽略其冗余特性,象對非冗余系統組態一樣只需輸入用戶程序。 
(2). 事件驅動同步功能。對于執行后能引起兩個冗余CPU的內部狀態不同的所有命令,如更新過程映象區,直接訪問I/O,中斷與報警,定時器的更新等,CPU 之間自動進行同步,而不是以特定的時間周期進行同步。 

(3). 冗余的兩個控制器可以分別安裝在兩個標準機架上,也可安裝在一個緊湊型機架上。緊湊形機架上采用分立式的背板總線,使電源,通訊卡件及CPU仍然被分成兩個獨立部分。 
(4). 冗余的每個控制器上可配置一個電源,在需求較高的環境下,可對每個控制器設置兩個電源。即使安裝在一個機架上,因為背板總線互相獨立,仍可對每 個CPU 配備兩個電源。 
(5). 運行過程中可以更換所有組件,更換CPU 時,系統可以將新安裝的CPU 自動更新為當前狀態。 
2、ET 200 分布式I/O 
ET200分布式I/O用于采集現場信號,并將中央處理器的指令傳輸給執行機構。ET200 分布式I/O 種類豐富,功能強大,安裝簡便,能夠出色地完成各種復雜的自動化任務,并且適應各種惡劣環境。 
SIMATIC ET200 分布式I/O 的突出特點:

豐富的種類,適用于防爆、智能等不同的設計要求
◆應用PROFIBUS 現場總線技術將中央控制器和I/O 單元,連接在一起大大提高了I/O 部件的智能化水平 
◆支持熱插拔,可以實現在線維護、擴展或更改配置 
◆較少的電纜節省了空間使安裝工作大大減少 
◆可以采用光纜連接,有效地避免電磁干擾

3、ET 200X 用于惡劣環境的I/O 
高防護等級IP65、模塊化、防水的(NEMA 4X,防護等級 IP65)及獨特的接口設計使ET 200X 成為一個高度靈活的系統。 
I/O 模塊和集成的電機啟動器可以結合到每個從站中,為您的機器或應用裝置的每個控制單元提供快速和優化的集成。 
可獨立工作的模塊化裝置ET 200X 能夠直接在機器上處理控制任務。因此,中央控制器可以從冗長的程序中解脫出來,并大大加快關鍵信號的反應時間。使您可將ET 200X 用于螺旋輸送機、分離過濾器或升降機等需要本地智能的控制的地方。

 

4、ET 200is 安裝在防爆區域的過程I/O

新推出的用于危險區域的ET200is 分布式I/O 系統,它 能直接安裝在區域1或區域2(EEX de ib [ia/ib] IIC T4)。 
如需要,執行器/ 傳感器也可以安裝在0 區域內。 ET200is是本安型,具有位模塊化的設計,因而能更好地適配應用系統,ET200is 由一個防火電源,用于PROFIBUS-DP的接口模塊以及上限為32 個電子模塊所組成,不需要防火認證的HART 功能和運行期間熱交換是ET200is 模塊的標準性能。 
與JTDC-DCS-1.0 系統相結合,則具有系統診斷,時間標記和CFC 驅動器塊等功能。ET200is 的啟動既簡單又十分方便;通過SIMATIC PDM 直接在工程站上組態電子模塊和參數化現場設備。

五、JTDC-DCS-1.0自動化控制系統工業通訊網絡 
JTDC-DCS-1.0 采用SIMATIC NET 工業通訊網絡結構,擁有豐富靈活的網絡層級,同時SIMATIC NET各個層級的通訊協議都是符合國際標準的網絡協議,保證了系統的開放性。所有應用于SIMATIC NET的產品和模件都是為了工業應用而專門開發,適用于可能遭受嚴重電磁干擾,液體浸蝕,高度污染和機械沖擊的工業環境,SIMATIC NET 網絡已被廣泛地安裝和使用,經過了時間的考驗。

 

 

 

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