Plataforma experimental del sistema de control de procesos distribuido DYGC-735DCS

1. Descripción general
Este dispositivo de capacitación consta de hardware y software. El hardware incluye gabinetes de control, instrumentos inteligentes, unidades de control DCS y otras unidades; el software incluye software de base de datos, software de configuración de equipos, software de programación de equipos, software de configuración industrial y servicios. consta de paquetes de software y software de matemáticas de ingeniería. Panel de interfaz de señal: las señales del instrumento y las señales eléctricas
en el objeto de control se transfieren al tablero de cableado de señal, que proporciona AI, AO, DO y otras interfaces de señal de control de actuador y detección de sensores para facilitar el cableado para formar diferentes sistemas de control. Utilice cables enchufables seguros para realizar diferentes cableados entre la placa experimental y la placa de señales para completar varios experimentos de control de procesos . La red del sistema se divide en tres niveles: red de monitoreo, red del sistema y red de control. La capa de red de monitoreo realiza la interconexión entre la estación de ingeniería, la estación del operador, la estación de computación avanzada y el servidor del sistema. -estación de control del sitio y el servidor del sistema, la capa de red de control realiza la comunicación entre la estación de control en el sitio y el proceso. 2. Configuración y funciones (1) Estructura general del sistema 1. La arquitectura de red del sistema consta de tres capas: red de administración (MNET), red del sistema (SNET) y red de control (CNET) de arriba a abajo. La red de gestión es una capa de red opcional que se utiliza para comunicarse con sistemas de gestión de producción a nivel de fábrica, como MES, software de gestión de terceros, etc., y puede realizar la publicación segura de información a través de INTERNET para lograr una gestión avanzada y el intercambio de datos. 2. La red del sistema conecta nodos del sistema como estaciones de ingeniería, estaciones de operador, estaciones históricas y estaciones de control, y admite P-TO-P (red peer-to-peer), C/S (cliente/servidor), P-TO -P y C/S (híbrido) tres estructuras de red, que pueden construir rápidamente una red redundante de alta velocidad con topología de estrella, anillo o bus, cumpliendo con los estándares IEEE802.3 e IEEE802.3u, 100/1000Mbps adaptable. 3. La red de control se utiliza para conectar el controlador principal de la estación de control con cada módulo de E/S y equipo inteligente. Admite estructuras en estrella y bus y cumple con IEC61158 (norma nacional: JB/T10308.3-2001, norma europea). : EN50170), lo que garantiza una comunicación a nivel de campo rápida, estable y en tiempo real. 4. La red del sistema admite 20 usuarios al mismo tiempo para el monitoreo en línea en tiempo real de los objetos objetivo. 5. La estación de ingeniería 1) se utiliza principalmente para la gestión del sistema y el mantenimiento y modificación de la configuración. Tiene función de prueba de configuración fuera de línea; función de descarga en línea; configuración y edición de pantalla; función de configuración y definición de puntos de función; función de configuración y definición de dispositivo de definición y edición; funciones de definición y configuración de bases de datos; funciones de generación de informes, etc. 2) La estación de ingeniería tiene capacidades de conexión en red y adopta una configuración de tarjeta de red dual. Puede conectarse a toda la red de administración de la fábrica a través de un conmutador. La estación de ingeniería también puede servir como estación de operación. 6. Estación del operador 1) La estación del operador proporciona una interfaz hombre-máquina utilizada por los operadores de procesos, ingenieros de procesos y personal de control automático de instrumentos. Tiene un teclado dedicado a la estación del operador estándar de la industria. Sus funciones principales son: visualización interactiva del diagrama de flujo; las características proporcionan rutinas simuladas Panel de operación de instrumentos montados en panel; monitoreo y consulta de curvas de tendencias históricas y en tiempo real; monitoreo de grupos de parámetros de alarma; consulta de registros de equipos, registros de operación, registros de SOE y visualización de registros completos de accidentes; Impresión programada e instantánea de informes de proceso; Gestión de usuarios; Aviso de alarma por voz. 2) La estación del operador del sistema tiene permisos operativos de diferentes niveles y diferentes áreas operativas o conjuntos de datos, y tiene funciones de subautorización, visualización subregional, consulta, alarma y control. 7. Estación de control 1) La estación de control puede cumplir con los requisitos de función y velocidad del control de procesos de equipos químicos grandes y tiene las funciones de control continuo de procesos, control de lotes y control de secuencia. 2) La unidad de control principal de la estación de control tiene la función de estación maestra de bus de campo IO BUS; tiene una poderosa función de cálculo de control y puede completar el control de retroalimentación de cantidad analógica y el control de secuencia de cantidad de interruptores. Y puede combinar los dos anteriores para lograr funciones de control más complejas, incluidos los siguientes lenguajes de programación de configuración: FBD: diagrama de bloques de funciones; CFC: gráfico de funciones continuas; LD: Diagrama de escalera. (2) Configuración y funciones del sistema

 
1. Escala del sistema: Soporte: hasta 15 dominios; estación de operador: 64 unidades/cada dominio; estación de control en sitio: 64 unidades/cada dominio.
2. Escala de una estación de control de campo única: número de módulos de E/S: 100; número de puntos de E/S: 1600 puntos; número de bucles de control analógico: 128.
3. Capacidad de respuesta en tiempo real: Precisión de SOE: 0,4 ms; resolución de eventos de SOE: 1 ms; cambio de entrada de operación a salida correspondiente: <1 s; tiempo de actualización de datos de pantalla del controlador: 50 ms, 100 ms, 200 ms, 500 ms, 1 s; :<1s.
4. Las funciones del sistema incluyen recopilación de datos , cálculo de control, salida de control, monitoreo de estado y equipo, monitoreo de alarmas, comunicación remota, procesamiento y visualización de datos en tiempo real, gestión de datos históricos, grabación de registros, identificación de secuencia de accidentes, recuperación de accidentes, ajuste de control, e impresión de informes, computación avanzada y funciones como configuración, depuración, impresión, descarga y diagnóstico de esta información.
5. La estación de control DCS puede cumplir con los requisitos de función y velocidad del control de procesos convencional de grandes plantas químicas y tiene las funciones de control continuo de procesos, control de lotes y control de secuencia.
6. Funciones y algoritmos proporcionados por el controlador
1) Varios controles PID
de raíz cuadrada; cuatro operaciones aritméticas de suma/resta/multiplicación/división; generación de función de retardo/avance por partes; ; Programa dado; Conversión de señal; Limitación de señal; Selección de señal; Cambio de límite de velocidad; Operación de compensación de presión y temperatura;
2) Bloques de funciones definidos por el usuario
3) Interfaz de operador duro/suave
4) El controlador se puede controlar en diferentes niveles: control de relación; control de rango dividido; control de compensación de presión y temperatura; Control de selección; control de secuencia; control lógico (incluido control de motor).
5) El controlador se puede controlar en diferentes niveles.
El nivel más bajo es el control de "accionamiento", que puede controlar directamente los componentes del mando final, como motores , válvulas reguladoras o válvulas de conmutación.
El siguiente nivel es "Control de grupo de funciones", que puede utilizar programas de pasos para organizar los controladores del grupo de funciones en un grupo para trabajar.
El nivel más alto es "Control de unidad de proceso", donde se pueden configurar los puntos de ajuste de los módulos del grupo funcional y los reguladores determinados.
7. Los siguientes algoritmos se proporcionan en control de lotes y control de secuencia
1) control de interruptores
2) Y, O, no lógicos
3) conteo/cronometraje
4) control de pasos del programa estándar
5) bloques de funciones definidos por el usuario
(3) Características del sistema
1 Seguridad
1) Aislamiento: se utiliza *slamiento fotoeléctrico entre el bus del sistema y el módulo, la fuente de alimentación del sistema y la fuente de alimentación local están *sladas para la fuente de alimentación y los canales del módulo están *slados eléctricamente.
2) Seguridad de la red: utiliza Ethernet en tiempo real y está equipado con un conmutador con firewall; la CPU del controlador adopta un chip de grado industrial basado en la arquitectura PowerPC y tiene componentes integrados contra tormentas de red.
3) Diagnóstico de fallas: Tanto el controlador como los módulos de E/S tienen funciones de diagnóstico inteligentes, que pueden realizar autodiagnóstico e informes de fallas del estado de comunicación, desconexión de señal, cortocircuito, exceso de rango, etc.
2. Flexible y abierto
1) La red del sistema, la red de control, el controlador, el módulo de alimentación y el módulo de E/S se pueden configurar de forma redundante.
2) Admite tres estructuras de red del sistema: P-TO-P (red punto a punto), C/S (cliente/servidor), P-TO-P y C/S (híbrido).
3) Admite conexión Ethernet industrial en topología de estrella, anillo o bus.
4) Compatible con varios buses de campo, soportando varios protocolos como HART, PROFIBUS-DP, PROFIBUS-PA, MODBUS, etc.
5) Interfaz hombre-máquina HMI rica en funciones, software de programación de algoritmos de control que cumple con IEC61131-3 y admite varios bloques de funciones y lenguajes de script definidos por el usuario.
6) El algoritmo de control y la configuración del hardware se pueden modificar de manera flexible.
3. Confiabilidad
Diseño redundante adoptado para equipos importantes
Red: redundancia cuádruple de medios, redundancia dual lógica, respaldo en caliente, conmutación de red dual de 0 segundos.
Estación de operación: todas las estaciones de operación tienen las mismas funciones y pueden lograr redundancia de múltiples máquinas.
Unidad de control principal (DPU) de la estación de control in situ: redundancia dual, respaldo en caliente, conmutación sin sacudidas, sin tiempo de conmutación.
Tarjeta Ethernet en la unidad de control principal (DPU) de la estación de control de campo: redundancia dual, respaldo en caliente.
Alimentación del sistema de 24 V en la estación de control in situ: redundancia dual, diseño de reparto de corriente.
4. Mantenibilidad:
la estación de control de campo puede monitorear el estado del nivel del módulo de E/S y el bus de campo Profibus puede detectar el estado del nivel del canal; el diagnóstico del módulo de control principal incluye autopruebas periódicas de la CPU y la memoria; /O módulos funcionales Como tarjeta inteligente con su propia CPU, cada módulo puede realizar un autodiagnóstico periódico, incluida la comparación de lectura de canales, la corrección del canal, el juicio de validez, etc. Puede diagnosticar el estado de funcionamiento de todos los módulos de E/S y módulos de control principales, y cargar los resultados del diagnóstico al servidor del sistema. El módulo de alimentación tiene una función de entrada de contacto seco de diagnóstico. Todas las unidades del sistema tienen indicadores de estado, incluidas las luces de funcionamiento; y luces de falla, luz de comunicación de red, estado maestro-esclavo redundante. Todas las unidades de E/S de proceso se pueden enchufar y desenchufar mientras están encendidas para reducir el tiempo de mantenimiento. La estación de operación puede mostrar el diagrama de estado completo del equipo del sistema, incluido el módulo de control principal, el módulo de E/S, el estado del canal, la estación del operador, la impresora y la red. comunicación Etc., el punto de falla está marcado con un color o gráfico especial.
(4) Parámetros técnicos del sistema
A. Precisión de los datos

B. capacidad de respuesta en tiempo real

DO. Capacidades de configuración del sistema

 
1. El nivel de estación de E/S en el sitio del DCS adopta unidades de control principales redundantes duales, el nivel de administración adopta Ethernet de 100 Mbps redundante dual y el operador adopta una configuración redundante 1:N para diagnosticar la función de autodiagnóstico a nivel del módulo, lo que la hace altamente eficaz. confiable.
2. Los parámetros del sistema, las alarmas y las funciones de autodiagnóstico están altamente concentrados en la pantalla LED y la impresión en la impresora.
3. Módulo de procesador
1) El módulo de procesador está equipado con una pantalla LED de autodiagnóstico y utiliza la información del proceso recopilada por el sistema de procesamiento de E/S para completar el control analógico y el control digital.
2) La falla de un determinado módulo de procesador no afecta el funcionamiento de otros módulos de procesador. La función de activación de la señal de intercambio se utiliza directamente entre los módulos de procesador redundantes DCS y la conmutación está completamente libre de interferencias. La comunicación directa de la RAM de doble puerto garantiza que las actualizaciones de datos entre la CPU esclava y la CPU principal sean sincrónicas y que no haya un ciclo de actualización de los datos del módulo del procesador.
3) La falla de energía es una falla recuperable del sistema. Una vez que se restablece la energía, el módulo del procesador, la estación del operador, el servidor, etc. pueden reanudar automáticamente el funcionamiento normal sin ninguna intervención del personal operativo.
4. Módulo de entrada/salida
1) Todos los módulos de E/S tienen indicadores LED que indican el estado de funcionamiento de E/S y otras pantallas de diagnóstico, como indicadores de alimentación del módulo, etc.
2) Cuando el intercambio de información entre DCS y dispositivos de control y protección proporcionados por otros proveedores utilice canales de E/S, se deben tomar medidas de *slamiento eléctrico.
3) Cada canal de entrada analógica tiene un convertidor A/D independiente y el número de canales en cada módulo de entrada analógica no supera los 8 puntos. Cada salida analógica tiene un convertidor D/A independiente y cada entrada de resistencia térmica tiene un puente independiente.
4) Todos los canales de entrada, canales de salida y sus fuentes de alimentación de trabajo están *slados entre sí. La falla de cualquier canal del módulo no afectará el funcionamiento normal de otros canales.
5. Tipo de E/S
1) Entrada analógica: señal de 4~20 mA (con o sin conexión a tierra), la impedancia de entrada máxima es 250 Ω, el sistema proporciona una fuente de alimentación de 24 V CC para el transmisor de dos cables de 4 ~ 20 mA.
2) Salida analógica: 4~20mA o 0~10mA opcional, el circuito de accionamiento puede tener una capacidad de carga máxima de 750Ω. El terminal negativo está conectado a la tierra de señal *slada. El sistema proporciona alimentación de bucle de 24 VCC.
3) Entrada digital: el terminal negativo está conectado a tierra *slada y el sistema proporciona voltaje de "consulta" para los contactos de entrada en el sitio. El voltaje de "consulta" es 24V DC o 220VAC.
4) Salida digital: El módulo de salida digital adopta una salida eléctricamente *slada, con un voltaje de *slamiento de ≥250 V, y puede accionar directamente el motor de control o cualquier relé intermedio. Y proporcione un gabinete de relé intermedio y una fuente de alimentación funcional confiable.
5) Entrada de resistencia térmica (RTD): Tiene la capacidad de aceptar directamente resistencia térmica de sistema de tres cables (no se requiere transmisor) de Cu50Ω, Cu10Ω, Pt10Ω, Pt100Ω y otros tipos, y proporciona la potencia requerida para estas resistencias térmicas.
6) Entrada de termopar (T/C): puede aceptar directamente señales de termopar con números de índice N, E, J, K, T, S, B y R (no se requiere transmisor). La linealización de los termopares en toda la sección de trabajo se completa en la estación de proceso.
7) Entrada de pulso: puede aceptar 0~10000 pulsos por segundo.
8) Señales que utilizan cables blindados: señales de mV o señales de voltaje como termopares y resistencias térmicas; señales de entrada digitales relacionadas con la protección; señales AI y AO relacionadas con el control analógico.
6. Sistema de comunicación de datos
1) La falla de cualquier sistema o equipo conectado al sistema de comunicación de datos no causará que el sistema de comunicación se paralice ni afectará el trabajo de otros sistemas y equipos en red. La falla del bus de comunicación no hará que el dispositivo se dispare ni que la DPU quede inoperable.
2) El bus de comunicación proporcionado es redundante. El bus de comunicación de datos redundante funciona simultáneamente en todo momento.
3) Todas las estaciones suspendidas en el bus de comunicación de datos pueden aceptar datos en el bus de comunicación de datos y enviar datos al bus de datos.
4) El método de comunicación entre las estaciones del operador es Ethernet industrial de 100 M, protocolo TCP/IP, topología de bus y el bus de campo entre E/S y el controlador es el bus de campo internacional ISO estándar ProfiBUS-DP, con una velocidad de comunicación de 12 Mbps.
(4) Sistema de control de instrumentos inteligente
El núcleo del sistema de control de instrumentos inteligente es un instrumento con funciones de comunicación. Se integran varios algoritmos en el instrumento y se pueden determinar varios parámetros del algoritmo de control del instrumento de acuerdo con las condiciones del sitio. Los instrumentos con funciones de comunicación tienen comunicación de plataforma con el software de la computadora host para garantizar que varios parámetros y valores de proceso del instrumento puedan ingresar a la base de datos de la plataforma de software. Con la pantalla de proceso configurada y la interfaz de operación, los parámetros se pueden configurar en el host. La computadora y los valores del proceso se pueden ajustar, registrar y analizar para lograr efectos de control.
(5) Objetos de control:
este dispositivo consta principalmente de una estructura de acero inoxidable, un tanque de almacenamiento de agua de acero inoxidable, tres tanques de agua de plexiglás conectados en serie, una caldera de calefacción eléctrica trifásica de 3 kW (compuesta por un cilindro calefactor con revestimiento de caldera de acero inoxidable y una camisa de caldera cerrada), una placa Consta de tubos y tubos de acero inoxidable plastificados. El sistema de suministro de agua tiene dos líneas: una está compuesta por una bomba de accionamiento magnético trifásico (suministro de agua a presión constante de 380 V), un instrumento de presión, una válvula de control eléctrica, una válvula solenoide de CA, un medidor de flujo de turbina y una válvula de control manual; Bomba de accionamiento magnético trifásico (control de frecuencia 220V, accionada por convertidor de frecuencia), caudalímetro de turbina y válvula reguladora manual.
La configuración básica y las funciones del dispositivo experimental son las siguientes

3. Proyectos de enseñanza que se pueden completar
(1) Sistema de control y medición por computadora
Proyecto 1: Cognición del sistema experimental;
Proyecto 2: Comunicación y uso de módulos;
Proyecto 3: Programación de configuración y lectura de datos
;
Proyecto 5: Programación del sistema DCS;
Proyecto 6 Tecnología Fieldbus y DCS.
(2) Equipos e instrumentación de proceso
Punto 1: Medición de temperatura, presión, nivel y flujo de líquido;
Punto 2: Medición de las características de carga de la bomba de agua; Punto
3: Medición de la presión de la tubería y características del acoplamiento de flujo;
características de la válvula
Punto 5: Regulación de presión Medición de las características del inversor
Punto 6: Medición de las características de control de la bomba de agua del inversor
(3) Determinación de las características del sistema industrial objeto 1: Determinación del modelo
matemático; del nivel de líquido del tanque de agua de capacidad simple Ítem 2 : Determinación del modelo matemático del nivel de líquido del tanque de agua de doble capacidad Ítem 3: Volumen no lineal Medición del modelo matemático de nivel de líquido del tanque de agua; : Modelo matemático para medir el nivel de líquido de un tanque de agua de capacidad única bajo diferente resistencia; Proyecto 5: Modelo matemático de objetos de caldera y calentador; Proyecto 6: Modelo matemático de tubo de histéresis (4) Proyecto de control de diseño simple - Circuito cerrado único; Control de flujo; punto 2, valor fijo del nivel de líquido en tanque de agua de una sola capacidad; punto 3, valor fijo de nivel de líquido en tanque de agua de doble capacidad; punto 4, valor fijo de nivel de líquido en tanque de agua de tres capacidades; , control de valor fijo de la temperatura del agua de la caldera, elemento 6, control de enclavamiento; (5) Control de diseño complejo Proyecto 1: Cascada de nivel de líquido de tanque de agua doble de circuito cerrado Proyecto 2: Control de nivel de líquido de tanque de agua inferior y cascada de flujo de entrada Proyecto 3: Control de relación de flujo de circuito cerrado único; control de retroalimentación del intercambiador de calor; Proyecto 5 Control de presión de tubería y desacoplamiento de flujo. (6) Diseño e investigación innovadores Proyecto 6: Control de compensación del sistema de retardo mayor; Proyecto 7: Algoritmo de control adaptativo; Proyecto 8: Algoritmo de control difuso; Proyecto 9: Sistema de control de bus de campo; (7) Diseño de aplicaciones de ingeniería Proyecto 10: Diseño de proyectos industriales; Proyecto 11: Diseño de sistemas de alarma; Proyecto 12: Diseño de registro y procesamiento de eventos clave; Proyecto 13: Diseño de almacenamiento histórico y tendencias del sistema ; 15: Investigación sobre sistemas de control en red.