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分散控制系统组态设计及开发

摘要

本文以DCS系统为研究对象，以三层电梯的自动往返控制系统设计展开.。INFI-90是具有全系统范围安全性和冗余措施的分散控制系统。其结构的设计原则是能满足安全保护系统，顺序控制、调节控制、高级自动化及各种其它功能的可靠性要求。本文简要介绍了DCS系统的组成及结构并通过软件组态基本操作与应用设计出三层电梯的自动及层要运行。还介绍了INFI-90分散控制系统的硬件组成，功能块原理及应用，在此基础上分析组态、开发设计程序，运用Bailey Wintools上机组态进行编译、调试、下载、监视实现三层电梯自动往返的功能组态和三层电梯的层要功能。

关键词 INFI-90， DCS，Bailey Wintools

I

目 录

摘要 I
引言 1
1 INFI-90分散控制系统介绍及运用 2
1.1 INFI-90分散控制系统主要设备及结构 2
1.1.1INFI-90分散控制系统介绍 2
1.1.2 INFI-90分散控制系统的结构 2
2软件组态的应用 3
2.1 软件组态使用方法及步骤 3
3功能码 5
3.1功能码概述 5
3.2功能块介绍 5
3.3功能码介绍 6
3.4块地址介绍 8
3.5块号介绍 9
4 三层电梯层要选择功能控制原理及逻辑组态图 10
4.1 电梯自动往返功能实现及逻辑组态图 10
4.2三层电梯实现功能 11
4.3三层电梯功能实现原理 11
4.4 INFI90硬件图 12
总 结 13
致 谢 14
参考文献 15
附录1 三层电梯自动往返组态图 16
附录2 三层电梯层要功能组态图 17

I

引言

DCS自1975年问世以来已经历了近三十年的时间，在工业过程控制领域，随着生产过程规模的扩大，其可靠性、实用性不断提高，功能日益增强。如控制器的处理能力、网络通讯能力、控制算法、画面显示及综合管理能力等。
DCS即分散控制系统，又称分布式控制系统(Distributed Control System)。它的主要基础是4C技术。DCS系统通过某种通信网络将分布在工业现场附近的现场控制站和控制中心的操作员站及工程师站等连接起来，以完成对现场生产设备的分散控制和集中操作管理。
目前，一套使用户满意的DCS系统应该具备系统具备开放的体系结构，可以提供多层的开放数据接口；系统应具备强大的处理功能，并提供方便的组态复杂控制系统的能力与用户自主开发专用高级控制算法的支持能力；系统应支持多种现场总线标准以便适应未来的扩充需要；系统应高可靠、维修方便、工艺先进、价格合理[2]。
本文利用INFI-90分散控制系统为开发工具为平台，熟悉其中的硬件结构和了解工作原理，进行对分散控制系统的功能进行分析，编译程序且通过现场设备的练习和调试，达到熟练掌握分散控制系统设备应用能力和综合运用所学知识解决工程实际问题的能力。

1 INFI-90分散控制系统介绍及运用

1.1 INFI-90分散控制系统主要设备及结构

1.1.1INFI-90分散控制系统介绍

infi-90分散控制系统是美国Bailey公司1987年推出的产品，Bailey公司后被ABB收购，后者于九十代末期推出Symphony系统，成为融过程控制和企业管理为一身的新一代分布式过程控制系统[3]。

1.1.2 INFI-90分散控制系统的结构

该系统的组成：PCU、OIS、CIU/PCI、SAC/DLS。INFI网环能带多达250个节点，多个子环通过就地和远程接口与主环连接，每个子环多达250个节点，一个主环最多连接250个子环，整个系统最多可以带62500个节点的能力[7]。
（1）过程控制单元（PCU）
系统的核心部件，其主要功能有：闭环模拟量控制（MCS）、顺序逻辑控制(SCS)、数据采集(DAS)和通信功能。
柜中：模件安装单元（MMU）、端子安装单元（TMU）、电源安装单元（PMU）。
MMU中的模件类型：电源模件、智能模件（主模件、通信模件、组态调整模件等）和子模件。
（2）运行员操作站（OIS）
a.程监视和控制；
b.报警管理；
c.系统状态及诊断；
d.系统组态及调整。
（3）计算机接口(PCI)
a.计算机接口的组成包括：环路接口模件(LIM)总线转换模件(BTM)和厂环至计算机的转换模件(PCT)。
b.能包括：数据采集、组态、过程控制。
（4）厂区通讯环路：冗余的双股电缆。500K波特，支持63个节点，节点间最大距离2000米。
（5）模拟控制站(SAC)：盘装设备、监视和控制一个回路、手/自动切换。
（6）数字逻辑站(DLS)：盘装设备、按钮操作、灯指示。

2 软件组态的应用

2.1 软件组态使用方法及步骤
（1）新建文件夹
在E盘下载新建文件夹，并命名（此下以2B072为例）
（2）打开Module Tools Executive软件
点击开始菜单—程序—Bailey Wintools—Toolset出现Wintolls Launcher图框—点击第二个彩色图标。
（3）建立工程
出现Module Tools Executive图框—点击File—New—e:\电梯控制—aa.prj(新建)—点击确定（注：若打开已存在的文件，则点open）。
（4）Project Information设置
出现Project Information图框
Location:E
Description:(对组态方案进行简单描述)
点击OK
（5）Job Info图框设置
Customer Name:(用户名)；
Plant site:(厂址)；
Cantracting Firm:(合同)；
Bailey Job Num:（工作号）；
Cust Order Num1:(用户序列号)；
Cust Order Num2:(用户序列号)；
点击OK。
（6）节点地址设置
返回到Module Tolls Executive图框；
点击菜单栏Progect中Add Loop—输入Loop:1—点击OK；
点击菜单栏Loop中add PCU—输入PCU:11—OK；
点击菜单栏PCU中add Module—输入Module:19；
（7）组态图描述
出现Module Info—Loop :1 PCU:11 Module:19 图框；
Module Filename Prefix:11119(由5.6 的Module 地址设置生成)；
Configuration Pescription:(组态描述)；
Module Type:MFP01 firmware Revision:F;
Module ID:DA;
Drawing Title:(组态图标题)；
Drawing Number:(图编号)。
（8）打开画图软件
方法一：在Win tools Lanucher 图框中点击第四个彩色图标—点击菜单栏File—New—e:\ZB072\1\11\P19\M19—打开11119.mhd文件。
方法二：在Module Tolls Execution 图框中点击菜单栏Module 中add sheet.。
出现Sheet Revision图框；
Enter Sheet and Revision；
{01a}中输入01B—点击OK。
（9）基本的组态操作
调组态图框
法1：点击工具栏中图标
法2：点击菜单栏中Tool→Border

放大：
单击工具中图标，拖曳光标，可进行区域放大。

调功能码：
法1：单击工具栏中图标
法2：点击Tool→Function Code,同时可进行块号的设置。

连线：
法1：单击工具栏中图标
法2：点击Tool→Line
快速双击左键可结束当前画线命令。

打节点：
法1：单击工具栏中图标
法2：点击Tool→connection point

修改参数：
左键单击选中所要修改参数的功能码，点击Function→Change Block Number

编译功能：
在Module Tools Excutive 图框中，右键单击Module→compile/Xref进行编译，编译 结果保存在记事本文件中（该文件在工程项目下的文件夹中）。
下载功能：
在Module Tools Excutive 图框中，右键单击Module →Configuration Maintenance ，单击右键→Primary Hard→Download Configuration file.

改变模件工作方式：
在CAD画图界面中点击任务栏中的Utilies→Inspect/Mode Change,在出现的Inspect图框中，点击图标后，系统自动搜索主模件，选中目标模件，再选择右上角的方式按钮，可修改模件的工作方式。

监视：
在执行方式下，可观察CAD组态图中各功能码的实时信号状态,在CAD图界面菜单中点击Minitor后进行监视。

3功能码
3.1功能码概述
功能码（Function Code）： Symphony 系统提供了一系列完成不同功能的软件模块，并对每个软件模块指定一个代码，称为功能码。
功能码数据库（Function Code Library）： 指功能码的集合，它存放在各种控制器的只读存储器（ROM）中。每一种控制器的ROM中只存放该控制器组态所能使用的功能码。
功能块（Function Block）：当选用一个功能码时，必需指定一个块号（即块地址），该选定了的功能码称为功能块。
规格参数（Specification） 指功能码的输入参数。
规格参数有两种类型：
－地址类的规格参数；
－内部规格参数。
功能码组态：根据过程控制方案，选择一些合适的功能码，将其互相连接，并对每个功能码指定其具体功能，将其存放到控制器的NVRAM中的过程称为功能码组态。

3.2功能块介绍
SYMPHONY系统是由一套运用微处理器执行控制功能的模件组成的。通过组态“功能块”，在主模件上实现控制功能的选择和相互配合。
一个功能块仅仅是一个输入或输出，或者是一个输入或输出的操作。这些功能块是一般的软件控制算法，可以用它们来执行在其它类型系统需要专门硬件完成的指定任务。有四种类型功能块：执行块、系统常数块、输入／输出块、用户组态块。
执行块包含影响模件综合操作的一些参数。
系统常数块例如是0、1和100.0等这样的一些数字量参数和模拟量参数。当用这些通常所用的值进行模件组态时，只要可能就应尽量使用这些系统常数块。它们要求的内存比手动设定常数块少。
输入／输出块是一些固定块地址，它们对应于一个模件通过端子单元和现场布线的现场输入和输出。
用户组态块不是预先指定的块，而是由用户设定，以执行用户特需功能从而实现控制逻辑。每个SYMPHONY主模件都有一套供选择的预先定义的块地址。
功能块的最基本类型是输入和输出。每个输入或输出都在该模件的固件中被赋予一个块号。
用功能块定义模件操作的过程称作组态。要组态一个功能块，必须定义如下参数：块号、
功能码、规格参数（Specification）

利用SYMPHONY的接口装置，可以定义这些参数。用户利用接口装置可以在模件上增加一个功能块，修改一个模件的已经定义的功能块，或者从一个模件中删除一个功能块。这些模件把组态存贮在它们的非易失存贮器（EEPROM）中。
可以按“组态”（CONFIGURE）和“执行”（EXECUTE）两种方式操作这些模件。除非用户用含有在线组态性能的冗余主模件中（例如IMMFP11/12、BRC100等模件）工作，否则该接口装置必须在“组态”方式下，用户方能进行功能块的增加、修改和删除。
当该模件处于“执行”方式时，它将执行所有已组态的功能。在该功能码规格表中标有“可调”的某些规格数，当其模件处于“执行”方式时，可以进行调整。
功能码（Function Code）：Symphony 系统提供了一系列完成不同功能的软件模块，并对每个软件模块指定一个代码，称为功能码。功能码组态：根据过程控制方案，选择一些合适的功能码，将其互相连接，并对每个功能码指定其具体功能，将其存放到控制器的NVRAM中的过程称为功能码组态。

3.3功能码介绍
通过按某一顺序安排一组功能，可实现模件的组态，以执行某些算法或显示某些数值，将一个功能码经过一台接口装置分派给一个功能块，就可在模件中完成这些功能。每种功能都有唯一的功能码。有关功能码清单，请参阅美国贝利公司提供的功能码手册。
功能码的输出（Output）： 功能码可有一个或多个输出，分别用N，N＋1，N＋2， … 表示。当调用某一功能码时，需为其指定一块号，该块号为输出N的地址，也称为该功能块的地址（首地址）。功能块实际占用的地址数等于该功能块输出的个数。如，地址为500的FC80功能块，其实际占用的地址为500～505。块地址可以是控制器允许的任一块地址，对MFP、BRC控制器，用户可使用的块地址为 30－9998。块地址0－29及9999被固定功能块所占用。其中，FC81（执行块）占0－14；FC82（分段控制）占15－19；FC90（扩展执行块）占20－29；FC89（终结块）占9999。

（1）功能码34—记忆
该功能码如图2.1，在输入S1、S2都是逻辑0时，记忆它以前的输出。S1是“S”的输入，S2是“R”（复位）的输入。当这两个输入都是1时，输出为S4所指定的超驰状态。S3是初始化状态。在电源合上或模件复位之后，按S3规定值输出。
图2.1 记忆模块

（2）功能码35 —计时器
该功能码如图2.2，用来实现计时，脉冲记时，暂停延时功能，S2指定功能，S3选择时间间隔，S1为输入信号。
图2.2 计时器模块

（3）功能码37/38 —“与”（2/4输入）
该功能码如图2.3，用来实现逻辑“与”功能，只有全部输入都是逻辑1时，输出是逻辑1。

图2.3 2/4输入与模块

（4）功能码39/40 —“或”（2/4输入）
该功能码如图2.4，实现“或”功能，如果一个或多个输入都是逻辑1。则输出逻辑1。

图2.4 2/4输入或模块

（5）功能码84 — 数字输入组
该功能码如图2.5，该数字输入组从IMDSI02数字子模件读一组八位输入值。
图2.5 数字输入组模块

（6）功能码83 — 数字输出组
该功能码如图2.6，功能块把一个八位输出的组写到IMDS005数字子模件。
图2.6 数字输出组模块

（7）功能码88 — 数字逻辑站
用来组态数字逻辑站，以与逻辑主模件、多功能控制器一起使用。

图2.7 数字输入组模块 图2.8 数字输出组模块

3.4块地址介绍
块地址是一个功能块的参引号，在组态期间赋予。利用块号可将一个功能块的输出值引用为其它功能块的输入。对于有多个输出的功能，从组态期间所分配的块号开始，依次用一个顺序块号引用一个输出。注意，不应把这些顺序块号再赋给同一模件中的其它功能块。具有多个输出的功能块的几个例子如：脉冲定位器（功能码4）、高／低比较器（功能码12）、 基本站手动／自动转换器（功能码21） 、数字输入表（功能码46）
有两种类型的功能块没有用户分配的块地址。系统常数块和执行块部有预先定义的块号。请参阅贝利公司的功能码手册。控制器模件有另外一种类型的固定块。控制器模件的全部输入和输出分配了固定块号。一个特定的物理输入或输出总是用某一块号来引用。例如。
模拟输入1总是由块210引用。
每个块完整的块地址如下所示，由HCU地址，模件地址、块地址等三个数构成。
第一组数字（本例中是1）是指HCU地址。每个工厂环路最多可有63个HCU（节点）。每个超环最多有250个节点。一个节点可能是一个HCU，一个OIU、一个MCS或一个OIS等等。
第二组数字（本例中是4）是一个给定HCU中的主模件地址。在一个独立的HCU中，接到其模件总线（或控制通路controlway）的模件最多可以有32（地址为0～31）个。在主模件上利用地址开关设置模件地址。
最后一组数字（本例中是13）是在一个给定模件内的块号。

3.5块号介绍
SYMPHONY模件是从最低编号开始按增大数字顺序处理它们的功能块。为此，应该把最低编号的块号赋给最靠近输入的功能块。为了使“绕圈”减低到最少，必须这样作，当一个较高编号块的输出用来作为一个较低编号块的输入时，就会发生绕圈。在这种情况下，要求主模件处理全部功能块（一个周期）一次以上，才能从发生绕圈的块得到正确的输入和输出。
在更复杂的回路中必须注意尽管避免不必要的绕圈，因为这种绕圈使主模件响应一个输入的时间大为增加。

4 三层电梯层要选择功能控制原理及逻辑组态图

4.1 电梯自动往返功能实现及逻辑组态图

工作原理：当按下启动按钮是电梯能自动在1-3层之间自动往返（间隔5S）。当按下停止按钮时，电梯停止，假设此时电梯处于第一层，按下启动按钮，电梯第一层的限位开关接触，1780输出为1有效，经过功能码40是1803为1有效，功能码37，S2=1输出为1 经过定时器（5S后）作为1输入，或输出18213=1，1810=1，输入“与”功能码38的S2=1，S3=1，因为按下启动按钮RS触发器S1=1，输出为1并与S1 相连及S3=1,又由于1782处于常开，所以S1=0，S2初始为0，即两输入“或”功能码39输出1806=0，4输入“与”为0，1807=0经过非逻辑1808=1，S1=1，S3=1，S4悬空所以电梯上升，1807功能码38 输出是1814 的S3=0，是电梯不能处于下降状态，由于按钮和各层之间的限位开关都是数字量，且某信号哦都是瞬时的，所以程序中采用RS触发器来保持所要使用的信号，通过个层的开关指示灯能知电梯所处的位置。全图见附录图2。

图4.1 系统图

4.2 三层电梯实现功能

该分散控制系统设计实现了三层电梯通过各层的按钮可以在三层中任意一层停留，并通过组态画面实行仿真监控的功能。见附录图2。

4.3三层电梯功能实现原理及分析
（1）三层电梯上升：
a.一楼至二楼：条件中一楼限位闭合即DIGRP(1800)=1和二楼按钮按下即DLS(1771)=1输出到功能码与（1990）作为输入使输出为1使接触器RS（1995）的S1至1，电梯开始上升；当电梯到达二楼，此时二楼的限位DIGRP(1881)=1闭合同时RS触发器（1995）=1输入给功能码与（2002）=1使接触器RS(1996)的S2=1，实现复位则电梯停止上升。
b.一楼至三楼：条件中一楼限位闭合即DIGRP(1800)=1和三楼按钮按下即DLS(1772)=1输出到功能码与（1991）作为输入使输出为1使接触器RS（1996）的S1至1，电梯开始上升；当电梯到达三楼，此时三楼的限位DIGRP(1882)=1闭合使接触器RS(1996)的S2=1，实现复位则电梯停止上升。
c.二楼至三楼：条件中二楼限位闭合即DIGRP(1801)=1和三楼按钮按下即DLS(1772)=1输出到功能码与（1992）作为输入使输出为1使接触器RS（1997）的S1至1，电梯开始上升；当电梯到达三楼，此时三楼的限位DIGRP(1882)=1闭合使接触器RS(1997)的S2=1，实现复位则电梯停止上升。
（2）三层电梯下降：
a.三楼至二楼：条件中三楼限位闭合即DIGRP(1802)=1和二楼按钮按下即DLS(1771)=1输出到功能码与（1993）作为输入使输出为1使接触器RS（1998）的S1至1，电梯开始下降；当电梯到达二楼，此时二楼的限位DIGRP(1881)=1闭合同时RS触发器（1998）=1输入给功能码与（2003）=1使接触器RS(1998)的S2=1，实现复位则电梯停止下降。
b.三楼至一楼：条件中三楼限位闭合即DIGRP(1802)=1和一楼按钮按下即DLS(1770)=1输出到功能码与（1994）作为输入使输出为1使接触器RS（1999）的S1至1，电梯开始下降；当电梯到达一楼，此时一楼的限位DIGRP(1880)=1闭合接触器RS(1999)的S2=1，实现复位则电梯停止下降。
c.二楼至一楼：条件中二楼限位闭合即DIGRP(1801)=1和一楼按钮按下即DLS(1770)=1输出到功能码与（1995）作为输入使输出为1使接触器RS（2000）的S1至1，电梯开始下降；当电梯到达一楼，此时一楼的限位DIGRP(1880)=1闭合接触器RS(2000)的S2=1，实现复位则电梯停止下降。

4.4INFI90硬件图

图4.1 系统图

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总 结

本次实训练，主要学习的是DCS的软件MACSV的基本操作过程，从而学会了使用和利时DCS软件MACSV的组态过程基本操作与应用以及操作员站画面设计。并且掌握了INFI90分散控制系统的硬件组成，学会硬件查线。并了解了功能块程序库中常用功能块的使用，学会运用bailey wintools 上机组态，并进行编译、修改、下载、调试、监视。
电梯采用INF90完成指层、升降。系统可靠性高，故障率低。利用bailey wintools组态软件监控和管理电梯控制系统的运行，将INF90中的驱动程序与组态软件的需求响应相结合，加载驱动，监控界面按真实情况动作，实现了INF90与上位机的实时通信。操作界面友好，自动化程度高，监控可靠。实践证明，INF90和bailey wintools组态软件结合监控电梯，便于系统设置、检测、维护，系统运行可靠，稳定性好。完成三层电梯自动往返。

参考文献

[1]华北电力技术1950年30期
[2]王常力 集散控制系统选型与应用 清华大学出版社1996
[3]方康玲 过程控制系统 武汉：武汉大学出版社 2002
[4]高伟 计算机控制系统 中国电力出版社 2004.4
[5]林伟 浅谈组态软件发展趋势 自动化博览 2003.2
[6]华能伊敏电厂DCS设计说明（初版）
[7]infi90分散控制系统资料 校内出版
[8] 李友善 自动控制原理 北京：机械工业出版社 1981
[9] 2015.12.30
[10] 谢建军等 600MW火电机组培训材料 仪控分册 中国电力出版社 2006

致 谢

对于在实训期间给予我帮助的老师与同学表示感谢，没有你们的帮助我自己很难这么快的完成，一周的学习换来了今天的成果，只要肯付出努力，就不会有学不到的知识。在实验室的这些年日，是我人生中非常宝贵的经历，老师毫不吝啬给予我帮助，随和的性格让人亲近，让我可以尽情的学习与动手试验，比起空洞的讲解，自己动手要来的更快，更深刻。老师严谨的治学态度、丰富渊博的知识、精益求精的工作态度以及侮人不倦的师者风范是我终生学习的楷模，老师们的高深精湛的造诣与严谨求实的治学精神，将永远激励着我。在此，谨向老师们致以衷心的感谢和崇高的敬意！、
最后感谢校方给予我这样一次能够独立地完成一个实践训练的机会。

分散控制系统组态设计及开发

附录1 三层电梯自动往返组态图

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附录2 三层电梯层要功能组态图

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