控制网络课程论文—FF现场总线应用设计

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1、螆肇薅袂肅肆芅蚅肁肅蒇羁羇肄蕿螃袃肃蚂薆膁肂莁螂肇肂蒄薅羃膁薆螀衿膀芆薃螅腿莈螈膄膈薀蚁肀膇蚃袇羆膆莂虿袂膆蒅袅螈膅薇蚈肆芄芆袃羂芃荿蚆袈节蒁袁袄芁蚃螄膃芀莃薇聿芀蒅螃羅艿薈薅袁芈芇螁螇莇莀薄肆莆蒂蝿羂莅蚄薂羈莄莄袇袄莄蒆蚀膂莃蕿袆肈莂蚁虿羄莁莁袄袀肈蒃蚇螆肇薅袂肅肆芅蚅肁肅蒇羁羇肄蕿螃袃肃蚂薆膁肂莁螂肇肂蒄薅羃膁薆螀衿膀芆薃螅腿莈螈膄膈薀蚁肀膇蚃袇羆膆莂虿袂膆蒅袅螈膅薇蚈肆芄芆袃羂芃荿蚆袈节蒁袁袄芁蚃螄膃芀莃薇聿芀蒅螃羅艿薈薅袁芈芇螁螇莇莀薄肆莆蒂蝿羂莅蚄薂羈莄莄袇袄莄蒆蚀膂莃蕿袆肈莂蚁虿羄莁莁袄袀肈蒃蚇螆肇薅袂肅肆芅蚅肁肅蒇羁羇肄蕿螃袃肃蚂薆膁肂莁螂肇肂蒄薅羃膁薆螀衿膀芆薃螅腿莈螈膄膈薀蚁

2、肀膇蚃袇羆膆莂虿袂膆蒅袅螈膅薇蚈肆芄芆袃羂芃荿蚆袈节蒁袁袄芁蚃螄膃芀莃薇聿芀蒅螃羅艿薈薅袁芈芇螁螇莇莀薄肆莆蒂蝿羂莅蚄薂羈莄莄袇袄莄蒆蚀膂莃蕿袆肈莂蚁虿羄莁莁袄袀肈蒃蚇螆肇薅袂肅肆芅蚅肁肅蒇羁羇肄蕿螃袃肃蚂薆膁肂莁螂肇肂蒄薅羃膁薆螀衿膀芆薃螅腿莈螈膄膈薀蚁肀膇蚃袇羆膆莂虿袂膆蒅袅螈膅薇蚈肆芄芆袃羂芃荿蚆袈节蒁袁袄芁蚃螄膃芀莃薇聿芀蒅螃羅艿薈薅袁芈芇螁螇莇莀薄肆莆蒂蝿羂莅蚄薂羈莄莄袇袄莄蒆蚀膂莃蕿袆肈莂蚁虿羄莁莁袄袀肈蒃蚇螆肇薅袂肅肆芅蚅肁肅蒇羁羇肄蕿螃袃肃蚂薆膁肂莁螂肇肂蒄薅羃膁薆螀衿膀芆薃螅腿莈螈膄膈薀蚁肀膇蚃袇羆膆莂虿袂膆蒅袅螈膅薇蚈肆芄芆袃羂芃荿蚆袈节蒁袁袄芁蚃螄膃芀莃薇聿芀蒅螃羅艿薈薅

3、袁芈芇螁螇莇莀薄肆莆蒂蝿羂莅蚄薂羈莄莄袇袄莄蒆蚀膂莃蕿袆肈莂蚁虿羄莁莁袄袀肈蒃蚇螆肇薅袂肅肆芅蚅肁肅蒇羁羇肄蕿螃袃肃蚂薆膁肂莁螂肇肂蒄薅羃膁薆螀衿膀芆薃螅腿莈螈膄膈薀蚁肀膇蚃袇羆膆莂虿袂膆蒅袅螈膅薇蚈肆芄芆袃羂芃荿蚆袈节蒁袁袄芁蚃螄膃芀莃薇聿芀蒅螃羅艿薈薅袁芈芇螁螇莇莀薄肆莆蒂蝿羂莅蚄薂羈莄莄袇袄莄蒆蚀膂莃蕿袆肈莂蚁虿羄莁莁袄袀肈蒃蚇螆肇薅袂肅肆芅蚅肁肅蒇羁羇肄蕿螃袃肃蚂薆膁肂莁螂肇肂蒄薅羃膁薆螀衿膀芆薃螅腿莈螈膄膈薀蚁肀膇蚃袇羆膆莂虿袂膆蒅袅螈膅薇蚈肆芄芆袃羂芃荿蚆袈节蒁袁袄芁蚃螄膃芀莃薇聿芀蒅螃羅艿薈薅袁芈芇螁螇莇莀薄肆莆蒂蝿羂莅蚄薂羈莄莄袇袄莄蒆蚀膂莃蕿袆肈莂蚁虿羄莁莁袄袀肈蒃蚇螆肇薅袂

4、肅肆芅蚅肁肅蒇羁羇肄蕿螃袃肃蚂薆膁肂莁螂肇肂蒄薅羃膁薆螀衿膀芆薃螅腿莈螈膄膈薀蚁肀膇蚃袇羆膆莂虿袂膆蒅袅螈膅薇蚈肆芄芆袃羂芃荿蚆袈节蒁袁袄芁蚃螄膃芀莃薇聿芀蒅螃羅艿薈薅袁芈芇螁螇莇莀薄肆莆蒂蝿羂莅蚄薂羈莄莄袇袄莄蒆蚀膂莃蕿袆肈莂蚁虿羄莁莁袄袀肈蒃蚇螆肇薅袂肅肆芅蚅肁肅蒇羁羇肄蕿螃袃肃蚂薆膁肂莁螂肇肂蒄薅羃膁薆螀衿膀芆薃螅腿莈螈膄膈薀蚁肀膇蚃袇羆膆莂虿袂膆蒅袅螈膅薇蚈肆芄芆袃羂芃荿蚆袈节蒁袁袄芁蚃螄膃芀莃薇聿芀蒅螃羅艿薈薅袁芈芇螁螇莇莀薄肆莆蒂蝿羂莅蚄薂羈莄莄袇袄莄蒆蚀膂莃蕿袆肈莂蚁虿羄莁莁袄袀肈蒃蚇螆肇薅袂肅肆芅蚅肁肅蒇羁羇肄蕿螃袃肃蚂薆膁肂莁螂肇肂蒄薅羃膁薆螀衿膀芆薃螅腿莈螈膄膈薀蚁肀膇蚃袇

5、羆膆莂虿袂膆蒅袅螈膅薇蚈肆芄芆袃羂芃荿蚆袈节蒁袁袄芁蚃螄膃芀莃薇聿芀蒅螃羅艿薈薅袁芈芇螁螇莇莀薄肆莆蒂蝿羂莅蚄薂羈莄莄袇袄莄蒆蚀膂莃蕿袆肈莂蚁虿羄莁莁袄袀肈蒃蚇螆肇薅袂肅肆芅蚅肁肅蒇羁羇肄蕿螃袃肃蚂薆膁肂莁螂肇肂蒄薅羃膁薆螀衿膀芆薃螅腿莈螈膄膈薀蚁肀膇蚃袇羆膆莂虿袂膆蒅袅螈膅薇蚈肆芄芆袃羂芃荿蚆袈节蒁袁袄芁蚃螄膃芀莃薇聿芀蒅螃羅艿薈薅袁芈芇螁螇莇莀薄肆莆蒂蝿羂莅蚄薂羈莄莄袇袄莄蒆蚀膂莃蕿袆肈莂蚁虿羄莁莁袄袀肈蒃蚇螆肇薅袂肅肆芅蚅肁肅蒇羁羇肄蕿螃袃肃蚂薆膁肂莁螂肇肂蒄薅羃膁薆螀衿膀芆薃螅腿莈螈膄膈薀蚁肀膇蚃袇羆膆莂虿袂膆蒅袅螈膅薇蚈肆芄芆袃羂芃荿蚆袈节蒁袁袄芁蚃螄膃芀莃薇聿芀蒅螃羅艿薈薅袁芈芇螁

6、螇莇莀薄肆莆蒂蝿羂莅蚄薂羈莄莄袇袄莄蒆蚀膂莃蕿袆肈莂蚁虿羄莁莁袄袀肈蒃蚇螆肇薅袂肅肆芅蚅肁肅蒇羁羇肄蕿螃袃肃蚂薆膁肂莁螂肇肂蒄薅羃膁薆螀衿膀芆薃螅腿莈螈膄膈薀蚁肀膇蚃袇羆膆莂虿袂膆蒅袅螈膅薇蚈肆芄芆袃羂芃荿蚆袈节蒁袁袄芁蚃螄膃芀莃薇聿芀蒅螃羅艿薈薅袁芈芇螁螇莇莀薄肆莆蒂蝿羂莅蚄薂羈莄莄袇袄莄蒆蚀膂莃蕿袆肈莂蚁虿羄莁莁袄袀肈蒃蚇螆肇薅袂肅肆芅蚅肁肅蒇羁羇肄蕿螃袃肃蚂薆膁肂莁螂肇肂蒄薅羃膁薆螀衿膀芆薃螅腿莈螈膄膈薀蚁肀膇蚃袇羆膆莂虿袂膆蒅袅螈膅薇蚈肆芄芆袃羂芃荿蚆袈节蒁袁袄芁蚃螄膃芀莃薇聿芀蒅螃羅艿薈薅袁芈芇螁螇莇莀薄肆莆蒂蝿羂莅蚄薂羈莄莄袇袄莄蒆蚀膂莃蕿袆肈莂蚁虿羄莁莁袄袀肈蒃蚇螆肇薅袂肅肆芅蚅

7、肁肅蒇羁羇肄蕿螃袃肃蚂薆膁肂莁螂肇肂蒄薅羃膁薆螀衿膀芆薃螅腿莈螈膄膈薀蚁肀膇蚃袇羆膆莂虿袂膆蒅袅螈膅薇蚈肆芄芆袃羂芃荿蚆袈节蒁袁薆肃莅蒆羅肃膅艿袁肂芇薅螇肁莀莇蚃肀聿薃蕿聿膂莆袈膈芄薁螄膇莆莄蚀膇肆薀薆膆芈莂羄膅莁蚈袀膄蒃蒁螆膃膃蚆蚂螀芅葿薈蝿莇蚄袇袈肇蒇螃袇腿蚃虿袆莁蒅蚅袅蒄莈羃袄膃薄衿袄芆莇螅袃莈薂蚁羂肈莅薇羁膀薀袆羀节莃螂罿蒅蕿螈羈膄蒁蚄羈芇蚇薀羇荿蒀袈羆聿蚅螄肅膁蒈蚀肄芃蚄薆肃莅蒆羅肃膅艿袁肂芇薅螇肁莀莇蚃肀聿薃蕿聿膂莆袈膈芄薁螄膇莆莄蚀膇肆薀薆膆芈莂羄膅莁蚈袀膄蒃蒁螆膃膃蚆蚂螀芅葿薈蝿莇蚄袇袈肇蒇螃袇腿蚃虿袆莁蒅蚅袅蒄莈羃袄膃薄衿袄芆莇螅袃莈薂蚁羂肈莅薇羁膀薀袆羀节莃螂罿蒅蕿螈羈膄蒁

8、蚄羈芇蚇薀羇荿蒀袈羆聿蚅螄肅膁蒈蚀肄芃蚄薆肃莅蒆羅肃膅艿袁肂芇薅螇肁莀莇蚃肀聿薃蕿聿膂莆袈膈芄薁螄膇莆莄蚀膇肆薀薆膆芈莂羄膅莁蚈袀膄蒃蒁螆膃膃蚆蚂螀芅葿薈蝿莇蚄袇袈肇蒇螃袇腿蚃虿袆莁蒅蚅袅蒄莈羃袄膃薄衿袄芆莇螅袃莈薂蚁羂肈莅薇羁膀薀袆羀节莃螂罿蒅蕿螈羈膄蒁蚄羈芇蚇薀羇荿蒀袈羆聿蚅螄肅膁蒈蚀肄芃蚄薆肃莅蒆羅肃膅艿袁肂芇薅螇肁莀莇蚃肀聿薃蕿聿膂莆袈膈芄薁螄膇莆莄蚀膇肆薀薆膆芈莂羄膅莁蚈袀膄蒃蒁螆膃膃蚆蚂螀芅葿薈蝿莇蚄袇袈肇蒇螃袇腿蚃虿袆莁蒅蚅袅蒄莈羃袄膃薄衿袄芆莇螅袃莈薂蚁羂肈莅薇羁膀薀袆羀节莃螂罿蒅蕿螈羈膄蒁蚄羈芇蚇薀羇荿蒀袈羆聿蚅螄肅膁蒈蚀肄芃蚄薆肃莅蒆羅肃膅艿袁肂芇薅螇肁莀莇蚃肀聿薃蕿聿膂莆

9、袈膈芄薁螄膇莆莄蚀膇肆薀薆膆芈莂羄膅莁蚈袀膄蒃蒁螆膃膃蚆蚂螀芅葿薈蝿莇蚄袇袈肇蒇螃袇腿蚃虿袆莁蒅蚅袅蒄莈羃袄膃薄衿袄芆莇螅袃莈薂蚁羂肈莅薇羁膀薀袆羀节莃螂罿蒅蕿螈羈膄蒁蚄羈芇蚇薀羇荿蒀袈羆聿蚅螄肅膁蒈蚀肄芃蚄薆肃莅蒆羅肃膅艿袁肂芇薅螇肁莀莇蚃肀聿薃蕿聿膂莆袈膈芄薁螄膇莆莄蚀膇肆薀薆膆芈莂羄膅莁蚈袀膄蒃蒁螆膃膃蚆蚂螀芅葿薈蝿莇蚄袇袈肇蒇螃袇腿蚃虿袆莁蒅蚅袅蒄莈羃袄膃薄衿袄芆莇螅袃莈薂蚁羂肈莅薇羁膀薀袆羀节莃螂罿蒅蕿螈羈膄蒁蚄羈芇蚇薀羇荿蒀袈羆聿蚅螄肅膁蒈蚀肄芃蚄薆肃莅蒆羅肃膅艿袁肂芇薅螇肁莀莇蚃肀聿薃蕿聿膂莆袈膈芄薁螄膇莆莄蚀膇肆薀薆膆芈莂羄膅莁蚈袀膄蒃蒁螆膃膃蚆蚂螀芅葿薈蝿莇蚄袇袈肇蒇螃袇腿蚃

10、虿袆莁蒅蚅袅蒄莈羃袄膃薄衿袄芆莇螅袃莈薂蚁羂肈莅薇羁膀薀袆羀节莃螂罿蒅蕿螈羈膄蒁蚄羈芇蚇薀羇荿蒀袈羆聿蚅螄肅膁蒈蚀肄芃蚄薆肃莅蒆羅肃膅艿袁肂芇薅螇肁莀莇蚃肀聿薃蕿聿膂莆袈膈芄薁螄膇莆莄蚀膇肆薀薆膆芈莂羄膅莁蚈袀膄蒃蒁螆膃膃蚆蚂螀芅葿薈蝿莇蚄袇袈肇蒇螃袇腿蚃虿袆莁蒅蚅袅蒄莈羃袄膃薄衿袄芆莇螅袃莈薂蚁羂肈莅薇羁膀薀袆羀节莃螂罿蒅蕿螈羈膄蒁蚄羈芇蚇薀羇荿蒀袈羆聿蚅螄肅膁蒈蚀肄芃蚄薆肃莅蒆羅肃膅艿袁肂芇薅螇肁莀莇蚃肀聿薃蕿聿膂莆袈膈芄薁螄膇莆莄蚀膇肆薀薆膆芈莂羄膅莁蚈袀膄蒃蒁螆膃膃蚆蚂螀芅葿薈蝿莇蚄袇袈肇蒇螃袇腿蚃虿袆莁蒅蚅袅蒄莈羃袄膃薄衿袄芆莇螅袃莈薂蚁羂肈莅薇羁膀薀袆羀节莃螂罿蒅蕿螈羈膄蒁蚄羈芇蚇

11、薀羇荿蒀袈羆聿蚅螄肅膁蒈蚀肄芃蚄薆肃莅蒆羅肃膅艿袁肂芇薅螇肁莀莇蚃肀聿薃蕿聿膂莆袈膈芄薁螄膇莆莄蚀膇肆薀薆膆芈莂羄膅莁蚈袀膄蒃蒁螆膃膃蚆蚂螀芅葿薈蝿莇蚄袇袈肇蒇螃袇腿蚃虿袆莁蒅蚅袅蒄莈羃袄膃薄衿袄芆莇螅袃莈薂蚁羂肈莅薇羁膀薀袆羀节莃螂罿蒅蕿螈羈膄蒁蚄羈芇蚇薀羇荿蒀袈羆聿蚅螄肅膁蒈蚀肄芃蚄薆肃莅蒆羅肃膅艿袁肂芇薅螇肁莀莇蚃肀聿薃蕿聿膂莆袈膈芄薁螄膇莆莄蚀膇肆薀薆膆芈莂羄膅莁蚈袀膄蒃蒁螆膃膃蚆蚂螀芅葿薈蝿莇蚄袇袈肇蒇螃袇腿蚃虿袆莁蒅蚅袅蒄莈羃袄膃薄衿袄芆莇螅袃莈薂蚁羂肈莅薇羁膀薀袆羀节莃螂罿蒅蕿螈羈膄蒁蚄羈芇蚇薀羇荿蒀袈羆聿蚅螄肅膁蒈蚀肄芃蚄薆肃莅蒆羅肃膅艿袁肂芇薅螇肁莀莇蚃肀聿薃蕿聿膂莆袈膈芄薁

12、螄膇莆莄蚀膇肆薀薆膆芈莂羄膅莁蚈袀膄蒃蒁螆膃膃蚆蚂螀芅葿薈蝿莇蚄袇袈肇蒇螃袇腿蚃虿袆莁蒅蚅袅蒄莈羃袄膃薄衿袄芆莇螅袃莈薂蚁羂肈莅薇羁膀薀袆羀节莃螂罿蒅蕿螈羈膄蒁蚄羈芇蚇薀羇荿蒀袈羆聿蚅螄肅膁蒈蚀肄芃蚄薆肃莅蒆羅肃膅艿袁肂芇薅螇肁莀莇蚃肀聿薃蕿聿膂莆袈膈芄薁螄膇莆莄蚀膇肆薀薆膆芈莂羄膅莁蚈袀膄蒃蒁螆膃膃蚆蚂螀芅葿薈蝿莇蚄袇袈肇蒇螃袇腿蚃虿袆莁蒅蚅袅蒄莈羃袄膃薄衿袄芆莇螅袃莈薂蚁羂肈莅薇羁膀薀袆羀节莃螂罿蒅蕿螈羈膄蒁蚄羈芇蚇薀羇荿蒀袈羆聿蚅螄肅膁蒈蚀肄芃蚄薆肃莅蒆羅肃膅艿袁肂芇薅螇肁莀莇蚃肀聿薃蕿聿膂莆袈膈芄薁螄膇莆莄蚀膇肆薀薆膆芈莂羄膅莁蚈袀膄蒃蒁螆膃膃蚆蚂螀芅葿薈蝿莇蚄袇袈肇蒇螃袇腿蚃虿袆莁蒅

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20、SE，High Speed Ethernet)两部分组成。低速H1部分将ISO/OSI七层参考模型结构简化为物理层、数据链路层、应用层，再加上用户层 ,形成四层结构。同时，为了适应以太网技术的发展，现场总线基金会放弃了其原来规划的H2高速总线标准 ,并于2000年3月29日公布了基于Ethernet的高速总线技术规范(HSE1.0版)。HSE充分利用低成本的以太网技术，以 100M bit/s到1G bit/s或更高的速度运行，它主要用于制造业 (离散控制 )自动化以及逻辑控制、批处理和高级控制等高速的现场总线网段的互连。本手册是组态实验室现场总线系统组态的使用说明书，内容包括了使用组态软件，

21、组态一个典型的DEMO现场总线的详细过程。2 实验室包含的现场总线设备本现场总线实验室是一个典型现场总线控制系统的配置，设备清单如表1所示：1 网关、网桥、现场总线接口和端子块等部件构成。现场总线网络上连接的现场总线设备有两种:一种是总线供电式现场设备，它需要从总线上获取工作电源，总线供电电源就是为这种设备准备的；另一种是单独供电的现场设备，它不需要从总线上获取其工作电源。常用的现场总线设备有温度变送器、压力(差压)变送器、流量变送器、液位变送器和调节阀等。这些现场设备不仅有信号变换功能，而且还有组态运算及控制功能。终端器是连接在总线末端或末端附近的阻抗匹配元件。每个总线段上需要两个，而且只能

22、有两个终端器。终端器采用反射波原理使信号变形最小，它所起到的作用是保护信号，使它少受衰减与畸变。有时，将终端器电路传输电缆类型及最大传输距离现场总线电缆是B型，一般用于新的或改造的装置；不推荐使用的现场总线电缆是C和D型。其他类型的电缆也可以在FCS中使用，如对于改造的系统或装置，也可使用已敷设的电缆替代。总线电源为总线供电的现场总线设备提供电源 ,总线电源分为131型 (为给安全栅供电的非本安电源 )、132型(为普通非本安电源 ,输出电压最大值为直流32V)和133型(本安电源)。中继器是一台总线供电或非总线供电设备 ,它用于扩展现场总线网络。现场总线网络上任意两台设备之间最多可以使用4台

23、中继器 ,使用4台中继器时 ,网络中两个设备间的最大距离可达9500m(A型电缆)。网桥是一台总线供电设备或非总线供电设备 ,用于连接不同速率的现场总线段或不同物理层 ,如金属线、光纤等现场总线网段 ,以便形成更大的网络。网关是总线供电或非总线供电设备 ,用于将现场总线的网段连向其他通信协议的网段。现场总线接口用于现场总线与操作站(PC机)的连接。端子块通常提供多台总线设备的连接 ,所以一个设备可以接到任何一组总线端子上。有了专为现场总线设计的端子块 ,使网络布线容易多了。本系统由两个部分组成，其中，两个LD302压力变送器和FY302构成压力控制系统，两个TT302温度变送器和FI302构成

24、温度控制系统,这两个系统构成现场总线的H1网段。H1系统通过DF51网关与上位机相连。 2 3 知识准备为了更好、更快的完成组态，建议使用者首先准备并深入理解以下基础知识：3.1 现场总线的基础知识。现场总线控制系统(FCS,Fieldbus Control System)是继基地式气动仪表控制系统、电动单元组合式模拟仪表控制系统、集中式数字控制系统、集散控制系统DCS后，产生的新一带全分布式网络控制系统。现场总线控制系统是控制学科吸收网络、通信、信息技术的优点，在DCS基础上发展起来的。现场总线系统打破了传统控制系统的结构形式。传统模拟控制系统采用一对一的设备连线，按控制回路分别进行连接。位

25、于现场的测量变送器与位于控制室的控制器之间，控制器与位于现场的执行器、开关、马达之间均为一对一的物理连接。现场总线系统由于采用了智能现场设备，能够把原先DCS系统中处于控制室的控制模块、各输入输出模块置入现场设备，加上现场设备具有通信能力，现场的测量变送仪表可以与阀门等执行机构直接传送信号，因而控制系统功能能够不依赖控制室的计算机或控制仪表，直接在现场完成，实现了彻底的分散控制。由于采用数字信号替代模拟信号，因而可实现一对电线上传输多个信号(包括多个运行参数值、多个设备状态、故障信息)，同时又为多个设备提供电源；现场设备以外不再需要模拟/数字、数字/模拟转换部件。这样就为简化系统结构、节约硬件

26、设备、节约连接电缆与各种安装、维护费用创造了条件。3.2 组态的基础知识。“组态”的概念是伴随着集散型控制系统（distributed control system,DCS的出现才开始被广大的生产过程自动化技术人员所熟知的。由于每一套DCS都是比较通用的控制系统，可以应用到很多的领域中，为了使用户在不需要编代码程序的情况下，便可生成适合自己需要的应用系统，每个DCS厂商在 DCS中都预装了系统软件和应用软件，而其中的应用软件，实际上就是组态软件，但一直没有人给出明确定义，只是将使用这种应用软件设计生成目标应用系统的过程称为“组态（configure）”组态的概念最早来自英文configuret

27、ion，含义是使用软件工具对计算机及软件的各种资源进行配置，达到使计算机或软件按照预先设置，自动执行特定任务，满足使用者要求的目的。监控组态软件是面向监控与数据采集（supervisory control and data acquisition,SCADA）的软件平台工具，具有丰富的设置项目，使用方法灵活，功能强大。监控软件最早出现时，HMI（human machine interface）或MMI(man machine interface)是其主要内涵，即主要解决人机图形界面问题。随着它的快速发展，实时数据库、实时控制、SCADA、通信及联网、开放数据接口、对I/O设备的广泛支持已经成为

28、它的主要内容。随着技术的发展，监控组态软件将会不断被赋予新的内容。组态软件的使用者是自动化工程设计人员。组软件的主要目的是使使用者在生成适合自己需要的应用系统时不需要修改软件程序的源代码，因此在设计组态软件时应充分了解自动化工程设计人员的基本要求，并加以总结提炼，重点、集中解决共性问题。下面是组态软件主要解决的问题:如何与采集、控制设备间进行数据交换；使来自设备的数据与计算机图形画面上的各元素关联起来；处理数据报警及系统报警；存储历史数据并支持历史数据的查询； 各类报表的生成和打印输出；为使用者提供灵活、多变的组态工具，可以适应不同应用领域的需求；最终生成的应用系统运行稳定可靠；具有与第三方程

29、序的接口，方便数据共享。自动化工程设计技术人员在组态软件中只需填写一些事先设计的表格，再利 3 用图形功能把被控对象（如发应罐、温度计、锅炉、趋势曲线、报表等）形象地画出来，通过4 4 现场总线系统的组态现场总线的组态由策略组态、界面组态、系统调试几部分组成。完成这几个步骤就可以进行服务器端现场总线计算机监控。为了更深层次应用，还可以进行进行C/S模式的监控程序设计，这就需要设计DDE接口及现场总线组态软件与其它组态软件的通信软件设计。系统的组态使用Smar公司推出的SYSTEM 302系统。SYSTEM 302是一套完整的现场总线控制方案，采用现场总线、Windows 和OPC 等先进技术，

30、真正基于现场设备，系统可以处理各种信号，进行连续控制，离散逻辑控制和批处理控制，支持通过了基金会验证设的备互操作性，真正的实现了分布式控制。SYSTEM302控制系统软件分为两个层次：(1)Syscon：它是经过FF认证的组态软件，能够对不同公司符合FF标准的现场总线设备进行组态，以实现控制策略的现场总线组态软件，可以通过PC机对现场总线设备进行控制策略的组态、维护和操作。可在线分配工位号及调整参数，可队现场设备进行进行预见性维护(在线诊断、量程修改及零点校正等工作)。(2)AIMAX：它是用来进行人机界面组态。该软件功能强大，组态简单。所有检测参数在这些流程图的工艺设备图框上动态显示，控制方

31、案也在流程图上体现，提供给操作员比较直观方便的操作界面。同时提供历史趋势、多种打印报表。操作员通过防水专用薄膜操作键盘和鼠标，可以对画面和控制回路进行操作。4.1 策略组态策略组态的步骤如下：(1) 新建工程。在文件菜单中选择“New”或在工具条中点击“New”按 钮来创建一个新工程(New/Projects) ，出现图1文件对话框。 图1 新建工程对话框 在文件框中输入工程名，然后点击保存。一个以工程名为名称以“.ffp”为扩展名的新文件将被建立。一个包含一个“Area 1”（逻辑工作区）和一个“Fieldbus Network”（物理工作区）图标的窗口将显示出来，如图2所示。 5 图2 组

32、态示意图 (2) 建立物理设备工程。在主窗口，用右键点击“Fieldbus Network” 图标。选择“New Fieldbus”选项，即创建了一个新物理总线，如图3所示，命名为DFI 263。 图3 新建物理总线(3) 添加现场总线设备。用鼠标右键点击“DFI 263”图标，选择“Expand” 选项。将显示一个新的窗口。现在可以加入工程中将用到的设备。首先必须加入网桥DFI302。在DFI 263窗口中，用鼠标右键点击DFI 263图标。选择New Bridge项，如图4所示，同时出现图5所示对话框。 6 图4 图5按照图5选择合适的生产厂家(Manufacture,此处是Smar公司)

33、、设备类型(Device Type,此处是DFI 302网关)，位号(Device Tag,笔者设为DFI 263)及Upstream Port(该参数与DF51网关使用的H1总线的网段有关，由于本总线系统的总线是利用DF51的H1-1网段，所以Upstream Port的值选“1”)。接着，添加一些现场总线仪表。此处以压力变送器（LD302）为例子说明。在“DFI 263”窗口中，用鼠标右键点击DFI 263，选择“New Device”，如图6 所示，随后会出现图7所示对话框，按图7设置生产厂家、设备类型、设备位号。 7 然后、为设备添加功能块。点击仪表左侧的+号，然后用鼠标右键选择“FB

34、 VFD”， 图6 再选择“New Block”项，如图8所示，此处是添加资源功能块，所以Resource Type选“Resource Block” 位号为LD302_F7122_RES。添加其它功能快操作步骤一样，不过要注意合理选择功能块类型及位号，例如，添加转换块时，功能块类型要选“Transducer”；添加AI功能块时，功能块类型选“Analog Input”； 图7 8 图8按需要为为LD302添加资源块(Resource)、转换块(Transducer)、模拟输入功能块(Analog Input)。在SYSTEM 302中，资源块RES、转换块TRS、显示块DSP是每个设备都必须

35、的功能块。功能块添加完毕以后要为每个功能块设置组态参数。此处以LD302_F7122_RES功能块为例子说明方法。双击需要设置参数的功能块，出现图9所示的界面。 图99 选定需设置的参数，此处选定了“MODE_BLK的TARGET”参数，单击“Edit”按钮， 此时出现图10所示的界面，选定或填写设定的控制参数，按“End Edit”，完成该参数的设置。按照同样的办法，设定其它参数。 图10至此，一个现场总线设备添加完毕。按照上述过程添加其它设备，为每个设备添加相应的功能块，设置相应的参数，本DEMO系统中功能块及参数设置详见附录，详细的功能块的功能及参数含义请参见各仪表的使用手册Config

36、uration节及FUNCTION BLOCKS INSTRUCTION MANUAL相应的功能块的说明。(4) 创建新的Areas（逻辑工作区）。选定Areas，单击右键，“New Process Cell”，如图11所示，出现图12，此时，在图12中双击“Process Cell”，出现图13所示的界面，然后，在按照图14，“New Control Module”,新的Control Module就是我们将要组态的控制策略。 10 图11图1211 图13 图14 12 打开新的Control及已经添加的功能块如图15所示，把图15左端的功能块按照需要用鼠标拖动到右边的Control Mo

37、dule中，例如，笔者首先是要组态一个单回路温度PID控制，就只需要拖动FI302_E1757_AO、FI302_E1757_PID、TT302_B4311_AI。然后，使Link工具栏处于选定状态，点击需要连线的起始功能块，出现图16所示界面，用鼠标点击“out”，完成策略连线的出发点设置。 图15 图16 13 继续用鼠标点击该连线的目标功能块，也会出现如图16所示的界面，按照选择起点的办法，选择该连接线的终点，完成控制策略的第一条连线。按照同样的办法，连接其它功能块，直到控制策略如图17所示。 图17 此时，我们已经完成了一个PID控制策略的离线组态。按照上述步骤，我们还可以组态如串级等

38、各种控制策略。详细内容请参见FUNCTION BLOCKS INSTRUCTION MANUAL。(5) 软件通信、下载及在线监控。选定Fieldbus Networks中的一个网段，也就是图19中Demo窗口的“Fieldbus”网段图标,双击，出现图19的Fieldbus窗口，在该窗口中显示当前网段的所有设备列表。点击工具栏中的按钮，完成上位机与现场设备之间的通信。通信完成后点击Communication菜单中的Download选项，把软件下载到现场总线仪表中。下载完成后，仪表即开始工作。断电后软件仍然保留在仪表中。特别注意，必须要等到所有设备与上位机完成通信后才能下载控制策略。在现场调试

39、过程中通常会出现不能找到现场设备的情况，也就是图19的Fieldbus 14 窗口的设备上会出现红色的“”符号，Fieldbus窗口快捷键的“Live List” 菜单会显示现场已经找到的设备列表。 图19如果，不能找到现场设备，按照下述方法进行：A 再次，点击工具栏中的按钮，进行重新通信，一般在5分钟左右，现场总 线的各设备会被Syscon软件找到。B 如果不成功，检查硬件线路，具体接法参加USERS MANUAL DFI 302及各 仪表的接线方法使用说明书。检查设备。运行Syscon，在线观察各现场设备通讯状态是否良好(设备图标是实、虚还是没有)，相应检查设备的外部连线及现场总线终端电阻

40、BT的位置(必须在每条总线的最远端)及连接状况，如果问题还没有得到解决，则检查现场设备的表头，若显示错误，则用供应商提供的两把磁性螺丝刀插入该设备的两个调节小孔，通断电一次，重新分配位号，并对其所在的总线进行重新下装。C 如果依然不成功，利用SYSTEM302 的FBTOOLS Wizard，对网关的固件重 新下载。注意，如果要重新下载固件必须要先使DF51处于HOLD状态，由于按照图20所示，网关处于RUN状态，单击HOLD按钮，DF51便会进入HOLD状态，DF51的HOLD指示灯变蓝，RUN指示灯变灰(黄色)。再次进入该界面的时候，点击BUOUSE选择需要下载的固件版本，按要求操作下载固

41、件。 15 图20一般情况下，重新下载固件与磁性螺丝刀插入该设备的两个调节小孔初始化设备两种方法配合，能够找到网络设备。D 如果还不能成功，只能采取把各设备从现场总线上卸下来，按由近到远的原 则，逐步接入现场设备，逐个寻找。在实际操作过程中，必须注意以上各个方法的配合使用。E 检查位号与量程。在人机界面上检查各点位号与现场是否一致，如不一致，则作出相应的修改，在Syscon中检查个设备饿量程是否符合实际要求。检查PID的作用方式和调节阀的动作方向。根据实际情况设置PID的作用方式和调节阀的动作方向，如不符合要求及时更正，并将每一控制回路的输入设为手操，连续设置一定值，以检测该回路能否正确动作。

42、 (6) 首先完成通信，然后使控制策略组态图窗口为当前窗口，点击“On Line Monitoring”工具栏，即可看到数据显示,如21所示。 16 即进入在线修改对话框，选择所需修改的参数进行修改，修改完后点击Edit或按回车键。见下图： 图21如要实现参数在线修改，进入CANAL_00窗口，右键点击所需修改模块，选择“On Line Characterization”，见图22： 图2217 即进入在线修改对话框，选择所需修改的参数进行修改，修改完后点击Edit或按回车键。见图23： 图234.2 AIMAX FOR WINDOWS V4.1 软件设计4.2.1 流程图及数据库组态4.2.

43、1.1流程图形绘制 在AIMAX的Graphic Builder窗口中Draw菜单下有4种简单图形对象：线、填充体、文本、按钮等。其中线又包括多种类型，如垂直水平线、多折线等等；填充体也包括多种类型，如矩形，多边形等等。这些简单图形对象具有各种影响其外观的属性。这些属性包括线色、填充色、高度、宽度、方向等等。属性可以是动态的或静态的。静态属性在图形界面运行程序View运行期间不能更改。而动态属性则可以将属性值与变量或表达式相连，在View运行期间动态改变。比如一个填充体的填充颜色就可以与一个表达式相连。完成的流程图24，以两种文件名“Main.wdf”和“Main.cfg”保存。 18 图24

44、4.2.1.2 创建新点。 首先进入AIMAX的Database Configuration Manager窗口，设置硬件连接关系图，由于现场总线系统网络是“总线型”的，所以6块表都必须与OPC口相连，如下图25： 19 图25双击一块表（以Unit 2 为例），将出现以下图26窗口：图26点击左一的“导入单点/多点(Single/Multi Point Import)”按钮，在弹出的窗口中点击“Connect Server and Import Items”按钮，在“Browse Items”栏中选择点名称和属性，点击“Add”按钮，如图27： 20 图27点击“Exit”，这样一个点就被创

45、建了，创建其它五个点参照以上方法。4.2.1.3.设置点的属性 Database Configuration Manager窗口中用鼠标右键点击一个仪表图标，选择Single Point，在弹出窗口的“Tag Name”框中选择一点名称，见图28： 图28 21 在此窗口中可对点的属性进行设置，其它五个点属性的设置可参照上述方法。4.2.1.4 数据连接。 进入Graphic Builder窗口打开流程图，点击Active菜单，选择“Create”,即出现Active Point Configuration窗口，见图29： 图29 在右边的下拉栏中选择新建的点，并设置该点的属性，点击OK.拖动

46、鼠标左键，在流程图中选定数据显示区域，点击右键，完成Create操作，其它五个点的数据连接，参照以上步骤。 4.2.1.5 实时曲线图绘制进入上面的Database Configuration Manager窗口中点击System图标，再点击有个R字样的图标，出现图30的窗口： 22 图30在右边的下拉栏中选择所要显示的点，输入每个点显示数据的范围，点击Save. 4.2.1.6 历史曲线图绘制进入上面的Database Configuration Manager窗口中点击System图标，再点击有个H字样的图标，出现图31的窗口： 23 图31在右边的下拉栏中选择所要显示的点，输入每个点显示

47、数据的范围，点击Save. 4.2.1.7 在线监控及参数修改进入Database Configuration Manager窗口，点击有地球图样的图标，按两次回车，AIMAX即被启动同时进入流程图。正常运行时，位点由白色变为浅绿色，如超限报警，位点闪动变色，并发出报警声。用左键选定位点，在点击右键，即可图32： 24 图32在图中可以看到受控变量的当前值，可以改变报警的高低限。点击“Menu”按钮可回到主界面。在主界面中或在此界面中点击“TR TREND”按钮，即可看到实时曲线图。在主界面中或在此界面中点击“HT TREND”按钮，即可看到历史曲线图。 25 4.3数据的动态连接4.3.1

48、NETDDE的设置首先我们先来看一下NETDDE的窗口图33： 图33A. 在“Local node Name”中设置的名字必须和计算机的网络名相同。例如，计算机网络名为“FIELDBUS”，则NETDDE的使用名也必须为“FIELDBUS”。如图34所示： 图34 B. 为了能实现一个局域网的计算机能够数据传送，必须增加网络接口，并且整个网络的接口必须一样。例如我们都使用“NETBIOS ”或者“TCP/IP，WinSock1.1”协议，这样才能实现两台甚至多台计算机数据的共享。（见图35） 图3526 C.其他的参数在组态时在设置，在设置好这两个参数后可以试着和另一台计算机相连，见图36

49、图36 输入于之相连的计算机名即可。见图37 图37 图38就是两台计算机连接成功的提示画面。 图384.3.2 数据的连接DDEML交谈由三种类型的事务组成：连接、存数和执行。当客户应用程序启动一个交谈，且服务器应用程序响应时，就开始一个DDE交换。一旦启动了一个交谈，且直到其中一方或另一方从交谈中退出之前（解除连接），客户和服务器以下列一种或多种方式来交换数据：客户请求数据和服务器满足这个请求每当一个具体的数据项（或多个数据项）发生变化时，客户要求得到通知。每当一个具体的数据项（或多个数据项）发生变化时，客户请求得到自动更新。客户传送一个命令，而服务器执行这个命令。客户给服务器发送主动提供

50、的数据。然而，重要的是记住，一个客户应用程序还可以是一个服务器，反过来也 27 一样。任何应用程序同时可以扮演两种角色。客户和服务器之间的区别是人为的，且是简短定义的问题，因为机器要么请求得到数据，要么提供数据。EXCEL本身提供了DDE SERVER，所以可以实现用EXCEL作为中介完成数据的连接。具体做法是，在装有AIMAX软件的机子上实现和EXCEL连接，在输入指令“=AMXDDE|TOPIC！T_B4310”后，仪表TT302-B4310的数据已经可以显示，如图39所示。 图39同理另一台机子中装的FIX32也可以和EXCEL相连接最后两台机子EXCEL就可以通过NETDDE来传送数据

51、。当然还有种简单的方法可以实现数据的传送，不需要用到EXCEL。只要在FIX32设置数据I/O地址时输入“=AMXDDE|TOPIC！T_B4310”,并将AIMAX的DDE SERVER打开就可实现，图40是在NETDDE对话框中看到的通讯情况。 图40 28 5参数调试及实验结果及分析事例5.1 参数调试5.1.1 工艺参数确定本系统工艺流程图如图41，黑色阀为针形阀，白色阀为球阀，虚线为双绞线。本系统副对象由左边一个罐子组成，主对象由右边两个罐子组成。副对象压力变送器LD302-F7123的量程范围是0160kPa,主对象压力变送器LD302-F7122的量程范围是050kPa。确定工艺

52、参数有以下几步：A、检查阀门使1、3、7、12、13、16号阀全开，使2、8、9、11、15号阀 门全关。打开总线电源使现场总线仪表处于工作状态，打开14号阀门以打开气源，运行SYSCON软件，完成通信操作。B、 SYSCON软件中取消主控制器的设定值，即删除LD302-F7122_PID功能模块的SP参数值，使该模块处于自动状态，即使LD302-F7122_PID模块的MODE_BLK - TARGET=AUTO。C、 主、副控制器的积分作用和微分作用全部去除 ，只保留一至两倍的比例增益。即删除LD302-F7122_PID和LD302-F7123_PID模块的RESET值和RATE值，GA

53、IN值设为12之间的任意值。D、使气动薄膜调节阀处于自动状态，设定开度为50%，即使FY302-Y8462_AO模块的MODE_BLK - TARGET=AUTO，SP=50，阀门处于半开状态是为了是在系统克服正负作用的干扰时，阀门有相同的调节裕度。E、 使气动调节主、副对象间的5号阀门开度和主对象的出气阀4号阀门开度以改变气阻，使主受控压力变量保持在25%即12.5kPa（5025%=12.5kPa），副受控压力变量保持在21%即33.6kPa（16021%=33.6kPa）。主、副受控压力变量的工作值应按工艺要求设定。本系统因无工艺要求，可在10%90%之间任意设定。（受控压力变量测 图4

54、1压力对象工艺流程图29 5.1.2 PID参数的整定由于压力控制属于缓慢和多容过程，而且压力系统不存在高频噪声，所以常使用PID控制。因控制串级策略一经下载，本系统即处于闭环状态，无法开路，并且没有不能等幅震荡的工艺要求，所以很合适用临界比例度法。以下是临界比例度法整定本系统PID参数的步骤：A接上步运行AIMAX的实时曲线图。B在SYSCON软件中把主控制器的给定值设为25%，阀门定位器设为串级连接，即使LD302-F7122_PID模块的SP=25，FY302-Y8462_AO模块的MODE_BLK - TARGET=CAS。C为了使副回路能较快的克服扰动，仍然使副回路处于纯比例作用。在

55、主控制器的积分作用和微分作用全部去除的情况下，通过在线修改使LD302-F7122_PID模块的比例增益GAIN由小到大的变化，对应于某一GAIN值作小幅度的设定值干扰，即使10号针形阀处于很小开度（干扰大于3%，控制系统将无法克服），迅速打开11号阀门，以获得临界情况下的等幅震荡，如图42： 图42等幅震荡实时曲线图（蓝色） 30 图43整定后的实时曲线图此时在实时曲线图上可获得临界震荡周期Pu=50秒和控制器临界比例增益GAINcmax=8，按照表二可算出PID参数分别为：4.8，25，6。图42、图43中深蓝色曲线为主受控压力变量测量值，白色为副受控压力变量测量值，第三个曲线为阀门定位器

56、输出值。D去掉干扰，即关掉11号阀门，待曲线稳定后，通过SYSCON软件在线修改使LD302-F7122_PID模块的GAIN=4.8，RESET=25，RATE=6。E再加入干扰，这时震荡曲线接近4 : 1，如图十一。再去除干扰，如震荡曲线在4 : 1到10 : 1之间即可接受，如不符以上两个要求，对各参数进行小范围修改。F、 实验完成后，关掉先SYSCON、AIMAX然后关掉14、15、16号阀再关掉总线电源。 31 薇袄肆莀虿肀羂荿螂袂芁荿蒁肈膇蒈薃袁肃蒇蚆肆罿蒆袈衿莈蒅薈蚂芄蒄蚀羇膀蒃螂螀肆蒃蒂羆羂蒂薄螈芀薁蚇羄膆薀蝿螇肂蕿葿羂肈薈蚁袅莇薇螃肀芃薇袆袃腿薆薅聿肅膂蚈袂羁芁螀肇艿芁葿袀膅

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62、薀蝿螇肂蕿葿羂肈薈蚁袅莇薇螃肀芃薇袆袃腿薆薅聿肅膂蚈袂羁芁螀肇艿芁葿袀膅芀薂肅膁艿螄羈肇芈袆螁莆芇薆羆节芆蚈蝿膈芅螁羅肄莅蒀螈羀莄薃羃艿莃蚅螆芅莂袇肁膀莁薇袄肆莀虿肀羂荿螂袂芁荿蒁肈膇蒈薃袁肃蒇蚆肆罿蒆袈衿莈蒅薈蚂芄蒄蚀羇膀蒃螂螀肆蒃蒂羆羂蒂薄螈芀薁蚇羄膆薀蝿螇肂蕿葿羂肈薈蚁袅莇薇螃肀芃薇袆袃腿薆薅聿肅膂蚈袂羁芁螀肇艿芁葿袀膅芀薂肅膁艿螄羈肇芈袆螁莆芇薆羆节芆蚈蝿膈芅螁羅肄莅蒀螈羀莄薃羃艿莃蚅螆芅莂袇肁膀莁薇袄肆莀虿肀羂荿螂袂芁荿蒁肈膇蒈薃袁肃蒇蚆肆罿蒆袈衿莈蒅薈蚂芄蒄蚀羇膀蒃螂螀肆蒃蒂羆羂蒂薄螈芀薁蚇羄膆薀蝿螇肂蕿葿羂肈薈蚁袅莇薇螃肀芃薇袆袃腿薆薅聿肅膂蚈袂羁芁螀肇艿芁葿袀膅芀薂肅膁艿螄羈肇芈袆螁莆芇薆羆节芆蚈蝿膈芅螁羅肄莅蒀螈羀莄薃羃艿莃蚅螆芅莂袇肁膀莁薇袄肆莀虿肀羂荿螂袂芁荿蒁肈膇蒈薃袁肃蒇蚆肆罿蒆袈衿莈蒅薈蚂芄蒄蚀羇膀蒃螂螀肆蒃蒂羆羂蒂薄螈芀薁蚇羄膆薀蝿螇肂蕿葿羂肈薈蚁袅莇薇螃肀芃薇袆袃腿薆薅聿肅膂蚈袂羁芁螀肇艿芁葿袀膅芀薂肅膁艿螄羈肇芈袆螁莆芇薆羆节芆蚈蝿膈芅螁羅肄莅蒀螈羀莄薃羃艿莃蚅螆芅莂袇肁膀莁薇袄肆莀虿肀羂荿螂袂芁荿蒁肈膇蒈薃袁肃蒇