基于JX300X的过程控制综合实验系统设计论文43102.doc

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1、摘要浙大中控JX-300X DCS集散型控制系统，采用了当前最新的微机硬件技术和可靠成熟的软件，具有完整的过程控制功能、数据采集与监视功能和先进的控制算法。系统结构简单，通信网络采用冗余化的开放式结构，系统扩展灵活，可靠性高；所有卡件采用信号智能化调理技术，通过软件组态就可实现不同类型的信号调理。本次设计就是利用浙大中控JX-300X集散系统，在实验室的A3000过程控制实验系统上，设计过程控制综合实验系统并实现集散控制。针对A3000这套系统，我选择了两种复杂的控制方案（包括三个控制回路），利用JX-300X集散系统对各个控制回路进行总体信息组态，控制站组态，操作站组态等，并对系统进行调试。

2、关键词：JX-300X，过程控制，组态，A3000AbstractZhejiang University were charged with JX - 300X DCS Distributed Control System, which used the latest technology in computer hardware and software mature and reliable, with a complete process control functions, data collection and monitoring functions and advanced co

3、ntrol algorithms. The structure is simple, and the communication networks use redundancy of open architecture, flexible system expansion, and high reliability; Using the cards of all intelligent signal conditioning technology, and software configuration can achieve different kinds of signal conditio

4、ning. The design is the use of Zhejiang University which were charged with JX - 300X DCS system, In laboratory experiments A3000 process control systems, Design integrated process control systems and experimental realization of distributed control. against the system of A3000, I chose two complex co

5、ntrol programs (including three control loop),and use JX - 300X DCS all right for the overall control loop configuration information, the station configuration, Operation Station configuration, and the system for debugging. Keywords : JX - 300X, process control, configuration, A3000目 录第一章 绪论11.1 课题背

6、景及研究意义11.2 本次课题研究的主要内容1第二章 控制系统方案的设计 32.1 A3000系统简介32.1.1 现场系统组成2.1.2 支路1分析2.1.3 支路2分析2.2 控制系统方案一的设计2.2.1 单闭环流量控制2.2.2 闭环双水箱液位串级控制2.3 方案二：锅炉温度和换热器前馈反馈控制系统2.3.1 前馈反馈控制原理2.3.2 系统分析2.3.2 系统工艺第三章 JX-300X系统3.1 浙大中控JX-300X 3.2 JX-300X系统的通讯网络3.3 JX-300X系统的控制站3.4 JX-300X系统软件第四章 JX-300X系统组态4.1 集散控制系统组态概念4.2

7、方案一组态4.2.1 总体信息组态4.2.2 控制站组态4.2.3 操作站组态4.3 方案二组态第五章 总结参考文献致谢附录一 总工艺流程图、DCS监控数据表、I/O表、端子排布图、I/O卡件布置图、输入输出点统计表附录二 方案一工艺流程图、DCS监控数据表、I/O表、串级系统仪表回路图附录三 方案二工艺流程图、DCS监控数据表、I/O表、前馈反馈系统仪表回路图 第一章 绪论1.1 课题背景及研究意义DCS 是“4C ”(Computer、Communication、Control、CRT ) 技术的结晶。它的出现不仅代表了一种新型的自动化工具, 而且预示着工厂自动化内涵的改变。DCS 在控制

8、方式、控制功能的实现、信息传送与处理等方面和过去的摸拟仪表相比有本质上的不同。30多年来DCS在结构、功能、性能等方面均得到了迅速地发展与提高。集散控制系统是以微处理器为基础的集中分散型控制系统。自70年代中期第一套集散控制系统问世以来，集散控制系统已经在工业控制领域得到了广泛的应用，越来越多的仪表和控制工程师已经认识到集散控制系统必将成为过程工业自动控制的主流。JX-300X型DCS采用全智能化、全数字化设计，在此基础上成功地实现了卡件的热插拔、故障诊断、信息同步等前文提到的各项技术。该系统采用典型控制系统三层模型，每个层次内均可冗余配置，而层次之间采用全冗余连接。即整个系统内以冗余过程控制

9、网络（SCnet）和冗余现场I/O总线(SBUS)为高可靠的连接通道，系统内各个部件的运行和部件之间点对点连接都可冗余。现在，随着DCS控制技术的不断发展和完善，浙大中控的JX-300X已经在诸多领域中发挥着举足轻重的作用，它不仅在大型厂矿油田中有着广泛而高效的应用，还在很多特殊项目领域中有着广泛的应用如锅炉控制系统，空分装置，氯化铵生产以及甲醇裂解制氢装置等。1.2 本次课题研究的主要内容本次毕业设计是利用浙大中控JX-300X集散系统，在过程控制实验室的A3000过程控制实验系统上，设计过程控制综合实验系统并实现集散控制。因此了解和熟悉过程控制实验系统，选择几种典型复杂的控制方案，进行集散

10、控制系统设计、系统装置连接、集散控制系统组态，系统调试运行是此次设计的主要内容。A3000特点11：1. 系统通过一个现场控制箱，集成供电系统、变频器、移相调压器、以及现场继电器，所有驱动电力由现场系统提供。它仅需通过标准接线端子接收标准控制信号即现场能完成所有实验功能。从而实现了现场系统与控制系统完全独立的模块化设计。2. 现场控制箱侧面是工业标准接线端子盒。这种标准信号接口可以使现场系统与用户自行选定的DCS系统、PLC系统、DDC系统方便连接，甚至用户自己用单片机组成的系统都可以对现场系统进行控制。3. 现场系统的设计另外的优势是保证动力线与控制线的电磁干扰隔离。4. 现场系统的设计保证

11、了控制系统只需要直流低压就可以了，使得系统设计更模块化，更安全、具有更大的扩展性。第二章 控制系统方案的设计2.1 A3000系统简介A3000过程控制装置实验系统是一个综合的实验控制系统，此装置可以实现温度、压力、液位、流量的控制。基于它很强的综合控制能力，所以我选择它作为我的研究对象。在它的多个控制回路里，我选择了两套控制方案，第一套控制方案是：单闭环流量控制系统和闭环双水箱液位串级控制系统。第二套控制方案是：锅炉温度和换热器前馈反馈控制系统。2.1.1现场系统组成A3000高级过程控制实验系统独创现场系统概念，而不是对象系统。现场系统包括了实验对象单元、供电系统、传感器、执行器（包括变频

12、器及移相调压器）、以及半模拟屏，从而组成了一个只需接受外部标准控制信号的完整、独立的现场环境。它的现场结构简图如图2-1所示11：换热器大储水箱JV201锅炉调节阀滞后管上水箱中水箱下水箱电磁阀JV101JV204JV205JV102JV206JV103JV106XV102JV207JV502JV305JV304JV104FV101JV601JV503JV105滞后管电磁阀XV101图2-1 系统结构现场系统包括三个水箱，一个大储水箱，一个锅炉，一个工业用板式换热器，两个水泵，大功率加热管，滞后时间可以调整的滞后系统，一个硬件联锁保护系统。传感器和执行器系统包括5个温度、3个液位、1个压力，1

13、个电磁流量计，1个涡轮流量计，1个电动调节阀，2个电磁阀，2个液位开关。 面板左侧设置：电源：220V AC单相电源开关，380V AC三相电源开关。开关：三个旋钮开关，分别是1、2工频电源开关，以及变频器控制水泵的开关。可以拔出上面水泵的电力连线，连接到不同的位置，从而更改革个水泵的电力来源。可以是工频，也可以是变频器。如果用户不需要变频调速，则建议全部使用工频控制。按照设计，使用变频器控制的水泵，其面板对应的指示灯可能不工作，这是为了保护继电器。两个拨动开关：分别是现场系统照明用电源开关，以及变频器STF（正转）控制开关。注意在机柜上还有并联的一个STF控制端，如果要设置工作模式，请断开该

14、控制端。为了避免控制逻辑太复杂，我们一般不连接机柜上的这个开关。电压表：显示加在调压器上的电压值。变频器：对于A3000FBS系统，则具有Profibus DP控制端子。面板右侧是现场系统的模拟屏，安装有5个指示灯和滞后管系统的两手动调节阀。当两个水泵、两个电磁阀开启时，其状态指示灯分别点亮。当锅炉内水位超过低限液位开关时，液位开关闭合，联锁控制指示灯点亮，可以开始对锅炉加热。现场系统包含两个支路。支路1有1水泵，换热器，锅炉，还可以直接注水到三个水箱以及锅炉。支路2有2水泵，压力传感器，电动调节阀，三个水箱，还有一路流入换热器进行冷却。2.1.2 支路1分析支路1包括左边水泵，1#流量计，电

15、磁阀等组成，可以到达任何一个容器，锅炉以及换热器。水泵可以使用变频器控制流量，电磁阀可能没有。由于支路1可以与锅炉形成循环水，可以做温度控制实验。为了保证加热均匀，应该使用动态水，本系统设计了一个水循环回路来达成此目的。即打开JV304、JV106、XV101，关闭其它阀门（注意JV104），开启1水泵，则锅炉内的水通过1水泵循环起来。锅炉内有高、低限两个液位开关，可以进行联锁保护。当锅炉内液位低于低限液位开关时，液位开关打开，加热器无法开启。当液位超过它时，液位开关合上，加热器信号连通，因此可以防止加热器干烧。高限液位开关有两个作用：第一，当锅炉内水温超过温度上限时，通过联锁控制，打开2电磁

16、阀，注入冷水，使锅炉内温度快速下降；第二，当锅炉内水量超过液位上限时，高限液位开关闭合，通过联锁控制，关闭2电磁阀，不再注入冷水。支路1上有一个工业用板式换热器，其冷、热水出口各有一个温度传感器，可以做热量转换实验。锅炉底部连接有滞后管系统。打开JV501、JV502，关闭JV503，锅炉内的水只流过第一段滞后管，进入储水箱。打开JV503，关闭JV502，水流过两段滞后管，即增加了滞后时间。 在滞后管出口装有一个温度传感器，可以做温度滞后实验。2.1.3 支路2分析支路2包括右边的水泵，2#流量计，压力变送器，电动调节阀。可以到达任何一个容器，锅炉以及换热器。水泵可以使用变频器控制流量，也可

17、以使用电动调节阀，对于小流量使用调节阀比较准确，对于要求快速控制的，则使用变频器比较方便。支路2有一个电动调节阀，配合三个水箱（各装一个压力传感器），可以做单容、双容、三容实验，以及液位串级实验、换热器温度串级实验，以及换热器解藕控制实验。系统水箱装有压力传感器，测得水箱的压力信号，之后转换为液位信号。对于单容实验，我们配有一块反正切闸板、一个截面呈三角形的柱体。反正切闸板替换矩形闸板，用于不同阻力下液位数学模型的测定实验。三角形柱体放入水箱中，可以做非线性容积实验，以及单容水箱容积改变的液位数学模型测定实验。对于流量控制实验，我们可以选择支路2，用电动调节阀作为执行器。同时启动两个支路的水泵

18、，可以做比值控制实验：将支路1流量固定（用涡轮流量计测量流量值），设定一个比值系数，用PID控制支路2的流量与支路1成比例。对于较复杂的前馈-反馈控制实验，设计使用两个支路的多个设备来完成。包括：锅炉、换热器、两个水泵、调节阀、涡轮流量计、电磁流量计。前馈控制部分，通过测量换热器热水入口温度及流量，控制调节阀开度，实现冷水流量控制；反馈控制部分，通过测量换热器热水出口温度，控制调节阀开度，实现冷水流量控制。2.2 控制系统方案一的设计2.2.1 单闭环流量控制 单闭环控制系统虽然结构简单，却能解决生产过程中的大量控制问题，而且是复杂控制系统的基础。所以在选择控制回路时，我选择了一个单闭环流量控

19、制系统。在这个控制系统中，被调量是变频器TR101，控制目标是左边水泵的出口流量，通过测量这个水流量，测量值与给定值进行比较，然后输出控制值到调节阀。在A3000-FS上，打开手动调节阀JV104、JV106，其余阀门关闭。打开A3000电源，在A3000-FS上，启动左边水泵，给锅炉注水到10cm高度。然后打开手动调节阀JV304、JV502、JV503。按如上操作可以形成单闭环流量控制系统工艺。选定的PID参数如下：2.2.2 闭环双水箱液位串级控制1、双容液位串级控制设计串级控制系统是改善控制质量的有效方法之一，在过程控制中得到广泛地应用，串级控制系统是指不止采用一个控制器，而是将两个或

20、几个控制器相串级，是将一个控制器的输入作为下一个控制器设定值的控制系统。在串级控制系统中，副调节器具有“粗调”的作用，而主调节器具有“细调”的作用。串级控制系统与单回路反馈控制系统比较，由于在系统结构上多了一个副回路，所以具有以下一些特点：（1）改善了过程的动态特性（2）提高了系统工作频率（3）具有较强的抗扰动能力（4）具有一定的自适应能力在我的控制方案一中，复杂回路选择的是双容液位串级控制系统。如图2-2所示液位串级控制系统。通过串级控制系统来控制下水箱液位，以中水箱为副对象，右边水泵直接向中水箱注水，时间常数小、时延小，控制通道短，从而可加快提高响应速度，缩短过渡过程时间，符合副回路选择的

21、超前，快速、反应灵敏等要求。下水箱为主对象，水需要经过中水箱才能进入下水箱，时间常数比较大，时延大。如图所示，设计好下水箱和中水箱串级控制系统。将主调节器的输出送到副调节器的给定，而副调节器的输出控制执行器。由上分析副调节器选纯比例控制，正作用，自动。主调节器选用比例控制或比例积分控制，反作用，自动。反复调试，使中水箱的液位快速稳定在给定值上，这时给定值应与副反馈值相同。待液位稳定后，通过左边水泵向中水箱小流量注水，加入扰动。若参数比较理想，且扰动较小，经过副回路的及时控制校正，不影响下水箱的液位。如果扰动比较大或参数并不理想，虽经过副回路的校正，还将影响主回路的温度，此时再由主回路进一步调节

22、，从而完全克服上述扰动，使液位调回到给定值上。当扰动加在下水箱时，扰动使液位发生变化，主回路产生校正作用，克服扰动对液位的影响。由于副回路的存在加快了校正作用，使扰动对主回路的液位影响较小。LIC103图2-2 液位串级控制水泵LT102下水箱中水箱L T103LIC102第一个动力支路引入干扰给定值输出值输入值给定值FV101串级控制系统框图如图2-3所示。X主调节器LIC101副调节器LIC102下水箱液位LT103LT103主回路干扰给定值+-图2-3液位串级控制系统框图X-调节阀FV101中水箱液位F101中水箱液位LT102下水箱液位副回路干扰水泵P1012、系统工艺在A3000-F

23、S上，打开手动调节阀JV201、JV205，调节中水箱、下水箱闸板具有一定开度，其余阀门关闭。启动右边水泵，给中水箱注水。这样便可以实现双水箱液位串级控制。2.3 方案二：锅炉温度和换热器前馈反馈控制系统2.3.1 前馈反馈控制原理前馈控制又称扰动补偿，它与反馈调节原理完全不同，是按照引起被调参数变化的干扰大小进行调节的。在这种调节系统中要直接测量负载干扰量的变化，当干扰刚刚出现而能测出时，调节器就能发出调节信号使调节量作相应的变化，使两者抵消与被调量发生偏差之前。因此，前馈调节对干扰的克服比反馈调节快。但是前馈控制是开环控制。其控制效果需要通过反馈加以检验。前馈控制器在测出扰动之后，按过程的

24、某种物质或能量平衡条件计算出校正值。如果没有反馈控制，则这种校正作用只能在稳态下补偿扰动作用。2.3.2 系统分析本系统中，被调量为电动调节阀FV101，控制量是换热器热水入口流量，控制目标是换热器热水出口温度。首先实现前馈控制，通过测量换热器入口流量、温度，控制调节阀，使得换热器冷水流量变化跟踪换热器热水流量与温度变化。然后实现反馈控制，通过测量换热器热水出口温度，控制调节阀，从而把前馈控制不能修正的误差进行修正。工业上，使用换热器对料液进行加热，加热使用蒸汽。我们这里使用换热器加热，把冷水看成某种工业料液。控制目标是料液的出口温度。 如图2-4示。设法保持锅炉内温度变化不大，是用热水给该料

25、液加热。测量料液的流量、温度。 XkPITT103FT101TT101+-+-q2r调节阀前馈控制热水冷水q2q1图2-4 前馈反馈控制系统原理图前馈控制不考虑控制通道与对象通道延迟，则根据热量平衡关系，简单的前馈控制方程为：其中k是常数，与水比热和热交换效率相关，Q是流量。这个前馈输出到调节器的输入，从而得到一个前馈控制系统。需要调整k是常数，直到具有合适的补偿效果。通过一个PI调节，使得热水流量增大到需要的补偿值。而后我们增加了一个反馈控制通道，测量热水出口温度，然后控制冷水流量。在控制通道中增加前馈控制系统，类似于串级控制。前馈控制器的传递函数推导如下：FGC(S)Gff(S)GPD(S

26、)GPC(S)Gm(S)2r1图2-5 前馈反馈方框图图中GPD是冷水量F对被控变量1的传递函数，GPC是热水量对被控变量的传递函数。由图2-5可以求得完全补偿的条件，干扰F对被控变量1的闭环传递函数为： （2-1）应用不变性条件：F(s)0,代入式(2-1)中，即可推导出前馈控制器的传递函数：GPD(S)+ Gff(S)GPC(S)=02.3.3 系统工艺在A3000-FS上，打开手动调节阀JV104、JV105，直接打开电磁阀XV101。其余阀门关闭。打开A3000电源。在A3000-FS上，启动左边水泵，给锅炉注水。关闭手阀JV104。启动右边水泵。减小手阀JV105开度，使得热水流量大

27、约为0.3m/h。启动锅炉的加热器，可以让外给定的智能调节仪手动给出20mA电流加热。 当加热到70度左右，适当减少手动给出的控制调压器的电流，使温度基本保持在70度左右。第三章 JX-300X系统3.1 浙大中控JX-300X 浙大中控JX系列是以中国国情为设计前提参照当今国外先进技术而推出的计算机控制系统,系统规模可大可小，支持标准网络通信协议，兼容性，开放性好。被广泛地应用于化工，炼油，石化，冶金，电力，建材，轻工，治药，生化，机械制造以及水处理等行业.控制系统充分应用了最新信号处理技术、高速网络通讯技术、软件设计技术和现场总线技术，并采用了高性能的微处理器和成熟的先进控制算法，使系统兼

28、具了高速可靠的数据输入输出、运算、过程控制功能和PLC连锁逻辑功能，从而能适应更广泛更复杂的应用要求，成为一个全数字、现场化、结构灵活、功能更加完善的新型开放式集散控制系统。 浙江浙大中控自动化有限公司于1997年推出了全数字化的新一代的集散控制系统JX-300。该系统不仅具有原JX-100集散控制系统的一切功能和优良的性能，更吸纳了九十年代在微处理器、CRT图形显示和网络通讯等领域的最新技术，成为近几年国外著名DCS系统在中国市场的最主要竞争对手。公司本着不断改进完善系统性能，最大限度地满足应用需要的原则，充分应用了最新信号处理技术、高速网络通信技术、可靠的软件平台和软件设计技术和现场总线技

29、术，采用了高性能的微处理器和成熟的先进控制算法，全面提高了JX-300的性能和功能，使其兼具了高速可靠的数据输入输出、运算、过程控制功能和PLC连锁逻辑控制功能，能适应更广泛更复杂的应用要求，成为一个全数字化的、结构灵活、功能更加完善的新型开放式集散控制系统。区别于早期推出的JX-300系统，我们称该新型系统为JX-300X。3.1.1 JX-300X的基本组成 JX-300X的基本组成包括工程师站（ES）、操作站(OS)、控制站（CS）和通讯网络（如图3-1）。工程师站是为专业技术人员设计的，内装有响应的组台平台和系统维护工具，通过系统组台平台生成适合于生产工艺要求的应用系统。操作站是由工业

30、PC机、CRT、键盘、鼠标、打印机等组成的人机系统，是操作员完成监控管理任务的环境。控制站是系统中直接与现场打交道的I/O处理单元完成整个工业过程的实时监控功能，可以冗余配置，灵活，合理。通讯网络实现工程师站、操作站、控制站的连接，完成信息、控制命令等的传输，双重化冗余设计，使得信息传输安全、高速。 图3-1 JX-300X的体系结构图 系统主要设备和软件： 1.系统主要设备：作为典型的通讯系统，JX-300X系统有如下类型的节点：现场过程控制设备节点；操作监视设备节点；智能设备的通信接口节点；工程师站；高级计算站。 2.系统软件：用于给CS、OS、MFS进行组态的专用软件，包括：SCKey

31、（系统定义）、SCNetDiag（系统诊断）、SCFBD（功能块图）等工具软件包，称之为组态软件包。用于过程实时监视、操作、记录、打印、事故报警等功能的人机接口软件称为实时监控软件Advantrol。 3.1.2 JX-300X的系统特点 JX-300X采用三层通信网络结构，如图3-2 所示。最上层为信息管理网，采用符合TCP/IP协议的以太网，连接了各个控制装置的网桥以及企业内各类管理计算机，用于工厂级的信息传送和管理，是实现全厂综合管理的信息通道。中间层为过程控制网（名称为SCnet），采用了双高速冗余工业以太网SCnet作为其过程控制网络，连接操作站、工程师站与控制站等，传输各种实时信息

32、。底层网络为控制站内部网络（名称为SBUS），采用主控制卡指挥式令牌网，存储转发通信协议，是控制站各卡件之间进行信息交换的通道。 图3-2 JX-300X的三层通信网络结构 系统的主要特点如下： 1.高速、可靠、开放的通讯网络SCnet II 2.分散、独立、功能强大的控制站 3.多功能的协议转换接口 4.全智能化设计 5.任意冗余配置 6.简单、易用的组态手段和工具 7.丰富、实用、友好的实时监控界面 8.事件记录功能 9.安装方便，维护简单，产品多元化、正规化 3.1.3 系统性能 工作温度：050； 存放温度：4070； 湿度：50时，5%95%； 高度：可达海拔4000m； 振动（工作

33、）：0.1振幅，517Hz； 2.5G峰值冲击，17500Hz； 振动(不工作)：0.2振幅，517Hz； 3G峰值冲击，17500Hz。 电源性能 （1）控制站 双路供电，85264VAC，47400Hz，最大600W，功率因素校正(符合IEC61000-3-2标准)； （2）操作站、工程师站和多功能站 200250VAC，50Hz，最大500W； 接地电阻 在普通场合接地电阻不大于4欧姆，在变电所、电厂及有大型用电的场合接地电阻不大于1欧姆。 运行速度 采样和控制周期：50毫秒5.0秒（逻辑控制），100毫秒5.0秒（回路控制）； 双机切换时间：0.1秒； 双机冗余同步速度：1Mbps；

34、电磁兼容性 电磁兼容性（EMC）是指设备在其电磁环境中正常工作且不对该环境中其它事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。电磁兼容包括电磁干扰（EMI）和电磁敏感度（EMS）两方面。JX-300X采用具有功率因素校正的开关电源，谐波幅射大大降低，使系统对电源网络的干扰达到最小。系统完全按照工业环境的通用抗扰性标准设计，并经严格测试，使系统在抗干扰力方面有很大提高，能完全满足各种恶劣电磁环境下的工作要求。系统满足如下电磁兼容性标准： IEC61000-3-2(GB/17625-1-198)谐波电流限值； IEC61000-3-3电压波动和闪烁限值； IEC61000-4-2(GB.T17626.2-19

35、98)静电放电抗扰度； IEC61000-4-3(GB/T17626.3-1998)射频电磁场辐射抗扰度； IEC61000-4-4(GB/T17626.4-1998)电快速瞬变脉冲群扰试； IEC61000-4-5(GB/T17626.5)浪涌（冲击）抗扰度； IEC61000-4-8(GB/T17626.8-1998)工频磁场抗扰度； IEC61000-4-9(GB/T17626.9-1998)脉冲磁场抗扰度； IEC61000-4-11(GB/T17626.11)电压暂降； EN50082-2(1995)工业环境的通用抗扰性标准。 3.2 JX-300X系统的通讯网络 3.2.1 概述

36、JX-300X DCS的通信网络分三层（如图3-3）：第一层网络是信息管理网（用户可选）；第二层网络是过程控制网，称为SCnet；第三层网络是控制站内部I/O控制总线，称为SBUS。 图3-3 JX-300X DCS的通信网络3.2.2 信息管理网 信息管理网采用以太网络，用于工厂级的信息传送和管理，是实现综合管理的信息通道。该网络通过在多功能站（MFS）上安装双重网络接口转接的方法，实现企业信息管理网与SCnet过程控制网络之间的网间桥接，以获JX-300X集散控制系统中过程参数和系统的运行信息，同时也向下传送上层管理计算机的调度指令和生产指导信息。管理网采用大型网络数据库，实现信息共享，并

37、可将各个装置的控制系统连入企业信息管理网，实现综合管理、调度、统计、决策等。 信息管理网的基本特性： 拓扑规范：总线形（无根树）结构，或星形结构； 传输方式：曼彻斯特编码方式； 通讯控制：符合IEEE802.3标准协议和TCP/IP标准协议； 通讯速率：10Mbps、100Mbps、1Gbps等； 网上站数：最大1024个； 通讯介质：双绞线（星形连接），50细同轴电缆、50粗同轴电缆（总线形连接，带终端匹配器），光纤等； 通讯距离：最大10km。 3.2.3 过程控制网络（SCNET） JX-300X系统采用了双高速冗余工业以太网SCnet作为其过程控制网络。它直接连接了系统的控制站、操作站

38、、工程师站、通讯接口单元等，是传送过程控制实时信息的通道，具有很高的实时性和可靠性，通过挂接网桥，SCnet可以与上层的信息管理网或其它厂家设备连接。 JX-300X SCnet网络采用双重化冗余结构(如图3-4)。在其中任一条通讯线发生故障的情况下，通讯网络仍保持正常的数据传输。 图3-4 双重化冗余结构 Scnet的通讯介质、网络控制器、驱动接口等均可冗余配置，在冗余配置的情况下，发送站点（源）对传输数据包（报文）进行时间标识，接收站点（目标）进行出错检验和信息通道故障判断、拥挤情况判断等处理；若校验结果正确，按时间顺序等方法择优获取冗余的两个数据包中的一个，而滤去重复和错误的数据包。而当

39、某一条信息通道出现故障，另一条信息通道将负责整个系统通讯任务，使通讯仍然畅通。对于数据传输，除专用控制器所具有的循环冗余校验、命令响应超时检查、载波丢失检查、冲突检测及自动重发等功能外，应用层软件还提供路由控制、流量控制、差错控制、自动重发（对于物理层无法检测的数据丢失）、报文传输时间顺序检查等功能，保证了网络的响应特性，使响应时间小于1秒。 在保证高速可靠传输过程数据的基础上，SCnet还具有完善的在线实时诊断、查错、纠错等手段。系统配有SCnet网络诊断软件，内容覆盖了网络上每一个站点（操作站、数据服务器、工程师站、控制站、数据采集站等）、每个冗余端口（0#和1#）、每个部件（HUB、网络

40、控制器、传输介质等），网络各组成部分经诊断后的故障状态被实时显示在操作站上以提醒用户及时维护。 SCnet网络组件 操作站网卡是采用带内置式10BaseT收发器(提供RJ45接口)的以太网接口。 它既是SCnet通讯网与上位操作站的通讯接口，又是SCnet网的节点（两块互为冗余的网卡为一个节点），完成操作站与SCnet通讯网的连接。 图3-5所示为操作站网卡的结构示意图。 图3-5 操作站网卡结构 3.3 JX-300X的控制站控制站是JX-300X系统实现过程控制的主要设备之一，其核心是主控制卡。主控制卡通常插在过程控制站的最上部机笼内，通过系统内高速数据网络SBUS扩充各种功能，实现现场信

41、号的输入输出，同时完成过程控制中的数据采集、回路控制、顺序控制、以及包括优化控制等各种控制算法。3.3.1 控制站的软硬件核心主控制卡 主控制卡（又称控制站主机卡）是控制站的软硬件核心，它负责协调控制站内的所有软硬件关系和各项控制任务，主控制卡的功能和性能将直接影响系统功能的可用性、实时性、可维护性和可靠性。JX-300X主控制卡的综合性能（处理能力、程序容量、运行速度等），除了增强系统控制功能外，还增强了卡件的可靠性，简化了维护和保养。综合技术特点： 采用双微处理器结构，即有两片Philips XA-G3微处理器，主CPU和从CPU，主频24M。它们协同处理控制站的任务，功能更强，速度更快；

42、 具有双重化10Mbps以太网标准通讯控制器和驱动接口（两片UM9008 和相关驱动芯片），互为冗余，使系统数据传输实时性、可靠性、网络开放性有了充分的保证，构成了完全独立双重化热冗余SCnet； 互为冗余的两个CPU卡件之间高速数据交换，使工作/备用卡件之间的运行状态同步，同步速度达1Mbps； 控制软件和算法模块采用模块化设计，核心程序固化在CPU卡的EPROM中。 具有8Mbit的用户可组态的控制程序和数据区，为用户设计的复杂控制 区准备了充足的内存空间； 实时诊断和状态信息可在本卡件的LED上显示，并向SCnet上广播； 采样周期和控制速率从50毫秒到5秒可选（固定）或根据程序运行自行

43、决定； 带算术、逻辑、控制算法库； 支持SCX语言、梯形图、功能图、顺控等组态工具构造的控制方案； 软件支持冷、热启动等多种初始化模式。在冷启动模式下，可以调用用 初始化程序； 支持1Mbps SBUS接口； 可带16到96块I/O卡，具有本卡或远程I/O功能，节省安装费用； 综合诊断到I/O通道级； 具有灵活的报警处理和信号质量码功能。过程点的传感器和高低限检 报警处理，增加了过程点质量标志“报警”、“变送器故障”、“自动/手动”、“可疑”等； 事件记录的分辨率达到1毫秒； 使用后备电池，以防主电源故障时丢失数据。在系统断电的情况下，能保 数据不丢失，后备电池最长时间为5年； 冗余或非冗余的

44、系统配置。 卡件供电：DC5V，280mA；DC24V，5mA； 冗余方式：1:1热备用。 3.3.2 数据转发卡 数据转发卡(SP233)是系统I/O机笼的核心单元，是主控制卡联接I/O卡件的中间环节，它一方面驱动SBUS总线，另一方面管理本机笼的I/O卡件。通过数据转发卡，一块控制卡（SP243）可扩展1到6个I/O机笼，即可以扩展16到96块不同功能的I/O卡件。图3-6为SBUS的结构图。 图3-6 SBUS结构示意图3.3.3 系统I/O卡件 系统I/O卡件如表3-1所示。 表3-1 系统卡件一览表 型号 卡件名称 性能及输入/输出点数 SP243 主控制卡（SCnet） 负责采集、控制和通讯等，10Mbps SP244 通讯接口卡（SCnet） RS232/RS485/RS422通讯接口，可以与PLC、智能设备等通讯 SP233 数据转发卡SBUS总线标准，用于扩张I/O单元 SP311 万能模拟信号输入卡 2路输入，可配电 SP313 电流信号输入卡 4路输入，可配电0-10mA，4-20mA SP314 电压信号输入卡 4路输入，电压信号 SP315 应变信号输入卡 2路输入，应变信号 SP316 热电阻信