毕业设计报告（论文） 报告（论文）题目：环道控制系统下位软件 设计方案二 作者所在系部： 电子工程系 作者所在专业： 自动化 作者所在班级： B04221 作 者 姓 名 ： 李晓云 作 者 学 号 ： 20044022115 指导教师姓名： 孙东辉 完 成 时 间 ： 2008 年 6 月 20 日 北华航天工业学院教务处制 北华航天工业学院电子工程系 毕业设计（论文）任务书 姓姓 名：名：专专 业：业： 应用电子技术班班 级：级： 学号：学号： 20063021215 指导教师：指导教师：职职 称：称： 完成时间：完成时间： 毕业设计（论文）题目：毕业设计（论文）题目： 环道控制系统下位软件设计方案二 设计目标：设计目标： 利用模拟电子技术和数字电子技术的理论知识，设计实现能在双踪示波器显示屏上显示 晶体管输出特性曲线这一基本要求。 技术要求：技术要求： 1 能显示8条完整的输出特性曲线。 2 相邻特性曲线的间隔相同。 3 特性曲的显示自下而上，且连续、无闪烁。 4 可控制显示特性曲线的起始部分。 5 自动识别三个电极、判断其类型和材料。 6 测量晶体管的值。 所需仪器设备：所需仪器设备： 计算机一台、multisim2001 软件 成果验收形式：成果验收形式： 原理图、仿真结果 参考文献：参考文献： 模拟电子技术基础 、 数字电子技术基础 、 电子系统设计 1 5 周-6 周立题论证 3 9 周-13 周仿真调试 时间时间 安排安排 2 7 周-8 周方案设计 4 14 周-16 周成果验收 指导教师指导教师： 教研室主任教研室主任： 系主任系主任： 北华航天工业学院毕业论文 摘 要 论文的研究工作是以某石油环道控制系统设计为背景展开的，并且详细介绍了通过 PLC 控制下位系统工作的情况，以自由组态的形式对系统进行控制，使得程序具有更灵 活的控制途径和更完备的控制方法。 本文在深入分析 ControlNet 总线技术的基础上，重点解析了 ControlNet 在各总线中 的优势，同时阐述了其在环道控制系统中的应用，并且以 Rockwell 出品的 RSLogix5000 为基础，编写了自由组态的独立控制部分软件。论文的主要论述了各类控制阀门的自由 控制，尤其是使用周期性 PID 控制的方法解决大量运算带来的滞后问题。本文对系统的 硬件、选型、软件中流程控制的实现均有较为详细的阐述，对使用的编程软件也有描述， 对于本系统的下位控制特点也进行总结说明，比较详尽地叙述了整个系统的相关事宜。 关键词 ControlNet 现场总线 RSLogix5000 独立控制 自由组态 北华航天工业学院毕业论文 I 目 录 第 1 章 绪论 .1 1.1 课题背景及国内外研究概况1 1.2 现场总线和工业控制网络1 1.3 课题的建立以及本文完成的主要工作3 第 2 章 ControlNet 总线技术 .4 2.1 现场总线的发展4 2.2 ControlNet 现场总线技术特点及其网络体系结构 .5 2.2.1 基于生产者/消费者的通讯模式 .5 2.2.2 ControlNet 现场总线的仲裁方式 .6 2.2.3 ControlNet 现场总线的网络体系结构 .9 2.3 小结.10 第 3 章 系统硬件概况 11 3.1 系统概况.11 3.2 功能模块.12 3.2.1 CPU 模块 .12 3.2.2 SRM 热备模块 .13 3.2.3 电源模块 .13 3.2.4 C-NET 模块 .13 3.2.5 模拟输入模块 .13 3.2.6 模拟输出模块 .14 3.2.7 RTD 模块 .14 3.2.8 开关量输入模块 .14 3.2.9 开关量输出模块 .14 3.3 冗余的实现.14 3.4 小结.15 第 4 章 下位系统软件概况 16 4.1 下位软件概况.16 北华航天工业学院毕业论文 II 4.2 RSLogix5000 软件简介 .16 4.2.1 软件概况 .16 4.2.2 程序界面 .17 4.3 程序标签设定.18 4.4 程序流程.18 4.5 程序简介.24 4.6 小结.24 第 5 章 课题特点 25 5.1 ControlNet 现场总线技术应用 25 5.2 双机热备冗余结构.25 5.3 PID 周期运算 .25 第 6 章 结论 26 致谢 27 参考文献 28 附录 29 北华航天工业学院毕业论文 0 环道控制系统下位软件设计方案二 第 1 章 绪论 1.1 课题背景及国内外研究概况 一直以来，世界各国对能源的需求量还在不断地扩大，能源作为一个国家发展的基 本保障越来越受到重视。与此同时，因为能源特别是石油而引发的冲突接连不断。为了 保证能源的供应，我国一直在积极寻找国内油田，而且在国际上也积极寻找供应，因此 目前我国的石油供应呈现多样化趋势。 石油的运输主要通过输油管道进行，而输油本身就是一项耗能巨大的工业过程。如 何在油品多样化的现状下寻找出不同油品运输的最低成本方案，这成为一项重要的研究 课题。建设大口径、多功能、自动化水平高的石油试验环道，可以得到不同环境下石油 储运的各种数据，为各储运站提供可靠、准确的试验数据，使石油储运最大化、科学化， 减少储运过程中的维护工作。但是，我国目前还没有这样一个完善的、能够对不同油品 运输工况进行试验的场所，为此建立一个大型的、国际一流的输油管道试验基地显得十 分必要。 本课题就是抓住了这一契机，采用先进的计算机控制系统组成上位机、PLC 控制系 统作为下位机，系统具有网络控制功能和远程控制接口，同时为了确保系统的安全可靠 性，上、下位机均拟采用硬件冗余的方案，完成输油管道试验系统的控制与数据采集。 通过本课题的研究提出适合一般工业领域基于现场总线技术的过程控制系统方案并推广。 为了更好的满足试验需求，工艺流程控制过程能够实现停输再启动试验，在此基础 上，尽可能增加流程切换的灵活性，可在多种工况下进行各项试验，于是产生了本部分 的各控制阀等的独立控制。试验环道的数据全部实现自动化采集，检测设备采用高精度 仪表。为适应环道将来进行其他油品测试的需要，预留原油卸车接口。 1.2 现场总线和工业控制网络 在企业信息化和自动化领域内，计算机技术、控制技术、网络与通信技术的结合孕 育了现场总线技术和网络控制技术。作为近年来在国际上迅速发展起来的、备受关注的 网络控制新技术，现场总线是一种应用在生产现场、在微机化测量控制设备之间实现双 向串行多节点数字通信的系统。被称为开放式、数字化、多点通信的底层控制网络。随 着微处理器与计算机功能的不断增强和价格的急剧降低，计算机与计算机网络控制得到 迅速发展。工厂底层控制除需完成现场自动化设备之间的多点数字通信外，还必须实现 北华航天工业学院毕业论文 1 底层现场设备与外界的信息交换。现场总线就是在这种实际需求的驱动下应运而生的。 现场总线技术将专用微处理器置入传统的测量控制仪表，使它们各自都具有了数字计算 和数字通信能力。在此基础上，即可采用简单连接的双绞线、同轴电缆等作为总线，把 多个测量控制仪表连接成为网络系统，并按照公开规范的通信协议，使位于现场的多个 微机化测量控制设备以及现场仪表与远程监控计算机之间，实现数据传输与信息交换， 从而实现控制网络与信息网络的网络集成。 自动化技术与网络技术的有机结合形成了网络控制技术。控制网络一般指以控制对 象为特征的计算机网络，简称为计算机亚网络 Infranet（Infrastructure Network） ，它主要 面向某个企业或某个系统的底层，与一般的计算机网络既有很多共同点，又有不同和独 特之处，主要表现在以下几个方面： 1控制网络中数据传输和系统响应的实时性是对控制网络的基本要求； 2控制网络强调在恶劣环境下数据传输的完整性和可靠性； 3对信道容量要求不是太高； 4通信方式多采用广播或组播方式； 5控制网络必须解决多家公司产品和系统在同一网络中兼容即互操作问题。 目前，现场总线和网络控制技术研究与应用的发展趋势具有以下几个特点： 1以现场总线作为底层的控制网络，在体系结构、仪表的数字化与智能化、监控组 态软件及其开发平台与工具、以及现场总线的实际应用等各方面都取得了很大发展； 2在 OSI 体系结构、控制网络的组网技术、实时网络操作系统、可靠性技术等方 面都进行了深入研究，特别是以太控制网络的研究，推动了生产过程向更高层次的自动 化水平发展，实现了优化控制，协调控制与远程监控； 3控制网络与信息网络的集成已成为网络控制技术发展的一个热点，各种控制网络 与信息网络的集成技术研究日趋激烈，网络集成的产品化程度不断提高，统一的企业网 络构想将为企业计算机综合自动化打下坚实的基础； 4在信息技术大潮的推动下，各种新技术不断涌现。嵌入式技术推动了嵌入式控制 器的发展，嵌入式控制器不但能即插即用，而且能与已有的控制网络一同协调工作。嵌 入式技术正朝着控制网络开放性发展方向迈进； 5在网络控制的软件集成技术方面，计算机领域的 DDE（Dynamic Data Exchange）技术、OPC（OLE for Process Control）技术、集成软件套件技术、Web 技术、 国际公认的网络协议 TCP/IP 以及网络管理技术已经逐渐融合到网络控制技术中，大大推 动了网络控制技术的发展； 6分布式网络控制技术提出了一个全新的控制网络结构，不但实现了控制系统、控 制设备的协调工作，而且也为实现控制网络与信息网络的无缝集成，组建统一的企业网 络提供强了有力的技术支持，为实施企业资源计划（Enterprise Resource Planning ERP） 系统创造了良好的条件2。 北华航天工业学院毕业论文 2 1.3 课题的建立以及本文完成的主要工作 本文主要包括以下内容： 1以现场设备为核心，建立下位 PLC 控制系统，编制各控制阀门独立控制程序， 为操作管理人员提供灵活、准确的控制信息。实现对现场电动球阀、电动板阀、变频器 等设备的管理； 2下位机（PLC）为上位监控系统提供控制途径，具体地，要提供出程序的控制变 量和入口程序等； 3配合流程控制，完成对现场设备的管理与控制。 北华航天工业学院毕业论文 3 第 2 章 ControlNet 总线技术 2.1 现场总线的发展 随着自动化技术的不断发展，网络技术的日益推广，在工业控制领域，控制规模的 扩大，控制信息、管理信息的增加以及控制系统的柔性、设备间互操作性的要求，八十 年代中后期出现了现场总线控制系统。它贯彻全开放协议，使不同生产商产品之间具有 可操作性，系统结构大大简化，实现以全数字为主的通信方式，可靠性进一步提高，代 表了工控自动化发展的方向。 根据电工委员会（ICE）和美国仪表协会（ISA）定义，现场总线是连接智能现场设 备和自动化系统的数字式双向传输、多分支结构的通信网络，支持双向、多分支、总线 式、全数字通信。采用 OSI 七层模型中的物理层、数据链路层和应用层，增加了自己特 有的用户层作为现场总线通信模型。现场总线的特点使其在自动化控制领域显示诸多优 势： 1构筑系统成本低，系统硬件减少，节省工程费用； 2互操作性好。采用同一的技术规范，使任何生产商的现场总线设备相互间能连接 在一起； 3现场总线能综合信息，现场仪表、控制设备都采用全数字实现双向通信、多变量 访问； 4提高生产率。现场总线其有诊断数据、操作统计和自动故障通知，使人更有效地 分析、诊断系统； 5具有可靠的诊断和预估，从而减少了维护费用； 6系统扩充和修改容易，不必或很少增加新的硬件； 7故障定位准确，安全性进一步提高。 现场总线有多种方案，目前世界较流行的有 FF 现场总线、 HART、Co