基于ControlNet现场总线的空分控制系统的设计与实现

摘要

论文的研究工作是以杭州某气体工程有限公司的巴西10000Nm3/h空分项目为背景展开的。
　　 随着计算机技术、自动控制技术与网络通信技术的飞速发展，以现场总线作为企业信息系统的底层控制网络已成为控制网络发展的一个重要方向。目前，由于种类繁多的控制设备和过程监控装置在工业领域的应用，对现场总线控制系统信息交换的实时性、确定性以及系统的运行效率提出了越来越高的要求。在这一领域，北美最大的自动化供应商Rockwell自动化公司推出了基于开放网络技术的新型通信模式——生产者/消费者模式的ControlNet现场总线。ControlNet是一种新型的面向控制层的实时性现场总线网络，最适用于对时间有苛刻要求的工业现场，具有开放性、高效率、多功能、确定性和可重复性、灵活性等特点，扩展性极强，可共享I/O，支持冗余技术，可靠性高，并具有强大方便的网络组态和诊断功能。由于它进入我国市场较晚，其优点尚不为我国工业技术人员所熟知，但它得到了世界众多公司的支持，发展和应用前景十分广阔。
　　 论文在分析了空分工艺流程和ControlNet总线技术特点的基础上，重点探讨了基于ControlNet现场总线的空分控制系统的设计与实现。论文对现场总线技术，尤其是ControlNet总线技术的技术特点进行深入分析，着重阐述了它的通讯模式、介质访问方式以及网络体系结构；在对该系统控制对象和控制要求进行分析的基础上，进行了系统的硬件设计与软件设计。该空分系统监控画面设计采用RSView SE组态软件，过程站采用了功能强大的现场控制器ControlLogix5561。上位机通过以太网交换机与PLC处理器进行数据交换，控制站采用双CPU冗余配置，远程I/O框架通过冗余的ControlNet连接到控制器框架，同时远程框架采用了冗余电源配置。
　　 由此可见，该空分设备采用的PLC控制系统具有可靠性高，实时性强，应用灵活，人机交互友好等优点，满足了空分设备对控制系统功能的要求以及长期、稳定、安全、高效的运行要求。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1选题背景与研究意义

1.2过程控制系统的发展及现状

1.3现场总线技术

1.4本文的主要工作

第二章 空分工艺流程及系统控制要求

2.1主要性能指标及工艺流程

2.1.1主要性能指标

2.1.2空分工艺流程

2.2系统控制要求

2.2.1空压机控制

2.2.2空气预冷系统

2.2.3分子筛纯化系统控制

2.2.4膨胀机系统控制

2.2.5分馏塔控制

2.2.6系统报警联锁控制

2.3本章小结

第三章 ControlNet现场总线技术

3.1 ControlNet技术特点

3.2 ControlNet通信模式

3.3 ControlNet介质访问方式

3.3.1 ControlNet数据链路层的介质存取控制协议

3.3.2 ControlNet链路层的NUT划分

3.4 ControlNet网络体系结构

3.5本章小结

第四章 控制系统结构及硬件配置

4.1控制系统的设计原则

4.1.1控制系统的选择

4.1.2 I/O信号的类型和点数

4.2控制系统结构

4.2.1控制系统的网络结构

4.2.2控制系统的冗余设计

4.3控制系统的硬件配置

4.3.1信号地址的确定

4.3.2模块的组态

4.3.1模块技术参数

4.4本章小结

第五章 系统软件设计

5.1软件平台

5.1.1通讯软件RSLinx

5.1.2编程软件RSLogix5000

5.1.3监控软件RSView SE

5.2监控画面设计

5.2.1系统概貌图

5.2.2分子筛监控画面

5.2.3 PID调试画面

5.2.4报警查询及一览表

5.3过程站软件设计

5.3.1分子筛纯化系统时序控制

5.3.2 PID控制

5.4本章小结

第六章 空压机防喘振设计

6.1喘振的产生及危害

6.2防喘振的方法

6.2.1喘振线方程

6.2.2防喘振的两种方法

6.3防喘振控制的设计

6.3.1防喘振的设计思路

6.3.2防喘振控制器

6.3.3防喘振系统算法分析

6.4本章小结

第七章 总结与展望

致谢

参考文献

附录A

攻读学位期间的研究成果