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第 1 章 绪 论
1.1 集散控制系统简介
集散控制系统即分散控制系统。以微处理器为基础，采用控制功能分散、显示操作集中、兼顾分而自治和综合协调的设计原则的新一代仪表控制系统分散控制系统 （Distributed Control System）以微处理器为基础，采用控制功能分散、显示操作集中、兼顾分而自治和综合协调的设计原则的新一代仪表控制系统。名称：DCS,全称：DistributedControlSystem,定义：DCS是分散控制系统（DistributedControlSystem）的简称，国内一般习惯称为集散控制系统。它是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统，综合了计算机（Computer)、通讯（Communication）、显示（CRT）和控制（Control）等4C技术，其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活、组态方便.
集散控制系统（DCS）技术与产品在工业生产与民用工程自动化应用中占主要地位。随着生产过程工艺技术不断更新和产品质量不断提高，各种类型，不同功能和大小规模的集散控制系统在各个领域得到了更广泛的应用。进入21世纪以来，不但工业生产离不开集散控制技术，而且我们生活的各个方面也越来越与集散控制系统变得越来越重要。例如，在大型公众文化文艺活动中，大规模的灯光和道具背景都可以采用集散控制系统来实现控制。由于具有数字控制，网络通信,监控组态和决策信息处理的功能，集散控制成为了工业和工程控制系统的主要应用形式。集散控制系统在航空航天工程，能源工程，石油与化学工程，生产流水线,制造工程，交通车辆控制，工程测量系统，安全监控系统，环境工程中起着重要的作用.
1.2 集散控制系统的特点
（1）高可靠性:由于DCS将系统控制功能分散在各台计算机上实现，系统结构采用容错设计，因此某一台计算机出现的故障不会导致系统其他功能的丧失.此外，由于系统中各台计算机所承担的任务比较单一，可以针对需要实现的功能采用具有特定结构和软件的专用计算机，从而使系统中每台计算机的可靠性也得到提高。
(2）开放性:DCS采用开放式，标准化、模块化和系列化设计，系统中各台计算机采用局域网方式通信，实现信息传输，当需要改变或扩充系统功能时,可将新增计算机方便地连入系统通信网络或从网络中卸下,几乎不影响系统其他计算机的工作.

（3）灵活性：通过组态软件根据不同的流程应用对象进行软硬件组态,即确定测量与控制信号及相互间连接关系、从控制算法库选择适用的控制规律以及从图形库调用基本图形组成所需的各种监控和报警画面，从而方便地构成所需的控制系统。
（4）易于维护：功能单一的小型或微型专用计算机，具有维护简单、方便的特点,当某一局部或某个计算机出现故障时，可以在不影响整个系统运行的情况下在线更换,迅速排除故障.
（5）协调性：各工作站之间通过通信网络传送各种数据，整个系统信息共享，协调工作,以完成控制系统的总体功能和优化处理。
（6)控制功能齐全:控制算法丰富，集连续控制、顺序控制和批处理控制于一体，可实现串级、前馈、解耦、自适应和预测控制等先进控制，并可方便地加入所需的特殊控制算法。
1.3 设计目的与要求
本次设计是某政府办公楼2台新风机组集散控制系统设计，设计内容是根据图纸用CAD画出系统的点表图，使用CAD画出系统的PLC控制原理图，编写控制策略。分散控制部分采用西门子S7-200PLC、根据自己编写的控制策略编写程序.程序编制主要分析数模、模数转换原理，不要求库文件建立和比例积分微分调节。每一个温湿度传感器能独立显示.每一个风阀开度能单独设定。每个风阀能真实反馈其开度。

第2章 组态王
2.1 组态王简介
组态王开发监控系统软件，是新型的工业自动控制系统,它以标准的工业计算机软、硬件平台构成的集成系统取代传统的封闭式系统.
组态王kingview6。55是亚控科技根据当前的自动化技术的发展趋势,面向低端自动化市场及应用，以实现企业一体化为目标开发的一套产品。该产品以搭建战略性工业应用服务平台为目标，集成了对亚控科技自主研发的工业实时数据库（KingHistorian）的支持，可以为企业提供一个对整个生产流程进行数据汇总、分析及管理的有效平台,使企业能够及时有效地获取信息，及时地做出反应,以获得最优化的结果。
组态王保持了其早期版本功能强大、运行稳定且使用方便的特点，并根据国内众多用户的反馈及意见，对一些功能进行了完善和扩充。组态王kingview6。55提供了丰富的、简捷易用的配置界面,提供了大量的图形元素和图库精灵，同时也为用户创建图库精灵提供了简单易用的接口；该款产品的历史曲线、报表及web发布功能进行了大幅提升与改进,软件的功能性和可用性有了很大的提高.
组态王在保留了原报表所有功能的基础上新增了报表向导功能,能够以组态王的历史库或KingHistorian为数据源，快速建立所需的班报表、日报表、周报表、月报表、季报表和年报表。此外,还可以实现值的行列统计功能。
组态王在web发布方面取得新的突破，全新版的Web发布可以实现画面发布，数据发布和OCX控件发布，同时保留了组态王Web的所有功能：IE浏览客户端可以获得与组态王运行系统相同的监控画面,IE客户端与Web服务器保持高效的数据同步，通过网络您可以在任何地方获得与Web服务器上相同的画面和数据显示、报表显示、报警显示等，同时可以方便快捷的向工业现场发布控制命令,实现实时控制的功能.
组态王集成了对KingHistorian的支持,且支持数据同时存储到组态王历史库和工业库，极大地提高了组态王的数据存储能力，能够更好地满足大点数用户对存储容量和存储速度的要求。KingHistorian是亚控新近推出的独立开发的工业数据库.具有单个服务器支持高达100万点、256个并发客户同时存储和检索数据、每秒检索单个变量超过20，000 条记录的强大功能。能够更好地满足高端客户对存储速度和存储容量的要求，完全满足了客户实时查看和检索历史运行数据的要求。

2.2 组态王的特点
它具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等优点。通常可以把这样的系统划分为控制层、监控层、管理层三个层次结构。其中监控层对下连接控制层，对上连接管理层，它不但实现对现场的实时监测与控制，且在自动控制系统中完成上传下达、组态开发的重要作用。尤其考虑三方面问题:画面、数据、动画。通过对监控系统要求及实现功能的分析,采用组态王对监控系统进行设计。组态软件也为试验者提供了可视化监控画面，有利于试验者实时现场监控.而且,它能充分利用Windows的图形编辑功能，方便地构成监控画面，并以动画方式显示控制设备的状态，具有报警窗口、实时趋势曲线等，可便利的生成各种报表。它还具有丰富的设备驱动程序和灵活的组态方式、数据链接功能。文档为个人收集整理，来源于网络本文为互联网收集，请勿用作商业用途

2。3 组态王的应用
1、使用组态王实现控制系统实验仿真的基本方法：
（1） 图形界面的设计。
（2） 构造数据库。
(3) 建立动画连接。
（4） 运行和调试。
2、使用组态王软件开发具有以下几个特点：
(1)实验全部用软件来实现，只需利用现有的计算机就可完成自动控制系统课程的实验，从而大大减少购置仪器的经费.
（2)该系统是中文界面，具有人机界面友好、结果可视化的优点。对用户而言,操作简单易学且编程简单，参数输入与修改灵活，具有多次或重复仿真运行的控制能力，可以实时地显示参数变化前后系统的特性曲线,能很直观地显示控制系统的实时趋势曲线,这些很强的交互能力使其在自动控制系统的实验中可以发挥理想的效果。
3、在采用组态王开发系统编制应用程序过程中要考虑以下三个方面：
（1） 图形，是用抽象的图形画面来模拟实际的工业现场和相应的工控设备。
（2) 数据,就是创建一个具体的数据库，并用此数据库中的变量描述工控对象的各种属性，比如水位、流量等。
（3) 连接,就是画面上的图素以怎样的动画来模拟现场设备的运行,以及怎样让操作者输入控制设备的指令。
第3章 PLC应用
3.1 PLC简介
PLC即可编程逻辑控制器(可编程控制器件）。可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller,PLC)，它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。
3。2 PLC的功能特点
1、 使用方便,编程简单
采用简明的梯形图、逻辑图或语句表等编程语言,而无需计算机知识，因此系统开发周期短，现场调试容易。另外,可在线修改程序，改变控制方案而不拆动硬件。
2、功能强，性能价格比高
一台小型PLC内有成百上千个可供用户使用的编程元件,有很强的功能,可以实现非常复杂的控制功能。它与相同功能的继电器系统相比,具有很高的性能价格比。PLC可以通过通信联网，实现分散控制，集中管理。
3、硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强
PLC产品已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统.PLC的安装接线也很方便,一般用接线端子连接外部接线。PLC有较强的带负载能力,可以直接驱动一般的电磁阀和小型交流接触器.
4、可靠性高,抗干扰能力强
传统的继电器控制系统使用了大量的中间继电器、时间继电器，由于触点接触不良，容易出现故障。PLC用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件元件,接线可减少到继电器控制系统的1/10—1/100，因触点接触不良造成的故障大为减少。PLC采取了一系列硬件和软件抗干扰措施，具有很强的抗干扰能力，平均无故障时间达到数万小时以上,可以直接用于有强烈干扰的工业生产现场，PLC已被广大用户公认为最可靠的工业控制设备之一.
5、系统的设计、安装、调试工作量少
PLC用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，使控制柜的设计、安装、接线工作量大大减少。
PLC的梯形图程序一般采用顺序控制设计法来设计.这种编程方法很有规律，很容易掌握。对于复杂的控制系统，设计梯形图的时间比设计相同功能的继电器系统电路图的时间要少得多.
PLC的用户程序可以在实验室模拟调试，输入信号用小开关来模拟,通过PLC上的发光二极管可观察输出信号的状态.完成了系统的安装和接线后，在现场的统调过程中发现的问题一般通过修改程序就可以解决,系统的调试时间比继电器系统少得多.
6、维修工作量小，维修方便
PLC的故障率很低,且有完善的自诊断和显示功能。PLC或外部的输入装置和执行机构发生故障时，可以根据PLC上的发光二极管或编程器提供的信息迅速地查明故障的原因,用更换模块的方法可以迅速地排除故
3。3 模数转换（A/D）
模数转换（ADC)亦称模拟一数字转换,与数/模(D/A）转换相反，是将连续的模拟量(如象元的灰阶、电压、电流等）通过取样转换成离散的数字量.例如，对图象扫描后，形成象元列阵,把每个象元的亮度（灰阶）转换成相应的数字表示,即经模/数转换后，构成数字图象。通常有电子式的模/数转换和机电式模/数转换二种。在遥感中常用于图象的传输,存贮以及将图象形式转换成数字形式的处理。例如：图像的数字化等.信号数字化是对原始信号进行数字近似，它需要用一个时钟和一个模数转换器来实现。所谓数字近似是指以N—bit的数字信号代码来量化表示原始信号，这种量化以bit位单位，可以精细到1/2^N。时钟决定信号波形的采样速度和模数转换器的变换速率。转换精度可以做到24bit,而采样频率也有可能高达1GHZ,但两者不可能同时做到。通常数字位数越多,装置的速度就越慢。本文为互联网收集，请勿用作商业用途文档为个人收集整理，来源于网络
模数转换包括采样、保持、量化和编码四个过程.在某些特定的时刻对这种模拟信号进行测量叫做采样，量化噪声及接收机噪声等因素的影响,采样速率一般取 fS=2。5fmax。通常采样脉冲的宽度 tw 是很短的，故采样输出是断续的窄脉冲。要把一个采样输出信号数字化，需要将采样输出所得的瞬时模拟信号保持一段时间，这就是保持过程。 量化是将连续幅度的抽样信号转换成离散时间、离散幅度的数字信号，量化的主要问题就是量化误差.假设噪声信号在量化电平中是均匀分布的， 则量化噪声均方值与量化间隔和模数转换器的输入阻抗值有关。编码是将量化后的信号编码成二进制代码输出.这些过程有些是合并进行的，例如，采样和保持就利用一个电路连续完成,量化和编码也是在转换过程中同时实现的，且所用时间又是保持时间的一部分。文档为个人收集整理,来源于网络本文为互联网收集，请勿用作商业用途

3.4 数模转换（D/A）
数模转换就是将离散的数字量转换为连接变化的模拟量。DA 转换器的内部电路构成无太大差异，一般按输出是电流还是电压、能否作乘法运算等进行分类.大多数DA转换器由电阻阵列和n个电流开关(或电压开关)构成。按数字输入值切换开关，产生比例于输入的电流(或电压).此外，也有为了改善精度而把恒流源放入器件内部的.一般说来，由于电流开关的切换误差小,大多采用电流开关型电路，电流开关型电路如果直接输出生成的电流，则为电流输出型DA转换器。此外，电压开关型电路为直接输出电压型DA转换器。
数模转换有两种转换方式：并行数模转换和串行数模转换。图1为典型的并行数模转换器的结构.虚线框内的数码操作开关和电阻网络是基本部件。图中装置通过一个模拟量参考电压和一个电阻梯形网络产生以参考量为基准的分数值的权电流或权电压；而用由数码输入量控制的一组开关决定哪一些电流或电压相加起来形成输出量。所谓“权”，就是二进制数的每一位所代表的值。例如三位二进制数“111“，右边第1位的“权"是 20/23=1/8；第2位是21/23=1/4；第3位是22/23=1/2。位数多的依次类推。图2为这种三位数模转换器的基本电路，参考电压VREF在R1、R2、R3中产生二进制权电流，电流通过开关。当该位的值是“0”时,与地接通；当该位的值是“1”时,与输出相加母线接通.几路电流之和经过反馈电阻Rf产生输出电压。电压极性与参考量相反。输入端的数字量每变化1，仅引起输出相对量变化1/23=1/8，此值称为数模转换器的分辨率。位数越多分辨率就越高，转换的精度也越高。工业自动控制系统采用的数模转换器大多是10位、12位，转换精度达0.5～0。1%。个人收集整理，勿做商业用途个人收集整理，勿做商业用途
3。5 通信
S7-200 CPU支持PPI（点对点接口)、MPI(多点接口）、Profibus（工业现场总线）、ProfiNet（工业以太网）及自由口协议等多种通信方式。PPI（Point-to-Point）是一种主—从协议，是S7—200 CPU默认的，也是最基本的通信方式。它通过S7—200 CPU内置的PPI接口（Port 0或Port 1），采用通用RS-485双绞线电缆进行联网，通信波特率可以是9.6kbps、19.2kbps或187.5kbps。主站可以是其他CPU（如S7-300/400）、SIMATIC编程器、TD 200文本显示器等。网络中的所有S7—200 CPU都默认为PPI从站。
　 PPI协议是专门为S7-200开发的通信协议，S7-200 CPU的通信口（Port0、Port1)支持PPI通信协议,S7-200的一些通信模块也支持PPI协议,STEP 7-Micro/WIN与CPU进行编程通信也通过PPI协议。PPI是一种主站—从站协议，主站和从站在一个令牌环网（Token Ring Network)中.当主站检测到网络上没有堵塞时,将接收令牌,只有拥有令牌的主站才可以向网络上的其他从站发出指令，建立该PPI网络，也就是说PPI网络只在主站侧编写通信程序就可以了。主站得到令牌后可以向从站发出请求和指令，从站则对主站请求进行响应,从站设备并不启动消息，而是一直等到主站设备发送请求或轮询时才作出响应。 使用PPI可以建立最多包括32个主站的多主站网络，主站靠一个PPI协议管理的共享连接来与从站通信，PPI并不限制与任意一个从站通信的主站数量，但是在一个网络中，主站的个数不能超过32.当网络上不止一个主站时，令牌传递前，首先检测下一个主站的站号,为便于令牌的传递，不要将主站的站号设置得过高。当一个新的主站添加到网络中来的时候，一般将会经过至少2个完整的令牌传递后才会建立网络拓扑，接收令牌。对于PPI网络来说，暂时没有接收令牌的主站同样可以响应其他主站的请求。本文为互联网收集，请勿用作商业用途文档为个人收集整理，来源于网络
第4章 新风机组控制方案
4。1 工作原理
1、新风机组温度控制系统是由比例积分温度控制器、安装在送风管内的温度传感器和电动调节阀组成。控制器的作用是把置于送风风道的温度传感器所检测到的送风温度传送至温控器与控制器设定的温度进行比较，并根据PI运算的结果，温控器给电动调节阀一个开/关阀的信号，从而使送风温度保持在所需要的范围。个人收集整理,勿做商业用途文档为个人收集整理，来源于网络
2、电动调节阀与风机连锁，以保证切断风机电源时风阀亦同时关闭.电动调节阀亦可实现与风机的联动（如图虚线框所示），当风机切断电源时关闭电动调节阀。上图中两种连锁线路连接方式, 分别用于断电复位设备和电关设备,用户可据具体情况自行取舍。（有防冻要求的场合可通过行程限位器将热水阀位保持在要求的开度）.
3、在需要制冷时，温控器置于制冷模式，当传感器测量的温度达到或低于设定温度时，温控器给电动阀一个关阀信号，电动阀的关阀接点接通阀门关闭。如果测量温度没达到设定温度，温控器给电动阀一个开阀信号，电动阀开阀接点接通阀门打开。在需要制热时，温控器置于制热模式，当传感器测量的温度达到或高于设定温度时，温控器给电动阀一个关阀信号，电动阀的关阀接点接通阀门关闭。如果测量温度没达到设定温度，温控器给电动阀一个开阀信号，电动阀开阀接点接通阀门打开.个人收集整理，勿做商业用途个人收集整理，勿做商业用途
4、当过滤网堵塞时或当其超过规定值时，压差开关给出的开关信号。
5、当盘管温度过低时，低温防冻开关给出开关信号，风机停止运行，防止盘管冻裂。
4。2 控制方案
本次设计是2台新风机组的集散控制系统设计，选择2台新风机组,通过控制点数确定CPU，和模拟数据模块，新风机组控制系统由温控器来控制电动调节阀,此系统的主要作用就是给用户一个舒适的环境以及节能的目的。避免制冷/制热机组系统不停的工作，使设备寿命更长.风门执行器于风机联锁,用户在开机时只要打开风门执行器此时电动调节阀也打开，这样设置方便用户操作,同时也避免在风门打开时而电动调节阀没能及时打开及工作给设备造成不良后果。压差开关其作用就是检测过滤网两边的压力，以便在过滤网堵塞或两端压力不平衡时同样给设备造成不良后果。防冻开关就是当盘管内的温度过低时给一个开关信号使风机停止工作，防止盘管冻裂造成不必要的麻烦。本文为互联网收集，请勿用作商业用途个人收集整理，勿做商业用途
第5章 组态王仿真软件
5。1 组态王仿真演示流程图
图 5-1 组态系统演示图

总 结
集散控制系统课程设计是集散控制课程理论教学之后的一个实践教学环节，它训练了我们的综合运用学过的集散控制原理的基础知识，独立进行查找资料、选择方案、实验过程、撰写报告,进一步加深对新风机组控制的理解,提高运用基本技能的能力,为今后的学习和工作打下坚实的基础。集散控制系统课程设计是配合控制理论教学，为我们自动化和电气工程及其自动化专业开设的专业基础技术技能设计,课程设计对我们是一个非常重要的实践教学环节。通过设计，使我们巩固和加深了对控制系统理解,提高了运用PLC，组态王软件分析和处理实际问题的能力,培养了我们的创新精神和创新能力。，同样也有效的使我们在控制系统中有了更好的学习,让我们在我们所学的专业中对于过程控制系统有了新的认识。
致 谢
本次设计过程中,遇到了很多困难，李主任与孟老师在这次的设计过程中给予我耐心的指导和帮助,感谢老师的悉心指导下，使得我的设计才得以顺利完成。同时也感谢我的同学对我的一些指导,特别是李主任帮助我们耐心的讲解与实验,让我能更好的去做好这份设计，通过这次设计，综合运用本专业所学习的课程的理论，设计工作的实际训练从而提高我们的独立的工作能力,巩固我们所学的知识,提高了我们我们的独立思考能力.对以后的工作有了很多的帮助.
参考文献
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［6］ 张子慧，黄翔.楼宇自动化专题讲座(2).西安制冷，1999
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