分布式控制系统（DCS）系列：Emerson DeltaV_（5）.DeltaV系统的设计与工程.docx

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DeltaV系统的设计与工程

1.系统架构设计

1.1网络架构

在混凝土生产工业控制系统中，网络架构的设计是至关重要的一步。网络架构不仅影响系统的性能和稳定性，还关系到系统的安全性和可维护性。DeltaV系统采用分层网络架构，主要包括以下几个层次：

现场层（FieldLevel）：这一层包括各种传感器、执行器和现场设备，通过现场总线（如HART、Profibus、FoundationFieldbus等）与控制器进行通信。

控制层（ControlLevel）：这一层包括DeltaV控制器、输入输出模块（I/O模块）和现场总线接口模块。控制器负责处理来自现场层的数据，并执行控制逻辑。

操作层（OperationalLevel）：这一层包括操作站（OperatorStations）、工程师站（EngineeringStations）和历史数据服务器（HistorianServer）。操作站用于操作员监控和控制生产过程，工程师站用于系统配置和调试，历史数据服务器用于存储和分析历史数据。

企业层（EnterpriseLevel）：这一层包括企业资源规划（ERP）系统、数据库服务器和Web服务器等。这些设备通过标准的以太网协议与操作层进行通信，实现数据的整合和共享。

1.2控制器配置

控制器配置是DeltaV系统设计的基础。合理的控制器配置可以确保系统的高效运行和稳定控制。配置步骤如下：

选择控制器类型：根据系统规模和需求，选择合适的控制器类型（如小型控制器、中型控制器、大型控制器）。

确定控制器数量：根据现场设备的数量和分布，确定所需的控制器数量。

配置控制网络：配置控制器之间的通信网络，确保数据的实时传输。

分配I/O模块：根据现场设备的类型和数量，合理分配I/O模块。

1.3I/O模块配置

I/O模块是DeltaV系统与现场设备进行数据交互的关键部件。配置I/O模块时需要考虑以下几个方面：

输入模块（InputModules）：用于采集现场设备的数据，如温度传感器、压力传感器等。

输出模块（OutputModules）：用于控制现场设备，如阀门、电机等。

冗余配置：为了提高系统的可靠性，可以配置冗余的I/O模块。

1.4系统安全设计

系统安全设计是确保DeltaV系统正常运行的重要环节。主要的安全措施包括：

物理安全：确保控制器和I/O模块的物理安全，防止未经授权的访问和破坏。

网络安全：配置防火墙、入侵检测系统等，确保网络通信的安全。

软件安全：使用强密码、定期更新系统软件和补丁，防止软件漏洞被利用。

2.控制策略设计

2.1基本控制策略

在混凝土生产过程中，基本控制策略包括PID控制、逻辑控制和顺序控制等。这些控制策略通过DeltaV系统的控制逻辑模块（CLM）实现。

2.1.1PID控制

PID控制是工业控制中最常见的控制策略之一。通过比例、积分和微分三个参数的调整，可以实现对过程变量的精确控制。在DeltaV系统中，PID控制可以通过以下步骤配置：

选择控制回路：根据需要控制的过程变量（如温度、压力等），选择合适的控制回路。

配置PID参数：在DeltaV的控制逻辑模块中，配置PID控制器的比例（P）、积分（I）和微分（D）参数。

测试和调整：通过实际测试，调整PID参数，确保控制效果达到最佳。

#示例：PID控制参数配置

#假设我们使用DeltaV的PythonAPI进行配置

importdelta_v_apiasdva

#创建一个PID控制器对象

pid_controller=dva.PIDController(control_loop=Temperature_Control)

#配置PID参数

pid_controller.set_pid_parameters(p=1.0,i=0.5,d=0.1)

#启动PID控制器

pid_controller.start()

#测试控制效果

foriinrange(100):

current_temp=dva.get_current_temperature(sensor=Temp_Sensor_1)

setpoint=70.0#目标温度

pid_controller.set_setpoint(setpoint)

control_output=pid_controller.get_output()

dva.set_valve_position(valve=Valve_1,position=control_output)

2.1.2逻辑控制

逻辑控制用于实现开关量的