《計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)：第5章 集散控制系統(tǒng)（DCS）》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)：第5章 集散控制系統(tǒng)（DCS）（47頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、第五章 集散控制系統(tǒng)（DCS）5.1概述5.1.1 DCS的產(chǎn)生、發(fā)展和特點(diǎn)現(xiàn)代化工業(yè)飛速發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的控制規(guī)模不斷擴(kuò)大，復(fù)雜程度不斷提高，工藝過(guò)程不斷強(qiáng)化，對(duì)過(guò)程控制和生產(chǎn)管理系統(tǒng)提出越來(lái)越高的要求。控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史經(jīng)歷了由基地式儀表單元組合儀表計(jì)算機(jī)集中控制集散控制的過(guò)程。產(chǎn)生u直接作用式氣動(dòng)控制器；u控制裝置安裝在被控過(guò)程附近，每個(gè)回路有單獨(dú)控制器；u運(yùn)行人員分布在全廠各處；u適用于規(guī)模不太大、工藝過(guò)程不太復(fù)雜的企業(yè)。1.30年代初期年代初期-分散控制方式分散控制方式過(guò)程控制系統(tǒng)的發(fā)展史u中央控制室，信息遠(yuǎn)距離傳輸問(wèn)題；u變送器、執(zhí)行器和控制器分離：變送器、執(zhí)行器安裝在現(xiàn)場(chǎng)，控制

2、器在中央控制室；u優(yōu)點(diǎn)：運(yùn)行人員可獲得整個(gè)的生產(chǎn)信息，便于協(xié)調(diào)控制；u注意：控制儀表和運(yùn)行人員在地理上的集中，控制器分別完成各控制任務(wù)，故障影響不大運(yùn)行管理的集中，仍然分散控制；u采用氣動(dòng)單元組合儀表、電動(dòng)單元組合儀表和組件組裝式儀表。2.30年代末期：集中控制年代末期：集中控制過(guò)程控制系統(tǒng)的發(fā)展史過(guò)程控制系統(tǒng)的發(fā)展史過(guò)程控制系統(tǒng)的發(fā)展史u計(jì)算機(jī)進(jìn)入過(guò)程控制領(lǐng)域，一臺(tái)計(jì)算機(jī)控制全廠的生產(chǎn)過(guò)程，整個(gè)系統(tǒng)控制任務(wù)的集中。u特點(diǎn)：控制集中、管理集中u缺點(diǎn)：受硬件水平限制，計(jì)算機(jī)可靠性低，一旦發(fā)生故障，全廠生產(chǎn)癱瘓。3.50年代末年代末60年代初：集中控制方式年代初：集中控制方式4.集散控制方式集散控

3、制方式u分析集中控制的失敗，提出了集散控制系統(tǒng)的概念；把控制功能分散在不同的計(jì)算機(jī)中完成（危險(xiǎn)分散）由CRT操作站和上位機(jī)進(jìn)行監(jiān)視和操作 應(yīng)用通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)各部分之間的聯(lián)系和協(xié)調(diào)uDCS繼承了常規(guī)儀表控制系統(tǒng)分散控制和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)集中管理的優(yōu)點(diǎn)，克服了常規(guī)儀表功能單一、人-機(jī)聯(lián)系差，以及單臺(tái)微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)危險(xiǎn)性高度集中的缺點(diǎn)，既在管理、操作和顯示三方面集中，又在功能、負(fù)荷和危險(xiǎn)性三方面分散。u特點(diǎn)：控制分散、管理集中過(guò)程控制系統(tǒng)的發(fā)展史 發(fā)展1975年Honeywell推出了世界上第一套集散控制系統(tǒng) TDC2000,實(shí)現(xiàn)了分散控制和集中管理的功能。80年代中期，系統(tǒng)軟硬件技術(shù)不斷更新，系統(tǒng)

4、功能得到擴(kuò)大或增強(qiáng)；在數(shù)據(jù)通信方面采用了局域網(wǎng)。80年代后期系統(tǒng)的通信功能增強(qiáng)，通信標(biāo)準(zhǔn)符合OSI參考模型，各不同制造廠家的產(chǎn)品可以進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。90年代以后管控一體化，硬件上采用了開(kāi)放式的工作站，采用了客戶機(jī)/服務(wù)器的結(jié)構(gòu)；在軟件上則采用UNIX系統(tǒng)和X-Windows的圖形界面，系統(tǒng)的軟件更豐富。隨著PLC和FCS技術(shù)的發(fā)展,DCS與PLC和FCS相融合的混合型分布式控制系統(tǒng)已經(jīng)出現(xiàn)。1.功能齊全2.人機(jī)聯(lián)系完善3.可靠性高4.系統(tǒng)擴(kuò)展靈活5.安裝調(diào)試簡(jiǎn)單6.性價(jià)比好DCS的性能比常規(guī)儀表控制系統(tǒng)和集中型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)更為優(yōu)越,它的主要特點(diǎn)如下：特點(diǎn)5.1.2 DCS的體系結(jié)構(gòu)綜合信息管理

5、級(jí)集中操作監(jiān)控級(jí)網(wǎng)間連接器網(wǎng)間連接器管理計(jì)算機(jī)管理計(jì)算機(jī)工程師站工程師站操作員站操作員站監(jiān)控計(jì)算機(jī)監(jiān)控計(jì)算機(jī)其它局域網(wǎng)局域網(wǎng)絡(luò)(LAN)網(wǎng)間連接器網(wǎng)間連接器通信網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場(chǎng)控制器現(xiàn)場(chǎng)控制器PLC智能調(diào)節(jié)器智能調(diào)節(jié)器其它測(cè)控裝置其它測(cè)控裝置分散過(guò)程控制級(jí)5.1.3 硬件結(jié)構(gòu)硬件結(jié)構(gòu)分散過(guò)程控制級(jí)是DCS的基礎(chǔ)層向下直接面向工業(yè)對(duì)象，其輸入信號(hào)來(lái)自于生產(chǎn)過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)的傳感器、變送器及電氣開(kāi)關(guān)等，其輸出去驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器（如調(diào)節(jié)閥、電磁閥、電機(jī)等），完成生產(chǎn)過(guò)程的數(shù)據(jù)采集、閉環(huán)調(diào)節(jié)控制、順序控制等功能；向上與集中操作監(jiān)控級(jí)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，接收操作站下傳的參數(shù)和操作命令，以及將現(xiàn)場(chǎng)工作情況信息整理后向操作站報(bào)告。構(gòu)成

6、這一級(jí)的主要裝置有：現(xiàn)場(chǎng)控制站，可編程控制器，智能調(diào)節(jié)器及其它測(cè)控裝置。硬件結(jié)構(gòu)-分散過(guò)程控制級(jí)現(xiàn)場(chǎng)控制站一般是標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)柜式機(jī)構(gòu)，柜內(nèi)由電源、總線、I/O模件、處理器模件、通信模件等部分組成。一般在機(jī)柜的頂部裝有風(fēng)扇組件，其目的是帶走機(jī)柜內(nèi)部電子部件所散發(fā)出來(lái)的熱量；機(jī)柜內(nèi)部設(shè)若干層模件安裝單元，上層安裝處理器模件和通信模件，中間安裝I/O模件，最下邊安裝電源組件。機(jī)柜內(nèi)還設(shè)有各種總線，如電源總線，接地總線，數(shù)據(jù)總線，地址總線，控制總線等等?，F(xiàn)場(chǎng)控制站的電源不僅要為柜內(nèi)提供電源，還要為現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)器件提供外供電源，這兩種電源必須互相隔離，不可共地，以免干擾信號(hào)通過(guò)電源回路耦合到I/O通道中去。1.

7、現(xiàn)場(chǎng)控制站現(xiàn)場(chǎng)控制站的主要功能有六種：數(shù)據(jù)采集功能：對(duì)過(guò)程參數(shù)，主要是各類傳感變送器的模擬信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、變換、處理、顯示、存儲(chǔ)、趨勢(shì)曲線顯示、事故報(bào)警等。DDC控制功能：包括接受現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)量信號(hào)，進(jìn)而求出設(shè)定值與測(cè)量值的偏差，并對(duì)偏差進(jìn)行PID控制運(yùn)算，最后求出新的控制量，并將此控制量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電流送至執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)被控對(duì)象。順序控制功能：通過(guò)來(lái)自過(guò)程狀態(tài)輸入輸出信號(hào)和反饋控制功能等狀態(tài)信號(hào)，按預(yù)先設(shè)定的順序和條件，對(duì)控制的各階段進(jìn)行順序控制。信號(hào)報(bào)警功能：對(duì)過(guò)程參數(shù)設(shè)置上限值和下限值，若超過(guò)上限或下限則分別進(jìn)行越限報(bào)警；對(duì)非法的開(kāi)關(guān)量狀態(tài)進(jìn)行報(bào)警；對(duì)出現(xiàn)的事故進(jìn)行報(bào)警。信號(hào)的報(bào)警是以聲音、光

8、或CRT屏幕顯示顏色變化來(lái)表示。打印報(bào)表功能：定時(shí)打印報(bào)表；隨機(jī)打印過(guò)程參數(shù)；事故報(bào)表的自動(dòng)記錄打印。數(shù)據(jù)通信功能：完成分散過(guò)程控制級(jí)與集中操作監(jiān)控級(jí)之間的信息交換智能調(diào)節(jié)器是一種數(shù)字化的過(guò)程控制儀表，也稱可編程調(diào)節(jié)器。其外形類似于一般的盤裝儀表，而其內(nèi)部是由微處理器CPU、存儲(chǔ)器RAM、ROM、模擬量和數(shù)字量I/0 通道、電源等部分組成的一個(gè)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。智能調(diào)節(jié)器可以接受和輸出420mA模擬量信號(hào)和開(kāi)關(guān)量信號(hào)，同時(shí)還具有RS-232或RS-485等串行通信接口。一般有單回路、2回路、或4回路的調(diào)節(jié)器，控制方式除一般的單回路PID之外，還可組成串級(jí)控制、前饋控制等復(fù)雜回路。智能調(diào)節(jié)器不僅可

9、以在一些重要場(chǎng)合下單獨(dú)構(gòu)成復(fù)雜控制系統(tǒng)，完成1 4個(gè)過(guò)程控制回路，而且可以作為大型集散控制系統(tǒng)中最基層的一種控制單元，與操作監(jiān)控級(jí)連成主從式通信網(wǎng)絡(luò)，接受其下傳的控制參數(shù)，并上報(bào)各種過(guò)程參數(shù)。2.智能調(diào)節(jié)器與智能調(diào)節(jié)器最大的不同點(diǎn)是：它主要配置的是開(kāi)關(guān)量輸入、輸出通道，用于執(zhí)行順序控制功能。在新型的PLC中，也提供了模擬量輸入輸出及PID控制模塊，而且均帶有RS-485標(biāo)準(zhǔn)的異步通信接口。同智能調(diào)節(jié)器一樣，PLC的高可靠性和不斷增強(qiáng)的功能，使它既可以在小型控制系統(tǒng)中擔(dān)當(dāng)控制主角，又可以作為大型集散控制系統(tǒng)中最基層的一種控制單元3.可編程調(diào)節(jié)器集中操作監(jiān)控級(jí)是面向現(xiàn)場(chǎng)操作員和系統(tǒng)工程師的。集中操

10、作監(jiān)控級(jí)以操作監(jiān)視為主要任務(wù)把過(guò)程參數(shù)的信息集中化，對(duì)各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制站的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，并通過(guò)簡(jiǎn)單的操作，進(jìn)行工程量的顯示、各種工藝流程圖的顯示、趨勢(shì)曲線的顯示以及改變過(guò)程參數(shù)（如設(shè)定值、控制參數(shù)、報(bào)警狀態(tài)等信息）；另一個(gè)任務(wù)是兼有部分管理功能：進(jìn)行控制系統(tǒng)的組態(tài)與生成。構(gòu)成這一級(jí)的主要裝置有：面向操作人員的操作員操作站、面向監(jiān)督管理人員的工程師操作站、監(jiān)控計(jì)算機(jī)及層間網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接器。一般情況下，一個(gè)DCS系統(tǒng)只需配備一臺(tái)工程師站，而操作員站的數(shù)量則需要根據(jù)實(shí)際要求配置。硬件結(jié)構(gòu)-集中操作監(jiān)控級(jí) 硬件結(jié)構(gòu)硬件結(jié)構(gòu)-綜合信息管理級(jí)綜合信息管理級(jí)DCS的綜合信息管理級(jí)主要由高檔微機(jī)或小型機(jī)擔(dān)當(dāng)?shù)墓芾碛?jì)算機(jī)

11、構(gòu)成，它實(shí)際上是一個(gè)管理信息系統(tǒng)，是由計(jì)算機(jī)硬件、軟件、數(shù)據(jù)庫(kù)、各種規(guī)程和人共同組成的工廠自動(dòng)化綜合服務(wù)體系和辦公自動(dòng)化系統(tǒng)。DCS的綜合信息管理級(jí)主要完成生產(chǎn)管理和經(jīng)營(yíng)管理功能。比如進(jìn)行市場(chǎng)預(yù)測(cè)，經(jīng)濟(jì)信息分析；對(duì)原材料庫(kù)存情況、生產(chǎn)進(jìn)度、工藝流程及工藝參數(shù)進(jìn)行生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)和報(bào)表；進(jìn)行長(zhǎng)期性的趨勢(shì)分析，作出生產(chǎn)和經(jīng)營(yíng)決策，確保最優(yōu)化的經(jīng)濟(jì)效益。目前國(guó)內(nèi)使用的DCS重點(diǎn)主要放在底層與中層二級(jí)上。5.1.4 5.1.4 DCS的通信系統(tǒng)DCS各級(jí)之間的信息傳輸主要依靠通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)來(lái)支持。與一般的局域網(wǎng)不同，DCS中采用的通信網(wǎng)絡(luò)是用于生產(chǎn)過(guò)程的控制和管理，具有以下特點(diǎn)：1.具有快速的實(shí)時(shí)響應(yīng)能力，一般

12、辦公室自動(dòng)化計(jì)算機(jī)局部網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)時(shí)間為2-6s，而它要求0.01-0.5s；2.具有高的可靠性，必須連續(xù)、準(zhǔn)確運(yùn)行，數(shù)據(jù)傳送誤碼率低于10-810-11，系統(tǒng)利用率在99.999%以上；3.適合于在惡劣環(huán)境下工作，能抗電源干擾、雷擊干擾、電磁干擾和低電位差干擾；5.1.5 軟件系統(tǒng) 由于DCS是多層體系結(jié)構(gòu)，每層的硬件組成及其完成功能不同，因而相應(yīng)的軟件系統(tǒng)也會(huì)不同。處于高層的DCS綜合信息管理級(jí)是一個(gè)以數(shù)據(jù)處理為中心的管理信息系統(tǒng)，而從自動(dòng)控制的角度出發(fā)，更關(guān)心用于底層與中間層的軟件系統(tǒng)，它主要包括控制軟件包、操作顯示軟件包等。1.1.控制軟件包控制軟件包用于分散過(guò)程控制級(jí)，為用戶提供各種過(guò)程

13、控制的功能，包括：數(shù)據(jù)采集和處理、控制算法、常用運(yùn)算公式和控制輸出等功能模塊。由于構(gòu)成這一級(jí)的裝置不同，而且即便是同一種裝置但廠家品牌、型號(hào)也可能不同，實(shí)際上支持這些硬件裝置的軟件平臺(tái)和編程語(yǔ)言都不相同。歸納起來(lái)有圖形化編程（又分功能塊圖、梯形圖、順序功能圖），文本化語(yǔ)言（又分指令表和結(jié)構(gòu)化文本），面向問(wèn)題的語(yǔ)言（又分填表式和批處理兩種）和通用的高級(jí)語(yǔ)言（又分VB、VC等）等多種。當(dāng)把相應(yīng)的軟件安裝在控制裝置中，用戶可以通過(guò)組態(tài)方式自由選用各種功能模塊，以便構(gòu)成控制系統(tǒng)。用于集中操作監(jiān)控級(jí)，為用戶提供豐富的人-機(jī)接口聯(lián)系功能。在操作站上進(jìn)行集中操作監(jiān)視，可以選擇多種圖形顯示畫面，如總貌顯示、分

14、組顯示、回路（點(diǎn)）顯示、趨勢(shì)顯示、流程顯示、報(bào)警顯示和操作指導(dǎo)等畫面，并可以在圖形畫面上進(jìn)行各種操作，所以它可以完全取代常規(guī)模擬儀表盤。需要指出的是，當(dāng)前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上已經(jīng)成功運(yùn)行著十幾種通用監(jiān)控組態(tài)軟件。2.操作顯示軟件包 組態(tài)簡(jiǎn)單的講，組態(tài)（Configuration）就是用應(yīng)用軟件中提供的工具、方法、完成工程中某一具體任務(wù)的過(guò)程。集散系統(tǒng)的組態(tài)主要包括系統(tǒng)組態(tài)、控制組態(tài)、畫面組態(tài)。系統(tǒng)組態(tài)操作是根據(jù)已有的DCS，確定各設(shè)備的可尋址的標(biāo)志號(hào)、各設(shè)備之間的連接關(guān)系（部分為硬接線）、所包含的軟件環(huán)境以及相應(yīng)操作系統(tǒng)。控制組態(tài)可以通過(guò)編程或組態(tài)器，也可以由操作站直接送入后再下裝到分散過(guò)程控制裝置，用

15、于確定各分散過(guò)程控制裝置的輸入輸出通道特性、建立數(shù)據(jù)庫(kù)，確定控制方案和實(shí)施手段等。畫面組態(tài)包括操作站、簡(jiǎn)易型操作終端、工程師站以及上位管理站的用戶畫面的組織、畫面的生成、數(shù)據(jù)點(diǎn)的確定、調(diào)用畫面的手段等。SIMATIC PCS 7是一種新型過(guò)程控制系統(tǒng)。它提出了一種全集成自動(dòng)化（Totally Integrated Automation,TIA）理念，具有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理、通信和組態(tài)功能。PCS 7 采用了TIA 系列的標(biāo)準(zhǔn)硬件和軟件，基本部件包括自動(dòng)化系統(tǒng)、分布式I/O、操作員站、工程師站和通信網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)由PROFIBUS-DP總線和工業(yè)以太網(wǎng)兩級(jí)網(wǎng)絡(luò)組成。DP總線用于自動(dòng)化系統(tǒng)和設(shè)備級(jí)分散I/

16、O之間通信，是系統(tǒng)底層控制網(wǎng)絡(luò)。工業(yè)以太網(wǎng)連接分散過(guò)程控制級(jí)和集中操作監(jiān)控級(jí)，構(gòu)成系統(tǒng)上層網(wǎng)絡(luò)。5.1.6 DCS實(shí)例PCS7過(guò)程控制系統(tǒng)PCS7 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) AS-iProfibus-PAProfibus-PAProfibus-PAOS-LAN工業(yè)以太網(wǎng)工業(yè)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)化系統(tǒng)AS414-3等工程師站ESOS單站OS服務(wù)器容錯(cuò)自動(dòng)化系統(tǒng)AS414-4H等歸檔服務(wù)器OS客戶機(jī)管理計(jì)算機(jī)分布式I/OET200分布式I/OET200故障安全自動(dòng)化系統(tǒng)AS414FH等分布式I/OET200DP/PA鏈接器DP/PA鏈接器DP/PA鏈接器DP/AS-i鏈接器Profibus-DP 分散過(guò)程控制裝置 PC

17、S 7分散過(guò)程控制裝置包括自動(dòng)化系統(tǒng)和分布式分散過(guò)程控制裝置包括自動(dòng)化系統(tǒng)和分布式I/O。標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)化系統(tǒng)包括 AS 414-3、AS 416-2、AS 416-3 和AS 417-4。其中AS 414-3適于小型應(yīng)用，其余用于中等規(guī)?；蚋蟮南到y(tǒng)。該由機(jī)架、電源模塊（PS）、中央處理單元（CPU）和通信處理器（CP）構(gòu)成。容錯(cuò)自動(dòng)化系統(tǒng)它可以滿足高可靠性的要求，包括 AS 414-4-1H、AS 417-4-1H、AS 414-4-2H 和AS 417-4-2H等四種類型的產(chǎn)品。故障安全自動(dòng)化系統(tǒng)它不僅可檢測(cè)過(guò)程中的故障,而且還可檢測(cè)系統(tǒng)內(nèi)部故障，在檢測(cè)錯(cuò)誤時(shí),自動(dòng)將裝置設(shè)置到一個(gè)安全狀態(tài)?；?/p>

18、于 AS 414H 和 AS 417H 的故障安全自動(dòng)化系統(tǒng)（F/FH 系統(tǒng)）將工廠自動(dòng)化和安全功能組合到單一系統(tǒng)之中。ET 200M 是主要的分布式是主要的分布式 I/O 產(chǎn)品，與產(chǎn)品，與PCS 7的自動(dòng)化系統(tǒng)一起用于過(guò)的自動(dòng)化系統(tǒng)一起用于過(guò)程控制。它由電源模塊、接口模塊和程控制。它由電源模塊、接口模塊和 I/O 模塊組成，均可實(shí)現(xiàn)冗余配置。模塊組成，均可實(shí)現(xiàn)冗余配置。ET 200iS 是具有本安性能的是具有本安性能的 I/O 產(chǎn)品，防護(hù)等級(jí)產(chǎn)品，防護(hù)等級(jí) IP 30，可以直接安裝，可以直接安裝在防爆在防爆1區(qū)或區(qū)或2區(qū)中，傳感器區(qū)中，傳感器/執(zhí)行器置于執(zhí)行器置于0區(qū)。每個(gè)模塊都可在防爆環(huán)境

19、區(qū)。每個(gè)模塊都可在防爆環(huán)境中熱插拔。中熱插拔。ET 200S 是一種新型產(chǎn)品，防護(hù)等級(jí)是一種新型產(chǎn)品，防護(hù)等級(jí)IP 20，適用于需要故障安全電機(jī)啟，適用于需要故障安全電機(jī)啟動(dòng)器的場(chǎng)合。也支持模塊的熱插拔，但它的動(dòng)器的場(chǎng)合。也支持模塊的熱插拔，但它的I/O 模塊比模塊比ET 200iS豐富，豐富，除模擬量和數(shù)字量除模擬量和數(shù)字量I/O模塊以外，還包括電機(jī)起動(dòng)器、氣動(dòng)模塊等。模塊以外，還包括電機(jī)起動(dòng)器、氣動(dòng)模塊等。ET 200X 具有較高的防護(hù)等級(jí)具有較高的防護(hù)等級(jí)IP 65/67,適于無(wú)控制柜場(chǎng)合的多功能解決適于無(wú)控制柜場(chǎng)合的多功能解決方案。其方案。其 I/O 模塊與模塊與ET 200S類似。類

20、似。分布式I/O 集中操作管理裝置 PCS7的集中操作管理裝置由操作員站和工程師站組成。操作員站操作員站OS是PCS 7 系統(tǒng)的人機(jī)接口,用于生產(chǎn)過(guò)程的操作和監(jiān)視。有單用戶系統(tǒng)（OS 單站）和具有客戶機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)的多用戶系統(tǒng)（OS客戶機(jī)/OS服務(wù)器）。單用戶系統(tǒng) 所有過(guò)程操作和監(jiān)視都集中在一個(gè)站中,OS單站通過(guò)RJ 45端口可與OS LAN相連，也可通過(guò)通信處理器或標(biāo)準(zhǔn)LAN卡接入工業(yè)以太網(wǎng)。多用戶系統(tǒng) 通過(guò)OS LAN 從一個(gè)或多個(gè)OS 服務(wù)器接收數(shù)據(jù)，它還具有客戶機(jī)功能,能訪問(wèn)系統(tǒng)中其它OS服務(wù)器上的數(shù)據(jù)。操作員站采用WinCC組態(tài)軟件，能完成從畫面顯示到歷史趨勢(shì)記錄的一系列功能，并可設(shè)

21、置操作權(quán)限。工程師站ES工程師站用于對(duì)整個(gè)PCS7 系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)。它采用和操作員系統(tǒng)的OS 單站相同的硬件以及Windows2000 操作系統(tǒng),可通過(guò)多屏圖形卡將最多四個(gè)過(guò)程監(jiān)視器連接在一起來(lái)擴(kuò)展工作區(qū)，使得組態(tài)更為方便。ES軟件為PCS7系統(tǒng)的所有部件提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理和組態(tài)工具，包括連續(xù)功能圖CFC、順序功能圖SFC、功能塊庫(kù)、硬件組態(tài)工具HW Config、OS圖形組態(tài)軟件、過(guò)程設(shè)備管理器PDM等部分。CFC/SFC都是圖形組態(tài)工具,前者以功能塊為基礎(chǔ),主要用于連續(xù)過(guò)程的控制組態(tài)，后者用于順序控制。HW Config和PDM 是硬件組態(tài)工具，用于自動(dòng)化系統(tǒng)、操作員站、工程師站、通信網(wǎng)絡(luò)及

22、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的組態(tài)。通信網(wǎng)絡(luò)PCS 7 的通信系統(tǒng)包括工業(yè)以太網(wǎng)和現(xiàn)場(chǎng)總線。工業(yè)以太網(wǎng)用于自動(dòng)化系統(tǒng)與操作員站、工程師站之間的數(shù)據(jù)通信，現(xiàn)場(chǎng)總線連接自動(dòng)化系統(tǒng)和分布式 I/O，用于現(xiàn)場(chǎng)控制及檢測(cè)采集單元的數(shù)據(jù)交換。工業(yè)以太網(wǎng)工業(yè)以太網(wǎng)連接分散控制裝置和操作管理裝置。網(wǎng)絡(luò)可采用總線型、星型、環(huán)型等多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，較大的系統(tǒng)均采用冗余光纖環(huán)網(wǎng)。通信協(xié)議符合IEEE802.3及IEEE 802.3u標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)電氣交換機(jī)和光纖交換機(jī)連接子網(wǎng)，最多可連接1000個(gè)站。通信距離可達(dá)1.5公里(電纜)/200公里(光纖)。三線電纜、工業(yè)用雙絞線和光纜均適宜作為傳輸介質(zhì)?，F(xiàn)場(chǎng)總線PCS 7系統(tǒng)使用PROFIBUS

23、DP、PA和AS-I等現(xiàn)場(chǎng)總線。PROFIBUS DP 適用于自動(dòng)控制系統(tǒng)和設(shè)備級(jí)分散 I/O 之間通信。PROFIBUS DP 網(wǎng)絡(luò)包括由DP 主站、從站和DP/PA、DP/AS-i等鏈接器。網(wǎng)絡(luò)可采用總線型、星型和樹(shù)型等多種結(jié)構(gòu)。主站 和從站之間采用輪循的通信方式，最多可連接125個(gè)從站,傳輸速率可設(shè)置在 9.6 Kbit/s到1.5Mbit/s之間。通信介質(zhì)包括光纖和屏蔽兩線電纜。通信距離最遠(yuǎn)可達(dá)9.6公里(電纜)/90公里(光纖)。PROFIBUS PA是專為過(guò)程自動(dòng)化設(shè)計(jì)的本質(zhì)安全的傳輸技術(shù)，一根總線上可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)供電和信息傳輸,符合IEC1158-2中規(guī)定的通信規(guī)程，可實(shí)現(xiàn)總線供電

24、和本質(zhì)安全防爆。PA拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括總線型、星型和樹(shù)型。在防爆區(qū)每個(gè)DP/PA 鏈路最多可連接15個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，非防爆區(qū)最多可達(dá)31個(gè),通信介質(zhì)采用屏蔽兩線電纜實(shí)現(xiàn)。通信距離可達(dá)1.9公里。AS-I 是直接連接現(xiàn)場(chǎng)傳感器和執(zhí)行器的總線系統(tǒng)。作為電纜束的替代品,AS-I總線利用無(wú)屏蔽兩芯電纜連接現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。AS-i總線網(wǎng)絡(luò)為單主站系統(tǒng),拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括總線型、星型和樹(shù)型。一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的AS-i總線系統(tǒng)可以最多連接31個(gè)從站,每個(gè)從站可最多配置4路輸入和4路輸出。經(jīng)擴(kuò)展，系統(tǒng)可連接62個(gè)從站。通信距離可達(dá)100米(無(wú)中繼器)/500米(有中繼器)。系統(tǒng)組態(tài) 包括硬件組態(tài)、控制組態(tài) 和 畫面組態(tài)。組態(tài)軟件采用“SI

25、MATIC MANAGER”套件。硬件組態(tài)硬件模塊上跳線、開(kāi)關(guān)、量程卡等的設(shè)定，并根據(jù)這些設(shè)定通過(guò) ES 軟件中的 HW Config 對(duì)系統(tǒng)硬件進(jìn)行初始化定義。硬件組態(tài)是一種圖形化的組態(tài)方式，其所有模塊都已作為標(biāo)準(zhǔn)化的軟件嵌入到控制技術(shù)庫(kù)中，只需連接到過(guò)程流程中進(jìn)行圖形化顯示即可。組態(tài)完成后，下載到相應(yīng)的過(guò)程控制站?？刂平M態(tài)第一種為CFC，主要用來(lái)實(shí)現(xiàn)閥門控制、電機(jī)控制和測(cè)量點(diǎn)監(jiān)控等功能。組態(tài)以功能塊為基礎(chǔ)，每個(gè)功能塊都有一個(gè)參數(shù)表，可根據(jù)實(shí)際工藝要求選擇不同的參數(shù)，功能塊在CFC中的連接直接用鼠標(biāo)器點(diǎn)接。主要有兩種功能不同的控制實(shí)現(xiàn)方法：另一種為SFC，主要實(shí)現(xiàn)順序控制。首先畫出順控的順序

26、圖?？蛇x擇順序、并行分支、交替分支和回路等局部結(jié)構(gòu)。圖中用大小兩種方塊分別表示步驟(Step)和轉(zhuǎn)移條件(Transition)。順控的順序圖一旦建立，只需把步驟中要執(zhí)行的任務(wù)和轉(zhuǎn)移條件中的條件寫入，順控的組態(tài)任務(wù)即得到完成。PCS7 中還可采用結(jié)構(gòu)化編程語(yǔ)言(SCL)編寫功能模塊，把過(guò)程的數(shù)學(xué)模型和優(yōu)化控制策略編成功能塊，供調(diào)用。這是這是PID功能的組態(tài)功能的組態(tài)實(shí)例實(shí)例，該功能是在，該功能是在CFC中完成的。中完成的。串級(jí)控制模塊的組態(tài)串級(jí)控制模塊的組態(tài)集散系統(tǒng)的可靠性通常包含兩層意思：其一是指系統(tǒng)在規(guī)定條件下和規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力，其二是指故障發(fā)生后通過(guò)維修使系統(tǒng)恢復(fù)工作的能力。

27、可可靠靠性性指指標(biāo)標(biāo)常用概率來(lái)定義，包括：可靠度、平均故障間隔時(shí)間(MTBF)、平均故障修復(fù)時(shí)間(MTTR)以及有效率等。提高可靠性的措施除系統(tǒng)制造時(shí)應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求外，通常可從加強(qiáng)硬件質(zhì)量管理、采用合理的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和自診斷技術(shù)等方面來(lái)提高系統(tǒng)的可靠性。5.1.7 集散系統(tǒng)的可靠性5.2 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng) 1 現(xiàn)場(chǎng)總線概述 l現(xiàn)場(chǎng)總線及其體系結(jié)構(gòu) 現(xiàn)場(chǎng)總線的體系結(jié)構(gòu)由以下六方面構(gòu)成：現(xiàn)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò) 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備互連 l變送器 l執(zhí)行器 l服務(wù)器和網(wǎng)橋 l輔助設(shè)備 l監(jiān)控設(shè)備 互操作性 分散功能塊 供電通信線供電方式允許現(xiàn)場(chǎng)儀表直接從通信線上攝取能量開(kāi)放式互連網(wǎng)絡(luò) l現(xiàn)場(chǎng)總線和FCS的變革 現(xiàn)場(chǎng)總線對(duì)自動(dòng)

28、化領(lǐng)域的變革 FCS對(duì)DCS的變革lFCS的信號(hào)傳輸實(shí)現(xiàn)了全數(shù)字化lFCS的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是全分散式，它廢棄了圖8.8所示的DOS的輸入輸出單元和控制站，由現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備或現(xiàn)場(chǎng)儀表取而代之；lFCS的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備具有互操作性；lFCS的通信網(wǎng)絡(luò)為開(kāi)放式互連網(wǎng)絡(luò)，既可同層網(wǎng)絡(luò)互連，也可與不同層網(wǎng)絡(luò)互連，用戶可極方便地共享網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)。lFCS的技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)了全開(kāi)放，無(wú)專利許可要求，可供任何人使用。l現(xiàn)場(chǎng)總線的優(yōu)點(diǎn) 一對(duì)N結(jié)構(gòu) 可靠性高 可控狀態(tài) 互換性 互操作性。綜合功能 分散控制 統(tǒng)一組態(tài)。開(kāi)放式系統(tǒng)。l幾種典型的現(xiàn)場(chǎng)總線 目前，現(xiàn)場(chǎng)總線還沒(méi)有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，主要是技術(shù)原因和商業(yè)利益。目前較流行的現(xiàn)場(chǎng)總線主要有以下

29、五種：CAN，LonWorks，PROFIBUS，HART，F(xiàn)F。CAN（控制器局域網(wǎng)絡(luò)）LONWORKS（局部操作網(wǎng)絡(luò)）PROFIBUS（過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)總線）HART FF（現(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì)）現(xiàn)場(chǎng)總線 FCS體系結(jié)構(gòu) l FCS的體系結(jié)構(gòu)的體系結(jié)構(gòu) FCS的核心是現(xiàn)場(chǎng)總線，基礎(chǔ)是DCS。第一代FCS l第一代FCS要借用DCS的某些功能，將現(xiàn)場(chǎng)總線集成于DCS中。第二代FCS l第二代FCS不要借用DCS的功能，完全是一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)層的各類現(xiàn)場(chǎng)總線數(shù)字儀表，可以獨(dú)立構(gòu)成各類控制回路，實(shí)現(xiàn)徹底的分散控制；操作監(jiān)控層具有工程師站和操作員站。操作站操作站現(xiàn)場(chǎng)總線現(xiàn)場(chǎng)總線現(xiàn)場(chǎng)總線現(xiàn)場(chǎng)總線現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備 工業(yè)過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備FCS的體系結(jié)構(gòu)