CS3000CENTUM CS3000 系统介绍

CENTUMCS3000系统介绍,April29,2020,Page.2,TheBackgroundofCENTUM?,上世纪70年代末到80年代初，工厂仪表及自动控制的技术得到了改变。大规模、复杂的控制回路得到应用，代替了传统的单回路控制由于要求控制更优化、更安全、更可靠，要求系统可以具备自动开/停车、顺序控制、连锁以及计算等功能。诞生了横河的CENTUMDCS系统，世界上第一套能够满足以下要求的DCS系统。通过不同的部件来容易的构成系统，任何部件的故障不影响其他设备.对于任何不同的部分都能更简便的维护。操作员可以早在同一个屏幕上看到更多的信息。,Page.3,CENTUMCS3000系统概貌,Page.4,横河公司控制仪表/系统的发展,三十年代：常规控制仪表,五十年代：集中型控制系统,七十年代：分散型控制系统1975年-CENTUM1979年-YEWPACK。1987年-CENTUMXL1988年-XL,九十年代：综合型生产控制系统1993年-CENTUMCS1997年-CENTUMCS10001998年-CENTUMCS3000,Page.5,CENTUMCS3000(R3)的发展历程,新的控制网络（Vnet/IP）远程HMI标志着CS3000系统成为工作站版+服务器版的超大型综合型DCS系统开放的网络状态监测“右击”菜单操作功能标准PC键盘操作功能改进，定义标准PC机键盘上的功能键相对应的操作功能。,Page.6,CENTUMDCS系统是于1975年推出的，世界上第一套DCS系统。CENTUMCS3000R3日本横河电机目前最新的DCS系统。,VigilanceinProduct,Page.7,YokogawaCENTUMatwork,TOTAL18,232PROJECTS,MEXICO(16),AsofMarch2006,Page.8,CENTUMOutline.(DistributedControlSystem),操作,控制站,现场设备,HumanMachineInterface,控制网络,现场接口,多种的控制功能PID,Ratio,Cascade,Sequence,Interlocketc.Plantoptimizationispossibleformanytypesofapplication.灵活的系统Severalloopstohugenumberofloops.通过微处理器实现了分散Function(forreliability)Danger(forsafety)Loading(foreconomy),虚拟的操作盘.OperatorscanmonitortheplantstatusinaCCR.Localpanelsarevirtuallyconcentratedinaterminal.简单的操作Alarmdisplay,Controlloop,Trendgraph,GraphicPanels,Overviewareavailableonadisplay.灵活的配置Oneoperationterminaltomanyterminals.,Page.9,Vnet/IP网络结构,Fieldnetwork,PRM,SIOS,Exaopc,ENG,FCS,HIS,CS3000onVnet,CS,OPCServer,CS1000,OtherSystems,Page.10,大规模应用的系统配置,Vnet/IP,Ethernet,Ethernet,HIS和FCS的总数可高达256个可以通过划分DOMAIN的方式，减轻控制网络的负荷工位号的总数可以达到1,000,000个(PID,Sequenceelementsetc.)而且该数据是不包括I/O点数的,我们能够保证如下数据的真实性。（并且我们已经测试过）,InanFFCSUpto480analogI/OUpto1920digitalI/OUpto4000sub-systemI/OUpto120FFsegmentsUpto32devicepersegment,Page.11,DomainIntegration,MultipleVnetdomainscanbeintegratedbyupperVnet/IPdomain.,Page.12,CS3000特点（1）-安全可靠,硬件部分:横河公司DCS的控制部分全部为原装进口设备，由于采用了高可靠性的元器件，采用了工程环境安全技术标准设计，使得横河公司DCS系统在中国市场应用无死机现象。系统冗余：Vnet/IP总线，控制站电源/CPU/节点总线/控制IO模块。控制网络采用基于以太网的控制网络（速度最快：1Gbps）进行通讯。现场控制站采用RISC和PairandSpare四CPU技术。CENTUMCS3000系统内部以工程数据处理。智能I/O卡，将采样数据在I/O卡内直接转化成工程数据，使内部数据传递和接收以工程数据进行。减少控制器、操作站上数据换算，大大减少了网络负担，并将信号转换和I/O处理合并在I/O模件一级完成,使得I/O卡件品种减少，互换性增强,增加了系统的可靠性。I/O模块采用表面封装技术，具有1500VAC/分抗冲击性能，可真正在线插拔。卡件可利用率7个9。采用了强抗干扰设计电路,系统接地可放宽到小于100欧姆。,Page.13,CS3000特点（1）-安全可靠,软件部分:控制规模可小可大，小到几十点，大上万点，便于投资的估算。系统控制功能及仪表功能块相当丰富，组态简单方便。CS3000所采用的WINDOWS环境,为确保操作的安全可靠性，使得操作员的误操作及不当操作不影响系统正常运行。采用了多级限制措施，包括:操作钥匙、操作重要度软件定义、用户名和密码设置。还可以在系统的最初装机时有选择地不安装WINDOWS中对系统无用部分,并可以通过安全级别规定只能在全屏方式下操作，使用CENTUM桌面，系统自动定义注册表隐藏桌面等功能。历史信息存储功能强大，根据查询功能，可详细了解误操作信息发生的时间、地点、执行人员等重要信息。工程师站及各个操作员站关系对等，各自应用自身的存储单元，使操作员站可相互备用，增强了系统的安全可靠性。具有无线虚拟调试(不需要控制器)与目标测试功能，可使工程应用软件在投运前充分完善，减少现场调试时间。,Page.14,CS3000特点（1）-安全可靠,冗余技术:同步热备冗余容错保证输出数据的正确性实现Non-stop控制无扰动切换独立与内存,具ECC功能ECC:Error-CorrectingCode,Page.15,CS3000特点（2）-系统开放,开放性:采用PC硬件技术。采用开放型控制总线Vnet/IP，可以与一般意义上的以太网通讯同时存在，可以把非CENTUM设备通过TCP/IP传输协议连接到控制网络上。是一个可以连接各种不同设备的通用平台。采用开放软件：WINDOWSXP操作系统，OPC开放软件采用标准网络和接口：Ethernet，Field-bus，PROFIBUS-DPV1，RS232C，RS422/RS485，Modbus,Page.16,CS3000特点（3）-面向用户,工程简捷:离线工程/并行工程。强大的仪表功能块库，采用CAE计算机辅助工程方法，从简单系统到复杂系统组态均简单明了，回路图式的结构使检索及维护清晰高效。复杂联锁控制可使用顺控表及逻辑图。提供用户自定义面板功能，由用户自由组合，来执行复杂的联锁指令。标准显示画面定义简单，每个操作站的监视画面可根据工况不同分别定义。可定义操作站分组或分群。可重复使用部件和模块。提供了系统自行文件软件。使得组态资料、FCS定义、HIS定义、系统逻辑图、系统变量使用情况可打印出来，便于用户最终工程资料生成。无线虚拟测试功能。工程数据可以被其它站或其它项目再利用。,Page.17,CS3000特点（3）-面向用户,操作监视:标准的操作监视窗口及专用的操作员键盘，可从快捷健、工具棒、系统下拉菜单等多种方式进入监视画面。提供用户自定义下拉菜单窗口及操作成组，使操作更加符合个性化特点。开放的网络监视，使故障定位检测更加容易，减少了设备停车检查的周期。远程的操作站，在远离控制室的情况下，也能像在操作控制台前一样完成监测功能。在没有和控制网连接情况下，可以通过LAN或无线LAN对HMI进行操作。“右击”功能，点击右键出现下拉菜单，用户可任意定义其中各项。系统报警、过程报警、事件报警画面分开，便于操作人员监视。,Page.18,CS3000特点（3）-面向用户,专用操作员键盘,32个一触式功能健,窗口调出健,数字字母健盘,回路操作,OFF：操作工ON：班长ENG：工程师,Page.19,CS3000特点（4）-维护全面,在线维护:在线修改用户的控制应用，不中断FCS的运行，也不影响没修改的功能块。在线维护控制回路时，保持阀位输出不变，防止扰动。在线带电更换I/O卡件，下装I/O卡件信息。具有校验功能，可屏蔽现场信号校验仪表。可随时存储图形、数据文件到硬盘或辅存留档。过程报告及历史报告，利用检索功能，查阅相关信息。系统维护:监视系统各个站状态，控制站I/O状态，监视网络状态。使用HISSetup工具，定义每台操作站上特性化的操作。启/停FCS。可随时保存仪表调整参数，检修后再次开车时，可保证系统很快平稳。远程维护横河总部的工程服务定期维护，掌握系统状态。可诊断用户系统的运行情况，提出优化方案。,Page.20,MajorComponents,HIS(HumanInterfaceStation)FCS(FieldControlStation)Vnet/IP(ControlNetwork),Page.21,DesktopPCHIS(HumanInterfaceStation),新型的液晶显示操作台.更可靠的、专用的工作站计算机可使用触摸屏.可使用专用的操作员键盘.可使用轨迹球或鼠标.可使用双显示器.可使用Windows2000或WindowsXP操作系统,Page.22,WorldfirstWindowsXPSupport,CS3000可以工作在Windows2000操作系统和WindowsXP操作系统上.Theworld-firstWindowsXPcompliantsystem.,YokogawaalwayscatchesupwiththelatestOperatingSystem.Wekeepthepromisetogivecustomers“Peaceofmind”foralongtime!,Page.23,CENTUMCS3000系统的发展轨迹,R1.00,WindowsNT,Windows2000,WindowsXP,R2.01,R2.05,R2.06,R2.10,R2.20,R3.01,R3.02,R3.03,1997,1998,1999,2000,2001,2002,2003,(CS1000),视窗操作系统的诞生日期,WindowsNT停止销售June2003,1996/12,2001/11,2000/02,R3.03,2004,R3.04,R3.04,CS3000始终跟随着最新的微软视窗技术,2005,R3.05,R3.05,Windows2000停止销售March2005,R3.06,R3.06,Page.24,工艺流程图,Fieldbus信号,Via4-20mA,报警,显示现场PID,统一的操作,Page.25,其他视图,文件窗,总貌窗,控制组窗,整定窗,趋势窗,顺控表窗,Page.26,HIS报警管理功能,NavigatorWindowincludingalarmindication,Processalarmwindow,Faceplatewindow,操作和监视窗,Page.27,HIS安全管理功能,Securitywindow,Securityengineeringwindow,操作和监视窗,Page.28,StatusDisplay,HIS维护功能,FieldControlStationstatuswindow,NodeInterfaceUnitstatuswindow,Systemalarmwindow,Page.29,CentumCS3000SequenceofEvents(SOE),在DCS上真正实现1毫秒事件分辨率(信号事件可被精确的记录，即使是在不同的控制器上。)系统具备时钟同步功能。保证各个站的时钟一致。每个SOE卡件的通道都具备毛刺信号过滤功能。SOE报表包括时实事件及历史时间记录。SOE使用的SQL数据库。,顺序事件(SOE)功能,MasterClock,SignalsinseparatedFCSsarediscriminatedwith1msresolution,DI,TimeSynchronising,DI,Page.30,Sequenceofeventsdisplaywindow,Reportshows“pretrip”and“posttrip”events,Page.31,远程操作,远程登陆,横河向您提供的简便的远程操作功能,Page.32,WebMonitoring,Ethernet,FCS,Vnet,互联网拨号连接,在出差途中、家中或办公室任何时间任何地点对工厂的运行进行监视,HIS,Page.33,远程操作站,远程操作站利用了微软最新的WindowsTSE(TerminalServerEdition)系统Name:HISTS(TerminalService)Platform:Windows2003服务器版带TerminalServer操作系统,Page.34,HISTS系统结构,HISTS可带8个客户端,Office局域网,HIS,流程图操作仪表面板操作趋势画面-报警监视,FCS,Vnet/IP,防火墙,HISTS具有与传统的HIS同样的能力.,Port:3389,Page.35,远程操作站示例,Page.36,MajorComponents,HIS(HumanInterfaceStation)FCS(FieldControlStation)Vnet/IP(ControlNetwork),Page.37,FCS(FieldControlStation),Page.38,FCS(FieldControlStation),通过使用高运算速度的CPU，一个控制器可以处理成百上千个控制回路,处理器：RISCCPUVR5432存储器：32MBECC工作主频：133MHZ,彻底的冗余技术实现了工厂的无停车运行.成对冗余的技术,输入/输出子系统.多种类型传统的,HART智能的FF,PROFIBUS冗余的输入/输出远程安装,各种各样的现场设备上都可以连接到CPU的通讯接口,Page.39,DualhardwareofFFCS,DualHIS,AlldataareequalizedrealtimeeverytimeamongallHISs,DualVnet/IP,Page.40,CPURedundancy-Pair&Spare-,两块CPU模块各自独立工作，两块CPU模块可以进行无缝切换.而且.,每一个CPU模块含两个CPU芯片.EachCPUisprocessingindependently.结果检测ProcessedresultsofCPUsareeverytimecomparedeachother.Iftheresultsarenotconsident,switchtothestand-bymodule.(Toavoidtheeffectoftransienterror),COMP,CPU,SYNC,CPU,BUFFER,COMP,CPU,SYNC,CPU,BUFFER,控制侧,备用侧,INPUT,OUTPUT,BUFFER,BUFFER,Page.41,VariouskindsofI/Ounits,过程信号通过I/O模块连接到控制器.TherearevariouskindsofI/Omodules,suchasCurrent,Voltage,Pulse,Digital,TC,RTD,RelayI/O模块安装在I/O节点的插槽中.一台控制器可连接14个I/O节点.,I/O节点,19”inches(482.6mm),Upto8I/Omodules,8.76inches(222.3mm),Page.42,FCS现场控制站网络结构,ESB/ER总线型控制站FFCS-L:：现场控制站ESB：扩展型串行背板总线介质:专用电缆距离:10M(专用电缆)速度:128Mb/sER：增强型远程总线介质:同轴电缆距离:185M(细缆),500M(粗缆),2KM(EB402通讯卡、SwitchHUB、双绞线),广域以太网(微波等设备)。速度:10Mb/sNODE：节点(NodeUnit和FIO组成)NodeUnit:节点单元(1.15)FIO(FieldNetworkI/O):输入输出单元,Vnet/IP,模拟量I/O,ESBbus,开关量I/O,YS100，PLC，FF-H1etc.,FFCS-L,子系统,FIO,ERbus,LocalNode本地节点,FIO,RemoteNode远程节点,Page.43,FCSCapacityExpansion,FIO:Max.8,nodeMax.14,ESB总线,可用6Modules,可用8Modules,Vnet/IP,FFCS,EC401,EC401,FFCS,最小结构,最大结构,Page.44,RemoteI/ONode,Page.45,PROFIBUS-DP,VariousFieldnetworkSupport,FOUNDATIONFieldbus,DeviceNet,OtherProtocols,MODBUSTCP,MODBUS,OtherProtocols,(RS-485,422,232C),(Ethernet),Page.46,I/O模块（1）,模拟I/O模件16Ch电流输入420mA,变送器供电（可选）16Ch电压输入15V16Ch电压输入10V10V16Ch电压输出10V10V16ChmV,TC输入JISR,J,K,E,T,B,S,N/-100+150mV12ChRTDJISPt10016ChRTD/POT输入RTDJISPt100/POT10k8Ch010kHz脉冲输入，变送器供电（12V/24VDC），跳线电阻可以选择8Ch脉冲输入，8Ch电流输出420mA数字I/O模件16Ch32Ch64Ch,Page.47,I/O模块（2）,通讯I/O模件串行通讯模件RS-232C2口RS-422/RS-4852口软件可以双重化现场总线通讯模件FF-H132块/FFCS，4口/卡双重化(世界首创)压线端子和端子板两者，都可以可以安装在本地和远程节点中PROFIBUS-DPV1,Page.48,I/O模块特点（1）,FIO可以安装在离现场设备近距离的地方，从而减少连线的投资。可以使用高速的远程I/O节点.(10Mbps)节点可以安装在温度范围较宽的地方(-20C-70C)节点是紧密型的，这样便于安装在很小的地方通过CENELECZone2安全认证可选择所要求的性能价格比.可选择单/双重化.非隔离型(系统和现场之间)可选择.,Page.49,I/O模块特点（2）,开放的结构远程I/O总线基于Ethernet，因此这有利于减少安装费用。通用19”英寸可以采用通用的机柜和托架。完全支持FOUNDATION现场总线标准。更高的可靠性，所有I/O模件都可以构成双重化。数字模件也可以双重化构成。冗余的子系统(串行通讯)是可行的。提供冗余的FOUNDATION现场总线。,Page.50,I/O模块特点（3）,灵活的适应性(连接方式)专用的带M4螺钉压线端子(RIO):横河传统的连接类型。Weidmueller(压线端子)端子(FIO):在欧州最为流行，与PLC的端子一样。专用的端子板，带M4螺钉的端子，通过KS电缆连接:与横河传统的连接类型一样。MIL连接器(FIO):海外流行的底成本安装方式。,现场的连线方法，根据具体应用和预算而定,MILconnector,Weidmuller端子,KScableadapter,I/O模件,带M4螺钉压线端子,Page.51,On-linemaintenance.,(2)Youmodifyoneofcontrolloops.(orsequencelogicetc.)Onlythisloopisstopped.Othersaregoingonworking.,(3)Modifieditemloopisretrievedon-linetoactualcontrolwithoutanyeffecttootherloops.,(4)Inthisterm,CPUofcontrollerneverstops.,Noeffect,Noeffect,Noeffect,Noeffect,Noeffect,Noeffect,Page.52,RemoteI/Oinstallation,FCU,ooo,中控室(CentralControlRoom),Page.53,SolutionforIntrinsicSafety.,安全区域,危险区域,Zone2,Zone1,ISdevices.,IS安全栅集成在I/O模块上.(可冗余配置.),ERbus,节点可安装于Zone2,ISbarriersarebuiltinmodules.(Redundancyisavailable.),ATEX:ExII(1)3GCENELEC:EExiaIICT4,Page.54,MajorComponents,HIS(HumanInterfaceStation)FCS(FieldControlStation)Vnet/IP(ControlNetwork),Page.55,使用Vnet/IP整合系统,Equipmentmonitor,Processcontrol,集成的人机操作界面,Safetysystem,Imagedata,集成的工程组态,SCM/ERP,MESpackages,核心网络基于Vnet/IP,CS3000,HighSpeedController,Discreteequipment,Motorcontrolcenter,Turbinecontroller,Page.56,Vnet/IP横河新的解决方案,Reliable,Open,Real-time,在任何情况下都能确保信息传输的可靠性,Vnet/IP是可靠的、实时的、开放的控制网.,在特定的时间内完成信息的传输,可与其他应用系统通过开放的协议互联,Page.57,ControlNetwork(Vnet/IP),我们的控制网在保证高可靠性、实时性和稳定性的前提下同时兼容常规通讯功能Name:Vnet/IPThe“Vnet”partrepresentsVnetcompatibilityandthe“IP”indicatesaninternetprotocolforgeneral-purposecommunication.Position:Vnet/IP是一个通讯速度高达1-Gbps的控制网络，是兼容VNET和TCP/IP两种协议的控制网.横河电机正在和国际IEC组织共同探讨，将该标准作为下一代的工业控制网络的新标准。,Page.58,CS3000系统规模,最大可扩展至100万工位,FCS(FFCS-L),ENG/HIS,L2switch,L2switch,红色:BUS1(控制)黑色:BUS2(开放),最小配置,最大工位数:100,000perHIS域内最大站数:64最大域数:16Vnet/IP总线短距离或域内：双绞线（RJ45）：100m光纤（中继器）：40km,Page.59,Vnet/IPNetworkConfigurationExample2,Exampleofmultiple-domainconfiguration,Page.60,多波段通讯,ControlCommunication(VnetProtocol),FieldEyeServer,Open,OpenCommunication(TCP/IP),开放的数据通讯和高可靠性、高实时性的通讯在同一个高速以太网媒介上传输.,Page.61,CS3000Vnet/IP网络特点（1）,实时性:世界最快：1Gbps高速度实现数据传输，同一个域内时间同步精确到一毫秒。可靠性:功能上与V网兼容可靠的双冗余结构，一旦正在工作的总线出现故障，可迅速切换到另外一条总线上，保证各类信息传输的安全性。开放性:功能上同时与以太网兼容综合性的平台，可以与任何TCP/IP传输协议的网络进行相互通讯Vnet/IP是真正意义上的开放型控制总线,Page.62,CS3000Vnet/IP网络特点（2）,控制通讯时:使用BUS1当BUS1出现故障时，切换到BUS2。开放通讯时:使用BUS2对于横河软件包横河软件包如PRMClient,ExaopcClient(Exapilot,Exaqunatum),GSGWforOPC使用BUS2。一般意义上的Ethernet,Page.63,CS3000Vnet/IP技术条件,拓扑结构:星型传输速率:对于横河硬件：1Gbps(V网路由器:100Mbps)，对于一般的以太网设备：100Mbps通讯控制方式:全双工通信规模:64站/域总线配置:双冗余控制通讯:功能上与V兼容开放通讯协议:TCP/IP网络设备:通用的L2SWL3SW电缆:CAT5e或更高型号的UTP电缆单模光缆,Page.64,CS3000子系统通讯门电路,Vnet/IP,EWS,HIS,HIS,FFCS-L,GSGW,PLC,OPCServer,Ethernet,GSGW,(主机),(备用),OPCServer,PLC,PLC,Ethernet,读,写,Page.65,CS3000系统网络配置,办公LAN,企业内部网络的防火墙,Exaquantum,Page.66,Guaranteeofresponsetime,DCSHMIdisplaysthevirtualplant.YoucanwatchyourplantviaDCSHMI.YoucanoperateyourplantviaDCSHMI.,操作员和工厂的实际运行状况之间的响应时间差，必须是确定的而且必须尽量的缩短,Page.67,StationStatusWindow,Vnet/IPcanbeshownthedetailNetworkStatus,Buses1and2NR,Bus1NR,Bus2failure,Bus1failure,Bus2NR,Buses1and2failure,站和站之间的通讯状态指示,StationNo.,Displayofcommunicationstatusesbetweenstations,Page.68,DomainStatusWindow,Providingdisplayofcommunicationstatusesbetweendomains,DomainNo.,Communicationbetweendomains,Buses1and2failure,Page.69,IntegrationofNon-CENTUMComponents,Vnet/IP允许开放通讯数据和控制数据同时传输，所以可以将各种通讯设备包括开放的、或者用于控制的设备集成在同一个平台上.允许non-CENTUM设备连接.,Notethatthisconfigurationrequiresahub.,CCTVequippedwithWebserver,100-Mbswitchinghubfortrafficcontrol,Page.70,OtherAdvantages,Page.71,PRMintegrationwithHIS,CS3000R3.07offersanintegrationwithHISandPRM.BydisplayingamaintenancealarmofPRMonanHIS,therealtimediagnosticinformationfromfielddevicescanbeutilizedforoperation.AnoperatorcanrefertodetailedfielddeviceinformationbycallingDeviceViewerfromanoperationguidancemessage.,Page.72,HARTSupport,Vnet,Ethernet,HIS,PRM,(MaintenanceDatabase),PRM,HART,devices,ERbus,HARTVariables,Processdata,RS-485,OthersystemsCS3000R3.01CS3000RIOsystemCS1000systemTheformertypeexistingCENTUMNotYokogawasexistingsystemsESDsystems,(Analogsignal),HARTVariables,HARTmultiplexers,Processdata,Page.73,CS3000上的现场总线应用,Vnet,H1Fieldbus,4-20mA,现场总线设备,HIS,ALF111(master),FCS,ALF111(slave),操作工程组态,HIS-ENG,传统设备,PowerSupply,LinkMaster(LAS)冗余支持4个segment,控制FF功能块,Ethernet,PRM,设备监视维护管理高级诊断,集成了现场总线功能的DCS,IOModuleforFF_H1,Page.74,PlantResourceManager“实时的现场设备维护管