《过程控制与集散系统DCS》方康玲集散控制系统

1,12集散控制系统,2,本章学习内容12.1集散控制系统概论12.2集散系统的通信技术及体系结构12.3和利时MACS系统12.4国产集散系统HS2000,12集散控制系统,3,12.1.1集散控制系统的产生12.1.2集散控制系统的结构12.1.3集散控制系统的特点12.1.4集散控制系统的分散方式12.1.5集散控制系统的发展,12集散控制系统,12.1集散控制系统概论,4,12集散控制系统,12.1.1集散控制系统的产生,5,12集散控制系统,集散控统是生产过程监视、控制技术发展和计算机与网络技术应用的产物。过程控制系统的发展历史图如图12.1所示。,12.1.1集散控制系统的产生,6,12集散控制系统,12.1.1集散控制系统的产生,7,12集散控制系统,图12.1过程控制系统的发展历史,12.1.1集散控制系统的产生,8,12集散控制系统,控制系统的发展历史实际上经历了一个由控制分散、管理分散，控制集中、管理集中到控制分散、管理集中的过程。集散控制系统的应用大幅度地提高了生产过程的安全性、经济性、稳定性和可靠性。,12.1.1集散控制系统的产生,9,12集散控制系统,国外称集散控制系统为4C技术的产物。4C技术就是指控制(Control)技术、计算机(Computer)技术、通信(Communication)技术和CRT(CathodeRayTube)显示技术。,12.1.1集散控制系统的产生,10,12集散控制系统,12.1.2集散控制系统的结构,11,12集散控制系统,12.1.2集散控制系统的结构,图12.2集散控制系统的典型结构,12,12集散控制系统,12.1.2集散控制系统的结构,系统中的所有设备分别处于四个不同的层次，自下而上分别是：现场级、控制级、监控级和管理级。对应着这四层结构，分别由四层计算机网络即现场网络FNET(FieldNetwork)控制网络CNET(ControlNetwork)监控网络SNET(SupervisionNetwork)和管理网络MNET(ManagementNetwork)把相应的设备连接在一起。,13,12集散控制系统,12.1.2集散控制系统的结构,1.现场级,典型的现场级设备是各类传感器、变送器和执行器，它们将生产过程中的各种物理量转换为电信号。目前现场级的信息传递有三种方式：传统的4-20mA(或其他类型的模拟量信号)模拟量传输方式另一种是现场总线的全数字量传输方式还有一种是在4-20mA模拟量信号上，叠加上调制后的数字量信号的混合传输方式,14,12集散控制系统,12.1.2集散控制系统的结构,2.控制级控制级主要由过程控制站和数据采集站构成。过程控制站接收由现场设备，按照一定的控制策略计算出所需的控制量，并送回到现场的执行器中去。数据采集站接收由现场设备送来的信号，并对其进行一些必要的转换和处理之后送到分散型控制系统中的其他部分，主要是监控级设备中去。,15,12集散控制系统,12.1.2集散控制系统的结构,3.监控级主要设备有运行员操作站、工程师工作站和计算站。运行员操作站安装在中央控制室，工程师工作站和计算站一般安装在电子设备室。,16,12集散控制系统,12.1.2集散控制系统的结构,4.管理级包含的内容比较广泛，一般来说，它可能是一个发电厂的厂级管理计算机，可能是若干个机组的管理计算机。它所面向的使用者是厂长、经理、总工程师、值长等行政管理或运行管理人员。,17,12集散控制系统,12.1.3集散控制系统的特点,18,12集散控制系统,12.1.3集散控制系统的特点,1适应性和扩展性在结构上采用了常规控制系统的模块化设计方法，无论是硬件还是软件都可以根据实际应用的需要去灵活地加以组合。模块化设计方法带来的另一个优点是系统的扩展性。集散控制系统的可扩展性具有两个明显的特征：一个是它的递进性；另一个是它的整体性,19,12集散控制系统,12.1.3集散控制系统的特点,2控制能力在集散控制系统中，控制功能主要是由软件实现的，因此它具有高度的灵活性和完善的控制能力。它不仅能够实现常规控制系统的各种控制功能，而且还能完成各种复杂的优化控制算法和各种逻辑推理及逻辑判断。,20,12集散控制系统,12.1.3集散控制系统的特点,3人机联系手段具有比常规控制系统更先进的人机联系手段，其中最重要的一点，就是采用了CRT图形显示和键盘操作。人机联系按照信息的流向分为“人一过程”联系和“过程一人”联系。,21,12集散控制系统,12.1.3集散控制系统的特点,4.可靠性比以往任何一种控制系统的可靠性都要高，反映在以下几方面：系统采用模块化结构以及元器件的高度集成化和严格的筛选有效地保证了控制系统的可靠性。集散控制系统广泛采用各种冗余技术。集散控制系统采用软件模块组态方法形成各种控制方案，大大地减少了由连接导线和连接端子所造成的故障。,22,12集散控制系统,12.1.3集散控制系统的特点,5.可维修性集中式计算机控制系统的可维修性比常规控制系统要好些，但由于它有一个庞大的、相互关联十分密切的硬件和软件系统，所以也要求维修人员具有较高的技术水平。,23,12集散控制系统,12.1.3集散控制系统的特点,6安装费用控制系统的安装费用主要包括电缆、导线的安装敷设费用和控制室、电子设备室的建筑费用。,24,12集散控制系统,12.1.4集散控制系统的分散方式,25,12集散控制系统,12.1.4集散控制系统的分散方式,包含了功能分散、物理分散与地理分散三个不同的概念。,26,12集散控制系统,12.1.4集散控制系统的分散方式,1功能分散一个大系统的控制功能分解为一些基本的控制功能，这就是系统的功能分散。一个单元机组的控制功能在纵向上可分为四个级，即单元机组级、功能组级、子功能组级和过程I/O级。,27,12集散控制系统,12.1.4集散控制系统的分散方式,图12.3系统功能的分层分块结构,28,12集散控制系统,12.1.4集散控制系统的分散方式,2.物理分散控制分散在系统硬件上的反映，就是系统的物理分散。就分散控制系统而言，它有两种分散形式：一种为层次分散型，如图（a）所示；一种为水平分散型，如图（b）所示。,29,12集散控制系统,12.1.4集散控制系统的分散方式,图12.4层次分散（a）与水平分散（b）,30,12集散控制系统,12.1.4集散控制系统的分散方式,3地理分散物理分散是由控制系统的硬件结构所定的。对于分散控制系统的安装布置方式而言，则有两种不同的选择：一种是地理集中式；另一种是地理分散式。地理集中式，就是把所有的基本控制单元集中安装在中央控制室或附近的电子设备室内；而所谓地理分散式，就是把基本控制单元安装在被控生产过程的附近，即在整个厂房内分散布置。,31,12集散控制系统,12.1.5集散控制系统的发展,32,12.1.5集散控制系统的发展,12集散控制系统,集散控制系统的发展主要体现在以下几个方面：1.集散控制系统的体系结构传统的集散控制系统采用水平分散式或层次分散式的系统结构。最近的研究焦点集中在“自律分散”上，即满足“自律可控性”和“自律可协调性”的系统即为自律分散系统。自律分散系统、层次分散系统、水平分散系统和集中式系统之间的关系示于图12.5。图12.6为自律分散系统结构。,33,12集散控制系统,12.1.5集散控制系统的发展,图12.5系统关系图,34,12集散控制系统,12.1.5集散控制系统的发展,图12.6自律分散系统结构,35,12集散控制系统,12.1.5集散控制系统的发展,2集散控制系统的网络结构传统的集散控制系统多采用制造商自行开发的专用计算机网络。随着网络技术的不断发展，集散控制系统的上层将与国际互联网Internet融合在一起，而下层将采用现场总线通信技术，使通信网络延伸到现场。最终实现以现场总线为基础的底层网Intranet、以局域网为基础的企业网Intranet和以广域网为基础的互联网Internet所构成的三网融合的网络架构。,36,12集散控制系统,12.1.5集散控制系统的发展,3EIC综合技术在以往的过程控制系统中，电气控制装置E(Electric)、仪表控制装置I(Instrument)和计算机控制装置C(Computer)作为彼此独立的系统，分别设计和安装。采用EIC综合技术，把电气控制、仪表控制和计算机控制等功能统一由集散控制系统完成，是今后的发展方向。,37,12集散控制系统,12.1.5集散控制系统的发展,4人机接口技术工业图形显示系统IGDS(IndustrialGraphicDisplaySystem)是最常用的人机接口设备之一。IGDS目前正向着高速度、高密度、多画面、多窗口和大屏幕方向发展。,38,12集散控制系统,12.1.5集散控制系统的发展,5标准化、通用化技术集散控制系统的另一个重要的发展方向是大量采用标准化和通用化技术。集散控制系统中的硬件平台、软件平台、组态方式、通信协议、数据库等各方面都将采用标准化和通用化技术。,39,12集散控制系统,12.1.5集散控制系统的发展,6人工智能未来的集散控制系统中，将逐渐采用人工智能研究成果。例如，智能报警系统IMARK(IntelligentAlarmSystemMarkingProcessDatawithSignificantWords)。,40,12集散控制系统,12.2集散系统的通信技术及体系结构,12.2.1数据通信原理12.2.2数据通信系统结构12.2.3通信协议,41,12集散控制系统,通信就是信息从一处传输到另一处的过程。任何通信系统都是由发送装置、接收装置、信道和信息四大部分所组成的，如图12.7所示。,42,12集散控制系统,图12.7通信系统的基本组成,43,12集散控制系统,12.2.1数据通信原理,44,12集散控制系统,12.2.1数据通信原理,1基本概念及术语数据信息具有一定编码、格式和字长的数字信息被称为数据信息。,45,12集散控制系统,12.2.1数据通信原理,传输速率指信道在单位时间内传输的信息量。一般以每秒钟所能够传输的比特数来表示，常记为bps或b/s。大多数集散控制系统的数据传输速率一般为0.5100Mbps。,46,12集散控制系统,12.2.1数据通信原理,传输方式通信方式按照信息的传输方向分为：单工(simplex)方式，如图12.8(a)所示；半双工(Halfduplex)方式，如图12.8(b)所示；全双工(Fullduplex)方式，如图12.8(c)所示。,47,12集散控制系统,12.2.1数据通信原理,图12.8通信方式,48,12集散控制系统,12.2.1数据通信原理,基带传输、载带传输与宽带传输所谓基带传输，就是直接将这些脉冲信号通过信道进行传输。用基带信号调制载波之后，在信道上传输调制后的载波信号，这就是载带传输。如果要在一条信道上同时传送多路信号，这就称之为宽带传输。,49,12集散控制系统,12.2.1数据通信原理,异步传输与同步传输在异步传输中，信息以字符为单位进行传输。在同步传输中，信息以数据块为单位进行传输的。,50,12集散控制系统,12.2.1数据通信原理,串行传输与并行传输串行传输是把构成数据的各个二进制位依次在信道上进行传输的方式并行传输是把构成数据的各个二进制位同时在信道上进行传输的方式。串行传输与并行传输的示意图见图12.9。在分散控制系统中，数据通信网络几乎全部采用串行传输方式。,51,12集散控制系统,12.2.1数据通信原理,图12.9串行传输（a）与并行传输（b）的示意图,52,12集散控制系统,12.2.1数据通信原理,2二进制数据的表示方法基带传输中数据的表示方法基带传输用各种不同的方法来表示二进制数0和1。数据表示方法如图12.10所示。信息传输有平衡传输和非平衡传输;信息传输可以分为归零传输和不归零传输;信息传输分为单极性传输和双极性传输。,53,12集散控制系统,12.2.1数据通信原理,图12.10数据表示方法,54,12集散控制系统,12.2.1数据通信原理,载带传输中的数据表示方法载带传输是指用基带信号去调制载波信号，然后传输调制信号的方法。相应地有三种调制方式，即调幅方式、调频方式和调相方式。数据调试方式如图12.11所示。,55,12集散控制系统,12.2.1数据通信原理,（a）调幅；（b）调频；（c）调相图12.11数据调制方式,56,12集散控制系统,12.2.1数据通信原理,3.数据交换方式在数据通信系统中通常采用三种数据交换方式：线路交换方式、报文交换方式、报文分组交换方式其中报文分组交换方式又包含虚电路和数据报两种交换方式,57,12集散控制系统,12.2.1数据通信原理,线路交换方式在需要通信的两个节点之间事先建立起一条实际的物理连接，然后在这条实际的物理连接上交换数据，数据交换完成之后再拆除物理连接。报文交换方式不需要事先建立实际的物理连接，而是经由中间节点的存储转发功能来实现数据交换。报文分组交换方式基本数据单位是一个报文分组。报文分组是个完整的报文按顺序分割开来的比较短的数据组。,58,12集散控制系统,12.2.1数据通信原理,4.信道所谓信道，系指发送装置和接收装置之间的信息传输通路，它包括传输介质和有关的中间设备。传输介质在分散控制系统中，常用的传输介质有双绞线、同轴电缆和光缆。,59,12集散控制系统,12.2.1数据通信原理,双绞线由两个相互绝缘的导体扭绞而成的线对。在线对的外面常有金属箔组成的屏蔽层和专用的屏蔽线，如图12.12(a)。同轴电缆它是由内导体、中间绝缘层、外导体和外绝缘层组成的，如图12.12(b)。光缆光缆的结构如图12.12(c)。三种介质的信息传输特性如图12.13所示。,60,12集散控制系统,12.2.1数据通信原理,（a）双绞线；（b）同轴电缆；（c）光缆图12.12三种常用的传输介质,61,12集散控制系统,12.2.1数据通信原理,图12.13信息传输特性,62,12集散控制系统,12.2.1数据通信原理,连接方式双绞线只要通过普通接线端子就可以把各种设备与通信网络连接起来，不需要任何专用设备同轴电缆的连接稍复杂，一般要通过专用的“T”形连接器进行连接。光缆的连接比较困难。图12.14是一个光缆连接器的电路图。表12.1列出了传输介质的特点。,63,12集散控制系统,12.2.1数据通信原理,图12.14光缆连接器电路图,64,12集散控制系统,12.2.1数据通信原理,表12.1传输介质特点,65,12集散控制系统,12.2.1数据通信原理,5.差错控制差错控制的概念集散控制系统的通信网络是在条件比较恶劣的工业环境下工作的，因此必须采取一定的措施来检测错误并纠正错误，检错和纠错统称为差错控制。,66,12集散控制系统,12.2.1数据通信原理,传输错误及可靠性指标传输错误或者是把0误传为1，或者是把1误传为0。根据错误的特征，可以把它们分为两类：一类称为突发错误；另一类称为随机错误。传输可靠性用误码率表示，其定义式如下：Pe=出错的码元数/传输的总码元数,67,12集散控制系统,12.2.1数据通信原理,差错控制方法及其分类差错控制方法一般分为两类，一类是在传输信息中附加冗余度的方法;另一类是在传输方法中附加冗余度的方法。图12.15表示了这两种差错控制方法。,68,12集散控制系统,12.2.1数据通信原理,图12.15两种差错控制方法,69,12集散控制系统,12.2.1数据通信原理,奇偶校验奇偶校验是一种经常使用的比较简单的校验技术。所谓奇偶校验就是在每个码组之内附加一个校验位，使得整个码组中1的个数为奇数(奇校验)或偶数(偶校验)。汉明校验循环冗余校验,70,12集散控制系统,12.2.1数据通信原理,回送校验回送校验就是在接收端接收传输数据的同时，将传输数据送回发送端，由发送端校验发送南数据和送回的数据是否一致。如果不一致，说明传输出错，由发送端将数据再重发一次。连发校验连发校验是把同一数据连发两次，在接收端比较这两次的数据是否相同，如果不同，则说明传输出错。由于连发会导致传输效率下降，所以有时只把一些重要数据连发。,71,12集散控制系统,12.2.2数据通信系统结构,72,12集散控制系统,12.2.2数据通信系统结构,为了把分散控制系统中的各个组成部分连接在一起，常常需要把整个通信系统的功能分成若干个层次去实现，每一个层次就是一个通信子网通信子网具有以下特征：,73,12集散控制系统,12.2.2数据通信系统结构,通信子网具有自己的地址结构。通信子网相连可以采用自己的专用通信协议。一个通信子网可以通过接口与其他网络相连，实现不同网络上的设备相互通信。,74,12集散控制系统,12.2.2数据通信系统结构,一般，分散控制系统有以下几种通信：过程控制站中基本控制单元之间的通信实现不同网络上的设备相互通信。中央控制室中的人机联系设备与电子设备室高层设备之间的通信。现场设备和中央控制室设备之间的通信。,75,12集散控制系统,12.2.2数据通信系统结构,通信系统的结构图12.16所示是通信系统的一种结构。在这种结构中，把整个通信系统分为三级。,76,12集散控制系统,12.2.2数据通信系统结构,（a）星型结构（b）环形结构（c）总线型结构图12.16通信系统的结构,77,12集散控制系统,12.2.2数据通信系统结构,这种通信系统结构的缺点是不便于进行高层设备之间的高速通信，另外，这种结构会造成高层通信接口的“拥挤”。图12.17所示的通信系统结构不存在以上问题。,78,12集散控制系统,12.2.2数据通信系统结构,图12.17通信系统的结构（一）,79,12集散控制系统,12.2.2数据通信系统结构,图12.18通信系统的结构（二）,80,12集散控制系统,12.2.2数据通信系统结构,2.通信网络的拓扑结构通信网络的拓扑结构就是指通信网络中各个节点或站相互连接的方法。拓扑结构决定了一对节点之间可以使用的数据通路，或称链路。在分散控制系统中应用较多的拓扑结构是星型、环型和总线型，如图12.16所示。,81,12集散控制系统,12.2.2数据通信系统结构,星型结构在星型结构中，每一个节点都通过一条链路连接到一个中央节点上去。任何两个节点之间的通信都要经过中央节点。在中央节点中，有一个“智能”开关装置来接通两个节点之间的通信路径。,82,12集散控制系统,12.2.2数据通信系统结构,环型结构在环型结构中，所有的节点通过链路组成一个环形。需要发送信息的节点将信息送到环上，信息在环上只能按某一确定的方向传输。,83,12集散控制系统,12.2.2数据通信系统结构,总线型结构与星型和环型结构相比，总线型结构采用的是一种完全不同的方法。这时的通信网络仅仅是一种传输介质，所有的站都通过相应的硬件接口直接接到总线上。,84,12集散控制系统,12.2.2数据通信系统结构,3.链路控制在共享链路的网络结构中，链路控制是一个关键问题。由于网上连接着许多设备，它们彼此间要频繁地交换信息，这些信息都要通过链路进行传输，所以必须确定在什么时间里，在什么条件下，哪些节点可以得到链路的使用权，这就是链路的控制问题。,85,12集散控制系统,12.2.3通信协议,86,12集散控制系统,12.2.3通信协议,在计算机通信网络中，对数据传输过程进行管理的规则被称为协议。为了便于实现网络的标准化，国际标准化组织ISO提出了一个开放系统互连OSI(OpenSystemInterconnection)参考模型，简称ISOOSI模型。,87,12集散控制系统,12.2.3通信协议,1.协议的参考模型ISO/OSI模型将各种协议分为七层，自下而上依次为：物理层、链路层、网络层、传送层、会话层、表达层和应用层，见图12.19。各层协议的主要作用如下。,88,12集散控制系统,12.2.3通信协议,图12.19ISO/OSI模型,89,12集散控制系统,12.2.3通信协议,物理层限定了通信介质、驱动电路和接收电路之间接口的电气特性和机械特性。链路层作用是即链路使用权的分配和确定比特级的信息传输结构。网络层主要功能就是处理信息的传输路径问题。传输层功能是确认两个节点之间的信息传输任务是否已经正确完成。会话层用来对两个节点之间的通信任务进行启动和停止调度。表达层任务是进行信息格式的转换。应用层它的作用是召唤低层协议为其服务。,90,12集散控制系统,12.2.3通信协议,2物理层协议物理层协议涉及通信系统的驱动电路、接收电路与通信介质之间的接口问题。物理层协议主要包括以下内容：,91,12集散控制系统,12.2.3通信协议,接插件的类型以及插针的数量和功能；数字信号在通信介质上的编码方式，如电平的高低和0、1的表达方法；确定与链路控制有关的硬件功能，如定义信号交换控制线或者忙测试线等。,92,12集散控制系统,12.2.3通信协议,下面是一些标准的物理层接口：RS-232C是1969年由美国电子工业协会EIA修订的串行通信接口标准。主要用于只有一个发送器和一个接收器的通信线路。RS-449进一步提高了RS-232C的性能。它的抗干扰能力更强，它还允许在同一通信线路上连接多个接收器。RS-485允许在一条通信线路上连接多个发送器和接收器。,93,12集散控制系统,12.2.3通信协议,3.链路层协议链路层协议主要完成两个功能：一个是对链路的使用进行控制，一个是组成具有确定格式的信息帧。表12.2列举了一些常用网络访问控制协议的优缺点。,94,12集散控制系统,12.2.3通信协议,表12.2网络访问控制协议,95,12集散控制系统,12.2.3通信协议,大多数集散控制系统均采用标准的链路层协议，其中比较常用的有：BISYNC二进制同步通信协议DDCMP数字数据通信协议SDLC同步数据链路控制协议HDLC高级数据链路控制协议ADCCP高级数据通信控制规程,96,12集散控制系统,12.2.3通信协议,4.网络层协议网络层协议主要处理通信网络中的路径选择问题。另外，它还负责子网之间的地址变换。,97,12集散控制系统,12.2.3通信协议,5.传输层和会话层协议在工业过程控制所用的通信系统中，为了简单起见，常常把传输层和会话层协议合在一起。更新数据库的功能是在传输层和会话层协议中实现的。常用的三种更新数据库的方法：查询法广播法例外报告法,98,12集散控制系统,12.2.3通信协议,6.高层协议所谓高层协议，是指表达层和应用层协议，它们用来实现低层协议与用户之间接口所需要的一些内部操作。高层协议的重要作用之一就是区别信息的类型，并确定它们在通信系统中的优先级。,99,12集散控制系统,12.2.3通信协议,根据优先级顺序，高层协议可以对信息进行分类，并且把最高优先级的信息首先传输给较低层的协议。,100,12.3.1MACS组态原理12.3.2应用系统组态,12集散控制系统,12.3和利时MACS系统,101,12集散控制系统,12.3.1MACS组态原理,102,MACS系统概述新一代DCS，采用Profibus-DP现场总线结构三个层次,12集散控制系统,12.3.1MACS组态原理,监控网络系统网络控制网络,103,系统网络实现现场控制站与IO单元的通信现场控制站主要完成数据采集、工程单位变换、控制和联锁算法、控制输出、通过系统网络将数据和诊断结果传送到系统服务器等功能,12集散控制系统,12.3.1MACS组态原理,主控单元智能IO单元电源单元专用机柜,104,控制网络控网络实现工程师站、操作员站、高级计算站与系统服务器的互连以及与企业其他网络的连接操作员站对生产进行实际操作，需要采用专用的高可靠工业微机和操作员专用软件。工程师站由高档微机和各种组态工具软件组成，软件运行在中文WindowsNT4.0平台上，站点具有对系统进行组态的功能。,12集散控制系统,12.3.1MACS组态原理,105,MACS系统现场总线标准MACS系统控制站采用标准的现场总线PROFIBUS-DP、CAN和其它总线标准，将高性能的冗余主控单元与可分布在现场的信号处理模块、回路控制模块、其它智能设备连接起来,共同构成该控制系统。,12集散控制系统,12.3.1MACS组态原理,106,标准的ClientServer结构双冗余的系统服务器真正实现了功能分散,12集散控制系统,12.3.1MACS组态原理,107,MACS系统网络结构和网络速度100Mbps以太网标准的RS485，RS232通信协议(MODBUS协议)TCPIP协议的现场总线接口和无线通信各现场信号处理模块管理网络和系统操作层、控制层网络速率为100Mbps，现场信号处理网络速率为1.5-12Mbps,12集散控制系统,12.3.1MACS组态原理,108,MACS的硬件结构服务器采用高性能的IPC，CPU主频率大于600MHz，内存大于256M，硬盘大于30G操作员站和工程师站：CPU采用Pentium以上芯片，主频率大于450MHz，内存大于128M，硬盘大于20G，显示器分辨率为l600l280控制站主控单元：CPU采用Pentium以上芯片，带32M内存，配有2M显存各IO信号处理单元全部为智能结构,12集散控制系统,12.3.1MACS组态原理,109,12集散控制系统,12.3.1MACS组态原理,图12.20MACS系统体系结构图,110,MACS的功能软件功能系统功能各部分功能,12集散控制系统,12.3.1MACS组态原理,工程师站(ENS)操作员站(OPS)现场控制站(FCS)通信控制站(CCS)高级计算站(ACS),111,MACS的软件功能有丰富的全汉字图形组态有功能强大的控制组态可以将报表组态与Excel相互进行转换，支持各种报表和图形打印功能能进行丰富的历史记录分析和处理强大的系统逐级自诊断功能与故障报警功能,12集散控制系统,12.3.1MACS组态原理,112,MACS的系统功能数据采集、控制运算闭环控制输出设备和状态监视、报警监视远程通信实时数据处理和显示历史数据管理、日志记录、事件顺序记录、事故追忆图形显示、控制调节报表打印、高级计算组态、调试、打印、下装、诊断,12集散控制系统,12.3.1MACS组态原理,113,MACS的其他部分功能工程师站(ENS),12集散控制系统,12.3.1MACS组态原理,系统数据库组态设备组态图形组态控制语言组态,报表组态事故库组态离线查询调试、下装,114,MACS的其他部分功能操作员站(OPS),12集散控制系统,12.3.1MACS组态原理,流程图显示与操作报警监视及确认日志查询趋势显示,参数列表显示控制调节在线参数修改报表打印,115,MACS的其他部分功能现场控制站(FCS),12集散控制系统,12.3.1MACS组态原理,由专用控制柜和专用控制软件组成，控制柜中包括电源、主控单元、过程I/O单元、通信单元及控制网络等组件。可根据组态的数据库和算法完成数据采集与处理、控制和联锁运算、控制输出,116,MACS的其他部分功能现场控制站(FCS),12集散控制系统,12.3.1MACS组态原理,117,MACS的其他部分功能通信控制站(CCS),12集散控制系统,12.3.1MACS组态原理,由高可靠工业微机、各种通信卡件和通信软件组成，实现与各类现场总线仪表、PLC、智能电子设备IED、RTU及其它子系统的通信，完成各种通信协议的解释和数据格式转换等功能的计算机。支持RS-232、RS-422、RS-485、Ethernet、Arcnet,118,MACS的其他部分功能高级计算站(ACS)系统服务器(SVR),12集散控制系统,12.3.1MACS组态原理,由高可靠工业微机或高性能工作站组成，配有各种专用数据处理、数据分析或高级控制算法软件，具有用户可编程环境的计算机。由高档微机或服务器构成，完成实时数据库管理和存取、历史数据库管理和存取、文件存取服务、数据处理、系统装载等功能的计算机。系统服务器可两冗余配置。,119,MACS的其他部分功能管理网关(Gateway)企业管理网(E-NET)监控网络(M-NET),12集散控制系统,12.3.1MACS组态原理,由高档微机和通用数据库组成，完成系统实时数据库的对外开放功能。,由10M/100M高速冗余以太网络构成，用于企业级的信息系统管理。,由10M/100M高速冗余以太网络构成，用于系统服务器与工程师站、操作站、高级计算站等的连接。完成工程师站的数据下装，操作员站、高级阿计算站等的在线数据通讯。,120,MACS的其他部分功能系统网络(S-NET)控制网络(C-NET),12集散控制系统,12.3.1MACS组态原理,由10M/100M高速实时以太网络或ARCNET网络构成，用于系统服务器与现场控制站、通信控制站等的连接。完成现场控制站、通信控制站的数据下装，服务器与现场控制站、通信控制站之间的实时数据通讯。,由ProfiBus-DP构成，可兼容CAN、FF、MODBUS等多种现场总线网络，用来与现场控制站主控单元和过程I/O单元通信，完成实时输入、输出数据传送服务的专用网络系统。,121,MACS的运行环境工程师站运行环境,12集散控制系统,12.3.1MACS组态原理,硬件环境：,软件环境：,CPUPentium450及以上RAM128M彩色CRT，256色，85HZ1280*1024/1024*768软驱1.44M光驱鼠标,系统平台：中文WindowsNT4.0workstation或以上版本，SP3/SP4/IE4.01或以上版本数据库支撑软件：Sybase公司的SQLAnywhere应用软件：MACS专用组态软件，MicrosoftExcel，可选装MACS专用操作员站软件,122,MACS的运行环境操作员站运行环境,12集散控制系统,12.3.1MACS组态原理,硬件环境：,软件环境：,CPUPentium350及以上RAM128M彩色CRT，256色，85HZ，1280*1024/1024*768软驱1.44M光驱、以太网卡2块鼠标或轨迹球专用键盘、工业机箱（可选单屏显卡或多屏显卡）,系统平台：中文WindowsNT4.0workstation或以上版本，SP3/SP4/IE4.01或以上版本应用软件：MACS专用操作员站软件，MACS专用打印处理软件，MicrosoftExcel,123,MACS的运行环境系统服务器运行环境,12集散控制系统,12.3.1MACS组态原理,硬件环境：,软件环境：,CPUPentium500及以上RAM256M彩色CRT，256色，85HZ，1280*1024/1024*768软驱1.44M可擦写光驱键盘、鼠标以太网卡4块,系统平台：中文WindowsNT4.0workstation或以上版本，SP3/SP4/IE4.01或以上版本应用软件：MACS系统服务器软件,124,MACS的运行环境通信控制站运行环境,12集散控制系统,12.3.1MACS组态原理,硬件环境：,软件环境：,CPUPentium300及以上RAM32M软驱1.44M相应通讯口卡件或通讯链路ARCNET网卡或10/100M以太网卡2块,系统平台：QNX实时操作系统应用软件：MACS专用通讯软件,125,MACS的运行环境现场控制站运行环境,12集散控制系统,12.3.1MACS组态原理,硬件环境：,软件环境：,CPUPentium233及以上RAM8M电子盘相应通讯口卡件或通讯链路CAN总线和ARCNET网卡或DP总线和以太网卡,系统平台：QNX实时操作系统应用软件：MACS现场控制站专用实时控制软件和I/O单元运行软件,126,MACS的运行环境管理网关运行环境,12集散控制系统,12.3.1MACS组态原理,硬件环境：,软件环境：,CPUPentium300及以上RAM32M软驱1.44M以太网卡,系统平台：中文WindowsNT4.0workstation或以上版本数据库支撑软件：Sybase公司的SQLAnywhere应用软件：MACS网关专用管理软件,127,12集散控制系统,12.3.2应用系统组态,128,MACS系统为用户提供通用的系统组态和运行控制平台，应用系统需要通过工程师站软件组态产生，即把通用系统提供的模块化的功能单元按一定的逻辑组合起来，形成一个完成特定要求的应用系统。系统组态后将产生应用系统的数据库、控制运算程序、历史数据库、监控流程图以及各类生产管理报表。右图为推荐流程,12集散控制系统,12.3.2应用系统组态,图12.22系统组态流程图,129,系统组态流程前期准备工作（进入系统组态前）,12集散控制系统,12.3.2应用系统组态,确定测点清单控制运算方案系统硬件配置（规模、IO单元、测点等）,提出对流程图、报表、历史库、追忆库等的设计要求。,130,系统组态流程建立目标工程,12集散控制系统,12.3.2应用系统组态,在正式进行应用工程的组态前，必须针对该应用工程定义一个工程名，该目标工程建立后，便建立起了该工程的数据目录,131,系统组态流程系统设备组态,12集散控制系统,12.3.2应用系统组态,应用系统的硬件配置通过系统配置组态软件完成。采用图形方式，系统网络上连接的每一种设备都与一种基本图形对应。在进行系统设备组态之前必须在数据库总控中创建相应的工程。,132,系统组态流程数据库组态,12集散控制系统,12.3.2应用系统组态,定义和编辑系统各站的点信息结构编辑数据编辑,物理测点虚拟量点,面向应用开发人员不对用户开放,面向最终用户,133,系统组态流程算法组态,12集散控制系统,12.3.2应用系统组态,变量定义,在功能块中定义的算法块的名字计算公式中的公式名（主要用于计算公式的引用）各方案页定义的局部变量（如浮点型、整型、布尔型等）各站全局变量注意：其中功能块名和公式名命名规则同数据库点一致且必须唯一，在定义的同时连同相关的数据进行定义；各方案页定义的局部变量在同一方案页中不能同名；在同一站中不能有同名的站全局变量；站内同名的全局变量和局部变量，除特别指明外，当作局部变量处理。,134,系统组态流程算法组态,12集散控制系统,12.3.2应用系统组态,变量的使用,对于数据库点，用点名.项名表示，项名由两个字母或数字组成，如果使用的是数据库点的实时值项，“.项名”部分（如：AV，.DV）可以省略。对于ST、FM要在“点名”前加“_”，（如：_点名.项名）站全局变量可以在本站内直接使用，而其他站不能使用。变量名为12个字符站局部变量仅在定义该点的方案页中使用，变量可以在站变量定义表中添加，变量名为12个字符。常数定义，根据功能块输入端所需的数据类型直接定义。,135,系统组态流程算法组态,12集散控制系统,12.3.2应用系统组态,编制控制运算程序,变量定义后即可编制,136,系统组态流程图形、报表组态,12集散控制系统,12.3.2应用系统组态,图形组态时不需编译，相应点名的合法性不作检查，在线运行软件将忽略无定义的动态点。报表组态包括表格定义和动态点定义报表中大量使用的是历史动态点，编辑后要进行合法性检查，因此这些点必须在简化历史库中有定义，这也规定了报表组态应在简化历史库生成后进行。,137,系统组态流程编译生成,12集散控制系统,12.3.2应用系统组态,简化历史库、图形、追忆库和报表等软件涉及到的点只能是系统库中的点系统库包括实时库和参数库两个组成部分,138,系统组态流程系统下装,12集散控制系统,12.3.2应用系统组态,数据库完全下装时服务器和操作员站的启停顺序：停操作员站、停服务器、启服务器、启操作员站数据库增量下装中不能增加站间引用，不能修改设备信息以下情况可能造成下装时的扰动：,修改控制策略使用全局变量错误使用局部变量完全下装时，由于站间引用造成扰动,139,12.4.1HS2000系统的基本特点12.4.2HS2000系统的基本组成12.4.3HS2000系统的硬件配置12.4.4HS2000系统的现场控制站配置12.4.5HS2000系统的软件组态,12集散控制系统,12.4国产集散系统HS2000,140,12集散控制系统,12.4.1HS2000系统的基本特点,141,高可靠性直观、方便的操作方便的维护手段系统的开放性完善的质量保证体系系统性能高,12集散控制系统,12.4.1HS2000系统的基本特点,142,12集散控制系统,12.4.2HS2000系统的基本组成,143,12集散控制系统,12.4.2HS2000系统的基本组成,图12.10HS2000系统的体系结构,分层式集散型控制系统系统是以网络为基础，各种不同的设备挂接在网络上，实现协调工作、数据和信息共享，共同完成各种控制及管理功能。HS2000系统的体系结构如右图,144,HS2000系统的三层网络结构,12集散控制系统,12.4.2HS2000系统的基本组成,管理协调网络（MNET）HS2000的最高一级网络，配置在HS2000L大型系统中系统网络（SNET）连接系统中工程师站、操作员站和I/O现场控制站的干网，配置在HS2000M中型系统中控制网络（CNET）各个I/O组件之间及各组件内部的各模板之间的数据联系采用了网络通信，而不是传统的并行总线,145,HS2000系统的I/O现场控制站,12集散控制系统,12.4.2HS2000系统的基本组成,I/O现场控制站最多包括4个卡件机箱及箱内的各种卡件模板，还有现场电源、接线端子、风扇等设备一般而言，一个I/O现场控制站由一个主控组件带03个辅助组件组成。,146,HS2000系统的I/O现场控制站,12集散控制系统,12.4.2HS2000系统的基本组成,主控组件构成一个主控组件的基本要素是机笼，底板和电源。机笼和底板为固定结构。每个底板上有8组插槽，每组插槽上插一种功能模板。0号插槽只能插入电源模板1号插槽内插入CPU模板2号插槽内可插入各种I/O通道模板，也可插入CPU模板。若插入CPU模板，则该CPU模板是1号插槽内CPU模板的冗余备份板37号插槽内只能插入I/O通道模板，其中任意两个相邻的插槽可以插入同一配置的I/O通道模板，构成冗余结构,147,HS2000系统的I/O现场控制站,12集散控制系统,12.4.2HS2000系统的基本组成,辅助组件辅助组件和主控组件的区别是：辅助组件机箱内不插入CPU主控制器模板17号插槽内全部插入I/O通道模板其它完全同主控组件,148,HS2000系统的操作员站,12集散控制系统,12.4.2HS2000系统的基本组成,具有完成诸如总貌显示、工艺画面显示、控制分组调节、趋势曲线显示、报警观察处理、生产记录报表的在线打印、运行状态及故障显示等功能。组成如下：工业操作台高可靠工业PC机，80386或80486CPU，48MB内存，210MB硬盘，串、并行接口等20英寸工业彩色监视器彩色薄膜操作键盘，轨迹球双冗余网络控制板,149,HS2000系统的工程师站,12集散控制系统,12.4.2HS2000系统的基本组成,实现对应用系统的功能组态、组态数据下装，也能起到运行监视作用在工程师站上运行的全方位、汉化组态软件，具有工位数据库组态、图形组态、历史数据及趋势组态等功能组成如下：标准的IBM-PC兼容机：80386或80486CPU，4MB内存，串、并行接口210MB硬盘，3.5英寸软盘驱动器14英寸彩色监视器汉字打印机标准键盘网络控制板,150,12集散控制系统,12.4.3HS2000系统的硬件配置,151,12集散控制系统,12.4.3HS2000系统的硬件配置,为了适应不同用户的需要，HS2000系统可以配置成以下三种模式：HS2000S小型集散型控制系统，适用于工业锅炉控制及石油、化工、冶金、制药等行业的小型装置HS2000M中型集散型控制系统，适用于20万kW及以下电站控制和数据采集、中型石化、冶金、建材等大多数工业装置的过程控制和数据管理HS2000L大型集散型控制系统，适用于大型火电、水电站等大型工业装置、全厂能源管理及厂级综合自动化系统,152,HS2000S小型集散型控制系统的配置,12集散控制系统,12.4.3HS2000系统的硬件配置,HS2000S小型控制系统由辅助组件和工业PC机通过CNET控制网络连接直接构成，如图12.24所示。,图12.24HS2000S小型系统,153,HS2000S小型集散型控制系统的配置,12集散控制系统,12.4.3HS2000系统的硬件配置,配置规模系统可以配置12个操作员站，其中只能有一个站作为控制站，另一个作为监视站兼在线备份站I/O辅助组件最多为4个，最多可容纳I/O通道模板数为28块最大I/O点数如下：AI：200点AO：32点DI/DO：200点CNET控制网络最大传输距离为1000m,154,HS2000S中型集散型控制系统的配置,12集散控制系统,12.4.3HS2000系统的硬件配置,典型的“三站一线”结构每个I/O现场控制站内一般包括1个主控组件和13个辅助组件，构成一个较大规模的工业控制系统典型的集散型控制系统,图12.25HS2000M中型系统,155,HS2000S中型集散型控制系统的配置,12集散控制系统,12.4.3HS2000系统的硬件配置,配置规模工程师站：1台操作员站：18台I/O现场控制站：120台：工程师站可以用操作员站复用I/O现场控制站可以配置成HS2000S,156,HS2000S大型集散型控制系统的配置,12集散控制系统,12.4.3HS2000系统的硬件配置,HS2000L大型系统是在HS2000M中型集散型控制系统和HS2000S小型集散型控制系统的基础上，集现场装置控制、多装置协调控制和厂级生产管理功能于一体的大型综合性系统。见图3-1所示。HS2000L系统由多套HS2000M中型系统和HS2000S小型系统构成控制层，由基于MS-window的PC机以及X-window的工作站（workstation）构成管理层，两者之间通过高速局域网连接起来。,157,12集散控制系统,12.4.4HS2000系统的现场控制站配置,158,12集散控制系统,12.4.4HS2000系统的现场控制站配置,HS2000系统的I/O现场控制站是一个具有信号采集、回路调节、逻辑连锁、顺序控制及本地操作的大型现场控制设备。它吸取了国外多家集散型控制系统在现场控制站这一级的技术特点，具有可靠性高、分散度高、可冗余配置等技术特色，用户可以根据现场的不同需要，对I/O现场控制站进行灵活配置。,159,12集散控制系统,12.4.4HS2000系统的现场控制站配置,I/O现场控制站的应用容量,正常情况下，一个I/O现场控制站在配置上包括1个主控组件和1个辅助组件。最大限度配置为1个主控组件和3个辅助组件1个主控组件最多容纳5块I/O通道模板，1个辅助组件最多容纳7块I/O通道模板,160,12集散控制系统,12.4.4HS2000系统的现场控制站配置,I/O现场控制站的硬件构成,I/O功能组件HS2000系统的I/