分散控制系统

1、 计算机班培训教材 分散控制系统第一章 分散控制系统概述一. 概述分散控制系统缩写为DCS,全称为DISTRIBUTED CONTROL SYSTEM ,起步于70年代,80年代以后进入优化阶段,从90年代开始,将生产调度、计划优化、经营管理决策方案引入计算机控制系统，使综合管理于优化控制相结合，产生了更大的经济效益和技术进步 。80、90年代国外DCS的代表产品有：TDS3000、WDPF、INFI90等，这些产品的共同特点是：（1） 实现开放式的系统通信，向上通过网间连接器与其他网络联系，构成综合信息管理系统，向下支持现场总线，使过程控制各部分之间实现可靠的实时数据通讯。（2） 具有容错和

2、自诊断能力，可靠性更高。（3） 操作员站具有很强的图形显示功能，操作简单，响应速度快。 国内近几年发展比较快的是上海新华控制工程有限公司，它最初是给国外的公司安装调试，后来随技术力量的壮大，逐渐把国外的技术消化吸收制造出XDPS，XDPS继承了国外技术的优点，同时在此基础上全部汉化，界面更友好，占领了国内不少的市场分额。二分散控制系统的特点 相对分散控制而言是集中控制。对于集中式计算机控制系统而言，中央计算机的处理速度以及计算机自身的可靠性是其两大应用目标。计算机的处理速度越快，在一定时间范围内就可管理更多的设备，但处理速度受当时技术条件的限制，不可能要多快有多快。另一方面就是所有的控制功能都

3、集中到单台计算机上来完成，一旦计算机出了故障，就意味着所有功能都将失效。基于这种情况，必须寻求一种更加可靠的计算机自动化控制系统，其方案不外乎两种：（1） 使计算机本身更加可靠（2） 引入功能上可替代的分散控制技术，以改善系统的可靠性 对于第一种方案就意味着要求中央计算机更加可靠。这已经受到技术条件的限制，后来的发展方向是分散型控制技术，原因归纳如下： 60年代末70年代初，由于集成电路的发展，出现了功能完善、价格便宜的单板机、微型计算机，可以代替中央计算机的局部工作，以对其周围的装置进行过程检测和控制。这一种微机叫第一级计算机。中央计算机只处理中心自动化问题和管理方面的问题，从而产生了二级自

4、动化控制系统的结构，也叫分散式计算机系统。当分散控制系统建立起来后，就与过程计算机集成起来，一起完成控制功能。一级计算机主要完成实时处理、前端处理功能，中央处理机只承当后继处理设备，这样中央计算机不用直接跟现场设备打交道，从而把部分控制功能和危险都分散到前端计算机上。如果中央计算机一旦失效，设备的控制功能依旧可得到保证。中央计算机前端计算机2 生产过程 前端计算机3前端计算机1 在以上的二级分散控制的基础上后来又发展出了三级、四级控制，进一步分散，有了多个中央计算机，形成了现在新华控制这样一种技术。第二章 新华分散控制系统 第一节 系统概述一 、XDPS概述 XDPS（XINHUA DISTR

5、IBUTED PROCESSING SYSTEM）是新华控制工程有限公司生产的一种分散控制系统，它可以完成实时数据采集、过程控制、顺序控制、报警检测、监视和操作，可以对数据进行记录、统计、显示、打印等处理，并提供组态和调试工具。 XDPS的应用相当灵活，可以构成小到一台计算机，大到几百台计算机的控制和信息处理系统。 XDPS由高速数据网和连接在网上的工程师站、操作员站、历史数据站、过程分散控制单元等组成。DPU面向控制对象，进行快速的数据采集与处理和闭环控制，完成报警检测。通过高速数据网向MMI发送过程信息，同时接受来自MMI的操作指令和组态修改指令。 操作员站面向操作者，以流程图、棒形图、趋

6、势曲线、表格等形式显示生产过程信息，并提供操作按钮、对话框等形式供操作员监控生产过程，通过高速数据网将操作指令发送到DPU。 工程师站可以实现对整个控制系统的组态和和控制算法的调整修改。 历史数据站主要完成历史数据的采集、SOE以及报表的生成。 其特点如下：（1） 采用现有通用硬件构成主计算机，CPU为PENTIUM以上芯片，具有高性能价格比。（2） 采用成熟的计算机网络通信技术，构成高速的冗余实时数据网。（3） 网络上接点数1250任意配置。（4） 设计有分布实时数据库，对网上各接点透明。（5） 很高的实时性，在一秒内可更新所有全局点。（6） 系统集过程控制、顺序控制、数据监视和记录分析功能

7、于一身。（7） 具有在线的诊断至通道级的自诊断能力。（8） 灵活的I/O支持，除可以接受新华公司的I/O模块外，还可以接受其他常用的I/O系统。（9） 具有图形显示、报表、控制、记录统计的生成工具软件。（10） 具有直观方便的符合IEC-1131-3DPU图形组态软件。（11） 汉化图形显示，分辨率可达1280*1024真彩色。（12） 与厂级MIS或其它控制系统的接口。 XDPS系统结构图：MISDPU 路由器HSUENGABDPU21DPU1DPU23DPU3I/OBCAIDIBCDIAI卡件DIDIMAMA.端子板二、高速数据网 高速数据网是XDPS的重要组成部分。它主要完成实时信息的共

8、享和文件与打印的共享。实时信息是指实时点、时钟报警信息、系统通告信息、操作指令和组态指令。 在DCS应用中，由于系统的实时性要求很高，所以XDPS的高速 数据网通常分为两部分：一个实时数据网，一个信息数据网。实时数据网通常为冗余的总线式网络，用于完成实时信息的传送。信息数据网一般采用由操作系统直接支持文件与打印共享的通用网络。由于DPU没有打印和文件共享功能，因此信息网只连接MMI。 整个XDPS系统可通过网卡与外部网络连接，形成厂级MIS网。三、DPU的结构 DPU通常由电源、两台互为备用的工控机、I/O卡件和接线端子板组成。XDPS的DPU可接受两路电源，隔离后供冗余的直流电源，再供给工控

9、机、I/O卡件以及外部的触点采样电压和变送器供电。DPU保证任一路电源或任一个直流电源故障都不会影响DPU的工作。 工业微机采用通用的PC结构，运行新华自行开发的RMX-X实时操作系统，处于主控机的微机在一个周期内向跟踪机拷贝必要的数据，跟踪机可在一个周期内实现无扰切换。DPU的组态数据和中间执行数据存放在电子磁盘上，断电后重新启动无须人工干预。 XDPS标准的I/O系统包括模拟量输入/输出，开关量输入/输出，测速、脉冲输入、回路控制卡、阀门控制卡，每种卡件都带有CPU，完成A/D、D/A转换，故障检测，消抖动，SOE预处理，高层DPU只需完成计算、双机切换、实时数据网的接口，减轻了负担。第二

10、节 XDPS网络配置一 适配器的安装 网络适配器采用非即插即用式安装方式，需设置适配器的中断号和端口地址。适配器的设置: 在DOS环境下，用适配器设置程序对适配器进行设置，设置的内容包括：工作方式、中断号、端口地址、连接方式。在设置适配器的中断号、端口地址时，必须根据系统的资源使用情况进行设置，不能使用系统已经占用的资源。 中断号和端口地址为：中断号 11 端口地址 320H中断号 10 端口地址 340H中断号 5 端口地址 300HC网 B网A网 二. 网络协议的设置:1. 协议的选择:安装完网络适配器后,要选择网络协议,要求只邦定TCP/IP协议2. Ip地址的设置: XDPS实时通信网

11、络IP地址采用了C类地址，子网掩码为255 255 255 0。A网和B网的网络地址分别为222 222 221和222 222 222，主机地址与该主机的节点号一致，MMI站主机节点号在配置文件MMINODE.CFG中定义。 3网络配置文件 配置网络，并安装好XDPS应用程序后，还需配置网络配置文件XNET，该文件在操作系统目录的SYSTEM下。 配置文件的内容如下： NODE TYPEMMI ALARMFIFO4096 RTDBFIFO1024 PTBFIFO64 IPADDRESS NET1=222 222 221 45 NET2=222 222 222 45 DEFAUTOMODIFI

12、ED AUTOSETIP=NO NETIP1222 222 221 DRV1NE2000 IRQ1=11 IOADDR1=0X320 NETIP2=222 222 222 DRV2NE2000 IRQ2=10 IOADDR20X340 4网络错误诊断 初次使用XDPS系统的网络功能，有时会遇到一些问题，这时需要用户子细检查网络的各项设置，分析原因，解决问题，MMI站上NETWIN和SELFTEST可以帮助检测问题。第三节 MMI的软件及应用一总控软件NETWIN 1 NETWIN是XDPS的总控软件，在启动其它软件前，必须先运行NEIWIN。 它有如下的功能和操作：（1） 启动；启动时，同时启

13、动一些定义好的软件。（2） 指示本节点实时网状态：按钮“网络A”“网络B”后矩形区为绿色时表示网好，为红色时表示网络故障。（3） 设置项目数据路径：设置项目数据路径用于存放本项目用户的数据。（4） 显示MMI节点号和MMI级别：NETWIN显示本节点的节点号和MMI级别，并显示当前实时网上具有最高级别的MMI节点的节点号和级别。具有最高级别的MMI节点有权校对网上时钟和管理网上节点上下网到全局开关点的转换的网络管理权。（5） 网络管理权：包括设备点和实时时钟。（6） 显示使用本MMI节点的当前应户名和级别，并让应户退出和重新登录。（7） 让用户启动其它MMI软件：可运行如自检、数据一览等软件，

14、具有ENG级别的用户才能执行DPU组态、图形生成等组态软件。（8） 退出：具有ENG级别的用户才能退出NETWIN。 2启动NETWIN时的相关配置文件启动NETWIN时将装载点目录文件POINTDIR和MMI定义好的MMINODE，这三个文件都必须存在于项目数据路径的ENG目录下。 MMINODE格式： THISNODE NODEADDRESS=46 TIMEGRAD=6 USER MANAGE DEFAULTANYBODY ANYBODYNULL，PASSME MYOPUOPU，MYOPU MYSOPUSOPU，MYSOPU MYENGENG，MYENG MYSENGSENG,MYSENG

15、 STARTUP 1D:XDPSX2BINMMISHOW.EXE 2=D:XDPSX3BINMMIXLIST.EXE 3=D:XDPSX2BINDPUVDPU.EXE 3MMI的自启动 对象操作员站的MMI，要求在MMI上电或热启动时，马上进入XDPS应用，通过对WINDOWS的设置，可以做到这一点。 WINDOW NT下修改步骤： 用注册表编辑工具REGEDIT.EXE打开WINDOWS NT的注册表，找到HKEY-LOCAL-MACHIN-SOFTWAREMICROSOFTWINDOWS NT、CURRENTVERSIONWINLOGON段，在此段上按右键，新建二个字符串段，AUTOADM

16、INLOGON=”1”，DEFAULTPASSWORD=“为超级用户ADMINISTRATOR所设置的PASSWORD”。注意：一定要为ADMISTRATOR设置一个密码，否则不能自启动，再修改SHELL“NETWIN.EXE所在的路径”。然后，重新启动WINDOWS即可 二系统自检 1 自检软件的功能 XDPS自检是XDPS分散控制系统中的一个实用软件程序，它可以运行操作员站或工程师站上，给系统运行人员、调试维修人员提供简便和直观的系统硬件概况。 自检软件为操作人员提供以下几个功能：（1） 冗余数据高速公路上网络节点的运行状态检测（2） 系统中各分散处理单元中I/O站工作状态检测（3） DP

17、U中I/O站下各输入输出卡件上各通道的状态检测和对应的全局点 2网络节点状态监视 自检程序的主画面就是一幅系统各节点的状态显示图，XDPS中，各个网络节点就是一台工控计算机。它们都以网卡与电缆方式连至系统的两条冗余的数据高速公路上，这两条道路在图上以两条颜色不同的粗实线表示。 222323211 主干网上的各节点在图上用一小方块表示,每个节点根据作用性质可分为分散处理单元和人机接口单元两大类。而DPU根据其工作状态，又可分成三种状态。即：主控状态，跟踪状态和初始状态。MMI根据处理功能的区别又分成工程师站，操作员站和历史数据站。3DPU节点I/O状态 在网络主画面上，将光标移至处于主控状态的D

18、PU节点上，单击鼠标器左键，就能弹出I/O站的状态检测图，用鼠标器点击网络级的其它区域就可关闭DPU的I/O站窗口画面。4I/O卡件上的通道状态和对应全局点 在DPU节点I/O站状态显示图的基础上，用鼠标左键单击标有卡件类型的区域，就可以显示卡件通道状态图，在通道状态图上，显示了通道地址及采样数据。三图形显示及操作功能 XDPS是一种分散控制系统，它能够为各种不同复杂程序的系统提供一体化的调节控制和数据采集。它由一系列具有不同功能的单元组成，各站之间通过网络自由的和快速的进行数据通信，而操作员站是其中一种类型的站，而图形显示程序是操作员站的主要软件，是人机交互的界面接口，在一个XDPS系统中，

19、可以有若干个操作员站，根据系统大小而定。 操作员站为操作员提供基于CRT的控制操作，图形显示和报警检测。四单点显示功能 单点显示功能（SINGLE）是XDPS中的一个模块。 SINGLE主要用来监视全局数据库中某一个测点实时数据的变化。 SINGLE还具有一定的操作功能，能够在线修改测点的状态，报警实时值。五数据库一览 全局数据库上一览XLIST是XDPS的一个模块。 XLIST工作在系统的人机接口工作站上，主要用来检测全局数据库中测点实时数据的变化。XLIST提供了较为完善的观察手段。有以下功能：（1） 根据测点的静态特性过滤输出。（2） 根据测点的动态特性过滤输出。（3） 在命令行中指定过

20、滤参数，程序启动后直接显示目标测点。（4） 单个测点查找。（5） 测点显示输出项目选择。六报警一览 报警一览ALMLST工作在系统的人机接口工作站上，主要用来检测全局数据库中报警测点实时数据的变化，并且使用不同的字体颜色直观的标注了各个报警测点的优先级。 主要有以下功能：（1） 根据测点的静态特性输出。（2） 在命令行中指定过滤参数，程序启动后直接显示目标测点，常用于指定MMI触摸连接参数。（3） 暂停ALMLIST扫描XDB（4） 测点显示输出项目选择。（5） 报警弹出功能，及时提醒操作员系统的状态。（6） 在线确认报警测点。 SLMLST具有简便直观的操作界面，绝大部分的功能和设置均反应在

21、工具条上，一目了然。用户无需到菜单或对话框中去找所需的功能。 七报警历史 报警历史ALMHIS工作在系统的人机接口工作站上，主要用来显示报警实时对列和报警历史文件的记录，并且使用不同的字体颜色直观的标注记录的类型。有以下功能：（1） 根据报警记录的来源过滤输出。（2） 根据记录类型的过滤输出。（3） 根据报警记录的静态特性过滤输出（4） 在命令行中指定过滤参数，程序启动后直接显示目标测点。（5） 单个记录查看。（6） 记录显示输出项目选择。（7） 打印输出。第四节 XDPS系统组态 一概述 XDPS为用户提供了统一的分布式处理平台软件，经过不同的定义或组态，可以构成不同功能的信息控制处理系统。

22、小到一个节点，大到250个节点。节点间共享全局点、报警信息、通告信息和历史数据。但每个节点有不同的组态设置。因此，XDPS的组态主要分为全局点目录组态和独立的结点组态。（1） 全局点目录组态全局点目录主要定义了在节点间共享的全局点的定义信息，主要包括测点名、描述、所属DPU号、分组分区信息、单位等。（2） DPU的组态XDPS中能对实时数据处理并输出测点的节点成为DPU或虚拟DPU,DPU或VDPU可用类似于CAD方式的图形组态工具进行组态。组态针对一个DPU进行,组态内容包括DPU内部的控制策略,内部点与I/O卡件的对应关系及内部点与全局点之间的对应关系等。在需将内部测点送上网供其它节点共享

23、或需引用其它节点测点时会索引点目录,获取共享点的索引号。XDPS中还有一种能对实时数据处理并输出测点的软件,称GTW软件,它是类似于虚拟DPU的一种独立编制的程序,运行于MMI上,往往用于实现与特殊对象通讯或实现特殊的统计计算功能等场合。(3)MMI的组态XDPS的MMI对实时数据进行显示、打印、记录、统计等处理。它们不会输出共享测点,而只引用DPU输出的测点。MMI组态分几个独立功能进行,如MMI节点的配置、图形生成、历史和日志记录报表记录等。 二XDPS组态的使用术语1概述XDPS的软件功能分DPU和MMI，MMI又包括0PU、ENG、HSR等，DPU又有VDPU专用GTW等。从C/S观点

24、来看,DPU、VDPU、专用GTW又是服务器,其它为客户。所有软件功能可分解在不同的节点.实现。 XDPS的数据采集、报警检测、闭环控制、计算必须在DPU上完成。 XDPS提供种常用的功能块,用户只需从这些功能块选出所需的就可实现DPU的图形组态,而无需了解编程语言用户还可用XDPS的工具生成自己的特殊的功能块。2DPU配置DPU是XDPS的控制器。从组态上讲，DPU是XDPS的一种功能，而并不具体到什么硬件。我们往往将只实现DPU功能的软硬件一起称为DPU，将运行于MMI站上的DPU功能称为VDPU。每个DPU至少有一个节点号对应，DPU通过实时网或内部路由器与其它DPU和MMI连接,实时网

25、可以是冗余的,可以采用不同协议。DPU可以通过I0驱动与不同的I0硬件连接。但有的DPU（如只实现计算统计功能的DPU）可以没有直接的I/0连接,而是仅通过实时网与其它DPU交换数据。DPU可以被冗余配置,XDPS规定,冗余配置DPU的节点号占用120号和6180号，相应的冗余DPU为2140和81100,即相差20。而DPU以小号码对外标识。如3号与23号DPU被认为是互为冗余的DPU,在发操作指令时,指明3号、23号也会接受。对组态指令,则必须指明3号还是23号。MMI号取1100中任一个号,但一般取在4160之间。单DPU或VDPU取1100中任一个号。 DPU运行后有三种状态,初始态、

26、跟踪态和主控态。其中跟踪态与主控态,DPU软件会跟踪自己的CPU状态、I/0状态作相应的自动切换,以便使主控机故障时,跟踪机可马上代替主控机；另外,工程师调试工具也可请求或区别DPU的运行状态。DPU刚启动时或组态的算法与主控DPU不同时,进入初始态,自检中以黄色标识。DPU内部的数据分为DPU总体描述、页和功能块对象。总体描述包含了DPU的说明信息和其中所有的页数。每个页对象具有指定的执行周期。而功能块对象只能存在于页中,同页中的功能块具有相同的计算周期。页和功能块分别用页号和功能块号命名,页和功能块具有执行序号,执行序号表达了它们在DPU中执行的次序。具有较小执行序号的页和功能块先于具有较

27、大执行序的页和功能块执行。用户可用在线调试工具更改页和块的执行序号,以调整执行次序。但用户不可在线更改页号和功能块号。3DPU组态过程XDPS的DPU组态工具有两个组态方式,离线和在线。离线方式时,用户实质上仅打开一个数据文件,进行页、块功能的编辑，连接块的输入输出,然后存入这个数据文件。在线组态方式时,用户必须先向被组态DPU登录,获得相关权限之后,才能对DPU用户可将离线生成的组态文件下装到DPU,也可将DPU运行的组态内容上装上,进行写文件,修改和调试,用户完全可以以在线方式对DPU页和功能块执行修改、删除、插入等等操作!同时可以看到DPU中的运行数据,进行直观的在线调试。结束用户须退出

28、登录。4页页Page,常用Pg或P表示。页是XDPS中的一个基本对象。功能块必须存在于页中。页的实例中包含页号(名称)、执行序号,页状态、执行周期、最后修改日期时间和页的描述等属性,还包含功能块对象实例。页状态记录了页的工作状态,如是否被Disable等。页状态只能被在线组态读取和修改。执行周期表示了页被计算的周期。周期通常取50ms、100ms、200ms、250ms、500ms、5s和0。0表示本页不被周期计算,可能由特殊功能块按用户定义的方式调用计算。页在计算时按页执行序号排序执行。页描述记录了本页的功能、注释等与控制无关的信息。5功能块功能块Function Block常用FB或B来表

29、示,XDPS的功能块附合IEC1131.3的标准。功能块是XDPS中能被组态修改的最小对象、几乎所有功能都需用功能块来实现。功能块用户定义中包括三项内容,输出、输入、参数。功能块实例化后,还应包含功能块位号(即名称)、执行序号、状态、计算中间量。XDPS以对象方式将所有数据封装在起。功能块之间传递的数据有三种类型:布尔量(1字节)、浮点数(IEEE标准4字节)和长整型(4字节)。但参数、中间量、状态等不受此限。浮点与长整型统称模拟量,它们可以相互转递,功能块会自动转换,但用户需注意转换引起的精度损失。布尔量能传递给布尔变量。功能块在计算时,输出量、状态.中间量都会更新,其它功能块可以取得其输出

30、量的值,通过特殊功能块TQ也可间接取得其状态(转为n个布尔量),但不能取得其中间量的值。输出量、状态、中间量的值不能被其它功能块改变,只能在其本身计算时有可能改变。输出量可以为浮点长整型、布尔量中的任何一种：状态为一个WORD，其中记录了本功能块处于Enable还是Disable状态(Disab1e时功能块不再被计算),本功能块的输入是否有坏点而使本块输出变成不可信、本功能块接收的点是否超时，中间量可以是任何软件允许的类型，与用户是无关的,它记录了功能块每个功能计算状态。每个功能块都有一个状态字,描述了本功能块在运行中的状态。功能块的状态可按用户定义的方式传递。除一些特殊的功能块之外,所有的功

31、能块都可定义为不传递、0R传递、AND传递。如一个功能块有3个输入，则这3个输入所属功能块的品质会以用户定义的方式传递到这个功能块的品质上,而且空脚不参与品质传递,传递方式定在方式字中,00.不传递,01.0R传递,10.AND传递,缺省为不传递。在功能块被初始化时,输出量、状态、值是用户可定义的。中间量都会被设置初始。参数定义了功能块行为的方式或范围,参数可以是多种数据类型,用户不必关心。在用户组态和在线修改时,用户可定义修改参数值。输入也可被定义为一个立即常数,立即常数也必须为浮点、长整型布尔型数据中的一种。这样XDPS任何一个功能块的输入可被连接到常数上,使变量变为参数。这个功能有很大灵活性,可变限的功能块都可用此特性实现。简单他说,输入可以是指针、NULL(空指针)、立即常数。三全局点目录组态1概述全局点目录是XDPS所有DPU上网点的集合,DPU可以是虚拟DPU或GTW。它决定了每个测点的索引号,而索引号是XDPS在网上识别测点的标识。因此全局点目录是XDPS实时点共享的基础。 XPDS的DPU将需共享的点以上网功能块的组态形式,按点目录定义的索引号广播到实时网上,MMI按照点目录接收所有DPU广播的全局点,DPU则以点目录定义的索引号为基