和利时系统培训

1、欢迎大家和利时DCS系统培训2022/8/1以和利时公司生产的SM系列控制系统硬件为例，介绍和利时DCS系统的硬件组成、网络架构和工作原理。熟悉和了解和利时DCS系统的硬件组成、网络结构和原理。 Hollias MACS控制系统培训标目 1、掌握和利时控制系统的硬件组成。 2、掌握和利时控制系统的网络结构2022/8/1主要内容Hollias系统概述三二四一DCS控制系统基础知识SM硬件产品介绍和利时控制系统网络架构2022/8/1第一部分：DCS控制系统基础知识1DCS的概念2022/8/1 DCS即集散型控制系统，又称分布式控制系统（Distributed Control System）。

2、它的主要基础是4C技术，即计算机(Computer)、控制（Control）、通信（Communication）和CRT显示技术。 DCS系统通过某种通信网络将分布在工业现场附近的现场控制站和控制中心的操作员站及工程师站等连接起来，以完成对现场生产设备的分散控制和集中操作管理。下图以一个水位信号调节的例子简单地说明DCS系统在实际生产中的应用过程：DCS应用 我们可以把上述过程引申如下： DCS自1975年问世以来已经历了三十多年的时间，其可靠性、实用性不断提高，功能日益增强。如控制器的处理能力、网络通讯能力、控制算法、画面显示及综合管理能力等。DCS系统过去只应用在少数大型企业的控制系统中，

3、但随着4C技术及软件技术的迅猛发展，到目前已经在电力、石油、化工、制药、冶金、建材等众多行业得到了广泛的应用，特别是电力、石化这样的行业。2DCS发展及现状2022/8/1 从90年代以来， DCS有了很大的变化。这种变化来自两方面的动力：用户需求的不断提高和电子信息技术的快速发展。用户的需求已经不再满足于应用DCS代替常规的仪表控制和简单的数据检测，同时随着电子与信息技术的进步使得DCS应用的构成元件（电子元器件、处理器、软件、网络等）性能大大提高且价格大幅度下降。2.1 DCS现状及主要厂商 1、系统应具备强大的处理功能，并提供方便的组态复杂控制系统的能力与用户自主开发专用高级控制算法的支

4、持能力2、系统应高可靠、维修方便、工艺先进、价格合理；3、系统应具备开放的体系结构；应支持多种现场总线标准以便适应未来的扩充需要；可以提供多层的开放数据接口。2.2 DCS应具备的要素Distributed & Decentralized逻辑分布，地域分散；上行网络：以太网一统天下；下行网络：支持多种主流的现场总线；连通未来：现场总线智能仪表开始缓慢增长；开放性：主控制器可以挂接其它开放的I/O系统，I/O模块也可以挂接到其它开放的主控制器上。开放性是制造商对用户的责任，它将在未来节省用户大量的后续投资；过程I/O：智能化、小型化、模块化以及热插拔。2.3 DCS发展趋势I/0卡件DCS132

5、43DCS硬件组成控制器通讯网络操作站通讯介质转换控制网络系统网络DCS系统的硬件体系结构 站是系统中一个组成环节；是物理上的一套独立设备；是网络中的一个通信节点；在系统功能中完成某一类特定的处理任务。 3.1 站的概念3.2 Hollias MACS系统的组成结构1、Hollias MACS系统是由以太网和使用现场总线技术的控制网络连接的各工程师站、操作员站、现场控制站、通讯控制站、数据服务器组成的综合自动化系统。2、 Hollias MACS系统硬件由工程师站、操作站、现场控制站（包括主控单元设备和I/O单元设备）、通讯控制站、系统服务器、系统网络、监控网络、控制网络等组成。3、 Holl

6、ias MACS系统软件包括：工程师站组态软件；操作员站在线软件；工程师站组态软件又包括控制器算法组态软件和计算机监控画面组态软件。 PLC是从继电接触器控制系统发展而来，侧重数字量控制。DCS模拟量处理能力很强，以模拟量控制为主。 DCS和PLC都能做到CPU冗余、电源冗余、底板冗余、网络冗余，但目前无论哪个品牌的PLC都没有做到I/O冗余，而DCS能做到I/O冗余。 DCS系统的可靠性、稳定性上胜于PLC，而在快速响应控制方面，PLC优于DCS。当开关量控制较多时、控制响应速度要求较快时，建议用PLC，模拟量控制较多时，建议用DCS。 总的来说，DCS和PLC发展到现在，两者互相靠拢，功能

7、也越来越接近，已经没有一个严格的界限区分了。DCS与PLC的比较： 第二部分：HOLLIAS系统硬件介绍难点： 系统网络架构重点： 控制站的构成、I/O卡件的分类及用途、系统网络架构基本内容 和利时SM系列硬件概述、过程控制站构成、主控单元、I/O卡件的介绍、MACS6.5.1系统的网络架构SM硬件产品可分成3大类：SM机柜、SM机笼、SM模块。SM模块按照功能分为主控模块（SM201）、I/O模块(AI、AO、DI、DO等等)、电源模块（SM900、SM920）和各种端子模块(SM3)。I/O模块和相应的端子模块通过结实的预制电缆相连，共同完成数据采集/控制输出。一般情况下，1个I/O模块配

8、1个端子模块；冗余配置时，2个I/O模块配1个冗余端子模块。SM900为系统电源，每个机笼都配有一对冗余SM900供电；SM920为48VDC电源模块，直接安装在有48V DI模块的机柜中，提供查询电源。2022/8/1SM硬件概述现场控制机柜（正面） 每个控制机柜正面安装机笼，机笼之间的通讯联系通过预制电缆（DB9）连接；每个控制机柜可以安装四至五个机笼；每个机笼可以安装10个或者14个模块；2022/8/12022/8/1控制机柜背面有三列导轨，可以安装45个100型端子模块（SM3xxx）,或30个150型端子模块，或15个300型端子模块。 现场控制机柜背面 SM机笼按照功能分为主控机

9、笼、I/O机笼。主控机笼中安装2个电源模块2个主控模块6个I/O模块，扩展机笼中安装2个电源模块8个I/O模块；机笼、端子模块安装在机柜FP069中。在机柜FP069中，推荐的典型配置是正面安装4个机笼（极限情况可以装6个机笼，但较为拥挤），机柜背面安装3列端子模块，每列最多可以安装15块标准端子模块（标准端子的高度为100mm，冗余端子的高度为150mm，大继电器端子的高度为300mm）。SM机笼 SM120 机笼共有10 个槽位，由左至右依次可配置2 个冗余电源模块、6 个I/O 模块和2个冗余主控模块。前面板上设有主控站地址拨码开关、终端匹配拨码开关、冗余PROFIBUS-DP 接口和冗

10、余以太网RJ45接口; 后面板上设有交流电源输入端、电源报警输出端和预制电缆插座。SM120主控机笼 SM120主控机笼 CPUI/O 模块SM121 I/O机笼 主控单元 和I/O单元主控单元由主控模块SM201以及主控机笼构成，采用嵌入式无风扇设计，超低功耗运行（7.5W5VDC）。SM201主控模块采用嵌入式X86兼容处理器，主频 100MHz；16M DRAM；1M SRAM；主、从冗余；掉电保护；系统网双网冗余；控制网冗余。2022/8/1SM201主控模块SM201模块状态指示灯RUN（绿）亮运行灭停止运行STDBY（黄）亮主控单元为从机（双机）灭主控单元为主机（双机）闪主控单元为

11、单机,或双机系统中一个主控故障ERROR（红）亮运行错误灭运行正常闪从机备份数据CNET(绿)亮DP控制网正常灭DP控制网故障闪与模块未建立通讯SM201模块状态指示灯CNETA（黄）亮DP控制网A正常灭DP控制网A无数据流闪DP控制网A有断线CNETB（黄）亮DP控制网B正常灭DP控制网B无数据流闪DP控制网B有断线SNET1（黄）亮系统网1使用中灭系统网1未用SNET2 （黄）亮系统网2使用中灭系统网2未用RNET（黄）亮备份网使用中灭备份网未用=I/O单元+预制电缆I/O单元由I/O模块及对应端子模块共同构成。I/O模块与对应端子模块通过预制电缆（DB25）连接，完成现场信号的采集、处理

12、与控制。每个I/O单元通过PROFIBUS-DP现场总线与主控单元建立通讯。主控模块和I/O模块均为盒式插件结构，支持热插拔。端子模块采用标准35mmDIN导轨安装。2I/O单元 I/O模块 在对控制系统做出合理配置前，应先统计出工程应用对象的测量、控制点数及类型，从而确定所需模块的类型和数量。常用的四种I/O单元类型：AI、AO、DI、DO。其中AI又分为标准大信号（420mA或15V）、热电阻型和热电偶型。 基本AI模块 SM481 8通道电流型输入模块 SM432 8通道电阻信号输入模块 SM472 8通道（路间隔离）热电偶信号输入模块SM481是SM系列硬件产品中的8通道电流型模拟量输

13、入模块。通过64针欧式连接器与机笼底板连接，同时，与对应端子模块（SM3480）配套使用，通过配套端子，模块与现场设备连接构成完整的I/O单元。SM481模拟量输入模块SM481是依据不同的现场设备，选择相应的接线方式，将现场信号线直接连接到SM3480电流型模拟量输入端子模块的双列端子上，依据不同的接线方式，要求每路采用两根导线（屏蔽电缆）连接到对应的双列端子上SM481模块基本功能： 8通道4-20mA电流信号输入； 支持在线热插拔； 模块化设计，机笼轨道安装。SM3480端子模块接线SM3480端子模块接线SM472热偶信号输入模块SM472 是SM 系列硬件产品中的8 通道（通道间隔离

14、）热电偶输入模块。通过64 针欧式连接器与机笼底板连接，与对应端子模块配套（SM3470）使用，处理从现场来的热电偶毫伏电压信号。SM472 可与J、K、N、E、S、B、R、T 型热偶一次测温元件相连，处理工业现场的温度信号。SM472模块基本功能： 8通道热电偶毫伏电压信号输入； 支持在线热插拔； 路间隔离。SM3470端子模块接线SM3470端子模块接线SM432热电阻信号输入模块SM432 是SM系列硬件产品中的8通道热电阻型模拟量输入模块。通过64针欧式连接器与机笼底板连接，与Cu50、Pt100热电阻测温元件相连，用于处理工业现场的温度信号；SM432模块可对在0400(-20085

15、0)范围内的电阻信号进行采样处理。SM432模块基本功能： 8通道电阻信号输入； 支持在线热插拔； 模块化设计、机笼轨道安装。SM3432端子模块接线SM3432端子模块接线SM510模拟量信号输出模块SM510模块基本功能： 8通道4-20mA电流信号输出； 支持在线热插拔； 模块化设计、机笼轨道安装。 支持电流过载保护 SM510是SM系列硬件产品中的8通道电流型模拟量输出模块。通过64针欧式连接器与机笼底板连接，与对应端子模块（SM3510）配套使用，构成完整的I/O单元，输出8路420mA电流信号至现场设备。SM3510端子模块接线SM3510端子模块接线SM610开关量信号输入模块S

16、M610模块基本功能： 16通道触点型开关量信号输入； 支持在线热插拔； 模块化设计、机笼轨道安装； 支持脉冲计数。 SM610是SM系列硬件产品中的16通道触点型开关量输入模块。通过64针欧式连接器与机笼底板连接，与对应端子模块配套使用，从现场输入16路触点型开关量信号。触点查询电压24VDC，且模块内部连接。SM3610端子模块接线SM3610端子模块接线SM618开关量信号输入模块SM618模块基本功能： 16通道触点型开关量信号输入； 支持在线热插拔； 模块化设计、机笼轨道安装； 支持脉冲计数。 SM618是SM系列硬件产品中的16通道触点型开关量输入模块。通过64针欧式连接器与机笼底

17、板连接，与对应端子模块配套使用，从现场输入16路触点型开关量信号。触点查询电压48VDC，且模块内部连接。SM711开关量信号输出模块SM711模块基本功能： 16通道触点型开关量信号输出； 支持在线热插拔； 模块化设计、机笼轨道安装； SM711是SM系列硬件产品中的16通道晶体管型开关量输出模块。通过64针欧式连接器与机笼底板连接，与对应端子模块配套（SM3711）使用，输出16路开关量信号至现场设备。SM3711端子模块接线SM3711端子模块接线常用端子模块第三部分：和利时控制系统网络架构HOLLiAS MACS硬件体系结构 工程师站运行相应的组态管理程序，对整个系统进行集中控制和管理

18、。工程师站主要有以下功能：组态（包括系统硬件设备、数据库、控制算法、图形、报表）和相关系统参数的设置。现场控制站的下装和在线调试，服务器、操作员站的下装在工程师站上运行操作员站实时监控程序后，可以把工程师站作为操作员站使用。 工程师站 工程师站运行相应的组态管理程序，对整个系统进行集中控制和管理。工程师站主要有以下功能：组态（包括系统硬件设备、数据库、控制算法、图形、报表）和相关系统参数的设置。现场控制站的下装和在线调试，服务器、操作员站的下装在工程师站上运行操作员站实时监控程序后，可以把工程师站作为操作员站使用。HOLLiAS MACS硬件体系结构操作员站操作员站运行相应的实时监控程序，对整

19、个系统进行监视和控制。操作员站主要完成以下功能：各种监视信息的显示、查询和打印，主要有工艺流程图显示、趋势显示、参数列表显示、报警监视、日志查询、系统设备监视等。 通过键盘、鼠标或触摸屏等人机设备，通过命令和参数的修改，实现对系统的人工干预，如在线参数修改、控制调节等。过程控制站现场控制站运行相应的实时控制程序，对现场进行控制和管理。现场控制站主要运行工程师站所下装的控制程序，进行工程单位变换、数据采集和控制输出、控制运算等。通讯介质转换控制网络系统网络Hollias系统的硬件体系结构 HOLLiAS MACS系统网络概述 HOLLiAS MACS系统由上下两个网络层次组成：监控网络(SNET

20、)和控制网络(CNET)。上层监控网络主要用于工程师站、操作员站和现场控制站的通讯连接；下层控制网络存在于各个现场控制站内部，主要用于主控单元和智能I/O单元的通讯连接。监控网络（SNET）监控网络实现了工程师站、操作员站、现场控制站之间的数据通讯。通过监控网络，工程师站可以把控制算法程序下装到现场控制站主控单元上，同时工程师站和操作员站也可以从主控单元上采集实时数据，用于人机界面上数据的显示。 上层监控网络为冗余高速以太网链路，使用五类屏蔽双绞线及光纤将各个通讯节点连接到中心交换机上。该网络中主要的通讯节点有工程师站、操作员站、现场控制站，采用TCP/IP通讯协议，不仅可以提供100Mbps

21、的数据连接，还可以连接到Intranet、Internet，进行数据共享。控制网络（CNET） 控制网络位于现场控制站内部，主控单元和智能I/O单元都连接在Profibus-DP现场总线上，采用带屏蔽的双绞铜线(串行总线)进行连接，具有很强的抗干扰能力。该网络中的通讯节点主要有DP主站(主控单元中的SM201模件)和DP从站(智能I/O单元SM系列的输入/输出模件)。利用总线技术实现主控单元和过程I/O单元间的通讯，以完成实时输入/输出数据和从站设备诊断信息的传送，并且通过添加DP重复器模件，可以实现远距离通讯，或者连接更多的智能I/O单元。 SM系列硬件系统采用PROFIBUS-DP 现场总

22、线技术。主控单元（SM201）为PROFIBUS-DP 主站，I/O 模块为PROFIBUS-DP 从站。 标准PROFIBUS-DP 系统每条链路最多可连接126站（站号从0-125）主控机笼 扩展机笼1#机柜1个，可安装2电源2主站6从站5个，每个机笼可安装2电源8从站2#机柜6个，每个机笼可安装2电源8从站PROFIBUS-DP 在系统中的应用OSI是Open System Interconnect的缩写，意为开放式系统互联。国际标准组织（国际标准化组织）制定了OSI模型。这个模型把网络通信的工作分为7层:应用层（Application layer）表示层（Presentation la

23、yer）会话层（Session layer）传输层（Transport layer）网络层（Network layer）数据链路层（Data link layer）物理层（Physical layer）OSI网络参考模型物理层： 机械特性规定了网络连接时所需接口的规格尺寸、引脚数量和排列情况等；电气特性规定了在物理连接上传输bit流时线路上信号电平的大小、阻抗匹配、传输速率距离限制等。 在这一层数据的单位称为比特（bit）。 属于物理层的典型规范有：RS-232，RS-485，RJ-45等。数据链路层： 在物理层提供比特流服务的基础上，建立相邻结点之间的数据链路。 该层的作用：物理地址寻址、数据的成帧、数据的检错等。 在这一层数据的单位称为帧（frame）。 数据链路层的主要设备：交换机网络层： 在这一层,数据的单位称为数据包（packet）。各层任务简介1，