横河CS3000R3系统功能描述

1、系统概述系统概述标准和规范横河CENTUM-CS3000 R3 DCS系统完全符合以下最新版本的规范和标准：美国电子和电子工程师协会(IEEE)ANSI/IEEE 472 冲击电压承受能力导则(SWC)ANSI/IEEE 488 可编程仪表的数字接口美国电子工业协会(EIA)EIA RS-232-C数据终端设备与使用串行二进制数据进行数据交换的数据通讯设备之间的接口美国仪器学会(ISA)ISA IPTS 68 热电偶换算表ISA RP55.1 数字处理计算机硬件测试美国科学仪器制造商协会(SAMA)SAMA PMS 22.1仪表和控制系统功能图表示法美国电气制造商协会(NEMA)ANSI/NE

2、MA ICS4工业控制设备和系统的端子排ANSI/NEMA ICS6工业控制设备和系统外壳执行美国保险商实验室(UL)UL 1418电视用阴极射线管的防内爆UL 44橡胶导线、电缆的安全标准系统描述1、CENTUM-CS3000 系统结构横河电机CENTUM CS 3000 R3集散控制系统(DCS)是一个结构真正开放的系 统，它是由以下元件所组成的Ethernet1 Display StylQ onsde H)S Hieh Di&tFihLit| Type FCSEthernet1 Display StylQ onsde H)S Hieh Di&tFihLit| Type FCS系统结构图S

3、tandard FCS ENinced FCS MlQ ration fc$f Fbcrfiemate NU 7 * RcmqtflEnclosed Display StyloCwisale HISDesktop Style HS yHuman Interface Station (HIS)操作站用于运行操作和监视。采用了微软公司的Windows 2000或Windows XP作 为操作系统和横河公司指定的工业用高性能计算机。因此系统工作站具有很强的 安全性和可靠性。Field Control Station (FCS)现场控制器用于过程I/O信号处理，完成模拟量调节、顺序控制、逻辑运算、批量

4、控 制等实时控制运算功能。Engineering Station ( EWS)工程师站用于设计组态、仿真调试及操作监视。采用Windows 2000或最新的Windows XP作为操作系统的横河指定的高性能计算机。ESB 总线(Extended Serial Backboard Bus )用于控制站内，中央主控制器FCU同本地I/O节点之间进行数据传输的双重 化实时通讯总线，网络拓扑构成：总线型，通讯速率：128Mbps,每台控制站可 连接14个I/O节点，最大通讯距离10m。ER总线(Enhenced Remote Bus )用于控制站内本地I/O节点与远程I/O节点之间进行数据传输的双重化

5、实时 通讯总线，网络拓扑构成：总线型，通讯速率：10Mbps，每台控制站可从本地节 点连接8个远程I/O节点，最大通讯距离20Km。Communication Gateway (ACG)通讯网关作为用于将系统的控制总线和DCS上位机的以太网相连接的网关。System Integration OPC Station (SIOS) OPC系统集成网关用于将系统控制总线V net/IP与用于与子系统以太网相连接的网关。V net/IP控制总线用于进行操作监视及信息交换的双重化实时控制网络。整个网络采用星型结 构，兼容V-net和TCP/IP协议。通讯速率：1Gbps，通讯距离最大20km，连接 站数

6、：64站/域，256站/系统。由于增加了控制网络的开放性，更多的非CEMTUM 网络设备可以直接挂接在控制网络上。2、系统特点综合性CENTUM-CS3000开创了大规模集散型控制系统的新纪元。系统功能较前几 代横河电机的DCS系统有了很大的提高。是一个真正安全的、可靠的、开放的 DCS控制系统。开放的网络构开放的网络构采用Windows XP标准操作系统，支持DDE/OPC。既可以直接使用PC机通用 的MS-Excel,Visual Basic编制报表及程序开发，也可以同在UNIX上运行的大 型Oracle数据库进行数据交换。此外，横河提供了系统接口和网络接口用于与 不同厂家的系统、产品管理

7、系统、设备管理系统和安全管理系统进行通讯。高可靠性独家采用了 4CPU冗余容错技术（pair & spare成对热后备）的现场控制 站，实现了在任何故障及随机错误产生的情况下进行纠错与连续不间断地控制； I/O模件采用表面封装技术，具有1500VAC/分抗冲击性能；系统接地电阻小于 100欧姆等多项高可靠性尖端技术，使系统具有极高的抗干扰，耐环境等特点， 适用于运行在条件较差工业环境。高速的控制总线CS3000采用横河公司的V-NET/IP控制总线，该控制总线速度可高达1 Gbps。 满足了用户对实时性和大规模数据通讯的要求。在保证可靠性的同时，又可以与 开放的网络设备直接相连，使系统结构更加

8、简单。而且横河公司已经将该标准提 交IEC组织，该标准已经作为新一代控制系统的总线标准。现场控制站的高效性控制站FCS采用用于高速的RISC处理器VR5432，可进行64位浮点运算， 具有强大的运算和处理功能。此外，还可以实现诸如多变量控制，模型预测控制， 模糊逻辑等多种高级控制功能。主内存高达32M。支持各种工业标准信号的输入/输出卡。CS3000有丰富的过程输入/输出接口，并且所有的输入/输出接口都可以冗 余。高效的工程化方法CENTUM-CS3000采用Control Drawing图进行软件设计及组态，使方案设计 及软件组态同步进行，最大限度地简化了软件开发流程。提供动态仿真测试软件，

9、有效地减少了现场软件调试时间。工程人员可以在 更短的时间内熟悉系统。虚拟测试和目标测试两种。可并行组态，节省时间，提高工作效率。可扩展性具有构造大型实时过程信息网的拓扑结构，可以构成多工段，多集控单元， 全厂综合管理与控制综合信息自动化系统。与既有系统的兼容性CENTUM-CS3000与横河以往的系统可通过总线转换单元，方便地连接在一 起，实现对既有系统的监视和操作，保护用户投资利益。YOKOGAWA现场总线的发展与现状横河电机是国际现场总线基金(FF)会执行委员会委员，作为基金会的领 导成员，横河电机承担了基于内部可操作性(interoperabilit y)的总线技术制定，并在后来现场总线

10、基金委员会承担IEC，ISA现场总 线国际标准的制定。对现场总线通讯协议，通用文件格式的定义，内部可操作性 (interoperability)测试工具的开发和功能块说明等方面都 担当着重要的角色。现场总线是一种全数字，双向传输通讯技术，横河电机为本次招标推荐的D CS CENTUM-CS 3 0 0 0 已兼备现场总线控制功能，通过在现场控制 站上加装一块ACF111/ALF1 11通讯接口卡件，就可在该卡件上挂接 一条通讯协议为H1的现场总线，并在该总线上连接3 2台现场总线设备(如： 横河的现场总线EJA变送器，流量计，分析仪等)。横河电机的现场总线决策 方案将给您一个扩展现有自动化仪表

11、的机会。ALPH3、系统部件及功能ALF11ALPH3、系统部件及功能ALF111anHH IR&nuljC nodecomwtEihRfiipt-ports；opt ions I ccnfi siriti om.-._一-Tlieldbus sagment横河电机公司向用户推荐的CENT 控制网络Vnet/IP网的通信电缆，和电缆接口 1 : 控制器的CPU1 : 1“成对冗余”配置。DCS各种工作电源冗余配置。每个操作站都是一个独立的计算机主机。每个操作站都能互相备份，互为冗 余，并能在线诊断故障、报警、切换和维修提示。工程师工作站(EWS)工程师工作站采用的是世界一流品牌DELL工作站计

12、算机，它是供系统生成 组态所用。它能够储存系统所有的组态数据，并提供了一个直觉性、目标导向性 的图形用户接面环境供开发及综合所有的应用数据到数据库。这个数据库包括的 所有连接在网络上的站点、网络、工位号的定义、报警和故障的定义、控制方案 的组成及流程图的制作。通过Windows XP共享档案功能进行并行工程组态使多位工程师能够同时组态到网络上的一个数据库。另外，在不同的工程师工作站所生成的数据也可以被 综合到一个数据库里。同时工程师工作站上的虚拟测试功能也可以在离线的情况 下确认所生成的程序。组态功能及特点：常规控制功能块具有丰富常规控制模块用于不同的控制和计算，横河PID控制模块都带有免 费

13、的自整定功能。组合各种控制和计算功能块，可以实现各种复杂的模拟量控制 回路。El岳曲El岳曲Analog Faceplate BlockUnit Instrument ApplicationAnalog Faceplate Block顺序控制功能块Sequence TableLogic Chart顺序控制模块可以组态各种回路的顺序控制，如安全联锁控制顺序和过程监 视顺序顺序控制表Sequence Table和逻辑流程图Logic Chart连接组合，可以组态形 成非常复杂的逻辑功能，以实现复杂逻辑判断和控制.SFC功能块SFCSFCSFC (Sequence Function Chart)功能

14、块是用SFC描述语言来实现。SFC功能块是采用IEC标准，所用的编程语言(SEBOL)是一个开放的语言 环境，可以用流程图来描述。在运行时，可以通过显示窗看到逻辑的运行情况组合三大逻辑组态工具(Sequence Table，Logic Chart 和 Sequence Function Chart)可以组态庞大的复杂的逻辑控制功能和庞大的批量(Batch)功能 操作站(HIS )此项目所提供的系统操作站采用的是世界一流品牌DELL计算机。并采用先 进的Windows XP作为操作平台。屏幕的分辩率是1280X1024，并具有256种颜 色的变化。它带有操作员键盘，鼠标，加有图形加速器的显示驱动

15、卡HIS是采 用Windows XP作为操作系统，这使市场上通用的商业数据库及通讯软件能在它 上面运转。EthernetEthernet在HIS的监视器上，操作员可以观察到所有挂在通信总线的各个设备状况， 甚至可以观察到控制站上的某一个I/O点的情况。屏幕的刷新速度快达1秒。HIS可以显示各种画面；如流程图、控制组、趋势等。它也可以监视设备， 通过指令窗口发送指令，记录报警及其它事项和确认报警。在HIS操作窗口的工具栏上，有过程报警指示和系统报警指示两个指示灯。 当报警产生时各自针对过程报警和系统报警发出报警信号。报警声音分为7种， 分别对应不同级别的过程报警和系统报警。在过程报警信息画面中可

16、显示最新生成的报警信息。每个HIS可存储的报警 信息量是根据HIS的硬盘空间大小而决定的，系统可自动定期导出报警信息到 EXCEL文件中，也可手动保存。HIS可显示系统状态画面，如果系统发生故障，系统通过自检测会产生系统 报警信息，同时在系统状态画面中可时实显示报警的具体设备的状态，显示故障 信息。方便维护人员维修。HIS的主要的特点如下：支持200,000个工位号支持2560个趋势点支持2500个流程窗口（包括流程图画面，控制组画面和总貌画面）5个重叠的操作窗口可以同时显示在一个画面上同时显示16个控制调整面板横河一个操作站HIS支持双显示屏连接，在一个操作站上同时可以在二个显示屏上显示不同

17、的窗口，以增加每个操作站的操作能力。Whole PlantWhole Plant操作员可以通过操作员站键盘或鼠标对连在HIS上的二个显示器上不同的 流程图，或控制面板或趋势图或报警信息进行操作。这样可以大大的提高一个 HIS的利用率，同时提高操作效率。横河电机的DCS系统自采用计算机技术以来就解决了中文输入的问题。由于 横河电机本身在日本做系统开发的过程中间就要解决英语操作系统，日语使用界 面问题。所以对横河的DCS产品来说，在YEWPACK时期就已经解决了跨语言问题。 所有在中国市场上销售的大规模DCS系统CENTUM-XL/CENTUM-CS/CENTUM-CS3000, 都具备中文显示的

18、能力，在这个问题上从来是得到中国用户的认可和好评。随着计算机水平的发展，横河DCS产品的汉字输入也一直在进步，输入越来 越快，越来越方便。横河的DCS系统中所有可以实现二次开发，由组态工程师输 入的部分，都可以依据用户的需要而直接输入汉字。例如：仪表注释；流程图画 面等供操作人员使用的界面中全部可以直接使用中文WINDOWS的汉字输入方法 调用中文WINDOWS的汉字字库，并在操作员站上做直接显示。DCS系统自动化结构：DCS系统配置主要基于功能分配，有层次的结构，既考虑到硬件的配置也考 虑到工程的便利。信号采集/转换，及过程控制/电厂各级管理生产/层次等组成 一个自动化金字塔型的结构。顺控与

19、相关的调节控制（电厂子系统或过程数据）结合成为整体组成为一个 功能组(FG)一作为自动化金字塔的中层。功能组的协调以达到全范围自动化的终极目标即单元级机组控制一作为自 动化金字塔型的结构的最高层。所有级别的工程结构允许DCS系统手动，半自动及自动化操作。现场控制站本投标书中所提供的现场控制站(FCS)是横河电机新一代的控制站。它集过 程控制功能、计算机和批量控制过程为一体。对过程数据采用循环扫描的方式， 每个功能块的循环扫描周期可以单独定义，从50ms到1s。控制站FCS所有的模件都采用集成度高、散热量低的固态电路以及表面封 装技术，防尘、抗干扰能力强，适合各种恶劣的运行环境。模件的编址与物理

20、位 置的对应关系简单明了，容易掌握。模件带电插拔不会引起本模件故障，也不会 影响其它模件的正常工作。模件插拔都有导轨和联锁装置，防止损坏或引起故障。 模件通用性强，种类规格少，有效地减少了备品备件的费用支出。FCU为现场控制站中央控制单元，在DCS领域率先采用了可靠性极高的 4个 CPU 的“ Pair & Spare” Fail Saf e” 结构设计， 实现了完全的容错冗余，解决了过去的单纯双重化方式下不能解决的问题。CP U硬件采用VR 5 4 3 2的RISC处理器，32MB误码校正存储器，可进行6 4位浮点运算。具有强大的控制运算功能。其可利用率高达7个9 (99.99999%)。控

21、制器冗余功能在左右两侧CPU模件内各有2个独立的CPU单元，4个CPU单元 同期运算，每侧将2个独立的CPU单元的运算结果进行一致性比较，如 果比较结果一致，则该侧控制器输出运算结果。这样有效地诊断出任何硬 件故障或随机性运算错误。阻止任何错误输出，并保证不间断地输出正确 的控制运算结果。主存储器采用高可靠性带误码校正功能的ECC存储器(RAM)，存储器 带有后备电池，即使DCS全部失电后，也可保证数据保存至少72小时不丢失； 控制器电源卡为1： 1冗余配置；电源掉电恢复后，处理器模件可自动恢复正常 工作，而无需运行人员的干预，更换电池不影响处理器模件的工作。容错冗余配置的处理器模件采用双重化

22、的双向交叉耦合并行通讯接口结构， 即控制单元与远程I/O的通讯接口为1： 1冗余，每个控制器的输出都连接到 两条通信总线上，充分保证了数据传输的可靠性。保证任何控制器的故障不会导 致通信总线冗余功能的缺失。通过远程I/O总线(ESB/ER Bus)实现I/O与控制器处理功 能分散，进一步提高了系统的可靠性。可以根据不同的需要选择各个控制及联锁逻辑控制回路的控制周期，扫描周 期分别为：基本1 0 0 0毫秒；高速5 0毫秒，10 0毫秒，2 0 0毫秒，500毫秒。控制器可组态的功能块一览连续控制功能块包括用于过程监视和控制的PID控制器，自整定PID-STC, 输入指示，软手操，信号选择器等顺

23、序控制功能块用于实现顺序安全联锁。工艺管理顺序控制和在回路仪表级实现通用顺序功能的顺序功能块。顺序控制的表达形式是顺控表或逻辑图。计算块计算功能是连续控制功能和顺序控制功能的补充。对模拟信号以及接点逻辑信号进行运算，也可提供高速的趋势功能块。仪表面板功能块一个仪表面板(单一工位)可以代表一个或多个功能块。可提供模拟， 顺序和混合型的仪表面板块。其他功能块顺序执行可以用顺序功能图(Sequence FunctionChart )来表示，这种功能块用SFC语言，符合IECSC65A /WG6标准SEBOL语言也可用于顺序控制。场控制站是一个具有被各工业用户证明得了可靠的控制站Centum CS 3

24、000 R3传承了整个Centum DCS系列高可靠性的特点，它的现场控制站是一个具有被各工业用户证明得了可靠的控制站由于现场控制器得处理器卡是用于控 制计算，所以横河提供得处理器卡是双 冗余结构以防止硬件故障而造成控制另外横河系统的每个处理器卡具有二 个CPU，从而可以检测到在计算过程中 的金昔误，以防止错误的数据被使用。(这 种成双成对的冗余结构我们叫Pair & Spare 结构FCS的特点：运用了 “成对冗余”的容错技术(Peer & Spare)，使CPU不仅能判断硬件故 障，还能判断软件故障可采用减少现场安装电线的远程I/O结点(Remote I/O Node)，该远程节点 可安装

25、与危险区域ZONE 2，和腐蚀性气体区域，符合ISA G3标准。分层设置的结构组态单元数据浮点计算技术顺控的描述技术强大的批量控制功能现场控制站的控制功能是分层结构，并被归类到控制区域，控制图表和功能 块。这一结构可应用于大规模的工程和复杂的控制应用。功能可在每一控制区域、 控制图或功能块中设置、添加、改变。在下列情况时，控制功能的分层与工厂组成是相似：控制站表示生产线每个控制站可扩展到15个控制区域(Node)，每个区域表示一个制造部分功能块代表一个控制回路现场控制站应用容量/台分项数据类型最大容量工位号原始工位元素/站2000功能块及自定义报警器/控制分区2500过程I/O模拟量输入/输出

26、点1280接点量输入/输出点4096通讯I/O数据组（以16位为单位）4000内部开关公共开关4000全局开关256输出信息报警器信息500打印输出信息400操作指导信息200任务请求信息200事件信息200控制功能控制图200高速趋势采集趋势点256子系统通讯功能与工厂各个子系统通讯采用安装在FCS插槽上的子系统通讯插卡，即可实现 Modbus协议下的RS485/RS422的串口通讯，每个子系统通讯插卡提供2个通讯 端口。端口可实现冗余。还可实现PROFIBUS-DP等多种通讯。SOE功能通过控制站上的SOE插卡可接受SOE信号，分辨率为1ms。网络(V net/IP)网络(V net/IP

27、)系统有一对冗余的Vnet/IP网过程控制网络。它是连接操作接面站，现场控 制站等元件的实时控制网络。采用符合IEEE802.3和UDP/IP标准的复用控制网 络V-Net/IP，控制网的传输速度高达1Gbps/S为了确保网络能够在最理想的状 态上运作，每个domain能支持64个站点。整个系统总共能有16个domain或 2 5 6个站点。jutPIMSpenmm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.FCSjutPIMSpenmm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.FCS这条控制总线集成了常规网络(以太网)的功能，又不失以

28、前的控制网(V-Net)的实时性，可靠性和稳定性。V-Net/IP中IP的含义为Internet Protocol.全称的含义为集成以太网的V网。数据传输数率达到最高IGbps具体技术规格如下：拓扑结构：星型结构传输数度：对横河的硬件，IGbps;常规以太网设备，100Mbps读写控制：全双工模式系统规模：64站/域总线配置：冗余结构控制通讯：同V-Net完全一致，使用YOKOGAWA协议开放通讯：TCP/IP协议网络设备：可以使用通用的的L2SW和L3SW电缆 ：CAT5e或高端UTP电缆，超长距离时使用单模光缆Vnet/IP网络的设计是星型结构，可靠性极高的控制网络.没有任何一段网 的单一

29、故障能影响到整个网络。另外，也没有任何网络元件上的单一故障能影 响到工作站。远程I/O网络远程I/O网络是连接现场控制站与I/O结点的冗余网络。它的传输距离最长 可 2 0km。5、系统接地说明系统接地分为功能接地与保护接地，但是由于通过电源模件，这两个接地实 质上已经连在一起了，所以在工程中可以不对它们进行区分。系统各接地线在机 柜内的接地铜板上用铜质螺栓紧固汇集后，把它们全部最终连至一根与机柜相连 的铜质接地棒上（在此我们称之为“交流地”）。所谓保护接地是指电源模件等设备的输入部分中的接地。在工程中从DCS的 供电单元（UPS）只需引进火线和零线。电源模件的220VAC电源输入线、24VD

30、C 供电设备（如工业以太网交换机等）的24VDC电源输入线，只需接入220VAC电 源的相线和中线或24VDC电源正线和负线。而输入部分中的地线（即保护地）则 接在DCS的交流地上。连接方法可以采用导线直接连接输入部分中的地端子和 DCS接地棒，或使用尽可能短的导线把地线用接地端子连接紧固在机柜的导轨上。 要求接地线截面积最小0.75mm2o功能接地包括以下几个方面：1）对用于驱动现场设备（如两线制变速器、调节阀、电磁阀、继电器等） 的外供24V直流电源的负端（在此我们称之为“直流地”）。直流地不必单独去 接地极，允许与交流地共同使用一个接地棒，要求接地线截面最小0.75mm2。2）系统的交流地与直流地在机柜内的接地棒上用铜质螺栓紧固汇集后，用 接地干线接至厂区的电气专业接地网，接地电阻小于4。3）如果独立设置接地系统（与电气专业接地网相距5m以上）的