日本横河CSDCS系统结构及硬件介绍学习教案

会计学1日本横河CSDCS系统结构及硬件介绍主要内容横河DCS及其发展历程CS3000系统结构CS3000硬件组成HISCSESVnet-IPCS3000系统特点第1页/共52页横河DCS系统及其发展历程第2页/共52页横河DCS系统发展史第二代CENTUM

CENTUM-VCENTUM-XLCENTUMCSCENTUMCS1000/3000第一代CENTUM197519811984198819931998CENTUM已经发展成为真正意义上的开放系统世界上第一台DCS第3页/共52页CS3000的位置第4页/共52页横河DCS的主要应用行业化工石化电力冶金第5页/共52页CS3000系统结构第6页/共52页CS3000基本构成第7页/共52页CENTUMCS3000系统概貌（Vnet/IP）FieldnetworkPRM（工厂资源管理）GSGW通用子系统网关PLCExaopcENGFFCS-LHISCS3000onVnetCSOPCServerCS10001000MbpsVnet路由器modbusPLC第8页/共52页CS3000系统规格CENTUMCS3000能够根据控制对象即装置规模，灵活地构建从小规模到大规模的系统。第9页/共52页系统介绍

系统构成规模(FIO)紧凑型FCSHISVnet4-20mA热阻,热偶,脉冲

数字量

最新的现场网络技术FOUNDATIONFieldbusPROFIBUSHARTPLC’s以太网通讯

PLC’s串行通讯合理的费用.FCS软件.带有操作和构成功能的软件的PC.通用PC可在本地采购CPU,电源,网络都可双重化FFCS最大480点模拟量I/O最大1920点数字量I/O最大4000点子系统

I/O最小系统构成VnetFFCSFCSEthernetHISoooEthernetooooooHIS和FCS数量最多可达到512个。

为减小网络负荷，分配成多个控制域。

系统最大工位

(PID,顺控表等等)最大1,000,000个.对于过程I/O不需要进行单独定义最大的系统构成

(经过实际测试)FCS最多1280模拟量

I/O

最多4096数字量

I/O

最多4000子系统

I/O

最多128FF段每段最多

48I/O点域连接FFCS最多480模拟量I/O

最多1920数字量I/O

最多4000子系统

I/O

最多64FF段，每段最多48I/O点最大系统构成第10页/共52页CS3000硬件组成第11页/共52页HIS

人机接口站的构成第12页/共52页人机接口HIS人机接口包括操作站及工程师站。主要用来操作和监视过程变量、控制参数及报警信息等。主要由通用PC机、VF701卡、操作员键盘组成。HIS命名规则为：HIS域号站号。其中域号设置与FCS相同。站号为01-64间的数字。一般操作站从64号开始递减设置。如HIS0164表示01域的64号操作站。域号和站号一经设置就不能改变。压缩CS3000系统共配置了5台操作站HIS0160-HIS0164。其中HIS0160-HIS0163为操作员站、HIS0164为工程师站。地址设置：HIS在接入V-NET网前必须事先正确地设置好地址。其硬件地址是用VF701卡上的DIP开关来设定的。详见网络介绍部分第13页/共52页HIS基本构成品牌PC机（推荐DELL、HP、IBM）显示器：22”CRT/19”LCD总线槽路：PCI总线Ethernet网卡：10M/100M自适应网卡操作系统:WINDOWSXP应用软件：Office/XP横河产品操作员键盘：AIP827-2Vnet/IP接口:VI701网卡（PCI）标准监视/操作软件可选监视/操作功能扩展软件工程组态软件操作员键盘（可选）第14页/共52页FCS现场控制站的构成第15页/共52页第16页/共52页供电单元CPU卡ESBBUS接口卡电源分配板Vnet/IP接口8

个FIO插槽

FFCS-L(AFV10)外形1#------8#槽位第17页/共52页第18页/共52页FFCS-L(双重)有4个1000BASE-TI/FCPU(左)CPU(右)总线1总线2总线1总线2

Vnet/IP的FFCS-L接口第19页/共52页FIO:Max.8总节点最多

15个(本地+远程)本地最多10个ESB总线达6个

模块达8个模块CP451CP451PW48XPW48XVnet/IPFFCS-LCP451CP451PW48XPW48XEC401EC401SB401PW48XPW48XSB401SB401PW48XPW48XSB401FFCS-L

最低配置

最高配置

FFCS-L配置正常为3个以下，如果订购了LFS1530应用能力扩展软件包，可以扩展到15个。第20页/共52页总节点最多

15个(本地+远程)本地最多10个ESB总线达6个

模块达8个模块Vnet/IPCP451CP451PW48XPW48XEC401EC401SB401PW48XPW48XSB401SB401PW48XPW48XSB401FFCS-L

FFCS-L配置1.本地节点连接：当连接一个本地节点到FCU（现场控制单元）时，FCU上必须安装ESB总线耦合器模块（EC401）。EC401必须安装在第7插槽和第8插槽。如果是单ESB总线，EC401必须安装在第7插槽同时第8插槽必须为空。2.远程节点连接：当连接一个远程节点到FCU时，FCU上必须安装ER总线接口模块（EB401）,单卡工作时，要安装在奇数编号的插槽内，且相邻的偶数插槽为空；冗余使用时，相邻的奇偶槽安装。第21页/共52页远程节点本地节点ESB总线Vnet/IPCP451CP451PW48XPW48XEC401EC401SB401PW48XPW48XSB401

FFCS-L配置EC401:ESB总线接口（PCU侧）SB401:ESB总线接口（I/O插件箱侧）EB401:ER总线接口（FCS侧）EB501:ER总线接口（远程节点侧）SB401PW48XPW48XSB401SB401PW48XPW48XSB401EB401EB401EB501PW48XPW48XEB501EB501PW48XPW48XEB501第22页/共52页ESB/ER总线型控制站ESB：连接FCU和本地节点的可以双重化的通信总线介质:专用电缆距离:10米(专用电缆)速度:128Mb/sER：通过安装在本地节点上的ER总线接口模块与远程节点相连接的可以双重化的高速通信总线。介质:同轴电缆距离:185米(细缆),500米(粗缆),2000米(EB402通讯卡、SwitchHUB、双绞线), 广域以太网(微波等设备)。速度:10Mb/sVnet/IP模拟量I/OESBbus开关量I/OYS100，PLC，FF-H1etc.FFCS-L子系统FIOERbusLocalNode本地节点FIORemoteNode远程节点！！远程节点只能和本地节点进行连接，不能和控制器直接进行连接第23页/共52页整体连接示意图第24页/共52页I/O模块第25页/共52页模拟输入输出模块信号模块名称输入输出点数AAI141模拟输入模块（4～20mA,非隔离）16AAV141模拟输入模块（1～5V,非隔离）16AAV142模拟输入模块（-10～10V，非隔离）16AAI841模拟输入输出模块（4～20mA输入，4～20mA输出，非隔离）8入8出AAB841模拟输入输出模块（1～5V输入，4～20mA输出，非隔离）8入8出AAV542模拟输出模块（-10～10V，非隔离）16AAI143模拟输入模块（4～20mA,统一隔离）16AAI543模拟输出模块（4～20mA,统一隔离）16AAV144模拟输入模块（-10～10V，统一隔离）16AAV544模拟输出模块（-10～10V，统一隔离）16AAT141热电偶/mV输入模块（热电偶：JISR,J,K,E,T,B,S,N/mV:-100～150mV,统一隔离）16AAR181热电阻输入模块（热电阻：JISPt100W,统一隔离）12AAI135模拟输入模块（4～20mA,分别隔离）8AAI835模拟输入输出模块（4～20mA,分别隔离）4入4出AAT145热电偶/mV输入模块（热电偶：JISR,J,K,E,T,B,S,N/mV:-100～150mV,分别隔离）16AAR145热电阻/滑线电阻输入模块（热电阻：JISPt100W/滑线电阻：0～10kW,分别隔离）16AAP135脉冲串输入模块（脉冲数计数:0～10kHz,分别隔离）8AAP149脉冲串输入模块，PM1兼容模块（脉冲数计数:0～6kHz,非隔离）16AAP849脉冲串输入/模拟输出模块，PAC兼容模块（脉冲数计数输入，4～20mA输出,非隔离）8入8出第26页/共52页数字输入输出模块信号模块名称输入输出点数ADV151数字输入模块（24VDC）32ADV551数字输出模块（24VDC）32ADV141数字输入模块（100～120VAC）16ADV142数字输入模块（220～240VAC）16ADV157数字输入模块（24VDC压紧端子专用型）32ADV557数字输出模块（24VDC压紧端子专用型）32ADV161数字输入模块（24VDC）64ADV561数字输出模块（24VDC）64ADR541继电器输出模块（24～110VDC/100～240VAC）16第27页/共52页通信模块信号模块名称输入输出点数ALR111串行通信模块（RS-232C,无顺序，1200bps～115.2kbps）2口ALR121串行通信模块（RS-422/RS-485,无顺序，1200bps～115.2kbps）2口ALE111Ethernet通信模块1口ALF111FoundationFieldbus（FF-HI）通信模块（31.25kbps）4口第28页/共52页AAI841模拟量卡件：8入8出4-20mA输入，4-20mA输出非隔离模拟卡件。第29页/共52页AAI841跳线设置设置开关在卡件的侧面第30页/共52页I/O卡件安装注意事项冗余卡件：奇数槽位+偶数槽位的安装方式例如：1、2槽冗余，3、4槽冗余，5、6槽冗余安装在每个FCS里的通讯卡ALR111、ALR121、ALP111和ALF111模块，每个FCS最多安装16个（冗余的为8个）。EB401单卡工作时，将其安装在奇数位插槽中，右侧槽位保留为空。EC401冗余使用时，安装在第7及第8插槽，单卡工作时，安装在第7插槽，右侧槽位保留为空。ALR111:串行通信模块（RS-232C,无顺序）,2口ALR121:串行通信模块（RS-422/RS-485,无顺序）,2口ALF111:FoundationFieldbus（FF-HI）通信模块，4口ALP111:Profibus通信模块 1口第31页/共52页I/O卡件安装注意事项卡件的安装位置原则上没有受到限制，但由于一些卡件需要DCS向外提供电源，因此在安装上要考虑电源的合理分配。分配原则如下：ANB10S(D)、ANR10S(D):

安装B类模块系数之和<=100AFV10S:

安装A类模块系数之和+安装B类模块系数之和<=85AFV10D:

安装A类模块系数之和<=20;安装A类模块系数之和+B类模块系数之和<=65AFV10S:现场控制单元AFV10D:双重化现场控制单元ANB10S/ANB10D:单/双ESB总线本地节点ANR10SANR10D：单/双ER总线远程节点第32页/共52页分类模块型号系数备注单个使用双重化使用A类ADV869（ST5）3—数字量I/O卡兼容ST5（32入32出，隔离，每16路公用一个COM端）ADV169（ST6）ADV569(ST7)3—数字量输入卡兼容ST6（64通道，隔离，每16路公用一个COM端）AAV54424电压输出模块（16通道，隔离，-10V～10V）EB40112ER总线连接模块AAI8411624模拟量输入输出卡件（4～20mA输入/8通道，4～20mA输出/8通道，非隔离）B类AAB841(MAC2/VM2)917模拟量输入输出卡件（1～5V输入/8通道，4～20mA输出/8通道，非隔离）AAI1411616电流信号输入卡件（4～20mA，16通道，非隔离）AAI1432024电流信号输入卡件（4～20mA，16通道，隔离）AAI5432024电流信号输出卡件（4～20mA，16通道，隔离）AAP1351616脉冲串输入模块（8通道，脉冲数计数:0～10kHz,分别隔离）AAP849917脉冲串输入/模拟输出模块，PAC兼容模块（8入8出，脉冲数计数输入，4～20mA输出,非隔离）AAI1351212模拟输入模块（8通道，4～20mA,分别隔离）AAI8351219模拟输入输出模块（4入4出，4～20mA,分别隔离）ASI1332233电流输入模块（8通道，4～20mA，隔离，内置隔离栅）ASI5331726电流输出模块（8通道，4～20mA，隔离，内置隔离栅）AST143510模拟输入模块（16通道，TC:B,E,J,K,N,R,S,T;mV:-100～150mV,-50～75mV,内置隔离栅隔离）ASR13336模拟输入模块（8通道，RTD:2,3,4线制；Pt50/100/200/500/1000;Ni100/200/120;POT:3线制,0～10k欧姆，内置隔离栅隔离）ASD143612数字量输入模块（16通道，内置隔离栅隔离）ASD5332538数字量输出模块（8通道，内置隔离栅隔离）其他其余模块00

第33页/共52页卡件的安装位置从左侧起，依次为：1#槽位，2#槽位，…，8#槽位。第34页/共52页练习如下一台AFV10D的现场控制单元的配置，计算容量系数。PW48XPW48XADV869ADV169CP451CP451ADV569ADV151AAI543AAI143AAI543AAI143冗余冗余计算容量系数：AAI143(B类,24),AAI543(B类,24),ADV151(其他,0)ADV569(A类,3),ADV169(A类,3),ADV869(A类,3)B类模块之和=24+24=48A类模块之和=3+3+3=9<

20B类+A类=57<65ANB10S(D)、ANR10S(D):安装B类模块系数之和<=100AFV10S:安装A类模块系数之和+安装B类模块系数之和<=85AFV10D:

安装A类模块系数之和<=20;

安装A类模块系数之和+B类模块系数之和<=65符合系统要求。第35页/共52页系统硬件状态指示灯含义一、主控单元CP401HRDY-硬件状态自检指示灯。自检正常时灯亮，否则灯灭。RDY-单元状态指示灯。当软硬件均正常时灯亮，否则灯灭。CTRL-控制状态指示灯。当主控器处于控制状态时灯亮，备用时灯灭。COPY-数据复制指示灯。当主控器处于数据复制状态时灯亮，不复制时灯灭。RCV12-接收状态指示灯。当主控器通过BUS1/BUS2从V-NET网正常接收数据时12灯均亮，不接收时灭。SND12-发送状态指示灯。当主控器通过BUS1/BUS2向V-NET网正常发送数据时12灯均亮，不发送时灯灭。第36页/共52页系统硬件状态指示灯含义二、电源模块PW482SYS-+5V输出指示灯。当+5V输出正常时灯亮，否则灯灭。FLD-+24V输出指示灯。当+24V输出正常时灯亮，否则灯灭。三、ESB总线耦合单元EC401RCV-通讯指示灯。当EC401从节点单元接收数据时灯闪亮，否则灯灭。SND-通讯指示灯。当EC401向V-NET网发送数据时灯闪亮，否则灯灭。第37页/共52页系统硬件状态指示灯含义四、ESB总线从接口模块SB401STATUS-模块状态指示灯。模块正常时灯亮，否则灯灭。SEL-通讯指示灯。向I/O模块发送数据期间灯闪亮，否则灯灭。RSP通讯指示灯。从I/O模块接收数据期间灯闪亮，否则灯灭。五、I/O模块STATUS-模块状态指示灯。模块正常时灯亮，否则灯灭。ACT-执行状态指示灯。当处于执行状态时灯亮，备用时灯灭。DX-配置状态指示灯。当模块处于冗余配置时灯亮，处于单个配置时灯灭。第38页/共52页系统硬件状态指示灯含义六、通讯模块ALR121STATUS-模块状态指示灯。模块正常时灯亮，否则灯灭。ACT-状态指示灯。处于控制状态时灯亮，等待时灯灭。DX-配置状态指示灯。当模块处于冗余配置时灯亮，处于单个配置时灯灭。RCV1-接收状态指示灯。接收RS1时灯闪亮，等待时灯灭。SND1-发送状态指示灯。发送RS1时灯闪亮，等待时灯灭。RCV2-接收状态指示灯。接收RS2时灯闪亮，等待时灯灭。SND2-发送状态指示灯。发送RS2时灯闪亮，等待时灯灭。第39页/共52页系统硬件状态指示灯含义七、V-NET接口卡VF701RCV1-接收状态指示灯。接收BUS1时灯闪亮，等待时灯灭。SND1-发送状态指示灯。发送BUS1时灯闪亮，等待时灯灭。RCV2-接收状态指示灯。接收BUS2时灯闪亮，等待时灯灭。SND2-发送状态指示灯。发送BUS2时灯闪亮，等待时灯灭。第40页/共52页网络第41页/共52页CS3000网络在CS3000中，使用两种网络：V网Ethernet第42页/共52页V-NET网V-NET网是实时控制系统总线，实现FCS与HIS间实时数据的传输，采用总线式网络结构。其冗余控制总线BUS1、BUS2均采用10BASE-2同轴电缆，网络中不用的端口须装50欧姆终端电阻。FCS与HIS的具体连接如图所示。FCS与HIS在V-NET网上的网络地址确定规则为：

172.16.域号.站号。其中：172：系统固定使用。

16：表示总线类型是控制总线。不能更改。域号和站号软件组态是在用户创建相应站时指定，该地址必须与用户设定的该站硬件地址相一致。如FCS0101在V-NET网上的IP地址为：172.16.1.1。

HIS0164在V-NET网上的IP地址为：172.16.1.64。

第43页/共52页Ethernet以太网Ethernet以太网是用来连接操作站、工程师站及上位机系统，对各站间数据进行等值化处理。FCS与HIS在Ethernet网上的网络地址确定规则为：

172.17.域号.站号。其中：172：系统固定使用。

17：表示总线类型是以太网。不能更改。域号和站号软件组态是在用户创建相应站时指定，该地址必须与用户设定的该站硬件地址相一致。如FCS0101在Ethernet网上的IP地址为：172.17.1.1。

HIS0164在Ethernet网上的IP地址为：172.17.1.64。第44页/共52页VI702网卡设置域号设定开关：域号的设定范围为1-161012345678域号5位总为0奇校验位低位高位奇校验位：奇数个1，开关设定为0偶数个1，开关设定为1域号12345678910111213141516Bit10010110011010010Bit20000000000000000Bit30000000000000000Bit40000000000000001Bit50000000111111110Bit60001111000011110Bit70110011001100110Bit81010101010101010第45页/共52页VI702网卡设置站号设定开关：站号的设定范围1-641012345678站号7位奇校验位低位高位站号12345678910111213141516…6364Bit10010110011010010…10Bit2000000000000000001Bit3000000000000000010Bit4000000000000000110Bit5000000011111111010Bit6000111100001111010Bit7011001100110011010Bit8101010101010101010第46页/共52页控制站站号设定（CP451卡）域号设定开关：域号的设定范围为1-1610123456785位域号总为0奇校验位低位高位域号12345678910111213141516Bit10010110011010010Bit20000000000000000Bit30000000000000000Bit40000000000000001Bit50000000111111110Bit60001111000011110Bit70110011001100110Bit81010101010101010第47页/共52页站号设定（CP451卡）站号设定开关：站号的设定范围为1-6410123456787位站号奇校验位低位高位站号12345678910111213141516…6364Bit10010110011010010…10Bit2000000000000000001Bit3000000000000000010Bit400000