Foxboro 公司 IA Series 系统简介

目录

1概述..........................................................................2

1.1开放型工业控制系统.....................................................2

1.2I/ASeries特点........................................................2

2I/ASeries网络结构............................................................5

2.1Mesh控制网络...........................................................5

2.2现场总线（Fieldbus）.........................................................6

2.3与信息管理网络连接......................................................6

3I/ASeries硬件结构.............................................................7

3.1控制网络的构成.........................................................7

3.2应用操作站处理机AW.......................................................7

3.3操作站处理机WP..........................................................10

3.4控制处理机CP............................................................12

3.5现场总线组件FBM........................................................14

3.6Modbus通讯接口组件...............................................15

3.7FF现场总线接口组件...................................................16

3.8PROF1BUS-DP通讯接口组件..........................................17

3.9HART通讯接口组件.................................................18

4I/ASeries软件结构...........................................................19

4.1操作系统软件.........................................................20

4.2综合控制软件.........................................................21

4.3人机接口软件.......................................................23

4.4批量工厂管理软件......................................................27

4.5组态软件..............................................................27

4.6过程报警..............................................................27

4.7历史数据库管理软件....................................................28

4.8操作员操作记录功能....................................................28

4.9应用开发环境.......................................................28

4.10操作安全措施..........................................................29

4.11先进控制软件APC...........................................................29

附录一现场总线组件一览表.....................................................30

附录二现场总线组件性能指标....................................................31

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1概述

I/AScries智能自动化系列是Foxboro为达到开放系统的目的，I/ASeries在硬

公司率先正式推出的新一代过程管理和控件、软件和通讯网络等方面均全而采用国际

制系统——开放型工业系统(OIS)。基于公认的标准。

SUNSPARC工作站的50系列和基于Intel

Pentium芯片的70系列产品,使I/ASeries•采用与UNIXSVR4完全兼容的

保持工业控制系统的世界领先地位。它采用Solaris操作系统以及WindowsXP

操作系统

UNIX或WindowsXP操作系统，可满足不

同用户的各种应用要求.•世界上第一个采用IEEE802标准

I/ASeries的推出极大地推动了从分布的工业控制系统，支持IEEE

控制系统向开放型信息系统的转化。802.3、802.4、RS485等标准，支

持EthernetTCP/IP协议

1988年底，第一套I/AScries系统正式

在中国工业现场安装并投入使用。截止到•支持OPC协议，采用C和

2004底为止，Foxboro公司己经在全世界销FORTRAN等高级编程语言，便于

软件资源的共享

售出约10000套I/ASeries系统，广泛地应

用于各种工业领域。在中国，已经有多

400•支持FF、Protibus、HART等现场

个用户的700多套装置选择了I/ASeries系总线标准

统。I/ASeries系列经过多年的实际运行考

验，发展到第八代版本，被世界公认为最成•I/ASeries的应用软件与硬件彼此

熟的真正的开放型工业系统之一。可以独立发展，不会因为软件的更

新换代而使现有的硬件失效

1.1开放型工业控制系统•与UNIX/WindowsXP兼容的第三

方软件或用户开发的应用软件，可

七十年代以来，随着以计算机为核心的

以不作修改或稍作修改即可移植

集散控制系统的出现，使自动化仪表向系统

应用于I/ASeries中

化、分散化、多样化和高性能化的方向产生

了一个质的飞跃。世界上各自动化仪表制造由于I/ASeries是完全采用国际标准的

商争相推出了各自的分布式控制系统。分布开放系统，它对第三方的标准产品是完全开

式控制系统所采用的硬件与软件具有相当放的。它是新一代开放式工业控制系统的标

的灵活性、通用性及易开发性，系统版本不志，具有广阔的发展前景。

断更新，发展甚为迅速，竞争十分激烈。

美国Foxbog公司着眼于未来，在19871.2I/ASeries特点

年推出了世界上第一个体现开放概念的超

I/AScries最大的特点是系统软件、硬件

越一般DCS的新一代工业控制系统——I/A

和通信系统都夹用开放型标准设计。

Series系统。

系统开放性

I/ASeries率先突破了封闭式发展的制

约，广泛地采用国际标准，其产品符合国际•硬件

标准化组织(ISO)提出的开放系统互连(OSI)I/ASeries四代兼容，从CISC技术到

参考模型。这样的系统允许将其它制造厂家RISC技术、从Intel处理机到UltraSPARC

的产品纳入自己的系统，也考虑到将未来的处理机，系统硬件与软件可以独立发展，实

新技术容纳到I/AScries中来。这样，随着现了“长寿命结构”的设计思想。

软硬件技术的不断发展，I/ASeries必将得到

通过系统软件版本升级的方式，己投运

进一步加强，这种全新的系统设计概念的已

的系统可以运行最新的软件版本，以随时吸

成为工业控制系统的发展方向。

收最新的技术，融合到现有的系统之中：不

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同系列的处理机也可以运行在同一网络上。警显示、组件状态(红)幻显示。专用的维护

这样充分地保护了用户的投资，彻底消除r操作软件还可以分析故障位置到每个I/O通

传统的DCS早买早淘汰的弊病。道，并对故障进行隔离，无需人工判断。各

种组件可以快速在线更换并自启动，无需人

•软件

工干预。

支持UNIX(Solaris)与WindowsXP操作

系统：采用C,FORTRAN等广泛应用的高•容错控制器与I/O组件

级编程语言：SQL关系型数据率和Informix、控制器采月比冗余更可靠的容错技术，

Lotus1-2-3等商用软件:并提供LPC、API确保每次输出布是正确的；驱动级的控制逻

和DDE等接口，以及与SAP、PI等数据库辑可驻留并运行在I/O组件(FBM)内。这种

的接口。配置确保了当两个容错的控制器同时发生

故障时，驻留在FBM内的控制算法能自动

•通讯

地切换至保持状态，使现场执行机构处于安

建立丁OSI模型上，符合IEEE的标准，

全的位置。

如IEEE802.3、IEEE1118、Ethernet。

・信号隔离

•一体化

每个FBM信道都具有单独的A/D和

通过标准的以太网接口与信息网络连

D/A转换器，并且全部为单通道变压器耦合

接，可传输实时数据、历史资料、报警信息、

和光电双重隔离，采用限流电路以防止现场

以及各种流程画面。

短路故障，无需保险丝，提高系统运行时间。

通过智能现场仪表(IFD)接口，实现与各

・矩阵式电源

种现场总线仪表的数字集成，从而实现了从

I/ASeries系统采用分散布置的矩阵式

生产管理信息网、生产控制网到现场测量的

电源，可分别接受两路独立的220Vac电源。

一体化管理。

由于采用适当的配置方式，可以做到任何一

路交流电源的故障不会影响I/ASeries系统

系统可靠性供电，只有当属于不同的交流电源的两个电

源组件同时故障时，才会影响到I/ASeries

•系统可靠性系统中的一个组件的供电。这种矩阵式的电

冗余的通信网络、冗余的供电系统、互源供电方式具有最高级的可靠性。

为备用的操作站、容错型控制处理机，以及

・在线维护与修改

采用高可靠性的表面安装SMT技术的输入/

输出组件，保证了系统连续正常运行。所有I/ASeries组件均可无扰动地在线

更换，无需切断电源，无需采用防静电措施。

・坚固可靠的系统硬件

I/ASeries可以在线修改控制组态和应用软

I/ASeries硬件具有多层面的环境防护

件，在线修改不会对系统产生任何扰动。

能力。所有的电子元器件都封装在组件中，I/A

无暴露的电子组件增强了硬件抗环境腐蚀Series还可以在线增加FBM卡件，无需系

和防静电能力。统停车。

组件的工作温度可高达70G远程I/O系统先进性

组件不但提高了信号传输中的抗干扰能力，

而目.有效地避免现场火灾对控制室的危险。•控制器

I/ASeries系统全部采用CMOS组件，具备包括自整定和多变量自整定等复

降低了功耗和发热，提高了可靠性。金屈传杂计算能力。采用AMD高性能处理器芯片

导散热和SMT技术减小了电路的尺寸，显组，处理能力高达10,000功能块/秒，最快

著地提高了设备的可靠性。功能块处理周期为50ms。

•系统自诊断•控制软件

所有组件都具有在线和离线自诊断程

集连续量、顺序量、梯形逻辑和批处理

序，可进行报警提示、报警打印、显示器报

控制功能为一体的综合控制软件。

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•I/O组件・远程诊断

I/O组件具备最快l()n】sPID调节功能和用于远程系统管理和系统诊断软件包，

为维护工程师和客户提供了一个高度安全

2ms顺序控制功能，SOE处理速度为lmsc

的远程访问系统的能力。它允许

•目标管理程序I/ASeries

维护人员在线地对操作员的操作进行不间

目标管理程序是控制访问被称之为目

断地诊断，并利用快速地访问过程和组

标(Object)的资料单元的子系统，它在应用PC

态显示画面、买时和历史及科。

程序与其所需资料之间充当接口。I/AScries

系统的资料是面向对象，目标名在系统数据•先进控制软件(APC)

库中是唯一的。目标管理程序始终监视着目Connoisseur先进过程控制软件是

标的位置，这样用户就可编写通过目标名米Foxboio体化集成解决方案的重要组成部

访问资料的应用程序，而不必关心资料的具分，通过采用匕常规控制更先进的过程控制

体物理位置。方法或手段以达到减小过程波动、降低生产

这种全新的、基于客户/服务器的系统结能耗、在线优化操作的目的，从而获取最大

构极大提高了系统的可靠性，降低了系统的的经济效益。

工程成本。特别是在大型的系统配置时，不Connoisseur是用于工业过程分析、控制

会造成系统性能的瓶颈，并制约系统的进一和管理，并具有约束控制/实时优化功能的基

步扩展。于模型的预测控制软件系统。Connoisseur

由离线工厂分析系统和在线_L厂实时优化

•灵活的离线/在线组态方式

控制系统构成.具有在线自适应、多模型切

控制组态和所有应用软件的生成后(例

换、模糊控制和神经元网络等功能，并提供

如控制方案、显示画面、趋势、历史数据库

PRBS工厂测试工具、LP实时在线优化器、

和报表组态等)可直接下载到I/ASeries系

GUI用户接口、ARE常规与APC安全、无

统上，无需进行编译或转换。这就为用户的

扰动切换接口等软件，构成完整的独立系

系统调试和运行维护提供了最大的方便，行

统。Connoisseur既可安装在I/AScries系统

省了工程成本。

中，也可安装在上位机上与其它DCS系统

计算机辅助设计工具FoxCAE可用于进行通讯。

系统工程设计。FoxDmw可绘制三维流程图

•现场总线协议

㈣面。FoxView可显示三维流程图画而。

支持FF、Profibus、HART、FoxCom等

•远程I/O现场总线。

I/ASeries系统所有的I/O组件都可以远

•与MIS/ERP系统联网

方安装。所有的组件都是智能的，具有自诊

通过标准的以太网接口，I/ASeries系统

断能力，其中一些组件可执行就地程序。具

可与MIS系统(例如Windows98.NT、2000、

有输入/输出的数字量组件可执行梯形逻辑。

XP、Novell等)和ERP系统(例如：SAP,

这不仅改善了梯形逻辑执行的速度，对一些

BAAN)实现实时和历史资料、流程画面的

重要的设备来说，在两个控制器同时故障时

双向传输。

仍可继续安全地运行，并且显著地减少了用

户的现场接线成本。•接地

系统要求独立接地，一般场合接地电阻

・汉化

要求V5C。

I/ASeries系统的显示画面和报表都实

现汉化，汉字数量与国标二级字库相同。

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2I/ASeries网络结构

I/ASeries系统的通讯网络是建立在国其新一代产品I/ASeriesV8.O0新产品秉承

际标准化组织(ISO)所定义的开发系统互联了I/AScries系统一贯的开放式结构，在支

(OSI)标准基础上的，并广泛遵循IEEE的各持原有产品的同时乂推陈出新，其主要的网

种规范。络结构采用Mesh控制网络。

Foxboro公司于2004年初正式对外发布

I/ASeriesSystemArchitecture

图2-1I/ASeries系统网络结构示意图

供了智能的数据路由选择

2.1Mesh控制网络

每个系统站所运行的软件都可管理冗

Mesh控制网络是一种基于正EE802.3u余Ethernet接口，以便对网络错误做出

及时的响应

(快速Ethernet)和IEEE802.3z(GBitEthernet)

标准的交换机Ethernet网络，其主要特性是：应用高速生成树协议(RSTP)管理冗余

路径，保证回路畅通，并为网络提供快

・系统具有强大的易伸缩性，通过以太网速的收敛时间

交换机的互联，可运用线形、环形、星

具有快速响应网络和系统站错误的能

形或倒挂树等网络技术连接各个I/A

力，提供了高可靠性的冗余网络

Series系统站

对所管理的交换机可通过就地接口进

・可最多连接1920个I/ASeries系统站

行网络管理与配置

•支持基于IEEE802.3标准的全双工运行

系统管理软件可监视Mesh控制网络的

的快速Ethernet(100Mbps)和吉比特

Ethernet(1Gbps),为有效的数据流量提状态，并管理系统内的所有设备

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Mesh控制网络提供冗余为数据路径，些组件可与控制处理机或运行I/AScries综

同时可排除单点故障，并在网络中任意两个合控制软件包的个人计算机连接。它们之间

设备或系统站之间提供多条通讯路径。的通讯是通过冗余的现场总线来完成的。

高速的Mesh控制网络结合了冗余、对现场总线支持高速Eihemei网。现场总

等通讯的特性，降低了网络的复杂性、成本线的传递媒体为光缆，通信方式为令牌传送

和设备的维修，因此具有很高的性能与利用方式，数据传输速率100Mbps,其最大距离

率。它将功能强大的控制站和操作站集成在为20公里。现场总线最多可下挂120块

lOOMb/lGbEthernet网络上，应用于过程监FBM,且支持远程I/O应用。

视和控制，并可与工业信息管理网络集成在

一起c2.3与信息管理网络连接

I/ASeries系统处理机组件通过Mesh控I/AScries系统与信息管理网络（例如

制网络相互连接，形成过程管理和控制节Novell,Windows98、NT、2000、XP,NPS）

点。每一组件也可通过一根或多根的通讯链通讯，连接方式：

路与外部设备或其它类型的组件相连。

•Ethernet接口----I/ASeries系统可通过

Mesh控制网络为DASeries系统中的各标准Ethernet接口直接与信息管理网络

个站（控制处理机、应用处理机、操作站处连接

理机等）之间，提供高速、冗余、对等的通

I/ASeries系统可通过AIM*OPC、

讯，从而具有优异的性能和安全性。

AIM*HistoriancXcccd等软件,不仅可以

2.2现场总线（Fieldbus）向MIS网络传埔实时数据和历史数据，而且

还可以传输各种流程控制画面，极大地提高

现场总线组件（FBM,即I/O卡件）为控

了管控一体化的实用性。

制处现机和现场传感器映行器提供接口，这

先进的趋势和分析

相同的操作显示

“2•*»•■-M

ASDesktop

答案集中应用！

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图2-2MIS网络上的PC终端接收I/ASeries系统信息示意图

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3I/ASeries硬件结构

3.1控制网络的构成应用处理机功能

控制网络连同与其相连的各个站构成一个□系统和网络管理功能

独立的通讯网络，其主要的处理机如下：应用处理机实现系统管理功能，包括收

集系统性能统厂；实现系统站资料的重新下

□应用操作站处理机(Application

载：存储过程操作信息、实时数据、历史数

WorkstationProcessor,简称AW)-

与大容量存贮器相连，存储系统信息和据：提供报文广播；处理所有站的报警与报

过程控制力.案与数据：以及可选地与信文,并在所有站中保持时间和H期的同步。

息网络(MIS)相连，提供双向的信息和应用处理机还支持系统组态功能(系统

图像的交换。组态、控制组态、显示组态、报警组态、历

史组态等)，为需要更多资源和更高性能的

□操作站处理机(WorksialionProcessor,

应用功能的开发和执行提供应用环境。应用

简称WP)——与显示器、工程师健盘、

处理机还可提供更为可靠的系统备份工作

操作员键盘和其它操作站设备相连，并

模式，并完成网络管理功能，包括涉及网络

可选地与信息网络相连，提供与其相连

的系统管理功能。

计算机上的X-window显示画面。

□控制处理机(ControlProcessor简称CP)□数据库管理

一可与i/ASeries现场总线组件和设数据库管理包括存储、操作和检索包含

名相连，完成用户定制的控制方案。系统接收和/或山系统产生的数据文件。应用

处理机采用工业标准INFORMIX-SQL关系

型数据库管理系统。

3.2应用操作站处理机AW□文件请求

每个应用处理机包含一个文件管理器，

应用操作站处理机具有应用处理机与

用于管理与应用处理机所连接的大容量存

操作站处理机的双重功能。

储器有关的所有文件请求。每个应用处理机

应用处理机的基本功能：亦支持一个远程文件系统，该系统允许某个

□作为应用处理机(计算机)站，完成站中的任务存取到另一个站中的文件中去。

了大量的计算和管理。

□历史数据

□作为文件服务器站，处理来自文件应用处理机可组态成包括历史数据库

服务器站本身或其他站的文件请管理软件功能。它可保持应用报文、连续值

求。用于应用处理机的大容量存储及断续值的历史数据，这些值可以代表任何

设备，包括软盘驱动器、硬盘驱动参数，如测量值、给定值、输出值和状态转

器、光盘驱动器和磁带驱动器。换。系统站将收集系统数据，并将其送入历

应用处理机和其他系统站(例如WP和史数据库中。另外历史数据库管理软件计算;

CP)协调工作，提供了数据输入/输出和操作和存储平均值、最大值、最小值以及其它导

出值的历史数据。这些信息可用于显示画

员接口的主要手段。一个较小的I/ASeries

系列可以使用单个应用处理机，而一个较大面、报表，并供应用程序进行存取。历史数

的系统可以由几个应用处理机组成，每个应据文件还可保存在软盘、光盘和磁带上。

用处理机可组态实现专门的功能。某些功能应用处理机可组态为保存错误、报警状

可以由各个应用处理机分别完戊，而其它的态以及选择的操作员操作动作的历史。通过

功能可以由同一个网络中的二个或多个应向一个或多个应用处理机发出定义文件的

用处理机共同来完成。报文，可以存诸其它站发生的错误、报警及

其他文件(以便以后查阅和分析)。

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□控制功能

□应用开发功能

应用处理机可通过控制处理机提供过

应用开发工具用于建立所有系统站的

科谕入;输出能力，一起实现控制功能。所有

程序。这些工具包括文件编辑、输入、解释、

输入/输出都是应用处理机与其它系统站之

翻译、连接、测试，以及使用编程语言编写

间可连续的参数。应用处理机可协调装置控

的维护程序：对所有站(操作站处理机，控

制功能，并将其它装置和生产控制的功能进

制处现机等)的程序开发均由应用处理机来

行合理地分配。

支持。

□图形显示支持汇编语言、FORTRAN和C语言程序可

应用处理机通过显示格式的储存和检应用了使用标准操作系统的应用处理机。这

索，提供对应用处理机中存储目标的存取，些工具包括文不编辑、调试程序、连接和编

以及存储在操作站处埋机中执行的任务等译程序以及执行统计功能。

来支持图形显示，应用处理机不仅存储信息

并为显示画面作文件管理，而且亦执行实现□用户应用程序执行

显示画面和趋势服务的程序。应用处理机还执行用户的应用程序。这

些可以是应用程序包，如特殊优化、测试数

□生产控制软件据收集、性能计算、专门数据整理程序或用

生产控制软件代表需要各种应用处理户已经开发的其它程序等。供用户使用的资

机资源的大量软件包，这些软件包有：源分配将随每台应用处理机而异。

・数据库管理系统

□诊断

•历史数据库管理软件

应用处理共采用三种诊断方式以检测

•数据验证软件

和/或查出故障。

•电子表格

・过程优化软件•通电自检

・物理性能库•运行时间和监视时钟检查

•数学库・离线诊断

・工厂生产模型

当应用处理机接通电源时，通电自检即

・批量工厂管理程序

自动启动。这些检查是对应用处理机的各个

生产控制软件的运行和性能是由应用功能部件按顺序进行测试。在应用处理组件

处理机组态来决定的。前端的红色和绿色指示灯LED将指出应用

处理机启动顺序的各个阶段的成功与否。在

□组态

通电自捡过程中检测到的任何故障信息，都

坟甲所指的组态是输入或诜择参数以

将由终端和打印机来显示和打印。

定义一个软件包做些什么或定义软件包环

境的过程。应用处理机利用提供组态参数的运行时间和监视时钟检查用于正常系

大容量存储器，以及执行一些组态程序来支统运行期间连续监视应用处理机运行功能。

持组态功能。借助于打印和显示的系统报文，操作员可得

知故障情况。

□支持功能离线诊断是临时装入系统，用于对各系

支持软件包括操作员“帮助”和电子文

统站和设备进行全面的测试和检查。使用离

件资科。操作员帮助(Help)提供了有关

线诊断，应用处理机中的一些可疑的故障能

Foxboro设备和软件包的在线信息,电子文件

被查出并被确定。

资料提供在线阅读，类似于传统的使用说明

书中信息的能力。

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应用操作站处理机AW田nJ选的40GB(EIDE)磁带机

的可选的Allen-Bradley®PKTX接口卡,

应用操作站处理机目前主要有两个系

可支持ABDataHighwayPlus™

列产品：AW70（WindowsXP操作系统）与

AW51F（Unix操作系统）。

应用操作站处理机具有很高的性能和

大容量存储设备的能力。对每种型号的应用

处理机，其应用范围从小型功能组（例如内

存映像存储、报警事件和历史数据）到大规

模应用（例如数据库管理和程序开发）。

（1）主要功能

AW执行与显示、生产控制、用户应用

程序、诊断和组态等有关的应用功能。AW

具有开发和执行需要扩展的数据处理和文

件服务能力的应用功能（Foxboro和第三方）。

AW处理本身或来自其它站的任务所需的

大容量存储文件中请。

AW与一个或多个存储设备（例如：硬盘

驱动器）一起使用，用于对其它站进行下载。

执行生产控制任务，例如电子表格和性能计

算。提供支持功能，如操作员HELP和电子

文件。另外还提供应用开发环境，例如编译

软件、连接软件和文木编辑软件。AW同时图3-1应用操作站处理机AW70

运行历史数据库管理软件和报表软件等应

用软件。

AW51F：

AW设计有SCSI与USB接口，提供了出采用SUN工作站，处理机芯片为Ultra

工业标准总线支持具有SCSI/USB兼容控制SPARCHERISC64位处理机，主频

器的外部设备（例如：大容量硬盘、读/写光650MHz

盘等）。相连的硬盘可组态成矩阵形式，以的内存为256MB,可扩展至2GB

达到最大的系统安全性和数据的可用性。

团80GB硬盘

（2）主要性能指标Rj644MBCD-ROM

由提供USB、SCSI-3,并行和串行接口，

AW70：可联结打印机、键盘等外围设备

出采用DELLPC工作站，处理机芯片为

由可联接两台19,、LCD或21"CRT,分辨率

Pcnlium4处理机，主频28GHz

为16（X）X1280

Ri512MBECCRAM,可扩展至4GB

的支持X-Window和OpenIx）ok功能

Rj80GB硬盘

Pi可选的40GB数字磁带机

RjDVD-RW（EIDE）

可选的CD-RW

出提供USB、SCSI-3、并行和串行接口，

可联结打印机、键盘等外围设备由可选的E（hemet/10Base-T接口，与MIS

网联接

由可联接两台19”LCD或21"CRT,分辨率

为1600X1280

RJ可选的Ethernet网络接口卡，支持

laiOO/IOOOBaseT接口，与MIS网联接

由可选的RAID硬盘

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3.3操作站处理机WP

操作站处理机和与它相连的外部设备

一起，为使用者与所有系统功能之间提供一

个人机界面，即作为系统与操作员之间的接

图3-2工程师键盘

u0它从应用处理机和其它系统站接受图形

和文本信息并产生视频讯号，在视频监视器