控制儀表及裝置第07章

控制儀表及裝置第七章集散控制系統(tǒng)第一節(jié)概述第二節(jié)集散控制系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)第三節(jié)TPS集散控制系統(tǒng)第四節(jié)PCS7過(guò)程控制系統(tǒng)第五節(jié)集散控制系統(tǒng)可靠性集散控制系統(tǒng)第一節(jié)概述>集散控制系統(tǒng)的發(fā)展歷程20世紀(jì)50、60年代，過(guò)程工業(yè)主要使用模擬式儀表，它們功能單一、控制精度不高。以后的DDC和SCC集中型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)能進(jìn)行復(fù)雜控制,但存在危險(xiǎn)集中的問題。1975年Honeywell推出了世界上第一套集散控制系統(tǒng)–TDC2000,實(shí)現(xiàn)了分散控制和集中操作與管理的功能,以后十年DCS不斷完善。20世紀(jì)90年代以來(lái)推出了以管控一體化為主要特征的DCS,隨著PLC和FCS技術(shù)的發(fā)展,DCS與PLC和FCS相融合的混合型分布式控制系統(tǒng)也已出現(xiàn)。>集散控制系統(tǒng)的特點(diǎn)功能齊全人機(jī)聯(lián)系完善可靠性高系統(tǒng)拓展靈活安裝調(diào)試簡(jiǎn)單集散控制系統(tǒng)的性能比常規(guī)儀表控制系統(tǒng)和集中型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)更為優(yōu)越,它的主要特點(diǎn)如下：CRT操作站管理計(jì)算機(jī)過(guò)程控制單元過(guò)程控制單元數(shù)據(jù)采集單元…集中操作與管理裝置分散控制裝置通信系統(tǒng)>集散控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與一般的局域網(wǎng)不同，集散控制系統(tǒng)中采用的通信網(wǎng)絡(luò)是用于生產(chǎn)過(guò)程的控制和管理，它具有下列特點(diǎn)：第二節(jié)集散控制系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)>通信網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)

1.實(shí)時(shí)性好，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快2.可靠性高3.適應(yīng)惡劣的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境>通信介質(zhì)1.雙絞線–最常用的通信介質(zhì)。2.同軸電纜–用于較高速率的數(shù)據(jù)傳輸。

3.光纜–不受電磁波干擾，廣泛應(yīng)用于集散系統(tǒng)。>網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

從站從站從站從站主站星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)站站站站站總線型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)環(huán)型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)站站站站站站通常有星型、總線型和環(huán)型及混合型：>網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議

通信協(xié)議以開放系統(tǒng)互連(OSI)參考模型為基礎(chǔ)，?；谖锢韺雍蛿?shù)據(jù)鏈路層而制定。數(shù)據(jù)鏈路層分為介質(zhì)訪問控制層(MAC)和邏輯鏈路控制層(LLC)。應(yīng)用最廣泛的通信協(xié)議是IEEE802系列，常用通信協(xié)議有：IEEE802.1局域網(wǎng)概述、體系結(jié)構(gòu)；IEEE802.2邏輯鏈路控制；IEEE802.3

總線網(wǎng)的MAC與物理層標(biāo)準(zhǔn)；IEEE802.4令牌總線網(wǎng)的MAC與物理層標(biāo)準(zhǔn)；IEEE802.5令牌環(huán)網(wǎng)的MAC與物理層標(biāo)準(zhǔn)；IEEE802.11無(wú)線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)；IEEE802.15短距離無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等。第三節(jié)TPS集散控制系統(tǒng)萬(wàn)能工作站UWS萬(wàn)能操作站US新型萬(wàn)能操作站UXS應(yīng)用模件AM新型應(yīng)用模件AXM連接器CG、PLCG網(wǎng)絡(luò)連接器NG全方位萬(wàn)能操作站GUS高速通路連接器HG網(wǎng)絡(luò)接口模件NIM基本控制器BC多功能控制器MC先進(jìn)多功能控制器AMC數(shù)據(jù)高速通路口DHP擴(kuò)展控制器EC增強(qiáng)型操作EOS基本操作站BOS過(guò)程接口單元PIU通用計(jì)算機(jī)接口GPCI邏輯管理器LM先進(jìn)過(guò)程管理器APM故障安全控制管理器FSC過(guò)程管理器PM高性能過(guò)程管理器HPMDECVAX計(jì)算機(jī)AXP計(jì)算機(jī)管理計(jì)算機(jī)歷史模件HM工廠信息網(wǎng)(PIN)局域控制網(wǎng)(LCN)萬(wàn)能控制網(wǎng)(UCN)基本系統(tǒng)(BASIC)高速通路指揮器HTD數(shù)據(jù)高速通路DHTPS系統(tǒng)基本構(gòu)成圖>系統(tǒng)構(gòu)成>分散過(guò)程控制裝置

分散過(guò)程控制裝置包括連接在

DH

上的BC、EC、MC、AMC

和連接在

UCN

上的

PM、APM、HPM、LM和FSC。過(guò)程管理器PM

基本構(gòu)成：由過(guò)程管理模件PMM和IO

子系統(tǒng)組成。PMM包括通信處理器和調(diào)制解調(diào)器、I/O鏈路接口處理器以及控制處理器三部分。I/O

子系統(tǒng)由雙重冗余的

I/O鏈路和最多40個(gè)I/O處理器組成。完成I/O處理、各種控制和報(bào)警任務(wù)通信處理器和調(diào)制解調(diào)器(M68000)I/O鏈路接口處理器(80C51)控制處理器(M68000)PMM高電平

模擬輸入處理器16低電平模擬輸入處理器8低電平多路轉(zhuǎn)換器32智能變送器接口處理器16模擬輸出處理器8脈沖輸入處理器8數(shù)字輸入處理器32數(shù)字輸出處理器16至遠(yuǎn)處I/O處理器光纜I/O鏈路I/O子系統(tǒng)(80C31)過(guò)程管理器結(jié)構(gòu)UCN輸入輸出處理功能由不同類型的I/O卡實(shí)現(xiàn)，有8種類型：高電平模擬輸入處理器、低電平模擬輸入處理器、低電平多路模擬輸入轉(zhuǎn)換器、智能變送器接口處理器、模擬輸出處理器、數(shù)字輸入處理器、數(shù)字輸出處理器）和脈沖輸入處理器。功能：輸入輸出處理、控制和報(bào)警功能?？刂乒δ苡羞B續(xù)控制、邏輯控制和順序控制幾種，這些控制功能是由PMM中各種類型的功能槽slot完成。一個(gè)slot稱為一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)。類型包括常規(guī)PV、常規(guī)控制、數(shù)字復(fù)合、邏輯、過(guò)程模件、數(shù)值、狀態(tài)標(biāo)志和定時(shí)點(diǎn)。報(bào)警功能中的參數(shù)包括報(bào)警類型、報(bào)警限值和報(bào)警優(yōu)先。類型有絕對(duì)值、偏差與速率報(bào)警；限值有上限、下限、上上限、下下限等；報(bào)警優(yōu)先級(jí)有三個(gè)。先進(jìn)過(guò)程管理器APM

APM具有與PM相似的結(jié)構(gòu)形式，但在I/O接口、控制功能、內(nèi)存容量和CL語(yǔ)言等方面都較PM有很大改進(jìn)。APMM由先進(jìn)通信處理器和調(diào)制解調(diào)器、先進(jìn)I/O鏈路接口處理器和先進(jìn)控制處理器三部分組成?；緲?gòu)成：先進(jìn)過(guò)程管理模件APMM和I/O子系統(tǒng)。I/O子系統(tǒng)由11種I/O處理器組成，比PM多了數(shù)字輸入事件順序、串行設(shè)備接口和串行接口三種處理器。功能：輸入輸出處理和控制功能。輸入輸出功能比PM增加三個(gè)功能：數(shù)字輸入事件順序、串行設(shè)備接口、串行接口。共有12種數(shù)據(jù)點(diǎn)，比PMM多了設(shè)備管理點(diǎn)、數(shù)組點(diǎn)、時(shí)間變量點(diǎn)和字符串點(diǎn)四種。高性能過(guò)程管理器HPM

HPM是APM更新產(chǎn)品，采用兩個(gè)68040處理器作為通信處理器和控制處理器,80C32作為I/O鏈路接口處理器。與APM相比，HPM在輸入輸出處理功能和控制功能方面有所提高：

HPM的I/O處理器的類型也比PM多了三種，但是它的輸出通道有所增加。

HPM的常規(guī)控制點(diǎn)算法比APM增加了三種，分別是乘法器/除法器、帶位置比例的PID和常規(guī)控制求和器。邏輯管理器LM

主要用于邏輯控制，它具有PLC的優(yōu)點(diǎn)。由于它直接掛在UCN網(wǎng)上，故可與網(wǎng)絡(luò)上其他模件PM、APM、HPM等進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，使PLC和DCS有機(jī)結(jié)合，能集中顯示、操作和管理。基本構(gòu)成：由邏輯管理模件

LMM、控制處理器和

I/O鏈路處理器及I/O模件組成。功能：LM以數(shù)據(jù)點(diǎn)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)順序控制和緊急聯(lián)鎖等功能。共有9種數(shù)據(jù)點(diǎn)：數(shù)字輸入點(diǎn)、數(shù)字輸出點(diǎn)、模擬輸入點(diǎn)、模擬輸出點(diǎn)、數(shù)字復(fù)合點(diǎn)、鏈接點(diǎn)、狀態(tài)標(biāo)志點(diǎn)、數(shù)值點(diǎn)、時(shí)間點(diǎn)。其功能同PM基本相同。邏輯管理模件LMM控制處理器I/O鏈路處理器并行I/O模件最大點(diǎn)數(shù)2048邏輯管理器LM串行連接模塊SLM串行I/O模件最大點(diǎn)數(shù)2040并行連接驅(qū)動(dòng)模塊PLDM冗余UCN邏輯管理器結(jié)構(gòu)

故障安全控制管理器FSC

FSC是一種具有高級(jí)自診斷的生產(chǎn)過(guò)程保護(hù)系統(tǒng)，其容錯(cuò)安全停車系統(tǒng)用于保護(hù)生產(chǎn)裝置和操作人員的安全。作為UCN的節(jié)點(diǎn)，可與PM和LM通信，也可經(jīng)網(wǎng)絡(luò)接口NIM與LCN上的歷史模件HM和應(yīng)用模件AM交換信息。FSC安全管理模件FSC-SMM冗余UCNFSC控制器控制處理器I/O模件通信模件FSC用戶操作站現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備FSC網(wǎng)絡(luò)基本構(gòu)成：包括FSC安全管理模件和FSC控制器：故障安全控制管理器安全管理模件允許FSC通過(guò)串行通信鏈路與UCN設(shè)備進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，或經(jīng)NIM與LCN上的模塊進(jìn)行通信。功能：聯(lián)鎖控制、停車控制和裝置的整體安全控制?？刂铺幚砥鲌?zhí)行邏輯圖組態(tài)的控制程序，并將結(jié)果傳到輸出接口。它對(duì)FSC硬件進(jìn)行連續(xù)測(cè)試,一旦發(fā)現(xiàn)故障，診斷信息立即通過(guò)SMM在操作站上報(bào)告，確保過(guò)程的安全控制、系統(tǒng)擴(kuò)展的控制以及過(guò)程設(shè)備的診斷。I/O模件連接各種數(shù)字量和模擬量信號(hào),所有的I/O模件與現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)之間都采用光隔離。故障安全I(xiàn)/O模件支持系統(tǒng)的自診斷功能，用于安全檢測(cè)和控制。通信模件：一是FSC網(wǎng)絡(luò)的通信模件,通過(guò)它可與其他FSC系統(tǒng)進(jìn)行通信。二是FSC用戶操作站通信模件,允許用戶在操作站上對(duì)FSC的參數(shù)及其屬性進(jìn)行組態(tài)。>集中操作管理裝置

集中操作管理裝置包括BOS、EOS、US、UXS、UWS、GUS、以及AM、AXM和HM。萬(wàn)能操作站USUS是LCN網(wǎng)上的模件，是TPS系統(tǒng)中主要的人機(jī)界面。它提供了綜合性的單一窗口?；緲?gòu)成：由硬件和軟件兩部分組成：硬件包括主機(jī)、彩色CRT顯示器、操作員/工程師鍵盤、軌跡球、鍵鎖和外圍設(shè)備等。軟件有兩類：一類是操作員屬性的系統(tǒng)軟件,另一類是工程師系統(tǒng)軟件。操作員屬性功能監(jiān)視和控制生產(chǎn)過(guò)程,包括啟停車；處理報(bào)警和操作員信息；顯示和打印過(guò)程歷史數(shù)據(jù)、趨勢(shì)、平均值、值班記錄等；歸檔歷史數(shù)據(jù)；監(jiān)視和改變?cè)O(shè)備的狀態(tài)；從歷史模塊或軟磁盤中加載操作程序和數(shù)據(jù)庫(kù)等。功能：提供不同的功能畫面以完成相應(yīng)的操作：過(guò)程工程師屬性功能除具有操作員屬性功能外,還增加了系統(tǒng)組態(tài)，數(shù)據(jù)點(diǎn)建立，用戶圖形建立，自由格式報(bào)表建立，控制語(yǔ)言程序的編寫、編譯和裝載功能。維護(hù)工程師屬性功能提供了系統(tǒng)維護(hù)主菜單,可顯示維護(hù)建議畫面、相關(guān)信息畫面、故障設(shè)備錯(cuò)誤信息和過(guò)程連接裝置狀態(tài)。US、UWS和UXS性能比較US與UWS：UWS

工程師鍵盤比US

多了17個(gè)特殊功能鍵，且未帶LED顯示和可組態(tài)功能，它的驅(qū)動(dòng)裝置一般配置兩個(gè)軟盤和兩個(gè)硬盤，另外還可帶矩陣打印機(jī)。

UWS的主要功能與US相同，它具有過(guò)程工程師功能、維護(hù)工程師功能和過(guò)程管理工程師功能。US與UXS：UXS是US的改進(jìn)型，帶有工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)處理器，采用改進(jìn)型高分辨率CRT。除具有過(guò)程人機(jī)接口的功能外，還具有基于Unix操作系統(tǒng)的工廠網(wǎng)外設(shè)信息通信接口功能,并可實(shí)現(xiàn)X-windows環(huán)境下的系統(tǒng)操作功能,用戶可通過(guò)它將第三方計(jì)算機(jī)與系統(tǒng)連接。全方位萬(wàn)能操作站GUSGUS是較新的操作管理站，兼有操作員站和工程師站兩種功能，是采用WindowsNT操作系統(tǒng)的TPS節(jié)點(diǎn)之一。基本構(gòu)成：GUS構(gòu)成與US類似，由主機(jī)、顯示器、鍵盤、外設(shè)等組成，但它是雙處理器結(jié)構(gòu)，有兩塊主機(jī)板。GUS除配置操作員鍵盤外，還有PC標(biāo)準(zhǔn)鍵盤及鼠標(biāo)。

GUS采用Uniformance集成軟件，主要有商業(yè)應(yīng)用軟件、過(guò)程歷史數(shù)據(jù)庫(kù)和桌面辦公軟件三部分。功能：GUS繼承了US的顯示、操作、過(guò)程組態(tài)等全部功能，同時(shí)提供了先進(jìn)的視窗式人機(jī)接口技術(shù)，通過(guò)窗口管理軟件SafeView，實(shí)現(xiàn)對(duì)顯示環(huán)境的管理，可選定每屏的窗口數(shù)、窗口位置、窗口移動(dòng)的限制等。應(yīng)用模件AMAM是具有高級(jí)控制和計(jì)算算法的LCN模件?；緲?gòu)成：包括微處理器卡、LCN接口卡、LCN輸入輸出卡以及存儲(chǔ)器卡等部分。AM具有適應(yīng)各種機(jī)型的軟件,除了AM系統(tǒng)的軟件之外，還具有基于DEC公司VAX計(jì)算機(jī)的、PC的和Macintosh計(jì)算機(jī)軟件。功能：包括控制、計(jì)算以及通信功能。其控制功能也是由各種類型的數(shù)據(jù)點(diǎn)來(lái)完成的。包括：常規(guī)點(diǎn)、旗標(biāo)點(diǎn)、數(shù)字點(diǎn)、時(shí)間點(diǎn)、計(jì)算點(diǎn)、開關(guān)點(diǎn)和用戶數(shù)據(jù)段。

AM起著特殊的網(wǎng)絡(luò)溝通作用，與三條網(wǎng)絡(luò)LCN、UCN和DH上的所有設(shè)備均有聯(lián)系。AXM性能優(yōu)于AM,用雙重處理器,可帶浮點(diǎn)處理硬件,RISC協(xié)處理器用于與UNIX系統(tǒng)連接。軟件環(huán)境是OpenUSE。歷史模件HMHM是大容量存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件和歷史數(shù)據(jù)。基本構(gòu)成：HM的構(gòu)成和AM類似，其硬件組成包括：LCN接口、微處理器和存儲(chǔ)器。HM的存儲(chǔ)器分為冗余的單驅(qū)動(dòng)和雙驅(qū)動(dòng)，不冗余的單驅(qū)動(dòng)和雙驅(qū)動(dòng)四種組合類型。

功能：用于存儲(chǔ)三種信息：過(guò)程歷史數(shù)據(jù)（連續(xù)的過(guò)程瞬時(shí)值或平均值、過(guò)程事件、系統(tǒng)事件、日志等）、應(yīng)用軟件（用戶文件、系統(tǒng)組態(tài)文件、應(yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù)文件、用戶圖形、控制語(yǔ)言程序等）、系統(tǒng)軟件（支持系統(tǒng)正常工作的軟件）。>通信網(wǎng)絡(luò)

通信網(wǎng)絡(luò)包括數(shù)據(jù)高速通路(DH)、局域控制網(wǎng)(LCN)、萬(wàn)能控制網(wǎng)(UCN)和工廠信息網(wǎng)(PIN)。數(shù)據(jù)高速通路DHDH是TPS

基本系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)，用于早期分散控制裝置間的信息傳遞。它采用總線型結(jié)構(gòu)和廣播式通信協(xié)議，傳輸速率為

250kb/s，由高速通路指揮器

HTD來(lái)指揮各模塊間的信息傳遞。LCN是一種高速局域控制網(wǎng)，通信系統(tǒng)由同軸電纜、連接器、終端連接器以及LCN接口板組成。通信鏈路還包括LCN和DH間接口HG、LCN與UCN間接口NIM以及計(jì)算機(jī)連接器CG等。采用兩條冗余的同軸電纜，傳輸速率為5Mb/s，采用IEEE802.4通信協(xié)議。局域控制網(wǎng)LCN萬(wàn)能控制網(wǎng)絡(luò)UCNUCN是一個(gè)過(guò)程控制級(jí)網(wǎng)絡(luò)，由冗余的同軸電纜組成，長(zhǎng)度通常為800米。網(wǎng)絡(luò)通信采用IEEE802.4協(xié)議，令牌總線存取方式，通信速率為5MB/s。網(wǎng)間接口模件NIM網(wǎng)絡(luò)接口模件NIM是LCN網(wǎng)和UCN

網(wǎng)之間的連接器。它負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)間通信技術(shù)及協(xié)議的相互轉(zhuǎn)換,為L(zhǎng)CN網(wǎng)上的模件訪問UCN網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的數(shù)據(jù)提供了可能。高速通路連接器HG

是LCN

網(wǎng)與DH

網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)接口，不僅擔(dān)負(fù)著LCN和DH之間的通信任務(wù),還要提供DH的數(shù)據(jù)管理功能。此外，HG還有診斷、報(bào)警和時(shí)間同步等功能。>系統(tǒng)組態(tài)

組態(tài)是用系統(tǒng)提供的功能模塊或算法組成所需控制結(jié)構(gòu),完成所需功能。有系統(tǒng)設(shè)備組態(tài)、控制組態(tài)和畫面組態(tài)。系統(tǒng)設(shè)備組態(tài)DCS中的所有設(shè)備，都是網(wǎng)絡(luò)上的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，必須為這些節(jié)點(diǎn)分配網(wǎng)絡(luò)地址，這就是系統(tǒng)設(shè)備的組態(tài)。它是系統(tǒng)操作、管理、查詢、診斷和維護(hù)的基礎(chǔ)，分兩個(gè)層次進(jìn)行，先是集中操作管理層設(shè)備組態(tài)，再是分散過(guò)程控制層設(shè)備組態(tài)。集中操作管理層設(shè)備組態(tài)該層組態(tài)包括系統(tǒng)取名、節(jié)點(diǎn)組態(tài)和系統(tǒng)通用信息的確定等。分散過(guò)程控制層設(shè)備組態(tài)該層組態(tài)包括節(jié)點(diǎn)登記和節(jié)點(diǎn)特性組態(tài)?？刂平M態(tài)控制組態(tài)為控制站建立各類模塊，包括輸入/輸出模塊，運(yùn)算模塊，連續(xù)/邏輯/順序控制模塊和程序模塊，并將它們組成所需的控制回路。控制組態(tài)方式：分為填表組態(tài)、語(yǔ)言組態(tài)和圖形組態(tài)。圖形組態(tài)是常采用的組態(tài)方法,它采用圖形模塊與窗口參數(shù)相結(jié)合的方式,它的基本圖素是輸入、輸出、運(yùn)算、控制等功能模塊。組態(tài)時(shí)先從模塊庫(kù)中調(diào)出所需的模塊，然后進(jìn)行模塊間的連接，最后調(diào)出該模塊的參數(shù)窗口，用戶只要在這個(gè)有輸入項(xiàng)含義提示的相關(guān)菜單中，直接送入數(shù)據(jù)和變量，最終構(gòu)成所需的控制系統(tǒng)。

。

各種功能模塊的圖形組態(tài)順序?yàn)橄容斎?輸出模塊，再運(yùn)算模塊和控制模塊：輸入/輸出模塊的組態(tài)包括定義輸入/輸出數(shù)據(jù)點(diǎn)的位號(hào)和對(duì)點(diǎn)的描述，確定模塊在系統(tǒng)中的位置和確定數(shù)據(jù)點(diǎn)的各項(xiàng)特性。

運(yùn)算模塊組態(tài)先調(diào)出所需的算法模塊，然后單擊該模塊框圖，打開參數(shù)表窗口，逐項(xiàng)填寫。主要內(nèi)容包括位號(hào)、算法名稱、所在控制網(wǎng)絡(luò)的位置、輸入和輸出信號(hào)以及相應(yīng)的運(yùn)算常數(shù)。

控制模塊組態(tài)分為連續(xù)控制、邏輯控制和順序控制。連續(xù)控制模塊組態(tài)以常規(guī)PID控制模塊為核心，結(jié)合運(yùn)算模塊和輸入/輸出模塊，即可構(gòu)成單回路或復(fù)雜控制回路。見下例：邏輯控制模塊組態(tài)

有梯形圖、邏輯圖和指令表三種：梯形圖組態(tài)方式是先調(diào)出觸點(diǎn)、線圈和元件，再進(jìn)行觸點(diǎn)、線圈和元件之間的連線，并填寫觸點(diǎn)名。邏輯圖組態(tài)方式是先調(diào)出邏輯模塊，再進(jìn)行模塊之間的連線，并填寫輸入或輸出變量名。指令表組態(tài)方式是將邏輯圖或梯形圖用相應(yīng)指令來(lái)描述，形成指令表或程序。該方式因缺乏直觀性，較少采用。

順序控制模塊組態(tài)順序控制是按照時(shí)間順序、邏輯順序或混合順序逐步進(jìn)行各階段信息處理的控制方法。在順序控制中兼有連續(xù)控制、邏輯控制和輸入

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輸出監(jiān)控的功能，在PM中,實(shí)現(xiàn)一般的順序控制可通過(guò)各類數(shù)據(jù)點(diǎn)的組合使用加以實(shí)現(xiàn)。CL編程與程序模塊組態(tài)CL（ControlLanguage）語(yǔ)言是TPS系統(tǒng)的控制語(yǔ)言，供用戶自行編制專用的應(yīng)用程序，以實(shí)現(xiàn)常規(guī)控制點(diǎn)無(wú)法完成的控制任務(wù)。CL包括CL/AM、CL/PM(APM、HPM)、CL/MC(AMC)，是一種面向過(guò)程的高級(jí)控制語(yǔ)言，其語(yǔ)法和功能類似于高級(jí)算法語(yǔ)言；提供了各種基于過(guò)程的語(yǔ)句，如OPEN或CLOSE（開或關(guān)閥門），ON或OFF（通或斷設(shè)備）；還提供了功能齊全的算式、邏輯關(guān)系式和函數(shù)等。畫面組態(tài)畫面組態(tài)是指操作站、管理站、工程師站及簡(jiǎn)易型操作終端的畫面組態(tài)。包括用戶流程編制、歷史數(shù)據(jù)生成以及自由格式報(bào)表編制等內(nèi)容。用戶流程編制-流程畫面形式和流程圖編輯：流程畫面形式：靜態(tài)畫面、動(dòng)態(tài)畫面和上述畫面的合成。流程圖編輯：用線和實(shí)體畫基本圖形，作子圖，在圖中加字符和數(shù)據(jù)并賦予條件，加趨勢(shì)、棒圖等。

歷史數(shù)據(jù)生成歷史數(shù)據(jù)是趨勢(shì)顯示和編制報(bào)表的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。用HM作為系統(tǒng)的硬盤，存儲(chǔ)歷史數(shù)據(jù)和其它的過(guò)程或系統(tǒng)數(shù)據(jù)。自由格式報(bào)表編制自由格式報(bào)表是一幅132×66的畫面，分成6屏，它是子圖、文字、變量值等的組合。自由格式報(bào)表比標(biāo)準(zhǔn)格式報(bào)表更靈活，信息量更大。第四節(jié)PCS7過(guò)程控制系統(tǒng)>系統(tǒng)概述

SIMATICPCS7是一種新型過(guò)程控制系統(tǒng)。它提出了一種全集成自動(dòng)化（TotallyIntegratedAutomation,TIA）理念，具有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理、通信和組態(tài)功能。PCS7采用了TIA系列的標(biāo)準(zhǔn)硬件和軟件，基本部件包括自動(dòng)化系統(tǒng)、分布式I/O、操作員站、工程師站和通信網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)由PROFIBUS-DP總線和工業(yè)以太網(wǎng)兩級(jí)網(wǎng)絡(luò)組成。DP總線用于自動(dòng)化系統(tǒng)和設(shè)備級(jí)分散I/O之間通信，是系統(tǒng)底層控制網(wǎng)絡(luò)。工業(yè)以太網(wǎng)連接分散過(guò)程控制裝置和集中操作管理裝置，構(gòu)成系統(tǒng)上層網(wǎng)絡(luò)。AS-iProfibus-PAProfibus-PAProfibus-PAEthernetOS-LAN工業(yè)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)化系統(tǒng)AS414-3等工程師站ESOS單站OS服務(wù)器容錯(cuò)自動(dòng)化系統(tǒng)AS414-4H等操作管理裝置歸檔服務(wù)器OS客戶機(jī)管理計(jì)算機(jī)分布式I/OET200分布式I/OET200故障安全自動(dòng)化系統(tǒng)AS414FH等分布式I/OET200DP/PA鏈接器DP/PA鏈接器DP/PA鏈接器DP/AS-i鏈接器過(guò)程控制裝置PCS7系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

>分散過(guò)程控制裝置

PCS7分散過(guò)程控制裝置包括三種類型的自動(dòng)化系統(tǒng)和分布式I/O。標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)化系統(tǒng)包括AS414-3、AS416-2、AS416-3和AS417-4。其中AS414-3適于小型應(yīng)用，其余用于中等規(guī)模或更大的系統(tǒng)。該由機(jī)架、電源模塊（PS）、中央處理單元（CPU）和通信處理器（CP）構(gòu)成。容錯(cuò)自動(dòng)化系統(tǒng)容錯(cuò)自動(dòng)化系統(tǒng)可以滿足高可靠性的要求，它包括AS414-4-1H、AS417-4-1H、AS414-4-2H和AS417-4-2H等四種類型的產(chǎn)品。故障安全自動(dòng)化系統(tǒng)故障安全系統(tǒng)不僅可檢測(cè)過(guò)程中的故障,而且還可檢測(cè)系統(tǒng)內(nèi)部故障，在檢測(cè)錯(cuò)誤時(shí),

自動(dòng)將裝置設(shè)置到一個(gè)安全狀態(tài)?；贏S414H和AS417H的故障安全自動(dòng)化系統(tǒng)（F/FH系統(tǒng)）將工廠自動(dòng)化和安全功能組合到單一系統(tǒng)之中。分布式I/OET

200M

是主要的分布式

I/O產(chǎn)品，與PCS7的自動(dòng)化系統(tǒng)一起用于過(guò)程控制。它由電源模塊、接口模塊和I/O模塊組成，均可實(shí)現(xiàn)冗余配置。

電源模塊用于供電，有不同的輸入電壓/電流可供選擇。接口模塊實(shí)現(xiàn)PROFIBUSDP連接。ET200M包含S7-300系列的各種I/O模塊，最多8個(gè)，用于連接傳感器和執(zhí)行器。所有I/O模塊都與背板總線光學(xué)隔離。除標(biāo)準(zhǔn)I/O模塊外，還有一些專用I/O模塊。ET200M可用于標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境，也可用于防爆2區(qū)。其它分布式I/OET200iS是具有本安性能的I/O產(chǎn)品，防護(hù)等級(jí)IP30，可以直接安裝在防爆1區(qū)或2區(qū)中，傳感器/執(zhí)行器置于0區(qū)。每個(gè)模塊都可在防爆環(huán)境中熱插拔。ET200S是一種新型產(chǎn)品，防護(hù)等級(jí)IP20，適用于需要故障安全電機(jī)啟動(dòng)器的場(chǎng)合。也支持模塊的熱插拔，但它的I/O模塊比ET200iS豐富，除模擬量和數(shù)字量I/O模塊以外，還包括電機(jī)起動(dòng)器、氣動(dòng)模塊等。ET200X具有較高的防護(hù)等級(jí)IP65/67,適于無(wú)控制柜場(chǎng)合的多功能解決方案。其

I/O模塊與ET200S類似。>集中操作管理裝置

PCS7的集中操作管理裝置由操作員站和工程師站組成。操作員站OS是PCS7

系統(tǒng)的人機(jī)接口,用于生產(chǎn)過(guò)程的操作和監(jiān)視。有單用戶系統(tǒng)（OS單站）和具有客戶機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)的多用戶系統(tǒng)（OS客戶機(jī)/OS服務(wù)器）。單用戶系統(tǒng)所有過(guò)程操作和監(jiān)視都集中在一個(gè)站中,OS單站通過(guò)RJ

45端口可與OSLAN相連，也可通過(guò)通信處理器或標(biāo)準(zhǔn)LAN卡接入工業(yè)以太網(wǎng)。多用戶系統(tǒng)通過(guò)OSLAN從一個(gè)或多個(gè)OS服務(wù)器接收數(shù)據(jù)，它還具有客戶機(jī)功能,能訪問系統(tǒng)中其它OS服務(wù)器上的數(shù)據(jù)。操作員站采用WinCC組態(tài)軟件，能完成從畫面顯示到歷史趨勢(shì)記錄的一系列功能，并可設(shè)置操作權(quán)限。工程師站ES工程師站用于對(duì)整個(gè)PCS7系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)。它采用和操作員系統(tǒng)的OS單站相同的硬件以及Windows2000

操作系統(tǒng),

可通過(guò)多屏圖形卡將最多四個(gè)過(guò)程監(jiān)視器連接在一起來(lái)擴(kuò)展工作區(qū)，使得組態(tài)更為方便。ES軟件為PCS7系統(tǒng)的所有部件提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理和組態(tài)工具，包括連續(xù)功能圖CFC、順序功能圖SFC、功能塊庫(kù)、硬件組態(tài)工具HWConfig、OS圖形組態(tài)軟件、過(guò)程設(shè)備管理器PDM等部分。CFC/SFC都是圖形組態(tài)工具,前者以功能塊為基礎(chǔ),主要用于連續(xù)過(guò)程的控制組態(tài)，后者用于順序控制。HWConfig和PDM是硬件組態(tài)工具，用于自動(dòng)化系統(tǒng)、操作員站、工程師站、通信網(wǎng)絡(luò)及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的組態(tài)。>通信網(wǎng)絡(luò)PCS7

的通信系統(tǒng)包括工業(yè)以太網(wǎng)和現(xiàn)場(chǎng)總線。工業(yè)以太網(wǎng)用于自動(dòng)化系統(tǒng)與操作員站、工程師站之間的數(shù)據(jù)通信，現(xiàn)場(chǎng)總線連接自動(dòng)化系統(tǒng)和分布式I/O，用于現(xiàn)場(chǎng)控制及檢測(cè)采集單元的數(shù)據(jù)交換。工業(yè)以太網(wǎng)工業(yè)以太網(wǎng)連接分散控制裝置和操作管理裝置。網(wǎng)絡(luò)可采用總線型、星型、環(huán)型等多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，較大的系統(tǒng)均采用冗余光纖環(huán)網(wǎng)。通信協(xié)議符合IEEE802.3及IEEE802.3u標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)電氣交換機(jī)和光纖交換機(jī)連接子網(wǎng)，最多可連接1000個(gè)站。通信距離可達(dá)1.5公里(電纜)/200公里(光纖)。三線電纜、工業(yè)用雙絞線和光纜均適宜作為傳輸介質(zhì)。現(xiàn)場(chǎng)總線PCS7系統(tǒng)使用PROFIBUSDP、PA和AS-I等現(xiàn)場(chǎng)總線。PROFIBUSDP適用于自動(dòng)控制系統(tǒng)和設(shè)備級(jí)分散I/O之間通信。PROFIBUSDP網(wǎng)絡(luò)包括由DP主站、從站和DP/PA、DP/AS-i等鏈接器。網(wǎng)絡(luò)可采用總線型、星型和樹型等多種結(jié)構(gòu)。主站和從站之間采用輪循的通信方式，最多可連接125個(gè)從站,傳輸速率可設(shè)置在9.6Kbit/s到1.5Mbit/s之間。通信介質(zhì)包括光纖和屏蔽兩線電纜。通信距離最遠(yuǎn)可達(dá)9.6公里(電纜)/90公里(光纖)。PROFIBUSPA是專為過(guò)程自動(dòng)化設(shè)計(jì)的本質(zhì)安全的傳輸技術(shù)，一根總線上可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)供電和信息傳輸,符合IEC1158-2中規(guī)定的通信規(guī)程，可實(shí)現(xiàn)總線供電和本質(zhì)安全防爆。PA拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括總線型、星型和樹型。在防爆區(qū)每個(gè)DP/PA鏈路最多可連接15個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，非防爆區(qū)最多可達(dá)31個(gè),通信介質(zhì)采用屏蔽兩線電纜實(shí)現(xiàn)。通信距離可達(dá)1.9公里。AS-I是直接連接現(xiàn)場(chǎng)傳感器和執(zhí)行器的總線系統(tǒng)。作為電纜束的替代品,AS-I總線利用無(wú)屏蔽兩芯電纜連接現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。AS-i總線網(wǎng)絡(luò)為單主站系統(tǒng),拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括總線型、星型和樹型。一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的AS-i總線系統(tǒng)可以最多連接31個(gè)從站,每個(gè)從站可最多配置4路輸入和4路輸出。經(jīng)擴(kuò)展，系統(tǒng)可連接62個(gè)從站。通信距離可達(dá)100米(無(wú)中繼器)/500米(有中繼器)。>系統(tǒng)組態(tài)

包括硬件組態(tài)、控制組態(tài)

和

畫面組態(tài)。組態(tài)軟件采用“SIMATICMANAGER”套件。硬件組態(tài)硬件模塊上跳線、開關(guān)、量程卡等的設(shè)定，并根據(jù)這些設(shè)定通過(guò)

ES

軟件中的

HWConfig

對(duì)系統(tǒng)硬件進(jìn)行初始化定義。硬件組態(tài)是一種圖形化的組態(tài)方式，其所有模塊都已作為標(biāo)準(zhǔn)化的軟件嵌入到控制技術(shù)庫(kù)中，只需連接到過(guò)程流程中進(jìn)行圖形化顯示即可。組態(tài)完成后，下載到相應(yīng)的過(guò)程控制站?？刂平M態(tài)第一種為CFC，主要用來(lái)實(shí)現(xiàn)閥門控制、電機(jī)控制和測(cè)量點(diǎn)監(jiān)控等功能。組態(tài)以功能塊為基礎(chǔ)，每個(gè)功能塊都有一個(gè)參數(shù)表，可根據(jù)實(shí)際工藝要求選擇不同的參數(shù)，功能塊在CFC中的連接直接用鼠標(biāo)器點(diǎn)接。主要有兩種功能不同的控制實(shí)現(xiàn)方法：另一種為SFC，主要實(shí)現(xiàn)順序控制。首先畫出順控的順序圖?？蛇x擇順序、并行分支、交替分支和回路等局部結(jié)構(gòu)。圖中用大小兩種方塊分別表示步驟(Step)和轉(zhuǎn)移條件(Transition)。順控的順序圖一旦建立，只需把步驟中要執(zhí)行的任務(wù)和轉(zhuǎn)移條件中的條件寫入，順控的組態(tài)任務(wù)即得到完成。PCS7

中還可采用結(jié)構(gòu)化編程語(yǔ)言

(SCL)

編寫功能模塊,把過(guò)程的數(shù)學(xué)模型和優(yōu)化控制策略編成功能塊,供調(diào)用。這是PID功能的組態(tài)實(shí)例，該功能是在CFC中完成的。串級(jí)控制模塊的組態(tài)第四節(jié)集散系統(tǒng)的可靠性集散系統(tǒng)的可靠性通常包含兩層意思：其一是指系統(tǒng)在規(guī)定條件下和規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力，其二是指故障發(fā)生后通過(guò)維修使系統(tǒng)恢復(fù)工作的能力。>可靠