第二節(jié)分散控制系統(tǒng)的主要硬件

--10-其次節(jié) 分散掌握系統(tǒng)的主要硬件統(tǒng)具有不同的設計思想，因此其硬件的構造上也有很大的差異。就是對于一個具體的分散掌握系統(tǒng)來說，其硬件涉及的技術范圍也很廣，構造也格外簡單。所以本節(jié)從構成分散掌握系統(tǒng)的用于電廠功能的主要三大功能硬件設備：過程掌握設備、人機接口設備、系統(tǒng)通信設備著手，對分散掌握系統(tǒng)的硬件功能與其構造做分析和介紹。一、過程掌握設備1。過程掌握設備的功能在分散掌握系統(tǒng)中，過程掌握設備是最基層〔直接掌握級〕的自動化設備，它承受來自現(xiàn)場的各種檢測儀表〔如各種傳感器和變送器〕傳送的過程信號，對過程信號進展實時的數(shù)據(jù)采集、噪聲濾除、補償運算、非線性校正、標度變換等處理，并可按要求進展累積量的計算、上下限報警以及測量值荷包徑直向通輸出驅動現(xiàn)場執(zhí)行機構的葛洪掌握信號，實現(xiàn)對生產過程的數(shù)字直接掌握，滿足生產中連續(xù)掌握、規(guī)律控制、挨次掌握等的需要。過程掌握設備還具有承受各種手動操作信號，實現(xiàn)手動操作的功能。在分散掌握系統(tǒng)的應用中，用于過程掌握級的設備有兩類品種：一是分散掌握系統(tǒng)自身的“現(xiàn)場掌握〔PLC、可編程調整器等。一般的這些獨立產品都是一些通用型的設備，通過特地的接口與分散掌握系統(tǒng)連接，并實現(xiàn)其功能。而自身的現(xiàn)場掌握單元，是指分散掌握系統(tǒng)與現(xiàn)場關系最親熱，最靠近生產現(xiàn)場的掌握裝置。是屬于分散掌握系統(tǒng)的系列產品，不同的分散掌握系統(tǒng)生產廠家，對自己系統(tǒng)中的過程掌握設備取有獨特的名稱，如根本掌握器、多功能掌握器等等。表2—1列出了幾個用于電廠的典型分散掌握系統(tǒng)的過程掌握設備，其名稱無一一樣，下面將通稱為“現(xiàn)場掌握單元場掌握單元是一個以微處理器為核心的、按功能要求組合的，各種電子模件的集合體，并配以機柜和電源等而形成的一個相對獨立的掌握裝置。表2-1 典型系統(tǒng)的過程掌握設備廠 商Bailey ControlsWestinghouseLeeds&NorthrupSiemensFoxboroHITACH

系統(tǒng)名稱INFI-90WDPFMAX-DNATeleperm-XPI/A HIACS-3000

過程掌握設備名稱ProcessControlUnit〔過程掌握單元〕DistributedProcessingUint〔分布式處理單元〕RemoteProcessUnit〔遠程處理單元〕AutomationSubsystem〔自動子系統(tǒng)〕掌握處理機和現(xiàn)場掌握模件HISEC-04M/L,M/F高性能掌握器2?，F(xiàn)場掌握單元在構造尺寸、輸入輸出的點數(shù)、掌握回路數(shù)目、承受的微處理器、設計的模件、實現(xiàn)的掌握算法等各方面I/O通道、以微處理器為核心的功能模件等幾局部組成，我們在此分I/O模件。功能模件功能模件是現(xiàn)場掌握單元的核心模件，是I/O模件的上一層智能化模件。它通過現(xiàn)場掌握單元的內部總線與各種I/O模件進展信息交換，實現(xiàn)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集、儲存、運算、掌握等功能。功能模件一般由中心CPUROMRAM2-1所示。圖2-1 功能模件的根本組成A〕CPUCPU是功能模件的處理指揮中心。它在晶振時鐘、內部定時器、存儲器、中斷掌握器的協(xié)作下，負責現(xiàn)場掌握單元的總體運行和掌握。即按預定的周期、程序和條件對相應的信號進展處理、運算，對功能模件和其它模件進展操作掌握和故障診斷。為保證系統(tǒng)的牢靠性，CPU1：1冗余配置。為了提高功能模件的數(shù)據(jù)處理力量，縮短工作周期，很多系統(tǒng)的功能模件還配有浮點運算處理器〔協(xié)CPU〔CPCPU的工作效率。ROM只讀存儲器〔ROMI/O程序、時鐘掌握程序、引導程序、系統(tǒng)組態(tài)程序、模件測試合資診斷程序等支持系統(tǒng)運行的固定程序。固ROM中的程序保證了系統(tǒng)一旦上電，CPU就能投入正常有序的工作之中。著功能的增加，程序量的加大，ROM的容量也在不斷提高。RAM隨機存儲器〔RAM報警限值、手動操作值、整定參數(shù)、掌握指令等可在線修改的參數(shù)，為程序運行供給存儲實時數(shù)據(jù)和計算中間變量的必要空間。RAM中。因此，RAM的一局部也可作為程序工作區(qū)。RAM是一種易失性存儲器，其最大的缺點是電源中斷后內部所存儲的信息會全部喪失，為此，工程快速恢復正常運行起著極為重要的作用。模件總線CPU的掌握和協(xié)調下使模件構成一個具有設定功能的有機整體。I/OI/OI/O模件，它所使用的總線信號比功能模件〔CPU〕I/O模件所必需的數(shù)據(jù)線、地址線和掌握線。通信接口通信接口用來實現(xiàn)功能模件與系統(tǒng)數(shù)據(jù)高速大路、冗余功能模件等的連接。數(shù)據(jù)高速大路上的信息是以位串行方式傳送的，信息格式一般由標志段〔即同步信號、地址段、數(shù)據(jù)信息段和檢驗段等局部組成。而功能模件內的總線是以并行方式傳送信息數(shù)據(jù)的，因此，通信接口在此具有并行數(shù)據(jù)串行化、串行數(shù)據(jù)并行化、治理編制信息的插入和刪除、奇偶校驗和檢錯等功能。當信息由功能模件向外發(fā)送時，通信接口進展的并/串轉換，同時按數(shù)據(jù)串行通信的格式要求，進展信據(jù)信息串中。換成滿足功能模件需求的并行數(shù)據(jù)。利用解調器接收遠距離信號，使之解調為數(shù)字信號。通信接口與功能模件內部的數(shù)據(jù)傳送一般承受直接存儲器存取〔DMA〕傳送方式，這是一種解決存DMARAM與外設之間直接進展并行數(shù)據(jù)到CPU處理這局部數(shù)據(jù)移動的系統(tǒng)開銷，但他受到存貯器的存貯速度的限制。所示。該通信接口發(fā)送或接收數(shù)據(jù)信息的整個過程，是在各掌握電路〔如調制/解調掌握、發(fā)送/DMA掌握器)的掌握下進展的，在一般狀況下，模件總線由CPU治理，一旦外設向DMA掌握器發(fā)出數(shù)據(jù)傳輸懇求時，該通信接口將按以下根本步驟工作：CPU發(fā)出“總線懇求”信號；CPU收到懇求信號并完成當前的指令周期后，向DMA發(fā)出“總線響應”的信號；CPUDMA掌握器治理；DMA在DMA掌握器的掌握下，外設通過發(fā)送/接收器、模件總線等與存儲器RAM直接進展數(shù)據(jù)傳輸〔傳輸DMA掌握器編程而設置的；DMACPU的“總線懇求CPU正常工作〔在“總線懇求”信號變成無效之前，CPU始終不會使用模件總線。圖2-2 通信接口根本功能框圖過程〔I/O〕模件2--3所示。模擬量是指那些隨時間連續(xù)變化的量。如壓力、溫度等。開關量是指指只具有兩個狀態(tài)的過程量，如開關的“閉合”與“斷開性重復消滅短暫起伏的過程量，如轉速測量變送器輸出的信號極為某一頻率的脈沖量。圖2-3 幾種典型信號形式I/O模件是為分散掌握系統(tǒng)的各種輸入/多、使用數(shù)量最大的一類模件。它的根本作用是對生產現(xiàn)場的模擬量信號、開關量信號、脈沖量信號進展采樣、轉化，處理成微處理器能承受的標準數(shù)字信號，或將微處理器的運算輸出結果〔二進制碼〕轉換、復原成模擬量或開關量信號，去掌握現(xiàn)場執(zhí)行機構。因此，I/O模件是聯(lián)系生產過程與微處理器的紐帶和橋梁。盡管各種分散掌握系統(tǒng)的I/O模件眾多，對應連接生產過程不同形式信號的作用需要，可歸納為模擬量輸入模件、模擬量輸出模件、開關量輸入模件、脈沖量輸入模件等幾類主要模件。依據(jù)火電機組的規(guī)模大小和功能需要，可對這些模件進展按系統(tǒng)需求的敏捷配置。模擬量輸入模件一般地每個模擬量輸入模件可接收4~64路模擬信號不等。這些模擬量信號一般是傳感器監(jiān)測到的現(xiàn)場模擬電信號進展采樣、濾波、放大、隔離、輸入開路監(jiān)測、誤差補償及必要的修正〔如熱電偶冷段補償、電路性能漂移校正等、向工程單位轉化、模擬量/數(shù)字量轉換。以次供給準確牢靠的數(shù)字量。模擬量輸入模件通道上的硬件一般由信號端子板、信號調理器、A/D轉換器等部件組成〔如圖2-4所濾波、放大、隔離、開路檢測等綜合處理，為A/D供給牢靠的、統(tǒng)一的與模擬量相對應的電壓信號。為使模擬量模件具有良好的抗干擾力量，適應較強的環(huán)境噪聲，每個信號通道上都串接了多級有源和無源濾波電路，且承受差動、隔離放大器，使現(xiàn)場信號源與分散掌握系統(tǒng)內的各路信號有良好的絕緣。A/D轉換器是模擬量模件的核心，用來接收信號調理器送來的各路模擬信號和某些參考輸入〔如冷端參考輸入等。CPUCPU.。A/D轉換器的種類很多，按轉換原理的不同，常用的轉換器有計數(shù)式、雙積分式、逐步靠近式和并12A/D0.05%100微秒左右。還有更高精度的A/D轉換器不斷開發(fā)。為進一步提高系統(tǒng)的抗干擾力量。A/D轉換器與輸入信號信號之間通常承受隔離放大器或光電耦合器進展電器上的隔離。模擬量輸入模件的主要技術指標為：輸入容量、采樣速度、轉換精度、輸入信號及量程范圍。模擬量輸出模件幅度上真正連續(xù)的模擬量信號。這是由于在時間上，計算機格外是工作的，它只能依據(jù)程序所規(guī)定的時間間隔去刷某一個輸出量；在幅度上，計算機是按有限的字進步行運算處理，它只能在肯定的區(qū)分率范圍圖2-4 模擬量輸入模件功能框圖內供給輸出量。因此，模擬量輸出模件得輸出實際上是一個信號范圍有限的、不連續(xù)的階梯模擬量信號。2-5所示，給出了典型的模擬量輸出模件組成框圖。圖中，模擬量輸出通道的端子板用以連接現(xiàn)場掌握信號電纜與模擬量輸出模件；輸出驅動器用于實現(xiàn)功率放大，為數(shù)簇紅紙信號供給D/A轉換結果，使其輸出值不隨時間而衰減，保圖2-5 模擬量輸出模件功能框圖持輸出的準確性；D/A轉換器的主要作用是將所承受的數(shù)字信號轉換成渝之相對的模擬量信號；多路切換開關則用來周期性的粉飾宣統(tǒng)各路信號，保證在某一時間段內，只對某一個輸出進展D/A路負責模擬量輸出模件與所寡的數(shù)據(jù)總線連接和相互通信。模擬量輸出模件一般具有輸出短路保護功能，而且，模擬量輸出模件與I/O總線之間以及電源之間通常實行了電氣隔離措施，以提高系統(tǒng)的抗干擾力量。模擬量輸出通道的主要技術指標有：通道容量、區(qū)分率，以及通道輸出信號。開關量輸入模件理。模擬量輸入模件的根本功能是：依據(jù)監(jiān)測和掌握的需要，把生產過程中的某些只有兩種狀態(tài)的開關量信號〔如各種限位開關、電磁閥門聯(lián)動觸點、繼電器、電動機等的開/關狀態(tài)〕轉換成計算機可識別的信號形式。分散掌握系統(tǒng)所應用的開關量輸入模件一般由端子板、保護電路、隔離電路、信號處理器、數(shù)字緩沖器、掌握器、地址開關與地址譯碼器、LED2-6所示。端子板用來連接傳送現(xiàn)場開關量信號的電纜，承受各路開關量輸入；保護電路對各路輸入信號進展限制，實現(xiàn)過流，過壓保護，以避開輸入信號國大而燒壞模件；隔離電路將模件與現(xiàn)場信號實現(xiàn)電氣隔離，這種隔離通常承受光電隔離方式，且存在于每個輸入通道和個通道之間，從而提高了信號的牢靠性；信號處理器擔當消退各路輸入信號的抖動噪聲監(jiān)測輸入電壓是否超過規(guī)定的閥值、推斷現(xiàn)場設備的開、關組態(tài)等任務；數(shù)字緩沖器用0或1來表示；地址開關是用來設置DI模件地址編碼的裝置，總線上的半選信號通過地址開關和抵抗譯碼器傳至掌握器；掌握器則依據(jù)模件選通信號的掌握信號，讀取數(shù)字緩沖器中個輸入通道的狀態(tài)值，并通過接口LED備的當前狀態(tài)〔LEDLED熄滅〕或反映數(shù)字緩沖器的開關量輸入狀態(tài)。有的開關量輸入模件還設有中斷電路，當某些輸入通道的開關狀態(tài)發(fā)生變化時，開關量輸入模件可向有關微處理器發(fā)出中斷申請，提請微處理器準時做出處理。圖2-6 開關量輸入模件功能框圖開關量輸入模件的主要技術指標：通道容量、輸入信號、采樣速度、區(qū)分率和隔離方式。開關量輸出模件開關量輸出模件的根本功能是：把計算機輸出的二進制代碼所標示的開關量信息，轉換成能對生產過指示燈的亮/滅、以及報警系統(tǒng)等的開關狀態(tài)，可用來實現(xiàn)局部功能組甚至整個機組自動啟停的掌握。LED指示2-7所示，端子板用來連接線長電纜，向現(xiàn)場有關設備輸出開關量信號，端子板一般設有過壓、過流保護電路，以保證輸出信號的牢靠性；輸出電路有隔離電路和驅動電路組成，其主要作用是使開關量輸出模件與生產過程掌握設備之間實現(xiàn)電氣隔離，并為輸出的開關量信號供給適宜的驅動功率，是指具有肯定的帶負載力量；數(shù)據(jù)選擇器用來選擇模件的輸出，當與開關量輸出模件相連的微處理器系統(tǒng)正常工作時，數(shù)據(jù)選擇器從輸出存放器中讀取數(shù)據(jù)，掌握器依據(jù)地址譯碼器輸出的模件選擇信號和映各輸出通道的當前狀態(tài)。開關量輸出模件的技術指標為：輸出容量、輸出方式和隔離方式。圖2-7 開關量輸出模件功能框圖脈沖量輸入模件計、技術裝置等的輸出。脈沖量模件的根本功能是：將輸入的脈沖量轉換成為之對應的且計算機可識別的數(shù)字量。二、人機接口設備〔操作〕人員對生產過程、設備狀態(tài)進展監(jiān)視、推斷、分析、決策和某些干預，特別是生產過程發(fā)生故障時更是如此，電廠運行人員的決策依靠于生產過程的大量信息，運行人員的干預又是通過掌握信息的傳遞作用于生產過程的，人機接口設備正是擔當這種信息相互傳遞任務的裝置。用來向運行、治理人員供給生產過程和設備狀態(tài)的有關信息。分散掌握系統(tǒng)的人機接口設備一般由兩種形式：一種是以顯示器為現(xiàn)實操作站的，從它的功能上看又可劃分為操作員接口站、工程師站等；另一種是具有顯示操作的功能儀表。1。操作員接口站生產過程中，需要監(jiān)視和收集的信息量很大，要求掌握的對象眾多。例如一臺300MW的單元制火力發(fā)電3000~4000至多。操作員站供給了一種現(xiàn)代化的監(jiān)控工具，它能使運行操作人員便利的了解各種工況下的運行參數(shù)，準時把握設備操作信息和系統(tǒng)故障信息，準確無誤地做出操作決策。操作員站把系統(tǒng)的絕大多數(shù)現(xiàn)實和操作內容集中在顯示器的不同畫面和操作鍵盤上。2-8所示為操作員站的根本構造，它主要由高檔微處理器CPU、信息存儲設備RARO硬磁盤、軟磁盤、光盤等、顯示器、操作鍵盤、記錄設備〔打印機、拷貝機、鼠標或軌跡球、通信接口以及支撐和固定這些設備的臺架等，它在火力發(fā)電機組的自動化過程中主要用來完成各種設備的啟動、停頓〔或開、閉〕操作，物質或能量的增、減操作以及生產過程的監(jiān)視等任務。操作員站的根本功能包括：圖2-8 操作員工作站的根本構造收集個現(xiàn)場掌握單元的過程信息，建立數(shù)據(jù)庫；自動監(jiān)測和掌握整個系統(tǒng)的工作狀態(tài)；在顯示器上進展各種顯示：如：總貌、分組、細目、回路、報警、趨勢、報表、系統(tǒng)狀態(tài)、過義顯示〔2-9所示；印以及顯示器的屏幕拷貝；可進展在線變量計算、掌握方式切換、實現(xiàn)DDC掌握、規(guī)律掌握和設定值知道掌握等；利用再現(xiàn)數(shù)據(jù)庫進展生產效率、能耗消耗、設備壽命、本錢核算等綜合計算，實現(xiàn)生產過程管理；具有磁盤操作、數(shù)據(jù)庫組織、顯示格式編輯、程序診斷處理等在線關心功能。操作員接口站實際上是一個融當代先進的計算機技術、顯示圖形技術、內部通信技術為一體的、適應過程掌握需要的專用計算機子系統(tǒng)。2。工程師站設計、開發(fā)、組態(tài)、調試、維護和監(jiān)視的工具，是系統(tǒng)工程師的中心工作站。工程師站的根本構成與操作員站的硬件構成大體全都。只是它具有自己的工程師鍵盤。工程師站的根本功