集散控制系統(tǒng)的構(gòu)成

DCS的產(chǎn)生過程

1儀表分散控制系統(tǒng)

2儀表集中控制系統(tǒng)

3計(jì)算機(jī)集中控制系統(tǒng)

4集散控制系統(tǒng)

7.1DCS的產(chǎn)生過程與類型目前DCS系統(tǒng)可分三種類型：(1)儀表廠家生產(chǎn)的DCS系統(tǒng)如FOXBORO公司的I／A系列，Honeywell公司生產(chǎn)的TDC—3000和Honeywell900，橫河公司的Centum和μXL等，都是從70年代開始一代一代發(fā)展起來的DCS系統(tǒng)產(chǎn)品，經(jīng)過多年現(xiàn)場應(yīng)用考核證明性能良好、可靠、實(shí)用。這類系統(tǒng)的主要問題在于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的封閉性，也就是必須遵守相應(yīng)廠家的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)才能進(jìn)行工作，在擴(kuò)充上和開放上存在著不足。(2)IPC—DCS系統(tǒng)該類系統(tǒng)建立在工業(yè)PC的基礎(chǔ)上，采用標(biāo)準(zhǔn)的通信網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)成開放性的DCS體系結(jié)構(gòu)，顯然在功能上更強(qiáng)，系統(tǒng)擴(kuò)充更容易，軟件豐富，性能價(jià)格比較高，可很快地將PC的新技術(shù)用于系統(tǒng)中，因而是目前發(fā)展的主流。(3)PLC—DCS系統(tǒng)

該類系統(tǒng)建立在PLC的基礎(chǔ)上，將PC通信網(wǎng)絡(luò)與PLC結(jié)合起來。這種方式實(shí)用，可靠性高。

7.2典型的DCS系統(tǒng)與結(jié)構(gòu)CENTUM-CS3000--橫河公司TDC3000和TPS—Honeywell公司I/ASeries—Foxboro公司XDPS-400—新華公司JX-300X--浙大工控MACS--和利時(shí)DCS控制系統(tǒng)盡管種種DCS千差萬別，其核心結(jié)構(gòu)卻基本上是一致的，可以簡單地將其歸納為四個(gè)不同的層次，如圖7.15所示。圖7.15集散控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖DCS的網(wǎng)絡(luò)體系可以簡單地將其歸納為“三點(diǎn)一線”式的結(jié)構(gòu)。“一線”是指DCS的骨架計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，“三點(diǎn)”則是指連接在網(wǎng)絡(luò)上的三種不同類型的節(jié)點(diǎn)。這三種不同類型的節(jié)點(diǎn)是：

面向被控過程現(xiàn)場的現(xiàn)場I/O控制站；

面向操作人員的操作站；

面向DCS監(jiān)督管理人員的站。這三種節(jié)點(diǎn)通過系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)互相連接并互相交換信息，協(xié)調(diào)各方面的工作，共同完成DCS的整體功能。DCS的網(wǎng)絡(luò)體系和通信方式

圖中自下而上分別是：

現(xiàn)場級(jí)

控制級(jí)----------分散控制級(jí)監(jiān)控級(jí)----------集中操作監(jiān)控級(jí)管理級(jí)----------綜合信息管理級(jí)對(duì)應(yīng)四層結(jié)構(gòu):

現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)Fnet(FieldNetwork)

控制網(wǎng)絡(luò)Cnet(ControlNetwork)

監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)Snet(SupervisionNetwork)

管理協(xié)調(diào)網(wǎng)絡(luò)Mnet(ManagementNetwork)。MNET為DCS系統(tǒng)的最高一級(jí)網(wǎng)絡(luò)，功能如下：

完成不同裝置之間的協(xié)調(diào)控制、數(shù)據(jù)通信;

企業(yè)內(nèi)多組裝置的管理數(shù)據(jù)通信;

大型工業(yè)過程不同部分間的協(xié)調(diào)控制；MNET為開放式標(biāo)準(zhǔn)域網(wǎng)絡(luò)，采用TCP/IP、Ethernet等網(wǎng)絡(luò)協(xié)議以及Novell網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：

通信介質(zhì)采用光纖或同軸電線；

通信速率≥10Mbps；

通信距離數(shù)公里≥20公里。1．管理協(xié)調(diào)網(wǎng)絡(luò)MNET2．監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)SNET和控制網(wǎng)絡(luò)CNETSNET是連接DCS系統(tǒng)中操作員站、I/O站和工程師站的干網(wǎng)，功能如下：

由I/O現(xiàn)場控制站向操作員站的數(shù)據(jù)傳輸；

各I/O現(xiàn)場控制站間的數(shù)據(jù)傳遞；

操作員站和工程師站向現(xiàn)場I/O控制站的組態(tài)數(shù)據(jù)或控制指令的傳遞；

保持各操作員站之間數(shù)據(jù)的一致性。SNET采用雙冗余結(jié)構(gòu)，提高了通信的可靠性。CNET是連接DCS過程控制站中各基本控制單元的干網(wǎng)。用于DCS的SNET和CNET是一個(gè)實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)。DCS采用的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是環(huán)形網(wǎng)和總線型網(wǎng)。7.3新華XDPS集散控制系統(tǒng)7.3.1網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與通信方式7.3.2XDPS硬件構(gòu)成7.3.3XDPS軟件構(gòu)成新華公司集散型控制系統(tǒng)XDPS-400結(jié)構(gòu)圖

XDPS-400＋是一套融計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫和自動(dòng)控制技術(shù)為一體的工業(yè)信息技術(shù)系列產(chǎn)品，可以構(gòu)成各種獨(dú)立的控制系統(tǒng)、分散控制系統(tǒng)DCS、監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（SCADA），能滿足各種工業(yè)領(lǐng)域?qū)^程控制和信息管理的需求。系統(tǒng)的模塊化設(shè)計(jì)、合理的軟、硬件功能配置和易于擴(kuò)展的能力，能廣泛用于各種大、中、小型電站的分散型控制、發(fā)電廠自動(dòng)化系統(tǒng)、電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)以及鋼鐵、化工、造紙、水泥等工業(yè)生產(chǎn)過程控制。

1XDPS-400的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和通信方式

分散型控制系統(tǒng)XDPS-400+冗余實(shí)時(shí)通訊網(wǎng)選用環(huán)形冗余以太網(wǎng)，周期性廣播實(shí)時(shí)信息。通訊協(xié)議符合OSI參考模型，數(shù)據(jù)鏈路符合IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)，傳輸方式為CSMA/CD，網(wǎng)絡(luò)通訊速率為100Mb/S，每秒鐘可傳輸多達(dá)640,000個(gè)過程點(diǎn)。

除一對(duì)冗余的實(shí)時(shí)數(shù)通訊網(wǎng)外，XDPS-400+還配置另一路100Mb/S通訊速率的采用TCP/IP通訊協(xié)議的以太網(wǎng)信息通訊網(wǎng)絡(luò)，傳輸各種文件型的數(shù)據(jù)以及管理信息，可以很方便地與其它系統(tǒng)連接。

(1)分布式處理單元DPU

分布式處理單元DPU是XDPU---400的過程控制站，存儲(chǔ)系統(tǒng)信息和過程控制策略與數(shù)據(jù)，通過冗余的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)與MMI節(jié)點(diǎn)及其它DPU連接，通過I/O網(wǎng)絡(luò)與I/O站節(jié)點(diǎn)連接，通過遠(yuǎn)程I/O網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程I/O站連接，提供雙向的信息交換，實(shí)現(xiàn)各種先進(jìn)的控制策略，完成數(shù)據(jù)采集、模擬調(diào)節(jié)、順序控制、高級(jí)控制、專家系統(tǒng)以及其它不同用戶的特殊功能要求。

DPU的硬件采用工業(yè)計(jì)算機(jī);

DPU可選用1：1冗余配置或單機(jī)配置;

每個(gè)DPU可以掛接4～8個(gè)輸入輸出站，每個(gè)輸入輸出站可連接12塊輸入輸出卡件。遠(yuǎn)程通信能力達(dá)1.2km。2XDPS-400的硬件構(gòu)成

分布式處理單元DPU通常采用冗余的兩套工業(yè)控制計(jì)算機(jī)組成.它采用Intel公司的Pentium芯片作為CPU,安裝CPU的母板通過ISA總線卡進(jìn)行內(nèi)部總線的擴(kuò)展,帶有位總線的總線控制器PDEX344卡與ISA總線相連,同時(shí)又與位總線連接,起到了兩類總線間通信的網(wǎng)橋作用.輸入輸出卡和端子板掛接在位總線上,并通過端子板與生產(chǎn)過程的檢測元件或傳感器,變送器及執(zhí)行機(jī)構(gòu)相連.圖7.16DPU分布式處理單元組成PDEX344卡是由新華公司自行研制開發(fā)的智能PC接口卡，具有BITBUS通訊接口和雙機(jī)邏輯切換兩個(gè)功能。

PDEX344卡安裝在ISA總線底板上。它的主要功能是：

建立ISA總線與位總線的通信連接；

對(duì)冗余DPU進(jìn)行自動(dòng)切換；

作為位總線的主站，它與位總線上的其他站，即BC站控制卡進(jìn)行主從通信和協(xié)調(diào)。

PDEX344卡BC站控制卡在XDPS分散控制系統(tǒng)中，BC站控制卡用于連接PDEX344卡和輸入輸出卡。它的主要功能是：⑴作為從站，完成與PDEX344卡的通信，實(shí)現(xiàn)與DPU的數(shù)據(jù)交換；⑵作為主站，用于與輸入輸出卡進(jìn)行通信；⑶實(shí)現(xiàn)冗余控制，采用冗余結(jié)構(gòu)時(shí)，可實(shí)現(xiàn)冗余控制和通信。

BC站控制卡的電原理圖如圖7.18所示。圖7.18BC站控制卡的電原理框圖2人機(jī)接口MMI

人機(jī)接口站采用高性能的WindowsNT/2000為平臺(tái)的PC工作站，可以使用戶直接和實(shí)時(shí)地獲得生產(chǎn)過程的運(yùn)行數(shù)據(jù)，安全有效地進(jìn)行整個(gè)過程的控制和管理。人機(jī)接口站包括操作員站、工程師站、歷史數(shù)據(jù)站。計(jì)算站均采用相同的硬件平臺(tái)，通過下載和運(yùn)行各種本公司開發(fā)的過程監(jiān)控及信息管理軟件包來實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程的全過程控制，圖形界面模塊化軟件包，使XDPS的操作更為方便、性能更優(yōu)越。3I/O子系統(tǒng)（１）I/O站

I/O站由機(jī)箱、I/O總線板、I/O站通訊卡、I/O卡組成。I/O站的設(shè)計(jì)符合國際標(biāo)準(zhǔn)、可安裝14塊卡件。其中，I/O站通訊卡二塊，I/O卡件12塊。I/O通訊卡與冗余DPU通訊，I/O卡分別與相應(yīng)端子板連接，I/O站根據(jù)現(xiàn)場應(yīng)用場合的不同靈活配置，可以組成不同的控制系統(tǒng)。DPU柜與I/O端子柜配合使用。（２）I/O卡件

XDPS--４00的I/O卡件是帶CPU的智能型輸入/輸出卡件，輸入/輸出信號(hào)的轉(zhuǎn)換與處理在卡件內(nèi)完成?？稍诒镜丶斑h(yuǎn)程I/O系統(tǒng)中使用?？捎脴?biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，卡件的類型有：模擬量輸入卡AI、模擬量輸出卡AO、數(shù)字量輸入卡DI、開關(guān)量輸出卡DO、脈沖量輸入卡PI等，每塊卡件都有運(yùn)行狀態(tài)指示燈，MMI站可以有效地診斷與檢測卡件及通道的運(yùn)行狀態(tài)。實(shí)現(xiàn)了故障自診斷與帶電插拔。（３）I/O端子柜

I/O端子柜與DPU機(jī)柜配套，安裝I/O卡件的適配端子板?，F(xiàn)場I/O信號(hào)進(jìn)入I/O端子柜內(nèi)對(duì)應(yīng)端子，每一塊端子板用預(yù)制電纜與DPU機(jī)柜內(nèi)的對(duì)應(yīng)的I/O卡件連接。對(duì)于一些小系統(tǒng)，可將端子板安裝于DPU機(jī)柜內(nèi)。對(duì)于遠(yuǎn)程I/O系統(tǒng)，遠(yuǎn)程I/O站與端子板安裝于遠(yuǎn)程控制柜內(nèi)。7.3.3XDPS軟件構(gòu)成XDPS控制系統(tǒng)為用戶提供了統(tǒng)一的分布處理平臺(tái)軟件.根據(jù)生產(chǎn)過程的規(guī)模,XDPS控制系統(tǒng)最小可以只有一個(gè)節(jié)點(diǎn),最多可以擴(kuò)展到250個(gè)節(jié)點(diǎn),這些節(jié)點(diǎn)可以是DPU,也可以是操作員站OPU或工程師站ENG,也可以是歷史記錄站HSU等,各個(gè)節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)可以共享,也可以為各自的節(jié)點(diǎn)獨(dú)用。

DPU軟件可以實(shí)現(xiàn)內(nèi)部控制策略,內(nèi)部點(diǎn)與輸入輸出卡件上通道之間對(duì)應(yīng)關(guān)系等功能.

在XDPS控制系統(tǒng)中,操作員站,工程師站等人機(jī)界面采用MMI軟件,實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)過程的再現(xiàn),數(shù)據(jù)顯示,報(bào)警等功能.1DPU軟件

DPU的軟件是新華控制工程有限公司自主開發(fā)的RMX-X實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)。DPU是信息自動(dòng)處理和控制的基本單元。DPU周期地從I/O卡或網(wǎng)上獲得輸入測點(diǎn)，經(jīng)過用戶組態(tài)的控制運(yùn)算，再將結(jié)果輸出到I/O卡件或網(wǎng)上。形成一個(gè)控制信息閉環(huán)，周而復(fù)始。在此期間，DPU還接收來自操作員的操作指令，對(duì)控制作出調(diào)整。DPU內(nèi)的控制策略（算法）由工程師預(yù)先組態(tài)好，也可被在線地修改調(diào)整。點(diǎn)目錄組態(tài)文件功能模塊:DPU提供的預(yù)定義控制算法模塊有各種PID、自整定控制模塊、算術(shù)邏輯運(yùn)算、模擬量手操器、開關(guān)量手操器、超前滯后、數(shù)字邏輯等模塊。輸入輸出驅(qū)動(dòng)程序

點(diǎn)目錄組態(tài)文件點(diǎn)目錄組態(tài)文件以Pointdir.cfg的文本文件方式存放,其作用是定義所有全局點(diǎn)的標(biāo)識(shí),顯示方式,源節(jié)點(diǎn)等信息.點(diǎn)目錄組態(tài)文件包括三部分,每部分都以END結(jié)束.1說明文件,包括生成該點(diǎn)目錄組態(tài)文件的軟件版本號(hào),項(xiàng)目名稱和生成文件的時(shí)間等.2模擬量測點(diǎn)描述3開關(guān)量測點(diǎn)的描述.Begin_HeadVersionofConfiger200Project新疆紅雁池發(fā)電廠On06-27-1999At17:49:56End_HeadBegin_Ax源節(jié)點(diǎn)號(hào),超時(shí)周期,測點(diǎn)名稱,測點(diǎn)描述,特征字符,測點(diǎn)單位,打印格式,量程上限,下限,趨勢(shì)點(diǎn)時(shí)間…….End_AxBegin_Dx源節(jié)點(diǎn)號(hào),超時(shí)周期,測點(diǎn)名稱,測點(diǎn)描述,特征字符,測點(diǎn)ON時(shí)顯示,打印格式,量程上限,下限,趨勢(shì)點(diǎn)時(shí)間…….End_DxEnd模擬量測點(diǎn)描述的內(nèi)容示例1,100,1P0001,給水操作臺(tái)前壓力,…..,MPa,7.2,2.5,0.0,10

此行表示該模擬量測點(diǎn)信號(hào)來自1#DPU,超時(shí)周期10s(=100*100ms),測點(diǎn)名稱(儀表位號(hào))是1P0001,顯示和打印時(shí)間用”給水操作臺(tái)前壓力”描述,工程單位MPa,工程范圍是0.0---0.25(MPa),趨勢(shì)點(diǎn)采集周期是10min.功能模塊:功能塊是XDPS中能被組態(tài)修改的最小對(duì)象,所有組態(tài)設(shè)計(jì)都需用不同功能塊通過連接組合來實(shí)現(xiàn)。輸入輸出驅(qū)動(dòng)程序輸入驅(qū)動(dòng)程序完成對(duì)外部設(shè)備的數(shù)據(jù)采集.它根據(jù)外部設(shè)備數(shù)據(jù)類型,數(shù)據(jù)存放的格式等屬性,將外部設(shè)備的數(shù)據(jù)采集到DPU中,并根據(jù)DPU對(duì)數(shù)據(jù)的分類,存放格式等屬性存放到XDPS的全局?jǐn)?shù)據(jù)庫中,數(shù)據(jù)可以是模擬量，開關(guān)量,脈沖量,數(shù)據(jù)類型可以是浮點(diǎn)數(shù),整型數(shù),長整型數(shù),布爾數(shù)等.

輸出驅(qū)動(dòng)用于XDPS的輸出數(shù)據(jù)傳送到外部設(shè)備,用于驅(qū)動(dòng)外部設(shè)備的運(yùn)作,同樣,對(duì)輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行分類,并按照XDPS所規(guī)定的數(shù)據(jù)格式進(jìn)行存取.2操作員站軟件

圖形顯示：圖形顯示軟件是操作員站的主要軟件，是人機(jī)交互的界面接口，在一個(gè)系統(tǒng)中，可以根據(jù)系統(tǒng)大小配置若干個(gè)操作員站。操作員站為操作員提供基于CRT的控制操作，圖形顯示和報(bào)警監(jiān)視顯示的內(nèi)容有：模擬流程圖和總貌顯示，統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，過程狀態(tài)，特殊數(shù)據(jù)記錄，歷史數(shù)據(jù)顯示，趨勢(shì)狀態(tài)顯示

單點(diǎn)顯示：單點(diǎn)顯示監(jiān)測全局?jǐn)?shù)據(jù)庫中某一測點(diǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的變化，能在線修改測點(diǎn)的狀態(tài)、報(bào)警、實(shí)時(shí)值。

數(shù)據(jù)庫一覽數(shù)據(jù)庫一覽用來監(jiān)測全局?jǐn)?shù)據(jù)庫中測點(diǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的變化，具有簡便直觀的操作界面，絕大部分功能與設(shè)置均在畫面的工具條上，與Windows應(yīng)用程序相似。按下工具欄中的圖標(biāo)按鈕，無需通過菜單或?qū)υ捒蛑腥ゲ檎摇?/p>