集散控制系統(tǒng)的構成

DCS的產生過程

1儀表分散控制系統(tǒng)

2儀表集中控制系統(tǒng)

3計算機集中控制系統(tǒng)

4集散控制系統(tǒng)

7.1DCS的產生過程與類型目前DCS系統(tǒng)可分三種類型：(1)儀表廠家生產的DCS系統(tǒng)如FOXBORO公司的I／A系列，Honeywell公司生產的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)產品，經過多年現(xiàn)場應用考核證明性能良好、可靠、實用。這類系統(tǒng)的主要問題在于系統(tǒng)結構的封閉性，也就是必須遵守相應廠家的規(guī)范標準才能進行工作，在擴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的基礎上，采用標準的通信網(wǎng)絡，構成開放性的DCS體系結構，顯然在功能上更強，系統(tǒng)擴充更容易，軟件豐富，性能價格比較高，可很快地將PC的新技術用于系統(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的基礎上，將PC通信網(wǎng)絡與PLC結合起來。這種方式實用，可靠性高。

7.2典型的DCS系統(tǒng)與結構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DCS控制系統(tǒng)盡管種種DCS千差萬別，其核心結構卻基本上是一致的，可以簡單地將其歸納為四個不同的層次，如圖7.15所示。圖7.15集散控制系統(tǒng)結構圖DCS的網(wǎng)絡體系可以簡單地將其歸納為“三點一線”式的結構?！耙痪€”是指DCS的骨架計算機網(wǎng)絡，“三點”則是指連接在網(wǎng)絡上的三種不同類型的節(jié)點。這三種不同類型的節(jié)點是：

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)點通過系統(tǒng)網(wǎng)絡互相連接并互相交換信息，協(xié)調各方面的工作，共同完成DCS的整體功能。DCS的網(wǎng)絡體系和通信方式

圖中自下而上分別是：

現(xiàn)場級

控制級----------分散控制級監(jiān)控級----------集中操作監(jiān)控級管理級----------綜合信息管理級對應四層結構:

現(xiàn)場網(wǎng)絡Fnet(FieldNetwork)

控制網(wǎng)絡Cnet(ControlNetwork)

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

管理協(xié)調網(wǎng)絡Mnet(ManagementNetwork)。MNET為DCS系統(tǒng)的最高一級網(wǎng)絡，功能如下：

完成不同裝置之間的協(xié)調控制、數(shù)據(jù)通信;

企業(yè)內多組裝置的管理數(shù)據(jù)通信;

大型工業(yè)過程不同部分間的協(xié)調控制；MNET為開放式標準域網(wǎng)絡，采用TCP/IP、Ethernet等網(wǎng)絡協(xié)議以及Novell網(wǎng)絡結構：

通信介質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)調網(wǎng)絡MNET2．監(jiān)控網(wǎng)絡SNET和控制網(wǎng)絡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采用雙冗余結構，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是一個實時網(wǎng)絡。DCS采用的網(wǎng)絡結構是環(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)絡結構與通信方式7.3.2XDPS硬件構成7.3.3XDPS軟件構成新華公司集散型控制系統(tǒng)XDPS-400結構圖

XDPS-400＋是一套融計算機、網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)庫和自動控制技術為一體的工業(yè)信息技術系列產品，可以構成各種獨立的控制系統(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)領域對過程控制和信息管理的需求。系統(tǒng)的模塊化設計、合理的軟、硬件功能配置和易于擴展的能力，能廣泛用于各種大、中、小型電站的分散型控制、發(fā)電廠自動化系統(tǒng)、電網(wǎng)自動化系統(tǒng)以及鋼鐵、化工、造紙、水泥等工業(yè)生產過程控制。

1XDPS-400的網(wǎng)絡結構和通信方式

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

除一對冗余的實時數(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，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，存儲系統(tǒng)信息和過程控制策略與數(shù)據(jù)，通過冗余的實時數(shù)據(jù)網(wǎng)絡與MMI節(jié)點及其它DPU連接，通過I/O網(wǎng)絡與I/O站節(jié)點連接，通過遠程I/O網(wǎng)絡與遠程I/O站連接，提供雙向的信息交換，實現(xiàn)各種先進的控制策略，完成數(shù)據(jù)采集、模擬調節(jié)、順序控制、高級控制、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)計算機;

DPU可選用1：1冗余配置或單機配置;

每個DPU可以掛接4～8個輸入輸出站，每個輸入輸出站可連接12塊輸入輸出卡件。遠程通信能力達1.2km。2XDPS-400的硬件構成

分布式處理單元DPU通常采用冗余的兩套工業(yè)控制計算機組成.它采用Intel公司的Pentium芯片作為CPU,安裝CPU的母板通過ISA總線卡進行內部總線的擴展,帶有位總線的總線控制器PDEX344卡與ISA總線相連,同時又與位總線連接,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過程的檢測元件或傳感器,變送器及執(zhí)行機構相連.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通訊接口和雙機邏輯切換兩個功能。

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；

對冗余DPU進行自動切換；

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

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行通信；⑶實現(xiàn)冗余控制，采用冗余結構時，可實現(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人機接口MMI

人機接口站采用高性能的WindowsNT/2000為平臺的PC工作站，可以使用戶直接和實時地獲得生產過程的運行數(shù)據(jù)，安全有效地進行整個過程的控制和管理。人機接口站包括操作員站、工程師站、歷史數(shù)據(jù)站。計算站均采用相同的硬件平臺，通過下載和運行各種本公司開發(fā)的過程監(jiān)控及信息管理軟件包來實現(xiàn)對生產過程的全過程控制，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站由機箱、I/O總線板、I/O站通訊卡、I/O卡組成。I/O站的設計符合國際標準、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卡分別與相應端子板連接，I/O站根據(jù)現(xiàn)場應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/輸出信號的轉換與處理在卡件內完成?？稍诒镜丶斑h程I/O系統(tǒng)中使用。卡件采用標準化設計，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、開關量輸出卡DO、脈沖量輸入卡PI等，每塊卡件都有運行狀態(tài)指示燈，MMI站可以有效地診斷與檢測卡件及通道的運行狀態(tài)。實現(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機柜配套，安裝I/O卡件的適配端子板?，F(xiàn)場I/O信號進入I/O端子柜內對應端子，每一塊端子板用預制電纜與DPU機柜內的對應的I/O卡件連接。對于一些小系統(tǒng)，可將端子板安裝于DPU機柜內。對于遠程I/O系統(tǒng)，遠程I/O站與端子板安裝于遠程控制柜內。7.3.3XDPS軟件構成XDPS控制系統(tǒng)為用戶提供了統(tǒng)一的分布處理平臺軟件.根據(jù)生產過程的規(guī)模,XDPS控制系統(tǒng)最小可以只有一個節(jié)點,最多可以擴展到250個節(jié)點,這些節(jié)點可以是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,各個節(jié)點間的數(shù)據(jù)可以共享,也可以為各自的節(jié)點獨用。

DPU軟件可以實現(xiàn)內部控制策略,內部點與輸入輸出卡件上通道之間對應關系等功能.

在XDPS控制系統(tǒng)中,操作員站,工程師站等人機界面采用MMI軟件,實現(xiàn)工業(yè)生產過程的再現(xiàn),數(shù)據(jù)顯示,報警等功能.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實時多任務操作系統(tǒng)。DPU是信息自動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，經過用戶組態(tài)的控制運算，再將結果輸出到I/O卡件或網(wǎng)上。形成一個控制信息閉環(huán)，周而復始。在此期間，DPU還接收來自操作員的操作指令，對控制作出調整。DPU內的控制策略（算法）由工程師預先組態(tài)好，也可被在線地修改調整。點目錄組態(tài)文件功能模塊:DPU提供的預定義控制算法模塊有各種PID、自整定控制模塊、算術邏輯運算、模擬量手操器、開關量手操器、超前滯后、數(shù)字邏輯等模塊。輸入輸出驅動程序

點目錄組態(tài)文件點目錄組態(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的標識,顯示方式,源節(jié)點等信息.點目錄組態(tài)文件包括三部分,每部分都以END結束.1說明文件,包括生成該點目錄組態(tài)文件的軟件版本號,項目名稱和生成文件的時間等.2模擬量測點描述3開關量測點的描述.Begin_HeadVersionofConfiger200Project新疆紅雁池發(fā)電廠On06-27-1999At17:49:56End_HeadBegin_Ax源節(jié)點號,超時周期,測點名稱,測點描述,特征字符,測點單位,打印格式,量程上限,下限,趨勢點時間…….End_AxBegin_Dx源節(jié)點號,超時周期,測點名稱,測點描述,特征字符,測點ON時顯示,打印格式,量程上限,下限,趨勢點時間…….End_DxEnd模擬量測點描述的內容示例1,100,1P0001,給水操作臺前壓力,…..,MPa,7.2,2.5,0.0,10

此行表示該模擬量測點信號來自1#DPU,超時周期10s(=100*100ms),測點名稱(儀表位號)是1P0001,顯示和打印時間用”給水操作臺前壓力”描述,工程單位MPa,工程范圍是0.0---0.25(MPa),趨勢點采集周期是10min.功能模塊:功能塊是XDPS中能被組態(tài)修改的最小對象,所有組態(tài)設計都需用不同功能塊通過連接組合來實現(xiàn)。輸入輸出驅動程序輸入驅動程序完成對外部設備的數(shù)據(jù)采集.它根據(jù)外部設備數(shù)據(jù)類型,數(shù)據(jù)存放的格式等屬性,將外部設備的數(shù)據(jù)采集到DPU中,并根據(jù)DPU對數(shù)據(jù)的分類,存放格式等屬性存放到XDPS的全局數(shù)據(jù)庫中,數(shù)據(jù)可以是模擬量，開關量,脈沖量,數(shù)據(jù)類型可以是浮點數(shù),整型數(shù),長整型數(shù),布爾數(shù)等.

輸出驅動用于XDPS的輸出數(shù)據(jù)傳送到外部設備,用于驅動外部設備的運作,同樣,對輸出數(shù)據(jù)進行分類,并按照XDPS所規(guī)定的數(shù)據(jù)格式進行存取.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，是人機交互的界面接口，在一個系統(tǒng)中，可以根據(jù)系統(tǒng)大小配置若干個操作員站。操作員站為操作員提供基于CRT的控制操作，圖形顯示和報警監(jiān)視顯示的內容有：模擬流程圖和總貌顯示，統(tǒng)計結果顯示，過程狀態(tài)，特殊數(shù)據(jù)記錄，歷史數(shù)據(jù)顯示，趨勢狀態(tài)顯示

單點顯示：單點顯示監(jiān)測全局數(shù)據(jù)庫中某一測點實時數(shù)據(jù)的變化，能在線修改測點的狀態(tài)、報警、實時值。

數(shù)據(jù)庫一覽數(shù)據(jù)庫一覽用來監(jiān)測全局數(shù)據(jù)庫中測點實時數(shù)據(jù)的變化，具有簡便直觀的操作界面，絕大部分功能與設置均在畫面的工具條上，與Windows應用程序相似。按下工具欄中的圖標按鈕，無需通過菜單或對話框中去查找。