和利時系統(tǒng)培訓

1、歡迎大家和利時DCS系統(tǒng)培訓2022/8/1以和利時公司生產(chǎn)的SM系列控制系統(tǒng)硬件為例，介紹和利時DCS系統(tǒng)的硬件組成、網(wǎng)絡架構和工作原理。熟悉和了解和利時DCS系統(tǒng)的硬件組成、網(wǎng)絡結構和原理。 Hollias MACS控制系統(tǒng)培訓標目 1、掌握和利時控制系統(tǒng)的硬件組成。 2、掌握和利時控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡結構2022/8/1主要內容Hollias系統(tǒng)概述三二四一DCS控制系統(tǒng)基礎知識SM硬件產(chǎn)品介紹和利時控制系統(tǒng)網(wǎng)絡架構2022/8/1第一部分：DCS控制系統(tǒng)基礎知識1DCS的概念2022/8/1 DCS即集散型控制系統(tǒng)，又稱分布式控制系統(tǒng)（Distributed Control System）。

2、它的主要基礎是4C技術，即計算機(Computer)、控制（Control）、通信（Communication）和CRT顯示技術。 DCS系統(tǒng)通過某種通信網(wǎng)絡將分布在工業(yè)現(xiàn)場附近的現(xiàn)場控制站和控制中心的操作員站及工程師站等連接起來，以完成對現(xiàn)場生產(chǎn)設備的分散控制和集中操作管理。下圖以一個水位信號調節(jié)的例子簡單地說明DCS系統(tǒng)在實際生產(chǎn)中的應用過程：DCS應用 我們可以把上述過程引申如下： DCS自1975年問世以來已經(jīng)歷了三十多年的時間，其可靠性、實用性不斷提高，功能日益增強。如控制器的處理能力、網(wǎng)絡通訊能力、控制算法、畫面顯示及綜合管理能力等。DCS系統(tǒng)過去只應用在少數(shù)大型企業(yè)的控制系統(tǒng)中，

3、但隨著4C技術及軟件技術的迅猛發(fā)展，到目前已經(jīng)在電力、石油、化工、制藥、冶金、建材等眾多行業(yè)得到了廣泛的應用，特別是電力、石化這樣的行業(yè)。2DCS發(fā)展及現(xiàn)狀2022/8/1 從90年代以來， DCS有了很大的變化。這種變化來自兩方面的動力：用戶需求的不斷提高和電子信息技術的快速發(fā)展。用戶的需求已經(jīng)不再滿足于應用DCS代替常規(guī)的儀表控制和簡單的數(shù)據(jù)檢測，同時隨著電子與信息技術的進步使得DCS應用的構成元件（電子元器件、處理器、軟件、網(wǎng)絡等）性能大大提高且價格大幅度下降。2.1 DCS現(xiàn)狀及主要廠商 1、系統(tǒng)應具備強大的處理功能，并提供方便的組態(tài)復雜控制系統(tǒng)的能力與用戶自主開發(fā)專用高級控制算法的支

4、持能力2、系統(tǒng)應高可靠、維修方便、工藝先進、價格合理；3、系統(tǒng)應具備開放的體系結構；應支持多種現(xiàn)場總線標準以便適應未來的擴充需要；可以提供多層的開放數(shù)據(jù)接口。2.2 DCS應具備的要素Distributed & Decentralized邏輯分布，地域分散；上行網(wǎng)絡：以太網(wǎng)一統(tǒng)天下；下行網(wǎng)絡：支持多種主流的現(xiàn)場總線；連通未來：現(xiàn)場總線智能儀表開始緩慢增長；開放性：主控制器可以掛接其它開放的I/O系統(tǒng)，I/O模塊也可以掛接到其它開放的主控制器上。開放性是制造商對用戶的責任，它將在未來節(jié)省用戶大量的后續(xù)投資；過程I/O：智能化、小型化、模塊化以及熱插拔。2.3 DCS發(fā)展趨勢I/0卡件DCS132

5、43DCS硬件組成控制器通訊網(wǎng)絡操作站通訊介質轉換控制網(wǎng)絡系統(tǒng)網(wǎng)絡DCS系統(tǒng)的硬件體系結構 站是系統(tǒng)中一個組成環(huán)節(jié)；是物理上的一套獨立設備；是網(wǎng)絡中的一個通信節(jié)點；在系統(tǒng)功能中完成某一類特定的處理任務。 3.1 站的概念3.2 Hollias MACS系統(tǒng)的組成結構1、Hollias MACS系統(tǒng)是由以太網(wǎng)和使用現(xiàn)場總線技術的控制網(wǎng)絡連接的各工程師站、操作員站、現(xiàn)場控制站、通訊控制站、數(shù)據(jù)服務器組成的綜合自動化系統(tǒng)。2、 Hollias MACS系統(tǒng)硬件由工程師站、操作站、現(xiàn)場控制站（包括主控單元設備和I/O單元設備）、通訊控制站、系統(tǒng)服務器、系統(tǒng)網(wǎng)絡、監(jiān)控網(wǎng)絡、控制網(wǎng)絡等組成。3、 Holl

6、ias MACS系統(tǒng)軟件包括：工程師站組態(tài)軟件；操作員站在線軟件；工程師站組態(tài)軟件又包括控制器算法組態(tài)軟件和計算機監(jiān)控畫面組態(tài)軟件。 PLC是從繼電接觸器控制系統(tǒng)發(fā)展而來，側重數(shù)字量控制。DCS模擬量處理能力很強，以模擬量控制為主。 DCS和PLC都能做到CPU冗余、電源冗余、底板冗余、網(wǎng)絡冗余，但目前無論哪個品牌的PLC都沒有做到I/O冗余，而DCS能做到I/O冗余。 DCS系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性上勝于PLC，而在快速響應控制方面，PLC優(yōu)于DCS。當開關量控制較多時、控制響應速度要求較快時，建議用PLC，模擬量控制較多時，建議用DCS。 總的來說，DCS和PLC發(fā)展到現(xiàn)在，兩者互相靠攏，功能

7、也越來越接近，已經(jīng)沒有一個嚴格的界限區(qū)分了。DCS與PLC的比較： 第二部分：HOLLIAS系統(tǒng)硬件介紹難點： 系統(tǒng)網(wǎng)絡架構重點： 控制站的構成、I/O卡件的分類及用途、系統(tǒng)網(wǎng)絡架構基本內容 和利時SM系列硬件概述、過程控制站構成、主控單元、I/O卡件的介紹、MACS6.5.1系統(tǒng)的網(wǎng)絡架構SM硬件產(chǎn)品可分成3大類：SM機柜、SM機籠、SM模塊。SM模塊按照功能分為主控模塊（SM201）、I/O模塊(AI、AO、DI、DO等等)、電源模塊（SM900、SM920）和各種端子模塊(SM3)。I/O模塊和相應的端子模塊通過結實的預制電纜相連，共同完成數(shù)據(jù)采集/控制輸出。一般情況下，1個I/O模塊配

8、1個端子模塊；冗余配置時，2個I/O模塊配1個冗余端子模塊。SM900為系統(tǒng)電源，每個機籠都配有一對冗余SM900供電；SM920為48VDC電源模塊，直接安裝在有48V DI模塊的機柜中，提供查詢電源。2022/8/1SM硬件概述現(xiàn)場控制機柜（正面） 每個控制機柜正面安裝機籠，機籠之間的通訊聯(lián)系通過預制電纜（DB9）連接；每個控制機柜可以安裝四至五個機籠；每個機籠可以安裝10個或者14個模塊；2022/8/12022/8/1控制機柜背面有三列導軌，可以安裝45個100型端子模塊（SM3xxx）,或30個150型端子模塊，或15個300型端子模塊。 現(xiàn)場控制機柜背面 SM機籠按照功能分為主控機

9、籠、I/O機籠。主控機籠中安裝2個電源模塊2個主控模塊6個I/O模塊，擴展機籠中安裝2個電源模塊8個I/O模塊；機籠、端子模塊安裝在機柜FP069中。在機柜FP069中，推薦的典型配置是正面安裝4個機籠（極限情況可以裝6個機籠，但較為擁擠），機柜背面安裝3列端子模塊，每列最多可以安裝15塊標準端子模塊（標準端子的高度為100mm，冗余端子的高度為150mm，大繼電器端子的高度為300mm）。SM機籠 SM120 機籠共有10 個槽位，由左至右依次可配置2 個冗余電源模塊、6 個I/O 模塊和2個冗余主控模塊。前面板上設有主控站地址撥碼開關、終端匹配撥碼開關、冗余PROFIBUS-DP 接口和冗

10、余以太網(wǎng)RJ45接口; 后面板上設有交流電源輸入端、電源報警輸出端和預制電纜插座。SM120主控機籠 SM120主控機籠 CPUI/O 模塊SM121 I/O機籠 主控單元 和I/O單元主控單元由主控模塊SM201以及主控機籠構成，采用嵌入式無風扇設計，超低功耗運行（7.5W5VDC）。SM201主控模塊采用嵌入式X86兼容處理器，主頻 100MHz；16M DRAM；1M SRAM；主、從冗余；掉電保護；系統(tǒng)網(wǎng)雙網(wǎng)冗余；控制網(wǎng)冗余。2022/8/1SM201主控模塊SM201模塊狀態(tài)指示燈RUN（綠）亮運行滅停止運行STDBY（黃）亮主控單元為從機（雙機）滅主控單元為主機（雙機）閃主控單元為

11、單機,或雙機系統(tǒng)中一個主控故障ERROR（紅）亮運行錯誤滅運行正常閃從機備份數(shù)據(jù)CNET(綠)亮DP控制網(wǎng)正常滅DP控制網(wǎng)故障閃與模塊未建立通訊SM201模塊狀態(tài)指示燈CNETA（黃）亮DP控制網(wǎng)A正常滅DP控制網(wǎng)A無數(shù)據(jù)流閃DP控制網(wǎng)A有斷線CNETB（黃）亮DP控制網(wǎng)B正常滅DP控制網(wǎng)B無數(shù)據(jù)流閃DP控制網(wǎng)B有斷線SNET1（黃）亮系統(tǒng)網(wǎng)1使用中滅系統(tǒng)網(wǎng)1未用SNET2 （黃）亮系統(tǒng)網(wǎng)2使用中滅系統(tǒng)網(wǎng)2未用RNET（黃）亮備份網(wǎng)使用中滅備份網(wǎng)未用=I/O單元+預制電纜I/O單元由I/O模塊及對應端子模塊共同構成。I/O模塊與對應端子模塊通過預制電纜（DB25）連接，完成現(xiàn)場信號的采集、處理

12、與控制。每個I/O單元通過PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線與主控單元建立通訊。主控模塊和I/O模塊均為盒式插件結構，支持熱插拔。端子模塊采用標準35mmDIN導軌安裝。2I/O單元 I/O模塊 在對控制系統(tǒng)做出合理配置前，應先統(tǒng)計出工程應用對象的測量、控制點數(shù)及類型，從而確定所需模塊的類型和數(shù)量。常用的四種I/O單元類型：AI、AO、DI、DO。其中AI又分為標準大信號（420mA或15V）、熱電阻型和熱電偶型。 基本AI模塊 SM481 8通道電流型輸入模塊 SM432 8通道電阻信號輸入模塊 SM472 8通道（路間隔離）熱電偶信號輸入模塊SM481是SM系列硬件產(chǎn)品中的8通道電流型模擬量輸

13、入模塊。通過64針歐式連接器與機籠底板連接，同時，與對應端子模塊（SM3480）配套使用，通過配套端子，模塊與現(xiàn)場設備連接構成完整的I/O單元。SM481模擬量輸入模塊SM481是依據(jù)不同的現(xiàn)場設備，選擇相應的接線方式，將現(xiàn)場信號線直接連接到SM3480電流型模擬量輸入端子模塊的雙列端子上，依據(jù)不同的接線方式，要求每路采用兩根導線（屏蔽電纜）連接到對應的雙列端子上SM481模塊基本功能： 8通道4-20mA電流信號輸入； 支持在線熱插拔； 模塊化設計，機籠軌道安裝。SM3480端子模塊接線SM3480端子模塊接線SM472熱偶信號輸入模塊SM472 是SM 系列硬件產(chǎn)品中的8 通道（通道間隔離

14、）熱電偶輸入模塊。通過64 針歐式連接器與機籠底板連接，與對應端子模塊配套（SM3470）使用，處理從現(xiàn)場來的熱電偶毫伏電壓信號。SM472 可與J、K、N、E、S、B、R、T 型熱偶一次測溫元件相連，處理工業(yè)現(xiàn)場的溫度信號。SM472模塊基本功能： 8通道熱電偶毫伏電壓信號輸入； 支持在線熱插拔； 路間隔離。SM3470端子模塊接線SM3470端子模塊接線SM432熱電阻信號輸入模塊SM432 是SM系列硬件產(chǎn)品中的8通道熱電阻型模擬量輸入模塊。通過64針歐式連接器與機籠底板連接，與Cu50、Pt100熱電阻測溫元件相連，用于處理工業(yè)現(xiàn)場的溫度信號；SM432模塊可對在0400(-20085

15、0)范圍內的電阻信號進行采樣處理。SM432模塊基本功能： 8通道電阻信號輸入； 支持在線熱插拔； 模塊化設計、機籠軌道安裝。SM3432端子模塊接線SM3432端子模塊接線SM510模擬量信號輸出模塊SM510模塊基本功能： 8通道4-20mA電流信號輸出； 支持在線熱插拔； 模塊化設計、機籠軌道安裝。 支持電流過載保護 SM510是SM系列硬件產(chǎn)品中的8通道電流型模擬量輸出模塊。通過64針歐式連接器與機籠底板連接，與對應端子模塊（SM3510）配套使用，構成完整的I/O單元，輸出8路420mA電流信號至現(xiàn)場設備。SM3510端子模塊接線SM3510端子模塊接線SM610開關量信號輸入模塊S

16、M610模塊基本功能： 16通道觸點型開關量信號輸入； 支持在線熱插拔； 模塊化設計、機籠軌道安裝； 支持脈沖計數(shù)。 SM610是SM系列硬件產(chǎn)品中的16通道觸點型開關量輸入模塊。通過64針歐式連接器與機籠底板連接，與對應端子模塊配套使用，從現(xiàn)場輸入16路觸點型開關量信號。觸點查詢電壓24VDC，且模塊內部連接。SM3610端子模塊接線SM3610端子模塊接線SM618開關量信號輸入模塊SM618模塊基本功能： 16通道觸點型開關量信號輸入； 支持在線熱插拔； 模塊化設計、機籠軌道安裝； 支持脈沖計數(shù)。 SM618是SM系列硬件產(chǎn)品中的16通道觸點型開關量輸入模塊。通過64針歐式連接器與機籠底

17、板連接，與對應端子模塊配套使用，從現(xiàn)場輸入16路觸點型開關量信號。觸點查詢電壓48VDC，且模塊內部連接。SM711開關量信號輸出模塊SM711模塊基本功能： 16通道觸點型開關量信號輸出； 支持在線熱插拔； 模塊化設計、機籠軌道安裝； SM711是SM系列硬件產(chǎn)品中的16通道晶體管型開關量輸出模塊。通過64針歐式連接器與機籠底板連接，與對應端子模塊配套（SM3711）使用，輸出16路開關量信號至現(xiàn)場設備。SM3711端子模塊接線SM3711端子模塊接線常用端子模塊第三部分：和利時控制系統(tǒng)網(wǎng)絡架構HOLLiAS MACS硬件體系結構 工程師站運行相應的組態(tài)管理程序，對整個系統(tǒng)進行集中控制和管理

18、。工程師站主要有以下功能：組態(tài)（包括系統(tǒng)硬件設備、數(shù)據(jù)庫、控制算法、圖形、報表）和相關系統(tǒng)參數(shù)的設置?，F(xiàn)場控制站的下裝和在線調試，服務器、操作員站的下裝在工程師站上運行操作員站實時監(jiān)控程序后，可以把工程師站作為操作員站使用。 工程師站 工程師站運行相應的組態(tài)管理程序，對整個系統(tǒng)進行集中控制和管理。工程師站主要有以下功能：組態(tài)（包括系統(tǒng)硬件設備、數(shù)據(jù)庫、控制算法、圖形、報表）和相關系統(tǒng)參數(shù)的設置?，F(xiàn)場控制站的下裝和在線調試，服務器、操作員站的下裝在工程師站上運行操作員站實時監(jiān)控程序后，可以把工程師站作為操作員站使用。HOLLiAS MACS硬件體系結構操作員站操作員站運行相應的實時監(jiān)控程序，對整

19、個系統(tǒng)進行監(jiān)視和控制。操作員站主要完成以下功能：各種監(jiān)視信息的顯示、查詢和打印，主要有工藝流程圖顯示、趨勢顯示、參數(shù)列表顯示、報警監(jiān)視、日志查詢、系統(tǒng)設備監(jiān)視等。 通過鍵盤、鼠標或觸摸屏等人機設備，通過命令和參數(shù)的修改，實現(xiàn)對系統(tǒng)的人工干預，如在線參數(shù)修改、控制調節(jié)等。過程控制站現(xiàn)場控制站運行相應的實時控制程序，對現(xiàn)場進行控制和管理?，F(xiàn)場控制站主要運行工程師站所下裝的控制程序，進行工程單位變換、數(shù)據(jù)采集和控制輸出、控制運算等。通訊介質轉換控制網(wǎng)絡系統(tǒng)網(wǎng)絡Hollias系統(tǒng)的硬件體系結構 HOLLiAS MACS系統(tǒng)網(wǎng)絡概述 HOLLiAS MACS系統(tǒng)由上下兩個網(wǎng)絡層次組成：監(jiān)控網(wǎng)絡(SNET

20、)和控制網(wǎng)絡(CNET)。上層監(jiān)控網(wǎng)絡主要用于工程師站、操作員站和現(xiàn)場控制站的通訊連接；下層控制網(wǎng)絡存在于各個現(xiàn)場控制站內部，主要用于主控單元和智能I/O單元的通訊連接。監(jiān)控網(wǎng)絡（SNET）監(jiān)控網(wǎng)絡實現(xiàn)了工程師站、操作員站、現(xiàn)場控制站之間的數(shù)據(jù)通訊。通過監(jiān)控網(wǎng)絡，工程師站可以把控制算法程序下裝到現(xiàn)場控制站主控單元上，同時工程師站和操作員站也可以從主控單元上采集實時數(shù)據(jù)，用于人機界面上數(shù)據(jù)的顯示。 上層監(jiān)控網(wǎng)絡為冗余高速以太網(wǎng)鏈路，使用五類屏蔽雙絞線及光纖將各個通訊節(jié)點連接到中心交換機上。該網(wǎng)絡中主要的通訊節(jié)點有工程師站、操作員站、現(xiàn)場控制站，采用TCP/IP通訊協(xié)議，不僅可以提供100Mbps

21、的數(shù)據(jù)連接，還可以連接到Intranet、Internet，進行數(shù)據(jù)共享?？刂凭W(wǎng)絡（CNET） 控制網(wǎng)絡位于現(xiàn)場控制站內部，主控單元和智能I/O單元都連接在Profibus-DP現(xiàn)場總線上，采用帶屏蔽的雙絞銅線(串行總線)進行連接，具有很強的抗干擾能力。該網(wǎng)絡中的通訊節(jié)點主要有DP主站(主控單元中的SM201模件)和DP從站(智能I/O單元SM系列的輸入/輸出模件)。利用總線技術實現(xiàn)主控單元和過程I/O單元間的通訊，以完成實時輸入/輸出數(shù)據(jù)和從站設備診斷信息的傳送，并且通過添加DP重復器模件，可以實現(xiàn)遠距離通訊，或者連接更多的智能I/O單元。 SM系列硬件系統(tǒng)采用PROFIBUS-DP 現(xiàn)場總

22、線技術。主控單元（SM201）為PROFIBUS-DP 主站，I/O 模塊為PROFIBUS-DP 從站。 標準PROFIBUS-DP 系統(tǒng)每條鏈路最多可連接126站（站號從0-125）主控機籠 擴展機籠1#機柜1個，可安裝2電源2主站6從站5個，每個機籠可安裝2電源8從站2#機柜6個，每個機籠可安裝2電源8從站PROFIBUS-DP 在系統(tǒng)中的應用OSI是Open System Interconnect的縮寫，意為開放式系統(tǒng)互聯(lián)。國際標準組織（國際標準化組織）制定了OSI模型。這個模型把網(wǎng)絡通信的工作分為7層:應用層（Application layer）表示層（Presentation la

23、yer）會話層（Session layer）傳輸層（Transport layer）網(wǎng)絡層（Network layer）數(shù)據(jù)鏈路層（Data link layer）物理層（Physical layer）OSI網(wǎng)絡參考模型物理層： 機械特性規(guī)定了網(wǎng)絡連接時所需接口的規(guī)格尺寸、引腳數(shù)量和排列情況等；電氣特性規(guī)定了在物理連接上傳輸bit流時線路上信號電平的大小、阻抗匹配、傳輸速率距離限制等。 在這一層數(shù)據(jù)的單位稱為比特（bit）。 屬于物理層的典型規(guī)范有：RS-232，RS-485，RJ-45等。數(shù)據(jù)鏈路層： 在物理層提供比特流服務的基礎上，建立相鄰結點之間的數(shù)據(jù)鏈路。 該層的作用：物理地址尋址、數(shù)據(jù)的成幀、數(shù)據(jù)的檢錯等。 在這一層數(shù)據(jù)的單位稱為幀（frame）。 數(shù)據(jù)鏈路層的主要設備：交換機網(wǎng)絡層： 在這一層,數(shù)據(jù)的單位稱為數(shù)據(jù)包（packet）。各層任務簡介1，