集散控制系統(tǒng)：第四節(jié) TDC-3000系統(tǒng)特性

1、1.2.4 TDC3000系統(tǒng)特性 2. TDC-3000 UCN網(wǎng)絡(luò)特性 UCN萬(wàn)能控制網(wǎng)絡(luò)通過(guò)NIM與LCN相連成為其一個(gè)集成子系統(tǒng)。 TDC3000 UCN屬于過(guò)程控制層。在通信鏈方面UCN采用與ISO標(biāo)準(zhǔn)相兼容的IEEE 802.4令牌總線網(wǎng)絡(luò)；采用多微處理器的過(guò)程管理站PM(Process Manager)、先進(jìn)的過(guò)程管理站APM(Advanced Process Manager)作為數(shù)據(jù)采集與控制設(shè)備，替代了BASIC系統(tǒng)中MC與PIU的全部功能，并在速度、容量和功能方面有較大提高，最多可接40個(gè)I/O設(shè)備。冗余配置也由BASIC系統(tǒng)的8：1提高到PM和APM中控制單元的1：1冗余

2、，故可靠性大為提高。 1.2.4 TDC3000系統(tǒng)特性萬(wàn)能控制網(wǎng)絡(luò)UCN除了與LCN連接的網(wǎng)絡(luò)接口模塊NIM外，還包括過(guò)程管理站PM、先進(jìn)過(guò)程站APM、邏輯管理站LM(Logic Manager)及通信系統(tǒng)。UCN網(wǎng)絡(luò)采用雙重冗余，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)具有點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信功能，使得網(wǎng)上APM、PM和LM之間能共享網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)。在LCN網(wǎng)絡(luò)上，來(lái)自過(guò)程控制網(wǎng)絡(luò)UCN的過(guò)程數(shù)據(jù)都可以為標(biāo)準(zhǔn)的TDC3000系統(tǒng)的操作、控制、歷史和管理等功能模塊所共用。 例如：由于UCN與LCN已經(jīng)通過(guò)NIM結(jié)合成為一個(gè)系統(tǒng)，在需要時(shí)，用戶(hù)圖形就可以顯示UCN和高速通道HW的信息。所以，歷史及其它高級(jí)控制功能，亦可以采用這些過(guò)程控制網(wǎng)絡(luò)

3、UCN的過(guò)程數(shù)據(jù)。下面介紹UCN網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)組成模塊。1.2.4 TDC3000系統(tǒng)特性1）過(guò)程管理站PM PM集多功能控制器（MC）和過(guò)程接口單元（PIU）兩者功能于一體，并在速度、容量和功能方面有更大改進(jìn)和提高。PM為數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)和控制提供了高度靈活的輸入/輸出功能及很強(qiáng)的控制功能，包括專(zhuān)用調(diào)節(jié)控制軟件、全集中聯(lián)鎖邏輯功能及面向過(guò)程工程師的高級(jí)語(yǔ)言（CL/PM）,可方便地實(shí)現(xiàn)連續(xù)控制、邏輯控制、順序控制和批量控制等功能。PM的快速掃描周期可達(dá)0.75s，速度是BASIC中AMC的2倍。一個(gè)PM可處理多達(dá)50000條CL/PM語(yǔ)句。 過(guò)程管理站（PM）和先進(jìn)過(guò)程管理站（APM）具有相同的結(jié)構(gòu)，使用

4、同樣的輸入/輸出、端子、供電和機(jī)柜，并且可以進(jìn)行完全的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信。但APM支持兩個(gè)新類(lèi)型的（I/O）管理器：即事件順序（為事故追憶設(shè)置）和串行接口。PM和APM是TDC3000系統(tǒng)的關(guān)鍵部分。 PM和 APM都能提供以下的控制和數(shù)據(jù)采集功能： 1.2.4 TDC3000系統(tǒng)特性可組態(tài)的常規(guī)控制；可組態(tài)的離散控制（包括邏輯和馬達(dá)控制）；與子系統(tǒng)裝置的串行通信；光纖遠(yuǎn)程輸入/輸出；與現(xiàn)場(chǎng)儀表的數(shù)字一體化。 由于PM和APM具有的強(qiáng)大功能，因此它們可以幫助用戶(hù)更好地管理生產(chǎn)過(guò)程，提供靈活、直接的過(guò)程連接，具有從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的各種控制功能。先進(jìn)控制的策略可將連續(xù)、順序、邏輯和數(shù)據(jù)采集功能以及復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)

5、算一體化，從而實(shí)現(xiàn)先進(jìn)的控制方法和控制策略。 1.2.4 TDC3000系統(tǒng)特性2）先進(jìn)過(guò)程管理站APM APM是過(guò)程管理站（PM）的發(fā)展，它給用戶(hù)提供了一個(gè)可靠的輸入/輸出和控制技術(shù)。APM可以提供更密集的連續(xù)控制和離散控制以及某子系統(tǒng)的信息。 APM除了具有與PM相同的功能之外，還增加了數(shù)字輸入事件（DICOE）處理、設(shè)備（DEVICE）管理點(diǎn)、CL程序數(shù)據(jù)點(diǎn)、與非TDC3000設(shè)備串行接口的能力、四倍于PM的存儲(chǔ)量、字符串變量的時(shí)間變量等功能。另一大改變是CL/APM功能的增強(qiáng)。CL/APM是CL/PM的改進(jìn)版。所有這些改進(jìn)都是為了使操作管理更加方便。 例如通過(guò)增加的串口，能使非TDC3

6、000設(shè)備的其它過(guò)程控制器可直接與APM相連，成為APM的一個(gè)輔助系統(tǒng)。這一點(diǎn)增強(qiáng)了系統(tǒng)的開(kāi)放性。 1.2.4 TDC3000系統(tǒng)特性3）邏輯管理站LM LM是用于邏輯控制的現(xiàn)場(chǎng)控制站。它具有PLC (Programmable Logic Controller)控制的優(yōu)點(diǎn)；同時(shí)，LM在UCN網(wǎng)絡(luò)上可方便地與系統(tǒng)中各模塊進(jìn)行通信，使DCS系統(tǒng)能通過(guò)LM與PLC更有機(jī)地結(jié)合，并使其數(shù)據(jù)能集中顯示、操作和管理，從而把快速邏輯控制和TDC3000的過(guò)程管理功能有機(jī)結(jié)合起來(lái)。 LM還能提供邏輯處理、梯形邏輯編程和執(zhí)行邏輯程序。 在控制室，LM的數(shù)據(jù)采集、控制和通信功能可以與TDC3000局部控制網(wǎng)絡(luò)LC

7、N模塊通過(guò)NIM相連接，從而使其延伸到通用操作站US的操作、過(guò)程歷史數(shù)據(jù)的收集和數(shù)據(jù)庫(kù)的存儲(chǔ)，并能在操作站對(duì)PM重新裝載高級(jí)及多單元的控制策略等。 1.2.4 TDC3000系統(tǒng)特性邏輯管理站LM輸入/輸出模塊的選擇范圍很廣，可以直接與過(guò)程相連，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和控制功能。輸入/輸出模塊具有多個(gè)通道，可連接多種模擬和數(shù)字信號(hào)。 并行的輸入/輸出可以處理LM站內(nèi)的本地信號(hào)；而串行的輸入/輸出可處理本地和遠(yuǎn)程信號(hào)。LM的遠(yuǎn)程信號(hào)處理能力可擴(kuò)展到距離邏輯管理站3000m處。遠(yuǎn)程邏輯信號(hào)處理模塊與邏輯管理站之間的通信可用光纜實(shí)現(xiàn)，從而提高了抗干擾能力，并可防止接地回流的干擾影響。 1.2.4 TDC30

8、00系統(tǒng)特性3. MICRO TDC 微型集散系統(tǒng)能適應(yīng)小廠的控制要求，是當(dāng)今DCS發(fā)展的趨勢(shì)之一。 Honey Well公司推出的MICRO DCS新產(chǎn)品：TDC3000SPX 系列精密小系統(tǒng)帶有一條HW和一個(gè)MC，具有系統(tǒng)擴(kuò)展的硬件I/O口，并配以一般操作站或萬(wàn)能操作站。推出的小系統(tǒng)還有以UCN為通信網(wǎng)絡(luò)，上掛APM、PM和LM的小系統(tǒng)。1.2.5 國(guó)產(chǎn)SUPCON JX300X的通信系統(tǒng) SUPCON JX300X是由浙大中控公司生產(chǎn)的較有代表性的國(guó)產(chǎn)DCS系統(tǒng)。它的通信系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)如圖1.9所示。該系統(tǒng)同樣主要由控制站、操作站和通信網(wǎng)絡(luò)組成。通信網(wǎng)絡(luò)分三層，如圖1.10所示。 第一層網(wǎng)

9、絡(luò)是信息管理網(wǎng)； 第二層網(wǎng)絡(luò)是過(guò)程控制網(wǎng)，稱(chēng)為SCnet； 第三層網(wǎng)絡(luò)是控制站內(nèi)部I/O控制總線，稱(chēng)為SBUS。 下面對(duì)這三層通信網(wǎng)絡(luò)分別進(jìn)行介紹。 1.2.5 國(guó)產(chǎn)SUPCON JX300X的通信系統(tǒng)OS-操作站；ES工程師站；MFS多功能計(jì)算站；BCU總線變換單元；CIU通信接口單元；DAS數(shù)據(jù)采集站；PCS過(guò)程控制站；LCS邏輯控制；RIOU遠(yuǎn)程IO單元；SBUS系統(tǒng)I/O總線 ; IOUIO單元圖1.9JX300X體系結(jié)構(gòu)圖1.2.5 國(guó)產(chǎn)SUPCON JX300X的通信系統(tǒng)圖1.10JX3000X系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖1.2.5 國(guó)產(chǎn)SUPCON JX300X的通信系統(tǒng) 1.信息管理網(wǎng)

10、信息管理網(wǎng)采用以太網(wǎng)絡(luò)（Ethernet） ，用于工廠級(jí)的信息傳送和管理，是實(shí)現(xiàn)全廠綜合管理的信息通道。通過(guò)在多功能計(jì)算站（MFS）上網(wǎng)絡(luò)接口轉(zhuǎn)接的方法，實(shí)現(xiàn)信息管理網(wǎng)與SCnet II過(guò)程控制網(wǎng)的網(wǎng)間橋接，以獲取JX300X集散控制系統(tǒng)中過(guò)程參數(shù)和系統(tǒng)的運(yùn)行信息，同時(shí)也向下傳送上層管理計(jì)算機(jī)的調(diào)度指令和生產(chǎn)指導(dǎo)信息。信息管理網(wǎng)采用大型網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)信息共享，并可將各個(gè)裝置的控制系統(tǒng)連入企業(yè)信息管理網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)工廠級(jí)的綜合管理、調(diào)度、統(tǒng)計(jì)和決策等。1.2.5 國(guó)產(chǎn)SUPCON JX300X的通信系統(tǒng)2. 過(guò)程控制網(wǎng)絡(luò)SCnet II JX300X系統(tǒng)采用了雙高速冗余工業(yè)以太網(wǎng)SCnet II作為

11、過(guò)程控制網(wǎng)絡(luò)。它直接連接了系統(tǒng)的控制站、操作站、工程師站和通信接口單元等，是傳送過(guò)程控制實(shí)施信息的通道，具有很高的實(shí)時(shí)性和可靠性。通過(guò)掛接網(wǎng)橋，SCnet II可以與上層的信息管理網(wǎng)或與其它廠家設(shè)備連接。 過(guò)程控制網(wǎng)絡(luò)SCnet II的數(shù)據(jù)傳輸遵循TCP/IP（最常用的標(biāo)準(zhǔn)傳輸協(xié)議 ）和UDP/IP（用戶(hù)數(shù)據(jù)報(bào)文）協(xié)議。 JX300X 的SCnet II網(wǎng)絡(luò)采用雙重化冗余結(jié)構(gòu)，如圖1.11所示。在其中任一條通信線發(fā)生故障的情況下，通信網(wǎng)絡(luò)仍能保持正常的數(shù)據(jù)傳輸。 1.2.5 國(guó)產(chǎn)SUPCON JX300X的通信系統(tǒng)圖1.11 SCnet網(wǎng)絡(luò)雙重冗余結(jié)構(gòu)示意圖 1.2.5 國(guó)產(chǎn)SUPCON JX

12、300X的通信系統(tǒng) SCnet II的通信介質(zhì)、網(wǎng)絡(luò)控制器和驅(qū)動(dòng)接口等均可冗余配置。在冗余配置的情況下，發(fā)送站點(diǎn)（源）對(duì)傳輸數(shù)據(jù)包（報(bào)文）進(jìn)行時(shí)間標(biāo)識(shí)，接收站點(diǎn)（目標(biāo)）進(jìn)行出錯(cuò)檢驗(yàn)和信息通道故障判斷、擁擠情況判斷等處理；若檢驗(yàn)結(jié)果正確，則按時(shí)間順序等方法，擇優(yōu)獲取冗余的兩個(gè)數(shù)據(jù)包中的一個(gè)，而濾去重復(fù)和錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)包。當(dāng)某一條信息通道出現(xiàn)故障時(shí)，另一條信息通道將負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的通信任務(wù)，使通信系統(tǒng)仍然能夠保持暢通。1.2.5 國(guó)產(chǎn)SUPCON JX300X的通信系統(tǒng)3. 控制站內(nèi)部I/O控制總線-SBUS總線 SBUS總線是控制站內(nèi)部的I/O控制總線，站內(nèi)的主控制卡、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡、I/O卡通過(guò)SBUS

13、總線進(jìn)行信息交換，如圖1.12所示。SBUS總線本身又分為兩層： 第一層為雙重化總線SBUS-S2，是系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)總線，物理上位于控制站所管轄的I/O機(jī)籠之間，連接了主控制卡和各個(gè)I/O機(jī)籠內(nèi)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡，用于它們之間的信息交換； 第二層為SBUS-S1網(wǎng)絡(luò)，物理上位于各I/O機(jī)籠內(nèi)，連接了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡和籠內(nèi)的各個(gè)I/O卡件，用于數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡與各塊I/O卡件間的信息交換。1.2.5 國(guó)產(chǎn)SUPCON JX300X的通信系統(tǒng)圖1.12 控制站SBUS結(jié)構(gòu)示意圖選煤廠DCS系統(tǒng)冗余操作站現(xiàn)場(chǎng)邏輯控制站現(xiàn)場(chǎng)控制站機(jī)柜操作站顯示畫(huà)面操作主畫(huà)面操作站顯示畫(huà)面設(shè)備狀態(tài)1.3 TDC3000系統(tǒng)MC的組態(tài)DCS的

14、組態(tài)可以包括兩個(gè)方面：第一方面是硬件組態(tài)，實(shí)際上是在CRT操作站或工程師站上完成系統(tǒng)硬件的配置，也就是硬件系統(tǒng)的建立。它是通過(guò)在系統(tǒng)初次啟用時(shí)，回答操作系統(tǒng)的一系列提問(wèn)或選擇而實(shí)現(xiàn)的。第二方面則是指控制系統(tǒng)軟件的生成，也就是首先把控制程序中常用的運(yùn)算功能、信號(hào)變換功能、PID控制功能和其它各種功能所對(duì)應(yīng)的程序預(yù)先固化成ROM中的各種程序模塊，然后用最簡(jiǎn)單的編程語(yǔ)言、填寫(xiě)表格或圖上作業(yè)等方法將這些程序模塊加以連接后構(gòu)成各種控制系統(tǒng)的應(yīng)用軟件。 1.3 TDC3000系統(tǒng)MC的組態(tài)本節(jié)所指的內(nèi)容為上述第二方面描述的內(nèi)容，即軟件的組態(tài)。在DCS中的控制這一層上一般采用上述的組態(tài)方法生成軟件。對(duì)于管理

15、層的生產(chǎn)優(yōu)化或經(jīng)營(yíng)優(yōu)化的管理軟件，則仍舊如通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中那樣，用例如C等高級(jí)語(yǔ)言加以編制，本節(jié)不討論這樣的應(yīng)用軟件。 1.3 TDC3000系統(tǒng)MC的組態(tài)1.3.1 組態(tài)的說(shuō)明 DCS的回路控制器是面向廣泛對(duì)象設(shè)計(jì)的通用型控制器，具有豐富的控制功能。在具體的回路中，它總是以某些特定的功能去控制回路。根據(jù)設(shè)計(jì)來(lái)確定這些特定的功能所對(duì)應(yīng)的程序的過(guò)程就叫做組態(tài)（configuration）。 正確的組態(tài)是以系統(tǒng)的正確設(shè)計(jì)為前提的。這里僅介紹TDC3000中MC的基本組態(tài)方法。注意，不同設(shè)計(jì)的控制站組態(tài)的方法差異很大，但所要解決的基本問(wèn)題則是類(lèi)似的。1.3 TDC3000系統(tǒng)MC的組態(tài)1.3.2 組

16、態(tài)字的構(gòu)成 MC控制器的設(shè)計(jì)是與一般的控制回路設(shè)計(jì)類(lèi)似的。一般來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)一個(gè)特定的控制回路時(shí)，需要對(duì)控制回路所涉及的若干問(wèn)題給予確定的回答，以使控制器的控制功能滿(mǎn)足該回路的控制要求。通過(guò)分別設(shè)定與控制回路中的若干問(wèn)題相對(duì)應(yīng)的組態(tài)字的過(guò)程就是組態(tài)。 MC的組態(tài)字實(shí)質(zhì)上是一組八進(jìn)制的組態(tài)代碼。組態(tài)字共分成9組，每組4位，共36個(gè)八進(jìn)制位，每一位（或兩位）表示了一個(gè)特定參數(shù)的性質(zhì)、操作要求或功能選擇。 1.3 TDC3000系統(tǒng)MC的組態(tài)1.3.3 組態(tài)步驟畫(huà)出控制系統(tǒng)框圖 根據(jù)過(guò)程控制的實(shí)際需要，畫(huà)出控制系統(tǒng)的方框圖。把圖中的每個(gè)方塊簡(jiǎn)化成兩個(gè)輸入和一個(gè)輸出的槽路（SLOT，可理解為一個(gè)控制器模塊）結(jié)構(gòu)。MC的連續(xù)控制功能是通過(guò)其內(nèi)部的16個(gè)SLOT（由軟件實(shí)現(xiàn)的控制功一個(gè)能模塊）和37種標(biāo)準(zhǔn)算法來(lái)實(shí)現(xiàn)的。每個(gè)SLOT的信號(hào)處理除了有兩個(gè)模擬輸入、一個(gè)模擬輸出外，還有兩個(gè)報(bào)警狀態(tài)輸出。1.3 TDC3000系統(tǒng)MC的組態(tài) 確定各槽路的有關(guān)特性，包括：要執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)算法；X、Y輸入所對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)塊號(hào)及槽路之間的相互關(guān)系；顯示特性；選擇PV跟蹤和預(yù)置功能；報(bào)警類(lèi)型和高、低極