控制儀表及裝置第07章

控制儀表及裝置第七章集散控制系統(tǒng)第一節(jié)概述第二節(jié)集散控制系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)第三節(jié)TPS集散控制系統(tǒng)第四節(jié)PCS7過程控制系統(tǒng)第五節(jié)集散控制系統(tǒng)可靠性集散控制系統(tǒng)第一節(jié)概述>集散控制系統(tǒng)的發(fā)展歷程20世紀50、60年代，過程工業(yè)主要使用模擬式儀表，它們功能單一、控制精度不高。以后的DDC和SCC集中型計算機控制系統(tǒng)能進行復(fù)雜控制,但存在危險集中的問題。1975年Honeywell推出了世界上第一套集散控制系統(tǒng)–TDC2000,實現(xiàn)了分散控制和集中操作與管理的功能,以后十年DCS不斷完善。20世紀90年代以來推出了以管控一體化為主要特征的DCS,隨著PLC和FCS技術(shù)的發(fā)展,DCS與PLC和FCS相融合的混合型分布式控制系統(tǒng)也已出現(xiàn)。>集散控制系統(tǒng)的特點功能齊全人機聯(lián)系完善可靠性高系統(tǒng)拓展靈活安裝調(diào)試簡單集散控制系統(tǒng)的性能比常規(guī)儀表控制系統(tǒng)和集中型計算機控制系統(tǒng)更為優(yōu)越,它的主要特點如下：CRT操作站管理計算機過程控制單元過程控制單元數(shù)據(jù)采集單元…集中操作與管理裝置分散控制裝置通信系統(tǒng)>集散控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與一般的局域網(wǎng)不同，集散控制系統(tǒng)中采用的通信網(wǎng)絡(luò)是用于生產(chǎn)過程的控制和管理，它具有下列特點：第二節(jié)集散控制系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)>通信網(wǎng)絡(luò)的特點

1.實時性好，動態(tài)響應(yīng)快2.可靠性高3.適應(yīng)惡劣的工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境>通信介質(zhì)1.雙絞線–最常用的通信介質(zhì)。2.同軸電纜–用于較高速率的數(shù)據(jù)傳輸。

3.光纜–不受電磁波干擾，廣泛應(yīng)用于集散系統(tǒng)。>網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

從站從站從站從站主站星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)站站站站站總線型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)環(huán)型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)站站站站站站通常有星型、總線型和環(huán)型及混合型：>網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議

通信協(xié)議以開放系統(tǒng)互連(OSI)參考模型為基礎(chǔ)，?；谖锢韺雍蛿?shù)據(jù)鏈路層而制定。數(shù)據(jù)鏈路層分為介質(zhì)訪問控制層(MAC)和邏輯鏈路控制層(LLC)。應(yīng)用最廣泛的通信協(xié)議是IEEE802系列，常用通信協(xié)議有：IEEE802.1局域網(wǎng)概述、體系結(jié)構(gòu)；IEEE802.2邏輯鏈路控制；IEEE802.3

總線網(wǎng)的MAC與物理層標準；IEEE802.4令牌總線網(wǎng)的MAC與物理層標準；IEEE802.5令牌環(huán)網(wǎng)的MAC與物理層標準；IEEE802.11無線局域網(wǎng)標準；IEEE802.15短距離無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)標準等。第三節(jié)TPS集散控制系統(tǒng)萬能工作站UWS萬能操作站US新型萬能操作站UXS應(yīng)用模件AM新型應(yīng)用模件AXM連接器CG、PLCG網(wǎng)絡(luò)連接器NG全方位萬能操作站GUS高速通路連接器HG網(wǎng)絡(luò)接口模件NIM基本控制器BC多功能控制器MC先進多功能控制器AMC數(shù)據(jù)高速通路口DHP擴展控制器EC增強型操作EOS基本操作站BOS過程接口單元PIU通用計算機接口GPCI邏輯管理器LM先進過程管理器APM故障安全控制管理器FSC過程管理器PM高性能過程管理器HPMDECVAX計算機AXP計算機管理計算機歷史模件HM工廠信息網(wǎng)(PIN)局域控制網(wǎng)(LCN)萬能控制網(wǎng)(UCN)基本系統(tǒng)(BASIC)高速通路指揮器HTD數(shù)據(jù)高速通路DHTPS系統(tǒng)基本構(gòu)成圖>系統(tǒng)構(gòu)成>分散過程控制裝置

分散過程控制裝置包括連接在

DH

上的BC、EC、MC、AMC

和連接在

UCN

上的

PM、APM、HPM、LM和FSC。過程管理器PM

基本構(gòu)成：由過程管理模件PMM和IO

子系統(tǒng)組成。PMM包括通信處理器和調(diào)制解調(diào)器、I/O鏈路接口處理器以及控制處理器三部分。I/O

子系統(tǒng)由雙重冗余的

I/O鏈路和最多40個I/O處理器組成。完成I/O處理、各種控制和報警任務(wù)通信處理器和調(diào)制解調(diào)器(M68000)I/O鏈路接口處理器(80C51)控制處理器(M68000)PMM高電平

模擬輸入處理器16低電平模擬輸入處理器8低電平多路轉(zhuǎn)換器32智能變送器接口處理器16模擬輸出處理器8脈沖輸入處理器8數(shù)字輸入處理器32數(shù)字輸出處理器16至遠處I/O處理器光纜I/O鏈路I/O子系統(tǒng)(80C31)過程管理器結(jié)構(gòu)UCN輸入輸出處理功能由不同類型的I/O卡實現(xiàn)，有8種類型：高電平模擬輸入處理器、低電平模擬輸入處理器、低電平多路模擬輸入轉(zhuǎn)換器、智能變送器接口處理器、模擬輸出處理器、數(shù)字輸入處理器、數(shù)字輸出處理器）和脈沖輸入處理器。功能：輸入輸出處理、控制和報警功能。控制功能有連續(xù)控制、邏輯控制和順序控制幾種，這些控制功能是由PMM中各種類型的功能槽slot完成。一個slot稱為一個數(shù)據(jù)點。類型包括常規(guī)PV、常規(guī)控制、數(shù)字復(fù)合、邏輯、過程模件、數(shù)值、狀態(tài)標志和定時點。報警功能中的參數(shù)包括報警類型、報警限值和報警優(yōu)先。類型有絕對值、偏差與速率報警；限值有上限、下限、上上限、下下限等；報警優(yōu)先級有三個。先進過程管理器APM

APM具有與PM相似的結(jié)構(gòu)形式，但在I/O接口、控制功能、內(nèi)存容量和CL語言等方面都較PM有很大改進。APMM由先進通信處理器和調(diào)制解調(diào)器、先進I/O鏈路接口處理器和先進控制處理器三部分組成?；緲?gòu)成：先進過程管理模件APMM和I/O子系統(tǒng)。I/O子系統(tǒng)由11種I/O處理器組成，比PM多了數(shù)字輸入事件順序、串行設(shè)備接口和串行接口三種處理器。功能：輸入輸出處理和控制功能。輸入輸出功能比PM增加三個功能：數(shù)字輸入事件順序、串行設(shè)備接口、串行接口。共有12種數(shù)據(jù)點，比PMM多了設(shè)備管理點、數(shù)組點、時間變量點和字符串點四種。高性能過程管理器HPM

HPM是APM更新產(chǎn)品，采用兩個68040處理器作為通信處理器和控制處理器,80C32作為I/O鏈路接口處理器。與APM相比，HPM在輸入輸出處理功能和控制功能方面有所提高：

HPM的I/O處理器的類型也比PM多了三種，但是它的輸出通道有所增加。

HPM的常規(guī)控制點算法比APM增加了三種，分別是乘法器/除法器、帶位置比例的PID和常規(guī)控制求和器。邏輯管理器LM

主要用于邏輯控制，它具有PLC的優(yōu)點。由于它直接掛在UCN網(wǎng)上，故可與網(wǎng)絡(luò)上其他模件PM、APM、HPM等進行數(shù)據(jù)通信，使PLC和DCS有機結(jié)合，能集中顯示、操作和管理?；緲?gòu)成：由邏輯管理模件

LMM、控制處理器和

I/O鏈路處理器及I/O模件組成。功能：LM以數(shù)據(jù)點為基礎(chǔ)，實現(xiàn)順序控制和緊急聯(lián)鎖等功能。共有9種數(shù)據(jù)點：數(shù)字輸入點、數(shù)字輸出點、模擬輸入點、模擬輸出點、數(shù)字復(fù)合點、鏈接點、狀態(tài)標志點、數(shù)值點、時間點。其功能同PM基本相同。邏輯管理模件LMM控制處理器I/O鏈路處理器并行I/O模件最大點數(shù)2048邏輯管理器LM串行連接模塊SLM串行I/O模件最大點數(shù)2040并行連接驅(qū)動模塊PLDM冗余UCN邏輯管理器結(jié)構(gòu)

故障安全控制管理器FSC

FSC是一種具有高級自診斷的生產(chǎn)過程保護系統(tǒng)，其容錯安全停車系統(tǒng)用于保護生產(chǎn)裝置和操作人員的安全。作為UCN的節(jié)點，可與PM和LM通信，也可經(jīng)網(wǎng)絡(luò)接口NIM與LCN上的歷史模件HM和應(yīng)用模件AM交換信息。FSC安全管理模件FSC-SMM冗余UCNFSC控制器控制處理器I/O模件通信模件FSC用戶操作站現(xiàn)場設(shè)備FSC網(wǎng)絡(luò)基本構(gòu)成：包括FSC安全管理模件和FSC控制器：故障安全控制管理器安全管理模件允許FSC通過串行通信鏈路與UCN設(shè)備進行點對點通信，或經(jīng)NIM與LCN上的模塊進行通信。功能：聯(lián)鎖控制、停車控制和裝置的整體安全控制?？刂铺幚砥鲌?zhí)行邏輯圖組態(tài)的控制程序，并將結(jié)果傳到輸出接口。它對FSC硬件進行連續(xù)測試,一旦發(fā)現(xiàn)故障，診斷信息立即通過SMM在操作站上報告，確保過程的安全控制、系統(tǒng)擴展的控制以及過程設(shè)備的診斷。I/O模件連接各種數(shù)字量和模擬量信號,所有的I/O模件與現(xiàn)場信號之間都采用光隔離。故障安全I/O模件支持系統(tǒng)的自診斷功能，用于安全檢測和控制。通信模件：一是FSC網(wǎng)絡(luò)的通信模件,通過它可與其他FSC系統(tǒng)進行通信。二是FSC用戶操作站通信模件,允許用戶在操作站上對FSC的參數(shù)及其屬性進行組態(tài)。>集中操作管理裝置

集中操作管理裝置包括BOS、EOS、US、UXS、UWS、GUS、以及AM、AXM和HM。萬能操作站USUS是LCN網(wǎng)上的模件，是TPS系統(tǒng)中主要的人機界面。它提供了綜合性的單一窗口。基本構(gòu)成：由硬件和軟件兩部分組成：硬件包括主機、彩色CRT顯示器、操作員/工程師鍵盤、軌跡球、鍵鎖和外圍設(shè)備等。軟件有兩類：一類是操作員屬性的系統(tǒng)軟件,另一類是工程師系統(tǒng)軟件。操作員屬性功能監(jiān)視和控制生產(chǎn)過程,包括啟停車；處理報警和操作員信息；顯示和打印過程歷史數(shù)據(jù)、趨勢、平均值、值班記錄等；歸檔歷史數(shù)據(jù)；監(jiān)視和改變設(shè)備的狀態(tài)；從歷史模塊或軟磁盤中加載操作程序和數(shù)據(jù)庫等。功能：提供不同的功能畫面以完成相應(yīng)的操作：過程工程師屬性功能除具有操作員屬性功能外,還增加了系統(tǒng)組態(tài)，數(shù)據(jù)點建立，用戶圖形建立，自由格式報表建立，控制語言程序的編寫、編譯和裝載功能。維護工程師屬性功能提供了系統(tǒng)維護主菜單,可顯示維護建議畫面、相關(guān)信息畫面、故障設(shè)備錯誤信息和過程連接裝置狀態(tài)。US、UWS和UXS性能比較US與UWS：UWS

工程師鍵盤比US

多了17個特殊功能鍵，且未帶LED顯示和可組態(tài)功能，它的驅(qū)動裝置一般配置兩個軟盤和兩個硬盤，另外還可帶矩陣打印機。

UWS的主要功能與US相同，它具有過程工程師功能、維護工程師功能和過程管理工程師功能。US與UXS：UXS是US的改進型，帶有工業(yè)標準協(xié)處理器，采用改進型高分辨率CRT。除具有過程人機接口的功能外，還具有基于Unix操作系統(tǒng)的工廠網(wǎng)外設(shè)信息通信接口功能,并可實現(xiàn)X-windows環(huán)境下的系統(tǒng)操作功能,用戶可通過它將第三方計算機與系統(tǒng)連接。全方位萬能操作站GUSGUS是較新的操作管理站，兼有操作員站和工程師站兩種功能，是采用WindowsNT操作系統(tǒng)的TPS節(jié)點之一?；緲?gòu)成：GUS構(gòu)成與US類似，由主機、顯示器、鍵盤、外設(shè)等組成，但它是雙處理器結(jié)構(gòu)，有兩塊主機板。GUS除配置操作員鍵盤外，還有PC標準鍵盤及鼠標。

GUS采用Uniformance集成軟件，主要有商業(yè)應(yīng)用軟件、過程歷史數(shù)據(jù)庫和桌面辦公軟件三部分。功能：GUS繼承了US的顯示、操作、過程組態(tài)等全部功能，同時提供了先進的視窗式人機接口技術(shù)，通過窗口管理軟件SafeView，實現(xiàn)對顯示環(huán)境的管理，可選定每屏的窗口數(shù)、窗口位置、窗口移動的限制等。應(yīng)用模件AMAM是具有高級控制和計算算法的LCN模件?；緲?gòu)成：包括微處理器卡、LCN接口卡、LCN輸入輸出卡以及存儲器卡等部分。AM具有適應(yīng)各種機型的軟件,除了AM系統(tǒng)的軟件之外，還具有基于DEC公司VAX計算機的、PC的和Macintosh計算機軟件。功能：包括控制、計算以及通信功能。其控制功能也是由各種類型的數(shù)據(jù)點來完成的。包括：常規(guī)點、旗標點、數(shù)字點、時間點、計算點、開關(guān)點和用戶數(shù)據(jù)段。

AM起著特殊的網(wǎng)絡(luò)溝通作用，與三條網(wǎng)絡(luò)LCN、UCN和DH上的所有設(shè)備均有聯(lián)系。AXM性能優(yōu)于AM,用雙重處理器,可帶浮點處理硬件,RISC協(xié)處理器用于與UNIX系統(tǒng)連接。軟件環(huán)境是OpenUSE。歷史模件HMHM是大容量存儲器，存儲系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件和歷史數(shù)據(jù)。基本構(gòu)成：HM的構(gòu)成和AM類似，其硬件組成包括：LCN接口、微處理器和存儲器。HM的存儲器分為冗余的單驅(qū)動和雙驅(qū)動，不冗余的單驅(qū)動和雙驅(qū)動四種組合類型。

功能：用于存儲三種信息：過程歷史數(shù)據(jù)（連續(xù)的過程瞬時值或平均值、過程事件、系統(tǒng)事件、日志等）、應(yīng)用軟件（用戶文件、系統(tǒng)組態(tài)文件、應(yīng)用數(shù)據(jù)庫文件、用戶圖形、控制語言程序等）、系統(tǒng)軟件（支持系統(tǒng)正常工作的軟件）。>通信網(wǎng)絡(luò)

通信網(wǎng)絡(luò)包括數(shù)據(jù)高速通路(DH)、局域控制網(wǎng)(LCN)、萬能控制網(wǎng)(UCN)和工廠信息網(wǎng)(PIN)。數(shù)據(jù)高速通路DHDH是TPS

基本系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)，用于早期分散控制裝置間的信息傳遞。它采用總線型結(jié)構(gòu)和廣播式通信協(xié)議，傳輸速率為

250kb/s，由高速通路指揮器

HTD來指揮各模塊間的信息傳遞。LCN是一種高速局域控制網(wǎng)，通信系統(tǒng)由同軸電纜、連接器、終端連接器以及LCN接口板組成。通信鏈路還包括LCN和DH間接口HG、LCN與UCN間接口NIM以及計算機連接器CG等。采用兩條冗余的同軸電纜，傳輸速率為5Mb/s，采用IEEE802.4通信協(xié)議。局域控制網(wǎng)LCN萬能控制網(wǎng)絡(luò)UCNUCN是一個過程控制級網(wǎng)絡(luò)，由冗余的同軸電纜組成，長度通常為800米。網(wǎng)絡(luò)通信采用IEEE802.4協(xié)議，令牌總線存取方式，通信速率為5MB/s。網(wǎng)間接口模件NIM網(wǎng)絡(luò)接口模件NIM是LCN網(wǎng)和UCN

網(wǎng)之間的連接器。它負責網(wǎng)絡(luò)間通信技術(shù)及協(xié)議的相互轉(zhuǎn)換,為LCN網(wǎng)上的模件訪問UCN網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的數(shù)據(jù)提供了可能。高速通路連接器HG

是LCN

網(wǎng)與DH

網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)接口，不僅擔負著LCN和DH之間的通信任務(wù),還要提供DH的數(shù)據(jù)管理功能。此外，HG還有診斷、報警和時間同步等功能。>系統(tǒng)組態(tài)

組態(tài)是用系統(tǒng)提供的功能模塊或算法組成所需控制結(jié)構(gòu),完成所需功能。有系統(tǒng)設(shè)備組態(tài)、控制組態(tài)和畫面組態(tài)。系統(tǒng)設(shè)備組態(tài)DCS中的所有設(shè)備，都是網(wǎng)絡(luò)上的一個節(jié)點，必須為這些節(jié)點分配網(wǎng)絡(luò)地址，這就是系統(tǒng)設(shè)備的組態(tài)。它是系統(tǒng)操作、管理、查詢、診斷和維護的基礎(chǔ)，分兩個層次進行，先是集中操作管理層設(shè)備組態(tài)，再是分散過程控制層設(shè)備組態(tài)。集中操作管理層設(shè)備組態(tài)該層組態(tài)包括系統(tǒng)取名、節(jié)點組態(tài)和系統(tǒng)通用信息的確定等。分散過程控制層設(shè)備組態(tài)該層組態(tài)包括節(jié)點登記和節(jié)點特性組態(tài)?？刂平M態(tài)控制組態(tài)為控制站建立各類模塊，包括輸入/輸出模塊，運算模塊，連續(xù)/邏輯/順序控制模塊和程序模塊，并將它們組成所需的控制回路?？刂平M態(tài)方式：分為填表組態(tài)、語言組態(tài)和圖形組態(tài)。圖形組態(tài)是常采用的組態(tài)方法,它采用圖形模塊與窗口參數(shù)相結(jié)合的方式,它的基本圖素是輸入、輸出、運算、控制等功能模塊。組態(tài)時先從模塊庫中調(diào)出所需的模塊，然后進行模塊間的連接，最后調(diào)出該模塊的參數(shù)窗口，用戶只要在這個有輸入項含義提示的相關(guān)菜單中，直接送入數(shù)據(jù)和變量，最終構(gòu)成所需的控制系統(tǒng)。

。

各種功能模塊的圖形組態(tài)順序為先輸入/輸出模塊，再運算模塊和控制模塊：輸入/輸出模塊的組態(tài)包括定義輸入/輸出數(shù)據(jù)點的位號和對點的描述，確定模塊在系統(tǒng)中的位置和確定數(shù)據(jù)點的各項特性。

運算模塊組態(tài)先調(diào)出所需的算法模塊，然后單擊該模塊框圖，打開參數(shù)表窗口，逐項填寫。主要內(nèi)容包括位號、算法名稱、所在控制網(wǎng)絡(luò)的位置、輸入和輸出信號以及相應(yīng)的運算常數(shù)。

控制模塊組態(tài)分為連續(xù)控制、邏輯控制和順序控制。連續(xù)控制模塊組態(tài)以常規(guī)PID控制模塊為核心，結(jié)合運算模塊和輸入/輸出模塊，即可構(gòu)成單回路或復(fù)雜控制回路。見下例：邏輯控制模塊組態(tài)

有梯形圖、邏輯圖和指令表三種：梯形圖組態(tài)方式是先調(diào)出觸點、線圈和元件，再進行觸點、線圈和元件之間的連線，并填寫觸點名。邏輯圖組態(tài)方式是先調(diào)出邏輯模塊，再進行模塊之間的連線，并填寫輸入或輸出變量名。指令表組態(tài)方式是將邏輯圖或梯形圖用相應(yīng)指令來描述，形成指令表或程序。該方式因缺乏直觀性，較少采用。

順序控制模塊組態(tài)順序控制是按照時間順序、邏輯順序或混合順序逐步進行各階段信息處理的控制方法。在順序控制中兼有連續(xù)控制、邏輯控制和輸入

/

輸出監(jiān)控的功能，在PM中,實現(xiàn)一般的順序控制可通過各類數(shù)據(jù)點的組合使用加以實現(xiàn)。CL編程與程序模塊組態(tài)CL（ControlLanguage）語言是TPS系統(tǒng)的控制語言，供用戶自行編制專用的應(yīng)用程序，以實現(xiàn)常規(guī)控制點無法完成的控制任務(wù)。CL包括CL/AM、CL/PM(APM、HPM)、CL/MC(AMC)，是一種面向過程的高級控制語言，其語法和功能類似于高級算法語言；提供了各種基于過程的語句，如OPEN或CLOSE（開或關(guān)閥門），ON或OFF（通或斷設(shè)備）；還提供了功能齊全的算式、邏輯關(guān)系式和函數(shù)等。畫面組態(tài)畫面組態(tài)是指操作站、管理站、工程師站及簡易型操作終端的畫面組態(tài)。包括用戶流程編制、歷史數(shù)據(jù)生成以及自由格式報表編制等內(nèi)容。用戶流程編制-流程畫面形式和流程圖編輯：流程畫面形式：靜態(tài)畫面、動態(tài)畫面和上述畫面的合成。流程圖編輯：用線和實體畫基本圖形，作子圖，在圖中加字符和數(shù)據(jù)并賦予條件，加趨勢、棒圖等。

歷史數(shù)據(jù)生成歷史數(shù)據(jù)是趨勢顯示和編制報表的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。用HM作為系統(tǒng)的硬盤，存儲歷史數(shù)據(jù)和其它的過程或系統(tǒng)數(shù)據(jù)。自由格式報表編制自由格式報表是一幅132×66的畫面，分成6屏，它是子圖、文字、變量值等的組合。自由格式報表比標準格式報表更靈活，信息量更大。第四節(jié)PCS7過程控制系統(tǒng)>系統(tǒng)概述

SIMATICPCS7是一種新型過程控制系統(tǒng)。它提出了一種全集成自動化（TotallyIntegratedAutomation,TIA）理念，具有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理、通信和組態(tài)功能。PCS7采用了TIA系列的標準硬件和軟件，基本部件包括自動化系統(tǒng)、分布式I/O、操作員站、工程師站和通信網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)由PROFIBUS-DP總線和工業(yè)以太網(wǎng)兩級網(wǎng)絡(luò)組成。DP總線用于自動化系統(tǒng)和設(shè)備級分散I/O之間通信，是系統(tǒng)底層控制網(wǎng)絡(luò)。工業(yè)以太網(wǎng)連接分散過程控制裝置和集中操作管理裝置，構(gòu)成系統(tǒng)上層網(wǎng)絡(luò)。AS-iProfibus-PAProfibus-PAProfibus-PAEthernetOS-LAN工業(yè)以太網(wǎng)標準自動化系統(tǒng)AS414-3等工程師站ESOS單站OS服務(wù)器容錯自動化系統(tǒng)AS414-4H等操作管理裝置歸檔服務(wù)器OS客戶機管理計算機分布式I/OET200分布式I/OET200故障安全自動化系統(tǒng)AS414FH等分布式I/OET200DP/PA鏈接器DP/PA鏈接器DP/PA鏈接器DP/AS-i鏈接器過程控制裝置PCS7系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

>分散過程控制裝置

PCS7分散過程控制裝置包括三種類型的自動化系統(tǒng)和分布式I/O。標準自動化系統(tǒng)包括AS414-3、AS416-2、AS416-3和AS417-4。其中AS414-3適于小型應(yīng)用，其余用于中等規(guī)模或更大的系統(tǒng)。該由機架、電源模塊（PS）、中央處理單元（CPU）和通信處理器（CP）構(gòu)成。容錯自動化系統(tǒng)容錯自動化系統(tǒng)可以滿足高可靠性的要求，它包括AS414-4-1H、AS417-4-1H、AS414-4-2H和AS417-4-2H等四種類型的產(chǎn)品。故障安全自動化系統(tǒng)故障安全系統(tǒng)不僅可檢測過程中的故障,而且還可檢測系統(tǒng)內(nèi)部故障，在檢測錯誤時,

自動將裝置設(shè)置到一個安全狀態(tài)?；贏S414H和AS417H的故障安全自動化系統(tǒng)（F/FH系統(tǒng)）將工廠自動化和安全功能組合到單一系統(tǒng)之中。分布式I/OET

200M

是主要的分布式

I/O產(chǎn)品，與PCS7的自動化系統(tǒng)一起用于過程控制。它由電源模塊、接口模塊和I/O模塊組成，均可實現(xiàn)冗余配置。

電源模塊用于供電，有不同的輸入電壓/電流可供選擇。接口模塊實現(xiàn)PROFIBUSDP連接。ET200M包含S7-300系列的各種I/O模塊，最多8個，用于連接傳感器和執(zhí)行器。所有I/O模塊都與背板總線光學(xué)隔離。除標準I/O模塊外，還有一些專用I/O模塊。ET200M可用于標準環(huán)境，也可用于防爆2區(qū)。其它分布式I/OET200iS是具有本安性能的I/O產(chǎn)品，防護等級IP30，可以直接安裝在防爆1區(qū)或2區(qū)中，傳感器/執(zhí)行器置于0區(qū)。每個模塊都可在防爆環(huán)境中熱插拔。ET200S是一種新型產(chǎn)品，防護等級IP20，適用于需要故障安全電機啟動器的場合。也支持模塊的熱插拔，但它的I/O模塊比ET200iS豐富，除模擬量和數(shù)字量I/O模塊以外，還包括電機起動器、氣動模塊等。ET200X具有較高的防護等級IP65/67,適于無控制柜場合的多功能解決方案。其

I/O模塊與ET200S類似。>集中操作管理裝置

PCS7的集中操作管理裝置由操作員站和工程師站組成。操作員站OS是PCS7

系統(tǒng)的人機接口,用于生產(chǎn)過程的操作和監(jiān)視。有單用戶系統(tǒng)（OS單站）和具有客戶機/服務(wù)器結(jié)構(gòu)的多用戶系統(tǒng)（OS客戶機/OS服務(wù)器）。單用戶系統(tǒng)所有過程操作和監(jiān)視都集中在一個站中,OS單站通過RJ

45端口可與OSLAN相連，也可通過通信處理器或標準LAN卡接入工業(yè)以太網(wǎng)。多用戶系統(tǒng)通過OSLAN從一個或多個OS服務(wù)器接收數(shù)據(jù)，它還具有客戶機功能,能訪問系統(tǒng)中其它OS服務(wù)器上的數(shù)據(jù)。操作員站采用WinCC組態(tài)軟件，能完成從畫面顯示到歷史趨勢記錄的一系列功能，并可設(shè)置操作權(quán)限。工程師站ES工程師站用于對整個PCS7系統(tǒng)進行組態(tài)。它采用和操作員系統(tǒng)的OS單站相同的硬件以及Windows2000

操作系統(tǒng),

可通過多屏圖形卡將最多四個過程監(jiān)視器連接在一起來擴展工作區(qū)，使得組態(tài)更為方便。ES軟件為PCS7系統(tǒng)的所有部件提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理和組態(tài)工具，包括連續(xù)功能圖CFC、順序功能圖SFC、功能塊庫、硬件組態(tài)工具HWConfig、OS圖形組態(tài)軟件、過程設(shè)備管理器PDM等部分。CFC/SFC都是圖形組態(tài)工具,前者以功能塊為基礎(chǔ),主要用于連續(xù)過程的控制組態(tài)，后者用于順序控制。HWConfig和PDM是硬件組態(tài)工具，用于自動化系統(tǒng)、操作員站、工程師站、通信網(wǎng)絡(luò)及現(xiàn)場設(shè)備的組態(tài)。>通信網(wǎng)絡(luò)PCS7

的通信系統(tǒng)包括工業(yè)以太網(wǎng)和現(xiàn)場總線。工業(yè)以太網(wǎng)用于自動化系統(tǒng)與操作員站、工程師站之間的數(shù)據(jù)通信，現(xiàn)場總線連接自動化系統(tǒng)和分布式I/O，用于現(xiàn)場控制及檢測采集單元的數(shù)據(jù)交換。工業(yè)以太網(wǎng)工業(yè)以太網(wǎng)連接分散控制裝置和操作管理裝置。網(wǎng)絡(luò)可采用總線型、星型、環(huán)型等多種拓撲結(jié)構(gòu)，較大的系統(tǒng)均采用冗余光纖環(huán)網(wǎng)。通信協(xié)議符合IEEE802.3及IEEE802.3u標準。通過電氣交換機和光纖交換機連接子網(wǎng)，最多可連接1000個站。通信距離可達1.5公里(電纜)/200公里(光纖)。三線電纜、工業(yè)用雙絞線和光纜均適宜作為傳輸介質(zhì)。現(xiàn)場總線PCS7系統(tǒng)使用PROFIBUSDP、PA和AS-I等現(xiàn)場總線。PROFIBUSDP適用于自動控制系統(tǒng)和設(shè)備級分散I/O之間通信。PROFIBUSDP網(wǎng)絡(luò)包括由DP主站、從站和DP/PA、DP/AS-i等鏈接器。網(wǎng)絡(luò)可采用總線型、星型和樹型等多種結(jié)構(gòu)。主站和從站之間采用輪循的通信方式，最多可連接125個從站,傳輸速率可設(shè)置在9.6Kbit/s到1.5Mbit/s之間。通信介質(zhì)包括光纖和屏蔽兩線電纜。通信距離最遠可達9.6公里(電纜)/90公里(光纖)。PROFIBUSPA是專為過程自動化設(shè)計的本質(zhì)安全的傳輸技術(shù)，一根總線上可以同時實現(xiàn)供電和信息傳輸,符合IEC1158-2中規(guī)定的通信規(guī)程，可實現(xiàn)總線供電和本質(zhì)安全防爆。PA拓撲結(jié)構(gòu)包括總線型、星型和樹型。在防爆區(qū)每個DP/PA鏈路最多可連接15個現(xiàn)場設(shè)備，非防爆區(qū)最多可達31個,通信介質(zhì)采用屏蔽兩線電纜實現(xiàn)。通信距離可達1.9公里。AS-I是直接連接現(xiàn)場傳感器和執(zhí)行器的總線系統(tǒng)。作為電纜束的替代品,AS-I總線利用無屏蔽兩芯電纜連接現(xiàn)場設(shè)備。AS-i總線網(wǎng)絡(luò)為單主站系統(tǒng),拓撲結(jié)構(gòu)包括總線型、星型和樹型。一個標準的AS-i總線系統(tǒng)可以最多連接31個從站,每個從站可最多配置4路輸入和4路輸出。經(jīng)擴展，系統(tǒng)可連接62個從站。通信距離可達100米(無中繼器)/500米(有中繼器)。>系統(tǒng)組態(tài)

包括硬件組態(tài)、控制組態(tài)

和

畫面組態(tài)。組態(tài)軟件采用“SIMATICMANAGER”套件。硬件組態(tài)硬件模塊上跳線、開關(guān)、量程卡等的設(shè)定，并根據(jù)這些設(shè)定通過

ES

軟件中的

HWConfig

對系統(tǒng)硬件進行初始化定義。硬件組態(tài)是一種圖形化的組態(tài)方式，其所有模塊都已作為標準化的軟件嵌入到控制技術(shù)庫中，只需連接到過程流程中進行圖形化顯示即可。組態(tài)完成后，下載到相應(yīng)的過程控制站?？刂平M態(tài)第一種為CFC，主要用來實現(xiàn)閥門控制、電機控制和測量點監(jiān)控等功能。組態(tài)以功能塊為基礎(chǔ)，每個功能塊都有一個參數(shù)表，可根據(jù)實際工藝要求選擇不同的參數(shù)，功能塊在CFC中的連接直接用鼠標器點接。主要有兩種功能不同的控制實現(xiàn)方法：另一種為SFC，主要實現(xiàn)順序控制。首先畫出順控的順序圖?？蛇x擇順序、并行分支、交替分支和回路等局部結(jié)構(gòu)。圖中用大小兩種方塊分別表示步驟(Step)和轉(zhuǎn)移條件(Transition)。順控的順序圖一旦建立，只需把步驟中要執(zhí)行的任務(wù)和轉(zhuǎn)移條件中的條件寫入，順控的組態(tài)任務(wù)即得到完成。PCS7

中還可采用結(jié)構(gòu)化編程語言

(SCL)

編寫功能模塊,把過程的數(shù)學(xué)模型和優(yōu)化控制策略編成功能塊,供調(diào)用。這是PID功能的組態(tài)實例，該功能是在CFC中完成的。串級控制模塊的組態(tài)第四節(jié)集散系統(tǒng)的可靠性集散系統(tǒng)的可靠性通常包含兩層意思：其一是指系統(tǒng)在規(guī)定條件下和規(guī)定時間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力，其二是指故障發(fā)生后通過維修使系統(tǒng)恢復(fù)工作的能力。>可靠