第二節(jié)分散控制系統(tǒng)的主要硬件

--10-其次節(jié) 分散掌握系統(tǒng)的主要硬件統(tǒng)具有不同的設(shè)計思想，因此其硬件的構(gòu)造上也有很大的差異。就是對于一個具體的分散掌握系統(tǒng)來說，其硬件涉及的技術(shù)范圍也很廣，構(gòu)造也格外簡單。所以本節(jié)從構(gòu)成分散掌握系統(tǒng)的用于電廠功能的主要三大功能硬件設(shè)備：過程掌握設(shè)備、人機(jī)接口設(shè)備、系統(tǒng)通信設(shè)備著手，對分散掌握系統(tǒng)的硬件功能與其構(gòu)造做分析和介紹。一、過程掌握設(shè)備1。過程掌握設(shè)備的功能在分散掌握系統(tǒng)中，過程掌握設(shè)備是最基層〔直接掌握級〕的自動化設(shè)備，它承受來自現(xiàn)場的各種檢測儀表〔如各種傳感器和變送器〕傳送的過程信號，對過程信號進(jìn)展實時的數(shù)據(jù)采集、噪聲濾除、補(bǔ)償運算、非線性校正、標(biāo)度變換等處理，并可按要求進(jìn)展累積量的計算、上下限報警以及測量值荷包徑直向通輸出驅(qū)動現(xiàn)場執(zhí)行機(jī)構(gòu)的葛洪掌握信號，實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的數(shù)字直接掌握，滿足生產(chǎn)中連續(xù)掌握、規(guī)律控制、挨次掌握等的需要。過程掌握設(shè)備還具有承受各種手動操作信號，實現(xiàn)手動操作的功能。在分散掌握系統(tǒng)的應(yīng)用中，用于過程掌握級的設(shè)備有兩類品種：一是分散掌握系統(tǒng)自身的“現(xiàn)場掌握〔PLC、可編程調(diào)整器等。一般的這些獨立產(chǎn)品都是一些通用型的設(shè)備，通過特地的接口與分散掌握系統(tǒng)連接，并實現(xiàn)其功能。而自身的現(xiàn)場掌握單元，是指分散掌握系統(tǒng)與現(xiàn)場關(guān)系最親熱，最靠近生產(chǎn)現(xiàn)場的掌握裝置。是屬于分散掌握系統(tǒng)的系列產(chǎn)品，不同的分散掌握系統(tǒng)生產(chǎn)廠家，對自己系統(tǒng)中的過程掌握設(shè)備取有獨特的名稱，如根本掌握器、多功能掌握器等等。表2—1列出了幾個用于電廠的典型分散掌握系統(tǒng)的過程掌握設(shè)備，其名稱無一一樣，下面將通稱為“現(xiàn)場掌握單元場掌握單元是一個以微處理器為核心的、按功能要求組合的，各種電子模件的集合體，并配以機(jī)柜和電源等而形成的一個相對獨立的掌握裝置。表2-1 典型系統(tǒng)的過程掌握設(shè)備廠 商Bailey ControlsWestinghouseLeeds&NorthrupSiemensFoxboroHITACH

系統(tǒng)名稱INFI-90WDPFMAX-DNATeleperm-XPI/A HIACS-3000

過程掌握設(shè)備名稱ProcessControlUnit〔過程掌握單元〕DistributedProcessingUint〔分布式處理單元〕RemoteProcessUnit〔遠(yuǎn)程處理單元〕AutomationSubsystem〔自動子系統(tǒng)〕掌握處理機(jī)和現(xiàn)場掌握模件HISEC-04M/L,M/F高性能掌握器2?，F(xiàn)場掌握單元在構(gòu)造尺寸、輸入輸出的點數(shù)、掌握回路數(shù)目、承受的微處理器、設(shè)計的模件、實現(xiàn)的掌握算法等各方面I/O通道、以微處理器為核心的功能模件等幾局部組成，我們在此分I/O模件。功能模件功能模件是現(xiàn)場掌握單元的核心模件，是I/O模件的上一層智能化模件。它通過現(xiàn)場掌握單元的內(nèi)部總線與各種I/O模件進(jìn)展信息交換，實現(xiàn)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集、儲存、運算、掌握等功能。功能模件一般由中心CPUROMRAM2-1所示。圖2-1 功能模件的根本組成A〕CPUCPU是功能模件的處理指揮中心。它在晶振時鐘、內(nèi)部定時器、存儲器、中斷掌握器的協(xié)作下，負(fù)責(zé)現(xiàn)場掌握單元的總體運行和掌握。即按預(yù)定的周期、程序和條件對相應(yīng)的信號進(jìn)展處理、運算，對功能模件和其它模件進(jìn)展操作掌握和故障診斷。為保證系統(tǒng)的牢靠性，CPU1：1冗余配置。為了提高功能模件的數(shù)據(jù)處理力量，縮短工作周期，很多系統(tǒng)的功能模件還配有浮點運算處理器〔協(xié)CPU〔CPCPU的工作效率。ROM只讀存儲器〔ROMI/O程序、時鐘掌握程序、引導(dǎo)程序、系統(tǒng)組態(tài)程序、模件測試合資診斷程序等支持系統(tǒng)運行的固定程序。固ROM中的程序保證了系統(tǒng)一旦上電，CPU就能投入正常有序的工作之中。著功能的增加，程序量的加大，ROM的容量也在不斷提高。RAM隨機(jī)存儲器〔RAM報警限值、手動操作值、整定參數(shù)、掌握指令等可在線修改的參數(shù)，為程序運行供給存儲實時數(shù)據(jù)和計算中間變量的必要空間。RAM中。因此，RAM的一局部也可作為程序工作區(qū)。RAM是一種易失性存儲器，其最大的缺點是電源中斷后內(nèi)部所存儲的信息會全部喪失，為此，工程快速恢復(fù)正常運行起著極為重要的作用。模件總線CPU的掌握和協(xié)調(diào)下使模件構(gòu)成一個具有設(shè)定功能的有機(jī)整體。I/OI/OI/O模件，它所使用的總線信號比功能模件〔CPU〕I/O模件所必需的數(shù)據(jù)線、地址線和掌握線。通信接口通信接口用來實現(xiàn)功能模件與系統(tǒng)數(shù)據(jù)高速大路、冗余功能模件等的連接。數(shù)據(jù)高速大路上的信息是以位串行方式傳送的，信息格式一般由標(biāo)志段〔即同步信號、地址段、數(shù)據(jù)信息段和檢驗段等局部組成。而功能模件內(nèi)的總線是以并行方式傳送信息數(shù)據(jù)的，因此，通信接口在此具有并行數(shù)據(jù)串行化、串行數(shù)據(jù)并行化、治理編制信息的插入和刪除、奇偶校驗和檢錯等功能。當(dāng)信息由功能模件向外發(fā)送時，通信接口進(jìn)展的并/串轉(zhuǎn)換，同時按數(shù)據(jù)串行通信的格式要求，進(jìn)展信據(jù)信息串中。換成滿足功能模件需求的并行數(shù)據(jù)。利用解調(diào)器接收遠(yuǎn)距離信號，使之解調(diào)為數(shù)字信號。通信接口與功能模件內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳送一般承受直接存儲器存取〔DMA〕傳送方式，這是一種解決存DMARAM與外設(shè)之間直接進(jìn)展并行數(shù)據(jù)到CPU處理這局部數(shù)據(jù)移動的系統(tǒng)開銷，但他受到存貯器的存貯速度的限制。所示。該通信接口發(fā)送或接收數(shù)據(jù)信息的整個過程，是在各掌握電路〔如調(diào)制/解調(diào)掌握、發(fā)送/DMA掌握器)的掌握下進(jìn)展的，在一般狀況下，模件總線由CPU治理，一旦外設(shè)向DMA掌握器發(fā)出數(shù)據(jù)傳輸懇求時，該通信接口將按以下根本步驟工作：CPU發(fā)出“總線懇求”信號；CPU收到懇求信號并完成當(dāng)前的指令周期后，向DMA發(fā)出“總線響應(yīng)”的信號；CPUDMA掌握器治理；DMA在DMA掌握器的掌握下，外設(shè)通過發(fā)送/接收器、模件總線等與存儲器RAM直接進(jìn)展數(shù)據(jù)傳輸〔傳輸DMA掌握器編程而設(shè)置的；DMACPU的“總線懇求CPU正常工作〔在“總線懇求”信號變成無效之前，CPU始終不會使用模件總線。圖2-2 通信接口根本功能框圖過程〔I/O〕模件2--3所示。模擬量是指那些隨時間連續(xù)變化的量。如壓力、溫度等。開關(guān)量是指指只具有兩個狀態(tài)的過程量，如開關(guān)的“閉合”與“斷開性重復(fù)消滅短暫起伏的過程量，如轉(zhuǎn)速測量變送器輸出的信號極為某一頻率的脈沖量。圖2-3 幾種典型信號形式I/O模件是為分散掌握系統(tǒng)的各種輸入/多、使用數(shù)量最大的一類模件。它的根本作用是對生產(chǎn)現(xiàn)場的模擬量信號、開關(guān)量信號、脈沖量信號進(jìn)展采樣、轉(zhuǎn)化，處理成微處理器能承受的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字信號，或?qū)⑽⑻幚砥鞯倪\算輸出結(jié)果〔二進(jìn)制碼〕轉(zhuǎn)換、復(fù)原成模擬量或開關(guān)量信號，去掌握現(xiàn)場執(zhí)行機(jī)構(gòu)。因此，I/O模件是聯(lián)系生產(chǎn)過程與微處理器的紐帶和橋梁。盡管各種分散掌握系統(tǒng)的I/O模件眾多，對應(yīng)連接生產(chǎn)過程不同形式信號的作用需要，可歸納為模擬量輸入模件、模擬量輸出模件、開關(guān)量輸入模件、脈沖量輸入模件等幾類主要模件。依據(jù)火電機(jī)組的規(guī)模大小和功能需要，可對這些模件進(jìn)展按系統(tǒng)需求的敏捷配置。模擬量輸入模件一般地每個模擬量輸入模件可接收4~64路模擬信號不等。這些模擬量信號一般是傳感器監(jiān)測到的現(xiàn)場模擬電信號進(jìn)展采樣、濾波、放大、隔離、輸入開路監(jiān)測、誤差補(bǔ)償及必要的修正〔如熱電偶冷段補(bǔ)償、電路性能漂移校正等、向工程單位轉(zhuǎn)化、模擬量/數(shù)字量轉(zhuǎn)換。以次供給準(zhǔn)確牢靠的數(shù)字量。模擬量輸入模件通道上的硬件一般由信號端子板、信號調(diào)理器、A/D轉(zhuǎn)換器等部件組成〔如圖2-4所濾波、放大、隔離、開路檢測等綜合處理，為A/D供給牢靠的、統(tǒng)一的與模擬量相對應(yīng)的電壓信號。為使模擬量模件具有良好的抗干擾力量，適應(yīng)較強(qiáng)的環(huán)境噪聲，每個信號通道上都串接了多級有源和無源濾波電路，且承受差動、隔離放大器，使現(xiàn)場信號源與分散掌握系統(tǒng)內(nèi)的各路信號有良好的絕緣。A/D轉(zhuǎn)換器是模擬量模件的核心，用來接收信號調(diào)理器送來的各路模擬信號和某些參考輸入〔如冷端參考輸入等。CPUCPU.。A/D轉(zhuǎn)換器的種類很多，按轉(zhuǎn)換原理的不同，常用的轉(zhuǎn)換器有計數(shù)式、雙積分式、逐步靠近式和并12A/D0.05%100微秒左右。還有更高精度的A/D轉(zhuǎn)換器不斷開發(fā)。為進(jìn)一步提高系統(tǒng)的抗干擾力量。A/D轉(zhuǎn)換器與輸入信號信號之間通常承受隔離放大器或光電耦合器進(jìn)展電器上的隔離。模擬量輸入模件的主要技術(shù)指標(biāo)為：輸入容量、采樣速度、轉(zhuǎn)換精度、輸入信號及量程范圍。模擬量輸出模件幅度上真正連續(xù)的模擬量信號。這是由于在時間上，計算機(jī)格外是工作的，它只能依據(jù)程序所規(guī)定的時間間隔去刷某一個輸出量；在幅度上，計算機(jī)是按有限的字進(jìn)步行運算處理，它只能在肯定的區(qū)分率范圍圖2-4 模擬量輸入模件功能框圖內(nèi)供給輸出量。因此，模擬量輸出模件得輸出實際上是一個信號范圍有限的、不連續(xù)的階梯模擬量信號。2-5所示，給出了典型的模擬量輸出模件組成框圖。圖中，模擬量輸出通道的端子板用以連接現(xiàn)場掌握信號電纜與模擬量輸出模件；輸出驅(qū)動器用于實現(xiàn)功率放大，為數(shù)簇紅紙信號供給D/A轉(zhuǎn)換結(jié)果，使其輸出值不隨時間而衰減，保圖2-5 模擬量輸出模件功能框圖持輸出的準(zhǔn)確性；D/A轉(zhuǎn)換器的主要作用是將所承受的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成渝之相對的模擬量信號；多路切換開關(guān)則用來周期性的粉飾宣統(tǒng)各路信號，保證在某一時間段內(nèi)，只對某一個輸出進(jìn)展D/A路負(fù)責(zé)模擬量輸出模件與所寡的數(shù)據(jù)總線連接和相互通信。模擬量輸出模件一般具有輸出短路保護(hù)功能，而且，模擬量輸出模件與I/O總線之間以及電源之間通常實行了電氣隔離措施，以提高系統(tǒng)的抗干擾力量。模擬量輸出通道的主要技術(shù)指標(biāo)有：通道容量、區(qū)分率，以及通道輸出信號。開關(guān)量輸入模件理。模擬量輸入模件的根本功能是：依據(jù)監(jiān)測和掌握的需要，把生產(chǎn)過程中的某些只有兩種狀態(tài)的開關(guān)量信號〔如各種限位開關(guān)、電磁閥門聯(lián)動觸點、繼電器、電動機(jī)等的開/關(guān)狀態(tài)〕轉(zhuǎn)換成計算機(jī)可識別的信號形式。分散掌握系統(tǒng)所應(yīng)用的開關(guān)量輸入模件一般由端子板、保護(hù)電路、隔離電路、信號處理器、數(shù)字緩沖器、掌握器、地址開關(guān)與地址譯碼器、LED2-6所示。端子板用來連接傳送現(xiàn)場開關(guān)量信號的電纜，承受各路開關(guān)量輸入；保護(hù)電路對各路輸入信號進(jìn)展限制，實現(xiàn)過流，過壓保護(hù)，以避開輸入信號國大而燒壞模件；隔離電路將模件與現(xiàn)場信號實現(xiàn)電氣隔離，這種隔離通常承受光電隔離方式，且存在于每個輸入通道和個通道之間，從而提高了信號的牢靠性；信號處理器擔(dān)當(dāng)消退各路輸入信號的抖動噪聲監(jiān)測輸入電壓是否超過規(guī)定的閥值、推斷現(xiàn)場設(shè)備的開、關(guān)組態(tài)等任務(wù)；數(shù)字緩沖器用0或1來表示；地址開關(guān)是用來設(shè)置DI模件地址編碼的裝置，總線上的半選信號通過地址開關(guān)和抵抗譯碼器傳至掌握器；掌握器則依據(jù)模件選通信號的掌握信號，讀取數(shù)字緩沖器中個輸入通道的狀態(tài)值，并通過接口LED備的當(dāng)前狀態(tài)〔LEDLED熄滅〕或反映數(shù)字緩沖器的開關(guān)量輸入狀態(tài)。有的開關(guān)量輸入模件還設(shè)有中斷電路，當(dāng)某些輸入通道的開關(guān)狀態(tài)發(fā)生變化時，開關(guān)量輸入模件可向有關(guān)微處理器發(fā)出中斷申請，提請微處理器準(zhǔn)時做出處理。圖2-6 開關(guān)量輸入模件功能框圖開關(guān)量輸入模件的主要技術(shù)指標(biāo)：通道容量、輸入信號、采樣速度、區(qū)分率和隔離方式。開關(guān)量輸出模件開關(guān)量輸出模件的根本功能是：把計算機(jī)輸出的二進(jìn)制代碼所標(biāo)示的開關(guān)量信息，轉(zhuǎn)換成能對生產(chǎn)過指示燈的亮/滅、以及報警系統(tǒng)等的開關(guān)狀態(tài)，可用來實現(xiàn)局部功能組甚至整個機(jī)組自動啟停的掌握。LED指示2-7所示，端子板用來連接線長電纜，向現(xiàn)場有關(guān)設(shè)備輸出開關(guān)量信號，端子板一般設(shè)有過壓、過流保護(hù)電路，以保證輸出信號的牢靠性；輸出電路有隔離電路和驅(qū)動電路組成，其主要作用是使開關(guān)量輸出模件與生產(chǎn)過程掌握設(shè)備之間實現(xiàn)電氣隔離，并為輸出的開關(guān)量信號供給適宜的驅(qū)動功率，是指具有肯定的帶負(fù)載力量；數(shù)據(jù)選擇器用來選擇模件的輸出，當(dāng)與開關(guān)量輸出模件相連的微處理器系統(tǒng)正常工作時，數(shù)據(jù)選擇器從輸出存放器中讀取數(shù)據(jù)，掌握器依據(jù)地址譯碼器輸出的模件選擇信號和映各輸出通道的當(dāng)前狀態(tài)。開關(guān)量輸出模件的技術(shù)指標(biāo)為：輸出容量、輸出方式和隔離方式。圖2-7 開關(guān)量輸出模件功能框圖脈沖量輸入模件計、技術(shù)裝置等的輸出。脈沖量模件的根本功能是：將輸入的脈沖量轉(zhuǎn)換成為之對應(yīng)的且計算機(jī)可識別的數(shù)字量。二、人機(jī)接口設(shè)備〔操作〕人員對生產(chǎn)過程、設(shè)備狀態(tài)進(jìn)展監(jiān)視、推斷、分析、決策和某些干預(yù)，特別是生產(chǎn)過程發(fā)生故障時更是如此，電廠運行人員的決策依靠于生產(chǎn)過程的大量信息，運行人員的干預(yù)又是通過掌握信息的傳遞作用于生產(chǎn)過程的，人機(jī)接口設(shè)備正是擔(dān)當(dāng)這種信息相互傳遞任務(wù)的裝置。用來向運行、治理人員供給生產(chǎn)過程和設(shè)備狀態(tài)的有關(guān)信息。分散掌握系統(tǒng)的人機(jī)接口設(shè)備一般由兩種形式：一種是以顯示器為現(xiàn)實操作站的，從它的功能上看又可劃分為操作員接口站、工程師站等；另一種是具有顯示操作的功能儀表。1。操作員接口站生產(chǎn)過程中，需要監(jiān)視和收集的信息量很大，要求掌握的對象眾多。例如一臺300MW的單元制火力發(fā)電3000~4000至多。操作員站供給了一種現(xiàn)代化的監(jiān)控工具，它能使運行操作人員便利的了解各種工況下的運行參數(shù)，準(zhǔn)時把握設(shè)備操作信息和系統(tǒng)故障信息，準(zhǔn)確無誤地做出操作決策。操作員站把系統(tǒng)的絕大多數(shù)現(xiàn)實和操作內(nèi)容集中在顯示器的不同畫面和操作鍵盤上。2-8所示為操作員站的根本構(gòu)造，它主要由高檔微處理器CPU、信息存儲設(shè)備RARO硬磁盤、軟磁盤、光盤等、顯示器、操作鍵盤、記錄設(shè)備〔打印機(jī)、拷貝機(jī)、鼠標(biāo)或軌跡球、通信接口以及支撐和固定這些設(shè)備的臺架等，它在火力發(fā)電機(jī)組的自動化過程中主要用來完成各種設(shè)備的啟動、停頓〔或開、閉〕操作，物質(zhì)或能量的增、減操作以及生產(chǎn)過程的監(jiān)視等任務(wù)。操作員站的根本功能包括：圖2-8 操作員工作站的根本構(gòu)造收集個現(xiàn)場掌握單元的過程信息，建立數(shù)據(jù)庫；自動監(jiān)測和掌握整個系統(tǒng)的工作狀態(tài)；在顯示器上進(jìn)展各種顯示：如：總貌、分組、細(xì)目、回路、報警、趨勢、報表、系統(tǒng)狀態(tài)、過義顯示〔2-9所示；印以及顯示器的屏幕拷貝；可進(jìn)展在線變量計算、掌握方式切換、實現(xiàn)DDC掌握、規(guī)律掌握和設(shè)定值知道掌握等；利用再現(xiàn)數(shù)據(jù)庫進(jìn)展生產(chǎn)效率、能耗消耗、設(shè)備壽命、本錢核算等綜合計算，實現(xiàn)生產(chǎn)過程管理；具有磁盤操作、數(shù)據(jù)庫組織、顯示格式編輯、程序診斷處理等在線關(guān)心功能。操作員接口站實際上是一個融當(dāng)代先進(jìn)的計算機(jī)技術(shù)、顯示圖形技術(shù)、內(nèi)部通信技術(shù)為一體的、適應(yīng)過程掌握需要的專用計算機(jī)子系統(tǒng)。2。工程師站設(shè)計、開發(fā)、組態(tài)、調(diào)試、維護(hù)和監(jiān)視的工具，是系統(tǒng)工程師的中心工作站。工程師站的根本構(gòu)成與操作員站的硬件構(gòu)成大體全都。只是它具有自己的工程師鍵盤。工程師站的根本功