DCS控制系統(tǒng)詳解

集散把握系統(tǒng)原理及裝置第3章第1局部3.1集散控制系統(tǒng)（DCS）發(fā)展及其組成了解DCS的基本概念及組成3.2DCS現(xiàn)場控制站的功能現(xiàn)場操作站的組成及主要模塊原理3.3DCS操作站的功能功能簡述及操作界面3.4DCS控制系統(tǒng)的通信及現(xiàn)場總線CENTUM系統(tǒng)的HF及其它現(xiàn)場總線3.5現(xiàn)場總線系統(tǒng)的管理組態(tài)管理軟件的應(yīng)用及FCS知識(shí)更新第3章集散把握系統(tǒng)與現(xiàn)場總線系統(tǒng)3.1集散把握系統(tǒng)的進(jìn)展及其組成進(jìn)展過程分散把握方式：儀表間相距過遠(yuǎn)、儀表盤尺寸過大、無法全面了解信息及操作；集中把握方式：危急過于集中，計(jì)算機(jī)消逝故障時(shí)整個(gè)生產(chǎn)裝置癱瘓；集散把握方式：把握功能分散、操作治理集中---DCS。集散把握中危急分散的方法：將把握功能分散到多臺(tái)計(jì)算機(jī)上，實(shí)行雙重化冗余措施。集散把握系統(tǒng)的組成現(xiàn)場把握站危急分散的設(shè)計(jì)原則〔以日本橫河CENTUM集散把握系統(tǒng)為例〕1、站內(nèi)一個(gè)微處理器把握8~40個(gè)回路；2、自帶程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)庫，能脫離操作站〔上位機(jī)〕獨(dú)立把握生產(chǎn)過程；3、可以多個(gè)現(xiàn)場操作站組合把握一個(gè)大型生產(chǎn)過程，某站故障時(shí)只影響所把握的回路。集散把握可能涉及的問題CPU把握回路的數(shù)量與實(shí)際要求的關(guān)系---生產(chǎn)裝置中聯(lián)系嚴(yán)密的把握回路數(shù)目約為8~40個(gè)，狀態(tài)量約為100~500個(gè)，集中在一個(gè)站內(nèi)可省去通信過程，實(shí)時(shí)性好。橫河公司：

CENTUMA型集散把握系統(tǒng)配有YEWCOM7000小型機(jī)作為上位機(jī)，包括現(xiàn)場把握站CFCD2、操作站COPSV／COPCV、數(shù)據(jù)通訊母線HF-BUS等構(gòu)成。上位機(jī)可以連接數(shù)個(gè)終端和其它外設(shè)。現(xiàn)場把握站CFCD2用作直接把握，操作站COPSV／COPCV完成操作和現(xiàn)場監(jiān)視，現(xiàn)場把握站和操作站通過HF-BUS相連接。1、把握站內(nèi)關(guān)鍵部件都承受雙重化冗余；2、冗余備用設(shè)備始終處于熱備用待機(jī)方式；3、設(shè)備自診斷監(jiān)視，覺察故障無連續(xù)平滑切換。

雙重化〔熱備用〕具體原理P120RF-FIG3-2、3-3核心問題：主要部件承受雙配置。雙配置部件包括：〔1〕運(yùn)算把握部件、〔2〕供電電源、〔3〕總線及通信耦合器等。雙重化切換原理：兩個(gè)運(yùn)算把握插件并聯(lián)相接，某一運(yùn)算把握插件有故障時(shí)相互切換，同時(shí)保證切換時(shí)無擾動(dòng)。站內(nèi)集中把握危急的防范措施雙重化措施示意圖運(yùn)算把握插件說明：〔1〕插件可包含多路輸入輸出，例：MAC2有8路1~5V輸入，8路4~20mA輸出?！?〕必要時(shí)需加接隔離電路，例：光隔輸入、磁隔輸出?！?〕插件實(shí)際運(yùn)算工作在計(jì)算機(jī)〔把握局部RF-FIG-3-2〕內(nèi)完成，插件與計(jì)算機(jī)之間承受站內(nèi)通信總線交換數(shù)據(jù)。雙重化〔熱備用〕具體原理多路模擬量輸入輸出卡構(gòu)造示意框圖運(yùn)算把握工作流程〔以其中某一通道為例說明〕雙重化〔冗余〕輸出把握電路原理雙重化把握?qǐng)?zhí)行電路原理簡圖雙重化〔冗余〕輸入把握電路原理a.電流雙重化輸入b.電壓雙重化輸入3.2DCS現(xiàn)場把握站的功能現(xiàn)場把握站的功能框圖DCS現(xiàn)場把握站概述說明概述：把握站支持多回路把握，在加強(qiáng)單回路把握器的根底上增加了挨次把握功能。特點(diǎn)：反響把握與挨次把握由同一CPU操縱，簡潔完成生產(chǎn)現(xiàn)場的工藝組合，能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)全過程的自動(dòng)化。說明：補(bǔ)充資料—具有一樣功能的技術(shù)手段--PLC現(xiàn)場把握站原理示意圖〔配電爐把握彩圖〕DCS現(xiàn)場把握站的2大功能反響把握功能反響把握功能的實(shí)現(xiàn)--由內(nèi)部儀表完成，用功能自程序模塊實(shí)現(xiàn)單回路把握儀表的功能。名詞解釋：內(nèi)部儀表—能夠完成不同標(biāo)準(zhǔn)功能的程序模塊挨次把握功能用于斷續(xù)處理，依據(jù)把握要求，對(duì)時(shí)間、狀態(tài)等條件進(jìn)展規(guī)律推斷，分步驟完成一系列操作把握。注：簡潔把握中可能在連續(xù)把握中含有斷續(xù)把握，斷續(xù)把握的某一操作需要參與連續(xù)把握。反響把握功能實(shí)例數(shù)字調(diào)整器單元內(nèi)涵緩沖罐的選擇把握框圖反響把握功能應(yīng)用實(shí)例冷卻塔的挨次把握挨次把握功能應(yīng)用實(shí)例3.3DCS監(jiān)控操作站的功能〔三大功能〕工程功能---完成系統(tǒng)生成、系統(tǒng)維護(hù)、系統(tǒng)測(cè)試和系統(tǒng)治理；操作功能---監(jiān)視、記錄、運(yùn)行；通信功能---完成現(xiàn)場把握站于上位機(jī)之間的數(shù)據(jù)交換。DCS監(jiān)控操作站的主要功能主要介紹操作功能---運(yùn)行中的操作畫面〔1〕總貌畫面—反映生產(chǎn)過程總體狀況P132〔2〕分組畫面--對(duì)應(yīng)顯示各內(nèi)部儀表狀態(tài)，在操作中觀看其它回路的關(guān)聯(lián)變化。P133〔3〕回路調(diào)整畫面--細(xì)致觀測(cè)單元儀表的狀況，可用于單回路的PID整定。P134〔4〕報(bào)警畫面--按時(shí)間挨次排列顯示報(bào)警〔總貌種只顯示報(bào)警性質(zhì)和場所〕，有聲光協(xié)作。P136〔5〕趨勢(shì)分組畫面--顯示過程變化曲線，可消逝在總貌畫面和趨勢(shì)畫面。P135〔6〕流程子畫面—繪有過程圖形的儀外表板。顯示在屏幕上，可模擬原有儀表。P137利用VB開發(fā)的一種總貌顯示操作界面現(xiàn)場總線技術(shù)應(yīng)用根底第3章第2局部現(xiàn)場總線技術(shù)的應(yīng)用

承受現(xiàn)場總線的必要性：4-20mA模擬信號(hào)傳輸無法滿足開放數(shù)字化通信的要求?，F(xiàn)場總線的根本描述：連接智能測(cè)量與把握設(shè)備的全數(shù)字式、雙向傳輸、多節(jié)點(diǎn)、多分支構(gòu)造的通信鏈路。總結(jié)：現(xiàn)場總線是以智能化儀表為根底實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化數(shù)據(jù)傳送。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信的根底計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的特征：是一種開放網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和資源共享。對(duì)開放網(wǎng)絡(luò)的要求〔開放系統(tǒng)互連參考模型OSI〕：開放系統(tǒng)中各種設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)連接必需制定統(tǒng)一的規(guī)章。ISO承受了OSI通用參考模型作為一個(gè)國際標(biāo)準(zhǔn)。OSI

OpenSystemsInterconnection

信息數(shù)據(jù)包裝及傳輸過程OSI的核心：將兩個(gè)終端用戶的通訊過程分為7層，每層有自己的功能集。1．物理層〔physicallayer〕：規(guī)定通信介質(zhì)，完成節(jié)點(diǎn)之間原始比特流的傳輸。2．?dāng)?shù)據(jù)鏈路層〔datalinklayer〕：發(fā)送將用戶數(shù)據(jù)封裝成幀，按挨次傳送各幀。3．網(wǎng)絡(luò)層〔networklayer〕：選擇網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間信息傳送的路徑。4.傳輸層〔transportlayer〕：建立、維護(hù)和取消傳輸連接，負(fù)責(zé)牢靠地傳輸數(shù)據(jù)。5.會(huì)話層(SessionLayer)：調(diào)度兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間通信任務(wù)的啟動(dòng)和停頓。6.表示層〔presentationlayer〕：信息格式的轉(zhuǎn)換。7.應(yīng)用層〔applicationlayer〕：召喚底層協(xié)議為其效勞。HART總線模型及與標(biāo)準(zhǔn)OSI比照

(模擬/數(shù)字兼容的過渡形式〕HART協(xié)議信息構(gòu)造形式HART協(xié)議信息構(gòu)造屬于HDL。數(shù)據(jù)長度不恒定，最多可包括25個(gè)字節(jié)。HART總線各層功能介紹概述：對(duì)應(yīng)ISO/OSI模型的1，2，7層。物理層：標(biāo)準(zhǔn)BELL202FSK信號(hào)加載于4~20mA信號(hào)上,其中1200HZ代表規(guī)律‘1’，2200HZ代表規(guī)律‘0’。數(shù)據(jù)鏈路層：規(guī)定完整的通信數(shù)據(jù)構(gòu)造。應(yīng)用層：規(guī)定HART命令,命令分為3類。第一類：通用命令,讀型號(hào)、廠名、過程變量及單位等；其次類：一般命令,寫時(shí)間常數(shù)、量程標(biāo)定等；第三類：專用命令,針對(duì)個(gè)體設(shè)備的特殊性。基金會(huì)現(xiàn)場總線技術(shù)〔FF)6點(diǎn)基金會(huì)現(xiàn)場總線的主要技術(shù)---技術(shù)特色及主要內(nèi)容：〔1〕基金會(huì)總線的通信技術(shù)--包括通信模型、通信協(xié)議、通信把握芯片、通信網(wǎng)絡(luò)及系統(tǒng)治理內(nèi)容，涉及與網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的硬、軟件、各種網(wǎng)關(guān)、網(wǎng)橋、中繼器等。；〔2〕標(biāo)準(zhǔn)化功能模塊與功能應(yīng)用進(jìn)程a.供給一個(gè)通用構(gòu)造，將把握系統(tǒng)中各種功能劃分為功能模塊，使其公共特征標(biāo)準(zhǔn)化；b.規(guī)定各自的輸入、輸出、算法、時(shí)間、參數(shù)及塊把握?qǐng)D并將其組成設(shè)備中的應(yīng)用進(jìn)程；c.便于實(shí)現(xiàn)不同制造商產(chǎn)品的混合組態(tài)與調(diào)用?！?〕設(shè)備描述及描述語言a.設(shè)備描述為把握系統(tǒng)理解現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)據(jù)供給必要信息；b.描述語言是設(shè)備描述的標(biāo)準(zhǔn)語言，承受設(shè)備描述編譯器可以設(shè)備描述源程序轉(zhuǎn)化為可輸出文件。〔4〕現(xiàn)場總線通信把握器與智能儀器的接口技術(shù)--使現(xiàn)場總線與計(jì)算機(jī)平臺(tái)結(jié)合，在網(wǎng)絡(luò)上的各層次設(shè)備能夠共享網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)?！?〕系統(tǒng)集成技術(shù)--通信系統(tǒng)與把握系統(tǒng)的集成，包括：網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)組態(tài)、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、配線、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)治理、把握系統(tǒng)組態(tài)、人機(jī)接口、系統(tǒng)治理維護(hù)等。〔6〕系統(tǒng)測(cè)試技術(shù)--包括通信系統(tǒng)全都性與可操作性測(cè)試、監(jiān)聽分析、系統(tǒng)功能和性能測(cè)試。FF通信模型簡化的ISO/OSI三層構(gòu)造用戶數(shù)據(jù)的長度〔位〕FMS-PDU4~255FAS-PDU5~256DLL-PDU8~273PH-PDU11~280FF通信模型RF-P-143-FIG-3-23FF通信模型各層次的功能與構(gòu)造物理層：主要功能：a.實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備與物理總線的連接；b.為現(xiàn)場設(shè)備與傳輸媒體的連接供給機(jī)械電氣接口；c.為現(xiàn)場設(shè)備對(duì)總線的收發(fā)供給符合標(biāo)準(zhǔn)的物理信號(hào)；d.應(yīng)考慮電氣隔離、信號(hào)濾波、設(shè)備供電等；e.一般使用雙絞線，說明+、-表示接口處的極性。〔1〕信號(hào)編碼；〔2〕傳輸參數(shù)；〔3〕傳輸介質(zhì)；〔4〕拓?fù)錁?gòu)造；〔6〕網(wǎng)絡(luò)信號(hào)波形信號(hào)編碼承受曼徹斯特雙相-L編碼技術(shù)，數(shù)據(jù)流中包含時(shí)鐘信息。曼徹斯特雙相-L編碼技術(shù)信號(hào)編碼：承受曼徹斯特雙相-L編碼技術(shù)，數(shù)據(jù)流中包含時(shí)鐘信息。a.協(xié)議報(bào)文編碼---即數(shù)據(jù)報(bào)文，由上層的協(xié)議數(shù)據(jù)單元生層，被加載到直流電壓或電流上形成物理信號(hào)，每幀協(xié)議報(bào)文的長度為8~273個(gè)字節(jié)。b.前導(dǎo)碼---用于接收器內(nèi)部時(shí)鐘與現(xiàn)場總線信號(hào)同步，為特殊規(guī)定的8位數(shù)字信號(hào)。c.幀前定界碼---說明信息的起點(diǎn)，其長度為8個(gè)時(shí)鐘周期，含特殊的N+、N-碼和正負(fù)跳變脈沖按規(guī)定序列組成。d.幀完畢碼---表示信息的終點(diǎn)，長度為8個(gè)時(shí)鐘周期，含特殊的N+、N-碼和正負(fù)跳變脈沖按規(guī)定序列組成。現(xiàn)場總線設(shè)備網(wǎng)絡(luò)接線圖

拓?fù)錁?gòu)造-現(xiàn)場總線設(shè)備網(wǎng)絡(luò)接線圖傳輸參數(shù)：a.信號(hào)電壓：速率：31.25kbps、回路電路±10mA、等效負(fù)載：50Ω產(chǎn)生1V峰-峰值電壓。b.供電電壓：DC-9~32V。使用于本安場合時(shí)電壓由安全柵額定值準(zhǔn)備。傳輸介質(zhì)：支持雙絞線、同軸電纜、光纜、無線介質(zhì)等。RF-TAB-7-131.25kbps現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造-實(shí)際電路網(wǎng)絡(luò)信號(hào)波形

網(wǎng)絡(luò)信號(hào)波形(1)信號(hào)與電源疊加?！?〕以±7.5~±10mA等效終端上獲得0.75~1.V電壓信號(hào)。數(shù)據(jù)鏈路層：位置：處于物理層于總線訪問子層之間；作用：為總線上個(gè)鏈路傳輸活動(dòng)生成協(xié)議把握信息、對(duì)傳送的數(shù)據(jù)實(shí)行幀校驗(yàn)；功能：鏈路活動(dòng)調(diào)度、數(shù)據(jù)接收與發(fā)送、活動(dòng)狀態(tài)探測(cè)與響應(yīng)、總線設(shè)備與鏈路時(shí)間同步；描述：每個(gè)總線段---有一個(gè)媒體訪問把握中心---稱為鏈路活動(dòng)調(diào)度器〔LAS〕，LAS---依據(jù)鏈路活動(dòng)調(diào)度表把握與設(shè)備間的數(shù)據(jù)傳輸。鏈路活動(dòng)調(diào)度器作用：擁有總線全部設(shè)備的清單，掌管總線段上各設(shè)備對(duì)總線的操作；權(quán)利：總線段上的設(shè)備只有得到LAS的許可才能傳輸數(shù)據(jù)。FF總線通信活動(dòng)的歸類：〔分2類〕兩類通信活動(dòng)均由LAS把握。RF-P147~148-FIG-3-28~3-24a．受調(diào)度通信---按預(yù)定時(shí)間表周期性發(fā)起的通信活動(dòng)；過程：LAS按預(yù)定調(diào)度時(shí)間表周期性依次發(fā)起通信活動(dòng)，用于在設(shè)備之間周期性地傳送把握數(shù)據(jù)；例：現(xiàn)場變送器與執(zhí)行器之間傳送測(cè)量或把握信號(hào)。方法：調(diào)度表對(duì)應(yīng)設(shè)備時(shí)刻到，LAS發(fā)CD，設(shè)備受到CD向總線播送或公布緩沖器中的數(shù)據(jù)。b．非調(diào)度通信---通過得到令牌的時(shí)機(jī)發(fā)送信息的通信活動(dòng)。-----LAS具有以下5種功能：*向設(shè)備發(fā)送強(qiáng)制數(shù)據(jù)CD〔Compeldata〕，指示受調(diào)度設(shè)備傳送信息；*向設(shè)備發(fā)送傳遞令牌PT(Passtoken)，為設(shè)備供給發(fā)送非周期數(shù)據(jù)的時(shí)機(jī)；*為新入網(wǎng)的設(shè)備探測(cè)未被承受過的地址，用于參與活動(dòng)表；*定期向總線段公布數(shù)據(jù)鏈路時(shí)間和調(diào)度時(shí)間；*監(jiān)視設(shè)備對(duì)傳遞令牌的響應(yīng)，不隨令牌挨次進(jìn)入和不返還令牌的設(shè)備刪除。鏈路活動(dòng)調(diào)度器的調(diào)度方法LAS的算法說明b．連路活動(dòng)的調(diào)度算法---按調(diào)度表執(zhí)行或發(fā)2種令牌；c．活動(dòng)表的維護(hù)---活動(dòng)表：含響應(yīng)PT的設(shè)備，定期發(fā)PN添入或?qū)⒉挥谜邉h除；d．?dāng)?shù)據(jù)鏈路的時(shí)間同步---周期性向總線播送時(shí)間公布〔TD〕；e．令牌的傳遞---向活動(dòng)表中設(shè)備發(fā)PT，收到PT者允許傳輸非調(diào)度報(bào)文；a．鏈路活動(dòng)權(quán)的競爭過程與LAS轉(zhuǎn)交---競爭后某主設(shè)備成為LAS，原則：最低節(jié)點(diǎn)地址；f．LAS冗余---LAS失效時(shí)，其它鏈路主設(shè)備可成為LAS。總線應(yīng)用層

功能：為用戶程序訪問現(xiàn)場總線通信環(huán)境供給必要手段或與相關(guān)應(yīng)用程序之間的“窗口”。分層：現(xiàn)場總線報(bào)文標(biāo)準(zhǔn)子層〔FMS用戶命令的編解碼〕；現(xiàn)場總線訪問子層〔FAS治理數(shù)據(jù)傳輸〕現(xiàn)場總線訪問子層〔FAS〕作用：為FMS供給規(guī)律通信通道〔稱為：應(yīng)用關(guān)系〕，是VCR治理的最重要的局部?，F(xiàn)場總線報(bào)文標(biāo)準(zhǔn)〔FMS〕子層作用：是用戶應(yīng)用的接口，供給一組效勞和標(biāo)準(zhǔn)的報(bào)文格式，用戶應(yīng)用承受這種格式在總線上傳送信息。附加層---用戶應(yīng)用層

另設(shè)用戶應(yīng)用層的緣由：a.應(yīng)用層的定義比較籠統(tǒng)，即：為開放不同的應(yīng)用供給效勞；b.現(xiàn)場總線的特殊性，即：為自動(dòng)化現(xiàn)場儀表實(shí)現(xiàn)互聯(lián)而設(shè)立的總線；c.借鑒集散把握的閱歷，將過控領(lǐng)域的應(yīng)用層模型化---功能塊。FF現(xiàn)場儀表的功能塊

功能塊的根本概念：RF-P156~159FIG3-32~36a.由功能塊的參數(shù)實(shí)現(xiàn)某一功能；b.功能塊的參數(shù)可在總線上訪問；c.單一功能塊可駐留在某一總線設(shè)備內(nèi)；d.特定的成組功能塊可駐留在一個(gè)或多個(gè)總線設(shè)備內(nèi)；e.VF