自动化装置dcs1系统构成及安装

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,集散控制系统概述,1,集散控制系统概念,体系结构,硬件组成,软件组态软件,2,随着工厂生产规模的扩大和工艺过程的复杂化，当采用分离仪表组成控制系统时，需要大量的仪表单元连接成系统。,子系统的信号连接非常困难，不便于进行集中操作管理和显示,。,需要对系统结构和控制方式进行升级或改变时，需要更换大量的仪表，维护非常困难。,因此,采用分离,仪表控制系统对大规模的工业生产过程进行控制是非常困难的。,一、发展历程和概念,3,60,年代，随着计算机技术的发展出现了过程计算机控制系统。过程计算机控制系统具备了控制系统的主要功能，如数据采集、控制、远程通信，集中显示操作等。,但是，一台计算机往往控制着几十个几百个回路，对几百个到上千个过程变量的集中显示及操作控制，一旦控制计算机发生故障，将导致生产过程的全面瘫痪 。,工业过程计算机控制系统存在安全性和可靠性问题。,4,集散控制系统（,Distributed Control System,）是以微处理器为基础的集中分散型控制系统。,集散控制系统的集中,是进行集中操作管理,集散控制系统的分散,控制系统的体系结构是分布式的，按控制功能或区域将,分解为分散的控制站，带微处理器的控制站分别控制几个、十几个、几十个回路。通过控制站的组合实现了控制功能的分散，从而使危险分散。,实现对生产过程集中监视、操作、管理和分散控制的目标。主要涉及计算机技术、信号处理技术、测量控制技术、通信网络技术和人机接口技术。,5,1975,年第一套集散控制系统由美国,Honeywell,（霍尼威尔）公司推出，命名为,TDC-2000,。,第一代集散控制系统有,Honeywell,公司的,TDC-2000,；,Taylor,公司的,MOD 300,；,Foxboro,公司的,SPECTRUM,；横河公司的,CENTUM,；西门子公司的,TELEPERM M,；肯特公司的,P4000,6,第二代集散控制系统。进一步提高可靠性，新开发了多功能过程控制站、增强型操作站、光纤通信等。控制站和操作站均采用高性能微处理器，板级模块化，单元结构化；能实现过程控制、数据采集、顺序控制和批量控制等功能，通信系统已采用局域网络。,典型的集散控制系统产品有,Honeywell,公司的,TDC-3000,；,Taylor,公司的,MOD300,；,Bailey,公司的,NETWORK-90,；西屋公司的,WDPF,；,ABB,公司的,MASTER,；,LEEDS&.NORTHROP,公司的,MAX1,等。,7,第三代集散控制系统采用开放式的通信技术，向上与,Ethernet,连接，构成综合的企业管理系统；向下支持现场总线，可以在智能变送器、控制站、操作站之间实现可靠的实时数字通信。控制站采用,32,位微处理器，控制功能更强，应用先进控制算法。操作站采用高档微计算机，增强的图形显示功能，采用多窗口技术和触摸屏。,美国,Foxboro,公司的,I/A S,系统；,Honeywell,公司带有,UCN,网的,TDC-3000,；横河公司的带有,SV-NET,网的,CENTUM-XL,；,LEEDS&.NORTHROP,公司的,MAX1000,；,Bailey,公司的,INFO-90,等。,8,第四代集散控制系统采用标准模型和通信协议，实现高速数据通信。采用,RISC,工作站，速度更快实现各种复杂控制策略和先进控制，以适应离散和批量工业自动化的要求；,典型产品有,SIMATIC PCS7,，,Honeywell,公司的,TPS,控制系统，横河公司的,CENTUM-CS,控制系统，,Foxboro,公司的,I/A S 50/51,系列控制系统，,ABB,公司的,Advant,系列,OCS,开放控制系统等。,9,2008,年厂商,市场,份额按,销售额,品牌,市场（亿元）,份额（,2008,）,ABB,Emerson,Honeywell,Siemens,Supcon,Hollysys,Yokogawa,Foxboro,GE Xinhua,Zhishen,Mesto,Xinhua Group,Others,Total,100.0%,2008年主要厂商市场份额比较按销售额,10,DCS,系统采用三级的体系结构。包括现场级、车间级和工厂管理级。,现场层设备与控制站之间的连接是一对一（一个,I/O,点对应设备的一个测控点）所谓,I/O,接线方式，信号方式采用,4-20mA,（传送模拟量信息）或,24VDC,（传送开关量信息）信号。,工厂管理级,11,（,1,）分散过程控制装置,分散过程控制装置是由,I/O,接口和现场仪表组成。,I/O,接口包括输入,/,输出接口，分为模拟量和开关量。,（,2,）控制站,控制站是集散控制系统的控制核心，它向下通过,I/O,接口与现场的各种仪表和设备相连接，向上利用通信网络与操作管理计算机连接。控制站按照各种调节规律完成过程控制中所需要的计算，如：,PID,调节、顺序控制、采样控制、批量控制等。,二、集散控制系统的基本组成,12,（,3,）人机界面,人机界面是操作人员与集散控制系统之间的界面，主要是操作员站和工程师站。操作人员通过操作员站了解生产过程的运行状况，并通过它发出操作指令。工程师站主要用来进行控制系统的组态和流程画面的绘制。管理计算机,系统的信息管理和优化控制。,（,4,）通信网络,集散控制系统的数据传输依赖于强有力的通信网络。通信网络连接集散控制系统的各个部分，完成数据、指令和其它信息的传递。,13,（,5,）软件系统,DCS,软件由实时多任务操作系统、数据库系统、通讯软件、组态软件、和应用软件组成。,组态软件,按用户要求生成实际控制系统的工具,14,15,CS3000,系统结构和硬件构成,16,横河公司（,YOKOGAWA,）公司先后推出了,CENTUM,、,CENTUM-V,、,CENTUM-XL,和,XL,等集散系统,.,1993,年推出了新一代基于,PC,的集散控制系统,CENTUM-CS,。,CENTUM CS1000,及,CENTUM CS3000,的人机接口站采用,PC,平台和用户熟悉和易于操作的,Windows NT,环境，组态和监控界面采用窗口式的管理方式，从而将,DCS,与,WINDOWS,系统的易操作性相结合。,17,一、,CS3000,系统构成及设备,1.1 CS3000,系统构成,及设备,CS3000,系统,是由多个人机界面站,HIS,，现场控制站,FCS,和,VNet,网络组成。,CS3000,系统,按照“域”,架构,组织起来的。最多,16,个域。,域的概念：,由一条控制总线（,VNet,）连接的所有站的集合。,域之间用,总线转换器,BCV,连接。,站包括：,现场控制站,(FCS),、操作站,(HIS),、,高级过程控制站（,APCS,）,、,工程师站（,EWS,）,、,信息和命令站（,ICS,）,、,总线转换器（,BCV,）,等。,18,域的最小配置： 1个,FCS,、,1,个,HIS,。,域的最大配置：一个域中可有,HIS,、,FCS,、,BCV,总共最多64个站，,其中,HIS,最多16个。,且一个用于组态。,8,HIS,以上需服务器,19,敞开式标准,HIS,封闭式标准,HIS,通用,PC,型,HIS,HIS,工程师站,EWS,高级过程控制站,APCS,BCV,总线转换器,紧凑型,FCS,子系统,标准,FCS,机柜,I/O,扩展柜,标准,FCS,机柜,I/O,扩展柜,架装,FCS,ESB BUS,本地,NODE,远程,NODE,架装,FCS,架装型,NODE,Vnet,光线中继器,RIO BUS,光线中继器,网线转换器,系统构成,20,人机界面站,HIS,：主要功能是对生产过程进行监视和操作，系统诊断维护和数据管理等。可操作监视,10,万个工位号。工作在,Windows,环境，可以用各种语言进行编程。,现场控制站,FCS,是一个可独立运行的计算机检测控制系统。通过,I/O,插件对现场仪表进行数据采集及处理，对被控单元实施闭环反馈控制、批量控制和顺序控制。包括机柜、电源、输入输出通道和控制计算机。,工程师站供技术人员生成控制策略的人机接口。工程师站上配有组态软件，用来实现用户所要求的各种控制策略。,一、,CS3000,系统构成及设备,21,1.2 CS3000,的,通信系统,CS3000,使用,Vnet,、,Ethernet,、,RIO bus,。,一、,CS3000,系统构成及设备,1.2.1,Vnet,用于连接系统的实时控制网络。,现场控制站（,FCS,）、人机接口站（,HIS,）、总线转换接口（,ABC,）等站均连接,Vnet,特点,通讯协议,: IEEE 802.4,通讯控制,:,总线型的令牌传递,通讯速率,: 10 Mbps,通讯媒介,:,同轴电缆,(,YCB111/,YCB141,）,/,光缆,22,1.2.2 Ethernet,用于系统内各,HIS,站之间，,EWS,和,HIS,之间，以及,HIS,与管理计算机之间,进行数据交换的网络。,通讯协议,: TCP/IP,通讯速率,: 10 Mbps,通讯媒介,:,同轴电缆,/,光缆,一、,CS3000,系统构成及设备,23,一、,CS3000,系统构成及设备,1.2.3,RIO BUS,（用于,RIO,型）,远程输入,/,输出总线（,RIO-,：,Remote Input/Output-,）是,FCS,内部,I/O,节点单元的连接总线，,用于,FCS,站的,控制单元（,FCU,）与,节点,NODE,之,间的连接。,24,一、,CS3000,系统构成及设备,*Vnet(,粗同轴电缆,): 500 M,*RIO,总线,(,双绞线,) : 750 M,*ESB,总线：,10 M,*ER,总线,(,同轴电缆,),：,185 M(,细,),500 M(,粗,),2 KM,以太网中继器,V net,SFCS,LFCS,KFCS,最大工位数,: 1,000,000 /HIS,最大站数,: 64,V-net,总线,(Max): 20 km,RIO,总线,(max) : 20 km per FCS,ESB,总线,(max) : 10 M,ER,总线,(max) : 2 km per FCS,最小配置,域内最大配置, ,LFCS,KFCS, ,V-net, ,:1,000,000 /HIS,:256,:20 km,:20 km per FCS,:10 M,:2 km per FCS,最大域数：,16,系统最大规模,1.,3.,系统构成总结,25,二、现场控制站,FCS,26,FCS,分为标准型控制站,LFCS,和小型控制站,SFCS,。,标准型控制站,LFCS,由现场控制单元（,FCU,：,Field Control Unit,）、远程输入输出总线（,RIO bus,或,ESB bus,）和节点（,Node,）组成。,小型控制站,SFCS,由现场控制单元（,FCU,：,Field Control Unit,）和节点（,Node,）组成。,二、,FCS,的基本,构成,27,FCS,的类型, 小型,FCSSFCS, RIO,标准型,FCSLFCS,SFCS,LFCS,28,现场控制单元（,FCU,）,现场控制单元（,FCU,）是,FCS,中进行控制运算的核心部分，它具有运算、控制和通信的功能。主要由处理器、,RIO,节点通信卡和电源三种卡件以及,V-net,通信接口和,RIO bus,总线通信接口组成。,处理器卡件主要包括,CPU,、主存储器、,V-net,接口三部分。,CPU,采用,32,位,RISIC,处理器，主频,30MHz,。主存储器,16MB,。,V-net,可以配置冗余接口；节点通信卡冗余配置，每个节点通信卡连接一条,RIO,总线，,29,供电单元,RIO BUS,接口卡,处理卡,电源分配板,外部接口单元,供电端子,电池单元,RIO BUS,接口单元,风扇单元,Vnet,连接单元,电池单元,30,FCU,模件名称,31,节点（,Node,）,节点是连接现场输入,/,输出信号的通信装置和变换处理装置。,每台,FCS,的,RIO bus,总线上最多可以连接,8,个节点，每个节点最多配置,5,个,I/O,插件箱。,FCS,的节点是由,节点接口单元（,NIU,：,node interface unit,）,和,输入,/,输出单元（,IOU,：,input output unit,）,组成。,IOU,通常是由,IO,插件,和,IO,插件箱组成,32,接口单元,NIU,插件箱,模件,插件箱,模件,IOU,IOU,RIO,标准型,FCSLFCS,的,NODE,33,标准型,FCS,（,LFCS,）的整体结构,34,控制单元,FCU,、,NODE,、,NIU,、,IOU,安装位置,一个,FCU,最多连,8,个,NODE,。, 一个,NIU,最多连,5,个,IOU,。,35,NIU,IOU,IOU,FCS,与现场仪表的连接,36,紧凑型,FCS,的结构,内存后备,: 72,小时,I/O,模块箱,: 2,个,/5,个,AI/AO,: 128,点,DI/DO,: 512,点,双重化,:,CPU,电源,通信口,安装,: 19,“,机架安装,SFCS,外型,37,控制总线,连接单元,转接头,处理卡,供电单元,扩展板,插件箱,I/O,插件,电池单元,电源分配板,1,2,3,4,5,紧凑型,FCS,的结构,38,FCS,组合连接,39,3.2,处理器卡介绍,3.2 .1,处理器卡指示灯的含义,HRDY,绿灯亮硬件自诊断正常。,RDY,绿灯亮硬件和软件运行正常,CTRL,处理卡运行指示灯，绿灯亮运行，灯灭后备。,COPY,数据拷贝时绿灯亮，拷贝结束灯灭。,40,FCS,的地址设置,奇偶校验位,奇校验位,域地址,DOMAIN,地址的设置,41,STATION,地址的设置,42,3.4,输入输出插件箱和,I/O,插件的类型,模拟量,IO,插件箱,AMN11/AMN12,；多点模拟量,IO,插件箱,AMN34,继电器型,IO,插件箱,AMN21,；,端子型,IO,插件箱,AMN31,；,连接器,IO,插件箱,AMN32,；,通信插件箱,AMN33,；通信插卡箱,AMN51,；,接线方式：,单点 多点端子型 多点接插型,AMN11,AMN31,AMN32,43,I/O,插件类型,AAM10/ AAM11,：,电流,/,电压输入,AAM21,：,RTD,输入,AAM21/RJ,：,mV(-50 to 150mV), T/C,输入,APM11,：,脉冲输入（,0 to 10kHz),AAM51,：,电流,/,电压,(0 to 10 V),输出,单点模拟量信号插件 外型 插件箱及安装方式,AMN11,插件箱最多安装,16,块卡,44,三、,FCS,硬件构成,AMM12T,：,电压多点输入,AMM22T,：热电偶多点输入,AMM32T,：热电阻多点,输入,AMM42T,：,2,线制变送器输入,16,点端子类模拟量卡件 外型 插件箱及安装方式,AMN31,插件箱最多安装,2,块卡,AMM32T,、,AMM42T,只能安装,1,块卡,AMM32T,不能安装在,1,槽,45,三、,FCS,硬件构成,AMM12C,：,电压,16,点输入,(-10 to 10 V),AMM22C,：,16,点输入,(-100 to 100 mV),AMM32C,：热电阻,16,点,输入,AMM25C,：热电偶,15,点,输入,连接类模拟量卡件 外型 插件箱及安装方式,AMN32,插件箱最多安装,4,块卡,46,三、,FCS,硬件构成,AMC80,：,多点模拟量,I/O,卡件,输入,8,点,（,15 V),，,输出,8,点,（,420mA),通过,KS1,电缆与信号变换器或端子板连接，卡件可实现双重化。,连接类模拟量卡件 外型 插件箱及安装方式,AMN34,插件箱最多安装,2,块卡,47,三、,FCS,硬件构成,端子型数字,IO,插件,ADM11T,：,16,点接点输入,ADM12T,：,32,点接点输入,ADM51T,：,16,点接点输出,ADM52T,：,32,点接点输出,端子类接点卡件 外型 插件箱及安装方式,AMN31,插件箱最多安装,2,块卡,48,三、,FCS,硬件构成,连接型数字,IO,插件,ADM11C,：,16,点接点输入,ADM12C,：,32,点接点输入,ADM51C,：,16,点接点输出,ADM52C,：,32,点接点输出,连接类接点卡件 外型 插件箱及安装方式,AMN32,插件箱最多安装,4,块卡,49,三、,FCS,硬件构成,ADM15R,：,16,点继电器输入,ADM55R,：,16,点继电器输出,继电器卡件 外型 插件箱及安装方式,AMN21,插件箱安装,1,块卡,50,FCS,的控制功能,FCS,的控制功能主要有反馈控制、顺序控制、计算功能、仪表面板功能、监视管理功能。此外，还可以实现模糊控制、预估控制等先进控制功能。,FCS,的基本控制功能是通过固化在,ROM,中的一段子程序实现的。子程序称为功能块。,51,52,常规功能块,常规功能块主要由输入信号处理、计算单元、输出信号处理及报警处理四个环节组成。过程变量输入值首先进入输入信号处理，再经过计算单元和报警处理后，进入信号输出处理，最后输出至现场的执行机构，完成了一个完整的输入输出过程。,53,54,输入指示,PVI,PVI,DV,调节控制,PID,PI,HLD,PID,BSW,ONOFF,PID,TP,PD,MR,PI,BLEND,PID,STC,FSBSET,BLEND,手动操作,MLD,MLD,PVI,MLD,SW,MC,2,MC,3,信号设定,RATIO,PG,13,BSETU,2,BSETU,3,信号限制,VELLIM,输入指示,AS,HML,SS,HML,SS,DUAL,信号分配,FOUT,FFSUM,XCPL,SPLIT,报警,ALM,R,常规控制功能的功能块,55,PID,功能块,56,顺序控制功能块,顺序控制功能块主要用于联锁系统、顺序控制系统和批量控制系统。,顺序控制功能，是按照预先所定义的控制条件和顺序来执行相应的控制动作。,57,顺序控制表：,控制的动作和条件以表格的形式进行填写，动作的执行是受到控制条件的联合制约。,顺控表模块：,ST16,、,ST16E,（扩展表）,58,条件信号及规则,操作信号及规则,输入连接信息设定区,条件详细设定区,条件规则设定区,输出连接信息设定区,操作详细设定区,动作规则设定区,启动方式,扫描方式,顺控表的格式,条件栏：,联锁发生的条件,动作栏：,联锁动作的结果,步号栏：联锁动作的顺序,规则栏：,Y,成立、,N,不成立,59,2.4,顺控表的两种实现方式：,（,1,）无步号顺控表,60,（,2,）有步号方式整个 动作按照步号顺序执行,61,无步号顺控表方式程序例,-Closed,-Open,62,63,2.7,步号方式程序例,64,65,计算功能块,计算功能块主要为了适应控制的要求而进行的数据运算。,66,二、,HIS,硬件构成,2.1,标准型,HIS,HIS,的硬件主要包括：主机、显示器、操作员键盘（工程师键盘）和外围设备等组成。,主机为工作站或工业,PC,机，网络接口有冗余配置的,V-net,和,Ethernet,。,HIS,标准型有如下几种类型：,封闭式单显示器,HIS,、,封闭式双显示器,HIS,开放式单显示器,HIS,、,开放式双显示器,HIS,67,二、,HIS,硬件构成,68,二、,HIS,硬件构成,2.2,通用,PC,型,HIS,硬件构成及相关参数,PC,可选用,IBM PC/AT,兼容机,选用通用,PC,做,HIS,必须配备,VF701,卡，支持,Vnet,网络。选配操作员键盘。,69,二、,HIS,硬件构成,70,二、,HIS,硬件构成,2.2.2,VF701,卡及地址,置于,PCI,槽上的控制总线接口卡，用于将,PC,型,HIS,接入,V-net,。,参见：,ENGA1-3,71,二、,HIS,硬件构成,VF701,卡地址,域号,站号,72,二、,HIS,硬件构成,2.2.3,操作员键盘,防尘防水平面触摸键,，,9,针,RS232,或,USB,接口，可发出,7,种电子报警音响。,连接电缆,参见：,OPC1-10,73,二、,HIS,硬件构成,方式选择钥匙,功能键,窗口调用键,操作控制键,数据键入键,其它键,74,四、系统安装,4.1,安装,CS3000,软件的配置要求：,1,）硬件要求：,以通用,PC,机为例，进行介绍：,PC,机主存的要求：仅具有操作监视功能,96M,。,具有组态及测试功能,128M,。,PC,机硬盘：要求在,2G,或更高。,外设,:,CD-ROM drive ;3.5-inch FDD;MO drive;ZIP drive.,操作员键盘,:,(,可选）,Ethernet,网卡：,VF701,网卡，并按要求设置好相应地址。,2,）软件环境：,系统操作平台为,:windows 2000/windows xp,。,OFFICE 2000/XP,（如果进行报表定义）时需要安装。,要求显示器,8M,，至少,256,色。,虚拟内存：,300MB/ 400MB(,具有组态功能）,75,四、系统安装,虚拟内存更改路径：进入我的电脑属性,76,PC,机的名称：,HISddss: dd,域号,(116),；,ss,站号,(164),例如,:HIS0164.,3,）软件方面：,CS 3000 software CD-ROM (1),CS 3000 electronic document (IM) CD-ROM (1),CS 3000 key-coded floppy disk (1 or more),注意：要求以管理员身份登陆，才可以进行,CS3000,软件的安装。,四、系统安装,77,四、系统安装,4.2,软件安装步骤：,1,）插入,keycode,文件（软盘），及,software CD.,2,）选中,f:centumsetup.exe,78,四、系统安装,3,）双击,setup.exe,文件，出现如下画面：,79,四、系统安装,4,）点击下一步继续安装,80,四、系统安装,5,）可以更改安装路径：,81,四、系统安装,6,）填写单位及用户名称：,82,四、系统安装,7,）读取,keycode,盘的,ID,号：,83,四、系统安装,8,）如有多个,keycode,盘，可以在此进行选择：,84,四、系统安装,9,）出现装入软件包的清单列表：,85,四、系统安装,10,）选择安装在线资料的路径：,86,四、系统安装,11,）开始进行文件的安装：,12,）软件媒体部分安装完成后，提示插入,IM,资料的,CD,盘：,87,四、系统安装,88,插入,IM,资料的,CD,盘后，将把相关的,IM33,（电子资料）文件，读到相应的文件里。,89,四、系统安装,13,）选择是否以其他方式来安装,CS3000,软件：,90,四、系统安装,14,）如果安装有操作员键盘可以在此进行选择。,91,四、系统安装,15,）输入参照数据库的主机名称：通常选用工程师站,.,92,四、系统安装,16,）提示安装阅读器，来读阅在线帮助资料。,路径：插入,IM,光盘。,F:CENTUMREADERENGLISH.,93,四、系统安装,17,）上述安装完成后，可以进行重新启动。至此软件安装结束。,18,） 在下面路径下，安装,V,网卡，及协议。,94,四、系统安装,95,四、系统安装,96,四、系统安装,97,四、系统安装,19,）,V,网及协议安装成功！,98,四、系统安装,20,）,V,网,/Ethernet,及,TCP/IP,协议地址定义：,99,四、系统安装,注释：,V,网的,IP,地址定义：,172.16.dd.ss (dd,为域号；,ss,为站号）,Ethernet IP,地址为：,172.17.dd.ss (dd,ss,与,V,网地址定义一致）,100,