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1、第六章T集散控制系统集散控制系统的组成CENTUM 系统由两级组成：1.集中操作站；2.现场控制站。集散控制系统的组成XL集散控制系统的组成台式操作站的外观图立式操作站的外观图操作站的根本构造nXL操作站的硬件构造：面向总线的构造现场控制单元的根本构造nXL现场控制单元硬件构造：面向总线的构造现场控制单元的设备构成信号变换器的根本组成 信号变换器是同I/O卡MAC2,PAC,VM1,VM2,PM1等相连接使用的I/O信号变换器，总共16个信号调理卡可装入信号变换器的卡槽中。输入信号调理卡：隔离从现场接收来的不同信号，将其转换为标准信号，并发送给控制单元。输出信号调理卡：隔离从现场控制单元输出的
2、标准信号，经过信号转换后如压流转换，发送给现场执行单元。信号变换器机箱有两种类型：1.用于连接MAC2/PAC卡的MHM；2.用于连接其它I/O卡的MHC。信号变换器的根本组成n信号调理卡列表：信号调理卡列表：n 输入卡：输入卡：n ET5 热电偶输入卡；热电偶输入卡；n ER5 热电阻输入卡；热电阻输入卡；n ES1 电位器输入卡电位器输入卡80 2K ；n EM1 毫伏信号输入卡毫伏信号输入卡10100mV；n EH1 信号隔离输入卡信号隔离输入卡15V；n EH5 信号隔离输入卡具有开方运算功信号隔离输入卡具有开方运算功能；能；n EA1 两线制变送器输入卡；两线制变送器输入卡；n EA
3、5 两线制变送器输入卡具有开方功两线制变送器输入卡具有开方功能；能；n EA5 脉冲串输入卡；脉冲串输入卡；信号变换器的根本组成输出卡：EC0 隔离控制输出卡用于MAC2,PAC；EA0 隔离输出卡输出420mA，用于VM2；EH0 隔离输出卡输出15V；I/O通过卡：EX1 I/O信号通过卡；注释：表示为智能卡即，卡上具有CPU；CFCD2现场控制站的双重化MAC2 卡的双重化处理冗余技术 n1单一故障准那么n在一个系统的运行过程中，单个子系统出现故障或失效的几率是最大的，而两个或两个以上子系统同时出现故障或失效的几率那么很小。因此，在实际工程中，只要保证满足单一故障原那么即：“系统中任何一
4、个子系统的故障或失效均不会导致整个系统的故障或失效，就可以满足绝大部分控制系统对可靠性的要求。n当然，假如系统中同时出现了两个或两个以上子系统故障或失效，那么系统将不能保证不出现故障或失效，尽管在此种情况下，不排除系统有可能还正常运行。冗余技术n2冗余n冗余的含义是使用两个甚至多个功能完全一样的子系统，使其并联，这样的并联完全不影响或改变系统的功能，但只要这些并联子系统中的任何一个子系统处在正常运行状态，整个系统就可以保证正常工作。形成并联关系的子系统数量被称作冗余的重数。n采用冗余技术可以明显地进步系统的可用率。可用率是指系统的无故障运行时间与系统总运行时间之比，用百分数表示。例如，我们使用
5、两个可用率为80%的子系统并联成一个完好系统，那么系统可用率将上升到96%。假如采用四个同样的子系统并联，系统可用率将高达99.84%。冗余技术n3冗余系统中的故障诊断与切 n 为实现冗余，必须有故障诊断与切换子系统。首先，系统要有故障诊断功能，该功能要不断对系统的完好性做出判断。其次，一旦发现故障，就应立即从当前处于运行状态的子系统向处于备用状态子系统进展转移，其中包括当前正在进展的处理过程的转移、子系统与其他各个子系统如输入输出的连接切换等。当然，故障诊断与切换子系统本身也是有失效率的，在这个子系统串入系统后，必然会使总的系统可用率下降，这一点要引起注意。冗余技术n4备用式冗余n 1 冷备
6、用方式n 冷备用方式中备用子系统完全不运行，甚至不加电，以手动方式完成切换。冷备用方式切换速度慢，但没有切换设备，不存在切换设备可用率对系统可用率的影响，本钱也最低。冗余技术n4备用式冗余n 2 温备用方式n 温备用方式中备用子系统处于运行状态，但运行的不是在线程序，而是一个跟踪程序。该程序跟踪在线子系统的所有运行状态，将在线子系统的所有数据改变均记录在备用子系统的内存中。一旦在线子系统出现故障，备用子系统立即启动，并根据跟踪的状态继续运行。温备用方式的切换无须人工干预，切换过程可自动完成。但跟踪有差距或滞后，而且在切换发生时备用子系统才启动在线程序。因此温备用方式的切换还是比较慢的，大约在几
7、秒到几十秒之间。其优点是故障诊断和切换子系统构造简单，容易做成高可靠的设备，其本钱也比较低。冗余技术n4备用式冗余n 3 热备用方式n 在热备用方式中，备用子系统和在线子系统运行完全同样的程序，形成完全并列的运行形式，所不同的，是备用子系统不对现场输出控制信号，处于一种“哑状态。当在线子系统出现故障时，切换子系统将在线子系统的输出通路切断，同时接通备用子系统的输出通路，这样就完成了切换过程。由于构成冗余构造的各个子系统处于完全同样的运行状态，因此切换过程可以缩短到毫秒级。热备用方式的缺点是构造复杂，本钱很高。冗余技术n5备用式冗余的无扰切换 n 1 数据周期拷贝法n 根本思路是，将主机的时间相
8、关变量，周期性地复制到备份机，并刷新备份机的对应变量的当前值。n 2 主备运算同步法n 根本思路是，主备机的控制运算节拍保持同步，那么双机的事件型变量和累积运算值都是相等的，其输出结果必然是一样的，切换时当然就可以无扰。n二、现场控制站的根本功能现场控制单元的根本功能XL集散控制的工程组态XL现场控制单元的组态反响控制内部仪表反响控制回路的组态控制回路组态连接与控制策略的生成 控制回路组态n反响控制仪表的登记反响控制仪表的登记LOOP0001Tag No.TIC-001Tag CommentTypePID 100HiLo0UnitCInLNROC1DRRScanY LFeedback Inst
9、rument Spec (Overview)UNIT:01(File)PAGE:001/004Reacter Temp Cnt0080 集散控制系统的控制回路组态n填表式的语言：回路连接Feedback Instr Spec (Loop Conn)UNIT:01(File)LOOP:001/080No./ScanTypeTag No.Tag Comment%LP01Y CPIDIN=M-1-1-01-0TIC-001OUT=M-1-1-01-0TEMP CNTSET=SUB=回路连接顺序控制功能的组态顺序控制功能的组态顺序控制功能的组态顺控表的登记Sequence Table Spec.(Ov
10、erview)UNIT:01(File)LOOP:001/002Sht.No.Sheet CommentScanModePrev.ShtNext Sht%ST01React Batch ContYL T顺控表的填写三、操作站的根本功能DCS系统中的人机界面技术 设计原那么：最好的人机界面应促使用户将注意力集中在被控过程即重要的信息工程上并基于其做出正确的反响，而不要为界面及控制设备本身分散精力。为了使得操作工可以对新出现的情况，做出快速的反响选择正确的操作指令，出现的信息应：1.逻辑上组织良好具有一定的逻辑关系；2.处在同一抽象层面上，并且不同的信息工程信息块不超过5个。人机界面设计的生理学根
11、底XL集散控制的人机界面总貌画面控制分组画面调整画面报警与操作指导画面趋势画面流程图画面DCS的开展方向 一、开放化一、开放化 采用采用Windows NTWindows NT这样的通用这样的通用OSOS，采用标准化的，采用标准化的OPCOPC等接口，等接口，根据标准化根据标准化OSOS和开放接口制作应用软件。和开放接口制作应用软件。二、平安性二、平安性 开放化环境下系统的防卫手段，防范计算机病毒。开放化环境下系统的防卫手段，防范计算机病毒。三、用户程序的通用化三、用户程序的通用化 与与Visual BasicVisual Basic等通用程序的接口，确保移植性。等通用程序的接口，确保移植性。四、技术窍门的重新利用四、技术窍门的重新利用 积累及再利用用户单独拥有的控制技术窍门。积累及再利用用户单独拥有的控制技术窍门。五、高功能五、高功能/高可靠性高可靠性 与高级控制算法的交融，控制器的高速化。与高级控制算法的交融，控制器的高速化。六、通用性六、通用性 从大规模系统到小规模系统都根据同一规那么设计。从大规模系统到小规模系统都根据同一规那么设计。七、多总线集成七、多总线集成 融入现场总线控制系统。融入现场总线控制系统。