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1、第7章 集散控制系统及现场总线 7.1 DCS的发展概况的发展概况分布型控制系统分布型控制系统（Distributed Control System，简称，简称DCS）亦为集散型控制系统，是）亦为集散型控制系统，是4C技技术术(Computer、Control、Communication和和CRT)的产物，是一个为满足大型工业生产日的产物，是一个为满足大型工业生产日益复杂的过程控制的要求，从综合自动化角益复杂的过程控制的要求，从综合自动化角度出发，按功能分散、管理集中的原则构成度出发，按功能分散、管理集中的原则构成的大系统。它具有高可靠性指标，不断以新的大系统。它具有高可靠性指标，不断以新的技
2、术成果充实和研制，以微处理器、微型的技术成果充实和研制，以微处理器、微型计算机技术为核心计算机技术为核心,与数据通信技术、与数据通信技术、CRT显显示、人机接口、输入输出技术相结合的，用示、人机接口、输入输出技术相结合的，用于生产管理、数据采集和各种过程控制的处于生产管理、数据采集和各种过程控制的处于新技术前沿的计算机控制系统。于新技术前沿的计算机控制系统。第7章 集散控制系统及现场总线 1.第一阶段（初创期）第一阶段（初创期）CRTCRTCRTCRT操作站操作站操作站操作站 监控计算机监控计算机监控计算机监控计算机 数数数数 据据据据 高高高高 速速速速 公公公公 路路路路 HWHWHWHW
3、现场监测站现场监测站现场监测站现场监测站 现场控制站现场控制站现场控制站现场控制站图图图图7-1 7-1 第一代第一代第一代第一代DCSDCS基本结构基本结构基本结构基本结构第7章 集散控制系统及现场总线 第二阶段（成熟期）第二阶段（成熟期）局局局局 部部部部 网网网网 络络络络 LANLAN网关网关网关网关多功能控制器多功能控制器多功能控制器多功能控制器网关网关网关网关系统管理模块系统管理模块系统管理模块系统管理模块通用操作站通用操作站通用操作站通用操作站主计算机主计算机主计算机主计算机增强型增强型增强型增强型操作站操作站操作站操作站其他其他其他其他网络网络网络网络DHDHWW第7章 集散控
4、制系统及现场总线 第三阶段（扩展期）第三阶段（扩展期）第7章 集散控制系统及现场总线 7.2 DCS系统发展方向系统发展方向 第7章 集散控制系统及现场总线 7.3 集散控制系统硬件体系集散控制系统硬件体系 第7章 集散控制系统及现场总线 7.3.1 现场控制站现场控制站现场控制站是由控制模块组成，也可以是高性能现场控制站是由控制模块组成，也可以是高性能的工控机。其主要的功能是信号的采集，控制的的工控机。其主要的功能是信号的采集，控制的监视，就近分散控制。监视，就近分散控制。现场控制站功能与单回路控制仪表相比，控制站现场控制站功能与单回路控制仪表相比，控制站除了反馈控制功能、运算功能、报警功能
5、通信功除了反馈控制功能、运算功能、报警功能通信功能更加充实外，最重要的特点是顺序控制功能大能更加充实外，最重要的特点是顺序控制功能大大增强。大增强。现场控制站内的顺序控制，除了能按照常规的开现场控制站内的顺序控制，除了能按照常规的开关条件切换外，还包括各种定时器，计数器算术关条件切换外，还包括各种定时器，计数器算术运算式、逻辑关系运算式等，能自动监视连续量运算式、逻辑关系运算式等，能自动监视连续量的变化。的变化。DCS将一些常用的功能子程序组成标准的功能模将一些常用的功能子程序组成标准的功能模块，如：块，如：PID、串级、解藕控制模块等，通过组、串级、解藕控制模块等，通过组态软件方便使用。态软
6、件方便使用。第7章 集散控制系统及现场总线 控制软件通用的现场控制站功能通用的现场控制站功能数据采集、控制输出、自动控制和网数据采集、控制输出、自动控制和网络通信络通信现场控制站的软件系统现场控制站的软件系统执行代码：周期执行和随机执行执行代码：周期执行和随机执行一般固化在一般固化在EPROM中中数据部分数据部分保留在保留在RAM中中第7章 集散控制系统及现场总线 现场控制站软件现场控制站软件执行顺序现场控制站软件执行顺序在线诊断在线诊断SOE记录检查记录检查控制算法运算控制算法运算数据转换和报警检查数据转换和报警检查通道数据巡检通道数据巡检现场控制站软件结构现场控制站软件结构网络通信模块网络
7、通信模块控制输出模块控制输出模块实时数据库实时数据库控制算法库控制算法库数据采集模块数据采集模块第7章 集散控制系统及现场总线 7.3.2 DCS的操作站的操作站操作站由工程师站与操作员站组成操作站由工程师站与操作员站组成,主要有三主要有三大功能：大功能：组建和维护系统的工程功能；组建和维护系统的工程功能；以监视、运行、记录为主的操作功能；以监视、运行、记录为主的操作功能；现场控制站与上位计算机交换信息的通信功能现场控制站与上位计算机交换信息的通信功能以及运行数据存储、管理功能。以及运行数据存储、管理功能。说明：在规模较小的说明：在规模较小的DCS和早期的和早期的DCS中，中，由中央计算机同时
8、承担工程师站和操作员站由中央计算机同时承担工程师站和操作员站的职能，通过设置工程师密码赋予工程师进的职能，通过设置工程师密码赋予工程师进行系统组建，维护和系统管理功能的工程功行系统组建，维护和系统管理功能的工程功能。能。第7章 集散控制系统及现场总线 工程师站的功能工程师站的功能(1)系统组态：组建和变更操作员站和现场控系统组态：组建和变更操作员站和现场控制站的功能制站的功能(2)系统测试：测试系统的逻辑算法是否正确，系统测试：测试系统的逻辑算法是否正确，测试系统的网络的通信是否正常，测试系统测试系统的网络的通信是否正常，测试系统外部设备连接是否正常。外部设备连接是否正常。(3)系统维护：对系
9、统定期检查或更改、生成系统维护：对系统定期检查或更改、生成组态文件存储、数据恢复等。组态文件存储、数据恢复等。(4)系统管理：主要对系统文件的管理。如将系统管理：主要对系统文件的管理。如将组态文件加密，备分，对系统运行数据的文组态文件加密，备分，对系统运行数据的文件存储、转存、归档管理等。件存储、转存、归档管理等。第7章 集散控制系统及现场总线 操作员站功能操作员站功能 画面显示和运行操作是操作员站的基本画面显示和运行操作是操作员站的基本功能。操作员通过各种画面显示、切换功能。操作员通过各种画面显示、切换以及功能键、鼠标、触摸屏的操作，实以及功能键、鼠标、触摸屏的操作，实现对生产过程正常运行的
10、监视与操作管现对生产过程正常运行的监视与操作管理。理。为满足运行操作的要求、集散控制系统为满足运行操作的要求、集散控制系统的操作站上都具有总貌图画面、监视和的操作站上都具有总貌图画面、监视和操作控制画面、报表画面、报警画面、操作控制画面、报表画面、报警画面、趋势曲线与历史曲线画面等几种标准画趋势曲线与历史曲线画面等几种标准画面。面。第7章 集散控制系统及现场总线 7.4 DCS的网络通信技术的网络通信技术DCS的现场控制站和操作站在空间上分的现场控制站和操作站在空间上分布在一定区域之间，它的通信网络是一布在一定区域之间，它的通信网络是一个局域网。个局域网。DCS局域网与一般办公系统局域网与一般
11、办公系统的局域网络不同，要求实时响应，能适的局域网络不同，要求实时响应，能适应恶劣的工业环境、具有开发性等，对应恶劣的工业环境、具有开发性等，对网络可靠性要求很高。网络可靠性要求很高。DCS通信网络技术包括网络结构、信道通信网络技术包括网络结构、信道访问规则、通信协议、信号发送技术、访问规则、通信协议、信号发送技术、传输介质、网络接口等。传输介质、网络接口等。第7章 集散控制系统及现场总线 1.DCS的网络形式的网络形式主从通信网络系统 第7章 集散控制系统及现场总线 同等同等通信网络(Peer to Peer)第7章 集散控制系统及现场总线 2.通信网络的硬件构成通信网络的硬件构成 通信网络
12、主要由两部分组成：传输电缆、光缆（或其他媒介）和接口设备。接口设备通常称为链路接口单元（或称调制解调器、网络适配器等），它的功能是在控制单元、可编程控制器或计算机之间控制数据交换、传送存取等。DCS通信控制的典型功能包括：误码检验、数据链路控制管理以及可编程控制器、控制单元或计算机之间的通讯协议的处理等。DCS的网络要在恶劣的工业环境中运行，所以调制解调器都规定在特定的频率下通信，最大限度地减少传递误差。第7章 集散控制系统及现场总线 3.通信协议通信协议网络上定义数据资料传送规范的协议称为通信协议。DCS中采用的通信协议有IEEE802标准、MAP标准和PRAWAY标准等，其中应用最多的是I
13、EEE802标准。第7章 集散控制系统及现场总线 7.5 DCS的组态的组态-硬件组态硬件组态 根据系统的规模及控制要求进行硬件的选择，主根据系统的规模及控制要求进行硬件的选择，主要包括通信系统的选择、人机接口的选择、过程要包括通信系统的选择、人机接口的选择、过程接口的选择、集散控制系统与接口的选择、集散控制系统与PLC及上位机的通及上位机的通信接口的选择、电源系统的选择、上位机与可编信接口的选择、电源系统的选择、上位机与可编程逻辑控制器的选择、集散控制系统控制单元的程逻辑控制器的选择、集散控制系统控制单元的选择等。选择等。硬件组态时，应综合考虑各方面的因素。首先要硬件组态时，应综合考虑各方面
14、的因素。首先要满足控制系统的要求，选择性能价格比最佳的配满足控制系统的要求，选择性能价格比最佳的配置；其次应考虑置；其次应考虑DCS未来的发展趋势，包括监控未来的发展趋势，包括监控一体化的生产管理系统，即计算机集成制造系统一体化的生产管理系统，即计算机集成制造系统（CIMS）的方向发展，选择通信系统还应考虑）的方向发展，选择通信系统还应考虑在未来的在未来的CIMS中的位置；另外，还应该考虑操中的位置；另外，还应该考虑操作人员的易操作性、系统的易维护性。作人员的易操作性、系统的易维护性。第7章 集散控制系统及现场总线 集散控制系统的应用软件组态集散控制系统的应用软件组态 在系统硬件和系统软件的基
15、础上，将系统提供的功能块用软件组态的方式连接起来，以达到过程控制的目的。（1）直接在DCS上通过工程师站组态（2）通过填写表格进行组态准备工作（3）利用PC机进行组态 第7章 集散控制系统及现场总线 应用软件的组态包括：应用软件的组态包括：网络组态文件（NCF）组态数据点组态用户画面、格式报表和键定义组态区域数据库和历史数据库组组态控制算法组态特殊控制功能程序的编制第7章 集散控制系统及现场总线 7.6 常见集散控制系统简介常见集散控制系统简介经过20多年的努力，我国DCS研究和生产水平有了很大的提高，拥有一批优秀的DCS生产企业，介绍国内外几个典型的系统。和利时的和利时的HOLLiASMAC
16、S系统系统 SunyPCC800 小型集散控制系统 美国Honywell公司的TDC3000第7章 集散控制系统及现场总线 1.和利时的和利时的HOLLiASMACS系统系统 和利时自动化工程公司于1992年自主开发设计成功HSDCS1000系统。在此基础上1995年底推出了升级版本HS2000集散控制系统。该系统应用于我国石油化工、电力、玻璃、水泥、制药和冶金等工业控制系统，得到我国广大用户的认可和支持。该系统不但用于普通工业装置的数据采集和实时检测，而且更多地应用于复杂的实时控制。在此基础上，采用成熟的先进控制算法，推出了第四代DCS系统HOLLiASMACS系统。第7章 集散控制系统及现
17、场总线 HOLLiASHOLLiASMACSMACS系统的体系结构系统的体系结构和利时公司在成功地开发并应用了和利时公司在成功地开发并应用了和利时公司在成功地开发并应用了和利时公司在成功地开发并应用了HS-DCS-1000HS-DCS-1000HS-DCS-1000HS-DCS-1000系统和系统和系统和系统和HS2000HS2000HS2000HS2000系统之后，在系统地总结了各行业用户的意见和系统之后，在系统地总结了各行业用户的意见和系统之后，在系统地总结了各行业用户的意见和系统之后，在系统地总结了各行业用户的意见和建议，充分调查了计算机技术、网络技术、应用软件技建议，充分调查了计算机技
18、术、网络技术、应用软件技建议，充分调查了计算机技术、网络技术、应用软件技建议，充分调查了计算机技术、网络技术、应用软件技术、信号处理技术等最新发展动态的情况下，基于当今术、信号处理技术等最新发展动态的情况下，基于当今术、信号处理技术等最新发展动态的情况下，基于当今术、信号处理技术等最新发展动态的情况下，基于当今最先进的技术最先进的技术最先进的技术最先进的技术 ，采用成熟的先进控制算法，推出了公，采用成熟的先进控制算法，推出了公，采用成熟的先进控制算法，推出了公，采用成熟的先进控制算法，推出了公司的第四代司的第四代司的第四代司的第四代DCSDCSDCSDCS系统系统系统系统HOLLiASHOLL
19、iASHOLLiASHOLLiASMACSMACSMACSMACS系统。系统。系统。系统。第7章 集散控制系统及现场总线 该系统是一个完善、经济、可靠的控制系统，基该系统是一个完善、经济、可靠的控制系统，基于于Profibus Profibus 现场总线技术设计；分布式数据库，现场总线技术设计；分布式数据库，属于属于C/SC/S的体系结构；集成的的体系结构；集成的OPCOPC技术，支持超过技术，支持超过100100家众多的厂家的典型优秀的应用；采用成熟家众多的厂家的典型优秀的应用；采用成熟的先进控制算法，对控制系统实现计算机监控，的先进控制算法，对控制系统实现计算机监控，并且集成了并且集成了D
20、MSDMS系统系统 、RealMISRealMIS系统、系统、ERPERP系统、系统、SCMSCM和和 CRMCRM系统等，可在智能现场仪表设备、控系统等，可在智能现场仪表设备、控制系统、企业资源管理系统之间进行无缝信息流制系统、企业资源管理系统之间进行无缝信息流传送，轻易实现工厂智能化、管控一体化，为工传送，轻易实现工厂智能化、管控一体化，为工厂自动控制和企业管理提供全面的解决方案。目厂自动控制和企业管理提供全面的解决方案。目前已成功应用在前已成功应用在300MW300MW火力发电机组的全功能控火力发电机组的全功能控制和秦山核电制和秦山核电600MW600MW机组等工程项目。机组等工程项目。
21、第7章 集散控制系统及现场总线 第7章 集散控制系统及现场总线 HOLLiASHOLLiASMACSMACS系统的体系结构系统的体系结构HOLLiASHOLLiASMACSMACS系统是由以太网和使用现场总线技术系统是由以太网和使用现场总线技术的控制网络连接的各工程师站、操作员站、现场控制的控制网络连接的各工程师站、操作员站、现场控制站、通讯控制站、打印服务站、数据服务器组成的综站、通讯控制站、打印服务站、数据服务器组成的综合自动化系统，完成大型、中型分布式控制系统合自动化系统，完成大型、中型分布式控制系统（DCSDCS）、大型数据采集监控系统（）、大型数据采集监控系统（SCADASCADA）
22、功能。）功能。HOLLiASHOLLiASMACSMACS系统硬件由工程师站、操作站、现场系统硬件由工程师站、操作站、现场控制站（包括主控单元设备和控制站（包括主控单元设备和I/OI/O单元设备）、通讯单元设备）、通讯控制站、打印服务站、系统服务器、系统网络、控制控制站、打印服务站、系统服务器、系统网络、控制网络等组成。网络等组成。HOLLiASHOLLiASMACSMACS系统软件包括：系统软件包括：ConMakerConMaker 控制器软件；控制器软件；ConRTSConRTS 现场控制器运行软件；现场控制器运行软件；PlantViewPlantView 人机界面人机界面软件；软件；In
23、ternet Internet 浏览软件；浏览软件；OPCOPC工具包。工具包。第7章 集散控制系统及现场总线 第7章 集散控制系统及现场总线 是系统结构中的一个组成环节是物理上的一套独立设备是网络中的一个通信节点在系统功能中完成某一类特定的处理任务工程师站工程师站工程师站采用Windows 2000 Professional的操作系统，运行相应的组态管理程序，对整个系统进行集中控制和管理。工程师站主要有以下功能：控制策略组态（包括系统硬件设备、数据库、控制算法）、人机界面组态（包括图形、报表）和相关系统参数的设置。现场控制站的下装和在线调试，操作员站人机界面的在线修改。在工程师站上运行操作员
24、站实时监控程序后，可以把工程师站作为操作员站使用。HOLLiASMACS系统中的“站”第7章 集散控制系统及现场总线 操作员站操作员站操作员站采用Windows 2000 Professional的操作系统，运行相应的实时监控程序，对整个系统进行监视和控制。操作员站主要完成以下功能：各种监视信息的显示、查询和打印，主要有工艺流程图显示、趋势显示、参数列表显示、报警监视、日志查询、系统设备监视等。通过键盘、鼠标或触摸屏等人机设备，通过命令和参数的修改，实现对系统的人工干预，如在线参数修改、控制调节等。通信站通信站通信站作为SmartPro系统与其他系统的通信接口，可以连接企业的ERP系统（如：和
25、利时的HS2000ERP）和实时信息系统RealMIS，或者接入Internet/Intranet/Extranet。工厂的各个部门可以掌握更多的生产信息，从而为最终用户提供更多的产品和更好的服务。它不仅提供了对生产过程、人员、设备和资源的管理，还可以帮助用户寻找出现问题的原因和生产过程的瓶颈。HOLLiASHOLLiASMACSMACS系统的体系结构系统的体系结构第7章 集散控制系统及现场总线 现场控制站现场控制站(正面正面)现场控制站由主控单元、智能IO单元、电源单元、现场总线和专用机柜等部分组成，采用分布式结构设计，扩展性强。其中主控单元是一台特殊设计的专用控制器，运行工程师站所下装的控
26、制程序，进行工程单位变换、控制运算，并通过监控网络与工程师站和操作员站进行通讯，完成数据交换；智能IO单元完成现场内的数据采集和控制输出；电源单元为主控单元、智能IO单元提供稳定的工作的电源；现场总线为主控单元与智能IO单元之间进行数据交换提供通讯链路。主控单元采用冗余配置，通过现场总线（Profibus-DP）与各个智能I/O单元进行连接。在主控单元和智能IO单元上，分别固化了相应的板级程序。主控单元的板级程序固化在半导体存储器中，而将实时数据存储在带掉电保护的SRAM中，完全可以满足控制系统可靠性、安全性、实时性要求。而智能IO单元的板级程序同样固化在半导体存储器中。HOLLiASHOLL
27、iASMACSMACS系统的体系结构系统的体系结构第7章 集散控制系统及现场总线 HOLLiASHOLLiASMACSMACS系统的体系结构系统的体系结构现场控制站现场控制站(背面背面)现场控制站是MACS系统实现数据采集和过程控制的前端，主要完成数据采集、工程单位变换、开闭环策略控制算法、过程量的采集和控制输出、系统网络将数据和诊断结果传送到系统监控网，并有完整的表征I/O模件及MCU运行状态提示灯。现场控制站由主控单元、智能IO单元、电源单元、现场总线和专用机柜等部分组成，在主控单元和智能IO单元上，分别固化了实时监控（MCU）软件和I/O单元运行软件。现场控制站内部采用了分布式的结构，与
28、控制网络相连接的是现场控制站的主控单元，可冗余配置。主控单元通过现场总线（Profibus-DP）与各个智能IO单元实现连接。第7章 集散控制系统及现场总线 HOLLiASMACS系统由上下两个网络层次组成：监控网络（SNET）和控制网络(CNET)。上层监控网络主要用于工程师站、操作员站和现场控制站的通讯连接；下层控制网络存在于各个现场控制站内部，主要用于主控单元和智能I/O单元的通讯连接。监控网络上层监控网络为冗余高速以太网链路，使用五类屏蔽双绞线及光纤将各个通讯节点连接到中心交换机上。该网络中主要的通讯节点有工程师站、操作员站、现场控制站，采用TCP/IP通讯协议，不仅可以提供100Mb
29、ps的数据连接，还可以连接到Intranet、Internet，进行数据共享。监控网络实现了工程师站、操作员站、现场控制站之间的数据通讯。通过监控网络，工程师站可以把控制算法程序下装到现场控制站主控单元上，同时工程师站和操作员站也可以从主控单元上采集实时数据，用于人机界面上数据的显示。第7章 集散控制系统及现场总线 控制网络 控制网络位于现场控制站内部，主控单元和智能I/O单元都连接在Profibus-DP现场总线上，采用带屏蔽的双绞铜线（串行总线）进行连接，具有很强的抗干扰能力。该网络中的通讯节点主要有DP主站（主控单元中的FB121模件）和DP从站(智能I/O单元FM系列的输入/输出模件)
30、。利用总线技术实现主控单元和过程I/O单元间的通讯，以完成实时输入/输出数据和从站设备诊断信息的传送，并且通过添加DP重复器模件，可以实现远距离通讯，或者连接更多的智能I/O单元。第7章 集散控制系统及现场总线 各个节点用固定分配的各个节点用固定分配的IPIP地址进行标识。为实现地址进行标识。为实现监控网络的冗余，网中每个节点的主机都配有两监控网络的冗余，网中每个节点的主机都配有两块以太网卡，分别连接到块以太网卡，分别连接到128128网段和网段和129129网段的交网段的交换机上。监控网络的前两位换机上。监控网络的前两位IPIP地址已作了规定，地址已作了规定，分别为分别为128.0128.0
31、和和129.0129.0，现场控制站主控单元，现场控制站主控单元IPIP地地址的后两位已经由程序自动分配好，工程师站、址的后两位已经由程序自动分配好，工程师站、操作员站操作员站IPIP地址的后两位则可以自行定义。地址的后两位则可以自行定义。一般我们将一个现场控制站里相互冗余的两个主一般我们将一个现场控制站里相互冗余的两个主控单元分别成为控单元分别成为A A机、机、B B机。它们的机。它们的IPIP地址设置是地址设置是通过一个拨码开关来实现的，具体设置如表通过一个拨码开关来实现的，具体设置如表1.11.1所示。对于工程师站和操作员站的计算机，我们所示。对于工程师站和操作员站的计算机，我们把它看作
32、同一类计算机，进行统一编号。把它看作同一类计算机，进行统一编号。第7章 集散控制系统及现场总线#10站主控单元#11站主控单元#12站主控单元#n站主控单元A机128网段128.0.0.10128.0.0.11128.0.0.12128.0.0.n129网段129.0.0.10129.0.0.11129.0.0.12129.0.0.nB机128网段128.0.0.138128.0.0.139128.0.0.140128.0.0.(128+n)129网段129.0.0.138129.0.0.139129.0.0.140129.0.0.(128+n)计算机0计算机1计算机2计算机n (0n88)1
33、28网段128.0.0.50128.0.0.51128.0.0.52128.0.0.(50+n)129网段129.0.0.50129.0.0.51129.0.0.52129.0.0.(50+n)第7章 集散控制系统及现场总线 企业信息化是将信息技术、自动化技术、现代管理技术与制造技术相结合，带动产品设计方法和工具的创新，企业管理模式的创新，企业间协作关系的创新，实现产品设计制造和企业管理的信息化，生产过程控制的智能化，制造装备的数控化，咨询服务的网络化，全面提升企业的市场竞争力。MACS是一个可与企业管理信息系统实现无缝连接的过程控制系统,为用户提供整套的 RealMIS 系统，安装在企业管理
34、网上，通过 OPC 从MACS上接收实时数据，提供生产数据的实时显示、报表打印、趋势统计功能。可直接连入HollySysERP系统,通过服务器和客户机，采用MES系统与美国Wonderware公司的合作。软件的配置实行模块化方式，可根据实际需要配置各种软件，方便用户使用。在统一的系统平台上提供管控一体化解决方案在统一的系统平台上提供管控一体化解决方案第7章 集散控制系统及现场总线 1.标准的Client/Server结构 为了保持操作数据（特别是历史数据）的一致性和保持系统数据的安全性与大容量的要求，MACS系统的操作层采用Client/Server结构。双冗余的系统服务器将用来存储系统所有的
35、实时数据、历史数据、操作记录、事件记录、日志记录等。而各种功能的单元如操作站、工程师站、先进控制计算站、分析站、现场控制站等构成不同功能的客户机，真正实现了功能分散，危险分散，集中管理。这种结构，节省了网络资源，使数据传输更为便捷，每一个客户端都可以通过服务器获得实时数据。第7章 集散控制系统及现场总线 现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络，它的关键标志是能支持双向、多节点、总线式的全数字通讯。随着计算机技术、通信技术、集成电路技术、智能传感技术的发展，在工业控制领域产生现场总线技术是一场革命，代表了一种具有突破意义的控制思想，改变传统DCS结构FCS
36、结构，真正做到“危险分散，控制分散，集中监控”。和利公司完全自主知识产权的Profibus-DP技术，主站和从站物理层、链路层完全自主开发，为国内第一家，其优点是：可以直接连接其他各大厂商的PLC，如Siemens,VIPA,GE等，目前已有数十个项目直接受益；可以通过耦合器或连接器方便接入Profibus-PA智能变送器或执行器；集中安装或分布安装，仍由用户选择，节省电缆；MACS软件成功与I/O设备独立，添加硬件设备极为方便；I/O设备变成了标准的可以集成的DCS部件。应用先进的现场总线技术第7章 集散控制系统及现场总线 支持OPC数据处理 基于微软 COM/DCOM 技术的 OPC已成为
37、过程控制的接口标准。OPC是为了不同供应厂商的设备和应用程序之间的软件接口标准化，使其数据交换更加简单化的目的而提出的；从而可以向用户提供不依靠于特定开发语言和开发环境的可以任意组合使用的过程控制软件组件产品。HOLLiAS系列产品支持OPC数据接口，有了OPC，与其他厂商的控制系统、与工厂 MIS 网、ERP 系统、PLC之间的数据交换问题迎刃而解，不再需要编制各种特殊的接口程序，减少工程师的维护量，节约投资成本。传统的数据接口需要为不同的设备编写不同的应用软件程序，程序编写复杂，难于维护和修改；OPC是为了不同供应厂商的设备和应用程序之间的软件接口标准化，使不同厂家的设备数据通讯变得简单和
38、易于维护。第7章 集散控制系统及现场总线 在企业级管理层采用了冗余的100Mbps以太网（TCP/IP协议），可与上级系统通过专网或无线相连；在系统管理层采用了冗余的100Mbps以太网（TCP/IP协议），向下通过服务器与控制级网（10/10MBPS的以太网，TCP/IP协议）相连，并具备OPC标准接口，通过网关与管理信息系统MIS相连，向上可与企业网（100MBPS以太网）相连；在控制层，采用冗余的10/100Mbps以太网向下通过交换器/集线器与现场控制站主控单元相连，可与其他DCS系统/计算机系统通讯；在现场总线层，采用12MBPS的PROFIBUS-DP现场总线与I/O模件、FOPL
39、C、893相连。此外，系统还提供标准的RS-485、RS-232、ModBUS通信协议以便同其他智能单元如PLC、智能仪表等连接；MACS SmartPro还支持FF、CAN、HART等国际标准。开放的网络系统开放的网络系统 第7章 集散控制系统及现场总线 开放的操作系统开放的操作系统系统的控制层采用WINDOWS NT/2000操作系统，并提供ODBC和OPC接口，保证系统软件的开放性和高性能的人机界面要求;系统的控制站采用成熟的实时多任务操作系统以确保控制系统的实时性、安全性和可靠性。RASC主控单元的软件固化在半导体盘中，而实时数据存储在带掉电保护的SRAM中，满足控制系统可靠、安全、实
40、时性要求。第7章 集散控制系统及现场总线 InternetInternet接入接入Internet技术的迅猛发展为全球范围的信息交流提供了基础和企业数据交换的标准平台。HOLLiAS-MACS具有 Web Server 功能，控制系统可提供 Internet访问和远程浏览工厂生产过程的功能，如：远程生产报警；远程故障诊断。Web Server 功能另客户可以随时随地占有信息，掌握生产情况。开放的硬件结构体系开放的硬件结构体系通过GSD文件，我们可以方便的将不同厂商的卡件挂接于MACS主控制器所在的现场总线网络中，实现不同厂商卡件共同使用。该文件中定义了某一卡件的通讯参数和特征，功组态使用和识别
41、该设备，该GSD文件有设备制造厂商提供。GSD文件使各厂家的卡件实现即插即用。2.系统的开放性第7章 集散控制系统及现场总线 标准的组态软件功能标准的组态软件功能SmartPro系统以其开放的系统体系和处理强大的硬件处理能力、以及丰富的软件功能，几乎可以满足所有用户的要求。系统采用IEC61131-3国际标准的控制组态工具，可为用户提供SFC（顺序流程图）、FBD（功能块图）、LD（梯形图）、ST（结构文本）IL（指令语言）和CFC（控制功能模块）等方式进行控制组态。系统还提供方便的用户自定义函数功能块UDFB功能，用户可以根据自己需要采用以上六种面向问题式语言编制自己特殊需要的复杂控制模块并
42、嵌入系统，同时支持用户进行二次开发功能。第7章 集散控制系统及现场总线 功能强大的控制组态可实现各种批处理流程、PID回路、复杂回路、逻辑回路、混合回路以及先进控制算法和特殊的配方控制等。丰富的全汉字图形组态，可以实现复杂漂亮的图形界面，支持用户自定义图库和复杂动画技术、各种数据、曲线、棒图、各种仪表盘等的实时显示。报表组态与Excel相互转换，可以支持各种报表和图形打印功能。丰富的历史记录分析和处理、日志记录处理、报警记录的统计报告、事故追忆的统计分析报告等。强大的系统逐级自诊断功能与故障报警功能。第7章 集散控制系统及现场总线 控制软件提供方便的系统仿真、无扰下装和数据回控制软件提供方便的
43、系统仿真、无扰下装和数据回读功能读功能在许多控制现场生产工艺过程都是相当危险和需要高可靠控制的，所以这就要求DCS厂家提供的控制系统软件在现场调试的过程中具有强大的功能和可靠，如果在进行现场设备调试之前可以进行模拟仿真调试，这样就可以在实验阶段检查和修改组态中的错误，将动态调试的危险降到最低。HOLLiASMACS系统提供离线仿真功能，它可以模拟现场情况，程序可脱离控制器单独运行，调试中可设置断点、监视变量、单步执行、单循环执行、跳入执行、调出执行、查看调用栈、显示流控制、强制输出等。HOLLiASMACS系统提供无扰增量下装功能，数据库以“点”为单位进行下装，控制方案以“页”为单位进行下装，
44、全数据库全部下载到控制器。3.应用的方便性第7章 集散控制系统及现场总线 系统安装的方便性系统安装的方便性MACS系统采用国际最新的计算机芯片技术，采用德国西门子的SMT表面贴装工艺和多层板结构，实现I/O模块的微型化,所有模块采用阻燃塑料外壳，工艺美观。模块信号处理和I/O接线由两个分离部件组成，更换模块无需动信号线部件。现场模块供电和网络线在底板上，模块对接即可连接。模块底座部件应用标准导轨卡装，安装极为方便。第7章 集散控制系统及现场总线 系统硬件可靠性系统硬件可靠性 除在电路设计、器件的选择、单元级冗余设计、网络冗余等方面继承了HS2000系统的所有可靠性措施外，MACS系统还具备：主
45、控单元具有低功耗、无需风扇、小型机架安装、采用微内核高可靠实时操作系统、支持IEC611313五种标准组态语言、支持Profibus-DP现场总线、可热插拔、支持双路100Mbps以太网等特点；在I/O处理单元上采用小模块结构（模拟量8点，开关量16点），在A/D处理上采用每路一个A/D转换器，使危险进一步分散；4.4.系统的可靠性系统的可靠性第7章 集散控制系统及现场总线 增加了一种控制回路模块，包含4路 AI，2路 AO，6路DI，2路DO，可实现两路PID控制，串级控制，补偿控制、快速动作回路等；每路信号在接口处都增加了多重过压和过流保护措施，使得各板在大信号干扰下不损坏；每个模块都可以
46、带电拔插，更换方便；模块和底座之间采用欧式针型连接器，保证连接可靠；小模块结构和工业化设计，适应0C45C的工业环境；专为DCS设计的高可靠电源。第7章 集散控制系统及现场总线 系统软件可靠性系统软件可靠性 MACS系统采取了大量的措施确保软件可靠性，包括：操作站等采用Windows 2000 Professional操作系统，控制站则采用QNX以确保控制站的可靠性和实时性；系统提供丰富的自诊断显示信息；网络通信协议和接口驱动程序采用国际标准协议，如TCP/IP，Profibus等；支持Internet。系统的冗余设计保证了系统的高可靠型系统的冗余设计保证了系统的高可靠型冗余操作员站；冗余10
47、0M以太网；冗余主控制器；冗余I/O模件；冗余电源。4.系统的可靠性 第7章 集散控制系统及现场总线 系统的故障监视和转移能力系统的故障监视和转移能力系统能查看到DCS设备故障和冗余模件的主从切换及网络的故障状态。其中任何一个故障事件的发生和恢复，都会有报警日志记录。系统在各个层次上实现了冗余，包括中央服务器、管理网络、系统网络、现场控制站主控单元、I/O单元等，与此相适应，在主控单元、各I/O模块上都配置了相应的设备诊断功能，以保障故障诊断、无扰切换、故障恢复等动作的正常进行。一旦主机出现故障系统能自动切换至从机。第7章 集散控制系统及现场总线 高速的网络体系高速的网络体系网络速率为10M/
48、100M bps现场信号处理：Profibus-DP速率可达12Mbps实时响应实时响应能力能力系统响应时间从输入变化到显示该变化时间采集周期+1s从操作键入到相应输出变化时间1s事件顺序记录分辨率SOE1ms回路控制周期 最小50ms快速回路控制周期：10ms逻辑控制周期 最小5ms屏幕显示时间画面显示完成时间采样周期1s动态数据更新时间采样周期1s5.系统强大的处理能力第7章 集散控制系统及现场总线 强大的硬件处理能力强大的硬件处理能力 系统服务器可选择高性能的工业计算机或专门的服务器(可选)操作员站和工程师站：CPU 采用Pentium III 以上芯片，主频 800MHz以上，内存大于
49、128M，硬盘大于20G，显示器分辨率12801024工业级IPC。系统图形画面分辨率为12801024（或以上），响应时间1s，数据刷新时间1s。系统支持多个现场控制站，每个站的处理能力物理I/O点达1152点以上，控制回路数量可达256个。第7章 集散控制系统及现场总线 控制站主控单元：嵌入式Intel 486DX4-100兼容处理器，配有1M静态存贮器(SRAM)。各I/O信号处理单元全部为智能模件。模入处理：每模件一个A/D转换器，16位分辨率。信号处理精度：大信号不大于0.1%，小信号不大于0.2%；巡检周期可调，最小50ms。模出处理：每路一个12位D/A转换器，精度不小于0.2%
50、。开关量输入/输出处理：SOE分辨率为1ms,所有开关量输入均带有信号消抖处理。第7章 集散控制系统及现场总线 MACS系统在体系结构、硬件性能、软件功能和性能等方面都有很大提高，可以达到当今国际先进水平。在设计该系统时，由于采取了各种措施和最新技术以降低成本，保证使用户在以下方面降低费用，最大限度为用户创造价值：系统每个控制站容量增大，可以减少控制站台数，降低公共费用；系统模块可靠性进一步提高，损坏率降低；各I/O模块可以分散安装在现场，节省大部分的信号电缆和施工费用；6.用户的经济性 第7章 集散控制系统及现场总线 公司提供多种工业系统的控制方案设计和按行业分专业的软件组态，可以缩短工程周