第6章測(cè)控網(wǎng)絡(luò)技術(shù)(2)

DCS與FCS本章要點(diǎn)1.DCS與FCS的基本概念、體系結(jié)構(gòu)與功能特點(diǎn)2.DCS與FCS的幾種典型產(chǎn)品3.實(shí)現(xiàn)的物質(zhì)基礎(chǔ):自動(dòng)化眾多專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)知識(shí):PLC,變頻器,電機(jī)調(diào)速,單片機(jī),網(wǎng)絡(luò),傳感器…..1第6章測(cè)控網(wǎng)絡(luò)技術(shù)(2)本章要點(diǎn)16.1DCS體系結(jié)構(gòu) 6.1.1分散過(guò)程控制級(jí) 6.1.2集中操作監(jiān)控級(jí) 6.1.3綜合信息管理級(jí) 6.1.4通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)6.2DCS功能特點(diǎn) 6.2.1DCS的軟件 6.2.2DCS的特點(diǎn)6.3DCS產(chǎn)品簡(jiǎn)介 6.3.1TDC-3000 6.3.2I/AS 6.3.3SUPCONJX－3006.4FCS體系結(jié)構(gòu)6.5FCS功能特點(diǎn) 6.5.1FCS的特點(diǎn) 6.5.2FCS的組態(tài)6.6FCS產(chǎn)品簡(jiǎn)介 6.6.1CAN 6.6.2LonWorks 6.6.3PROFIBUS 6.6.4WorldFIP 6.6.5HART 6.6.6FF26.1DCS體系結(jié)構(gòu)6.4FCS體系結(jié)構(gòu)2

分散控制系統(tǒng)DCS(DistributedControlSystem)是以微型計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的集散型綜合控制系統(tǒng).它是為滿(mǎn)足大型工業(yè)生產(chǎn)的要求,從綜合自動(dòng)化的角度,按控制功能分散、操作管理集中的原則設(shè)計(jì)(記憶).自從美國(guó)霍尼韋爾公司1975年成功推出世界上第一套DCS以來(lái),產(chǎn)品幾經(jīng)更新?lián)Q代,技術(shù)性能日趨完善.二十幾年來(lái),DCS首當(dāng)其沖地成為大型工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的主流控制系統(tǒng). 現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng)FCS(FieldControlSystem)是繼DCS之后出現(xiàn)的新一代控制系統(tǒng),它代表的是一種數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化到現(xiàn)場(chǎng)、控制管理到現(xiàn)場(chǎng)的發(fā)展方向.FCS將要取代DCS,或者說(shuō)DCS已在吸納FCS.總之,FCS已經(jīng)成為當(dāng)今世界范圍內(nèi)自動(dòng)控制系統(tǒng)的熱點(diǎn).3 分散控制系統(tǒng)DCS(DistributedContro

典型的DCS體系結(jié)構(gòu)分為三層,如圖6-1所示:第一層為分散過(guò)程控制級(jí);第二層為集中操作監(jiān)控級(jí);第三層為綜合信息管理級(jí).層間由高速數(shù)據(jù)通路HW和局域網(wǎng)絡(luò)LAN兩級(jí)通信線(xiàn)路相連,級(jí)內(nèi)各裝置之間由本級(jí)的通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信聯(lián)系.6.1DCS體系結(jié)構(gòu)4典型的DCS體系結(jié)構(gòu)分為三層,如圖6-1所示:6.1圖6-1分散控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)5圖6-1分散控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)5

1.分散過(guò)程控制級(jí)的功能及其主要裝置分散過(guò)程控制級(jí)是DCS的基礎(chǔ)層,它向下直接面向工業(yè)對(duì)象,其輸入信號(hào)來(lái)自于生產(chǎn)過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)的傳感器(如熱電偶、熱電阻等)、變送器(如溫度、壓力、液位、流量等)及電氣開(kāi)關(guān)(輸入觸點(diǎn))等,其輸出去驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器(如調(diào)節(jié)閥、電磁閥、電機(jī)等),完成生產(chǎn)過(guò)程的數(shù)據(jù)采集、閉環(huán)調(diào)節(jié)控制、順序控制等功能;其向上與集中操作監(jiān)控級(jí)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信,接收操作站下傳加載的參數(shù)和操作命令,以及將現(xiàn)場(chǎng)工作情況信息整理后向操作站報(bào)告.構(gòu)成這一級(jí)的主要裝置有:現(xiàn)場(chǎng)控制站,可編程控制器,智能調(diào)節(jié)器及其它測(cè)控裝置.6.1.1分散過(guò)程控制級(jí)6

1.分散過(guò)程控制級(jí)的功能及其主要裝置分散過(guò)程控制級(jí)

現(xiàn)場(chǎng)控制站具有多種功能——集連續(xù)控制、順序控制、批量控制及數(shù)據(jù)采集功能為一身.(1)現(xiàn)場(chǎng)控制站的硬件構(gòu)成現(xiàn)場(chǎng)控制站一般是標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)柜式機(jī)構(gòu),柜內(nèi)由電源、總線(xiàn)、I/O模件、處理器模件、通信模件等部分組成.一般在機(jī)柜的頂部裝有風(fēng)扇組件,其目的是帶走機(jī)柜內(nèi)部電子部件所散發(fā)出來(lái)的熱量;機(jī)柜內(nèi)部設(shè)若干層模件安裝單元,上層安裝處理器模件和通信模件,中間安裝I/O模件,最下邊安裝電源組件.機(jī)柜內(nèi)還設(shè)有各種總線(xiàn),如電源總線(xiàn),接地總線(xiàn),數(shù)據(jù)總線(xiàn),地址總線(xiàn),控制總線(xiàn)等等. 現(xiàn)場(chǎng)控制站的電源不僅要為柜內(nèi)提供電源,還要為現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)器件提供外供電源,這兩種電源必須互相隔離,不可共地,以免干擾信號(hào)通過(guò)電源回路耦合到I/O通道中去.

1.現(xiàn)場(chǎng)控制站7現(xiàn)場(chǎng)控制站具有多種功能——集連續(xù)控制、順序控制

一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制站中的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖6-2所示,包含一個(gè)或多個(gè)基本控制單元,基本控制單元是由一個(gè)完成控制或數(shù)據(jù)處理任務(wù)的處理器模件以及與其相連的若干個(gè)輸入／輸出模件所構(gòu)成的(有點(diǎn)類(lèi)似于IPC). 基本控制單元之間,通過(guò)控制網(wǎng)絡(luò)Cnet連接在一起,Cnet網(wǎng)絡(luò)上的上傳信息通過(guò)通信模件,送到監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)Snet,同理Snet的下傳信息,也通過(guò)通信模件和Cnet傳到各個(gè)基本控制單元.在每一個(gè)基本控制單元中,處理器模件與I/O模件之間的信息交換由內(nèi)部總線(xiàn)完成. 內(nèi)部總線(xiàn)可能是并行總線(xiàn),也可能是串行總線(xiàn).近年來(lái),多采用串行總線(xiàn).8 一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制站中的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖6-2所示,包含一圖6-2現(xiàn)場(chǎng)控制站的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)9圖6-2現(xiàn)場(chǎng)控制站的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)9(2)現(xiàn)場(chǎng)控制站的軟件功能

現(xiàn)場(chǎng)控制站的主要功能有6種,即數(shù)據(jù)采集功能、DDC控制功能、順序控制功能、信號(hào)報(bào)警功能、打印報(bào)表功能、數(shù)據(jù)通信功能.

數(shù)據(jù)采集功能:對(duì)過(guò)程參數(shù),主要是各類(lèi)傳感變送器的模擬信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、變換、處理、顯示、存儲(chǔ)、趨勢(shì)曲線(xiàn)顯示、事故報(bào)警等.

DDC控制功能:包括接受現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)量信號(hào),進(jìn)而求出設(shè)定值與測(cè)量值的偏差,并對(duì)偏差進(jìn)行PID控制運(yùn)算,最后求出新的控制量,并將此控制量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電流送至執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)被控對(duì)象.

順序控制功能:通過(guò)來(lái)自過(guò)程狀態(tài)輸入輸出信號(hào)和反饋控制功能等狀態(tài)信號(hào),按預(yù)先設(shè)定的順序和條件,對(duì)控制的各階段進(jìn)行順序控制.10(2)現(xiàn)場(chǎng)控制站的軟件功能

現(xiàn)場(chǎng)控制站的主要功能有6信號(hào)報(bào)警功能:對(duì)過(guò)程參數(shù)設(shè)置上限值和下限值,若超過(guò)上限或下限則分別進(jìn)行越限報(bào)警;對(duì)非法的開(kāi)關(guān)量狀態(tài)進(jìn)行報(bào)警;對(duì)出現(xiàn)的事故進(jìn)行報(bào)警.信號(hào)的報(bào)警是以聲音、光或CRT屏幕顯示顏色變化來(lái)表示.

打印報(bào)表功能:定時(shí)打印報(bào)表;隨機(jī)打印過(guò)程參數(shù);事故報(bào)表的自動(dòng)記錄打印.

數(shù)據(jù)通信功能:完成分散過(guò)程控制級(jí)與集中操作監(jiān)控之間的信息交換.11信號(hào)報(bào)警功能:對(duì)過(guò)程參數(shù)設(shè)置上限值和下限值,若超過(guò)2．智能調(diào)節(jié)器智能調(diào)節(jié)器是一種數(shù)字化的過(guò)程控制儀表,也稱(chēng)可編程調(diào)節(jié)器.其外形類(lèi)似于一般的盤(pán)裝儀表,而其內(nèi)部是由微處理器CPU、存儲(chǔ)器RAM、ROM、模擬量和數(shù)字量I/0通道、電源等部分組成的一個(gè)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng).智能調(diào)節(jié)器可以接受和輸出4～20mA模擬量信號(hào)和開(kāi)關(guān)量信號(hào),同時(shí)還具有RS-232或RS-485等串行通信接口.一般有單回路、2回路、或4回路的調(diào)節(jié)器,控制方式除一般的單回路PID之外,還可組成串級(jí)控制、前饋控制等復(fù)雜回路.因此,智能調(diào)節(jié)器不僅可以在一些重要場(chǎng)合下單獨(dú)構(gòu)成復(fù)雜控制系統(tǒng),完成1～4個(gè)過(guò)程控制回路,而且可以作為大型分散控制系統(tǒng)中最基層的一種控制單元,與上位機(jī)(即操作監(jiān)控級(jí))連成主從式通信網(wǎng)絡(luò),接受上位機(jī)下傳的控制參數(shù),并上報(bào)各種過(guò)程參數(shù).122．智能調(diào)節(jié)器智能調(diào)節(jié)器是一種數(shù)字化的過(guò)程控制儀表,也稱(chēng)3．可編程控制器(PLC)可編程控制器與智能調(diào)節(jié)器最大的不同點(diǎn)是:它主要配制的是開(kāi)關(guān)量輸入、輸出通道,用于執(zhí)行順序控制功能.在新型的PLC中,也提供了模擬量輸入輸出及PID控制模塊,而且均帶有RS-485標(biāo)準(zhǔn)的異步通信接口.同智能調(diào)節(jié)器一樣,PLC的高可靠性和不斷增強(qiáng)的功能,使它既可以在小型控制系統(tǒng)中擔(dān)當(dāng)控制主角,又可以作為大型分散控制系統(tǒng)中最基層的一種控制單元.133．可編程控制器(PLC)可編程控制器與智能調(diào)節(jié)器最面向現(xiàn)場(chǎng)操作員和系統(tǒng)工程師的,如圖6-1所示的中間層.這一級(jí)配有技術(shù)手段先進(jìn),功能強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及各類(lèi)外部裝置,通常采用較大屏幕、較高分辨率的圖形顯示器和工業(yè)鍵盤(pán),計(jì)算機(jī)系統(tǒng)配有較大存儲(chǔ)容量的硬盤(pán)或軟盤(pán),另外還有功能強(qiáng)大的軟件支持,確保工程師和操作員對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)、監(jiān)視和操作,對(duì)生產(chǎn)過(guò)程實(shí)行高級(jí)控制策略、故障診斷、質(zhì)量評(píng)估等.集中操作監(jiān)控級(jí)以操作監(jiān)視為主要任務(wù):把過(guò)程參數(shù)的信息集中化,對(duì)各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制站的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集,并通過(guò)簡(jiǎn)單的操作,進(jìn)行工程量的顯示,各種工藝流程圖的顯示,趨勢(shì)曲線(xiàn)的顯示以及改變過(guò)程參數(shù)(如設(shè)定值、控制參數(shù)、報(bào)警狀態(tài)等信息).另一個(gè)任務(wù)是兼有部分管理功能，進(jìn)行控制系統(tǒng)的組態(tài)與生成.6.1.2集中操作監(jiān)控級(jí)14面向現(xiàn)場(chǎng)操作員和系統(tǒng)工程師的,如圖6-1所示的中間層1.操作員操作站DCS的操作員站是處理一切與運(yùn)行操作有關(guān)的人-機(jī)界面功能的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn),其主要功能就是使操作員可以通過(guò)操作員站及時(shí)了解現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行狀態(tài)、各種運(yùn)行參數(shù)的當(dāng)前值、是否有異常情況發(fā)生等,并可通過(guò)輸出設(shè)備對(duì)工藝過(guò)程進(jìn)行控制和調(diào)節(jié),以保證生產(chǎn)過(guò)程的安全、可靠、高效、高質(zhì).構(gòu)成這一級(jí)的主要裝置有:面向操作人員的操作員操作站、面向監(jiān)督管理人員的工程師操作站、監(jiān)控計(jì)算機(jī)及層間網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接器.一般情況下,一個(gè)DCS系統(tǒng)只需配備一臺(tái)工程師站,而操作員站的數(shù)量則需要根據(jù)實(shí)際要求配置.151.操作員操作站DCS的操作員站是處理一切與運(yùn)行

(1)操作員站的硬件 操作員站由IPC或工作站、工業(yè)鍵盤(pán)、大屏幕圖形顯示器和操作控制臺(tái)組成,這些設(shè)備除工業(yè)鍵盤(pán)外,其他均屬通用型設(shè)備.目前DCS一般都采用IPC來(lái)作為操作員站的主機(jī)及用于監(jiān)控的監(jiān)控計(jì)算機(jī). 操作員鍵盤(pán)多采用工業(yè)鍵盤(pán),它是一種根據(jù)系統(tǒng)的功能用途及應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)的專(zhuān)用鍵盤(pán),這種鍵盤(pán)側(cè)重于功能鍵的設(shè)置、盤(pán)面的布置安排及特殊功能鍵的定義. 由于DCS操作員的主要工作基本上都是通過(guò)CRT屏幕、工業(yè)鍵盤(pán)完成的,因此,操作控制臺(tái)必須設(shè)計(jì)合理,使操作員能長(zhǎng)時(shí)間工作不感吃力.另外在操作控制臺(tái)上一般還應(yīng)留有安放打印機(jī)的位置,以便放置報(bào)警打印機(jī)或報(bào)表打印機(jī).16(1)操作員站的硬件 操作員站由IPC或工作站、工業(yè)鍵盤(pán) 作為操作員站的圖形顯示器均為彩色顯示器,且分辨率較高、尺寸較大.打印機(jī)是DCS操作員站的不可缺少的外設(shè).一般的DCS配備兩臺(tái)打印機(jī),一臺(tái)為普通打印機(jī),用于生產(chǎn)記錄報(bào)表和報(bào)警列表打印;另一臺(tái)為彩色打印機(jī),用來(lái)拷貝流程畫(huà)面.

(2)操作員站的功能 操作員站的功能主要是指正常運(yùn)行時(shí)的工藝監(jiān)視和運(yùn)行操作,主要由總貌畫(huà)面、分組畫(huà)面、點(diǎn)畫(huà)面、流程圖畫(huà)面、趨勢(shì)曲線(xiàn)畫(huà)面、報(bào)警顯示畫(huà)面及操作指導(dǎo)畫(huà)面等7種顯示畫(huà)面構(gòu)成.17 作為操作員站的圖形顯示器均為彩色顯示器,且分辨率較高、尺2.工程師操作站工程師站是對(duì)DCS進(jìn)行離線(xiàn)的配置、組態(tài)工作和在線(xiàn)的系統(tǒng)監(jiān)督、控制、維護(hù)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn).其主要功能是提供對(duì)DCS進(jìn)行組態(tài),配置工具軟件即組態(tài)軟件,并通過(guò)工程師站及時(shí)調(diào)整系統(tǒng)配置及一些系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)定,使DCS隨時(shí)處于最佳工作狀態(tài)之下.(1)工程師站的硬件對(duì)系統(tǒng)工程師站的硬件沒(méi)有什么特殊要求,由于一般放在計(jì)算機(jī)房?jī)?nèi),工作環(huán)境較好,因此不一定非要選用工業(yè)型的機(jī)器,選用普通的微型計(jì)算機(jī)或工作站就可以了,但由于工程師站要長(zhǎng)期連續(xù)在線(xiàn)運(yùn)行,因此其可靠性要求較高.目前,由于計(jì)算機(jī)制造技術(shù)的巨大進(jìn)步,便得IPC的成本大幅下降,因而工程師站的計(jì)算機(jī)也多采用IPC.其它外設(shè)一般采用普通的標(biāo)準(zhǔn)鍵盤(pán)、圖形顯示器,打印機(jī)也可與操作員站共享.182.工程師操作站工程師站是對(duì)DCS進(jìn)行離線(xiàn)的配置、組

(2)工程師站的功能 系統(tǒng)工程師站的功能主要包括對(duì)系統(tǒng)的組態(tài)功能及對(duì)系統(tǒng)的監(jiān)督功能.

組態(tài)功能:工程師站的最主要功能是對(duì)DCS進(jìn)行離線(xiàn)的配置和組態(tài)工作.在DCS進(jìn)行配置和組態(tài)之前,它是毫無(wú)實(shí)際應(yīng)用功能的,只有在對(duì)應(yīng)用過(guò)程進(jìn)行了詳細(xì)的分析、設(shè)計(jì)并按設(shè)計(jì)要求正確地完成了組態(tài)工作之后,DCS才成為一個(gè)真正適合于某個(gè)生產(chǎn)過(guò)程使用的應(yīng)用控制系統(tǒng).系統(tǒng)工程師在進(jìn)行系統(tǒng)的組態(tài)工作時(shí),可依照給定的運(yùn)算功能模塊進(jìn)行選擇、連接、組態(tài)和設(shè)定參數(shù),用戶(hù)無(wú)須編制程序.19(2)工程師站的功能19

監(jiān)督功能:與操作員站不同,工程師站必須對(duì)DCS本身的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視,包括各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)I/O控制站的運(yùn)行狀態(tài)、各操作員站的運(yùn)行情況、網(wǎng)絡(luò)通信情況等等.一旦發(fā)現(xiàn)異常,系統(tǒng)工程師必須及時(shí)采取措施,進(jìn)行維修或調(diào)整,以使DCS能保證連續(xù)正常運(yùn)行,不會(huì)因?qū)ιa(chǎn)過(guò)程的失控造成損失.另外還具有對(duì)組態(tài)的在線(xiàn)修改功能,如上、下限定值的改變,控制參數(shù)的修整,對(duì)檢測(cè)點(diǎn)甚至對(duì)某個(gè)現(xiàn)場(chǎng)I/O站的離線(xiàn)直接操作.在集中操作監(jiān)控級(jí)這一層,當(dāng)被監(jiān)控對(duì)象較多時(shí)還配有監(jiān)控計(jì)算機(jī);當(dāng)需要與上下層網(wǎng)絡(luò)交換信息時(shí)還需配備網(wǎng)間聯(lián)接器.20監(jiān)督功能:與操作員站不同,工程師站必須對(duì)DCS本身的 這一級(jí)主要由高檔微機(jī)或小型機(jī)擔(dān)當(dāng)?shù)墓芾碛?jì)算機(jī)構(gòu)成,如圖7-1所示的頂層部分.DCS的綜合信息管理級(jí)實(shí)際上是一個(gè)管理信息系統(tǒng)MIS系統(tǒng)(ManagementlnformationSystem),由計(jì)算機(jī)硬件、軟件、數(shù)據(jù)庫(kù)、各種規(guī)程和人共同組成的工廠(chǎng)自動(dòng)化綜合服務(wù)體系和辦公自動(dòng)化系統(tǒng). MIS是一個(gè)以數(shù)據(jù)為中心的計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng).企業(yè)MIS可粗略地分為市場(chǎng)經(jīng)營(yíng)管理、生產(chǎn)管理、財(cái)務(wù)管理和人事管理四個(gè)子系統(tǒng).子系統(tǒng)從功能上說(shuō)應(yīng)盡可能獨(dú)立,子系統(tǒng)之間通過(guò)信息而相互聯(lián)系. DCS的綜合信息管理級(jí)主要完成生產(chǎn)管理和經(jīng)營(yíng)管理功能.比如進(jìn)行市場(chǎng)預(yù)測(cè),經(jīng)濟(jì)信息分析;對(duì)原材料庫(kù)存情況、生產(chǎn)進(jìn)度、工藝流程及工藝參數(shù)進(jìn)行生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)和報(bào)表;進(jìn)行長(zhǎng)期性的趨勢(shì)分析,作出生產(chǎn)和經(jīng)營(yíng)決策,確保最優(yōu)化的經(jīng)濟(jì)效益. 目前國(guó)內(nèi)使用的DCS重點(diǎn)主要放在底層與中層二級(jí)上.6.1.3綜合信息管理級(jí)21 這一級(jí)主要由高檔微機(jī)或小型機(jī)擔(dān)當(dāng)?shù)墓芾碛?jì)算機(jī)構(gòu)成,如圖76.1.4通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) DCS各級(jí)之間的信息傳輸主要依靠通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)來(lái)支持.通信網(wǎng)分成低速、中速、高速通信網(wǎng)絡(luò).低速網(wǎng)絡(luò)面向分散過(guò)程控制級(jí);中速網(wǎng)絡(luò)面向集中操作監(jiān)控級(jí);高速網(wǎng)絡(luò)面向管理級(jí). 用于DCS的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在很多方面的要求不同于通用的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò).它是一個(gè)實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò),也就是說(shuō)網(wǎng)絡(luò)需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)通信的實(shí)時(shí)性要求,在確定的時(shí)限內(nèi)完成信息的傳送.226.1.4通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) DCS各級(jí)之間的信息傳輸主要依靠通 根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),DCS的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)大致可分為星型、總線(xiàn)型和環(huán)型結(jié)構(gòu)三種.DCS廠(chǎng)家常采用的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是環(huán)型網(wǎng)和總線(xiàn)型網(wǎng),在這兩種結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)中,各個(gè)節(jié)點(diǎn)可以說(shuō)是平等的,任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的通信可以直接通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行,而不需要其它節(jié)點(diǎn)的介入. 在比較大的分散控制系統(tǒng)中,為了提高系統(tǒng)性能,也可以把集中網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)合理地運(yùn)用于一個(gè)系統(tǒng)中,以充分利用各網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn).23 根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),DCS的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)大致可分為星型、總線(xiàn)由于DCS是多層體系結(jié)構(gòu),每層的硬件組成及其完成功能不同,因而相應(yīng)的軟件系統(tǒng)也會(huì)不同.處于高層的DCS綜合信息管理級(jí)是一個(gè)以數(shù)據(jù)處理為中心的管理信息系統(tǒng),而從自動(dòng)控制的角度出發(fā),更關(guān)心用于底層與中間層的軟件系統(tǒng),它主要包括控制軟件包、操作顯示軟件包等.

6.2DCS功能特點(diǎn)

24由于DCS是多層體系結(jié)構(gòu),每層的硬件組成及其完成功能用于分散過(guò)程控制級(jí)的控制軟件包為用戶(hù)提供各種過(guò)程控制的功能,包括數(shù)據(jù)采集和處理、控制算法、常用運(yùn)算公式和控制輸出等功能模塊.由于構(gòu)成這一級(jí)的可能是現(xiàn)場(chǎng)控制站、PLC或智能調(diào)節(jié)器等不同的測(cè)控裝置,而且既便是同一種裝置但廠(chǎng)家品牌、型號(hào)也可能不同,實(shí)際上支持這些硬件裝置的軟件平臺(tái)和編程語(yǔ)言都不相同.歸納起來(lái)有圖形化編程(又分功能塊圖、梯形圖、順序功能圖),文本化語(yǔ)言(又分指令表和結(jié)構(gòu)化文本),面向問(wèn)題的語(yǔ)言(又分填表式和批處理兩種)和通用的高級(jí)語(yǔ)言(又分VB、VC、CB等)等多種. 當(dāng)把相應(yīng)的軟件安裝在控制裝置中,用戶(hù)可以通過(guò)組態(tài)方式自由選用各種功能模塊,以便構(gòu)成控制系統(tǒng).

6.2.1DCS的軟件25用于分散過(guò)程控制級(jí)的控制軟件包為用戶(hù)提供各種過(guò)程控制的用于集中操作監(jiān)控級(jí)的操作顯示軟件包為用戶(hù)提供了豐富的人-機(jī)接口聯(lián)系功能.在顯示器和鍵盤(pán)組成的操作站上進(jìn)行集中操作監(jiān)視,可以選擇多種圖形顯示畫(huà)面,如總貌顯示、分組顯示、回路(點(diǎn))顯示、趨勢(shì)顯示、流程顯示、報(bào)警顯示和操作指導(dǎo)等畫(huà)面,并可以在圖形畫(huà)面上進(jìn)行各種操作,所以它可以完全取代常規(guī)模擬儀表盤(pán).

需要指出的是,當(dāng)前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上已經(jīng)成功運(yùn)行著十幾種通用監(jiān)控組態(tài)軟件.比如KingView組態(tài)王,通過(guò)策略組態(tài)與畫(huà)面組態(tài),可以迅速方便地在工業(yè)控制機(jī)上實(shí)現(xiàn)對(duì)各種現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)測(cè)與控制,而且能支持國(guó)內(nèi)最流行的400多種硬件設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序,包括各種PLC、智能儀表、板卡、智能模塊、變頻器以及現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)等,而且與大型數(shù)據(jù)庫(kù)軟件都有很好的接口,體現(xiàn)了良好的通用性和靈活性.26用于集中操作監(jiān)控級(jí)的操作顯示軟件包為用戶(hù)提供了豐富的1.硬件積木化

DCS采用積木化硬件組裝式結(jié)構(gòu),如果要擴(kuò)大或縮小系統(tǒng)的規(guī)模,只需按要求在系統(tǒng)配置中增加或拆除部分單元,而系統(tǒng)不會(huì)受到任何影響.

2.軟件模塊化

DCS為用戶(hù)提供了豐富的功能軟件,用戶(hù)只需按要求選用即可,大大減少了用戶(hù)的開(kāi)發(fā)工作量.

3.通信網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用

通信網(wǎng)絡(luò)是DCS的神經(jīng)中樞,它將物理上分散的多臺(tái)計(jì)算機(jī)有機(jī)地連接起來(lái),實(shí)現(xiàn)了相互協(xié)調(diào)、資源共享的集中管理.通過(guò)高速數(shù)據(jù)通信線(xiàn),將現(xiàn)場(chǎng)控制站、操作員站、工程師站、監(jiān)控計(jì)算機(jī)、管理計(jì)算機(jī)連接起來(lái),構(gòu)成多級(jí)控制系統(tǒng).

4.可靠性高

DCS的可靠性高,體現(xiàn)在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、冗余技術(shù)、自診斷功能、抗干擾措施和高性能的部件.6.2.2DCS的特點(diǎn)271.硬件積木化

DCS采用積木化硬件組裝式結(jié)構(gòu),如果要擴(kuò)大目前在我國(guó)的石油、化工、冶金、電力、紡織、建材、造紙、制藥等行業(yè)上已裝備了上千套DCS,其中國(guó)外著名品牌的占據(jù)多數(shù).近十年來(lái)我國(guó)也正式推出了自行設(shè)計(jì)和制造的分散控制系統(tǒng),并正在大力推廣使用.表6-1列舉了當(dāng)前在我國(guó)應(yīng)用較多的DCS產(chǎn)品.6.3DCS產(chǎn)品簡(jiǎn)介28目前在我國(guó)的石油、化工、冶金、電力、紡織、建材表6-1國(guó)內(nèi)外部分DCS產(chǎn)品29表6-1國(guó)內(nèi)外部分DCS產(chǎn)品291.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

Honeywell公司TDC-3000的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖6-3所示,TDC-3000主干網(wǎng)絡(luò)稱(chēng)為局部控制網(wǎng)絡(luò)LCN(LocalControlNetwork),在LCN上可以?huà)旖油ㄓ貌僮髡尽v史模件、應(yīng)用模件、存檔模件、各種過(guò)程管理站及各種網(wǎng)關(guān)接口.TDC-3000的下層網(wǎng)稱(chēng)為通用控制網(wǎng)絡(luò)UCN(UniversalControlNetwork),在UCN上連接各種I/O與控制管理站.為了與Honeywell公司老的產(chǎn)品DataHi-way相兼容,在LCN上設(shè)有專(zhuān)門(mén)的接口模塊Hiway,在其DataHi-way上可以接有操作員站、現(xiàn)場(chǎng)I/O控制站等.6.3.1TDC-3000301.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

Honeywell公司TDC-3000

圖6-3TDC-3000系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖31圖6-3TDC-3000系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖31 (l)通用操作站(UniversalStation,US)完成人機(jī)接口功能,由監(jiān)視器和帶有用戶(hù)定義的功能鍵盤(pán)組成.它可以監(jiān)測(cè)控制過(guò)程和系統(tǒng),通過(guò)組態(tài)實(shí)現(xiàn)控制方案、生成系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)、用戶(hù)畫(huà)面和報(bào)告、檢測(cè)和診斷故障、維護(hù)控制室和生產(chǎn)過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備,評(píng)估工廠(chǎng)運(yùn)行性能和操作員效率. (2)歷史模件(HistoryModule,HM) TDC-3000系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖收集和存儲(chǔ)包括常規(guī)報(bào)告、歷史事件和操作記錄在內(nèi)的過(guò)程歷史.作為系統(tǒng)文件管理員,提供模塊、控制器和智能變送器、數(shù)據(jù)庫(kù)、流程圖、組態(tài)信息、用戶(hù)源文件和文本文件等方面的系統(tǒng)儲(chǔ)存庫(kù),完成趨勢(shì)顯示、下裝批處理文件、重新下裝控制策略、重新裝入系統(tǒng)數(shù)據(jù)等功能. (3)存檔模件(ArchiveReplayModule,ARM)完成數(shù)據(jù)存取、數(shù)據(jù)分析功能.存檔模件中所處理的數(shù)據(jù)包括連續(xù)歷史數(shù)據(jù)、系統(tǒng)報(bào)表和ASCⅡ文件等.這些歸檔數(shù)據(jù)可在微機(jī)上或在通用操作站上重現(xiàn).2.主要組成32 (l)通用操作站(UniversalStation,(4)應(yīng)用模件(ApplicationModule,AM)工程師可以綜合過(guò)程控制器(過(guò)程管理站、高級(jí)過(guò)程管理站和邏輯管理站)的數(shù)據(jù),通過(guò)使用應(yīng)用模件,完成高級(jí)控制策略,進(jìn)行復(fù)雜的運(yùn)算控制.(5)過(guò)程管理站(ProcessManager,PM)提供常規(guī)控制、順序控制、邏輯控制、計(jì)算機(jī)控制以及結(jié)合不同控制的綜合控制功能.(6)高級(jí)過(guò)程管理站(AdvancedProcessManager,APM)

除提供PM的功能外,還可提供馬達(dá)控制、事件順序記錄、擴(kuò)充的批量和連續(xù)量過(guò)程處理能力以及增強(qiáng)的子系統(tǒng)數(shù)據(jù)一體化.(7)邏輯管理站(LogicManager,LM)適用于快速邏輯、連鎖、順序控制、批量處理和馬達(dá)控制.LM可以控制離散的設(shè)備(包括非Honeywell的ASCⅡ設(shè)備在內(nèi))并將其與TDC-3000功能一體化.LM可用繼電器梯形圖編程.33(4)應(yīng)用模件(ApplicationModule,AM3．功能特點(diǎn)系統(tǒng)中設(shè)有分布式模塊共享的全局?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù),并為非Honeywell產(chǎn)品提供數(shù)據(jù)存取途徑.系統(tǒng)綜合了數(shù)據(jù)采集常規(guī)過(guò)程控制、先進(jìn)過(guò)程控制、過(guò)程和商業(yè)信息一體化各個(gè)層次的技術(shù),為企業(yè)提供經(jīng)營(yíng)、管理和決策所必需的數(shù)據(jù).系統(tǒng)提供與DECNet-VAX的接口、與通用微機(jī)的接口、與PLC接口及Honeywell前一代產(chǎn)品的接口,并允許將多個(gè)TDC-3000系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接在一起.343．功能特點(diǎn)系統(tǒng)中設(shè)有分布式模塊共享的全局?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù),1．系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

Foxboro公司的I/AS的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖6-4所示,它的主干是采用OSI通信規(guī)程,可與MPA協(xié)議兼容的I/AS寬帶局域網(wǎng)LAN相連延伸至15km長(zhǎng),通過(guò)寬帶接口BLI可與64條載波帶LAN相連.載波帶LAN也可與MAP兼容,每條長(zhǎng)2km,可掛100個(gè)節(jié)點(diǎn),故系統(tǒng)總的規(guī)?？蛇_(dá)64×100個(gè)節(jié)點(diǎn).節(jié)點(diǎn)是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基本單元.它由各類(lèi)處理機(jī),載波帶接口CLI及網(wǎng)間連接器等構(gòu)成,可獨(dú)立執(zhí)行各種自動(dòng)化功能.每一節(jié)點(diǎn)內(nèi)最多可帶32個(gè)站,相互間用節(jié)點(diǎn)總線(xiàn)(NODEBUS)連接.由節(jié)點(diǎn)內(nèi)控制處理機(jī)、應(yīng)用處理機(jī)、操作站處理機(jī)和通信處理機(jī)分別執(zhí)行控制、管理、操作和通信的功能,控制處理機(jī)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)與現(xiàn)場(chǎng)的智能變送器和執(zhí)行器相連.6.3.2I/AS351．系統(tǒng)結(jié)構(gòu)6.3.2I/AS35圖6-4I/AS的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖36圖6-4I/AS的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖362．主要組成

I/AS系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)主要由節(jié)點(diǎn)總線(xiàn)和節(jié)點(diǎn)工作站兩部分組成.節(jié)點(diǎn)總線(xiàn)采用IEEE802.3通信規(guī)程,拓?fù)浞绞綖榭偩€(xiàn)型.它采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)串行通信方式使節(jié)點(diǎn)工作站互連.一個(gè)節(jié)點(diǎn)最多可連32個(gè)工作站,它們具有相同的優(yōu)先級(jí),通信協(xié)議采用自由競(jìng)爭(zhēng)式.節(jié)點(diǎn)工作站分為處理機(jī)組件、現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)組件、接口組件、網(wǎng)間連接器和節(jié)點(diǎn)總線(xiàn)擴(kuò)展組件五類(lèi).處理機(jī)組件完成集中監(jiān)視、操作管理和分散控制的功能;現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)組件是控制處理機(jī)與現(xiàn)場(chǎng)傳感器,執(zhí)行器的接口;接口組件實(shí)現(xiàn)與載波帶LAN、非I/AS計(jì)算機(jī)的接口功能;網(wǎng)間連接器專(zhuān)門(mén)用來(lái)和非I/AS通信鏈路相連.節(jié)點(diǎn)總線(xiàn)擴(kuò)展組件用來(lái)延長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)總線(xiàn)的跨距.372．主要組成I/AS系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)主要由節(jié)點(diǎn)總線(xiàn)(1)處理機(jī)組件

它是I/AS節(jié)點(diǎn)的重要組成部分,主要有控制處理機(jī)(CP)、應(yīng)用處理機(jī)(AP)、操作站處理機(jī)(WP)和通信處理機(jī)(COMP)四類(lèi).控制處理機(jī)是I/A節(jié)點(diǎn)中的控制組件,可組態(tài)成30多種不同的功能塊,具有連續(xù)控制、順序控制和梯形邏輯控制等功能.應(yīng)用處理機(jī)是I/A節(jié)點(diǎn)的中心組件,它實(shí)質(zhì)上是以微處理器機(jī)為基礎(chǔ)的計(jì)算機(jī)站或文件服務(wù)站.它與各種大容量的存儲(chǔ)設(shè)備相連,完成大量的計(jì)算和文件報(bào)務(wù),如網(wǎng)絡(luò)管理、數(shù)據(jù)庫(kù)管理、歷史數(shù)據(jù)管理、控制功能、用戶(hù)應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)和執(zhí)行等功能.操作站處理機(jī)與人機(jī)接口輸入/輸出設(shè)備一起工作.它接收應(yīng)用處理機(jī)和其他站的圖文信息,并在CRT上顯示出來(lái),所顯示的信息包括文本、圖形說(shuō)明、表格和控制畫(huà)面.通信處理機(jī)為其他工作站提供與打印機(jī)、終端、調(diào)制解調(diào)器通信的功能.它有4個(gè)與RS-232C兼容的串行口.它的主要功能是完成報(bào)警、報(bào)表等報(bào)文的打印和處理工作,另外也提供給用戶(hù)終端接口功能38(1)處理機(jī)組件38(2)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)組件

它直接與現(xiàn)場(chǎng)傳感器、執(zhí)行器相連,它通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)與控制處理機(jī)通信.現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)為RS-485.現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)組件可接受直流電流、電壓、熱電偶、熱電阻等模擬輸入信號(hào),也可接受脈沖信號(hào)或觸點(diǎn)信號(hào).

(3)接口組件

它主要分為載波帶LAN接口組件和信息網(wǎng)絡(luò)接口組件兩種.接口組件用來(lái)使節(jié)點(diǎn)與載波帶LAN相連和與非I/AS計(jì)算機(jī)相連.

(4)網(wǎng)間連接器

用來(lái)實(shí)現(xiàn)非I/A節(jié)點(diǎn)的互連.

(5)節(jié)點(diǎn)總線(xiàn)

它與每個(gè)站中的節(jié)點(diǎn)總線(xiàn)接口電路一起工作,提供各站點(diǎn)間數(shù)據(jù)傳輸和總線(xiàn)存取.當(dāng)接點(diǎn)所連的工作站不在同一個(gè)機(jī)箱時(shí),要使用節(jié)點(diǎn)總線(xiàn)擴(kuò)展器,以提供電源、信號(hào)放大和分立機(jī)殼中站的接地隔離.39(2)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)組件

它直接與現(xiàn)場(chǎng)傳感器、執(zhí)行器相連,它3．系統(tǒng)特點(diǎn)

I/AS系統(tǒng)的通信規(guī)程采用MAP協(xié)議,使用戶(hù)能兼收并蓄各家產(chǎn)品的長(zhǎng)處,構(gòu)成滿(mǎn)意的綜合控制系統(tǒng).另外,I/AS系統(tǒng)硬件品種少但通用性強(qiáng),系統(tǒng)組態(tài)靈活,小規(guī)模系統(tǒng)由一個(gè)節(jié)點(diǎn)帶少數(shù)幾個(gè)模塊構(gòu)成,大規(guī)模系統(tǒng)可由幾個(gè)載波帶LAN連成一個(gè)寬帶LAN,達(dá)到最多64×100個(gè)節(jié)點(diǎn)的規(guī)模.另外,I/AS軟件系統(tǒng)提供了綜合控制軟件包,把連續(xù)量控制、梯形邏輯控制和順序控制功能結(jié)合在一起.I/AS系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域包括石化、建材等.403．系統(tǒng)特點(diǎn)I/AS系統(tǒng)的通信規(guī)程采用MA1．系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

浙大中控的SUPCONJX-300采用三層通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖6-5所示.系統(tǒng)最上層為管理層,采用符合TCP/IP協(xié)議的以太網(wǎng),連接了操作站、工程師站、管理計(jì)算機(jī)等,是實(shí)現(xiàn)全廠(chǎng)綜合管理的信息通道. 中間層為過(guò)程控制網(wǎng)(簡(jiǎn)稱(chēng)為SCnet),采用符合IEEE802.4協(xié)議的冗余令牌網(wǎng),連接操作站、工程師站與控制站,傳輸各種實(shí)時(shí)信息. 底層網(wǎng)絡(luò)為控制站內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)(簡(jiǎn)稱(chēng)為SBUS),采用主控制卡指揮式令牌網(wǎng),存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)通信協(xié)議,是控制站各卡件之間進(jìn)行信息交換的通道.6.3.3SUPCONJX-300411．系統(tǒng)結(jié)構(gòu)浙大中控的SUPCONJX-300圖6-5SUPCONJX-300系統(tǒng)結(jié)構(gòu)42圖6-5SUPCONJX-300系統(tǒng)結(jié)構(gòu)422.主要組成SUPCONJX-300主要有操作站、工程師站、現(xiàn)場(chǎng)控制站、過(guò)程控制網(wǎng)絡(luò)等組成.(1)操作站它是由工業(yè)PC、CRT、鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、打印機(jī)等組成的人-機(jī)系統(tǒng),是操作人員完成過(guò)程監(jiān)控管理任務(wù)的環(huán)境.采用高性能工控機(jī)、卓越的流程圖、多窗口畫(huà)面顯示功能,實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程信息的集中顯示、集中操作、集中管理.432.主要組成SUPCONJX-300主要有操(2)工程師站

它是為自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)工程技術(shù)人員設(shè)計(jì)的,內(nèi)裝有相應(yīng)的組態(tài)平臺(tái),用組態(tài)平臺(tái)生成適合于生產(chǎn)工藝要求的應(yīng)用系統(tǒng),包括系統(tǒng)生成、結(jié)構(gòu)定義、操作組態(tài)、流程圖畫(huà)面組態(tài)、報(bào)表程序編制等.

(3)現(xiàn)場(chǎng)控制站

它是系統(tǒng)中直接與現(xiàn)場(chǎng)打交道的I/O處理單元(包括PLC和智能數(shù)字儀表),完成整個(gè)工業(yè)過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控功能.

(4)過(guò)程控制網(wǎng)絡(luò)

用以實(shí)現(xiàn)操作站、工程師站、現(xiàn)場(chǎng)控制站的連接,完成信息、控制命令的傳輸,它采用雙重化冗余設(shè)計(jì).44(2)工程師站

它是為自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)工程技術(shù)人員設(shè)計(jì)的3．功能特點(diǎn)SUPCONJX－300具備了大型分散系統(tǒng)所具有的安全性、冗余功能、網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展功能、集成的用戶(hù)界面及信息存取功能;除了具有模擬量信號(hào)輸入輸出、數(shù)字量信號(hào)輸入輸出、回路控制等常規(guī)的DCS功能外,還具有高速數(shù)字量處理、高速順序事件記錄、可編程邏輯控制等特殊功能;它不僅提供了功能塊圖、梯形圖等直觀(guān)的圖形組態(tài)工具,還提供了開(kāi)發(fā)復(fù)雜高級(jí)控制算法(如模糊控制)的C語(yǔ)言編程環(huán)境;系統(tǒng)規(guī)模變換靈活,可以實(shí)現(xiàn)從一個(gè)單元的過(guò)程控制,到全廠(chǎng)范圍的自動(dòng)化集成控制等.453．功能特點(diǎn)SUPCONJX－300具備了大型分機(jī)柜示例

浙大中控JX-300系統(tǒng)

控制站插件箱I/O插件箱柜頂風(fēng)扇接線(xiàn)端子46機(jī)柜示例

浙大中控JX-3卡件實(shí)例圖47卡件實(shí)例圖47 隨著控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的飛速發(fā)展,數(shù)字化作為一種趨勢(shì)正在從工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的的決策層、管理層、監(jiān)控層和控制層一直滲透到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備. 現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的出現(xiàn),是數(shù)字通信技術(shù)迅速占領(lǐng)工業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng)中模擬量信號(hào)的最后一塊領(lǐng)地.一種全數(shù)字化、全分散式、可互操作的和全開(kāi)放式的新型控制系統(tǒng)——現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng)(FCS)已經(jīng)成為當(dāng)今的熱點(diǎn).

6.4FCS體系結(jié)構(gòu)48 隨著控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的飛速發(fā)展,數(shù)字根據(jù)國(guó)際電工委員會(huì)IEC標(biāo)準(zhǔn)和現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)基金會(huì)FF(FieldbusFoundation)的定義:現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)是連接智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò).現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)有兩種應(yīng)用方式,分別用代碼H1和H2表示. H1方式主要用于代替直流0～10mA或4～20mA以實(shí)現(xiàn)數(shù)字傳輸,它的傳輸速度較低,每秒幾千bps,但傳輸距離較遠(yuǎn),可達(dá)1900米,稱(chēng)為低速方式; H2方式主要用于高性能的通信系統(tǒng),它的傳輸速度高,達(dá)到1Mbps,傳輸距離一般不超過(guò)750米,稱(chēng)為高速方式.49根據(jù)國(guó)際電工委員會(huì)IEC標(biāo)準(zhǔn)和現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)基金會(huì)FF(FFCS的體系結(jié)構(gòu)如圖6-6所示,比較對(duì)照?qǐng)D6-1DCS,FCS主要表現(xiàn)在以下六個(gè)方面.圖6-6現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)50FCS的體系結(jié)構(gòu)如圖6-6所示,比較對(duì)照?qǐng)D6-1.現(xiàn)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)

現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)作為一種數(shù)字式通信網(wǎng)絡(luò)一直延伸到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)中的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備,使以往(包括DCS)采用點(diǎn)到點(diǎn)式的模擬量信號(hào)傳輸或開(kāi)關(guān)量信號(hào)的單向并行傳輸,變?yōu)槎帱c(diǎn)一線(xiàn)的雙向串行數(shù)字式傳輸.511.現(xiàn)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)

現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)作為一種數(shù)字式通信網(wǎng)絡(luò)一直延伸到

2．現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備互連現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備是指連接在現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)上的各種儀表設(shè)備,按功能可分為變送器、執(zhí)行器、服務(wù)器和網(wǎng)橋、輔助設(shè)備等,這些設(shè)備可以通過(guò)一對(duì)傳輸線(xiàn)即現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)直接在現(xiàn)場(chǎng)互連,相互交換信息,這在DCS中也是不可以的.現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備如下:(1)變送器常用的變送器有溫度、壓力、流量、物位、分析等,每類(lèi)又有多個(gè)品種.這種智能型變送器既有檢測(cè)、變換和補(bǔ)償功能,又有PID控制和運(yùn)算功能.522．現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備互連52(2)執(zhí)行器常用的執(zhí)行器有電動(dòng)和氣動(dòng)兩大類(lèi),每類(lèi)又有多個(gè)品種.執(zhí)行器的基本功能是控制信號(hào)的驅(qū)動(dòng)和執(zhí)行,還內(nèi)含調(diào)節(jié)閥的輸出特性補(bǔ)償、PID控制和運(yùn)算,另外還有閥門(mén)特性自動(dòng)校驗(yàn)和自動(dòng)診斷功能.(3)服務(wù)器和網(wǎng)橋服務(wù)器下接H1和H2,上接局域網(wǎng)LAN(LocalAreaNetwork);網(wǎng)橋上接H2,下接H1.(4)輔助設(shè)備輔助設(shè)備有H1/氣壓轉(zhuǎn)換器、H1/電流轉(zhuǎn)換器、電流/H1轉(zhuǎn)換器、安全柵、總線(xiàn)電源、便攜式編程器等.53(2)執(zhí)行器533．互操作性現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備種類(lèi)繁多,沒(méi)有任何一家制造廠(chǎng)可以提供一個(gè)工廠(chǎng)所需的全部現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備.所以,不同廠(chǎng)商產(chǎn)品的交互操作與互換是不可避免的.用戶(hù)不希望為選用不同的產(chǎn)品而在硬件或軟件上花力氣,而希望選用各廠(chǎng)商性能價(jià)格比最優(yōu)的產(chǎn)品集成在一起,實(shí)現(xiàn)“即接即用”,能對(duì)不同品牌的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備統(tǒng)一組態(tài),構(gòu)成所需要的控制回路.543．互操作性現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備種類(lèi)繁多,沒(méi)有任何一家制造廠(chǎng)可

4．分散功能塊FCS廢棄了傳統(tǒng)的DCS輸入/輸出單元和控制站,把DCS控制站的功能塊分散地分配給現(xiàn)場(chǎng)儀表,從而構(gòu)成虛擬控制站.由于功能分散在多臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)儀表中,并可統(tǒng)一組態(tài),用戶(hù)可以靈活選用各種功能塊構(gòu)成所需控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)徹底的分散控制,如圖6-7所示.圖6-7虛擬控制站其中差壓變送器除了含有模擬量輸入功能塊(AI110),還含有PID控制功能塊,調(diào)節(jié)閥除了含有模擬量輸出功能塊(AO110),還含有PID控制功能塊(PID110),這3個(gè)功能塊即構(gòu)成流量控制回路.554．分散功能塊55圖6-7虛擬控制站56圖6-7虛擬控制站565.現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)供電現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)除了傳輸信息之外,還可以完成為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備供電的功能.總線(xiàn)供電不僅簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的安裝布線(xiàn),而且還可以通過(guò)配套的安全柵實(shí)現(xiàn)本質(zhì)安全系統(tǒng),為現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng)在易燃易爆環(huán)境中應(yīng)用奠定了基礎(chǔ).6.開(kāi)放式互連網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)為開(kāi)放式互連網(wǎng)絡(luò),既可與同層網(wǎng)絡(luò)互連,也可與不同層網(wǎng)絡(luò)互連.現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)協(xié)議不象DCS那樣采用封閉專(zhuān)用的通信協(xié)議,而是采用公開(kāi)化、標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化的通信協(xié)議,只要符合現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)協(xié)議,就可以把不同制造商的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備互連成系統(tǒng).開(kāi)放式互連網(wǎng)絡(luò)還體現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)的共享,通過(guò)網(wǎng)絡(luò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和功能塊統(tǒng)一組態(tài).575.現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)供電576.5FCS功能特點(diǎn)6.5.1FCS的特點(diǎn)1.一對(duì)N結(jié)構(gòu) FCS采用一對(duì)傳輸線(xiàn),N臺(tái)儀表,雙向傳輸多個(gè)信號(hào),如圖6-6所示.這種一對(duì)N結(jié)構(gòu)使得接線(xiàn)簡(jiǎn)單、工程周期短、安裝費(fèi)用低、維護(hù)容易.如果增加現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備或現(xiàn)場(chǎng)儀表,只需并行掛接到電纜上,無(wú)需架設(shè)新的電纜. 而傳統(tǒng)的控制是一對(duì)一模擬信號(hào)的傳輸結(jié)構(gòu),如圖6-1所示,即一臺(tái)儀表,一對(duì)傳輸線(xiàn),單向傳輸一個(gè)信號(hào).這種一對(duì)一結(jié)構(gòu)造成接線(xiàn)龐雜、工程周期長(zhǎng)、安裝費(fèi)用高、維護(hù)困難.586.5FCS功能特點(diǎn)6.5.1FCS的特點(diǎn)582．可靠性高

FCS是數(shù)字信號(hào)傳輸,因而抗干擾強(qiáng)、精度高,由于無(wú)需采用抗干擾和提高精度的措施,從而減少了成本.而傳統(tǒng)的模擬信號(hào)傳輸,易受干擾精度低,為此采用各種抗干擾措施和提高精度的方法,其結(jié)果增加了成本.592．可靠性高FCS是數(shù)字信號(hào)傳輸,因而抗干擾強(qiáng)、精度3．可控狀態(tài)FCS的操作員在控制室既能了解現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備或現(xiàn)場(chǎng)儀表的工作狀況,也能對(duì)其進(jìn)行參數(shù)調(diào)整,還可預(yù)測(cè)或?qū)ふ夜收?始終處于操作員的遠(yuǎn)程監(jiān)視與可控狀態(tài),提高了系統(tǒng)的可靠性、可控性和可維護(hù)性.而傳統(tǒng)控制的操作員在控制室既不了解模擬儀表的工作狀況,也不能對(duì)其進(jìn)行參數(shù)調(diào)整,更不能預(yù)測(cè)尋找故障,導(dǎo)致操作員對(duì)其處于“失控”狀態(tài).603．可控狀態(tài)FCS的操作員在控制室既能了解現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備或4．互換性FCS用戶(hù)可以自由選擇不同制造商所提供的,性?xún)r(jià)比最優(yōu)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備或現(xiàn)場(chǎng)儀表,進(jìn)行互連互換.即使某臺(tái)儀表出現(xiàn)故障,換上其他品牌的同類(lèi)儀表照常工作,實(shí)現(xiàn)“即接即用”.而模擬儀表盡管統(tǒng)一了信號(hào)標(biāo)準(zhǔn),但大部分技術(shù)參數(shù)仍由制造廠(chǎng)商自定,致使不同廠(chǎng)商的儀表無(wú)法互換.614．互換性FCS用戶(hù)可以自由選擇不同制造商所提供的,5.互操作性FCS用戶(hù)可把不同制造商的各種品牌的儀表集成在一起,進(jìn)行統(tǒng)一組態(tài),構(gòu)成所需的控制回路,不必為集成不同品牌的產(chǎn)品而在硬件或軟件上花費(fèi)力氣或增加額外投資.6.綜合功能FCS現(xiàn)場(chǎng)儀表既有檢測(cè)、變換和補(bǔ)償功能,又有控制和運(yùn)算功能.實(shí)現(xiàn)一表多用,不僅方便了用戶(hù),也節(jié)省了成本.625.互操作性627．分散控制

FCS的控制站功能分散在現(xiàn)場(chǎng)儀表中,通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)儀表就可構(gòu)成控制回路,實(shí)現(xiàn)了徹底的分散控制,提高了系統(tǒng)的可靠性、自治性和靈活性.

8．統(tǒng)一組態(tài)

由于FCS中的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備或現(xiàn)場(chǎng)儀表都引入了功能塊的概念,所有制造商都使用相同的功能塊,并統(tǒng)一組態(tài)方法.這樣就使組態(tài)變得非常簡(jiǎn)單,不必因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備種類(lèi)不同,而進(jìn)行不同組態(tài)方法的培訓(xùn)或?qū)W習(xí).637．分散控制

FCS的控制站功能分散在現(xiàn)場(chǎng)儀表中,通6.5.2FCS的組態(tài)FCS的組態(tài)與DCS的組態(tài)方法是類(lèi)似的.對(duì)用戶(hù)而言,FCS中有三種軟件模塊:功能塊、轉(zhuǎn)換塊和資源塊.當(dāng)用一些功能塊組成了某一裝置的控制策略時(shí),就把這些功能塊的有序集合稱(chēng)為一個(gè)“功能應(yīng)用塊”.一個(gè)功能塊應(yīng)用可以和另一個(gè)功能塊應(yīng)用互連在一起,一個(gè)功能塊應(yīng)用也可以包含另一個(gè)功能塊應(yīng)用.646.5.2FCS的組態(tài)FCS的組態(tài)與DCS的

現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)是FCS的核心.目前,世界上出現(xiàn)了多種現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的企業(yè)或國(guó)家標(biāo)準(zhǔn).這些現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)各具特點(diǎn),已經(jīng)逐漸形成自己的產(chǎn)品系列,并占有相當(dāng)大的市場(chǎng)份額.由于技術(shù)和商業(yè)利益的原因,尚沒(méi)有統(tǒng)一.以下就是目前流行的幾種著名的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn).

6.6FCS產(chǎn)品簡(jiǎn)介65現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)是FCS的核心.目前,世界上出現(xiàn)了多種6.6.1CAN

CAN是控制局域網(wǎng)絡(luò)ControlAreaNetwork的縮寫(xiě),它是由德國(guó)Bosch公司推出、最早用于汽車(chē)內(nèi)部監(jiān)測(cè)部件與控制部件的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò).現(xiàn)在已經(jīng)逐步應(yīng)用到其它控制領(lǐng)域.CAN規(guī)范現(xiàn)已被國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織采納,成為ISO11898標(biāo)準(zhǔn).CAN協(xié)議也是建立在OSI模型基礎(chǔ)上的,它采用了OSI底層的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和高層的應(yīng)用層,其信號(hào)傳輸介質(zhì)為雙絞線(xiàn).最高通信速率為1Mbps(通信距離40m),最遠(yuǎn)通信距離可達(dá)10km(通信速率為5kbps),節(jié)點(diǎn)總數(shù)可達(dá)110個(gè).(汽車(chē)工業(yè))666.6.1CAN66CAN的信號(hào)傳輸采用短幀結(jié)構(gòu),每一幀的有效字節(jié)數(shù)為8個(gè),因而傳輸?shù)臅r(shí)間短,受干擾的概率低,每幀信息均采用循環(huán)冗余校驗(yàn)CRC及其它檢錯(cuò)措施,通信誤碼率極低.CAN節(jié)點(diǎn)在錯(cuò)誤嚴(yán)重的情況下,具有自動(dòng)關(guān)閉總線(xiàn)的功能,這時(shí)故障節(jié)點(diǎn)與總線(xiàn)脫離,使其它節(jié)點(diǎn)的通信不受影響.67CAN的信號(hào)傳輸采用短幀結(jié)構(gòu),每一幀的有效字節(jié)數(shù)為868686.6.2LonWorksLonWorks是局部操作網(wǎng)絡(luò)LocalOperatingNetwork的縮寫(xiě).它是由美國(guó)Echelon公司研制、于1990年正式公布的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò).它采用了ISO/OSI模型中完整的七層通信協(xié)議,采用了面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法,通過(guò)網(wǎng)絡(luò)變量把網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化為參數(shù)設(shè)置,其最高通信速率為1.25MbpS(通信距離不超過(guò)130m),最遠(yuǎn)通信距離為27000m(通信速率為78kbps),節(jié)點(diǎn)總數(shù)可達(dá)32000個(gè).網(wǎng)絡(luò)的傳輸介質(zhì)可以是雙絞線(xiàn)、同軸電纜、光纖、射頻、紅外線(xiàn)、電力線(xiàn)等.(樓宇自動(dòng)化)696.6.2LonWorksLonWorks是局部操LonWors的信號(hào)傳輸采用可變長(zhǎng)幀結(jié)構(gòu).每幀的有效字節(jié)可由0～288個(gè).LonWorks所采用的LonTalk通信協(xié)議被封裝在稱(chēng)之為Neuron的神經(jīng)元芯片中.芯片中有3個(gè)8位CPU,一個(gè)用于實(shí)現(xiàn)ISO/OSI模型中的第1層和第2層的功能,稱(chēng)為媒體訪(fǎng)問(wèn)控制處理器;第二個(gè)用于完成3～6層的功能,稱(chēng)為網(wǎng)絡(luò)處理器;第三個(gè)對(duì)應(yīng)于第7層,稱(chēng)為應(yīng)用處理器.芯片中還具有信息緩沖區(qū),以實(shí)現(xiàn)CPU之間的信息傳遞,并作為網(wǎng)絡(luò)緩沖區(qū)和應(yīng)用緩沖區(qū).70LonWors的信號(hào)傳輸采用可變長(zhǎng)幀結(jié)構(gòu).每幀的有6.6.3PROFIBUSPROFIBUS是過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)ProcessFieldBus的縮寫(xiě).它是德國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)DIN19245和歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN50170所規(guī)定的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn).PROFIBUS由三個(gè)兼容部分組成,即PROFIBUS－DP、PROFIBUS－PA和PROFIBUS－FMS.其中PRMUS－DP是一種高速低成本通信系統(tǒng).它按照OSI參考模型定義了物理層、數(shù)據(jù)鍵路層和用戶(hù)接口;PROFIBUS－PA專(zhuān)為過(guò)程自動(dòng)化設(shè)計(jì),可使變送器與執(zhí)行器連接在一根總線(xiàn)上,并提供本質(zhì)安全和總線(xiàn)供電特性.PROFIBUS－PA采用擴(kuò)展的PROFIBUS－DP協(xié)議,另外還有現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備描述的PA行規(guī);PROFIBUS－FMS根據(jù)OSI參考模型定義了物理層、鏈路層和應(yīng)用層,其中應(yīng)用層包含了現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)報(bào)文規(guī)范FMS(FieldBusMessageSpecification)和低層接口LLI(LowerLayerInterface),最高通信速率為12Mbps(通信距離不超過(guò)100m),最大通信距離為1200m(通信速率為9.6kbps).如果采用中繼器可延長(zhǎng)至10km,其傳輸介質(zhì)可以是雙絞線(xiàn)或光纜.每個(gè)網(wǎng)絡(luò)可掛32個(gè)節(jié)點(diǎn),如帶中繼器,最多可掛127個(gè)節(jié)點(diǎn).PROFIBUS采用定長(zhǎng)或可變長(zhǎng)幀結(jié)構(gòu),定長(zhǎng)幀一般為8字節(jié),可變長(zhǎng)幀每幀的有效字節(jié)數(shù)為l~244個(gè).近年來(lái),多家公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)PROFIBUS通信系統(tǒng)的專(zhuān)用集成電路芯片,目前已經(jīng)能將PROFIBUS－DP協(xié)議全部集成在一塊芯片之中.(工廠(chǎng)自動(dòng)化)716.6.3PROFIBUSPROFIBUS6.6.4WorldFIPWorldFIP是世界工廠(chǎng)儀表協(xié)議WorldFactoryInstrumentProtocol的縮寫(xiě).最初由Cegelec等幾家法國(guó)公司在原有通信技術(shù)的基礎(chǔ)上根據(jù)用戶(hù)的要求所制定,隨后即成為法國(guó)標(biāo)準(zhǔn),后來(lái)又采納了IEC物理層國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)(IEC6ll58－2),并命名為WorldFIP.WorldFIP是歐洲現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)EN50170-3.WorldFIP組織成立于1987年,目前包括有ALSTOM、Schneider、Honeywell等世界著名大公司在內(nèi)的100多個(gè)成員.WorldFIP協(xié)議按照OSI參考模型定義了物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層.WorldFIP采用有調(diào)度的總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)控制,通信速率分別為31.35kbps、1Mbps、2.5Mbps,對(duì)應(yīng)的最大通信距離分別為5000m、1000m、500m,其通信介質(zhì)為雙絞線(xiàn).如果采用光纖,其最大通信距離可達(dá)40km.每段現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的最大節(jié)點(diǎn)數(shù)為32個(gè),使用分線(xiàn)盒可連接256個(gè)節(jié)點(diǎn).整個(gè)網(wǎng)絡(luò)最多可以使用3個(gè)中繼器,連接4個(gè)網(wǎng)段.WorldFIP采用可變長(zhǎng)幀結(jié)構(gòu),每幀的最大字節(jié)數(shù)為256個(gè).適合于包括TCP／IP在內(nèi)的各種類(lèi)型的協(xié)議數(shù)據(jù)單元.WorldFIP可以提供各種專(zhuān)用通信芯片.726.6.4WorldFIPWorldFIP是世界6.6.5HARTHART是可尋址遠(yuǎn)程傳感器數(shù)據(jù)通路(HighwayAddressableRemoteTransducer)的縮寫(xiě).最早由Rosemount公司開(kāi)發(fā),得到了80多家儀表公司的支持,并于1993年成立了HART通信基金會(huì).HART協(xié)議參考了ISO/OSI參考模型的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層.其主要特點(diǎn)是采用基于Bell202通信標(biāo)準(zhǔn)的頻移鍵控FSK技術(shù).在現(xiàn)有的4～20mA模擬信號(hào)上疊加FSK數(shù)字信號(hào),以1200HZ的信號(hào)表示邏輯1,以2200HZ的信號(hào)表示邏輯0,通信速率為1200bps,單臺(tái)設(shè)備的最大通信距離為3000m,多臺(tái)設(shè)備互連的最大通信距離為1500m,通信介質(zhì)為雙絞線(xiàn),最大節(jié)點(diǎn)數(shù)為15個(gè).HART采用可變長(zhǎng)幀結(jié)構(gòu),每幀最長(zhǎng)為25個(gè)字節(jié),尋址范圍為0～15.當(dāng)?shù)刂窞?時(shí),處于4-20mA與數(shù)字通信兼容狀態(tài).而當(dāng)?shù)刂窞閘～15時(shí),則處于全數(shù)字狀態(tài).736.6.5HARTHART是可尋址遠(yuǎn)程傳感器數(shù)據(jù)通6.6.6FFFF是現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)基金會(huì)FieldbusFoundation的縮寫(xiě).現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)基金會(huì)是國(guó)際公認(rèn)的、惟一不附屬于某企業(yè)的、非商業(yè)化的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織.其宗旨是制定單一的國(guó)際現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn).FF協(xié)議的前身是以美國(guó)Fisher-Rosemount公司為首,聯(lián)合Foxboro、Yokogawa、ABB、Siemens等80家公司制定的ISP協(xié)議,和以Honeywell公司為首、聯(lián)合歐洲等地的150家公司制定的WordFIP協(xié)議.迫于用戶(hù)的壓力,支持ISP和WorldFIP的兩大集團(tuán)于1994年9月握手言和,成立了現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)基金會(huì)FieldbusFoundation.FF總線(xiàn)以O(shè)SI參考模型為基礎(chǔ),取其物理層、鏈路層和應(yīng)用層為FF通信模型的相應(yīng)層次,并在此基礎(chǔ)上增加了用戶(hù)層.FF總線(xiàn)分為低速現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)和高速現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)兩種通信速率.低速現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)H1的傳輸速率為31.25kbps,高速現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)HSE的傳輸速率為100Mbps,H1支持總線(xiàn)供電和本質(zhì)安全特性,最大通信距離為1900m(如果加中繼器可延長(zhǎng)至9500m,最多可直接連接32個(gè)節(jié)點(diǎn)(非總錢(qián)供電)、13個(gè)節(jié)點(diǎn)(總線(xiàn)供電)、6個(gè)節(jié)點(diǎn)(本質(zhì)安全要求).如果加中繼器最多可連接240個(gè)節(jié)點(diǎn).通信介質(zhì)為雙絞線(xiàn)、光纜或無(wú)線(xiàn)電.746.6.6FFFF是現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)基金會(huì)Fiel

FF采用可變長(zhǎng)幀結(jié)構(gòu),每幀的有效字節(jié)數(shù)為0～251個(gè).目前已經(jīng)有Smar、Fuji、National、Semiconductor、Siemens、Yokogawa等12家公司可以提供FF的通信芯片.目前,全世界已有120多個(gè)用戶(hù)和制造商成為現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)基金會(huì)的成員.基金會(huì)董事會(huì)囊括了世界上最主要的自動(dòng)化設(shè)備供應(yīng)商.基金會(huì)成員所生產(chǎn)的自動(dòng)化設(shè)備占世界市場(chǎng)的90％以上.基金會(huì)強(qiáng)調(diào)中立與公正.所有的成員均可以參加規(guī)范的制訂和評(píng)估,所有的技術(shù)成果由基金會(huì)擁有和控制.由中立的第三方負(fù)責(zé)產(chǎn)品的注冊(cè)和測(cè)試等.因此,基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)具有一定的權(quán)威性、廣泛性和公正性.75FF采用可變長(zhǎng)幀結(jié)構(gòu),每幀的有效字節(jié)數(shù)為0～2本章小結(jié)DCS與FCS是最適于大中規(guī)模生產(chǎn)流程的計(jì)算機(jī)綜合網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng),目前正在現(xiàn)代企業(yè)中大量應(yīng)用.本章分別對(duì)比地介紹了這兩種控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)、功能特點(diǎn)以及幾種典型產(chǎn)品.重點(diǎn)討論了DCS的多層體系結(jié)構(gòu)以及FCS的全數(shù)字化、全分散式、可互操作和全開(kāi)放式的新型體系結(jié)構(gòu);對(duì)比分析了它們的軟件功能及系統(tǒng)特點(diǎn);并簡(jiǎn)介了各自有代表性的幾種流行產(chǎn)品.需要指出的是,目前正擠身于工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的還有一種稱(chēng)為工業(yè)以太網(wǎng)(Ethernet)的網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng),雖然還有一些關(guān)鍵技術(shù)尚待解決,但也昭示著一種廣闊的發(fā)展前景,有可能成為未來(lái)的主流趨勢(shì).76本章小結(jié)DCS與FCS是最適于大中規(guī)模生產(chǎn)流程的計(jì)算機(jī)綜合思考題1.畫(huà)圖簡(jiǎn)要說(shuō)明DCS的三層體系結(jié)構(gòu)及其功能作用.2．簡(jiǎn)要說(shuō)明構(gòu)成分散過(guò)程控制級(jí)的主要裝置及其作用.3．DCS有哪些主要特點(diǎn)？4．目前較為流行的DCS有哪些？5．畫(huà)圖簡(jiǎn)要說(shuō)明FCS的體系結(jié)構(gòu).6．畫(huà)圖簡(jiǎn)要說(shuō)明FCS中虛擬控制站的組成.7．FCS有哪些主要特點(diǎn)？8．目前較為流行的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)哪些？77思考題1.畫(huà)圖簡(jiǎn)要說(shuō)明DCS的三層體系結(jié)構(gòu)及其功能作用.第6章測(cè)控網(wǎng)絡(luò)技術(shù)(2)

DCS與FCS本章要點(diǎn)1.DCS與FCS的基本概念、體系結(jié)構(gòu)與功能特點(diǎn)2.DCS與FCS的幾種典型產(chǎn)品3.實(shí)現(xiàn)的物質(zhì)基礎(chǔ):自動(dòng)化眾多專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)知識(shí):PLC,變頻器,電機(jī)調(diào)速,單片機(jī),網(wǎng)絡(luò),傳感器…..78第6章測(cè)控網(wǎng)絡(luò)技術(shù)(2)本章要點(diǎn)16.1DCS體系結(jié)構(gòu) 6.1.1分散過(guò)程控制級(jí) 6.1.2集中操作監(jiān)控級(jí) 6.1.3綜合信息管理級(jí) 6.1.4通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)6.2DCS功能特點(diǎn) 6.2.1DCS的軟件 6.2.2DCS的特點(diǎn)6.3DCS產(chǎn)品簡(jiǎn)介 6.3.1TDC-3000 6.3.2I/AS 6.3.3SUPCONJX－3006.4FCS體系結(jié)構(gòu)6.5FCS功能特點(diǎn) 6.5.1FCS的特點(diǎn) 6.5.2FCS的組態(tài)6.6FCS產(chǎn)品簡(jiǎn)介 6.6.1CAN 6.6.2LonWorks 6.6.3PROFIBUS 6.6.4WorldFIP 6.6.5HART 6.6.6FF796.1DCS體系結(jié)構(gòu)6.4FCS體系結(jié)構(gòu)2

分散控制系統(tǒng)DCS(DistributedControlSystem)是以微型計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的集散型綜合控制系統(tǒng).它是為滿(mǎn)足大型工業(yè)生產(chǎn)的要求,從綜合自動(dòng)化的角度,按控制功能分散、操作管理集中的原則設(shè)計(jì)(記憶).自從美國(guó)霍尼韋爾公司1975年成功推出世界上第一套DCS以來(lái),產(chǎn)品幾經(jīng)更新?lián)Q代,技術(shù)性能日趨完善.二十幾年來(lái),DCS首當(dāng)其沖地成為大型工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的主流控制系統(tǒng). 現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng)FCS(FieldControlSystem)是繼DCS之后出現(xiàn)的新一代控制系統(tǒng),它代表的是一種數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化到現(xiàn)場(chǎng)、控制管理到現(xiàn)場(chǎng)的發(fā)展方向.FCS將要取代DCS,或者說(shuō)DCS已在吸納FCS.總之,FCS已經(jīng)成為當(dāng)今世界范圍內(nèi)自動(dòng)控制系統(tǒng)的熱點(diǎn).80 分散控制系統(tǒng)DCS(DistributedContro

典型的DCS體系結(jié)構(gòu)分為三層,如圖6-1所示:第一層為分散過(guò)程控制級(jí);第二層為集中操作監(jiān)控級(jí);第三層為綜合信息管理級(jí).層間由高速數(shù)據(jù)通路HW和局域網(wǎng)絡(luò)LAN兩級(jí)通信線(xiàn)路相連,級(jí)內(nèi)各裝置之間由本級(jí)的通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信聯(lián)系.6.1DCS體系結(jié)構(gòu)81典型的DCS體系結(jié)構(gòu)分為三層,如圖6-1所示:6.1圖6-1分散控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)82圖6-1分散控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)5

1.分散過(guò)程控制級(jí)的功能及其主要裝置分散過(guò)程控制級(jí)是DCS的基礎(chǔ)層,它向下直接面向工業(yè)對(duì)象,其輸入信號(hào)來(lái)自于生產(chǎn)過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)的傳感器(如熱電偶、熱電阻等)、變送器(如溫度、壓力、液位、流量等)及電氣開(kāi)關(guān)(輸入觸點(diǎn))等,其輸出去驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器(如調(diào)節(jié)閥、電磁閥、電機(jī)等),完成生產(chǎn)過(guò)程的數(shù)據(jù)采集、閉環(huán)調(diào)節(jié)控制、順序控制等功能;其向上與集中操作監(jiān)控級(jí)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信,接收操作站下傳加載的參數(shù)和操作命令,以及將現(xiàn)場(chǎng)工作情況信息整理后向操作站報(bào)告.構(gòu)成這一級(jí)的主要裝置有:現(xiàn)場(chǎng)控制站,可編程控制器,智能調(diào)節(jié)器及其它測(cè)控裝置.6.1.1分散過(guò)程控制級(jí)83

1.分散過(guò)程控制級(jí)的功能及其主要裝置分散過(guò)程控制級(jí)

現(xiàn)場(chǎng)控制站具有多種功能——集連續(xù)控制、順序控制、批量控制及數(shù)據(jù)采集功能為一身.(1)現(xiàn)場(chǎng)控制站的硬件構(gòu)成現(xiàn)場(chǎng)控制站一般是標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)柜式機(jī)構(gòu),柜內(nèi)由電源、總線(xiàn)、I/O模件、處理器模件、通信模件等部分組成.一般在機(jī)柜的頂部裝有風(fēng)扇組件,其目的是帶走機(jī)柜內(nèi)部電子部件所散發(fā)出來(lái)的熱量;機(jī)柜內(nèi)部設(shè)若干層模件安裝單元,上層安裝處理器模件和通信模件,中間安裝I/O模件,最下邊安裝電源組件.機(jī)柜內(nèi)還設(shè)有各種總線(xiàn),如電源總線(xiàn),接地總線(xiàn),數(shù)據(jù)總線(xiàn),地址總線(xiàn),控制總線(xiàn)等等. 現(xiàn)場(chǎng)控制站的電源不僅要為柜內(nèi)提供電源,還要為現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)器件提供外供電源,這兩種電源必須互相隔離,不可共地,以免干擾信號(hào)通過(guò)電源回路耦合到I/O通道中去.

1.現(xiàn)場(chǎng)控制站84現(xiàn)場(chǎng)控制站具有多種功能——集連續(xù)控制、順序控制

一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制站中的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖6-2所示,包含一個(gè)或多個(gè)基本控制單元,基本控制單元是由一個(gè)完成控制或數(shù)據(jù)處理任務(wù)的處理器模件以及與其相連的若干個(gè)輸入／輸出模件所構(gòu)成的(有點(diǎn)類(lèi)似于IPC). 基本控制單元之間,通過(guò)控制網(wǎng)絡(luò)Cnet連接在一起,Cnet網(wǎng)絡(luò)上的上傳信息通過(guò)通信模件,送到監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)Snet,同理Snet的下傳信息,也通過(guò)通信模件和Cnet傳到各個(gè)基本控制單元.在每一個(gè)基本控制單元中,處理器模件與I/O模件之間的信息交換由內(nèi)部總線(xiàn)完成. 內(nèi)部總線(xiàn)可能是并行總線(xiàn),也可能是串行總線(xiàn).近年來(lái),多采用串行總線(xiàn).85 一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制站中的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖6-2所示,包含一圖6-2現(xiàn)場(chǎng)控制站的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)86圖6-2現(xiàn)場(chǎng)控制站的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)9(2)現(xiàn)場(chǎng)控制站的軟件功能

現(xiàn)場(chǎng)控制站的主要功能有6種,即數(shù)據(jù)采集功能、DDC控制功能、順序控制功能、信號(hào)報(bào)警功能、打印報(bào)表功能、數(shù)據(jù)通信功能.

數(shù)據(jù)采集功能:對(duì)過(guò)程參數(shù),主要是各類(lèi)傳感變送器的模擬信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、變換、處理、顯示、存儲(chǔ)、趨勢(shì)曲線(xiàn)顯示、事故報(bào)警等.

DDC控制功能:包括接受現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)量信號(hào),進(jìn)而求出設(shè)定值與測(cè)量值的偏差,并對(duì)偏差進(jìn)行PID控制運(yùn)算,最后求出新的控制量,并將此控制量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電流送至執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)被控對(duì)象.

順序控制功能:通過(guò)來(lái)自過(guò)程狀態(tài)輸入輸出信號(hào)和反饋控制功能等狀態(tài)信號(hào),按預(yù)先設(shè)定的順序和條件,對(duì)控制的各階段進(jìn)行順序控制.87(2)現(xiàn)場(chǎng)控制站的軟件功能

現(xiàn)場(chǎng)控制站的主要功能有6信號(hào)報(bào)警功能:對(duì)過(guò)程參數(shù)設(shè)置上限值和下限值,若超過(guò)上限或下限則分別進(jìn)行越限報(bào)警;對(duì)非法的開(kāi)關(guān)量狀態(tài)進(jìn)行報(bào)警;對(duì)出現(xiàn)的事故進(jìn)行報(bào)警.信號(hào)的報(bào)警是以聲音、光或CRT屏幕顯示顏色變化來(lái)表示.

打印報(bào)表功能:定時(shí)打印報(bào)表;隨機(jī)打印過(guò)程參數(shù);事故報(bào)表的自動(dòng)記錄打印.

數(shù)據(jù)通信功能:完成分散過(guò)程控制級(jí)與集中操作監(jiān)控之間的信息交換.88信號(hào)報(bào)警功能:對(duì)過(guò)程參數(shù)設(shè)置上限值和下限值,若超過(guò)2．智能調(diào)節(jié)器智能調(diào)節(jié)器是一種數(shù)字化的過(guò)程控制儀表,也稱(chēng)可編程調(diào)節(jié)器.其外形類(lèi)似于一般的盤(pán)裝儀表,而其內(nèi)部是由微處理器CPU、存儲(chǔ)器RAM、ROM、模擬量和數(shù)字量I/0通道、電源等部分組成的一個(gè)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng).智能調(diào)節(jié)器可以接受和輸出4～20mA模擬量信號(hào)和開(kāi)關(guān)量信號(hào),同時(shí)還具有RS-232或RS-485等串行通信接口.一般有單回路、2回路、或4回路的調(diào)節(jié)器,控制方式除一般的單回路PID之外,還可組成串級(jí)控制、前饋控制等復(fù)雜回路.因此,智能調(diào)節(jié)器不僅可以在一些重要場(chǎng)合下單獨(dú)構(gòu)成復(fù)雜控制系統(tǒng),完成1～4個(gè)過(guò)程控制回路,而且可以作為大型分散控制系統(tǒng)中最基層的一種控制單元,與上位機(jī)(即操作監(jiān)控級(jí))連成主從式通信網(wǎng)絡(luò),接受上位機(jī)下傳的控制參數(shù),并上報(bào)各種過(guò)程參數(shù).892．智能調(diào)節(jié)器智能調(diào)節(jié)器是一種數(shù)字化的過(guò)程控制儀表,也稱(chēng)3．可編程控制器(PLC)可編程控制器與智能調(diào)節(jié)器最大的不同點(diǎn)是:它主要配制的是開(kāi)關(guān)量輸入、輸出通道,用于執(zhí)行順序控制功能.在新型的PLC中,也提供了模擬量輸入輸出及PID控制模塊,而且均帶有RS-485標(biāo)準(zhǔn)的異步通信接口.同智能調(diào)節(jié)器一樣,PLC的高可靠性和不斷增強(qiáng)的功能,使它既可以在小型控制系統(tǒng)中擔(dān)當(dāng)控制主角,又可以作為大型分散控制系統(tǒng)中最基層的一種控制單元.903．可編程控制器(PLC)可編程控制器與智能調(diào)節(jié)器最面向現(xiàn)場(chǎng)操作員和系統(tǒng)工程師的,如圖6-1所示的中間層.這一級(jí)配有技術(shù)手段先進(jìn),功能強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及各類(lèi)外部裝置,通常采用較大屏幕、較高分辨率的圖形顯示器和工業(yè)鍵盤(pán),計(jì)算機(jī)系統(tǒng)配有較大存儲(chǔ)容量的硬盤(pán)或軟盤(pán),另外還有功能強(qiáng)大的軟件支持,確保工程師和操作員對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)、監(jiān)視和操作,對(duì)生產(chǎn)過(guò)程實(shí)行高級(jí)控制策略、故障診斷、質(zhì)量評(píng)估等.集中操作監(jiān)控級(jí)以操作監(jiān)視為主要任務(wù):把過(guò)程參數(shù)的信息集中化,對(duì)各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制站的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集,并通過(guò)簡(jiǎn)單的操作,進(jìn)行工程量的顯示,各種工藝流程圖的顯示,趨勢(shì)曲線(xiàn)的顯示以及改變過(guò)程參數(shù)(如設(shè)定值、控制參數(shù)、報(bào)警狀態(tài)等信息).另一個(gè)任務(wù)是兼有部分管理功能，進(jìn)行控制系統(tǒng)的組態(tài)與生成.6.1.2集中操作監(jiān)控級(jí)91面向現(xiàn)場(chǎng)操作員和系統(tǒng)工程師的,如圖6-1所示的中間層1.操作員操作站DCS的操作員站是處理一切與運(yùn)行操作有關(guān)的人-機(jī)界面功能的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn),其主要功能就是使操作員可以通過(guò)操作員站及時(shí)了解現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行狀態(tài)、各種運(yùn)行參數(shù)的當(dāng)前值、是否有異常情況發(fā)生等,并可通過(guò)輸出設(shè)備對(duì)工藝過(guò)程進(jìn)行控制和調(diào)節(jié),以保證生產(chǎn)過(guò)程的安全、可靠、高效、高質(zhì).構(gòu)成這一級(jí)的主要裝置有:面向操作人員的操作員操作站、面向監(jiān)督管理人員的工程師操作站、監(jiān)控計(jì)算機(jī)及層間網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接器.一般情況下,一個(gè)DCS系統(tǒng)只需配備一臺(tái)工程師站,而操作員站的數(shù)量則需要根據(jù)實(shí)際要求配置.921.操作員操作站DCS的操作員站是處理一切與運(yùn)行

(1)操作員站的硬件 操作員站由IPC或工作站、工業(yè)鍵盤(pán)、大屏幕圖形顯示器和操作控制臺(tái)組成,這些設(shè)備除工業(yè)鍵盤(pán)外,其他均屬通用型設(shè)備.目前DCS一般都采用IPC來(lái)作為操作員站的主機(jī)及用于監(jiān)控的監(jiān)控計(jì)算機(jī). 操作員鍵盤(pán)多采用工業(yè)鍵盤(pán),它是一種根據(jù)系統(tǒng)的功能用途及應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)的專(zhuān)用鍵盤(pán),這種鍵盤(pán)側(cè)重于功能鍵的設(shè)置、盤(pán)面的布置安排及特殊功能鍵的定義. 由于DCS操作員的主要工作基本上都是通過(guò)CRT屏幕、工業(yè)鍵盤(pán)完成的,因此,操作控制臺(tái)必須設(shè)計(jì)合理,使操作員能長(zhǎng)時(shí)間工作不感吃力.另外在操作控制臺(tái)上一般還應(yīng)留有安放打印機(jī)的位置,以便放置報(bào)警打印機(jī)或報(bào)表打印機(jī).93(1)操作員站的硬件 操作員站由IPC或工作站、工業(yè)鍵盤(pán) 作為操作員站的圖形顯示器均為彩色顯示器,且分辨率較高、尺寸較大.打印機(jī)是DCS操作員站的不可缺少的外設(shè).一般的DCS配備兩臺(tái)打印機(jī),一臺(tái)為普通打印機(jī),用于生產(chǎn)記錄報(bào)表和報(bào)警列表打印;另一臺(tái)為彩色打印機(jī),用來(lái)拷貝流程畫(huà)面.

(2)操作員站的功能 操作員站的功能主要是指正常運(yùn)行時(shí)的工藝監(jiān)視和運(yùn)行操作,主要由總貌畫(huà)面、分組畫(huà)面、點(diǎn)畫(huà)面、流程圖畫(huà)面、趨勢(shì)曲線(xiàn)畫(huà)面、報(bào)警顯示畫(huà)面及操作指導(dǎo)畫(huà)面等7種顯示畫(huà)面構(gòu)成.94 作為操作員站的圖形顯示器均為彩色顯示器,且分辨率較高、尺2.工程師操作站工程師站是對(duì)DCS進(jìn)行離線(xiàn)的配置、組態(tài)工作和在線(xiàn)的系統(tǒng)監(jiān)督、控制、維護(hù)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn).其主要功能是提供對(duì)DCS進(jìn)行組態(tài),配置工具軟件即組態(tài)軟件,并通過(guò)工程師站及時(shí)調(diào)整系統(tǒng)配置及一些系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)定,使DCS隨時(shí)處于最佳工作狀態(tài)之下.(1)工程師站的硬件對(duì)系統(tǒng)工程師站的硬件沒(méi)有什么特殊要求,由于一般放在計(jì)算機(jī)房?jī)?nèi),工作環(huán)境較好,因此不一定非要選用工業(yè)型的機(jī)器,選用普通的微型計(jì)算機(jī)或工作站就可以了,但由于工程師站要長(zhǎng)期連續(xù)在線(xiàn)運(yùn)行,因此其可靠性要求較高.目前,由于計(jì)算機(jī)制造技術(shù)的巨大進(jìn)步,便得IPC的成本大幅下降,因而工程師站的計(jì)算機(jī)也多采用IPC.其它外設(shè)一般采用普通的標(biāo)準(zhǔn)鍵盤(pán)、圖形顯示器,打印機(jī)也可與操作員站共享.952.工程師操作站工程師站是對(duì)DCS進(jìn)行離線(xiàn)的配置、組

(2)工程師站的功能 系統(tǒng)工程師站的功能主要包括對(duì)系統(tǒng)的組態(tài)功能及對(duì)系統(tǒng)的監(jiān)督功能.

組態(tài)功能:工程師站的最主要功能是對(duì)DCS進(jìn)行離線(xiàn)的配置和組態(tài)工作.在DCS進(jìn)行配置和組態(tài)之前,它是毫無(wú)實(shí)際應(yīng)用功能的,只有在對(duì)應(yīng)用過(guò)程進(jìn)行了詳細(xì)的分析、設(shè)計(jì)并按設(shè)計(jì)要求正確地完成了組態(tài)工作之后,DCS才成為一個(gè)真正適合于某個(gè)生產(chǎn)過(guò)程使用的應(yīng)用控制系統(tǒng).系統(tǒng)工程師在進(jìn)行系統(tǒng)的組態(tài)工作時(shí),可依照給定的運(yùn)算功能模塊進(jìn)行選擇、連接、組態(tài)和設(shè)定參數(shù),用戶(hù)無(wú)須編制程序.96(2)工程師站的功能19

監(jiān)督功能:與操作員站不同,工程師站必須對(duì)DCS本身的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視,包括各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)I/O控制站的運(yùn)行狀態(tài)、各操作員站的運(yùn)行情況、網(wǎng)絡(luò)通信情況等等.一旦發(fā)現(xiàn)異常,系統(tǒng)工程師必須及時(shí)采取措施,進(jìn)行維修或調(diào)整,以使DCS能保證連續(xù)正常運(yùn)行,不會(huì)因?qū)ιa(chǎn)過(guò)程的失控造成損失.另外還具有對(duì)組態(tài)的在線(xiàn)修改功能,如上、下限定值的改變,控制參數(shù)的修整,對(duì)檢測(cè)點(diǎn)甚至對(duì)某個(gè)現(xiàn)場(chǎng)I/O站的離線(xiàn)直接操作.在集中操作監(jiān)控級(jí)這一層,當(dāng)被監(jiān)控對(duì)象較多時(shí)還配有監(jiān)控計(jì)算機(jī);當(dāng)需要與上下層網(wǎng)絡(luò)交換信息時(shí)還需配備網(wǎng)間聯(lián)接器.97監(jiān)督功能:與操作員站不同,工程師站必須對(duì)DCS本身的 這一級(jí)主要由高檔微機(jī)或小型機(jī)擔(dān)當(dāng)?shù)墓芾碛?jì)算機(jī)構(gòu)成,如圖7-1所示的頂層部分.DCS的綜合信息管理級(jí)實(shí)際上是一個(gè)管理信息系統(tǒng)MIS系統(tǒng)(ManagementlnformationSystem),由計(jì)算機(jī)硬件、軟件、數(shù)據(jù)庫(kù)、各種規(guī)程和人共同組成的工廠(chǎng)自動(dòng)化綜合服務(wù)體系和辦公自動(dòng)化系統(tǒng). MIS是一個(gè)以數(shù)據(jù)為中心的計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng).企業(yè)MIS可粗略地分為市場(chǎng)經(jīng)營(yíng)管理、生產(chǎn)管理、財(cái)務(wù)管理和人事管理四個(gè)子系統(tǒng).子系統(tǒng)從功能上說(shuō)應(yīng)盡可能獨(dú)立,子系統(tǒng)之間通過(guò)信息而相互聯(lián)系. DCS的綜合信息管理級(jí)主要完成生產(chǎn)管理和經(jīng)營(yíng)管理功能.比如進(jìn)行市場(chǎng)預(yù)測(cè),經(jīng)濟(jì)信息分析;對(duì)原材料庫(kù)存情況、生產(chǎn)進(jìn)度、工藝流程及工藝參數(shù)進(jìn)行生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)和報(bào)表;進(jìn)行長(zhǎng)期性的趨勢(shì)分析,作出生產(chǎn)和經(jīng)營(yíng)決策,確保最優(yōu)化的經(jīng)濟(jì)效益. 目前國(guó)內(nèi)使用的DCS重點(diǎn)主要放在底層與中層二級(jí)上.6.1.3綜合信息管理級(jí)98 這一級(jí)主要由高檔微機(jī)或小型機(jī)擔(dān)當(dāng)?shù)墓芾碛?jì)算機(jī)構(gòu)成,如圖76.1.4通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) DCS各級(jí)之間的信息傳輸主要依靠通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)來(lái)支持.通信網(wǎng)分成低速、中速、高速通信網(wǎng)絡(luò).低速網(wǎng)絡(luò)面向分散過(guò)程控制級(jí);中速網(wǎng)絡(luò)面向集中操作監(jiān)控級(jí);高速網(wǎng)絡(luò)面向管理級(jí). 用于DCS的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在很多方面的要求不同于通用的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò).它是一個(gè)實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò),也就是說(shuō)網(wǎng)絡(luò)需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)通信的實(shí)時(shí)性要求,在確定的時(shí)限內(nèi)完成信息的傳送.996.1.4通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) DCS各級(jí)之間的信息傳輸主要依靠通 根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),DCS的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)大致可分為星型、總線(xiàn)型和環(huán)型結(jié)構(gòu)三種.DCS廠(chǎng)家常采用的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是環(huán)型網(wǎng)和總線(xiàn)型網(wǎng),在這兩種結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)中,各個(gè)節(jié)點(diǎn)可以說(shuō)是平等的,任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的通信可以直接通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行,而不需要其它節(jié)點(diǎn)的介入. 在比較大的分散控制系統(tǒng)中,為了提高系統(tǒng)性能,也可以把集中網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)合理地運(yùn)用于一個(gè)系統(tǒng)中,以充分利用各網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn).100 根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),DCS的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)大致可分為星型、總線(xiàn)由于DCS是多層體系結(jié)構(gòu),每層的硬件組成及其完成功能不同,因而相應(yīng)的軟件系統(tǒng)也會(huì)不同.處于高層的DCS綜合信息管理級(jí)是一個(gè)以數(shù)據(jù)處理為中心的管理信息系統(tǒng),而從自動(dòng)控制的角度出發(fā),更關(guān)心用于底層與中間層的軟件系統(tǒng),它主要包括控制軟件包、操作顯示軟件包等.

6.2DCS功能特點(diǎn)

101由于DCS是多層體系結(jié)構(gòu),每層的硬件組成及其完成功能用于分散過(guò)程控制級(jí)的控制軟件包為用戶(hù)提供各種過(guò)程控制的功能,包括數(shù)據(jù)采集和處理、控制算法、常用運(yùn)算公式和控制輸出等功能模塊.由于構(gòu)成這一級(jí)的可能是現(xiàn)場(chǎng)控制站、PLC或智能調(diào)節(jié)器等不同的測(cè)控裝置,而且既便是同一種裝置但廠(chǎng)家品牌、型號(hào)也可能不同,實(shí)際上支持這些硬件裝置的軟件平臺(tái)和編程語(yǔ)言都不相同.歸納起來(lái)有圖形化編程(又分功能塊圖、梯形圖、順序功能圖),文本化語(yǔ)言(又分指令表和結(jié)構(gòu)化文本),面向