第3章國(guó)產(chǎn)集散型控制系統(tǒng)——HS2000

3.1HS2000系統(tǒng)的基本特點(diǎn)

3.2HS2000系統(tǒng)的基本組成

3.3HS2000系統(tǒng)的硬件配置

3.4HS2000系統(tǒng)的I/O現(xiàn)場(chǎng)控制站配置3.5HS2000系統(tǒng)的軟件組態(tài)

3.1HS2000系統(tǒng)的基本特點(diǎn)

高可靠性直觀、方便的操作平臺(tái)方便的維護(hù)手段系統(tǒng)的開放性完善的質(zhì)量保證體系優(yōu)良的系統(tǒng)性能3.2HS2000系統(tǒng)的基本組成

HS2000系統(tǒng)是分層式集散型控制系統(tǒng)，可根據(jù)用戶的 要求，組合成小型、中型和大型的綜合控制系統(tǒng)。系統(tǒng)是 以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，各種不同的設(shè)備掛接在網(wǎng)絡(luò)上，實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào) 工作、數(shù)據(jù)和信息共享，共同完成各種控制及管理功能。

HS2000系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)如圖3-1所示。圖3-1HS2000系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)

3.2.1HS2000系統(tǒng)的三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

HS2000系統(tǒng)由三層網(wǎng)絡(luò)組成，根據(jù)不同的系統(tǒng)規(guī)模要求可以進(jìn)行靈活配置成HS2000系統(tǒng)的大型、中型和小型系統(tǒng)。見圖3-1。

1.管理協(xié)調(diào)網(wǎng)絡(luò)（MNET）

MNET是HS2000系統(tǒng)的最高一級(jí)網(wǎng)絡(luò)，配置在HS2000L大型系統(tǒng)中。MNET為開放式標(biāo)準(zhǔn)局域網(wǎng)絡(luò)，采用TCP/IP、Ethernet等網(wǎng)絡(luò)協(xié)議及Novell網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

2.系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)（SNET）

SNET是連接系統(tǒng)中工程師站、操作員站和I/O現(xiàn)場(chǎng)控制站的主干網(wǎng)，配置在HS2000M中型系統(tǒng)中，適用于中等規(guī)模裝置的控制系統(tǒng)。SNET采用雙冗余結(jié)構(gòu)。

3.控制網(wǎng)絡(luò)（CNET）

HS2000系統(tǒng)的一個(gè)突出特點(diǎn)是I/O現(xiàn)場(chǎng)控制站內(nèi)采用了目前國(guó)際工控界較為先進(jìn)的體系結(jié)構(gòu)，即各個(gè)I/O組件之間及各組件內(nèi)部的各模板之間的數(shù)據(jù)聯(lián)系采用了網(wǎng)絡(luò)通信，而不是傳統(tǒng)的并行總線。

3.2.2HS2000系統(tǒng)的I/O現(xiàn)場(chǎng)控制站

I/O現(xiàn)場(chǎng)控制站最多包括4個(gè)卡件機(jī)箱及箱內(nèi)的各種卡件模板，還有現(xiàn)場(chǎng)電源、接線端子、風(fēng)扇等設(shè)備。一般而言，一個(gè)I/O現(xiàn)場(chǎng)控制站由一個(gè)主控組件和0~3個(gè)輔助組件組成。

1．主控組件

構(gòu)成一個(gè)主控組件的基本要素是機(jī)籠、底板和電源。機(jī)籠和底板為固定結(jié)構(gòu)。每個(gè)底板上有8組插槽，每組插槽上可插一種功能模板。各插槽允許插入的模板種類如下：

1)0號(hào)插槽只能插入電源模板；

2)1號(hào)插槽內(nèi)插入CPU模板；

3)2號(hào)插槽內(nèi)可插入各種I/O通道模板，也可插入CPU模板。若插入CPU模板，則該CPU模板是1號(hào)插槽內(nèi)CPU模板的冗余備份板；

4)3~7號(hào)插槽內(nèi)只能插入I/O通道模板，其中任意兩個(gè)相鄰的插槽可以插入同一配置的I/O通道模板，構(gòu)成冗余結(jié)構(gòu)。 組件內(nèi)的CPU模版通過(guò)CNET與各I/O通道模版相連接并進(jìn)行通信。每塊CPU模版上掛了一個(gè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)SNET控制器模版；每塊I/O通道模版上掛了一塊信號(hào)轉(zhuǎn)換和調(diào)理板。

2.輔助組件

輔助組件和主控組件的區(qū)別是：輔助組件機(jī)箱內(nèi)不插入CPU主控制器模板。1~7號(hào)插槽內(nèi)全部插入I/O通道模板，其他完全同主控組件。一般而言，輔助組件是作為主控組件的I/O擴(kuò)充而存在的。 輔助組件也可以直接通過(guò)控制網(wǎng)絡(luò)CNET掛接在工業(yè)PC機(jī)上。I/O現(xiàn)場(chǎng)控制站的組成3.2.3HS2000系統(tǒng)的操作員站

HS2000系統(tǒng)的操作員站具有完成諸如總貌顯示、工藝畫面顯示、控制分組調(diào)節(jié)、趨勢(shì)曲線顯示、報(bào)警觀察處理、生產(chǎn)記錄報(bào)表的在線打印、運(yùn)行狀態(tài)及故障顯示等功能。HS2000系統(tǒng)的操作員站的組成如下：工業(yè)操作臺(tái)；高可靠工業(yè)PC機(jī)，80386或80486CPU，4~8MB內(nèi)存，210MB硬盤，串、并行接口等；20in工業(yè)彩色監(jiān)視器；彩色薄膜操作鍵盤，軌跡球；雙冗余網(wǎng)絡(luò)控制板。3.2.4HS2000系統(tǒng)的工程師站

HS2000系統(tǒng)的工程師站能實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)的功能組態(tài)、組態(tài)數(shù)據(jù)下裝，同時(shí)也能起到運(yùn)行監(jiān)視作用。在工程師站上運(yùn)行的全方位、漢化組態(tài)軟件，具有工位數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài)、圖形組態(tài)、歷史數(shù)據(jù)及趨勢(shì)組態(tài)等功能。HS2000系統(tǒng)的工程師站的組成如下：標(biāo)準(zhǔn)的IBM-PC兼容機(jī)：80386或80486CPU，4MB內(nèi)存，串、并行接口；210MB硬盤，3.5in軟盤驅(qū)動(dòng)器；14in彩色監(jiān)視器；漢字打印機(jī)；標(biāo)準(zhǔn)鍵盤；網(wǎng)絡(luò)控制板。3.3HS2000系統(tǒng)的硬件配置

為了適應(yīng)不同用戶的需要，HS2000系統(tǒng)可以配置成以下三種模式：

1)HS2000S小型集散型控制系統(tǒng)，適用于工業(yè)鍋爐控制及石油、化工、冶金、制藥等行業(yè)的小型裝置；

2)HS2000M中型集散型控制系統(tǒng)，適用于20萬(wàn)千瓦及以下電站控制和數(shù)據(jù)采集、中型石化、冶金、建材等大多數(shù)工業(yè)裝置的過(guò)程控制和數(shù)據(jù)管理；

3)HS2000L大型集散型控制系統(tǒng)，適用于大型火力、水力電站等大型工業(yè)裝置，全廠能源管理及廠級(jí)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。

HS2000S小型集散型控制系統(tǒng)由輔助組件和工業(yè)PC機(jī)通過(guò)CNET控制網(wǎng)絡(luò)連接直接構(gòu)成，如圖3-2所示。

3.3.1HS2000S小型集散型控制系統(tǒng)的配置

圖3-2HS2000S小型系統(tǒng)HS2000S小型控制系統(tǒng)的配置規(guī)模系統(tǒng)可以配置1~2個(gè)操作員站，其中只能有一個(gè)站作為 控制站，另一個(gè)作為監(jiān)視站兼在線備份站；I/O輔助組件最多為4個(gè)，最多可容納I/O通道模板數(shù)為

28塊；最大I/O點(diǎn)數(shù)為

200個(gè)AI點(diǎn)、32個(gè)AO點(diǎn)、

200個(gè)DI點(diǎn)和200個(gè)DO點(diǎn)；

CNET控制網(wǎng)絡(luò)最大傳輸距離為1000m。

3.3.2HS2000M中型集散型控制系統(tǒng)的配置

HS2000M中型控制系統(tǒng)是典型的“三站一線”結(jié)構(gòu)，即由

SNET系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連接多個(gè)操作員站、工程師站及I/O現(xiàn)場(chǎng)控 制站組成，如圖3-3所示。每個(gè)I/O現(xiàn)場(chǎng)控制站內(nèi)一般包括

1個(gè)主控組件和1~3個(gè)輔助組件，構(gòu)成一個(gè)較大規(guī)模的工業(yè) 控制系統(tǒng)，是一個(gè)典型的集散型控制系統(tǒng)。

HS2000M中型控制系統(tǒng)的配置規(guī)模：

1)工程師站：1臺(tái)；

2)操作員站：1~8臺(tái)；

3)I/O現(xiàn)場(chǎng)控制站：1~20臺(tái)。

其中：工程師站可以用操作員站復(fù)用；I/O現(xiàn)場(chǎng)控制站可以配置成HS2000S；每個(gè)I/O站配置一個(gè)主控組件，0~3

個(gè)輔助組件。圖3-3HS2000M中型系統(tǒng)

3.3.3HS2000L大型集散型控制系統(tǒng)的配置

HS2000L大型集散型控制系統(tǒng)是在HS2000M中型集散型控制系統(tǒng)和HS2000S小型集散型控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，集現(xiàn)場(chǎng)裝置控制、多裝置協(xié)調(diào)控制和廠級(jí)生產(chǎn)管理功能于一體 的大型綜合性系統(tǒng)。其結(jié)構(gòu)見教材中圖3-1。

HS2000L系統(tǒng)由多套HS2000M中型系統(tǒng)和HS2000S小型 系統(tǒng)構(gòu)成控制層，由基于MS-windows的PC機(jī)以及基于X-windows的工作站（workstation）構(gòu)成管理層，兩者之間通過(guò)高速局域網(wǎng)連接起來(lái)。

3.4HS2000系統(tǒng)的I/O現(xiàn)場(chǎng)控制站配置

HS2000系統(tǒng)的I/O現(xiàn)場(chǎng)控制站是一個(gè)具有信號(hào)采集、 回路調(diào)節(jié)、邏輯連鎖、順序控制及本地操作等功能的大型現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備。它吸取了國(guó)外多家集散型控制系統(tǒng)在現(xiàn)場(chǎng)控制站這一級(jí)的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，具有可靠性高、分散度高、可冗余配置等技術(shù)特色，用戶可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的不同需要，對(duì)I/O現(xiàn)場(chǎng)控制站進(jìn)行靈活配置。3.4.1I/O現(xiàn)場(chǎng)控制站的應(yīng)用容量

正常情況下，一個(gè)I/O現(xiàn)場(chǎng)控制站在配置上包括1個(gè)主控組件和1個(gè)輔助組件。最大限度配置為1個(gè)主控組件和3個(gè)輔助組件。

1個(gè)主控組件最多容納5塊I/O通道模板，1個(gè)輔助組件最多容納7塊I/O通道模板。一個(gè)I/O現(xiàn)場(chǎng)控制站的最大容量為

1)48個(gè)控制回路數(shù)； 2)255個(gè)模擬量輸入點(diǎn)數(shù)；

3)64個(gè)模擬量輸出點(diǎn)數(shù)； 4)512個(gè)開關(guān)量輸入/輸出點(diǎn)數(shù)；

5)144個(gè)脈沖量輸入點(diǎn)數(shù)； 6)192個(gè)中斷開關(guān)量(SOE)點(diǎn)數(shù)；

7)24個(gè)脈寬調(diào)制(PWM)信號(hào)輸出點(diǎn)數(shù)；

8)48個(gè)交流采樣輸入點(diǎn)數(shù)。3.4.2I/O現(xiàn)場(chǎng)控制站的硬件構(gòu)成

I/O現(xiàn)場(chǎng)控制站一般由I/O功能組件、現(xiàn)場(chǎng)電源和各種端子板組成。主要部分是I/O功能組件。

1.I/O功能組件

HS2000系統(tǒng)的I/O功能組件主要包括組件機(jī)箱、總線底板以及I/O功能模板。下面介紹如何構(gòu)成I/O功能模板的冗 余。

1)HS2000系統(tǒng)的I/O現(xiàn)場(chǎng)控制站的電源經(jīng)過(guò)特殊設(shè)計(jì)，即雙重化 冗余配置。

2)主控組件內(nèi)可配置兩塊CPU模板，構(gòu)成雙重化冗余結(jié)構(gòu)。

3)其余I/O功能模板中，凡是相鄰兩塊均可構(gòu)成雙重化冗余結(jié)構(gòu)。

4)每塊SNET網(wǎng)絡(luò)控制器模板內(nèi)置兩套SNET網(wǎng)絡(luò)控制 邏輯，本身即為雙重化冗余結(jié)構(gòu)；若系統(tǒng)中配置了CPU模版雙冗余結(jié) 構(gòu)，則所掛背的兩塊SNET網(wǎng)絡(luò)控制器模版即可構(gòu)成多重冗余結(jié)構(gòu)。輸入/輸出信號(hào)的轉(zhuǎn)換、處理在I/O板極上即可完成，無(wú)需主控制器參與，使系統(tǒng)的分散度增加，從而提高系統(tǒng)的可靠性。減輕了系統(tǒng)主控制器CPU的負(fù)荷，使系統(tǒng)的效率進(jìn)一步提高。有效地對(duì)模板的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)故障自診斷。減輕控制網(wǎng)絡(luò)CNET上的數(shù)據(jù)流量，提高系統(tǒng)的吞吐量。 一般情況下，I/O功能模版分為公共模版、I/O通道模版和調(diào)理端子模版三大類。

2.I/O功能模板設(shè)計(jì)特點(diǎn)

I/O功能模版設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

3.I/O功能模板的型號(hào)及分類

I/O功能模板的型號(hào)定義如下：

其中，模板類型編號(hào)為：

9——輔助功能模板

8——主控制器CPU模板

7——保留

6——數(shù)字量通道模板

5——保留

4——模擬量通道模板

3——I/O功能擴(kuò)展板

2——SNET網(wǎng)絡(luò)接口板

1——總線底板

0——保留

HS2000系統(tǒng)提供了豐富的硬件模板產(chǎn)品，各種模板型號(hào)及其功能見教材中表3-1所示。

4.現(xiàn)場(chǎng)電源

現(xiàn)場(chǎng)電源設(shè)置在I/O機(jī)柜中的上部，提供±24V、±12V

直流電壓，為現(xiàn)場(chǎng)二線制變送器及I/O端子板供電。 現(xiàn)場(chǎng)電源的供電指標(biāo)為：輸出電壓范圍：0~32V可調(diào)；輸出電流：0~3A。

5.I/O現(xiàn)場(chǎng)控制站的技術(shù)指標(biāo)

I/O現(xiàn)場(chǎng)控制站的技術(shù)指標(biāo)主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：電源規(guī)格；停電時(shí)存儲(chǔ)器保護(hù)?！纠?-1】已知某HS2000系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)控制站的AO信號(hào)為4~20mA、12路，試選擇所需I/O通道模板、調(diào)理模板及其端子板的型號(hào)和數(shù)量。解：根據(jù)教材中表3-1可知，該HS2000系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)控制站的I/O通道模板、調(diào)理模板及其端子板為：類型數(shù)據(jù)點(diǎn)參數(shù)通道模板調(diào)理模板端子板AO4~20mA、12路2F41╳12T46╳12T30╳1【例3-2】已知前題I/O站的開關(guān)量信號(hào)如下：(1)DI：干結(jié)點(diǎn)輸入，38點(diǎn)。(2)DO：電平輸出，32點(diǎn)。試分別選擇所需I/O通道模板、調(diào)理模板及其端子模板的型號(hào)和數(shù)量。

解：

根據(jù)教材中表3-1可知，該HS2000系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)控制站的I/O通道模板、調(diào)理模板及其端子板為：

類型數(shù)據(jù)點(diǎn)參數(shù)通道模板調(diào)理模板端子板DI干結(jié)點(diǎn)輸入，38點(diǎn)2F60╳22T60╳22T30╳3DO電平輸出，32點(diǎn)2F60╳12T60╳12T30╳23.5HS2000系統(tǒng)的軟件組態(tài)

HS2000系統(tǒng)的軟件分為工程師站組態(tài)軟件、操作員站 實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件以及I/O現(xiàn)場(chǎng)控制站軟件三大部分。這三部 分軟件分別運(yùn)行于系統(tǒng)的不同層次的硬件平臺(tái)，并通過(guò)系 統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)及網(wǎng)絡(luò)通信軟件，彼此相互配合、相互協(xié)調(diào)，交換 各種數(shù)據(jù)及管理、控制信息，從而完成整個(gè)集散型控制系 統(tǒng)的各種功能。

3.5.1工程師站組態(tài)軟件

HS2000系統(tǒng)的工程師站上配有一套全漢化、功能齊全的系統(tǒng)組態(tài)軟件。下面介紹該系統(tǒng)軟件的組成和特點(diǎn)。

1.系統(tǒng)配置組態(tài)

該系統(tǒng)軟件可以方便地定義整個(gè)系統(tǒng)的硬件配置，完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)各種信號(hào)的定義，并支持各種標(biāo)準(zhǔn)、非標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的轉(zhuǎn)換。圖3-4所示為某模出信號(hào)的組態(tài)畫面。

2.控制及算法組態(tài)

通過(guò)HS2000系統(tǒng)的控制及算法組態(tài)可以生成系統(tǒng)所有回路連續(xù)控制算法、順序控制算法、特殊處理算法及統(tǒng)計(jì)算法。

3.流程圖組態(tài)

HS2000系統(tǒng)提供了一個(gè)高水平的圖形組態(tài)工具軟件，利用該工具軟件提供的大量標(biāo)準(zhǔn)圖符、圖表，系統(tǒng)可方便地生成各種美觀且直觀的流程圖、總貌圖等。

圖3-4典型的模出信號(hào)的組態(tài)畫面

4.漢字報(bào)表組態(tài)

HS2000系統(tǒng)提供了一個(gè)圖形化的報(bào)表生成工具軟件，用戶通過(guò)“所見即所得”的方式，在報(bào)表編輯窗口內(nèi)任意繪出所需的報(bào)表格式，再定義出在報(bào)表上需要實(shí)時(shí)打印的動(dòng)態(tài)點(diǎn)，即完成各種工廠用的班報(bào)、日?qǐng)?bào)、月報(bào)等各種統(tǒng)計(jì)報(bào)表。

HS2000系統(tǒng)的軟件組態(tài)3.5.2操作員站軟件

HS2000系統(tǒng)提供了一套方便、直觀的操作員站實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件，該軟件運(yùn)行在實(shí)時(shí)、多任務(wù)操作系統(tǒng)下，配合專用的觸摸鍵盤及軌跡球，操作員可以直觀、方便地實(shí)現(xiàn)諸如總貌顯示、工藝畫面顯示、控制分組調(diào)節(jié)、趨勢(shì)曲線顯示、報(bào)警觀察處理、報(bào)表打印系統(tǒng)運(yùn)行及故障顯示等各種現(xiàn)場(chǎng)控制操作。

1．畫面及流程顯示見圖3-6所示工藝流程畫