控制仪表及装置第七章ppt课件

1、第七章第七章 集散控制系统集散控制系统第一节第一节 概述概述第二节第二节 集散控制系统通讯网络集散控制系统通讯网络第三节第三节 TPS集散控制系统集散控制系统第四节第四节 PCS7过程控制系统过程控制系统第五节第五节 集散控制系统可靠性集散控制系统可靠性第一节第一节 概述概述 集散控制系统的开展历程集散控制系统的开展历程 20世纪世纪50、60年代，过程工业主要运用模拟式仪表，年代，过程工业主要运用模拟式仪表，它们功能单一、控制精度不高。以后的它们功能单一、控制精度不高。以后的 DDC和和SCC集中型计算机控制系统能进展复杂控制集中型计算机控制系统能进展复杂控制, 但存在危险但存在危险集中的问

2、题。集中的问题。1975年年Honeywell推出了世界上第一套集散控制系统推出了世界上第一套集散控制系统 TDC2000, 实现了分散控制和集中操作与管理的功实现了分散控制和集中操作与管理的功能能, 以后十年以后十年DCS不断完善。不断完善。20世纪世纪 90年代以来推出了以管控一体化为主要特征年代以来推出了以管控一体化为主要特征的的DCS, 随着随着PLC和和FCS技术的开展技术的开展, DCS与与PLC和和FCS相交融的混合型分布式控制系统也已出现。相交融的混合型分布式控制系统也已出现。 功能齐全功能齐全 人机联络完善人机联络完善 可靠性高可靠性高 系统拓展灵敏系统拓展灵敏 安装调试简单

3、安装调试简单集散控制系统的性能比常规仪表控制系统和集中集散控制系统的性能比常规仪表控制系统和集中型计算机控制系统更为优越型计算机控制系统更为优越,它的主要特点如下：它的主要特点如下：CRT操作站管理计算机过程控制单元过程控制单元数据采集单元集中操作与管理安装集中操作与管理安装分散控制安装分散控制安装通讯系统通讯系统 集散控制系统的构造集散控制系统的构造与普通的局域网不同，集散控制系统中采用的通讯网络与普通的局域网不同，集散控制系统中采用的通讯网络是用于消费过程的控制和管理，它具有以下特点：是用于消费过程的控制和管理，它具有以下特点：第二节第二节 集散控制系统通讯网络集散控制系统通讯网络 通讯网

4、络的特点通讯网络的特点 1. 实时性好，动态呼应快实时性好，动态呼应快2. 可靠性高可靠性高3. 顺应恶劣的工业现场环境顺应恶劣的工业现场环境 通讯介质通讯介质1. 双绞线双绞线 最常用的通讯介质。最常用的通讯介质。2. 同轴电缆同轴电缆 用于较高速率的数据传输。用于较高速率的数据传输。 3. 光缆光缆 不受电磁波干扰，广泛运用于集散系统。不受电磁波干扰，广泛运用于集散系统。 网络构造网络构造 从站从站从站从站主站星型网络构造星型网络构造站站站站站总线型网络构造总线型网络构造环型网络构造环型网络构造站站站站站站通常有星型、总线型和环型及混合型：通常有星型、总线型和环型及混合型： 网络通讯协议网

5、络通讯协议 通讯协议以开放系统互连通讯协议以开放系统互连 (OSI) 参考模型为根底，常参考模型为根底，常基于物理层和数据链路层而制定。数据链路层分为介质基于物理层和数据链路层而制定。数据链路层分为介质访问控制层访问控制层(MAC)和逻辑链路控制层和逻辑链路控制层(LLC)。运用最广。运用最广泛的通讯协议是泛的通讯协议是IEEE 802系列，常用通讯协议有系列，常用通讯协议有 ：IEEE 802.1 局域网概述、体系构造；局域网概述、体系构造；IEEE 802.2 逻辑链路控制；逻辑链路控制；IEEE 802.3 总线网的总线网的MAC与物理层规范；与物理层规范；IEEE 802.4 令牌总线

6、网的令牌总线网的MAC与物理层规范；与物理层规范；IEEE 802.5 令牌环网的令牌环网的MAC与物理层规范；与物理层规范；IEEE 802.11 无线局域网规范；无线局域网规范；IEEE 802.15 短间隔无线网络技术规范短间隔无线网络技术规范 等。等。第三节第三节 TPS集散控制系统集散控制系统万能任务站万能任务站UWS万能操作站万能操作站US新型万能操新型万能操作站作站UXS运用模件运用模件AM新型运用模新型运用模件件AXM衔接器衔接器CG、PLCG网络衔接器网络衔接器NG全方位万能全方位万能操作站操作站GUS高速通路衔高速通路衔接器接器HG网络接口模网络接口模件件NIM根本控制器B

7、C多功能控制器MC先进多功能控制器AMC数据高速通路口DHP扩展控制器EC加强型操作EOS根本操作站BOS过程接口单元PIU通用计算机接口GPCI逻辑管理器逻辑管理器LM先进过程管理先进过程管理器器APM缺点平安控制管缺点平安控制管理器理器FSC过程管理器过程管理器PM高性能过程管高性能过程管理器理器HPMDEC VAX计计算机算机AXP计算机计算机管理管理计算机计算机历史模件历史模件HM工厂信息网工厂信息网 (PIN)局域控制网局域控制网 (LCN)万能控制网万能控制网 (UCN)根本系统根本系统 (BASIC)高速通路指挥器HTD数据高速通路DHTPS系统根本构成图系统根本构成图系统构成系

8、统构成 分散过程控制安装分散过程控制安装 分散过程控制安装包括衔接在分散过程控制安装包括衔接在 DH 上的上的BC、EC、MC、AMC 和衔接在和衔接在 UCN 上的上的 PM、APM、HPM、LM 和和FSC。 过程管理器过程管理器PM 根本构成：由过程管理模件根本构成：由过程管理模件PMM和和IO 子系统组成。子系统组成。PMM包括通讯处置器和调制解调器、包括通讯处置器和调制解调器、I/O链路接口链路接口处置器以及控制处置器三部分。处置器以及控制处置器三部分。I/O 子系统由双重冗余的子系统由双重冗余的 I/O链路和最多链路和最多40个个I/O处置器组成。处置器组成。完成完成 I/O处置、

9、各种控制和报警义务处置、各种控制和报警义务通讯处置器和调制解调器(M68000)I/O链路接口处置器(80C51)控制处置器(M68000)PMM高电平 模拟输入处置器16低电平 模拟输入处置器8低电平多路转换器32智能变 送器接口处置器16模拟输出处置器8脉冲输入处置器8数字输入处置器32数字输出处置器16至远处I/O处置器光缆I/O链路I/O子系统子系统(80C31)过程管理器构造过程管理器构造UCN输入输出处置功能由不同类型的输入输出处置功能由不同类型的I/O卡实现，有卡实现，有8种类种类型：高电平模拟输入处置器、低电平模拟输入处置器、型：高电平模拟输入处置器、低电平模拟输入处置器、低电

10、平多路模拟输入转换器、智能变送器接口处置器、低电平多路模拟输入转换器、智能变送器接口处置器、模拟输出处置器、数字输入处置器、数字输出处置器模拟输出处置器、数字输入处置器、数字输出处置器和脉冲输入处置器。和脉冲输入处置器。功能：输入输出处置、控制和报警功能。功能：输入输出处置、控制和报警功能。控制功能有延续控制、逻辑控制和顺序控制几种，这些控制功能有延续控制、逻辑控制和顺序控制几种，这些控制功能是由控制功能是由PMM中各种类型的功能槽中各种类型的功能槽slot完成。一个完成。一个slot称为一个数据点。类型包括常规称为一个数据点。类型包括常规PV、常规控制、数、常规控制、数字复合、逻辑、过程模件

11、、数值、形状标志和定时点。字复合、逻辑、过程模件、数值、形状标志和定时点。报警功能中的参数包括报警类型、报警限值和报警优先。报警功能中的参数包括报警类型、报警限值和报警优先。类型有绝对值、偏向与速率报警；限值有上限、下限、类型有绝对值、偏向与速率报警；限值有上限、下限、上上限、下下限等；报警优先级有三个。上上限、下下限等；报警优先级有三个。先进过程管理器先进过程管理器APM APM具有与具有与PM类似的构造方式，但在类似的构造方式，但在I/O接口、控制功接口、控制功能、内存容量和能、内存容量和CL言语等方面都较言语等方面都较PM有很大改良。有很大改良。APMM由先进通讯处置器和调制解调器、先进

12、由先进通讯处置器和调制解调器、先进I/O链路链路接口处置器和先进控制处置器三部分组成。接口处置器和先进控制处置器三部分组成。根本构成：先进过程管理模件根本构成：先进过程管理模件APMM和和I/O子系统。子系统。I/O子系统由子系统由11种种I/O处置器组成，比处置器组成，比PM多了数字输入多了数字输入事件顺序、串行设备接口和串行接口三种处置器。事件顺序、串行设备接口和串行接口三种处置器。功能：输入输出处置和控制功能。功能：输入输出处置和控制功能。输入输出功能比输入输出功能比PM添加三个功能：数字输入事件顺序、添加三个功能：数字输入事件顺序、串行设备接口、串行接口。串行设备接口、串行接口。共有共

13、有12种数据点，比种数据点，比PMM多了设备管理点、数组点、多了设备管理点、数组点、时间变量点和字符串点四种。时间变量点和字符串点四种。高性能过程管理器高性能过程管理器HPM HPM是是APM更新产品，采用两个更新产品，采用两个68040处置器作为处置器作为通讯处置器和控制处置器通讯处置器和控制处置器, 80C32作为作为I/O链路接口链路接口处置器。处置器。与与APM相比，相比，HPM在输入输出处置功能和控制功能方在输入输出处置功能和控制功能方面有所提高：面有所提高： HPM的的I/O处置器的类型也比处置器的类型也比PM多了三种，但是它的输出通道多了三种，但是它的输出通道有所添加。有所添加。

14、 HPM的常规控制点算法比的常规控制点算法比APM添加了三种，分别是乘法器添加了三种，分别是乘法器/除法除法器、带位置比例的器、带位置比例的PID和常规控制求和器。和常规控制求和器。逻辑管理器逻辑管理器LM 主要用于逻辑控制，它具有主要用于逻辑控制，它具有PLC的优点。由于它直接挂的优点。由于它直接挂在在UCN网上，故可与网络上其他模件网上，故可与网络上其他模件PM、APM、HPM等进展数据通讯，使等进展数据通讯，使PLC和和DCS有机结合，能集中显示、有机结合，能集中显示、操作和管理。操作和管理。根本构成：由逻辑管理模件根本构成：由逻辑管理模件 LMM、控制处置器和、控制处置器和 I/O链路

15、处置器及链路处置器及I/O模件组成模件组成 。功能：功能：LM以数据点为根底，实现顺序控制和紧急联以数据点为根底，实现顺序控制和紧急联锁等功能。共有锁等功能。共有9种数据点：数字输入点、数字输种数据点：数字输入点、数字输出点、模拟输入点、模拟输出点、数字复合点、链出点、模拟输入点、模拟输出点、数字复合点、链接点、形状标志点、数值点、时间点。其功能同接点、形状标志点、数值点、时间点。其功能同PM根本一样。根本一样。逻辑管理模件LMM控制处置器I/O链路处置器并行I/O模件最大点数2048逻辑管理器逻辑管理器LM串行衔接模块SLM串行I/O模件最大点数2040并行衔接驱动模块PLDM冗余UCN逻辑

16、管理器构造逻辑管理器构造 缺点平安控制管理器缺点平安控制管理器FSC FSC是一种具有高级自诊断的消费过程维护系统，其容是一种具有高级自诊断的消费过程维护系统，其容错平安停车系统用于维护消费安装和操作人员的平安。错平安停车系统用于维护消费安装和操作人员的平安。作为作为UCN的节点，可与的节点，可与PM和和LM通讯，也可经网络接通讯，也可经网络接口口NIM与与LCN上的历史模件上的历史模件HM和运用模件和运用模件AM交换信交换信息。息。 FSC平安管理模件FSC-SMM冗余UCN FSC控制器控制处置器I/O模件通讯模件FSC用户操作站现场设备FSC网络根本构成：包括根本构成：包括FSC平安管理

17、模件和平安管理模件和FSC控制器：控制器：缺点平安控制管理器缺点平安控制管理器平安管理模件平安管理模件 允许允许FSC经过串行通讯链路与经过串行通讯链路与UCN设备设备进展点对点通讯，或经进展点对点通讯，或经NIM与与LCN上的模块进展通讯。上的模块进展通讯。功能：联锁控制、停车控制和安装的整体平安控制。功能：联锁控制、停车控制和安装的整体平安控制。控制处置器控制处置器 执行逻辑图组态的控制程序，并将结果传到执行逻辑图组态的控制程序，并将结果传到输出接口。它对输出接口。它对FSC硬件进展延续测试硬件进展延续测试, 一旦发现缺点，一旦发现缺点，诊断信息立刻经过诊断信息立刻经过SMM在操作站上报告

18、，确保过程的在操作站上报告，确保过程的平安控制、系统扩展的控制以及过程设备的诊断。平安控制、系统扩展的控制以及过程设备的诊断。I/O模件模件 衔接各种数字量和模拟量信号衔接各种数字量和模拟量信号, 一切的一切的I/O模件模件与现场信号之间都采用光隔离。缺点平安与现场信号之间都采用光隔离。缺点平安I/O模件支持模件支持系统的自诊断功能，用于平安检测和控制。系统的自诊断功能，用于平安检测和控制。通讯模件：一是通讯模件：一是FSC网络的通讯模件网络的通讯模件, 经过它可与其他经过它可与其他FSC系统进展通讯。二是系统进展通讯。二是FSC用户操作站通讯模件用户操作站通讯模件, 允允许用户在操作站上对许

19、用户在操作站上对FSC的参数及其属性进展组态。的参数及其属性进展组态。 集中操作管理安装集中操作管理安装 集中操作管理安装包括集中操作管理安装包括BOS、EOS、US、UXS、UWS、GUS、以及、以及AM、AXM和和HM。 万能操作站万能操作站USUS是是LCN网上的模件，是网上的模件，是TPS系统中主要的人机界面。系统中主要的人机界面。它提供了综合性的单一窗口。它提供了综合性的单一窗口。 根本构成：由硬件和软件两部分组成：根本构成：由硬件和软件两部分组成：硬件硬件 包括主机、彩色包括主机、彩色CRT显示器、操作员显示器、操作员/工程师键盘、工程师键盘、轨迹球、键锁和外围设备等。轨迹球、键锁

20、和外围设备等。软件软件 有两类：一类是操作员属性的系统软件有两类：一类是操作员属性的系统软件, 另一类是另一类是工程师系统软件。工程师系统软件。操作员属性功能操作员属性功能 监视和控制消费过程监视和控制消费过程, 包括启停车；处包括启停车；处置报警和操作员信息；显示和打印过程历史数据、趋势、置报警和操作员信息；显示和打印过程历史数据、趋势、平均值、值班记录等；归档历史数据；监视和改动设备平均值、值班记录等；归档历史数据；监视和改动设备的形状；从历史模块或软磁盘中加载操作程序和数据库的形状；从历史模块或软磁盘中加载操作程序和数据库等。等。功能：提供不同的功能画面以完成相应的操作：功能：提供不同的

21、功能画面以完成相应的操作：过程工程师属性功能过程工程师属性功能 除具有操作员属性功能外除具有操作员属性功能外, 还添加还添加了系统组态，数据点建立，用户图形建立，自在格式报了系统组态，数据点建立，用户图形建立，自在格式报表建立，控制言语程序的编写、编译和装载功能。表建立，控制言语程序的编写、编译和装载功能。维护工程师属性功能维护工程师属性功能 提供了系统维护主菜单提供了系统维护主菜单, 可显示维可显示维护建议画面、相关信息画面、缺点设备错误信息和过程护建议画面、相关信息画面、缺点设备错误信息和过程衔接安装形状。衔接安装形状。US、UWS和和UXS性能比较性能比较US与与UWS：UWS 工程师键

22、盘比工程师键盘比US 多了多了17个特殊个特殊功能键，且未带功能键，且未带LED显示和可组态功能，它的驱动显示和可组态功能，它的驱动安装普通配置两个软盘和两个硬盘，另外还可带矩安装普通配置两个软盘和两个硬盘，另外还可带矩阵打印机。阵打印机。 UWS的主要功能与的主要功能与US一样，它具有过程工程师一样，它具有过程工程师功能、维护工程师功能和过程管理工程师功能。功能、维护工程师功能和过程管理工程师功能。US与与UXS： UXS是是US的改良型，带有工业规范协的改良型，带有工业规范协处置器，采用改良型高分辨率处置器，采用改良型高分辨率CRT。除具有过程人。除具有过程人机接口的功能外，还具有基于机接

23、口的功能外，还具有基于Unix操作系统的工厂操作系统的工厂网外设信息通讯接口功能网外设信息通讯接口功能, 并可实现并可实现X-windows环境环境下的系统操作功能下的系统操作功能, 用户可经过它将第三方计算机用户可经过它将第三方计算机与系统衔接。与系统衔接。全方位万能操作站全方位万能操作站GUSGUS是较新的操作管理站，兼有操作员站和工程师站两是较新的操作管理站，兼有操作员站和工程师站两种功能，是采用种功能，是采用Windows NT操作系统的操作系统的TPS节点之一。节点之一。根本构成：根本构成： GUS构成与构成与US类似，由主机、显示器、类似，由主机、显示器、键盘、外设等组成，但它是双

24、处置器构造，有两块键盘、外设等组成，但它是双处置器构造，有两块主机板。主机板。GUS除配置操作员键盘外，还有除配置操作员键盘外，还有PC规范键规范键盘及鼠标。盘及鼠标。 GUS采用采用Uniformance集成软件，主要有商业集成软件，主要有商业运用软件、过程历史数据库和桌面办公软件三部分。运用软件、过程历史数据库和桌面办公软件三部分。功能：功能： GUS承继了承继了US的显示、操作、过程组态等的显示、操作、过程组态等全部功能，同时提供了先进的视窗式人机接口技术，全部功能，同时提供了先进的视窗式人机接口技术，经过窗口管理软件经过窗口管理软件Safe View，实现对显示环境的，实现对显示环境的

25、管理，可选定每屏的窗口数、窗口位置、窗口挪动管理，可选定每屏的窗口数、窗口位置、窗口挪动的限制等。的限制等。 运用模件运用模件AMAM是具有高级控制和计算算法的是具有高级控制和计算算法的LCN模件。模件。根本构成：包括微处置器卡、根本构成：包括微处置器卡、LCN接口卡、接口卡、LCN输输入输出卡以及存储器卡等部分。入输出卡以及存储器卡等部分。AM具有顺应各种机具有顺应各种机型的软件型的软件,除了除了AM系统的软件之外，还具有基于系统的软件之外，还具有基于DEC公司公司VAX计算机的、计算机的、PC的和的和Macintosh计算机计算机软件。软件。功能：包括控制、计算以及通讯功能。其控制功能功能

26、：包括控制、计算以及通讯功能。其控制功能也是由各种类型的数据点来完成的。包括：常规点、也是由各种类型的数据点来完成的。包括：常规点、旗标点、数字点、时间点、计算点、开关点和用户旗标点、数字点、时间点、计算点、开关点和用户数据段。数据段。 AM起着特殊的网络沟通作用，与三条网络起着特殊的网络沟通作用，与三条网络LCN、UCN和和DH上的一切设备均有联络。上的一切设备均有联络。AXM性能优于性能优于AM, 用双重处置器用双重处置器,可带浮点处置硬可带浮点处置硬件件,RISC协处置器用于与协处置器用于与UNIX系统衔接。软件环境是系统衔接。软件环境是Open USE。历史模件历史模件HMHM是大容量

27、存储器，存储系统软件、运用软件和历史是大容量存储器，存储系统软件、运用软件和历史数据。数据。根本构成：根本构成：HM的构成和的构成和AM类似，其硬件组成包括：类似，其硬件组成包括：LCN接口、微处置器和存储器。接口、微处置器和存储器。HM的存储器分为的存储器分为冗余的单驱动和双驱动，不冗余的单驱动和双驱动冗余的单驱动和双驱动，不冗余的单驱动和双驱动四种组合类型。四种组合类型。功能：用于存储三种信息：过程历史数据延续的功能：用于存储三种信息：过程历史数据延续的过程瞬时值或平均值、过程事件、系统事件、日志过程瞬时值或平均值、过程事件、系统事件、日志等、运用软件用户文件、系统组态文件、运用等、运用软

28、件用户文件、系统组态文件、运用数据库文件、用户图形、控制言语程序等、系统数据库文件、用户图形、控制言语程序等、系统软件支持系统正常任务的软件。软件支持系统正常任务的软件。 通讯网络通讯网络 通讯网络包括数据高速通路通讯网络包括数据高速通路(DH)、局域控制网、局域控制网(LCN)、万能控制网万能控制网(UCN)和工厂信息网和工厂信息网(PIN)。数据高速通路数据高速通路DHDH 是是TPS 根本系统的通讯网络，用于早期分散控制安根本系统的通讯网络，用于早期分散控制安装间的信息传送。它采用总线型构造和广播式通讯协议，装间的信息传送。它采用总线型构造和广播式通讯协议，传输速率为传输速率为 250k

29、b/s，由高速通路指挥器，由高速通路指挥器 HTD来指挥各来指挥各模块间的信息传送。模块间的信息传送。LCN是一种高速局域控制网，通讯系统由同轴电缆、衔是一种高速局域控制网，通讯系统由同轴电缆、衔接器、终端衔接器以及接器、终端衔接器以及LCN接口板组成。通讯链路还包接口板组成。通讯链路还包括括LCN和和DH间接口间接口HG、LCN与与UCN间接口间接口NIM以及计以及计算机衔接器算机衔接器CG等。采用两条冗余的同轴电缆，传输速率等。采用两条冗余的同轴电缆，传输速率为为5Mb/s，采用，采用 IEEE 802.4 通讯协议。通讯协议。局域控制网局域控制网LCN万能控制网络万能控制网络UCNUCN

30、 是一个过程控制级网络，由冗余的同轴电缆组成，是一个过程控制级网络，由冗余的同轴电缆组成，长度通常为长度通常为800米。网络通讯采用米。网络通讯采用 IEEE 802.4 协议，令协议，令牌总线存取方式，通讯速率为牌总线存取方式，通讯速率为 5MB/s。网间接口模件网间接口模件NIM网络接口模件网络接口模件 NIM 是是LCN网和网和UCN 网之间的衔接器。网之间的衔接器。它担任网络间通讯技术及协议的相互转换它担任网络间通讯技术及协议的相互转换, 为为LCN网上网上的模件访问的模件访问UCN网络设备的数据提供了能够。网络设备的数据提供了能够。高速通路衔接器高速通路衔接器HG 是是LCN 网与网

31、与DH 网的网络接口，不网的网络接口，不仅担负着仅担负着LCN和和DH之间的通讯义务之间的通讯义务, 还要提供还要提供DH的数的数据管理功能。据管理功能。 此外，此外，HG还有诊断、报警和时间同步等还有诊断、报警和时间同步等功能。功能。 系统组态系统组态 组态是用系统提供的功能模块或算法组成所需控制构造组态是用系统提供的功能模块或算法组成所需控制构造,完成所需功能。有系统设备组态、控制组态和画面组态。完成所需功能。有系统设备组态、控制组态和画面组态。系统设备组态系统设备组态DCS中的一切设备，都是网络上的一个节点，必需为这中的一切设备，都是网络上的一个节点，必需为这些节点分配网络地址，这就是系

32、统设备的组态。它是系些节点分配网络地址，这就是系统设备的组态。它是系统操作、管理、查询、诊断和维护的根底，分两个层次统操作、管理、查询、诊断和维护的根底，分两个层次进展，先是集中操作管理层设备组态，再是分散过程控进展，先是集中操作管理层设备组态，再是分散过程控制层设备组态。制层设备组态。集中操作管理层设备组态集中操作管理层设备组态 该层组态包括系统取名、节点该层组态包括系统取名、节点组态和系统通用信息确实定等。组态和系统通用信息确实定等。分散过程控制层设备组态分散过程控制层设备组态 该层组态包括节点登记和节点该层组态包括节点登记和节点特性组态。特性组态。控制组态控制组态控制组态为控制站建立各类

33、模块，包括输入控制组态为控制站建立各类模块，包括输入/输出模块，输出模块，运算模块，延续运算模块，延续/逻辑逻辑/顺序控制模块和程序模块，并将顺序控制模块和程序模块，并将它们组成所需的控制回路。它们组成所需的控制回路。控制组态方式：分为填表组态、言语组态和图形组态。控制组态方式：分为填表组态、言语组态和图形组态。图形组态是常采用的组态方法图形组态是常采用的组态方法, 它采用图形模块与窗口它采用图形模块与窗口参数相结合的方式参数相结合的方式, 它的根本图素是输入、输出、运算、它的根本图素是输入、输出、运算、控制等功能模块。组态时先从模块库中调出所需的模块，控制等功能模块。组态时先从模块库中调出所

34、需的模块，然后进展模块间的衔接，最后调出该模块的参数窗口，然后进展模块间的衔接，最后调出该模块的参数窗口，用户只需在这个有输入项含义提示的相关菜单中，直接用户只需在这个有输入项含义提示的相关菜单中，直接送入数据和变量，最终构成所需的控制系统。送入数据和变量，最终构成所需的控制系统。 。各种功能模块的图形组态顺序为先输入各种功能模块的图形组态顺序为先输入/输出模块，再输出模块，再运算模块和控制模块：运算模块和控制模块：输入输入/ /输出模块的组态输出模块的组态 包括定义输入包括定义输入/ /输出数据点的位号输出数据点的位号和对点的描画，确定模块在系统中的位置和确定数据点和对点的描画，确定模块在系

35、统中的位置和确定数据点的各项特性。的各项特性。 运算模块组态运算模块组态 先调出所需的算法模块，然后单击该模先调出所需的算法模块，然后单击该模块框图，翻开参数表窗口，逐项填写。主要内容包括位块框图，翻开参数表窗口，逐项填写。主要内容包括位号、算法称号、所在控制网络的位置、输入和输出信号号、算法称号、所在控制网络的位置、输入和输出信号以及相应的运算常数。以及相应的运算常数。 控制模块组态控制模块组态 分为延续控制、逻辑控制和顺序控制。分为延续控制、逻辑控制和顺序控制。延续控制模块组态以常规延续控制模块组态以常规PIDPID控制模块为中心，结合运算控制模块为中心，结合运算模块和输入模块和输入/ /

36、输出模块，即可构成单回路或复杂控制回路。输出模块，即可构成单回路或复杂控制回路。见下例：见下例： 逻辑控制模块组态逻辑控制模块组态 有梯形图、逻辑图和指令表三种：有梯形图、逻辑图和指令表三种：梯形图组态方式是先调出触点、线圈和元件，再进展触梯形图组态方式是先调出触点、线圈和元件，再进展触点、线圈和元件之间的连线，并填写触点名。点、线圈和元件之间的连线，并填写触点名。逻辑图组态方式是先调出逻辑模块，再进展模块之间的逻辑图组态方式是先调出逻辑模块，再进展模块之间的连线，并填写输入或输出变量名。连线，并填写输入或输出变量名。指令表组态方式是将逻辑图或梯形图用相应指令来描画，指令表组态方式是将逻辑图或

37、梯形图用相应指令来描画，构成指令表或程序。该方式因缺乏直观性，较少采用。构成指令表或程序。该方式因缺乏直观性，较少采用。 顺序控制模块组态顺序控制是按照时间顺序、逻辑顺序顺序控制模块组态顺序控制是按照时间顺序、逻辑顺序或混合顺序逐渐进展各阶段信息处置的控制方法。在顺或混合顺序逐渐进展各阶段信息处置的控制方法。在顺序控制中兼有延续控制、逻辑控制和输入序控制中兼有延续控制、逻辑控制和输入 / / 输出监控的输出监控的功能，在功能，在PMPM中中, ,实现普通的顺序控制可经过各类数据点的实现普通的顺序控制可经过各类数据点的组合运用加以实现。组合运用加以实现。CL编程与程序模块组态编程与程序模块组态

38、CLControl Language言语言语是是TPS系统的控制言语，供用户自行编制公用的运用程系统的控制言语，供用户自行编制公用的运用程序，以实现常规控制点无法完成的控制义务。序，以实现常规控制点无法完成的控制义务。CL包括包括CL/AM、CL/PM(APM、HPM)、CL/MC(AMC)，是一种面向过程的高级控制言语，其语法和功能类似于是一种面向过程的高级控制言语，其语法和功能类似于高级算法言语；提供了各种基于过程的语句，如高级算法言语；提供了各种基于过程的语句，如OPEN或或CLOSE开或关阀门，开或关阀门，ON或或OFF通或断设备；通或断设备；还提供了功能齐全的算式、逻辑关系式和函数等

39、。还提供了功能齐全的算式、逻辑关系式和函数等。 画面组态画面组态画面组态是指操作站、管理站、工程师站及简易型操作画面组态是指操作站、管理站、工程师站及简易型操作终端的画面组态。包括用户流程编制、历史数据生成以终端的画面组态。包括用户流程编制、历史数据生成以及自在格式报表编制等内容。及自在格式报表编制等内容。用户流程编制用户流程编制 - - 流程画面方式和流程图编辑：流程画面方式和流程图编辑：流程画面方式：静态画面、动态画面和上述画面的合成。流程画面方式：静态画面、动态画面和上述画面的合成。流程图编辑：用线和实体画根本图形，作子图，在图中流程图编辑：用线和实体画根本图形，作子图，在图中加字符和数

40、据并赋予条件，加趋势、棒图等。加字符和数据并赋予条件，加趋势、棒图等。 历史数据生成历史数据生成 历史数据是趋势显示和编制报表的数据根历史数据是趋势显示和编制报表的数据根底。用底。用HMHM作为系统的硬盘，存储历史数据和其它的过程作为系统的硬盘，存储历史数据和其它的过程或系统数据。或系统数据。 自在格式报表编制自在格式报表是一幅自在格式报表编制自在格式报表是一幅1321326666的画面，的画面，分成分成6 6屏，它是子图、文字、变量值等的组合。自在格式屏，它是子图、文字、变量值等的组合。自在格式报表比规范格式报表更灵敏，信息量更大。报表比规范格式报表更灵敏，信息量更大。 第四节第四节 PCS

41、 7过程控制系统过程控制系统 系统概述系统概述 SIMATIC PCS 7是一种新型过程控制系统。它提出了一是一种新型过程控制系统。它提出了一种选集成自动化种选集成自动化Totally Integrated Automation, TIA理念，具有一致的数据管理、通讯和组态功能。理念，具有一致的数据管理、通讯和组态功能。PCS 7 采用了采用了TIA 系列的规范硬件和软件，根本部件包系列的规范硬件和软件，根本部件包括自动化系统、分布式括自动化系统、分布式I/O、操作员站、工程师站和通、操作员站、工程师站和通讯网络。讯网络。系统由系统由PROFIBUS-DP总线和工业以太网两级网络组成。总线和工

42、业以太网两级网络组成。DP总线用于自动化系统和设备级分散总线用于自动化系统和设备级分散I/O之间通讯，是之间通讯，是系统底层控制网络。工业以太网衔接分散过程控制安装系统底层控制网络。工业以太网衔接分散过程控制安装和集中操作管理安装，构成系统上层网络。和集中操作管理安装，构成系统上层网络。AS-iProfibus-PAProfibus-PAProfibus-PAEthernetOS-LAN工业以太网工业以太网规范自动化系统AS414-3等工程师站ESOS单站OS效力器容错自动化系统AS414-4H等操作管理安装操作管理安装归档效力器OS客户机管理计算机分布式I/OET200分布式I/OET200

43、缺点平安自动化系统AS414FH等分布式I/OET200DP/PA链接器DP/PA链接器DP/PA链接器DP/AS-i链接器过程控制安装过程控制安装PCS 7系统构造系统构造 分散过程控制安装分散过程控制安装 PCS 7分散过程控制安装包括三种类型的自动化系统和分散过程控制安装包括三种类型的自动化系统和分布式分布式I/O。规范自动化系统规范自动化系统包括包括 AS 414-3、AS 416-2、AS 416-3 和和AS 417-4。其中。其中AS 414-3适于小型运用，其他用于中等规模或更大的系适于小型运用，其他用于中等规模或更大的系统。该由机架、电源模块统。该由机架、电源模块PS、中央处

44、置单元、中央处置单元CPU和通讯处置器和通讯处置器CP构成。构成。容错自动化系统容错自动化系统容错自动化系统可以满足高可靠性的要求，它包括容错自动化系统可以满足高可靠性的要求，它包括 AS 414-4-1H、AS 417-4-1H、AS 414-4-2H 和和AS 417-4-2H等四种类型的产品。等四种类型的产品。缺点平安自动化系统缺点平安自动化系统缺点平安系统不仅可检测过程中的缺点缺点平安系统不仅可检测过程中的缺点, 而且还可检测而且还可检测系统内部缺点，在检测错误时系统内部缺点，在检测错误时, 自动将安装设置到一个自动将安装设置到一个平安形状。基于平安形状。基于 AS 414H 和和 A

45、S 417H 的缺点平安自动的缺点平安自动化系统化系统F/FH 系统将工厂自动化和平安功能组合到系统将工厂自动化和平安功能组合到单一系统之中。单一系统之中。分布式分布式I/OET 200M ET 200M 是主要的分布式是主要的分布式 I/O I/O 产品，与产品，与PCS 7PCS 7的自动化的自动化系一致同用于过程控制。它由电源模块、接口模块和系一致同用于过程控制。它由电源模块、接口模块和 I/O I/O 模块组成，均可实现冗余配置。模块组成，均可实现冗余配置。 电源模块用于供电，有不同的输入电压电源模块用于供电，有不同的输入电压/电流可供选择。电流可供选择。接口模块实现接口模块实现 PR

46、OFIBUS DP衔接。衔接。ET 200M包含包含 S7-300 系列的各种系列的各种I/O 模块，最多模块，最多8个，用于衔接传个，用于衔接传感器和执行器。感器和执行器。一切一切 I/O 模块都与背板总线光学隔离。除规范模块都与背板总线光学隔离。除规范 I/O 模块模块外，还有一些公用外，还有一些公用I/O模块。模块。 ET 200M可用于规范环境，可用于规范环境，也可用于防爆也可用于防爆2区。区。其它分布式其它分布式I/OET 200iS 是具有本安性能的是具有本安性能的 I/O 产品，防护等级产品，防护等级 IP 30，可以直接安装在防爆，可以直接安装在防爆1区或区或2区中，传感器区中

47、，传感器/ 执行器执行器置于置于0区。每个模块都可在防爆环境中热插拔。区。每个模块都可在防爆环境中热插拔。ET 200S 是一种新型产品，防护等级是一种新型产品，防护等级IP 20，适用于需，适用于需求缺点平安电机启动器的场所。也支持模块的热插拔，求缺点平安电机启动器的场所。也支持模块的热插拔，但它的但它的I/O 模块比模块比ET 200iS丰富，除模拟量和数字量丰富，除模拟量和数字量I/O模块以外，还包括电机起动器、气动模块等。模块以外，还包括电机起动器、气动模块等。ET 200X 具有较高的防护等级具有较高的防护等级IP 65/67, 适于无控制柜适于无控制柜场所的多功能处理方案。其场所的

48、多功能处理方案。其 I/O 模块与模块与ET 200S类似。类似。 集中操作管理安装集中操作管理安装 PCS7的集中操作管理安装由操作员站和工程师站组成。的集中操作管理安装由操作员站和工程师站组成。操作员站操作员站OS是是PCS 7 系统的人机接口系统的人机接口, 用于消费过程的操作和监视。用于消费过程的操作和监视。有单用户系统有单用户系统OS 单站和具有客户机单站和具有客户机/效力器构造的效力器构造的多用户系统多用户系统OS客户机客户机/OS效力器。效力器。单用户系统单用户系统 一切过程操作和监视都集中在一个站中一切过程操作和监视都集中在一个站中,OS单站经过单站经过RJ 45端口可与端口可

49、与OS LAN相连，也可经过通讯处相连，也可经过通讯处置器或规范置器或规范LAN卡接入工业以太网。卡接入工业以太网。多用户系统多用户系统 经过经过OS LAN 从一个或多个从一个或多个OS 效力器接纳效力器接纳数据，它还具有客户机功能数据，它还具有客户机功能, 能访问系统中其它能访问系统中其它OS效力效力器上的数据。器上的数据。操作员站采用操作员站采用WinCC组态软件，能完成从画面显示到历组态软件，能完成从画面显示到历史趋势记录的一系列功能，并可设置操作权限。史趋势记录的一系列功能，并可设置操作权限。工程师站工程师站ES工程师站用于对整个工程师站用于对整个PCS7 系统进展组态。它采用和操系

50、统进展组态。它采用和操作员系统的作员系统的OS 单站一样的硬件以及单站一样的硬件以及Windows2000 操作操作系统系统, 可经过多屏图形卡将最多四个过程监视器衔接在可经过多屏图形卡将最多四个过程监视器衔接在一同来扩展任务区，使得组态更为方便。一同来扩展任务区，使得组态更为方便。ES软件为软件为PCS7系统的一切部件提供一致的数据管理和系统的一切部件提供一致的数据管理和组态工具，包括延续功能图组态工具，包括延续功能图CFC、顺序功能图、顺序功能图SFC、功、功能块库、硬件组态工具能块库、硬件组态工具HW Config、OS图形组态软件、图形组态软件、过程设备管理器过程设备管理器PDM等部分

51、。等部分。 CFC/SFC都是图形组态工具都是图形组态工具, 前者以功能块为根底前者以功能块为根底 , 主主要用于延续过程的控制组态，后者用于顺序控制。要用于延续过程的控制组态，后者用于顺序控制。HW Config和和PDM 是硬件组态工具，用于自动化系统、操是硬件组态工具，用于自动化系统、操作员站、工程师站、通讯网络及现场设备的组态。作员站、工程师站、通讯网络及现场设备的组态。 通讯网络通讯网络PCS 7 的通讯系统包括工业以太网和现场总线。工业以的通讯系统包括工业以太网和现场总线。工业以太网用于自动化系统与操作员站、工程师站之间的数据太网用于自动化系统与操作员站、工程师站之间的数据通讯，现

52、场总线衔接自动化系统和分布式通讯，现场总线衔接自动化系统和分布式 I/O，用于现，用于现场控制及检测采集单元的数据交换。场控制及检测采集单元的数据交换。工业以太网工业以太网工业以太网衔接分散控制安装和操作管理安装。网络可工业以太网衔接分散控制安装和操作管理安装。网络可采用总线型、星型、环型等多种拓扑构造，较大的系统采用总线型、星型、环型等多种拓扑构造，较大的系统均采用冗余光纤环网。通讯协议符合均采用冗余光纤环网。通讯协议符合IEEE802.3及及IEEE 802.3u规范。经过电气交换机和光纤交换机衔接子网，规范。经过电气交换机和光纤交换机衔接子网，最多可衔接最多可衔接1000个站。通讯间隔可

53、达个站。通讯间隔可达1.5公里公里(电缆电缆)/200公里公里(光纤光纤)。三线电缆、工业用双绞线和光缆均适宜作。三线电缆、工业用双绞线和光缆均适宜作为传输介质。为传输介质。现场总线现场总线PCS 7系统运用系统运用PROFIBUS DP、PA和和AS-I等现场总线。等现场总线。PROFIBUS DP 适用于自动控制系统和设备级分散适用于自动控制系统和设备级分散 I/O 之间通讯。之间通讯。PROFIBUS DP 网络包括由网络包括由DP 主站、从站主站、从站和和DP/PA、DP/AS-i等链接器。网络可采用总线型、星等链接器。网络可采用总线型、星型和树型等多种构造。型和树型等多种构造。 主站

54、主站 和从站之间采用轮循的通和从站之间采用轮循的通讯方式，最多可衔接讯方式，最多可衔接125个从站个从站, 传输速率可设置在传输速率可设置在 9.6 Kbit/s到到1.5Mbit/s之间。通讯介质包括光纤和屏蔽两线之间。通讯介质包括光纤和屏蔽两线电缆。通讯间隔最远可达电缆。通讯间隔最远可达9.6公里公里(电缆电缆)/90公里公里(光纤光纤)。PROFIBUS PA是专为过程自动化设计的本质平安的传是专为过程自动化设计的本质平安的传输技术，一根总线上可以同时实现供电和信息传输输技术，一根总线上可以同时实现供电和信息传输, 符符合合IEC1158- 2中规定的通讯规程，可实现总线供电和本中规定的

55、通讯规程，可实现总线供电和本质平安防爆。质平安防爆。PA拓扑构造包括总线型、星型和树型。在防爆区每个拓扑构造包括总线型、星型和树型。在防爆区每个DP/ PA 链路最多可衔接链路最多可衔接15个现场设备，非防爆区最多可个现场设备，非防爆区最多可达达31个个, 通讯介质采用屏蔽两线电缆实现。通讯间隔可通讯介质采用屏蔽两线电缆实现。通讯间隔可达达1.9公里。公里。AS-I 是直接衔接现场传感器和执行器的总线系统。是直接衔接现场传感器和执行器的总线系统。 作作为电缆束的替代品为电缆束的替代品, AS-I总线利用无屏蔽两芯电缆衔接总线利用无屏蔽两芯电缆衔接现场设备。现场设备。AS-i总线网络为单主站系统

56、总线网络为单主站系统, 拓扑构造包括拓扑构造包括总线型、星型和树型。一个规范的总线型、星型和树型。一个规范的AS-i总线系统可以最总线系统可以最多衔接多衔接31个从站个从站, 每个从站可最多配置每个从站可最多配置4路输入和路输入和4路输路输出。经扩展，系统可衔接出。经扩展，系统可衔接62个从站。通讯间隔可达个从站。通讯间隔可达100米米(无中继器无中继器)/500米米(有中继器有中继器)。 系统组态系统组态 包括硬件组态、控制组态包括硬件组态、控制组态 和和 画面组态。画面组态。 组态软件采用组态软件采用“SIMATIC MANAGER套件。套件。硬件组态硬件组态硬件模块上跳线、开关、量程卡等

57、的设定，并根据这些硬件模块上跳线、开关、量程卡等的设定，并根据这些设定经过设定经过 ES 软件中的软件中的 HW Config 对系统硬件进展初始对系统硬件进展初始化定义。化定义。硬件组态是一种图形化的组态方式，其一切模块都已作硬件组态是一种图形化的组态方式，其一切模块都已作为规范化的软件嵌入到控制技术库中，只需衔接到过程为规范化的软件嵌入到控制技术库中，只需衔接到过程流程中进展图形化显示即可。组态完成后，下载到相应流程中进展图形化显示即可。组态完成后，下载到相应的过程控制站。的过程控制站。控制组态控制组态第一种为第一种为CFC，主要用来实现阀门控制、电机控制和丈，主要用来实现阀门控制、电机控

58、制和丈量点监控等功能。组态以功能块为根底，每个功能块都量点监控等功能。组态以功能块为根底，每个功能块都有一个参数表，可根据实践工艺要求选择不同的参数，有一个参数表，可根据实践工艺要求选择不同的参数，功能块在功能块在CFC中的衔接直接用鼠标器点接。中的衔接直接用鼠标器点接。主要有两种功能不同的控制实现方法：主要有两种功能不同的控制实现方法：另一种为另一种为SFC，主要实现顺序控制。首先画出顺控的顺，主要实现顺序控制。首先画出顺控的顺序图。可选择顺序、并行分支、交替分支和回路等部分序图。可选择顺序、并行分支、交替分支和回路等部分构造。图中用大小两种方块分别表示步骤构造。图中用大小两种方块分别表示步骤 (Step) 和转移和转移条件条件(Transition)。顺控的顺序图一旦建立，只需把步骤。顺控的顺序图一旦建立，只需把步骤中要执行的义务和转移条件中的条件写入，顺控的组态中要执行的义务和转移条件中的条件写入，顺控的组态义务即得到完成。义务即得到完成。PCS7 中还可采用构造化编程言语