控制仪表第七章

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 集散控制系统通信网络集散控制系统通信网络第三节第三节 TPS集散控制系统集散控制系统第五第五节节 集散控制系统可靠性集散控制系统可靠性 DCS的基本概念的基本概念 集散型控制系统又称分布式控制系统，是计算机技术(Computer)、通信技术(Communication)、图形显示技术(CRT)、控制技术(Control)(简称4C技术)相融合的产物。它是通过某种通信网络将现场控制站、操作员站、工程师站联系起来，共同完成分级控制、集中管理的综合控制系统。它的基本设计思想是危险分散、控制功能分散、而操危险分散、控制功能分散、

2、而操作和管理集中作和管理集中。美国HoneyWell公司于1975年11月成功推出了第一套DCSTDC2000型集散控制系统。 第一节第一节 概述概述 集散控制系统的发展历程集散控制系统的发展历程 20世纪世纪5050、6060年代，过程工业主要使用模拟式仪表年代，过程工业主要使用模拟式仪表，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行复杂控制集中型计算机控制系统能进行复杂控制, 但存在危险但存在危险集中的问题。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 TDC200

3、0, 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年代以来年代以来推出了以管控一体化为主要特征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技术的发展技术的发展, DCS与与PLC和和FCS相融合的混合型分布式控制系统也已出现。相融合的混合型分布式控制系统也已出现。 集散控制系统的集散控制系统的1. 功能齐全功能齐全2. 人机联系完善人机联系完善3. 可靠性高可靠性高4. 系统拓展灵活系统拓展灵活5. 安装调试简单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

4、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装置集中操作与管理装置分散控制装置分散控制装置通信系统通信系统 集散控制系统集散控制系统的的结构结构它由过程控制单元、数据采集器、CRT操作站、监控计算机以及高速数据通路五部分组成。n过程控制单元过程控制单元(Process Control Unit，PCU)，又称现场控制站或基本控制器，它是DCS的核心部分。n数据采集器数据采集器(Data Acquisition Unit，DAU)，又称过程接口单元(Pr

5、ocess Interface Unit，PIU)， 它是为生产过程中存在的非控制变量设置的采集装置。nCRTCRT操作站操作站，是DCS与外界联系的人机接口装置。它有操作员键盘和工程师键盘之分。 n监控计算机监控计算机，又称管理计算机(Manger Computer，MC)，也称上位机，是DCS的主机，它综合监视DCS的各单元。 n高速数据通路高速数据通路(Data HiWay，HW)，是一种具有高速通信能力的信息总线。一般由双绞线、同轴电缆或光导纤维组成。 DCSDCS的结构组成的结构组成第二节第二节 集散控制系统通信网络集散控制系统通信网络从所覆盖的地域范围大小来分，计算机网络可划分为远

6、程网、局部网和分布式多处理机三类。远程网的传输距离可达数千米以上，分布式多处理机的传输距离仅限于几米以内，而局部网的传输距离介于两者之间，约几百米到几千米。与一般的局域网不同，集散控制系统中采用的通信网络与一般的局域网不同，集散控制系统中采用的通信网络是用于生产过程的控制和管理，它具有下列特点：是用于生产过程的控制和管理，它具有下列特点：第二节第二节 集散控制系统通信网络集散控制系统通信网络 通信网络的特点通信网络的特点 1. 实时性好，动态响应快实时性好，动态响应快2. 可靠性高可靠性高3. 适应恶劣的工业现场环境适应恶劣的工业现场环境 通信通信介质介质 通信介质又称传输介质或信道，是指连接

7、网上各节点之间的物理信号通路。常见的通信介质有双绞线、同轴电缆和光缆三种。 1.1.双绞线双绞线把两根平行导线按一定节距绞合在一起，外面包裹金属箔屏蔽层的信号线称为双绞线，最常用最常用。 2.2.同轴电缆同轴电缆由内导体、用于固定内导体的电介质绝缘层、外屏蔽导体和外绝缘层构成。用于较高速率的数据用于较高速率的数据传输传输。 3.3.光缆光缆 光缆的内芯是由两层折射率不同的SiO2拉制而成的光导纤维，外面敷有一层覆层，在覆层外面也有一层光导纤维。不受电磁波干扰，广泛应用于集散系统不受电磁波干扰，广泛应用于集散系统。 通信通信介质介质 a）双绞线 b）同轴电缆 c）光缆 数据数据传输中的差错控制传

8、输中的差错控制 任何传输信道（或传输过程）都会存在一定程度的噪声或干扰，导致接收端收到的二进制数据序列R与发送端发送出来 的 二 进 制 数 据 序 列C不 一 致 ， 即 产 生 “ 差 错 ” 。 引起差错的噪声有两类：一类是由分子热运动引起的白噪声；另一类是由来自各种电磁干扰引起的冲击噪声。 为实现无差错通信，DCS采用信息冗余技术，以提高检错和纠错能力。 利用抗干扰编码实现差错控制的基本方式有：自动纠错、检错重发以及二者混合纠错(简称HRC)。 常用的抗干扰编码有：奇偶检验码，循环冗余码。抗干扰编码抗干扰编码 n奇偶检验码奇偶检验码 它是最简单的检错码，其编码规则是把要传送的数据码元分

9、成组，在每组二进制数据后面加一位校验位（又称为奇偶检验位），校验位的码元和要传送的数据码元中的“1”的个数相等。若为偶数时叫偶校验；“1”的个数若为奇数时叫奇校验。n循环冗余码循环冗余码 (Cyclic Redundancy Check，CRC)简称循 环码，它的检错能力相当强，是DCS中最常用的纠错码。 网络结构网络结构 从站从站从站从站主站星型网络结构星型网络结构站站站站站总线型网络结构总线型网络结构环型网络结构环型网络结构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： 网络通信协议网络通信协议 通信协议以开放系统互连通信协议以开放系统互连 (OSI) 参

10、考模型为基础，常基参考模型为基础，常基于物理层和数据链路层而制定。数据链路层分为介质访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问控制层(MAC)和逻辑和逻辑链路控制层链路控制层(LLC)。应用最广泛。应用最广泛的的通信协议通信协议是是IEEE 802系列，常用通信协议有系列，常用通信协议有 ：IEEE 802.1 局域网概述、体系结构；局域网概述、体系结构；IEEE 802.2 逻辑逻辑链路控制；链路控制；IEEE 802.3 总线网的总线网的MAC与物理层标准；与物理层标准；IEEE 802.4 令牌令牌总线网的总线网的MAC与物理层标准；与物理层标准；IEEE 802.5

11、令牌环令牌环网的网的MAC与物理层标准；与物理层标准；IEEE 802.11 无线局域网标准；无线局域网标准；IEEE 802.15 短距离无线网络技术标准短距离无线网络技术标准 等。等。（一）现场控制站（一）现场控制站 （二）操作站（二）操作站 （三）（三）DCS的冗余化结构的冗余化结构 DCS软件及其基本功能（一）现场控制站的基本功能（一）现场控制站的基本功能 （一）数据通信原理（一）数据通信原理通信系统模型 第三节第三节 TPS集散控制系统集散控制系统万能工作站万能工作站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应用模件应用模件AM新型应用模新型应用模件件AXM连接

12、器连接器CG、PLCG网络连接器网络连接器NG全方位万能全方位万能操作站操作站GUS高速通路连高速通路连接器接器HG网络接口模网络接口模件件NIM基本控制器BC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增强型操作EOS基本操作站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故障安全控制管故障安全控制管理器理器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

13、网 (LCN)万能控制网万能控制网 (UCN)基本系统基本系统 (BASIC)高速通路指挥器HTD数据高速通路DHTPS系统基本构成图系统基本构成图系统构成系统构成 分散过程控制装置分散过程控制装置 分散过程控制装置包括连接在分散过程控制装置包括连接在 DH 上的上的BC、EC、MC、AMC 和连接在和连接在 UCN 上的上的 PM、APM、HPM、LM 和和FSC。 过程管理器过程管理器PM 基本构成：基本构成：由过程管理模件由过程管理模件PMM和和IO 子系统组成。子系统组成。PMM包括包括通信处理器和调制解调器通信处理器和调制解调器、I/O链路接口处理链路接口处理器以及控制处理器三部分。

14、器以及控制处理器三部分。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处理器处理器组成。组成。完成完成 I/O处理、各种控制和报警任务处理、各种控制和报警任务通信处理器和调制解调器(M68000)I/O链路接口处理器(80C51)控制处理器(M68000)PMM高电平 模拟输入处理器16低电平 模拟输入处理器8低电平多路转换器32智能变 送器接口处理器16模拟输出处理器8脉冲输入处理器8数字输入处理器32数字输出处理器16至远处I/O处理器光缆I/O链路I/O子系统子系统(80C31)过程管理器结构过程管理器结构UCN输入输出处理功能输入输出处理功能由不

15、同类型的由不同类型的I/O卡实现，有卡实现，有8种种类型类型：高电平模拟输入处理器、低电平模拟输入处理器、低电高电平模拟输入处理器、低电平模拟输入处理器、低电平多路模拟输入转换器、智能变送器接口处理器、模拟平多路模拟输入转换器、智能变送器接口处理器、模拟输出处理器、数字输入处理器、数字输出处理器）和脉输出处理器、数字输入处理器、数字输出处理器）和脉冲输入处理器。冲输入处理器。功能：功能：输入输出处理、控制和报警功能。输入输出处理、控制和报警功能。控制功能控制功能有连续控制、逻辑控制和顺序控制几种，这些有连续控制、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

16、类型的功能槽slot完成。一个完成。一个slot称为一个数据点称为一个数据点。类型包括常规类型包括常规PV、常规控制常规控制、数字数字复合复合、逻辑逻辑、过程模件过程模件、数值数值、状态标志和定时点。状态标志和定时点。报警功能报警功能中的参数包括报警类型、报警限值和报警优先。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、偏差与速率报警；限值有上限、下限、类型有绝对值、偏差与速率报警；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相似的结构形式，但在相似的结构形式，但在I/O接口、控制

17、功接口、控制功能、内存容量和能、内存容量和CL语言等方面都较语言等方面都较PM有很大改进。有很大改进。APMM由先进通信处理器和调制解调器、先进由先进通信处理器和调制解调器、先进I/O链路链路接口处理器和先进控制处理器三部分组成。接口处理器和先进控制处理器三部分组成。基本构成：基本构成：先进过程管理模件先进过程管理模件APMM和和I/O子系统。子系统。I/O子系统子系统由由11种种I/O处理器组成，比处理器组成，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理器。事件顺序、串行设备接口和串行接口三种处理器。功能：功能：输入输出处理和控制功能输入输出处理和控制功能。输入输出

18、功能输入输出功能比比PM增加三个功能：数字输入事件顺序、增加三个功能：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更新产品更新产品，采用两个采用两个68040处理器作为处理器作为通信处理器和控制处理器通信处理器和控制处理器, 80C32作为作为I/O链路接口链路接口处理器。处理器。与与APM相比，相比，HPM在输入输出处理功能和控制功能方在输入输出处理功能和控制功能方面有所提高

19、：面有所提高： HPM的的I/O处理器的类型也比处理器的类型也比PM多了三种，但是它多了三种，但是它的输出通道有所增加。的输出通道有所增加。 HPM的常规控制点算法比的常规控制点算法比APM增加了三种，分别是增加了三种，分别是乘法器乘法器/除法器、带位置比例的除法器、带位置比例的PID和常规控制求和和常规控制求和器。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等进行数据通信，使等进行数据通信，使PLC和和DCS有机结合，能集中显示、有

20、机结合，能集中显示、操作和管理。操作和管理。基本构成：基本构成：由逻辑管理模件由逻辑管理模件 LMM、控制处理器、控制处理器和和 I/O链路处理器及链路处理器及I/O模件组成模件组成 。功能：功能：LM以数据点为基础，实现顺序控制和紧急联锁以数据点为基础，实现顺序控制和紧急联锁等功能等功能。共有共有9种数据点种数据点：数字输入点数字输入点、数字输出点数字输出点、模模拟输入点、模拟输出点、数字复合点、链接点、状态标拟输入点、模拟输出点、数字复合点、链接点、状态标志点、数值点、时间点。其功能同志点、数值点、时间点。其功能同PM基本相同。基本相同。逻辑管理模件LMM控制处理器I/O链路处理器并行I/

21、O模件最大点数2048逻辑管理器逻辑管理器LM串行连接模块SLM串行I/O模件最大点数2040并行连接驱动模块PLDM冗余UCN逻辑管理器结构逻辑管理器结构 故障安全控制管理器故障安全控制管理器FSC FSC是一种具有高级自诊断的生产过程保护系统，其容是一种具有高级自诊断的生产过程保护系统，其容错安全停车系统用于保护生产装置和操作人员的安全。错安全停车系统用于保护生产装置和操作人员的安全。作为作为UCN的节点的节点，可与可与PM和和LM通信通信，也可经网络接口也可经网络接口NIM与与LCN上的历史模件上的历史模件HM和应用模件和应用模件AM交换信息。交换信息。 FSC安全管理模件FSC-SMM

22、冗余UCN FSC控制器控制处理器I/O模件通信模件FSC用户操作站现场设备FSC网络基本构成：基本构成：包括包括FSC安全管理模件和安全管理模件和FSC控制器：控制器：故障安全控制管理器故障安全控制管理器安全管理模件安全管理模件 允许允许FSC通过串行通信链路与通过串行通信链路与UCN设备设备进行点对点通信，或经进行点对点通信，或经NIM与与LCN上的模块进行通信。上的模块进行通信。功能：功能：联锁控制、停车控制和装置的整体安全控制联锁控制、停车控制和装置的整体安全控制。控制处理器控制处理器 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。

23、它对FSC硬件进行连续测试硬件进行连续测试, 一旦发现故障，一旦发现故障，诊断信息立即通过诊断信息立即通过SMM在操作站上报告，确保过程的在操作站上报告，确保过程的安全控制安全控制、系统扩展的控制以及过程设备的诊断。系统扩展的控制以及过程设备的诊断。I/O模件模件 连接各种数字量和模拟量信号连接各种数字量和模拟量信号, 所有的所有的I/O模件模件与现场信号之间都采用光隔离。故障安全与现场信号之间都采用光隔离。故障安全I/O模件支持模件支持系统的自诊断功能，用于安全检测和控制。系统的自诊断功能，用于安全检测和控制。通信模件：通信模件：一是一是FSC网络的通信模件网络的通信模件, 通过它可与其他通

24、过它可与其他FSC系统进行通信。二是系统进行通信。二是FSC用户操作站通信模件用户操作站通信模件, 允允许用户在操作站上对许用户在操作站上对FSC的参数及其属性进行组态。的参数及其属性进行组态。 集中操作管理集中操作管理装置装置 集中操作管理装置包括集中操作管理装置包括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。 基本构成：基本构成：由硬件和软件两部分组成由硬件和软件两部分组成：硬件硬件 包括

25、主机包括主机、彩色彩色CRT显示器显示器、操作员操作员/工程师键盘、工程师键盘、轨迹球、键锁和外围设备等。轨迹球、键锁和外围设备等。软件软件 有两类：一类是操作员属性的系统有两类：一类是操作员属性的系统软件软件, 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 监视和控制生产过程监视和控制生产过程, 包括启停车；处包括启停车；处理报警和操作员信息；显示和打印过程历史数据、趋势、理报警和操作员信息；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；监视和改变设备平均值、值班记录等；归档历史数据；监视和改变设备的状态；从历史模块或软磁盘中加载操作程序和数

26、据库的状态；从历史模块或软磁盘中加载操作程序和数据库等。等。功能：功能：提供不同的功能画面以完成相应的操作：提供不同的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, 还增加还增加了系统组态，数据点建立，用户图形建立，自由格式报了系统组态，数据点建立，用户图形建立，自由格式报表建立，控制语言程序的编写、编译和装载功能。表建立，控制语言程序的编写、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、故障设备错误信息和过程护建议画面、相关信息画面、故

27、障设备错误信息和过程连接装置状态。连接装置状态。US、UWS和和UXS性能比较性能比较US与与UWS：UWS 工程师键盘比工程师键盘比US 多了多了17个特殊功能个特殊功能键，键，且未带且未带LED显示和可组态功能，它的驱动装置一般显示和可组态功能，它的驱动装置一般配置两个软盘和两个硬盘，另外还可带矩阵打印机。配置两个软盘和两个硬盘，另外还可带矩阵打印机。 UWS的主要功能与的主要功能与US相同相同，它具有过程工程师功能、，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。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的改进型，带有工业标准协处理的改进型，带有工业

28、标准协处理器，采用改进型高分辨率器，采用改进型高分辨率CRT。除具有过程人机接口的。除具有过程人机接口的功能外，还具有基于功能外，还具有基于Unix操作系统的工厂网外设信息通操作系统的工厂网外设信息通信接口功能信接口功能, 并可实现并可实现X-windows环境下的系统操作功能环境下的系统操作功能, 用户可通过它将第三方计算机与系统连接。用户可通过它将第三方计算机与系统连接。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

29、一。基本构成：基本构成： GUS构成与构成与US类似，由主机、显示器、键类似，由主机、显示器、键盘、外设等组成，但它是双处理器结构，有两块主机板。盘、外设等组成，但它是双处理器结构，有两块主机板。GUS除配置操作员键盘外，还有除配置操作员键盘外，还有PC标准键盘及鼠标。标准键盘及鼠标。 GUS采用采用Uniformance集成软件，主要有商业应用软集成软件，主要有商业应用软件、过程历史数据库和桌面办公软件三部分。件、过程历史数据库和桌面办公软件三部分。功能：功能： GUS继承了继承了US的显示、操作、过程组态等全部的显示、操作、过程组态等全部功能功能，同时提供了先进的视窗式人机接口技术，通过窗

30、同时提供了先进的视窗式人机接口技术，通过窗口管理软件口管理软件Safe View，实现对显示环境的管理实现对显示环境的管理，可选定可选定每屏的窗口数、窗口位置、窗口移动的限制等。每屏的窗口数、窗口位置、窗口移动的限制等。 应用模件应用模件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。基本构成：基本构成：包括微处理器卡、包括微处理器卡、LCNLCN接口卡、接口卡、LCNLCN输入输出输入输出卡以及存储器卡等部分卡以及存储器卡等部分。AMAM具有适应各种机型的软件具有适应各种机型的软件, ,除除了了AMAM系统的软件之外，还具有基于系统的软件之外，还具有基于DECD

31、EC公司公司VAXVAX计算机的、计算机的、PCPC的和的和MacintoshMacintosh计算机软件。计算机软件。功能：功能：包括控制、计算以及通信功能。包括控制、计算以及通信功能。其控制功能也是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、旗标点、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、开关点和用户数据段。数字点、时间点、计算点、开关点和用户数据段。 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上的所有设备均有联系。上的所有设备均有联系。AXM性能优于性能优于AM, 用双重处理器用双重处理器,

32、可带浮点处理硬件可带浮点处理硬件,RISC协处理器用于与协处理器用于与UNIX系统连接。软件环境是系统连接。软件环境是Open USE。历史模件历史模件HMHM是是大容量存储器，存储系统软件、应用软件和历史大容量存储器，存储系统软件、应用软件和历史数据。数据。基本构成：基本构成：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、微处理器和存储器。接口、微处理器和存储器。HM的存储器分为冗余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四种组合的单驱动和双驱动，不冗余的单驱动和双驱动四种组合类型。类型。功能功能：用于存储三种信息用于存储三种信息：过程历史数

33、据过程历史数据（连续的过程（连续的过程瞬时值或平均值、过程事件瞬时值或平均值、过程事件、系统事件系统事件、日志等）、应日志等）、应用软件（用户文件、系统组态文件、应用数据库文件、用软件（用户文件、系统组态文件、应用数据库文件、用户图形用户图形、控制语言程序等）、系统软件（支持系统正控制语言程序等）、系统软件（支持系统正常工作的软件）常工作的软件）。 通信网络通信网络 通信网络包括数据高速通路通信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 基本系统的通信网络，用于早

34、期分散控制装基本系统的通信网络，用于早期分散控制装置间的信息传递置间的信息传递。它采用总线型结构和广播式通信协议，它采用总线型结构和广播式通信协议，传输速率为传输速率为 250kb/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递。模块间的信息传递。LCN是一种高速局域控制网，通信系统由同轴电缆、连是一种高速局域控制网，通信系统由同轴电缆、连接器、终端连接器以及接器、终端连接器以及LCN接口板组成。通信链路还包接口板组成。通信链路还包括括LCN和和DH间接口间接口HG、LCN与与UCN间接口间接口NIM以及计以及计算机连接器算机连接器CG等等。采用两条冗余的同轴电

35、缆采用两条冗余的同轴电缆，传输速率传输速率为为5Mb/s，采用，采用 IEEE 802.4 通信协议。通信协议。局域控制网局域控制网LCN万能控制网络万能控制网络UCNUCN 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。网络通信采用米。网络通信采用 IEEE 802.4 协议协议，令令牌总线存取方式，通信速率为牌总线存取方式，通信速率为 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 网之间的连接器。网之间的连接器。它负责网络间通信技术及协议的相互转换它负责网络间通信

36、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可能。网络设备的数据提供了可能。高速通路连接器高速通路连接器HG 是是LCN 网与网与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之间的通信任务之间的通信任务, 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 组态组态是用系统提供的功能模块或算法组成所需控制结构是用系统提供的功能模块或算法组成所需控制结构,完成所需功能。完成所需功能。有有硬件组态（又称系统配置，系统设备硬件组态（

37、又称系统配置，系统设备组态）、软件组态包括画面组态和控制组态。组态）、软件组态包括画面组态和控制组态。系统设备组态系统设备组态DCS中的所有设备，都是网络上的一个节点，必须为这中的所有设备，都是网络上的一个节点，必须为这些节点些节点分配网络地址分配网络地址，这就是系统设备的组态。它是系，这就是系统设备的组态。它是系统操作、管理、查询、诊断和维护的基础，分两个层次统操作、管理、查询、诊断和维护的基础，分两个层次进行，先是集中操作管理层设备组态，再是分散过程控进行，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

38、名该层组态包括系统取名、节点节点组态和系统通用信息的确定等。组态和系统通用信息的确定等。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该层组态包括节点登记和和节点节点特性组态。特性组态。l完成系统设备间的软连接，它是先选择硬件设备，然后在完成系统设备间的软连接，它是先选择硬件设备，然后在显显示器示器上完成系统硬件的配置，也就是硬件系统的建立上完成系统硬件的配置，也就是硬件系统的建立（setupsetup）问题，它包括以下几方面的内容：工程师站的选择（包括机问题，它包括以下几方面的内容：工程师站的选择（包括机型、型、显示器显示器尺寸、内存、硬盘容量、打印机等）；操作员站尺寸、

39、内存、硬盘容量、打印机等）；操作员站的选择（包括操作员站的个数和操作员站的配置，如的选择（包括操作员站的个数和操作员站的配置，如显示器显示器尺寸及是否采用双屏、主机型号、内存配置、磁盘容量的配尺寸及是否采用双屏、主机型号、内存配置、磁盘容量的配置、打印机的台数和型号等）；现场控制站的选择（包括现置、打印机的台数和型号等）；现场控制站的选择（包括现场控制站的个数、地域分布、每个现场控制站中所配的各种场控制站的个数、地域分布、每个现场控制站中所配的各种模板的种类及块数、电源的选择等）。模板的种类及块数、电源的选择等）。控制组态控制组态控制组态为控制站建立各类模块，包括输入控制组态为控制站建立各类模

40、块，包括输入/输出模块，输出模块，运算模块，连续运算模块，连续/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。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述，确定模块在系统中的位置和确定数据点和对点的描述，确定模块在系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

41、需的算法模块，然后单击该模块框图，打开参数表窗口，逐项填写。主要内容包括位块框图，打开参数表窗口，逐项填写。主要内容包括位号、算法名称、所在控制网络的位置、输入和输出信号号、算法名称、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 分为分为连续控制、逻辑控制和顺序控制连续控制、逻辑控制和顺序控制。连续控制模块组态连续控制模块组态以常规以常规PIDPID控制模块为核心，结合运算控制模块为核心，结合运算模块和输入模块和输入/ /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

42、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，再进行触梯形图组态方式是先调出触点、线圈和元件，再进行触点、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，再进行模块之间的逻辑图组态方式是先调出逻辑模块，再进行模块之间的连线，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述，指令表组态方式是将逻辑图或梯形图用相应指令来描述，形成指令表或程序。该方式因缺乏直观性，较少采用。形成指令表或程序。该方式因缺乏直观性，较少采用

43、。 顺序控制模块组态顺序控制模块组态顺序控制是按照时间顺序、逻辑顺序顺序控制是按照时间顺序、逻辑顺序或混合顺序逐步进行各阶段信息处理的控制方法。在顺或混合顺序逐步进行各阶段信息处理的控制方法。在顺序控制中兼有连续控制、逻辑控制和输入序控制中兼有连续控制、逻辑控制和输入 / / 输出监控的输出监控的功能，在功能，在PM中中, ,实现一般的顺序控制可通过各类数据点实现一般的顺序控制可通过各类数据点的组合使用加以实现。的组合使用加以实现。画面画面组态组态画面组态是指操作站、管理站画面组态是指操作站、管理站、工程师站及简易型操作工程师站及简易型操作终端终端的各种画面、画面间的连接。的各种画面、画面间的

44、连接。包括用户流程编制、包括用户流程编制、历史数据生成以及自由格式报表编制等内容。历史数据生成以及自由格式报表编制等内容。用户流程编制用户流程编制 - - 流程画面形式和流程图编辑：流程画面形式和流程图编辑：流程画面形式：静态画面、动态画面和上述画面的合成。流程画面形式：静态画面、动态画面和上述画面的合成。流程图编辑：用线和实体画基本图形，作子图，在图中流程图编辑：用线和实体画基本图形，作子图，在图中加字符和数据并赋予条件，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基历史数据是趋势显示和编制报表的数据基础。用础。用H

45、HM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。 自由格式报表编制自由格式报表编制自由格式报表是一幅自由格式报表是一幅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。自由格式屏，它是子图、文字、变量值等的组合。自由格式报表比标准格式报表更灵活，信息量更大。报表比标准格式报表更灵活，信息量更大。 DCSDCS组态方法组态方法 DCS的组态方法大致可分为两种。 1.1.填表格法或功能图法填表格法或功能图法 填表格法是在DCS制造商提供的、用于组态的表格上采用菜单方式，逐行填入相关参数，完成相应组态工作

46、。实现这种组态的语言是面向问题的语言。功能图法主要用于功能块的选择，填写功能参数，通过软连接实现组态功能，这一组态过程也叫功能块语言，属于DCS组态语言的一种。 2.2.编程法编程法 编程法是采用厂商提供的编程语言或允许采用的高级语言编制程序，输入组态信息，用C语言等在管理层编制优化管理软件等。高级语言是DCS组态语言的一种。 第四节第四节 集散系统的可靠性集散系统的可靠性集散系统的可靠性通常包含两层意思集散系统的可靠性通常包含两层意思：其一是指系统在其一是指系统在规定条件下和规定时间内完成规定功能的能力规定条件下和规定时间内完成规定功能的能力，其二是其二是指故障发生后通过维修使系统恢复工作的

47、能力。指故障发生后通过维修使系统恢复工作的能力。DCSDCS的可靠性主要体现在以下的可靠性主要体现在以下5 5个方面：个方面：DCSDCS的分散结构的分散结构 主要体现在结构分散化、功能和地域分散主要体现在结构分散化、功能和地域分散化、负荷分散化和数据库分散化。化、负荷分散化和数据库分散化。DCSDCS的冗余化结构的冗余化结构 采用采用冗余化结构冗余化结构的方法有：用多重化构的方法有：用多重化构成的自动备用方式，手动备用方式。成的自动备用方式，手动备用方式。 DCSDCS的高可靠性通信系统的高可靠性通信系统DCSDCS的程序化自诊断功能的程序化自诊断功能DCSDCS的软、硬件的可靠性的软、硬件的可靠性第四节第四节 集散系统的可靠性集散系统的可靠性 可靠性指标可靠性指标常用概率来定义，常用概率来定义， 包括：包括： 可靠度、平均故障间隔时间可靠度、平均故障间隔时间