控制仪表及装置第07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

2、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 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。 功能齐全功能齐全 人机联系完善人机联系完善 可靠性高可靠性高 系统拓展灵活系统拓展灵活 安装调

3、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 集散控制系统的集散控制系统的结构结构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

4、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 通信介质通信介质1. 双绞线双绞线 最常用的通信介质。最常用的通信介质。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，广泛应用于集散系统。不受电磁波干扰，广泛应用于集散系统。 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

5、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

6、 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 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。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

7、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

8、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。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/

9、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

10、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

11、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

12、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

13、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：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

14、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

15、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/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

16、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

17、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。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

18、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

19、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

20、：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

21、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

22、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

23、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

24、、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

25、、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DECDEC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

26、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,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

27、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、

28、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，

29、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

30、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

31、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。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

32、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。控制组态控制组态控

33、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。控制组态方式控制组态方式：分为填表组态、语言组态和图形组态。分为填表组态、语言组态和图形组态。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, 它它采用图形模块与窗口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, 它的基本图素是输入、输出、运算、它的基本图素是输入、输出、运算、控制等功能模块控制等功能模块。组态时先从模块库中调出所需的模块，组态时

34、先从模块库中调出所需的模块，然后进行模块间的连接，最后调出该模块的参数窗口，然后进行模块间的连接，最后调出该模块的参数窗口，用户只要在这个有输入项含义提示的相关菜单中，直接用户只要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

35、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

36、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

37、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。 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。CL编程与程序模块组态编程与程序模块组

38、态 CL（Control LanguageControl Language）语言）语言是是TPSTPS系统的控制语言，供用户自行编制专用的应用程序，系统的控制语言，供用户自行编制专用的应用程序，以实现常规控制点无法完成的控制任务。以实现常规控制点无法完成的控制任务。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语言，其语法和功能类似于是一种面向过程的高级控制语言，其语法和功能类似于高级算法语言；提供了各种基于过程的语句，如高级算法语言；提供了各种基于过程的语句，如OPENOPEN或或CLOSECLOSE（开或关阀门），（开或关阀门），ONO

39、N或或OFFOFF（通或断设备）；还提（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。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由格式报表编制等内容。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

40、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 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

41、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。 第四节第四节 PCS 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是一种新型过程控制系统。它提出了一它提出了一种全集成自动化（种全集成自动化（Totally Integrated Automation, TIA）理念，具有统一的数据管理、通信和组态功能。理念，具有统一的数据管理、通信和组态功能。PCS 7 采用了采用了TIA 系列的标准硬件和软件，基本部件包系列的标准硬件和软件，基本部件包括自动化系统括自动化系统、分布式分布式I/O、操作员操作员站站、工程师站和通信工程师站和

42、通信网络。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之间之间通信，是通信，是系统底层控制网络。工业以太网连接分散过程控制装置系统底层控制网络。工业以太网连接分散过程控制装置和集中操作管理装置，构成系统上层网络。和集中操作管理装置，构成系统上层网络。AS-iProfibus-PAProfibus-PAProfibus-PAEthernetOS-LAN工业以太网工业以太网标准自动化系统AS414-3等工程师站ESOS单站OS服务器容错自动化系统AS414-4H等操作管理装

43、置操作管理装置归档服务器OS客户机管理计算机分布式I/OET200分布式I/OET200故障安全自动化系统AS414FH等分布式I/OET200DP/PA链接器DP/PA链接器DP/PA链接器DP/AS-i链接器过程控制装置过程控制装置PCS 7系统结构系统结构 分散过程控制装置分散过程控制装置 PCS 7分散分散过程控制装置包括三种类型的自动化系统和过程控制装置包括三种类型的自动化系统和分布式分布式I/O。标准自动化系统标准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适于小型应用，其余用于中等规模或更大的系适于小型

44、应用，其余用于中等规模或更大的系统。该由机架统。该由机架、电源模块电源模块（PS）、）、中央处理单元中央处理单元（CPU）和通信处理器（和通信处理器（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等四种等四种类型的产品。类型的产品。故障安全自动化系统故障安全自动化系统故障安全系统不仅可检测过程中的故障故障安全系统不仅可检测过程中的故障, 而且还可检测而且还可检测系统内部故障，在检测错误时系统内部故障，在检测错

45、误时, 自动将装置设置到一个自动将装置设置到一个安全状态。基于安全状态。基于 AS 414H 和和 AS 417H 的故障安全自动的故障安全自动化系统（化系统（F/FH 系统）将工厂自动化和安全功能组合到系统）将工厂自动化和安全功能组合到单一系统之中。单一系统之中。分布式分布式I/OETET 200M200M 是主要的分布式是主要的分布式 I/O 产品产品，与与PCS 7的自动化系的自动化系统一起用于过程控制。它由电源模块、接口模块和统一起用于过程控制。它由电源模块、接口模块和 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，电源模块用于供电，有不同的输入电

46、压有不同的输入电压/电流可供选择。电流可供选择。接口模块实现接口模块实现 PROFIBUS DP连接。连接。ET 200M包含包含 S7-300 系列的各种系列的各种I/O 模块模块，最多最多8个个，用于连接传感器和，用于连接传感器和执行器。执行器。所有所有 I/O 模块都与背板总线光学隔离。除标准模块都与背板总线光学隔离。除标准 I/O 模块模块外，还有一些专用外，还有一些专用I/O模块。模块。 ET 200M可用于标准环境，可用于标准环境，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 I

47、P 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，传感器/ 执行器置于执行器置于0区。区。每个模块都可在防爆环境中热插拔。每个模块都可在防爆环境中热插拔。ET 200S 是一种新型产品是一种新型产品，防护等级防护等级IP 20，适用于需要，适用于需要故障安全电机启动器的场合。也支持模块的热插拔，但故障安全电机启动器的场合。也支持模块的热插拔，但它的它的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模模块以外，还包括电机起动器、气动模块等。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I

48、P 65/67, 适于无控制柜场适于无控制柜场合的多功能解决方案。其合的多功能解决方案。其 I/O 模块与模块与ET 200S类似。类似。 集中操作管理集中操作管理装置装置 PCS7的集中操作管理装置由操作员站和工程师站组成。的集中操作管理装置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, 用于生产过程的操作和监视。用于生产过程的操作和监视。有有单用户系统单用户系统（OS 单站单站）和具有客户机和具有客户机/服务器结构的服务器结构的多用户系统多用户系统（OS客户机客户机/OS服务器）。服务器）。单用户系统单用户系统 所有过程操作和监视都集中在一个站

49、中所有过程操作和监视都集中在一个站中,OS单站通过单站通过RJ 45端口可与端口可与OS LAN相连相连，也可通过通信处也可通过通信处理器或标准理器或标准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 通过通过OS LAN 从一个或多个从一个或多个OS 服务器接收服务器接收数据，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服务服务器上的数据。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

50、师站ES工程师站用于对整个工程师站用于对整个PCS7 系统进行组态。它采用和操系统进行组态。它采用和操作员系统的作员系统的OS 单站相同的硬件以及单站相同的硬件以及Windows2000 操作操作系统系统, 可通过多屏图形卡将最多四个过程监视器连接在可通过多屏图形卡将最多四个过程监视器连接在一起来扩展工作区，使得组态更为方便。一起来扩展工作区，使得组态更为方便。ES软件为软件为PCS7系统的所有部件提供统一的数据管理和系统的所有部件提供统一的数据管理和组态工具，包括连续功能图组态工具，包括连续功能图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 Confi

51、g、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。等部分。 CFC/SFC都是图形组态工具都是图形组态工具, 前者以功能块为基础前者以功能块为基础 , 主主要用于连续过程的控制组态，后者用于顺序控制。要用于连续过程的控制组态，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、通信网络及现场设备的组态。作员站、工程师站、通信网络及现场设备的组态。 通信网络通信网络PCS 7 的通信系统包括工业以太网和现场总线。工业以的通信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

52、太网用于自动化系统与操作员站、工程师站之间的数据工程师站之间的数据通信，现场总线连接自动化系统和分布式通信，现场总线连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连接分散控制装置和操作管理装置工业以太网连接分散控制装置和操作管理装置。网络可网络可采用总线型采用总线型、星型星型、环型等多种拓扑结构，较大的系统环型等多种拓扑结构，较大的系统均采用冗余光纤环网。通信协议符合均采用冗余光纤环网。通信协议符合IEEE802.3及及IEEE 802.3u标准。通过电气交换机和光纤交换机连接子网，标准。通过电气交换

53、机和光纤交换机连接子网，最多可连接最多可连接1000个站。通信距离可达个站。通信距离可达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系统使用系统使用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 之间通信。之间通信。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

54、。网络可采用总线型、星型和树型等多种结构。型和树型等多种结构。 主站主站 和从站之间采用轮循的通和从站之间采用轮循的通信方式，最多可连接信方式，最多可连接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。通信介质包括光纤和屏蔽两线之间。通信介质包括光纤和屏蔽两线电缆。通信距离最远可达电缆。通信距离最远可达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安全的传是专为过程自动化设计的本质安全的传输技术，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

55、合合IEC1158- 2中规定的通信规程，可实现总线供电和本中规定的通信规程，可实现总线供电和本质安全防爆。质安全防爆。PA拓扑结构包括总线型、星型和树型。在防爆区每个拓扑结构包括总线型、星型和树型。在防爆区每个DP/ PA 链路最多可连接链路最多可连接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, 通信介质采用屏蔽两线电缆实现通信介质采用屏蔽两线电缆实现。通信距离可通信距离可达达1.9公里。公里。AS-I 是直接连接现场传感器和执行器的总线系统。是直接连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连接总线利用

56、无屏蔽两芯电缆连接现场设备现场设备。AS-i总线网络为单主站系统总线网络为单主站系统, 拓扑结构包括拓扑结构包括总线型总线型、星型和树型星型和树型。一个标准的一个标准的AS-i总线系统可以最总线系统可以最多连接多连接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，系统可连接出。经扩展，系统可连接62个从站。通信距离可达个从站。通信距离可达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 MANAGE

57、R”套件。套件。硬件组态硬件组态硬件模块硬件模块上跳线上跳线、开关开关、量程卡等的设定，并根据这些量程卡等的设定，并根据这些设定通过设定通过 ES 软件中的软件中的 HW Config 对系统硬件进行初始对系统硬件进行初始化定义。化定义。硬件组态硬件组态是一种图形化的组态方式，其所有模块都已作是一种图形化的组态方式，其所有模块都已作为标准化的软件嵌入到控制技术库中，只需连接到过程为标准化的软件嵌入到控制技术库中，只需连接到过程流程中进行图形化显示即可。组态完成后，下载到相应流程中进行图形化显示即可。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

58、来实现阀门控制、电机控制和测，主要用来实现阀门控制、电机控制和测量点监控等功能。组态以功能块为基础，每个功能块都量点监控等功能。组态以功能块为基础，每个功能块都有一个参数表，可根据实际工艺要求选择不同的参数，有一个参数表，可根据实际工艺要求选择不同的参数，功能块在功能块在CFC中的连接直接用鼠标器点接。中的连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、交替分支和回路等局部序图。可选择顺序、并行分支、交替分支和回路等局部结构。图中用大小两种方块分别表示步骤结构。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。顺控的顺序图一旦建立，只需把步骤只需把步骤中要执行的任务和转移条件中的条件写入，顺控的组态中要执行的任务和转移条件中的条件写入，顺控的组态任务即得到完成。任务即得到完成。PCS7 中还