装置-第七章-集散控制系统

1、1控制仪表及装置控制仪表及装置第七章第七章 集散控制系统集散控制系统2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 TPSTPS集散控制系统集散控制系统第四节第四节 PCS7PCS7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3l 集散控制系统，又称分散型控制系统（集散控制系统，又称分散型控制系统（DCSDCS），），是对生产过程进行集中监视、操作、管理和分是对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制的一种全新的分布式计算机控制系统。散控制的一种全新的分布式计算机控制系统。l 该系统将若干台微机分散应用于过程控制，全该

2、系统将若干台微机分散应用于过程控制，全部信息通过通信网络由上位管理计算机监控，部信息通过通信网络由上位管理计算机监控，实现最优化控制，通过实现最优化控制，通过CRTCRT操作站装置、通信总操作站装置、通信总线、键盘、打印机等，进行集中操作、显示和线、键盘、打印机等，进行集中操作、显示和报警。报警。概述4概述l 集散控制系统整个装置继承了常规仪表分散控制集散控制系统整个装置继承了常规仪表分散控制和计算机集中控制的优点，克服了常规仪表功能和计算机集中控制的优点，克服了常规仪表功能单一、人一机联系差，以及单台微型计算机控制单一、人一机联系差，以及单台微型计算机控制系统危险性高度集中的缺点，既在管理、

3、操作和系统危险性高度集中的缺点，既在管理、操作和显示三方面集中，又在功能、负荷和危险性三方显示三方面集中，又在功能、负荷和危险性三方面分散。面分散。l 集散控制系统集散控制系统DCSDCS集计算机、自动控制及网络与通集计算机、自动控制及网络与通信等先进技术于一体，已经成为过程工业自动化信等先进技术于一体，已经成为过程工业自动化的主流装置，广泛应用于石油、化工、电力、轻的主流装置，广泛应用于石油、化工、电力、轻工、冶金等行业。工、冶金等行业。5第一节第一节 概述概述一、集散控制系统一、集散控制系统DCS的发展历程的发展历程 20世纪世纪50、60年代，过程工业主要使用模拟式仪表，年代，过程工业主

4、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。以后的直接数字控直接数字控制制DDC或监督计算机控制或监督计算机控制SCC，构成了，构成了集中型计算集中型计算机控制系统，机控制系统，能进行复杂控制能进行复杂控制, 但存在危险集中的问但存在危险集中的问题。题。1975年年Honeywell推出了世界上第一套集散控制系推出了世界上第一套集散控制系统统 TDC2000, 实现了分散控制和集中操作与管实现了分散控制和集中操作与管理的功能理的功能, 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

5、主要特征的的DCS, 随着随着PLC和和FCS（现场总线控制技术）技术（现场总线控制技术）技术的发展的发展, DCS与与PLC、FCS相融合的混合型分布式控相融合的混合型分布式控制系统也已出现。制系统也已出现。6二、集散控制系统的特点二、集散控制系统的特点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6. 性价比好性价比好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：7三、集散控制系统

6、的结构三、集散控制系统的结构CRT操作站操作站管理管理计算机计算机过程过程控制单元控制单元过程过程控制单元控制单元数据数据采集单元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81.1.分散控制装置：分散控制装置：是集散控制系统与生产过程间的界是集散控制系统与生产过程间的界面，生产过程的各种过程变量通过分散过程控制装面，生产过程的各种过程变量通过分散过程控制装置转化为操作监视的数据，而操作的各种信息也通置转化为操作监视的数据，而操作的各种信息也通过分散过程控制装置送到执行机构。过分散过程控制装置送到执行机构。2.2.操作管理装置：操作管理装置：是操作管理人

7、员和集散控制系统间是操作管理人员和集散控制系统间的界面，生产过程的各种参数集中在操作管理装置的界面，生产过程的各种参数集中在操作管理装置上显示，操作管理人员通过该装置了解生产过程的上显示，操作管理人员通过该装置了解生产过程的运行状况，操作生产过程、组态回路、调节参数、运行状况，操作生产过程、组态回路、调节参数、检测故障、存储数据。检测故障、存储数据。3.3.通信系统：通信系统：分散控制装置与操作管理装置之间的桥分散控制装置与操作管理装置之间的桥梁。梁。9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

8、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一、一、通信网络的特点通信网络的特点 1. 1. 实时性好，动态响应快实时性好，动态响应快2 2. . 可靠性高可靠性高3. 3. 适应恶劣的工业现场环境适应恶劣的工业现场环境 二、二、通信介质通信介质1. 1. 双绞线双绞线 最常用的通信介质。最常用的通信介质。2 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. 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。 10三、三、 网络结构网络结构 从站从站从站从站从站从站从站从

9、站主站主站星型网络结构星型网络结构站站站站站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。11四、网络通信协议四、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，常基于参考模型为基础，常基于物理层和数据链路层而制定。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数据链路层分为介质访问控制层(MAC)和逻辑链路控制层和逻辑链路控制层(LLC)。应用最广泛的通信协议是应用最广泛的通信协议是IEEE 802系列，常用通信协议有系列，常用通信协议有

10、 ：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与物理层标准；与物理层标准；IEEE 802.4 令牌总线网的令牌总线网的MAC与物理层标准；与物理层标准；IEEE 802.5 令牌环网的令牌环网的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。12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

11、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基本控制器基本控制器BC多功能控制器多功能控制器MC先进多功能控先进多功能控制器制器AMC数据高速通路数据高速通路口口DHP扩展控制器扩展控制器EC增强型操作增强型操作站站EOS基本操作站基本操作站BOS过程接口单元过程接口单元PIU通用计算机接通用计算机接口口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

12、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)高速通路指挥高速通路指挥器器HTD数数据据高高速速通通路路DHTPS系统基本构成图系统基本构成图一、系统构成一、系统构成13二、分散过程控制装置二、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数据高速通路数据高速通路DHDH上的基本上的基本控制器控制器BCBC、扩展控制器、扩展控制器ECEC、多功能控制器、多功能控

13、制器MCMC、先进多功、先进多功能控制器能控制器AMC AMC 和连接在和连接在万能控制网万能控制网UCNUCN上的上的过程管理器过程管理器PMPM、先进、先进过程管理器过程管理器APMAPM、高性能、高性能过程管理器过程管理器HPMHPM、逻辑逻辑管理器管理器LM LM 和和故障安全控制管理器故障安全控制管理器FSCFSC。 14（一）过程管理器（一）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I/O 子系统组成。子系统组成。uPMM包括通信处理器和调制解调器包括通信处理器和调制解调器、I/O链路接口处链路接口处理器以及控制处理器三部分。理器以及控制处理器三部分

14、。uI/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处理处理器组成。器组成。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151.过程管理器结构过程管理器结构通信处理器通信处理器和调制解调器和调制解调器(M68000)I/O链路接口链路接口处理器处理器(80C51)控制处理器控制处理器(M68000)过程管理模件过程管理模件PMMPMM高电平高电平 模拟输入模拟输入处理器处理器16低电平低电平 模拟输入模拟输入处理器处理器8低电平低电平多路多路转换器转换器32智能变智能变 送器接口送器接口处理器处理器16模拟模拟输出输出处理器处理器8脉冲

15、脉冲输入输入处理器处理器8数字数字输入输入处理器处理器32数字数字输出输出处理器处理器16至远处至远处I/O处理器处理器光缆光缆I/O链路链路I/O子系统子系统(80C31)UCN16u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种种类类型型：高电平模拟输入处理器、低电平模拟输入处理器、低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、模电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拟输出处理器、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。2.

16、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。u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过程管理模件过程管理模件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、常规控制、数字复合、逻辑、过程模件、数值、状态标志和定控制、数字复合、逻辑、过程模件、数值、状态标志和定时点。时点。u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

17、与速率报警；限值有上限、下限、上类型有绝对值、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。上限、下下限等；报警优先级有三个。17（二）先进过程管理器（二）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(Control Langue)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。uAPMM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链链路接口处理器和先进控制处理器三部分组成。路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

18、：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。uI/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。入事件顺序、串行设备接口和串行接口三种处理器。18（二）先进过程管理器（二）先进过程管理器APM 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。u输入输出功能：输入输出功能：比比PM增加三个功能：数字输入事件增加三个功能：数字输入事件顺序、串行设备接口、串行接口。顺序、串行设备接口、串行接口。u控制功能：控制功能：依靠各种数据点完成控制。共有依靠各种数据点完成控制。共有12种数据种

19、数据点，比点，比PMM多了设备管理点、数组点、时间变量点和多了设备管理点、数组点、时间变量点和字符串点四种。字符串点四种。19(三三)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。

20、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和常规控制求和器。和常规控制求和器。20（四）逻辑管理器（四）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、控制处理器和、控制处理器

21、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。21逻辑管理器结构逻辑管理器结构 逻辑管理模件逻辑管理模件LMM控制处理器控制处理器I/O链路链路处理器处理器并行并行I/O模件模件最大点数最大点数2048逻辑管理器逻辑管理器L

22、M串行连接串行连接模块模块SLM串行串行I/O模件模件最大点数最大点数2040并行连接并行连接驱动模块驱动模块PLDM冗冗余余UCN22(五五)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与局域控制网与局域控制网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。 基本构成：基本构成：包括包

23、括FSC安全管理模件和安全管理模件和FSC控制器：控制器：FSC安全管理模安全管理模件件FSC-SMM冗冗余余UCN FSC控制器控制器控制处理器控制处理器I/O模件模件通信模件通信模件FSC用户操作站用户操作站现场设备现场设备FSC网络网络故障安全控制管理器故障安全控制管理器23u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万能控制通过串行通信链路与万能控制网网UCN设备进行点对点通信，或经网络接口模件设备进行点对点通信，或经网络接口模件NIM与与局域控制网局域控制网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

24、装置的整体安全控制。u控制处理器控制处理器 执行逻辑图组态的控制程序，并将结果传执行逻辑图组态的控制程序，并将结果传到输出接口。它对到输出接口。它对FSC硬件进行连续测试硬件进行连续测试, 一旦发现故一旦发现故障，诊断信息立即通过障，诊断信息立即通过FSC安全管理模件安全管理模件SMM在操作在操作站上报告，确保过程的安全控制、系统扩展的控制以及站上报告，确保过程的安全控制、系统扩展的控制以及过程设备的诊断。过程设备的诊断。24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。uI/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

25、所有的I/O模模件与现场信号之间都采用光隔离。故障安全件与现场信号之间都采用光隔离。故障安全I/O模件支模件支持系统的自诊断功能，用于安全检测和控制。持系统的自诊断功能，用于安全检测和控制。u通信模件：通信模件：通信模件包括两部分。一是通信模件包括两部分。一是FSC网络的通网络的通信模件信模件, 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用用户操作站通信模件户操作站通信模件, 允许用户在操作站上对允许用户在操作站上对FSC的参数的参数及其属性进行组态。及其属性进行组态。25三、三、 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基本操作站集中操作管理装

26、置包括基本操作站BOS、增强、增强型操作站型操作站EOS、万能操作站、万能操作站US、新型万能操作、新型万能操作站站UXS、万能工作站、万能工作站UWS、全方位万能操作站、全方位万能操作站GUS、以及应用模件、以及应用模件AM、新型应用模件、新型应用模件AXM和历史模件和历史模件HM。 26（一）万能操作站（一）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。 1.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、

27、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。27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

28、作程序和数据库等。等。2.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、故障设备错误信息和过程连接装置状态。

29、连接装置状态。283.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，带有工业标准协处理器，采用改进型高

30、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。29（二）全方位万能操作站（二）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

31、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，主要有商业应用软件、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。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

32、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。 30（三）应用模件（三）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DE

33、CDEC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。新型应用模件新型应用模件AXM的性能优于的性能优于A

34、M, 它用双重处理器它用双重处理器,可可带浮点处理硬件带浮点处理硬件,RISC协处理器用于与协处理器用于与UNIX系统连接。系统连接。软件环境是软件环境是Open USE。31（四）历史模件（四）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

35、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、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）。32四、通信网络四、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)。1.数据高

36、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，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N

37、IM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。2.局域控制网局域控制网LCN333.万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。4.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

38、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。 34五、系统组态五、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

39、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。（一）系统设备组态（一）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，先是进行，先是集中操作管理层设备组态集中操作管理层设备组态，再是，再是分散过程控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

40、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。35（二）控制组态（二）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，并将它顺序控制模块和程序模块，并将它们组成所需的控制回路。们组成所需的控制回路。1.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

41、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

42、先输入各种功能模块的图形组态顺序为先输入/输出模块，再是输出模块，再是运算模块和控制模块。运算模块和控制模块。362.2.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号和对点的描述，确定模块在系统中的位置和确定数据点的各项特性。点的各项特性。 3.3.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。主要内容包括模块框图，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、输入和输出信位号、算法名称、

43、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。号以及相应的运算常数。 4.4.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。（1 1）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，结控制模块为核心，结合运算模块和输入合运算模块和输入/ /输出模块，即可构成单回路或复杂控输出模块，即可构成单回路或复杂控制回路。见下例：制回路。见下例： 37（2 2）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：u梯形图组态方式梯形图组态方式是先调出触点、线圈和元件，再进行触是先调出

44、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。u逻辑图组态方式逻辑图组态方式是先调出逻辑模块，再进行模块之间的是先调出逻辑模块，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。u指令表组态方式指令表组态方式是将逻辑图或梯形图用相应指令来描述，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。 38（3 3）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

45、处理的控制方法。顺序或混合顺序逐步进行各阶段信息处理的控制方法。在顺序控制中兼有连续控制、逻辑控制和输入在顺序控制中兼有连续控制、逻辑控制和输入 / / 输出监输出监控的功能，在过程管理器控的功能，在过程管理器PM中中, ,实现一般的顺序控制可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。通过各类数据点的组合使用加以实现。5.CL编程与程序模块组态编程与程序模块组态 CL（Control LanguageControl Language）语）语言是言是TPSTPS系统的控制语言，供用户自行编制专用的应用程系统的控制语言，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。

46、序，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），ONON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。 39（三）画面组态（三）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、

47、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历

48、史数据是趋势显示和编制报表的数据基础。用历史模件据基础。用历史模件H HM作为系统的硬盘，存储历史数据作为系统的硬盘，存储历史数据和其它的过程或系统数据。和其它的过程或系统数据。 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的画的画面，分成面，分成6 6屏，它是子图、文字、变量值等的组合。自由屏，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。格式报表比标准格式报表更灵活，信息量更大。 40第四节第四节 PCS 7PCS 7过程控制系统过程控制系统一、一、 系统概述系统概述 SIMATIC PCS 7是一种新型过程控制系

49、统是一种新型过程控制系统。它提出了一它提出了一种种全集成自动化全集成自动化（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

50、间通信，通信，是系统底层控制网络。是系统底层控制网络。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。置，构成系统上层网络。41AS-iProfibus-PAProfibus-PAProfibus-PAEthernetOS-LAN工业以太网工业以太网标准自动化系统标准自动化系统AS414-3等等工程师站工程师站ESOS单站单站OS服务器服务器容错自动化系统容错自动化系统AS414-4H等等操作管理装置操作管理装置归档归档服务器服务器OS客户机客户机管理管理计算机计算机分布式分布式I/OET200分布式分布式I/OET200故障安

51、全自动化故障安全自动化系统系统AS414FH等等分布式分布式I/OET200DP/PA链接器链接器DP/PA链接器链接器DP/PA链接器链接器DP/AS-i链接器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 42二、二、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应用，其余用于中等规模或更大的系

52、统。该系统由机架统。该系统由机架、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。43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，在检测错误时, 自动将装置设

53、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，有不同的输入电压有不同的输入电压/

54、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。44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 IP 30，可以直

55、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IP 65/67,

56、 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。45三、集中操作管理三、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中所有

57、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（连接操作站的终端总（连接操作站的终端总线）相连线）相连，也可通过通信处理器或标准也可通过通信处理器或标准LAN卡接入工业卡接入工业以太网。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

58、一系列功能，并可设置操作权限。46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

59、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。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。 47四、通信网络四、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

60、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。1.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 802.3