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文档简介
第二章监控系统技术基础一、计算机系统基本构成二、基本输入/输出服务(BasicInput/OutputServices,BIOS,即ROM-BIOS)
主要功能:自检及初始化程序服务处理和硬件中断处理三、多级存储器(高速缓存Cache,采用SRAM;主存储器,即内存,采用DRAM;辅助存储器,即外存储器,如磁带机、磁盘、RAID存储器、光盘存储器。2.1计算机体系结构四、计算机指令系统
复杂指令集计算机(ComplexInstructionSetComputer,CISC)及精简指令计算机(ReducedInstructionSetComputer,RISC)五、流水线技术一件任务分解成若干顺序执行的子任务,包括指令流水线及运算操作流水线,能有效提高处理器的吞吐量。AppleI,II型的处理器6502及Intel486,Pentium系列采用。六、多处理机系统二个以上的处理机。分共享存储器与分布式存储器二种结构六、多处理机系统
大规模并行处理机(MassivelyParallelprocessor,MPP)主要用于进行大量高速向量矩阵运算应用领域。对称多处理机(SymmetricMultipleProcessor,SMP)基于RISC微处理器,有一个共享的主存空间,BAS多采用此结构的服务器。七、总线结构及输入输出接口
1、系统总线(各插件板与系统主板之间的总线)
ISA(IndustryStandardArchitecture,工业标准体系结构)总线,早期PC机,目前只在工控机中仍多见,其它场合多为PCI取代。
EISA(ExtendISA)总线,即扩展的ISA总线,支持多处理机的高性能32位总线,目前很少用。VME(VersaModuleEurocard
)总线,摩托罗拉推出,32位,多用于工业控制领域的计算机,如PLC等。STD(Standard)总线面向工业控制,从8位发展到16位,与32位兼容,它是一种板卡(包括CPU卡)和无源母板结构的工业控制计算机。PC/104总线基于ISA总线的嵌入式的总线规范,层叠式结构,具有尺寸小、结构紧凑、功耗低、可靠性高的特点。(104个总线信号)
PCI(PeripheralComponentInterconnection)总线外部部件互连总线,基于Intel奔腾新一代微处理器发展起来的。地址数据总线分时复用,取代了ISA总线,当前最流行的局部总线之一,可同时支持多组外围设备。CompactPCI总线当今第一个采用无源总线底板结构的PCI系统,是PCI总线的电气、软件标准加欧式卡的工业组装标准,是最新的一种用于工业控制领域的计算机标准。2、外部总线与输入输出接口
ATA/IDE(AT
Attachment,IntegratedDriveElectronics,集成电子驱动器)磁盘控制接口规范。
SCSI(SmallComputerSystemInterface,小型计算机系统接口)AGP(AcceleratedGraphicsPort,图形加速接口)PCI-E(PCI-Express)点对点串行通信,支持热插拔,支持数据同步传输。USB(UniversalSerialBus,通用串行总线)IEEE1394
计算机外部高速串行总线标准,又称火线接口(FireWire),高数据带宽(800-1600Mbps)已逐步形成各领域的应用标准。PCMCIA(PersonalComputerMemoryCardInternationalAssociation,PC存储卡国际联合会)存储器类卡(硬盘驱动器、内存卡)、接口类卡(DVD接口、并串接口)、网络通信类卡(网卡、移动电话卡)、多媒体类卡(声卡、视卡)。
2.2计算机性能评测
BAS系统最关心的是计算机的实时性、可靠性、兼容性、可维护性和可用性。1、评测项目通用指标和专用指标2、评测方法评估:基于一些原始数据进行推算测试:用基准测试程序度量计算机的性能3、基准测试程序
评测结果供BAS系统选型参照。目前的评测手段及程序尚有待发展。
2.3计算机控制系统1、控制系统的发展历程控制技术:单变量控制----多变量控制控制理论:经典(频域法)---现代控制理论(时域法)---智能控制理论(规则、知识)控制系统:简单控制(PID控制、串级、前馈等)
----先进控制系统(预测、模糊、鲁棒、神经网络等)----综合自动化系统(管控一体化)控制系统分类:离散控制(针对离散量,如逻辑控制)过程控制(针对连续过程)遥测遥控系统(针对地域分散的控制)已形成的几类有代表性的计算机控制系统2、PLC与PLC系统早期主要代替继电器实现逻辑控制,现在已经远超出逻辑控制范围。目前PLC技术大量采用IT技术,硬件通用化、软件标准化,在高端PLC应用领域,PLC系统与DCS系统相互渗透。PLC在结构上通常采用背板/机笼+模板方式,目标市场一般是工厂级的应用或大型系统,几乎涉及所有的工业领域,特别是离散制造业。如汽车生产线控制系统、城轨BAS系统。PLC厂商所采用的总线一般都是非标准专用总线,互不兼容,有的采用标准总线如VME总线。PLC控制系统带硬件冗余的系统PLC工作原理与任务类型循环扫描工作,输入采样、执行用户程序、输出更新三个阶段。产品形态单元结构、模板结构、叠装式结构。产品分类微型、小型、中型、大型。产品特点可靠性高、开放性好、灵活性高、编程简单使用方便、安装方便易于维护。典型产品简介罗克韦尔、三菱电机、西门子、欧姆龙、施耐德、通用电气等。和利时公司(HollySys)为国内公司产品,自主品牌产品。3、数据采集与监控系统(SCADA)4、集散控制系统(DCS)5、DDC与DDC系统6、PC-Based计算机系统
早期:IPC(工业PC)+专用IO板卡软PLC+现场总线+IO
嵌入式控制器+现场总线+智能IO7、关于IEC61131
针对PLC和PLC系统产品的一个标准,较全面提出了PLC构成、硬件、软件、通信、编程语言、控制方法、用户选型等内容。2.4BAS系统选择一、计算机控制系统比较与选择宜采用PLC系统+现代SCADA系统的综合系统形式,即二层系统结构。二、BAS系统PLC选型一般原则根据用户的要求,施耐德电气的工程师与系统集成商和利时公司的专家共同设计了这样一套完整而有效的设备监控系统整体解决方案。现场级控制网采用工业控制网,保证系统的可靠性,同时降低通讯成本。
北京地铁十号线具有如下特点:
■BAS车站级不单独组建BAS局域网。
■BAS系统主要由PLC、RI/O、通信接口转换装置等设备组成。传感器等现场设备通过RI/O或通信接口转换设备接入BAS系统。
■现场级控制网采用冗余网络,在车站的A、B两端环控电控室各设置一套热备冗余PLC装置。
■车站冷冻站电控室、区间轴流风机配电室、车站综合控制室IBP盘处设置PLC单元。
■RI/O为非冗余配置,主要设置在环控电控室、照明配电室、暖通空调机房、冷冻站电控室、水泵房等房间内。
■在车站的A、B两端环控电控室、冷冻站电控室、区间轴流风机配电室处设置现场操作平台。
■BAS区间设备以光纤连接方式接入现场级控制网络。A、B两端PLC之间以光纤连接方式连接。
■单一网络能提供多个站点的连接能力,并能根据应用需要,支持灵活的网络结构,可实现网络之间的通讯桥接、隔离和数据交换。
■总线传输速率为1Mbps。
■除第三方系统通信接口外,现场级控制网内部采用统一的ModbusPlus通信协议。
■现场级控制网符合国际标准IEC61158。
■实时数据的传递,不需通过编程即可实现,其数据传递时间可根据需要预先指定。系统采用的是由纯粹的现场总线构成的,现场总线是90年代初期兴起的一种先进工业控制技术。具有如下特点:
■是一种全数字化、全分散式、全开放、可互操作和开放式互联网络的新一代控制系统;
■是计算机技术,通信技术和控制技术的综合与集成;它将通信线一直延伸到现场设备;
■将传统的三层网络结构变成两层网络结构“工作站-现场总线-现场设备”,降低了成本,提高了可靠性,实现了控制管理一体化的结构体系;
■依靠具有检测、控制、通信能力的微处理芯片,数字化设备在现场
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