集散控制系统的构成

DCS的产生过程

1仪表分散控制系统

2仪表集中控制系统

3计算机集中控制系统

4集散控制系统

7.1DCS的产生过程与类型目前DCS系统可分三种类型：(1)仪表厂家生产的DCS系统如FOXBORO公司的I／A系列，Honeywell公司生产的TDC—3000和Honeywell900，横河公司的Centum和μXL等，都是从70年代开始一代一代发展起来的DCS系统产品，经过多年现场应用考核证明性能良好、可靠、实用。这类系统的主要问题在于系统结构的封闭性，也就是必须遵守相应厂家的规范标准才能进行工作，在扩充上和开放上存在着不足。(2)IPC—DCS系统该类系统建立在工业PC的基础上，采用标准的通信网络，构成开放性的DCS体系结构，显然在功能上更强，系统扩充更容易，软件丰富，性能价格比较高，可很快地将PC的新技术用于系统中，因而是目前发展的主流。(3)PLC—DCS系统

该类系统建立在PLC的基础上，将PC通信网络与PLC结合起来。这种方式实用，可靠性高。

7.2典型的DCS系统与结构CENTUM-CS3000--横河公司TDC3000和TPS—Honeywell公司I/ASeries—Foxboro公司XDPS-400—新华公司JX-300X--浙大工控MACS--和利时DCS控制系统尽管种种DCS千差万别，其核心结构却基本上是一致的，可以简单地将其归纳为四个不同的层次，如图7.15所示。图7.15集散控制系统结构图DCS的网络体系可以简单地将其归纳为“三点一线”式的结构。“一线”是指DCS的骨架计算机网络，“三点”则是指连接在网络上的三种不同类型的节点。这三种不同类型的节点是：

面向被控过程现场的现场I/O控制站；

面向操作人员的操作站；

面向DCS监督管理人员的站。这三种节点通过系统网络互相连接并互相交换信息，协调各方面的工作，共同完成DCS的整体功能。DCS的网络体系和通信方式

图中自下而上分别是：

现场级

控制级----------分散控制级监控级----------集中操作监控级管理级----------综合信息管理级对应四层结构:

现场网络Fnet(FieldNetwork)

控制网络Cnet(ControlNetwork)

监控网络Snet(SupervisionNetwork)

管理协调网络Mnet(ManagementNetwork)。MNET为DCS系统的最高一级网络，功能如下：

完成不同装置之间的协调控制、数据通信;

企业内多组装置的管理数据通信;

大型工业过程不同部分间的协调控制；MNET为开放式标准域网络，采用TCP/IP、Ethernet等网络协议以及Novell网络结构：

通信介质采用光纤或同轴电线；

通信速率≥10Mbps；

通信距离数公里≥20公里。1．管理协调网络MNET2．监控网络SNET和控制网络CNETSNET是连接DCS系统中操作员站、I/O站和工程师站的干网，功能如下：

由I/O现场控制站向操作员站的数据传输；

各I/O现场控制站间的数据传递；

操作员站和工程师站向现场I/O控制站的组态数据或控制指令的传递；

保持各操作员站之间数据的一致性。SNET采用双冗余结构，提高了通信的可靠性。CNET是连接DCS过程控制站中各基本控制单元的干网。用于DCS的SNET和CNET是一个实时网络。DCS采用的网络结构是环形网和总线型网。7.3新华XDPS集散控制系统7.3.1网络结构与通信方式7.3.2XDPS硬件构成7.3.3XDPS软件构成新华公司集散型控制系统XDPS-400结构图

XDPS-400＋是一套融计算机、网络、数据库和自动控制技术为一体的工业信息技术系列产品，可以构成各种独立的控制系统、分散控制系统DCS、监控和数据采集系统（SCADA），能满足各种工业领域对过程控制和信息管理的需求。系统的模块化设计、合理的软、硬件功能配置和易于扩展的能力，能广泛用于各种大、中、小型电站的分散型控制、发电厂自动化系统、电网自动化系统以及钢铁、化工、造纸、水泥等工业生产过程控制。

1XDPS-400的网络结构和通信方式

分散型控制系统XDPS-400+冗余实时通讯网选用环形冗余以太网，周期性广播实时信息。通讯协议符合OSI参考模型，数据链路符合IEEE802.3标准，传输方式为CSMA/CD，网络通讯速率为100Mb/S，每秒钟可传输多达640,000个过程点。

除一对冗余的实时数通讯网外，XDPS-400+还配置另一路100Mb/S通讯速率的采用TCP/IP通讯协议的以太网信息通讯网络，传输各种文件型的数据以及管理信息，可以很方便地与其它系统连接。

(1)分布式处理单元DPU

分布式处理单元DPU是XDPU---400的过程控制站，存储系统信息和过程控制策略与数据，通过冗余的实时数据网络与MMI节点及其它DPU连接，通过I/O网络与I/O站节点连接，通过远程I/O网络与远程I/O站连接，提供双向的信息交换，实现各种先进的控制策略，完成数据采集、模拟调节、顺序控制、高级控制、专家系统以及其它不同用户的特殊功能要求。

DPU的硬件采用工业计算机;

DPU可选用1：1冗余配置或单机配置;

每个DPU可以挂接4～8个输入输出站，每个输入输出站可连接12块输入输出卡件。远程通信能力达1.2km。2XDPS-400的硬件构成

分布式处理单元DPU通常采用冗余的两套工业控制计算机组成.它采用Intel公司的Pentium芯片作为CPU,安装CPU的母板通过ISA总线卡进行内部总线的扩展,带有位总线的总线控制器PDEX344卡与ISA总线相连,同时又与位总线连接,起到了两类总线间通信的网桥作用.输入输出卡和端子板挂接在位总线上,并通过端子板与生产过程的检测元件或传感器,变送器及执行机构相连.图7.16DPU分布式处理单元组成PDEX344卡是由新华公司自行研制开发的智能PC接口卡，具有BITBUS通讯接口和双机逻辑切换两个功能。

PDEX344卡安装在ISA总线底板上。它的主要功能是：

建立ISA总线与位总线的通信连接；

对冗余DPU进行自动切换；

作为位总线的主站，它与位总线上的其他站，即BC站控制卡进行主从通信和协调。

PDEX344卡BC站控制卡在XDPS分散控制系统中，BC站控制卡用于连接PDEX344卡和输入输出卡。它的主要功能是：⑴作为从站，完成与PDEX344卡的通信，实现与DPU的数据交换；⑵作为主站，用于与输入输出卡进行通信；⑶实现冗余控制，采用冗余结构时，可实现冗余控制和通信。

BC站控制卡的电原理图如图7.18所示。图7.18BC站控制卡的电原理框图2人机接口MMI

人机接口站采用高性能的WindowsNT/2000为平台的PC工作站，可以使用户直接和实时地获得生产过程的运行数据，安全有效地进行整个过程的控制和管理。人机接口站包括操作员站、工程师站、历史数据站。计算站均采用相同的硬件平台，通过下载和运行各种本公司开发的过程监控及信息管理软件包来实现对生产过程的全过程控制，图形界面模块化软件包，使XDPS的操作更为方便、性能更优越。3I/O子系统（１）I/O站

I/O站由机箱、I/O总线板、I/O站通讯卡、I/O卡组成。I/O站的设计符合国际标准、可安装14块卡件。其中，I/O站通讯卡二块，I/O卡件12块。I/O通讯卡与冗余DPU通讯，I/O卡分别与相应端子板连接，I/O站根据现场应用场合的不同灵活配置，可以组成不同的控制系统。DPU柜与I/O端子柜配合使用。（２）I/O卡件

XDPS--４00的I/O卡件是带CPU的智能型输入/输出卡件，输入/输出信号的转换与处理在卡件内完成。可在本地及远程I/O系统中使用。卡件采用标准化设计，卡件的类型有：模拟量输入卡AI、模拟量输出卡AO、数字量输入卡DI、开关量输出卡DO、脉冲量输入卡PI等，每块卡件都有运行状态指示灯，MMI站可以有效地诊断与检测卡件及通道的运行状态。实现了故障自诊断与带电插拔。（３）I/O端子柜

I/O端子柜与DPU机柜配套，安装I/O卡件的适配端子板。现场I/O信号进入I/O端子柜内对应端子，每一块端子板用预制电缆与DPU机柜内的对应的I/O卡件连接。对于一些小系统，可将端子板安装于DPU机柜内。对于远程I/O系统，远程I/O站与端子板安装于远程控制柜内。7.3.3XDPS软件构成XDPS控制系统为用户提供了统一的分布处理平台软件.根据生产过程的规模,XDPS控制系统最小可以只有一个节点,最多可以扩展到250个节点,这些节点可以是DPU,也可以是操作员站OPU或工程师站ENG,也可以是历史记录站HSU等,各个节点间的数据可以共享,也可以为各自的节点独用。

DPU软件可以实现内部控制策略,内部点与输入输出卡件上通道之间对应关系等功能.

在XDPS控制系统中,操作员站,工程师站等人机界面采用MMI软件,实现工业生产过程的再现,数据显示,报警等功能.1DPU软件

DPU的软件是新华控制工程有限公司自主开发的RMX-X实时多任务操作系统。DPU是信息自动处理和控制的基本单元。DPU周期地从I/O卡或网上获得输入测点，经过用户组态的控制运算，再将结果输出到I/O卡件或网上。形成一个控制信息闭环，周而复始。在此期间，DPU还接收来自操作员的操作指令，对控制作出调整。DPU内的控制策略（算法）由工程师预先组态好，也可被在线地修改调整。点目录组态文件功能模块:DPU提供的预定义控制算法模块有各种PID、自整定控制模块、算术逻辑运算、模拟量手操器、开关量手操器、超前滞后、数字逻辑等模块。输入输出驱动程序

点目录组态文件点目录组态文件以Pointdir.cfg的文本文件方式存放,其作用是定义所有全局点的标识,显示方式,源节点等信息.点目录组态文件包括三部分,每部分都以END结束.1说明文件,包括生成该点目录组态文件的软件版本号,项目名称和生成文件的时间等.2模拟量测点描述3开关量测点的描述.Begin_HeadVersionofConfiger200Project新疆红雁池发电厂On06-27-1999At17:49:56End_HeadBegin_Ax源节点号,超时周期,测点名称,测点描述,特征字符,测点单位,打印格式,量程上限,下限,趋势点时间…….End_AxBegin_Dx源节点号,超时周期,测点名称,测点描述,特征字符,测点ON时显示,打印格式,量程上限,下限,趋势点时间…….End_DxEnd模拟量测点描述的内容示例1,100,1P0001,给水操作台前压力,…..,MPa,7.2,2.5,0.0,10

此行表示该模拟量测点信号来自1#DPU,超时周期10s(=100*100ms),测点名称(仪表位号)是1P0001,显示和打印时间用”给水操作台前压力”描述,工程单位MPa,工程范围是0.0---0.25(MPa),趋势点采集周期是10min.功能模块:功能块是XDPS中能被组态修改的最小对象,所有组态设计都需用不同功能块通过连接组合来实现。输入输出驱动程序输入驱动程序完成对外部设备的数据采集.它根据外部设备数据类型,数据存放的格式等属性,将外部设备的数据采集到DPU中,并根据DPU对数据的分类,存放格式等属性存放到XDPS的全局数据库中,数据可以是模拟量，开关量,脉冲量,数据类型可以是浮点数,整型数,长整型数,布尔数等.

输出驱动用于XDPS的输出数据传送到外部设备,用于驱动外部设备的运作,同样,对输出数据进行分类,并按照XDPS所规定的数据格式进行存取.2操作员站软件

图形显示：图形显示软件是操作员站的主要软件，是人机交互的界面接口，在一个系统中，可以根据系统大小配置若干个操作员站。操作员站为操作员提供基于CRT的控制操作，图形显示和报警监视显示的内容有：模拟流程图和总貌显示，统计结果显示，过程状态，特殊数据记录，历史数据显示，趋势状态显示

单点显示：单点显示监测全局数据库中某一测点实时数据的变化，能在线修改测点的状态、报警、实时值。

数据库一览数据库一览用来监测全局数据库中测点实时数据的变化，具有简便直观的操作界面，绝大部分功能与设置均在画面的工具条上，与Windows应用程序相似。按下工具栏中的图标按钮，无需通过菜单或对话框中去查找。