DCS体系结构分析

其次章DCS的体系构造自从1975年DCS诞生以来，随着计算机、通信网络、屏幕显示和把握技术的进展与应用，DCS也在不断进展和更新。尽管不同DCS产品在硬件的互换性、软件的兼容性、操作的全都性上很难到达统一，但从其根本构成方式和构成要素来分析，照旧具有一样或相像的体系构造。本章从其功能、性能和通用性上分析DCS的体系构造，以便了解和生疏DCS。了解DCS的层次构造、硬件构造、软件构造和网络构造。本章内容安排2.1DCS的层次构造2.2DCS的硬件构造2.3DCS的软件构造2.4DCS的网络构造2.5典型DCS的体系构造2.6国产DCS的体系构造2.1DCS的层次构造DMCDMCDMCDMCCG3OSOSESSCSCG1MMCMMCMMCMMCCG2DNETMNETCNETPCSPCSPCSPCSPCS生产过程决策管理层生产管理层操作监控层直接控制层DMC--决策管理计算机MMC--生产管理计算机DNET--决策管理网络MNET--生产管理网络CNET--控制网络一般系统2.1.1DCS的直接把握层是DCS的根底主要设备：过程把握站PCS输入输出单元IOU接收过程变量〔如温度等〕和状态变量〔开关状态〕输出模拟量和数字量操作信号过程把握单元PCU直接数字把握DDC：连续、规律、挨次、批量把握与把握网络连接，便于操作监控层对生产过程进展监视和操作安全冗余处理，保证系统不连续的安全运行2.1.2DCS的操作监控层是DCS的中心主要设备：操作员站、工程师站、监控计算机和计算机网关操作员站：32位或64位微处理机或小型机、专用键盘等对生产过程进展监控、操作和治理工程师站：32位或64位微处理机，或由操作员站兼用系统生成、诊断维护、把握回路组态、人机界面绘制等监控计算机：32位或64位小型机建立生产过程的数学模型、实施高等过程把握策略，实现装置级的优化把握和协调把握对生产过程进展故障诊断、预报和分析，保证生产安全2.1.3DCS的生产治理层处于工厂级主要设备：生产治理计算机MMC〔Manufactorymanagementcomputer〕一般由一台中型机和假设干台微型机组成主要功能依据订货量、库存、生产力气等制定全厂的生产准备，并分降落实到生产车间或装置；依据生产状况准时协调全厂的生产，进展生产调度和科学治理；应付不行猜测大事。2.1.4DCS的决策治理层属于公司级主要设备：决策治理计算机DMC〔Decisionmanagementcomputer〕一般由一台大型机、几台中型机、假设干台微型机组成主要功能治理公司的生产、供给、销售、技术、准备、市场、财务、人事、后勤等；收集各部门信息，综合分析，实时做出决策，协调各级治理人员指挥调度；帮助公司经理制定中长期生产准备和远景规划。2.2DCS的硬件构造特点：积木式；可灵敏地配制成大、中、小系统；可依据企业的财力或生产要求，逐步扩展系统和增加功能。包括：DCS把握站的硬件构造DCS操作员站的硬件构造DCS工程师站的硬件构造DCS监控计算机站的硬件构造2.2.1DCS把握站的硬件构造CS或PCS主要构成：输入输出单元IOU如AI、AO、DI、DO信号调理板接线端子板过程把握单元PCU核心把握处理器板：运算、把握、实时数据处理输入输出接口处理器板通信处理器板：信息交换冗余处理器板：故障分析与切换电源CNETPCU信号调理板SCC信号端子板STC输入输出处理板IOP电源电源正面反面2.2.2DCS操作员站的硬件构造主要构成：主机：一般工控机IPC或工作站或专用彩色显示器CRT：触屏式或非触屏式操作员专用键盘打印机2.2.3DCS工程师站的硬件构造主要构成：主机：一般工控机IPC或工作站或专用彩色显示器CRT：触屏式或非触屏式键盘打印机主要功能离线组态在线维护和诊断2.2.4DCS监控计算机站的硬件构造主要构成：主机：一般工控机IPC或工作站或专用彩色显示器CRT：触屏式或非触屏式键盘打印机2.3DCS的软件构造特点：模块式构造包括：DCS把握站的软件构造DCS操作员站的软件构造DCS工程师站的软件构造DCS监控计算机站的软件构造2.3.1DCS把握站的软件构造CS或PCS软件的用户表现形式：各类功能模块功能模块又称为点或内部仪表，主要包括：输入模块：对应输入点，AI、DI等，一一对应输出模块：对应输出点，AO、DO等把握模块：连续把握、规律把握、挨次把握运算模块：加减乘除、超前滞后补偿等程序模块例：构成一个单回路PID把握系统组态图LT2135AIPVLC2135PIDOVLV2135AOPVPVSVBIVBOVOVBOV模拟量输入模块PID控制块模拟量输出模块2.3.2DCS操作员站的软件构造人机界面(HMI)软件的用户表现形式：丰富多彩、图文并茂、形象直观的动态画面一般有：通用操作画面：总貌、组、点、趋势和报警等专用操作画面：工艺流程图、操作指导和操作面板等历史信息画面：操作员操作、过程点报警和事故追忆日志等系统信息画面：系统设备状态和功能模块汇总等打印功能：各类报表、日志、记录和报告多媒体功能：语音合成、工业电视等2.3.3DCS工程师站的软件构造用户软件包括：组态软件绘图软件编程软件主要功能：组态：生成DCS系统和把握系统，建立操作、监控和治理环境包括：操作监控层设备组态操作监控层功能组态直接把握层设备组态直接把握层功能组态设备组态作用：登记把握网络上各节点的网络地址、硬件和软件配置。如：登记把握网络上过程把握站、操作员站、工程师站、监控计算机站和计算机网关的网络地址；登记过程把握站的输入输出单元中每块输入板(卡)和输出板(卡)的地址(卡笼号及卡槽号)以及是否冗余；登记DCS的过程把握单元是否冗余，并安排运算模块和把握模块数量；登记操作员站的操作权限、是否触摸屏(CRT)、打印机编号等功能组态作用：建立输入输出模块、运算、把握模块；按工艺要求构成所需的连续把握和规律把握回路。方式：构造图连接窗口选择填表2.3.3DCS工程师站的软件构造〔续〕绘图：通用画面：总貌、组、点、趋势和报警等画面填表或填空实现专用画面：工艺流程图、操作指导、操作面板、报表和报告等绘图软件绘制编程：编程语言专用把握语言CL〔controllanguage〕基于过程的语句，直接面对过程并使用过程变量编程简洁通用高级算法语言，如VC、VB等共享DCS数据库的接口说明：工程师站在系统软件的支持下，把组态形成的目标文件下装到过程把握站，把通用画面和专用画面的目标文件下装到操作员站。2.3.4DCS监控计算机站的软件构造配置了高级算法语言和数据库，供用户自行开发应用程序。作为把握网络的一个节点，用户程序可直接使用PCS中的各种过程变量表现形式：应用软件包自适应把握猜测把握推理把握优化把握专家系统故障诊断等功能：实施高等过程把握策略实现装置级的优化把握和协调把握对生产过程进展故障诊断、事故预报和处理2.4DCS的网络构造构造特点：层次化网络构造包括：过程把握站PCS内承受输入输出总线IOBUS，串行把握网络CNET生产治理网络MNET决策网络DNET2.4.1DCS的输入输出总线一般，冗余IOBUS，自动检测通信故障并自动切换到备用通信线。CNETPCUAIAIAIPIDIAODOSDIFTI4-20mATCRTDIOBUSTC-热电偶PI-脉冲输入SDI-串行设备接口FTI-现场总线设备接口IOBUS可选择RS-232、RS-422、RS-485、FF、PROFIBUS、CAN等，传输距离：100~1000m，加中继可增加传输距离2.4.2DCS的把握网络CNET是DCS的中枢要求：具有良好的实时性、快速的响应性、极高的安全性、恶劣环境的适应性、网络的互联性和网络的开放性等局域网符合ISO提出的开放系统互联〔OSI〕7层参考模型，以及IEEE提出的IEEE802局域网标准协议：Ethernet〔以太网〕、MAP〔制造自动化协议〕、TCP/IP等传输介质：同轴电缆或光缆，传输速率为1~10MbPs，传输距离为1~5km。2.4.3DCS的生产治理网络MNET工厂级，掩盖一个厂区的各个网络节点局域网〔LAN〕协议、传输介质同CNET计算模式：客户机/效劳器2.4.4DCS的决策治理网络DNET公司级，掩盖全公司的各个网络节点局域网〔LAN〕或区域网协议：Ethernet、TCP/IP等传输介质：同轴电缆、光缆、线或无线计算模式：客户机/效劳器2.5典型DCS〔TPS〕的体系构造TDC2023：以高速数据大路为通信系统TDC3000：以就地把握网〔LCN〕为通信系统TDC3000X：万能把握网〔UCN〕、UNIXTPS：WindowsNT为开放式平台全厂一体化系统〔信息集成系统〕TotalplantsolutionsystemTPS系统构成图NTUNIXDECVAX计算机TPS桌面应用AXP计算机NGNGUSHGCBECMCDHPMLMAMHMAMCAPMHPMFSCIOPSAMEOSNIMCLMPHDAPPGUSAXMUXSPLNMEPLCG接变送器、执行器等工厂信息网（PIN）（LCN）LCNELCNE（UCN）（HI低速）光缆LCNUWSTPS系统构成图中各局部功能AM：应用模件applicationmoduleAMC：先进多功能把握器advancedmultifunction controllerAPM：先进过程治理站advancedprocessmanagerAXM：先进应用模件applicationmoduleAPP：应用处理平台applicationprocessingplatformCB：根本把握器basiccontrollerCLM：通信链接模件communicationlinkmoduleDH：数据高速大路datahiwayEC：增加型把握器extendedcontrollerEOS：增加型操作站extendedoperatorstationEPLCG：增加型可编程把握器连接器enhancedPLCgatewayFSC：故障安全把握系统failsafecontrolsafetysystemGUC：全局用户操作站globaluserstationHG：高速大路连接器hiwaygatewayHM：历史模件historymoduleTPS系统构成图中各局部功能HPM：高性能过程治理器high-performanceprocessmanagerIOP：输入输出处理器inputoutputprocessorLCN：就地把握网localcontrolnetworkLCNE：LCN扩展器LCNextenderLM：规律治理模件logicmanagerMC：多功能把握器multifunctioncontrollerNG：网络连接器networkgatewayNIM：网络接口模件networkinterfacemodulePIN：工厂信息网plantinformationnetworkPHD：过程历史数据库processhistorydatabasePLNM：工厂信息网模件plantnetworkmodulePM：过程治理器processmanagerSAM：扫描架应用模件scannerapplicationmoduleUCN：万能把握网universalcontrolnetworkUS：万能操作站universalstationUXS：高级万能操作站universalstation2.5.1TPS的通信系统包括：工厂信息网PIN:实现信息治理系统与过程把握系统的集成局域把握网LCN：96个节点，冗余，A、B两条，自动切换万能把握网UCN：32个节点，冗余通信，A、B两条，自动切换；UCN的网络设备之间具有点对点通信功能，使得UCN上各设备之间可以共享网络数据。高速数据大路DH：63个2.5.1TPS的通信系统〔续〕现场总线：每个IOP可连接4条现场总线，每条现场总线可连接10台设备另外，还包括内部接口模件：网络接口模件〔NIM〕连接LCN和UCN，冗余高速数据大路连接器〔HG〕增加型可编程序把握器连接器〔EPLCG〕通信链接模件〔CLM〕等2.5.2LCN的设备操作监控层，其主要设备：操作员站：通用操纵站US、高级万能操作站UXSUXS带有工业标准协处理器，与用户工厂网上外部设备通信，工程师站：UWS全局用户操作站GUS：兼有操作员站和工程师站功能双处理器，可与LCN和PIN连接历史模件：HM专用硬盘设备，用于存储系统软件、应用软件和历史数据等文件硬件由主机和硬盘驱动器组成2.5.2LCN的设备〔续〕应用模件AM：是监控计算机，实现高级把握和应用模件，并供给一种面对过程的把握语言CL/AM。AM供给应用软件包，如LOOPTUNE〔PID参数自整定〕、HPC〔猜测把握〕等先进应用模件AXM具有上位的先进把握、优化等功能双重处理器，可与LCN和PIN连接软件环境：OpenUSE，包括增加的CL/AM，安全性、协处理开发资源和Open-DDA〔开放数据定义和存取〕Open-DDA为工程师供给了标准的定义和存取过程数据的方法，承受标准的通用语言，如Fortran、C++等2.5.2LCN的设备〔续〕应用处理平台APP是基于AM的TPS节点〔WindowsNT〕，使用开放系统的标准技术，将AM的全部功能提升到开放式的操作环境，并为用户和第三方开发自己的应用供给了一种安全、标准的把握系统数据访问工具。双处理器，可以与LCN和PIN连接网络接口模件NIM是LCN和UCN之间的网络接口2.5.3UCN的设备属于直接把握层，其主要设备：过程治理器PM：数据采集和把握设备，包括过程治理器模件〔PMM〕和I/O子系统先进过程治理站APM：与PM构造相像，增加了设备把握点和数组点，并把离散把握集成在把握策略中，增加了串行I/O处理器高性能过程治理器HPM：三个处理器，即把握处理器、通信处理器和I/O接口处理器把握处理器：运算、把握和HPMM冗余切换治理通信处理器：UCN通信治理、HPM之间的点对点通信、UCN冗余切换治理和UCN通信接口I/O接口处理器：I/O通信治理软件：点，即功能模块2.5.3UCN的设备〔续〕规律治理模件LM：主要用于规律把握，它具有可编程序把握器的优点；由规律治理模件(LMM)、把握处理器、I/O链路处理器及I/O模件等组成。故障安全把握系统FSC：承受独特高级自诊断的先进生产过程疼惜系统以微处理器为根底的容错安全停车系统，用于疼惜操作入员的安全，疼惜生产设备和装置，保持最正确生产状态，疼惜操作环境。2.5.4TPS信息集成系统TPS是实现全厂把握、治理和信息集成的开放式系统，它综合过程把握、生产治理和经营决策，把分散的把握系统和集中的治理系统有机的集成起来，构成计算机信息集成系统。TPS信息集成系统是一个集成软件，将TPS中的信息、治理和应用集于一体，为操作员、工程师、治理员供给快速便利的效劳。TPS信息集成系统主要有以下三局部构成：过程历史数据库PHD、商业应用软件、桌面办公软件国产SUPCONJX-300X的通信系统体系构造如以以下图，主要由把握站、操作站和通信网络组成。通信网络分三层，第一层网络是信息治理网〔用户可选〕，其次层网络是过程把握网，称为SCnetⅡ，第三层网络是把握站内部I/O把握总线，称为SBUS。2.6国产SUPCONJX-300X的通信系统JX-300X体系构造图JX-300XDCS系统通信网络构造示意图①信息治理