HOLLiASMACSⅤ系统培训教程系列系统概述及结构

系统概述及结构HOLLiAS-MACSⅤ系统培训教程系列

之基础应用培训课程(M5A01)11自动控制的相关信息DCS的概念DCS的宗旨、特点、结构介绍HOLLiAS-MACS系统的组成结构HOLLiAS-MACS系统的硬件体系结构HOLLiAS-MACS系统的软件体系结构思考与练习系统概述及组成结构部分重点内容21.自动控制的相关信息自动控制的概念自动控制：没有人直接参与的条件下，利用控制器使被控对象（如机器、设备和生产过程）的某些物理量或工作状态能自动地按照预定的规律运行或变化。从形式角度：代替人的体力劳动；代替或辅助人的脑力劳动；人机及整个系统的协调、管理、控制和优化从范围角度：制造自动化不仅涉及到具体生产制造过程，而是涉及产品生命周期所有过程。从应用角度：过程自动化、机械制造自动化、管理自动化、实验室自动化、家庭自动化等。

3生产过程自动化的组成自动检测：对反映生产过程运行状态的物理量、化学量以及表征设备工作状况的参数自动地检查、测量和监视。

自动调节：为了保证设备安全经济运行，必须要求某些表征设备正常工作的物理量始终维持在某一规定值或预定范围内、按预定的规律来变化，但生产过程中经常受到各种外界或内部因素的干扰，使被调量发生偏离规定值的倾向时，就需要进行相应的调节，使之保持或恢复到规定的范围内，保证生产过程的稳定。自动调节就是依靠自动调节设备来实现这种调节作用的，所以自动调节设备必须具备检测、定值、运算、执行等功能。自动保护：设备发生异常，导致工艺参数超过允许范围，甚至发生事故时，为确保生产的安全，保证产品的质量，需要对某些关键性参数设置信号、联锁装置，事故发生前，信号系统能发出声、光信号，提醒操作人员采取措施。若工矿已近危险状态时，联锁系统采取紧急措施，以防事故发生或进一步扩大，或保证设备不受损坏，是一种安全装置。

自动操作：根据预先规定的程序或条件自动地对生产设备进行某种周期性操作，把操作人员从重复性劳动中解放出来。

1.自动控制的相关信息4人工控制和自动控制人工控制：在人的直接参与下，使被控量等于给定值。特点：反应不及时，可以处理复杂问题。自动控制：在没有人的直接参与下，利用控制装置操纵受控对象，使被控量等于 给定值特点：反应快，按设定的程序控制，必须有模型(或算法)

例如：水箱水位的控制人工控制人在完成水箱水位的控制任务所经历的过程眼睛→观察

大脑→分析决策、预期目标手→调节阀→执行

水箱→受控对象自动控制控制装置在完成水箱水位的控制任务所经历的过程测量变送单元→观察

调节器→分析决策、给定值调节器给出的指令→调节阀→执行

水箱→受控对象1.自动控制的相关信息5观察实际液面的高度h1——用眼

h1与希望高度h0相比较——用脑

根据比较的结果开关阀门——用手水箱水位的控制6被控对象(过程):工艺生产设备(如反应釜，换热器，汽包、水箱等)，从传感器(测量变送单元)到执行器之间。被控量：表征被控对象工作状态的物理量，如液位，温度，压力等。测量变送:对被控量进行测量(转换成标准信号)的装置。调节器：把测定值和设定值进行比较的装置。执行器(调节阀):把调节器的指令成比例地转换为直线或角位移地装置。调节器执行器被控对象测量变送测定值/过程值设定值水箱调节阀PID调节器变送器2.DCS的概念72.DCS的概念DCS即集散型控制系统，又称分布式控制系统(DistributedControlSystem)特点：分散控制、集中管理返回主要应用技术说明网络技术令牌总线网（DNT）全面冗余技术服务器、网络、电源、模块热插拔技术控制器、模块、网络部件自诊断技术通道、部件、站级、系统低功耗设计技术控制器、模块无风扇设计结构设计技术散热、防尘、模块化制造技术SMT表面贴生产技术8DCS概念图9我们可以把上述过程引申如下：2.DCS的概念103.DCS的宗旨、特点、结构介绍DCS的宗旨：为工业生产和社会生活提供安全可靠的自动化解决方案，提高人们生产和生活的质量与效率，通过促进节能减排降耗来保护环境。返回改造前改造后用自动化改进人们的工作、生活和环境！11

DCS主要特点（2I+2D+2S）集成化和信息化（Integration&Information）开放性＋标准化＋模块化＝可集成信息管理与过程控制一体化分布和分散（Distributed&Decentralized）分布（Distributed）：控制运算逻辑分布，减小风险。分散（Decentralized）：物理安装地域分散，节省成本智能化和小型化（Smarter&Smaller）智能模块，并且支持现场总线。超低功耗，小模块结构体积更小，集成度更高，功耗更低，极大的节省空间12操作员站多重系统服务器Ethernet工程师站DP/PA

连接器PROFIBUS—DPFM系列冗余控制器及I/OPA智能仪表PLCLM系列PROFIBUS—PA4~20mA仪表Dnet

工业以太网Web服务器MonitorNetworkSystemNetworkHart智能仪表远程I/OFirewallPlantNetworkSM系列冗余控制器及I/ODCS结构

134.HOLLiAS—MACS系统的组成结构

1.HOLLiAS—MACS系统是由以太网和使用现场总线技术的控制网络连接的各工程师站、操作员站、现场控制站、通讯控制站、数据站组成的综合自动化系统，完成大型、中型分布式控制系统(DCS)、大型数据采集监控系统(SCADA)功能。2.HOLLiAS—MACS系统硬件由工程师站、操作站、现场控制站(包括主控单元设备和I/O单元设备)、通讯控制站、数据站、系统网络、监控网络、控制网络等组成。3.HOLLiAS—MACS系统软件包括：工程师站组态软件；操作员站在线软件；

现场控制器运行软件；数据站软件等。返回操作员站现场控制站工程师站145.HOLLiAS—MACS系统的硬件体系结构和利时公司在成功地开发并应用了HS-DCS-1000系统和HS2000系统之后，在系统地总结了各行业用户的意见和建议，充分调查了计算机技术、网络技术、应用软件技术、信号处理技术等最新发展动态的情况下，基于当今最先进的技术，采用成熟的先进控制算法，推出了公司的第四代DCS系统HOLLiAS—MACS系统。

返回15是系统结构中的一个组成环节是物理上的一套独立设备是网络中的一个通信节点在系统功能中完成某一类特定的处理任务5.HOLLiAS—MACS系统的硬件体系结构-“站”的概念HOLLiAS—MACS系统中“站”的概念165.HOLLiAS—MACS系统的硬件体系结构-“站”的概念HOLLiAS—MACS系统中的“站”包括工程师站操作员站(站号为50～79)通讯站数据站(站号为0)现场控制站(站号为10～49)为方便系统各站的识别，对各站进行了站号的编制，如上。175.HOLLiAS-MACS系统的硬件体系结构-工程师站的功能工程师站组态：是为实现系统对生产过程自动控制的目的，使用软件完成工程中某一具体任务的过程。组态工作包括：设备组态、数据库组态、控制算法组态、图形组态、报表组态。下装：是将通过组态完成的工程文件下传到系统各站的过程。下装包括：下装到数据站、下装到操作员站、下装到现场控制站185.HOLLiAS-MACS系统的硬件体系结构-操作员站的功能操作员站流程图显示及工艺生产监控功能报警监视趋势分析报表及日志195.HOLLiAS-MACS系统的硬件体系结构-通讯站的功能通讯站和其它设备通讯205.HOLLiAS-MACS系统的硬件体系结构-数据站的功能数据站计算实时数据和历史数据文件存取215.HOLLiAS-MACS系统的硬件体系结构-现场控制站的功能现场控制站信号采集和输出数据转换控制运算225.HOLLiAS-MACS系统的硬件体系结构-各“站”的功能汇总工程师站：运行相应的组态管理程序，对整个系统进行集中控制和管理。组态(包括系统硬件设备、数据库、控制算法、图形、报表)和相关系统参数的设置。现场控制站的下装和在线调试，数据站和操作员站的下装。下装完毕后可把工程师站兼操作员站使用。操作员站：运行相应的实时监控程序，对整个系统进行监视和控制。各种监视信息的显示、查询和打印，主要有工艺流程图显示、趋势显示、参数列表显示、报警监视、日志查询、系统设备监视等。通过键盘、鼠标或触摸屏等人机设备，通过命令和参数的修改，实现对系统的人工干预，如在线参数修改、控制调节等。数据站：运行相应的管理程序，对整个系统的实时数据和历史数据进行管理。现场控制站：运行相应的实时控制程序，对现场进行控制和管理。包括运行工程师站所下装的控制程序，进行工程单位变换、数据采集和控制输出、控制运算等。235.HOLLiAS-MACS系统的硬件体系结构-“网络”HOLLiAS—MACS系统中的“网络”包括监控网络MNET系统网络SNET控制网络CNET245.HOLLiAS-MACS系统的硬件体系结构-监控网络监控网络MNET冗余高速以太网链路使用五类屏蔽双绞线或光纤将各个通讯节点连接到中心交换机上节点有工程师站、操作员站、数据站采用TCP/IP通讯协议25操作员站50操作员站51操作员站52操作员站n(工程师站)数据站A机数据站B机130网段130.0.0.50130.0.0.51130.0.0.52130.0.0.n130.0.0.1130.0.0.2131网段131.0.0.50131.0.0.51131.0.0.52131.0.0.n131.0.0.1131.0.0.25.HOLLiAS-MACS系统的硬件体系结构-监控网络监控网络上各个节点用固定分配的IP地址进行标识。为实现监控网络的冗余，网中每个节点的主机都配有两块以太网卡，一般在工程上将两块以太网卡分别连接到130网段和131网段的交换机上。监控网络的前两位IP地址分别为130.0和131.0，后两位则可以自行定义。对于工程师站和操作员站的计算机，我们把它看作同一类计算机，进行统一编号。工程上编号的惯例为：26针对操作员站、数据站监控网网卡设置，选择TCP/IP协议，点击属性在弹出的窗口中填入该站的IP地址，如果这台计算机为50号站，则填入地址130.0.0.50，如果这台计算机为数据站A机，则填入地址130.0.0.1。5.HOLLiAS-MACS系统的硬件体系结构-监控网络275.HOLLiAS-MACS系统的硬件体系结构-系统网络系统网络SNET冗余高速工业以太网采用HSIE通讯协议使用五类屏蔽双绞线或光纤将各个通讯节点连接到中心交换机上节点有数据站、现场控制站28系统网以太网卡的设置：由于系统网络是工业以太网，其通讯协议为HSIE协议，因此不需要在系统设备组态中设置系统网以太网卡的地址。针对数据站系统网网卡设置，选择HSIE协议即可。5.HOLLiAS-MACS系统的硬件体系结构-系统网络295.HOLLiAS-MACS系统的硬件体系结构-控制网络控制网络CNET位于现场控制站内部Profibus-DP现场总线采用带屏蔽的双绞铜线连接节点主要有DP主站(主控单元)和DP从站(智能I/O单元)完成实时输入/输出数据和从站设备诊断信息的传送站地址为0-12530Profibus-DP现场总线：Profibus是作为德国国家标准DIN19245和欧洲标准prEN50170的现场总线。ISO/OSI模型也是它的参考模型。由Profibus-Dp、Profibus-FMS、Profibus-PA组成了Profibus系列。Porfibus支持主—从系统、纯主站系统、多主多从混合系统等几种传输方式。主站具有对总线的控制权，可主动发送信息。按Profibus的通信规范，令牌在主站之间按地址编号顺序，沿上行方向进行传递。主站在得到控制权时，可以按主—从方式，向从站发送或索取信息，实现点对点通信。主站可采取对所有站点广播(不要求应答),或有选择地向一组站点广播。HOLLiAS-MACS系统使用Profibus–DP协议。Profibus-DP的特性：传输技术：RS-485双绞线电缆或光缆；波特率9.6Kbps-12Mbps；总线存取：各主站间令牌传送主站与从站间数据传送；支持单主和多主系统；主-从设备总线上最多站点数126；通信：点对点用户数据发送或广播控制指令；循环主-从用户数据传送和非循环主-主数据传送；5.HOLLiAS-MACS系统的硬件体系结构-控制网络31Profibus-DP现场总线：系统I/O站总线采用了先进的现场总线技术ProfiBus-DP总线，I/O站的主控单元如FM801为ProfiBus-DP主站，I/O输入/输出模块如FM系列模块为ProfiBus-DP从站。主/从站及他们之间的连接件构成了完整的ProfiBus-DP总线网络。网络配置(包括主/从站数量传输数率传输距离等)的优化，在保证系统的正确、快速工作的前提下，可大大提高系统稳定性。5.HOLLiAS-MACS系统的硬件体系结构-控制网络32工程师站和现场控制站的网络连接。工程师站下装数据时通过此连接实现。5.HOLLiAS-MACS系统的硬件体系结构33#10站主控单元#11站主控单元#12站主控单元#n站主控单元A机128网段128.0.0.10128.0.0.11128.0.0.12128.0.0.n129网段129.0.0.10129.0.0.11129.0.0.12129.0.0.nB机128网段128.0.0.138128.0.0.139128.0.0.140128.0.0.(128+n)129网段129.0.0.138129.0.0.139129.0.0.140129.0.0.(128+n)5.HOLLiAS-MACS系统的硬件体系结构由于工程师站下装现场控制站是通过TCP/IP协议进行，因此现场控制站需要设置IP地址。我们将一个现场控制站里相互冗余的两个主控单元分别称为A机、B机。它们的IP地址设置是通过一对拨码开关来实现的，具体设置方法详见硬件产品介绍中的机笼FM301背面拨码开关设置部分。设置后的现场控制站中系统网卡的IP地址如下表所示。工程师站下装现场控制站时需要在组态软件设置此地址，具体设置方法详见软件介绍中的控制器算法组态。34

操作员站50/工程师站操作员站n数据站A机数据站B机现场控制站10现场控制站nA机B机A机B机监控网A网130.0.0.50130.0.0.n130.0.0.1130.0.0.2监控网B网131.0.0.50131.0.0.n131.0.0.1131.0.0.2系统网A网/下装A128.0.0.50HSIEProtocolHSIEProtocolHSIEProtocol/128.0.0.10HSIEProtocol/

128.0.0.138

HSIEProtocol/128.0.0.nHSIEProtocol/128.0.0.(128+n)系统网B网/下装B129.0.0.50HSIEPro