CS3000CENTUM-CS3000-系统介绍.ppt

1、CENTUM CS3000 系统介绍,September 16, 2020,Page.2,The Background of CENTUM ?,上世纪70年代末到80年代初，工厂仪表及自动控制的技术得到了改变。 大规模、复杂的控制回路得到应用，代替了传统的单回路控制 由于要求控制更优化、更安全、更可靠，要求系统可以具备自动开/停车、顺序控制、连锁以及计算等功能。 诞生了横河的CENTUM DCS系统 ，世界上第一套能够满足以下要求的DCS系统。 通过不同的部件来容易的构成系统，任何部件的故障不影响其他设备. 对于任何不同的部分都能更简便的维护。 操作员可以早在同一个屏幕上看到更多的信息。,Pa

2、ge.3,CENTUM CS 3000系统概貌,Page.4,横河公司 控制仪表/系统的发展,三十年代：常规控制仪表,五十年代：集中型控制系统,七十年代：分散型控制系统 1975年 - CENTUM 1979年 - YEWPACK 。 1987年 - CENTUM XL 1988年 - XL,九十年代：综合型生产控制系统 1993年 - CENTUM CS 1997年 - CENTUM CS1000 1998年 - CENTUM CS3000,Page.5,CENTUM CS3000(R3)的发展历程,新的控制网络（Vnet/IP） 远程HMI 标志着CS3000系统成为工作站版+服务器版的超

3、大型综合型DCS系统 开放的网络状态监测 “右击”菜单操作功能 标准 PC 键盘操作功能改进，定义标准PC机键盘上的功能键相对应的操作功能。,Page.6,CENTUM DCS系统 是于1975年推出的，世界上第一套DCS系统。 CENTUM CS 3000 R3 日本横河电机目前最新的DCS系统。,Vigilance in Product,Page.7,Yokogawa CENTUM at work,TOTAL 18,232 PROJECTS,MEXICO (16),As of March 2006,Page.8,CENTUM Outline. (Distributed Control Sy

4、stem),操作,控制站,现场设备,Human Machine Interface,控制网络,现场接口,多种的控制功能 PID, Ratio, Cascade, Sequence, Interlock etc. Plant optimization is possible for many types of application. 灵活的系统 Several loops to huge number of loops. 通过微处理器实现了分散 Function (for reliability) Danger (for safety) Loading (for economy),虚拟的操作盘

5、. Operators can monitor the plant status in a CCR. Local panels are virtually concentrated in a terminal. 简单的操作 Alarm display, Control loop, Trend graph, Graphic Panels, Overview are available on a display. 灵活的配置 One operation terminal to many terminals.,Page.9,Vnet/IP网络结构,Field network,PRM,SIOS,Exa

6、opc,ENG,FCS,HIS,CS3000 on Vnet,CS,OPC Server,CS 1000,Other Systems,Page.10,大规模应用的系统配置,Vnet/IP,Ethernet,Ethernet,HIS和FCS的总数可高达256个 可以通过划分DOMAIN的方式，减轻控制网络的负荷 工位号的总数可以达到1,000,000个 (PID, Sequence elements etc.) 而且该数据是不包括I/O点数的,我们能够保证如下数据的真实性。（并且我们已经测试过）,In an FFCS Up to 480 analog I/O Up to 1920 digital

7、 I/O Up to 4000 sub-system I/O Up to 120 FF segments Up to 32 device per segment,Page.11,Domain Integration,Multiple Vnet domains can be integrated by upper Vnet/IP domain.,Page.12,CS3000 特点（1）-安全可靠,硬件部分: 横河公司DCS的控制部分全部为原装进口设备，由于采用了高可靠性的元 器件，采用了工程环境安全技术标准设计，使得横河公司DCS系统在中国 市场应用无死机现象。 系统冗余：Vnet/IP总线，控

8、制站电源/CPU/节点总线/控制IO模块。 控制网络采用基于以太网的控制网络（速度最快：1Gbps）进行通讯。 现场控制站采用RISC和Pair and Spare四CPU技术。 CENTUM CS3000系统内部以工程数据处理。智能I/O卡，将采样数据在 I/O卡内直接转化成工程数据，使内部数据传递和接收以工程数据进行。 减少控制器、操作站上数据换算，大大减少了网络负担，并将信号转换和 I/O处理合并在I/O模件一级完成,使得I/O卡件品种减少，互换性增强,增加 了系统的可靠性。 I/O模块采用表面封装技术，具有1500VAC/分抗冲击性能，可真正在线插 拔。卡件可利用率7个9。 采用了强抗

9、干扰设计电路,系统接地可放宽到小于100欧姆。,Page.13,CS3000 特点（1）-安全可靠,软件部分: 控制规模可小可大，小到几十点，大上万点，便于投资的估算。 系统控制功能及仪表功能块相当丰富，组态简单方便。 CS3000所采用的WINDOWS环境, 为确保操作的安全可靠性，使得操作 员的误操作及不当操作不影响系统正常运行。采用了多级限制措施，包括: 操作钥匙、操作重要度软件定义、用户名和密码设置。还可以在系统的最 初装机时有选择地不安装WINDOWS中对系统无用部分,并可以通过安全 级别规定只能在全屏方式下操作，使用CENTUM桌面，系统自动定义注册 表隐藏桌面等功能。 历史信息存

10、储功能强大，根据查询功能，可详细了解误操作信息发生的时 间、地点、执行人员等重要信息。 工程师站及各个操作员站关系对等，各自应用自身的存储单元，使操作员 站可相互备用，增强了系统的安全可靠性。 具有无线虚拟调试(不需要控制器)与目标测试功能，可使工程应用软件在 投运前充分完善，减少现场调试时间。,Page.14,CS3000 特点（1）-安全可靠,冗余技术: 同步热备冗余容错 保证输出数据的正确性 实现 Non-stop 控制 无扰动切换 独立与内存,具ECC功能 ECC:Error-Correcting Code,Page.15,CS3000 特点（2）-系统开放,开放性: 采用PC硬件技术

11、。 采用开放型控制总线Vnet/IP，可以与一般意义上的以太网通讯同时存在， 可以把非CENTUM设备通过TCP/IP传输协议连接到控制网络上。是一个可 以连接各种不同设备的通用平台。 采用开放软件：WINDOWS XP操作系统，OPC开放软件 采用标准网络和接口：Ethernet，Field-bus，PROFIBUS-DPV1 ， RS232C，RS422/RS485，Modbus,Page.16,CS3000 特点（3）-面向用户,工程简捷: 离线工程/并行工程。 强大的仪表功能块库，采用CAE计算机辅助工程方法，从简单系统到复杂系 统组态均简单明了，回路图式的结构使检索及维护清晰高效。复

12、杂联锁控制 可使用顺控表及逻辑图。提供用户自定义面板功能，由用户自由组合，来执 行复杂的联锁指令。 标准显示画面定义简单，每个操作站的监视画面可根据工况不同分别定义。 可定义操作站分组或分群。 可重复使用部件和模块。 提供了系统自行文件软件。使得组态资料、FCS定义、HIS定义、系统逻辑 图、系统变量使用情况可打印出来，便于用户最终工程资料生成。 无线虚拟测试功能。 工程数据可以被其它站或其它项目再利用。,Page.17,CS3000 特点（3）-面向用户,操作监视: 标准的操作监视窗口及专用的操作员键盘，可从快捷健、工具棒、系统下拉 菜单等多种方式进入监视画面。提供用户自定义下拉菜单窗口及操

13、作成组， 使操作更加符合个性化特点。 开放的网络监视，使故障定位检测更加容易，减少了设备停车检查的周期。 远程的操作站，在远离控制室的情况下，也能像在操作控制台前一样完成监 测功能。在没有和控制网连接情况下，可以通过LAN 或无线 LAN对HMI进 行操作。 “右击”功能，点击右键出现下拉菜单，用户可任意定义其中各项。 系统报警、过程报警、事件报警画面分开，便于操作人员监视。,Page.18,CS3000 特点（3）-面向用户,专用操作员键盘,32个一触式功能健,窗口调出健,数字字母健盘,回路 操作,OFF：操作工 ON ：班长 ENG：工程师,Page.19,CS3000 特点（4）-维护全

14、面,在线维护: 在线修改用户的控制应用，不中断FCS的运行，也不影响没修改的功能块。 在线维护控制回路时，保持阀位输出不变，防止扰动。 在线带电更换I/O卡件，下装I/O卡件信息。 具有校验功能，可屏蔽现场信号校验仪表。 可随时存储图形、数据文件到硬盘或辅存留档。 过程报告及历史报告，利用检索功能，查阅相关信息。 系统维护: 监视系统各个站状态，控制站I/O状态，监视网络状态。 使用HIS Setup工具，定义每台操作站上特性化的操作。 启/停FCS。 可随时保存仪表调整参数，检修后再次开车时，可保证系统很快平稳。 远程维护 横河总部的工程服务定期维护，掌握系统状态。 可诊断用户系统的运行情况

15、，提出优化方案。,Page.20,Major Components,HIS (Human Interface Station) FCS (Field Control Station) V net/IP (Control Network),Page.21,Desktop PC HIS (Human Interface Station),新型的液晶显示操作台. 更可靠的、专用的工作站计算机 可使用触摸屏. 可使用专用的操作员键盘. 可使用轨迹球或鼠标. 可使用双显示器. 可使用Windows2000或Windows XP操作系统,Page.22,World first Windows XP Sup

16、port,CS3000 可以工作在Windows2000操作系统和Windows XP操作系统上. The world-first Windows XP compliant system.,Yokogawa always catches up with the latest Operating System. We keep the promise to give customers “Peace of mind” for a long time !,Page.23,CENTUM CS 3000 系统的发展轨迹,R1.00,Windows NT,Windows 2000,Windows XP,

17、R2.01,R2.05,R2.06,R2.10,R2.20,R3.01,R3.02,R3.03,1997,1998,1999,2000,2001,2002,2003,(CS1000),视窗操作系统的诞生日期,Windows NT 停止销售 June 2003,1996/12,2001/11,2000/02,R3.03,2004,R3.04,R3.04,CS 3000 始终跟随着最新的微软视窗技术,2005,R3.05,R3.05,Windows 2000 停止销售 March 2005,R3.06,R3.06,Page.24,工艺流程图,Fieldbus信号,Via 4-20mA,报警,显示现

18、场 PID,统一的操作,Page.25,其他视图,文件窗,总貌窗,控制组窗,整定窗,趋势窗,顺控表窗,Page.26,HIS报警管理功能,Navigator Window including alarm indication,Process alarm window,Faceplate window,操作和监视窗,Page.27,HIS安全管理功能,Security window,Security engineering window,操作和监视窗,Page.28,Status Display,HIS维护功能,Field Control Station status window,Node I

19、nterface Unit status window,System alarm window,Page.29,Centum CS3000 Sequence of Events (SOE),在DCS上真正实现1 毫秒 事件分辨率 (信号事件可被精确的记录，即使是在不同的控制器上。) 系统具备时钟同步功能。保证各个站的时钟一致。 每个SOE卡件的通道都具备毛刺信号过滤功能。 SOE报表包括时实事件及历史时间记录。 SOE使用的SQL 数据库。,顺序事件 (SOE) 功能,Master Clock,Signals in separated FCSs are discriminated with 1

20、ms resolution,DI,Time Synchronising,DI,Page.30,Sequence of events display window,Report shows “pre trip” and “post trip” events,Page.31,远程操作,远程登陆,横河向您提供的简便的远程操作功能,Page.32,Web Monitoring,Ethernet,FCS,V net,互联网拨号连接,在出差途中、家中或办公室任何时间任何地点对工厂的运行进行监视,HIS,Page.33,远程操作站,远程操作站利用了微软最新的Windows TSE (Terminal Ser

21、ver Edition)系统 Name: HIS TS (Terminal Service) Platform: Windows 2003 服务器版带 Terminal Server操作系统,Page.34,HIS TS 系统结构,HIS TS 可带8个客户端,Office 局域网,HIS,流程图操作 仪表面板操作 趋势画面- 报警监视,FCS,V net/IP,防火墙,HIS TS 具有与传统的HIS同样的能力.,Port:3389,Page.35,远程操作站示例,Page.36,Major Components,HIS (Human Interface Station) FCS (Fiel

22、d Control Station) V net/IP (Control Network),Page.37,FCS (Field Control Station),Page.38,FCS (Field Control Station),通过使用高运算速度的CPU， 一个控制器可以处理成百上 千个控制回路,处理器：RISC CPU VR5432 存储器：32MB ECC 工作主频：133MHZ,彻底的冗余技术实现了 工厂的无停车运行. 成对冗余的技术,输入/输出子系统. 多种类型 传统的, HART智能的 FF, PROFIBUS 冗余的输入/输出 远程安装,各种各样的现场设备上都可以连接到CP

23、U的通讯接口,Page.39,Dual hardware of FFCS,Dual HIS,All data are equalized real time every time among all HISs,Dual Vnet/IP,Page.40,CPU Redundancy - Pair&Spare -,两块CPU模块各自独立工作，两块CPU模块可以进行无缝切换. 而且 .,每一个CPU模块含两个CPU芯片. Each CPU is processing independently. 结果检测 Processed results of CPUs are every time compar

24、ed each other. If the results are not consident, switch to the stand-by module.(To avoid the effect of transient error),COMP,CPU,SYNC,CPU,BUFFER,COMP,CPU,SYNC,CPU,BUFFER,控制侧,备用侧,INPUT,OUTPUT,BUFFER,BUFFER,Page.41,Various kinds of I/O units,过程信号通过I/O模块连接到控制器. There are various kinds of I/O modules, s

25、uch as Current, Voltage, Pulse, Digital, TC, RTD, Relay I/O模块安装在 I/O节点的插槽中. 一台控制器可连接 14个I/O节点.,I/O 节点,19” inches (482.6 mm),Up to 8 I/O modules,8.76 inches (222.3 mm),Page.42,FCS 现场控制站网络结构,ESB/ER 总线型控制站 FFCS-L:：现场控制站 ESB：扩展型串行背板总线 介质: 专用电缆 距离: 10M(专用电缆) 速度: 128Mb/s ER：增强型远程总线 介质: 同轴电缆 距离: 185M(细缆),5

26、00M(粗缆), 2KM(EB402通讯卡、Switch HUB、双绞线), 广域以太网(微波等设备)。 速度: 10Mb/s NODE：节点(Node Unit和FIO组成) Node Unit: 节点单元 (1.15) FIO(Field Network I/O): 输入输出单元,Vnet/IP,模拟量I/O,ESB bus,开关量I/O,YS100，PLC，FF-H1 etc.,FFCS-L,子系统,FIO,ER bus,Local Node 本地节点,FIO,Remote Node 远程节点,Page.43,FCS Capacity Expansion,FIO: Max. 8,node

27、 Max. 14,ESB 总线,可用 6 Modules,可用 8 Modules,Vnet/IP,FFCS,EC401,EC401,FFCS,最小结构,最大结构,Page.44,Remote I/O Node,Page.45,PROFIBUS-DP,Various Field network Support,FOUNDATION Fieldbus,DeviceNet,Other Protocols,MODBUS TCP,MODBUS,Other Protocols,(RS-485, 422, 232C),(Ethernet),Page.46,I/O 模块（1）,模拟I/O模件 16Ch 电流

28、输入420mA , 变送器供电（可选） 16Ch 电压输入15V 16Ch 电压输入10V10V 16Ch 电压输出10V10V 16Ch mV,TC输入 JIS R,J,K,E,T,B,S,N/ -100+150mV 12Ch RTD JIS Pt100 16Ch RTD/POT输入RTD JIS Pt100/ POT 10k 8Ch 010kHz 脉冲输入，变送器供电（12V/24VDC），跳线电阻可以选择 8Ch 脉冲输入，8Ch 电流输出 420mA 数字I/O模件 16Ch 32Ch 64Ch,Page.47,I/O 模块（2）,通讯I/O模件 串行通讯模件 RS-232C 2口 R

29、S-422/RS-485 2口 软件可以双重化 现场总线通讯模件 FF-H1 32块/FFCS， 4口/卡 双重化(世界首创) 压线端子和端子板两者，都可以 可以安装在本地和远程节点中 PROFIBUS-DPV1,Page.48,I/O 模块特点（1）,FIO可以安装在离现场设备近距离的地方，从而减少连线的投资。 可以使用高速的远程I/O节点.(10Mbps) 节点可以安装在温度范围较宽的地方(-20C-70C) 节点是紧密型的，这样便于安装在很小的地方 通过CENELEC Zone2安全认证 可选择所要求的性能价格比. 可选择单/双重化. 非隔离型(系统和现场之间)可选择.,Page.49,

30、I/O 模块特点（2）,开放的结构 远程I/O总线基于Ethernet，因此这有利于减少安装费用。 通用19”英寸 可以采用通用的机柜和托架。 完全支持FOUNDATION现场总线标准。 更高的可靠性，所有I/O 模件都可以构成双重化。 数字模件也可以双重化构成。 冗余的子系统(串行通讯)是可行的。 提供冗余的FOUNDATION现场总线。,Page.50,I/O 模块特点（3）,灵活的适应性(连接方式) 专用的带M4螺钉压线端子(RIO):横河传统的连接类型。 Weidmueller (压线端子) 端子(FIO): 在欧州最为流行，与PLC的端子一样。 专用的端子板，带M4螺钉的端子，通过K

31、S电缆连接: 与横河传统的连接类型一样。 MIL连接器(FIO): 海外流行的底成本安装方式。,现场的连线方法，根据具体应用和预算而定,MIL connector,Weidmuller 端子,KS cable adapter,I/O模件,带M4螺钉压线端子,Page.51,On-line maintenance.,(2) You modify one of control loops. (or sequence logic etc.)Only this loop is stopped.Others are going on working.,(3) Modified item loop is

32、retrieved on-line to actual control without any effect to other loops.,(4) In this term, CPU of controller never stops.,No effect,No effect,No effect,No effect,No effect,No effect,Page.52,Remote I/O installation,FCU,ooo,中控室 (Central Control Room),Page.53,Solution for Intrinsic Safety.,安全区域,危险区域,Zone

33、 2,Zone 1,IS devices.,IS安全栅集成在I/O模块上. (可冗余配置.),ER bus,节点可安装于 Zone2,IS barriers are built in modules. (Redundancy is available.),ATEX : Ex II(1) 3G CENELEC:EEx ia II C T4,Page.54,Major Components,HIS (Human Interface Station) FCS (Field Control Station) V net/IP (Control Network),Page.55,使用 Vnet/IP整合

34、系统,Equipment monitor,Process control,集成的人机操作界面,Safety system,Image data,集成的工程组态,SCM/ERP,MES packages,核心网络 基于Vnet/IP,CS 3000,High Speed Controller,Discrete equipment,Motor control center,Turbine controller,Page.56,Vnet/IP 横河新的解决方案,Reliable,Open,Real-time,在任何情况下都能确保信息传输的可靠性,Vnet/IP是可靠的、实时的、开放的控制网.,在特定

35、的时间内完成信息的传输,可与其他应用系统通过开放的协议互联,Page.57,Control Network (Vnet/IP),我们的控制网在保证高可靠性、实时性和稳定性的前提下同时兼容常规通讯功能 Name: Vnet/IP The “Vnet” part represents Vnet compatibility and the “IP” indicates an internet protocol for general-purpose communication. Position: Vnet/IP 是一个通讯速度高达1-Gbps的控制网络，是兼容V NET和TCP/IP两种协议的控制

36、网. 横河电机正在和国际IEC组织共同探讨，将该标准作为下一代的工业控制网络的新标准。,Page.58,CS3000 系统规模,最大可扩展至100万工位,FCS(FFCS-L),ENG/HIS,L2 switch,L2 switch,红色: BUS1 (控制) 黑色: BUS2 (开放),最小配置,最大工位数 :100,000 per HIS 域内最大站数 :64 最大域数 :16 Vnet/IP总线短距离或域内： 双绞线（RJ45）：100m 光纤（中继器） ：40km,Page.59,Vnet/IP Network Configuration Example 2,Example of mu

37、ltiple-domain configuration,Page.60,多波段通讯,Control Communication (Vnet Protocol),Field EyeServer,Open,Open Communication (TCP/IP),开放的数据通讯和高可靠性、高实时性的通讯在同一个高速 以太网媒介上传输.,Page.61,CS3000 Vnet/IP 网络特点（1）,实时性: 世界最快：1 Gbps 高速度实现数据传输，同一个域内时间同步精确到一毫秒。 可靠性: 功能上与V网兼容 可靠的双冗余结构，一旦正在工作的总线出现故障，可迅速切换到另外一条总线上，保证各类信息传输

38、的安全性。 开放性: 功能上同时与以太网兼容 综合性的平台，可以与任何TCP/IP传输协议的网络进行相互通讯 Vnet/IP 是真正意义上的开放型控制总线,Page.62,CS3000 Vnet/IP 网络特点（2）,控制通讯时: 使用 BUS 1 当BUS 1 出现故障时，切换到BUS 2。 开放通讯时: 使用 BUS 2 对于横河软件包 横河软件包如PRM Client, Exaopc Client (Exapilot, Exaqunatum), GSGW for OPC 使用BUS2。 一般意义上的Ethernet,Page.63,CS3000 Vnet/IP 技术条件,拓扑结构: 星型

39、 传输速率:对于横河硬件 ：1 Gbps (V网路由器: 100Mbps)， 对于一般的以太网设备：100 Mbps 通讯控制方式:全双工通信 规模: 64站 /域 总线配置: 双冗余 控制通讯: 功能上与V兼容 开放通讯协议: TCP/IP 网络设备: 通用的L2SW L3SW 电缆: CAT5e 或更高型号的UTP 电缆单模光缆,Page.64,CS3000 子系统通讯门电路,V net/IP,EWS,HIS,HIS,FFCS-L,GSGW,PLC,OPC Server,Ethernet,GSGW,(主机),(备用),OPC Server,PLC,PLC,Ethernet,读,写,Page

40、.65,CS3000 系统网络配置,办公 LAN,企业内部网络的防火墙,Exaquantum,Page.66,Guarantee of response time,DCS HMI displays the virtual plant. You can watch your plant via DCS HMI. You can operate your plant via DCS HMI.,操作员和工厂的实际运行状况之间的响应时间差，必须是确定的而且必须尽量的缩短,Page.67,Station Status Window,Vnet/IP can be shown the detail Netw

41、ork Status,Buses 1 and 2 NR,Bus 1 NR, Bus 2 failure,Bus 1 failure, Bus 2 NR,Buses 1 and 2 failure,站和站之间的通讯状态指示,Station No.,Display of communication statuses between stations,Page.68,Domain Status Window,Providing display of communication statuses between domains,Domain No.,Communication between doma

42、ins,Buses 1 and 2 failure,Page.69,Integration of Non-CENTUM Components,Vnet/IP允许开放通讯数据和控制数据同时传输，所以可以将各种通讯设备包括开放的、或者用于控制的设备集成在同一个平台上. 允许 non-CENTUM 设备连接.,Note that this configuration requires a hub.,CCTV equipped with Web server,100-Mb switching hub for traffic control,Page.70,Other Advantages,Page.7

43、1,PRM integration with HIS,CS3000 R3.07 offers an integration with HIS and PRM. By displaying a maintenance alarm of PRM on an HIS, the real time diagnostic information from field devices can be utilized for operation. An operator can refer to detailed field device information by calling Device View

44、er from an operation guidance message.,Page.72,HART Support,Vnet,Ethernet,HIS,PRM,(Maintenance Database),PRM,HART,devices,ER bus,HART Variables,Process data,RS-485,Other systems CS3000 R3.01 CS3000 RIO system CS1000 system The former type existing CENTUM Not Yokogawas existing systems ESD systems,(A

45、nalog signal),HART Variables,HART multiplexers,Process data,Page.73,CS3000上的现场总线应用,V net,H1 Fieldbus,4-20 mA,现场总线设备,HIS,ALF111 (master),FCS,ALF111 (slave),操作 工程组态,HIS-ENG,传统设备,Power Supply,Link Master (LAS) 冗余 支持4个segment,控制 FF功能块,Ethernet,PRM,设备监视 维护管理 高级诊断,集成了现场总线功能的DCS,IO Module for FF_H1,Page.74,Plant Resource Manager “实时的现场设备维护管理软件”,Devic