DCS系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)

第一節(jié)、DCS的基本概念

集散控制系統(tǒng)（Distributed Control System）亦稱分布式控制系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱DCS），是結(jié)合多種先進(jìn)技術(shù)而形成的，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行集中監(jiān)測(cè)、操作、管理和分散控制的一種控制技術(shù)，是隨著現(xiàn)代大型工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的不斷發(fā)展和過(guò)程控制要求的日益復(fù)雜應(yīng)運(yùn)而生的一種綜合控制系統(tǒng)，是完成過(guò)程控制、過(guò)程管理的現(xiàn)代化設(shè)備。

集散控制系統(tǒng)是4C 技術(shù)的產(chǎn)物。這4C 就是指控制技術(shù)（Control）、計(jì)算機(jī)技術(shù)（Computer）、通信技術(shù)（Communication）、和CRT（Cathode Ray Tube）技術(shù)。DCS通常采用若干個(gè)控制器（過(guò)程站）對(duì)一個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中的眾多控制點(diǎn)進(jìn)行控制，各控制器間通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接并可進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。操作采用計(jì)算機(jī)操作站，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與控制器連接，收集生產(chǎn)數(shù)據(jù)，傳達(dá)操作指令。DCS系統(tǒng)既不同于分散的儀表控制，又不同于集中式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，是4C 技術(shù)相互滲透發(fā)展而產(chǎn)生的。

基本原理：控制分散、管理集中

第二節(jié)、DCS的發(fā)展情況

過(guò)程控制設(shè)備的發(fā)展歷史，大概有以下幾個(gè)階段：30年代——機(jī)械式儀表現(xiàn)場(chǎng)操作；40年代——大型氣動(dòng)式儀表控制室操作；50年代——?dú)鈩?dòng)單元組合儀表控制室操作；60年代——電動(dòng)單元組合儀表；70年代——集散控制系統(tǒng)。即經(jīng)過(guò)了就地分散控制――模擬儀表集中控制――計(jì)算機(jī)集中控制――計(jì)算機(jī)分散控制（DCS）幾個(gè)階段。

集散控制系統(tǒng)從誕生之日起，已經(jīng)歷了三代，目前的第四代正在發(fā)展之中。

DCS開(kāi)創(chuàng)期：1975～1980年

l 代表產(chǎn)品：Honeywell，TDC2000

l           FOXBORO，Spectrum

l           Baily，N-90

l 橫河，CENTUM

這些第一代的集散控制系統(tǒng)以微處理器為基礎(chǔ)的過(guò)程控制單元，實(shí)現(xiàn)多種控制功能算法，并實(shí)現(xiàn)分散控制；采用帶顯示器的操作站，與過(guò)程控制單元分離，實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)視、集中操作、信息綜合管理；采用較先進(jìn)的冗余通信系統(tǒng)、用同軸電纜作為傳輸媒質(zhì)，實(shí)現(xiàn)控制單元與操作站的通信，已具有DCS的基本特點(diǎn)（即分散控制，集中管理），是DCS的雛形。

l DCS成長(zhǎng)過(guò)渡期：1980～1985年

l 代表產(chǎn)品：Honeywell，TDC2000

l           FOXBORO，Spectrum

l           Baily，N-90

l 橫河，CENTUM

第二代的主要特點(diǎn)是在原來(lái)產(chǎn)品的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，進(jìn)一步提高可靠性并擴(kuò)展和增強(qiáng)了功能。

其特點(diǎn)是采用模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)通信向標(biāo)準(zhǔn)化遷移，板級(jí)模塊化，單元結(jié)構(gòu)化，使之具有更強(qiáng)適應(yīng)性和可擴(kuò)充性；新開(kāi)發(fā)的多功能過(guò)程控制站、增強(qiáng)型操作站采用了16位CPU及高分辨率CRT技術(shù)；通信系統(tǒng)已采用局域網(wǎng)絡(luò)（從主從式的星形變?yōu)榭偩€網(wǎng)絡(luò)或環(huán)網(wǎng)通信），使系統(tǒng)通信范圍擴(kuò)大，同時(shí)數(shù)據(jù)傳輸速率也大大提高；控制功能更加完善，它能實(shí)現(xiàn)過(guò)程控制、數(shù)據(jù)采集、順序控制和批量控制功能。

其基本結(jié)構(gòu)由六部分組成，即局域網(wǎng)絡(luò)、多功能現(xiàn)場(chǎng)控制站、增強(qiáng)型操作站、主計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)連接器和系統(tǒng)管理站等。

DCS完善期：80年代中后期

代表產(chǎn)品：Honeywell，TDC3000

l         FOXBORO，I/A SERIES

l  Baily，INFI-90

l         Moore ，PACS

這階段的特點(diǎn)是向開(kāi)放式、標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了開(kāi)放式的系統(tǒng)通信，向上能與 MAP 和 Ethernet 接口，或者通過(guò)網(wǎng)間連接器與其它網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系，構(gòu)成復(fù)合管理系統(tǒng)，并與不同制造商的產(chǎn)品能進(jìn)行數(shù)據(jù)通信；向下支持現(xiàn)場(chǎng)總線，它使得過(guò)程控制或車間的智能變送器、執(zhí)行器和本地控制器之間能實(shí)現(xiàn)可靠的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信。

開(kāi)放系統(tǒng)是第三代集散控制系統(tǒng)主要特征。根據(jù)X/OPEN協(xié)會(huì)的定義，以規(guī)范化與實(shí)際存在的接口標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)而建立的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及相關(guān)的通信系統(tǒng)，這些標(biāo)準(zhǔn)可為各種應(yīng)用系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)提供軟件的可移植性、系統(tǒng)的互操作性、信息資源管理的靈活性和更大的可選擇性。

開(kāi)放系統(tǒng)的基本特征如下：

可移植性（portability）

互操作性（interoperability）

可適宜性（scalability）

可得到性（availability）

DCS管控一體化時(shí)期：90年代初至今

代表產(chǎn)品：Honeywell，TPS系統(tǒng)（Total Plant System）

PKS系統(tǒng)(Process knowledge System)

橫河，CENTUM－CS

ABB，ADVANT系統(tǒng)OCS開(kāi)放控制系統(tǒng)

當(dāng)今的 DCS是生產(chǎn)過(guò)程控制系統(tǒng)與信息管理系統(tǒng)緊密結(jié)合的“管控一體化"的新一代集散型控制系統(tǒng)。由于工廠、企業(yè)的信息集成和管理已經(jīng)提到一定的高度，DCS 系統(tǒng)的功能已不再只局限于生產(chǎn)過(guò)程的控制，在整個(gè)工廠、集團(tuán)公司的管理中，DCS 也能發(fā)揮相應(yīng)的作用。

第三節(jié)、DCS的體系結(jié)構(gòu)

DCS的結(jié)構(gòu)是一個(gè)分布式系統(tǒng)，從整體邏輯結(jié)構(gòu)上講，是一個(gè)分支樹結(jié)構(gòu)。其縱向結(jié)構(gòu)分為過(guò)程控制級(jí)、控制管理級(jí)和生產(chǎn)管理級(jí)三級(jí)遞階結(jié)構(gòu)。過(guò)程控制級(jí)主要由過(guò)程控制站、I/O單元和現(xiàn)場(chǎng)儀表組成，是系統(tǒng)控制功能的主要實(shí)施部分。操作管理級(jí)包括：操作員站和工程師站，完成系統(tǒng)的操作和組態(tài)。生產(chǎn)管理級(jí)主要是指工廠管理信息系統(tǒng)（MIS系統(tǒng)），作為DCS更高層次的應(yīng)用，目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用到這一層的系統(tǒng)較少。整個(gè)系統(tǒng)由3 部分構(gòu)成，即集中管理部分、分散控制監(jiān)測(cè)部分和網(wǎng)絡(luò)通信部分。

過(guò)程控制級(jí)（直接控制級(jí)）

在這一級(jí)上，過(guò)程控制計(jì)算機(jī)直接與現(xiàn)場(chǎng)各類裝置（變送器、執(zhí)行器、記錄儀等）相連，對(duì)所連接的裝置實(shí)施檢測(cè)與控制，同時(shí)接收上層來(lái)的管理信息，并向上層傳遞裝置的特性數(shù)據(jù)和采集到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

過(guò)程控制級(jí)是集散控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，其主要功能有：

（1）進(jìn)行過(guò)程數(shù)據(jù)采集：現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)模擬量、數(shù)字量和脈沖量的輸入/輸出并進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理，控制運(yùn)算結(jié)果的直接輸出。

（2）進(jìn)行直接的數(shù)字過(guò)程控制：根據(jù)控制組態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)中的控制算法模塊，各種控制回路的運(yùn)算(回路調(diào)節(jié)、邏輯運(yùn)算等等)，來(lái)實(shí)施對(duì)實(shí)時(shí)過(guò)程量的控制。

（3）進(jìn)行設(shè)備監(jiān)測(cè)和系統(tǒng)的測(cè)試和診斷：把過(guò)程變量和狀態(tài)信息提取后，分析是否可以接受以及是否允許向高層傳輸，進(jìn)而確定是否對(duì)被控裝置實(shí)施調(diào)節(jié)；必要時(shí)實(shí)施報(bào)警、錯(cuò)誤或診斷報(bào)告等措施。

（4）實(shí)施安全性、冗余化方面的措施：一旦發(fā)現(xiàn)故障，就立即實(shí)施備用件的切換。

過(guò)程管理級(jí)

在這一級(jí)上的過(guò)程管理計(jì)算機(jī)主要有監(jiān)控計(jì)算機(jī)、操作站、工程師站。它綜合監(jiān)視過(guò)程各站的所有信息，集中顯示操作，控制回路組態(tài)和參數(shù)修改，優(yōu)化過(guò)程處理等。這一層的具體功能有：優(yōu)化過(guò)程控制、自適應(yīng)回路控制、優(yōu)化單元內(nèi)各裝置

工程師站：負(fù)責(zé)系統(tǒng)的管理、控制組態(tài)、系統(tǒng)的生成與下裝；

操作員站：是人機(jī)接口，由PC機(jī)系統(tǒng)(含CRT、鍵盤、打印機(jī))負(fù)責(zé)生產(chǎn)工藝的操作控制、過(guò)程狀態(tài)顯示、報(bào)警狀態(tài)顯示、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)的顯示、打印等；

上位機(jī)：即管理計(jì)算機(jī)，它實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)調(diào)度管理、優(yōu)化計(jì)算、生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理與分析決策等層次的管理和計(jì)算。

產(chǎn)品管理級(jí)（生產(chǎn)管理級(jí)）

在這一級(jí)上的管理計(jì)算機(jī)根據(jù)產(chǎn)品各部件的特點(diǎn)，協(xié)調(diào)各單元級(jí)的參數(shù)設(shè)定，是產(chǎn)品的總體協(xié)同員和控制器，負(fù)責(zé)廠級(jí)的生產(chǎn)調(diào)度和優(yōu)化。

要求根據(jù)用戶的訂貨情況、庫(kù)存情況、能源情況來(lái)規(guī)劃各單元中的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和規(guī)模，并可對(duì)產(chǎn)品重新計(jì)劃，隨時(shí)更改產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。對(duì)于綜合全廠生產(chǎn)和產(chǎn)品監(jiān)視，以及產(chǎn)品報(bào)告也都在這一層實(shí)現(xiàn)，并與上層交換傳遞數(shù)據(jù)。具體有：規(guī)劃產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和規(guī)模；產(chǎn)品監(jiān)視；產(chǎn)品報(bào)告；工廠生產(chǎn)監(jiān)視。

第四節(jié)、DCS的硬件結(jié)構(gòu)

目前，世界上的DCS生產(chǎn)廠家很多，不同的系統(tǒng)采用的計(jì)算機(jī)硬件差別很大。DCS的硬件系統(tǒng)是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將不同數(shù)目的現(xiàn)場(chǎng)控制站、操作員站和工程師站連接起來(lái)，共同完成各種采集、控制、顯示、操作和管理功能。

DCS的控制決策是由過(guò)程控制站完成的，所以控制程序是由過(guò)程控制站執(zhí)行的。DCS的過(guò)程控制站是一個(gè)完整的控制系統(tǒng)，主要由電源、控制器、網(wǎng)絡(luò)接口和I/O組成

1、電源

DCS具有效率高、穩(wěn)定性好、無(wú)干擾的交流供電系統(tǒng)。每一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制站采用交流雙電源供電。在石油、化工等對(duì)控制連續(xù)性要求特別高的場(chǎng)合，要求設(shè)置不間斷供電電源（UPS），UPS的供電時(shí)間由負(fù)載用電量與蓄電池容量所確定。用戶應(yīng)在選型時(shí)根據(jù)裝置在停電后必須保持正?？刂频臅r(shí)間，確定電池的容量。

2、操作站

DCS操作站一般分為操作員站和工程師站兩種。其主要功能為過(guò)程顯示和控制、系統(tǒng)生成與診斷、現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集和恢復(fù)顯示等。

幾乎所有的DCS都支持多種組態(tài)功能，包括數(shù)據(jù)庫(kù)的生成、歷史記錄的創(chuàng)建、生產(chǎn)流程畫面的生成、生產(chǎn)記錄報(bào)表的生成、連續(xù)控制回路的組態(tài)、順序控制的組態(tài)等，這些組態(tài)功能通常在工程師站上完成。

l 3、I/O通道

控制系統(tǒng)需要建立信號(hào)的輸入和輸出通道，這就是I/O通道。DCS中的I/O通道一般是模塊化的，一個(gè)I/O模件上有一個(gè)或多個(gè)I/O通道，用來(lái)連接傳感器和執(zhí)行器（調(diào)節(jié)閥）。

常見(jiàn)的信號(hào)有模擬量信號(hào)和數(shù)字量信號(hào)。模擬量是指連續(xù)變化的信號(hào)（如4~20mA,0~5V）；數(shù)字量是只有開(kāi)關(guān)狀態(tài)的信號(hào)。

DCS系統(tǒng)常用的I/O模件有：

（1）模擬量輸入模件

模擬量輸入模件接收由現(xiàn)場(chǎng)送來(lái)的模擬量信號(hào)，對(duì)信號(hào)的量程、零點(diǎn)進(jìn)行校正和調(diào)整，并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，轉(zhuǎn)換為工程單位，然后經(jīng)I/O總線傳送給處理器模件。

（2）模擬量輸出模件

模擬量輸出模件的作用是把處理器模件輸出的控制量信號(hào)轉(zhuǎn)化成具有一定帶負(fù)載能力的電壓或電流信號(hào)，輸出到現(xiàn)場(chǎng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的控制。

（3）開(kāi)關(guān)量輸入模件

開(kāi)關(guān)量輸入模件接收由現(xiàn)場(chǎng)輸入的開(kāi)關(guān)量信號(hào)，對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理之后，將反映開(kāi)關(guān)量狀態(tài)變化的數(shù)字量信號(hào)經(jīng)I/O總線送往處理器模件。

開(kāi)關(guān)量輸入模件由輸入隔離電路、閾值判別電路、控制邏輯電路、模件狀態(tài)監(jiān)測(cè)電路、I/O總線接口等部分組成。

（4）開(kāi)關(guān)量輸出模件

開(kāi)關(guān)量輸出模件通過(guò)I/O總線接收處理器模件輸出的開(kāi)關(guān)量信號(hào)，經(jīng)該模件輸出，以便控制現(xiàn)場(chǎng)的開(kāi)關(guān)量控制設(shè)備。

開(kāi)關(guān)量輸出模件由輸出寄存器、輸出選擇器、輸出驅(qū)動(dòng)電路、狀態(tài)緩存器、故障控制邏輯、故障狀態(tài)寄存器、總線故障監(jiān)測(cè)電路等部分所組成。

（5）脈沖量輸入模件

脈沖量輸入模件的作用是將來(lái)自生產(chǎn)過(guò)程中的脈沖量信號(hào)進(jìn)行處理，存儲(chǔ)并通過(guò)I/O總線傳送給處理器模件。一個(gè)脈沖量輸入模件可以接收多個(gè)脈沖量輸入信號(hào)。

第五節(jié)、DCS系統(tǒng)軟件

軟件是DCS的重要組成部分，一個(gè)基本的過(guò)程控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的軟件可分為兩個(gè)部分：系統(tǒng)軟件（又稱計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件）和應(yīng)用軟件（又稱過(guò)程控制軟件）。但由于DCS的分布式結(jié)構(gòu)，又增加了諸如通信管理軟件、組態(tài)生成軟件以及診斷軟件等。

通過(guò)專用的軟件定義系統(tǒng)的過(guò)程就是組態(tài)（configuration）。定義過(guò)程站各模塊的排列位置和類型的過(guò)程叫過(guò)程站硬件組態(tài)；定義過(guò)程站控制策略和控制程序的過(guò)程叫控制策略組態(tài)；定義操作員站監(jiān)控程序的過(guò)程叫操作員站組態(tài)；定義系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連接方式和各站地址的過(guò)程叫網(wǎng)絡(luò)組態(tài)。

第六節(jié)、冗余化的結(jié)構(gòu)和I/O余量

為了提高系統(tǒng)的可靠性，DCS系統(tǒng)重要設(shè)備、對(duì)全局系統(tǒng)有影響的公共設(shè)備上常采用冗余結(jié)構(gòu)，這是指系統(tǒng)中一些關(guān)鍵模塊或網(wǎng)絡(luò)在設(shè)計(jì)上有一個(gè)或多個(gè)備份，當(dāng)現(xiàn)在工作的部分出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，系統(tǒng)可以通過(guò)特殊的軟件或硬件自動(dòng)切換到備份上，從而保證了系統(tǒng)不間斷工作。通常設(shè)計(jì)的冗余方式包括：CPU冗余、網(wǎng)絡(luò)冗余、電源冗余。在情況下，一些系統(tǒng)會(huì)考慮全系統(tǒng)冗余，即還包括I/O冗余。

與冗余不同，I/O余量只是系統(tǒng)中I/O數(shù)量大于應(yīng)用的要求，這種余量只是數(shù)量上的，主要目的是使系統(tǒng)今后有繼續(xù)加入控制信號(hào)的可能。

習(xí)題：

1、什么是DCS？

DCS是分布式控制系統(tǒng)的英文縮寫（Distributed Control System），在國(guó)內(nèi)自控行業(yè)又稱之為集散控制系統(tǒng)。

2、 DCS有什么特點(diǎn)？

DCS是計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和CRT技術(shù)高度結(jié)合的產(chǎn)物。DCS通常采用若干個(gè)控制器（過(guò)程站）對(duì)一個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中的眾多控制點(diǎn)進(jìn)行控制，各控制器間通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接并可進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。操作采用計(jì)算機(jī)操作站，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與控制器連接，收集生產(chǎn)數(shù)據(jù)，傳達(dá)操作指令。因此，DCS的主要特點(diǎn)歸結(jié)為一句話就是：分散控制集中管理。

3、 DCS的結(jié)構(gòu)是怎樣的？

從結(jié)構(gòu)上劃分，DCS包括過(guò)程控制級(jí)、操作管理級(jí)和生產(chǎn)管理級(jí)。過(guò)程控制級(jí)主要由過(guò)程控制站、I/O單元和現(xiàn)場(chǎng)儀表組成，是系統(tǒng)控制功能的主要實(shí)施部分。操作管理級(jí)包括：操作員站和工程師站，完成系統(tǒng)的操作和組態(tài)。生產(chǎn)管理級(jí)主要是指工廠管理信息系統(tǒng)（MIS系統(tǒng)），作為DCS更高層次的應(yīng)用，目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用到這一層的系統(tǒng)較少。

4、 DCS的控制程序是由誰(shuí)執(zhí)行的？

DCS的控制決策是由過(guò)程控制站完成的，所以控制程序是由過(guò)程控制站執(zhí)行的。

5、過(guò)程控制站的組成如何?

DCS的過(guò)程控制站是一個(gè)完整的控制系統(tǒng)，主要由電源、控制器、網(wǎng)絡(luò)接口和I/O組成

6、 I/O是什么？

控制系統(tǒng)需要建立信號(hào)的輸入和輸出通道，這就是I/O。DCS中的I/O一般是模塊化的，一個(gè)I/O模塊上有一個(gè)或多個(gè)I/O通道，用來(lái)連接傳感器和執(zhí)行器（調(diào)節(jié)閥）。

7、什么是I/O單元？

通常，一個(gè)過(guò)程控制站是有幾個(gè)機(jī)架組成，每個(gè)機(jī)架可以擺放一定數(shù)量的模塊。CPU所在的機(jī)架被稱為CPU單元，同一個(gè)過(guò)程站中只能有一個(gè)CPU單元，其他只用來(lái)擺放I/O模塊的機(jī)架就是I/O單元。

8、I/O單元和CPU單元是如何連接的？

I/O單元與CPU是通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線連接的。

9、什么是組態(tài)？

通過(guò)專用的軟件定義系統(tǒng)的過(guò)程就是組態(tài)（configuration）。定義過(guò)程站各模塊的排列位置和類型的過(guò)程叫過(guò)程站硬件組態(tài)；定義過(guò)程站控制策略和控制程序的過(guò)程叫控制策略組態(tài)；定義操作員站監(jiān)控程序的過(guò)程叫操作員站組態(tài)；定義系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連接方式和各站地址的過(guò)程叫網(wǎng)絡(luò)組態(tài)。

11、什么是模擬量和數(shù)字量？

模擬量是指連續(xù)變化的信號(hào)（如4~20mA,0~5V）；數(shù)字量是只有開(kāi)關(guān)狀態(tài)的信號(hào)。

12、I/O信號(hào)是如何分類的？

常用的I/O信號(hào)一般分為：AI、AO、DI和DO。

AI--模擬量輸入信號(hào)

AO--模擬量輸出信號(hào)

DI--數(shù)字量輸入信號(hào)

DO--數(shù)字量輸出信號(hào)

13、什么是DCS的開(kāi)放性？

DCS的開(kāi)放性是指DCS能通過(guò)不同的接口方便地與第三方系統(tǒng)或設(shè)備連接，并獲取其信息的性能。這種連接主要是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的，采用通用的、開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)的軟件接口是DCS開(kāi)放性的保障。

14、什么是系統(tǒng)冗余？

在一些對(duì)系統(tǒng)可靠性要求很高的應(yīng)用中，DCS的設(shè)計(jì)需要考慮熱備份也就是系統(tǒng)冗余，這是指系統(tǒng)中一些關(guān)鍵模塊或網(wǎng)絡(luò)在設(shè)計(jì)上有一個(gè)或多個(gè)備份，當(dāng)現(xiàn)在工作的部分出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，系統(tǒng)可以通過(guò)特殊的軟件或硬件自動(dòng)切換到備份上，從而保證了系統(tǒng)不間斷工作。通常設(shè)計(jì)的冗余方式包括：CPU冗余、網(wǎng)絡(luò)冗余、電源冗余。在情況下，一些系統(tǒng)會(huì)考慮全系統(tǒng)冗余，即還包括I/O冗余。

15、什么是I/O余量？

與冗余不同，I/O余量只是系統(tǒng)中I/O數(shù)量大于應(yīng)用的要求，這種余量只是數(shù)量上的，主要目的是使系統(tǒng)今后有繼續(xù)加入控制信號(hào)的可能。

第二章PlantCruise系統(tǒng)介紹

Honeywell公司PKS系統(tǒng)自面世以來(lái)，因其功能強(qiáng)大、算法豐富、運(yùn)行穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)贏得了不少客戶的青睞，但是昂貴的價(jià)格也使不少中小型用戶望而卻步，因此快速、低成本地開(kāi)發(fā)出一套適用于中低端市場(chǎng)的DCS系統(tǒng)勢(shì)在必行。

PlantCruise為Honeywell公司2012最新推出的中型DCS系統(tǒng)，是PKS家族的新成員。PlantCruise是中小型企業(yè)過(guò)程、資產(chǎn)和業(yè)務(wù)管理的理想平臺(tái)，他與PKS長(zhǎng)得太像了，簡(jiǎn)直就是一奶同胞的孿生兄弟。

1.PKS系統(tǒng)和PlantCruise系統(tǒng)的相同之處：

?使用了同樣的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，即FTE，容錯(cuò)型以太網(wǎng)

?同樣是服務(wù)器-操作站的架構(gòu)，只是服務(wù)器的名稱改為了工程師站

?同樣使用C300控制器和C系列I/O卡件，只是把外殼換了一下，穿上

了新衣服

?軟件的操作和組態(tài)界面幾乎是一模一樣

2.PKS系統(tǒng)和PlantCruise系統(tǒng)的不同之處：

?PKS系統(tǒng)配置了防火墻硬件，而PlantCruise系統(tǒng)沒(méi)有，C300控制器直

接連接到交換機(jī)上

?PKS系統(tǒng)支持原來(lái)老系統(tǒng)的PMI/O卡件，而PlantCruise系統(tǒng)不支持

?PKS系統(tǒng)的Flex操作站需要通過(guò)服務(wù)器讀取過(guò)程數(shù)據(jù)，而PlantCruise

系統(tǒng)的操作站全部從控制器直接讀取過(guò)程數(shù)據(jù)

?PlantCruise系統(tǒng)的軟件功能做了簡(jiǎn)化，沒(méi)有PKS系統(tǒng)的軟件功能強(qiáng)大

PKS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖：

 C300控制器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

第一節(jié)  8系列卡件

2每套C300控制器（冗余或非冗余控制）最多支持80個(gè)IO Units (IOU)

2冗余或非冗余配置的8系統(tǒng)卡件作為1個(gè)IOU

28系列卡件通過(guò)IOLINK與CS300控制器連接

2每個(gè)IOLINK最多支持40個(gè)IOUs

2每個(gè)C300控制器有2個(gè)IOLINK接口

2每個(gè)IOLINK接口都可以連接8系統(tǒng)IO卡件

一、C300 Controller(C300控制器)

C300控制器是PKS系統(tǒng)里名副其實(shí)的指揮中心，它匯集所需信息后，經(jīng)過(guò)運(yùn)算和處理，做出最后的決策，發(fā)布給執(zhí)行者。

為防止指揮中心癱瘓，C300控制器通常是冗余設(shè)置，安裝在RITTAL機(jī)柜內(nèi)。在機(jī)柜的上側(cè)裝有電源系統(tǒng)，負(fù)責(zé)將220V的交流電轉(zhuǎn)換成24V的直流電，供給卡件使用。卡件突破傳統(tǒng)的機(jī)架安裝方式，所有卡件斜著安裝在底板上，既節(jié)省了安裝空間，又有利于卡件散熱。

C300控制器是新一代的基于CEE執(zhí)行環(huán)境的控制器，由兩部分組成：

2控制器硬件

2控制器軟件CEE（Control  Execution  Environment，控制執(zhí)行環(huán)境）

下圖所示為C300控制器卡件的外觀圖，它分為2大部分，底下的安裝底板叫做IOTA，上面的卡件是控制器卡，通過(guò)螺絲固定在底板上，2個(gè)部件可分別更換和購(gòu)買。

最上端的指示燈是電源指示燈，只要供電正常，這個(gè)燈就是綠色，接下來(lái)是狀態(tài)指示燈，綠色代表卡件工作狀態(tài)正常，然后是顯示屏，正常顯示OK，不正常時(shí)顯示故障代碼，最下面兩個(gè)并列的兩個(gè)指示燈是控制器在FTE網(wǎng)絡(luò)上的通訊指示燈。

C300控制器作為在FTE網(wǎng)絡(luò)上的一個(gè)設(shè)備，必須設(shè)定一個(gè)IP地址，我們知道，IP地址共包含4個(gè)數(shù)字，比如說(shuō)192.168.0.11，在C300控制器上的硬件上，我們只需要設(shè)定這4個(gè)數(shù)字中的最后一位，前面的3位數(shù)字在軟件上設(shè)置。

FTE地址的設(shè)定要求：設(shè)置冗余控制器地址時(shí)，主控制器的地址設(shè)定為奇數(shù)，備用控制器的地址為主控制器的地址+1；非冗余控制器只使用奇數(shù)地址。

RAM Battery Cable：

在IP地址設(shè)定旋鈕的下面是備份電池的接口，備份電池是用來(lái)給C300控制器的內(nèi)存供電，以避免C300控制器斷電后內(nèi)存中的信息丟失。

Redundancy Cable：

如果C300控制器是冗余配置的，2個(gè)控制器之間應(yīng)連接一根冗余電纜，用于主、備控制器之間的通訊和數(shù)據(jù)庫(kù)的同步，冗余電纜就連接在這個(gè)接口上。

IOLINK Cables：

用于連接C300控制器和它所帶的I/O卡件。

二、8系統(tǒng)的輸入輸出卡件：

輸入卡件負(fù)責(zé)定期采集所需要的信號(hào)數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)一定的處理，例如信號(hào)范圍的檢查，量程的轉(zhuǎn)換等，送給C300指揮中心進(jìn)行運(yùn)算和處理，輸出卡件負(fù)責(zé)把C300指揮中心的運(yùn)算結(jié)果送給現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備，例如調(diào)節(jié)閥或者電機(jī)、泵。

8系統(tǒng)的I/O卡件18度傾斜在利于機(jī)柜熱量均勻散發(fā)，通過(guò)與其形成一體的輸入輸出接線板（IOTA）及安裝支架直接安裝在機(jī)柜內(nèi)。

每個(gè)C300控制器的底板上有兩個(gè)I/O LINK接口，通過(guò)I/O LINK電纜連接I/O卡件，對(duì)它們進(jìn)行管理。一個(gè)I/O LINK接口為一組，最多連接40個(gè)卡件。I/O LINK電纜如下圖所示，多條I/O LINK電纜可串聯(lián)在一起，以便連接多個(gè)I/O卡件。