1、01統f M5A01課程1-系統概述及結構HOLLiASMACS V系統培訓教程系列 之基礎應用培訓課程(M5A01)!系統概述及結構M5A01課程1-系統概述及結構系統概述及組成結構部分重點內容*自動控制的相關信息4 DCS的概念* DCS的現狀與發展趨勢* HOLLiAS-MACS系統的組成結構I HOLLiAS-MACS系統的硬件體系結構* HOLLiAS-MACS系統的軟件體系結構*思考與練習2M5A01課程1-系統概述及結構1自動控制的相關信息1、自動控制的概念自動控制是指在沒有人直接參與的情況下，利用控制裝置使被控對象(如：機 器、設備或生產過程)的某一物理量(或工作狀態)自動地按

2、照預定的規律運行(或 變化)。我們在生產設備上配置一些自動化裝置，代替人的部分直接勞動，使生產在不同程度上自動地進行。這種在無人直接參與的情況下，由自動化儀表和裝置來 控制生產過程的辦法就稱為過程自動化。女山 化工過程反應塔的控制，水箱的水 位控制等。2、實現自動控制的意義(1) 生產過程自動化是科技發展的必然趨勢，是工業生產技術的一場革命。(2) 生產過程自動化徹底改變了原始落后的生產狀態，可以代替人的重復性勞動, 擺脫繁重、臟亂的環境，保障設備及人身安全，減輕勞動強度，改善勞動條件。生產過程自動化能夠提高產品的質量和產量，使能源合理的使用和分配，降 低能源消耗，延長設備使用壽命，從而獲得最

3、好的經濟效益。3M5A01課程1-系統概述及結構1自動控制的相關信息3、生產過程自動化的組成(1) 自動檢測：對反映生產過程運行狀態的物理量、化學量以及表征設備工作狀 況的參數自動地檢查、測量和監視。(2) 自動調節：為了保證設備安全經濟運行，必須要求某些表征設備正常工作的 物理量始終維持在某一規定值或預定范圍內、按預定的規律來變化，但生產過程 中經常受到各種外界或內部因素的干擾，使被調量發生偏離規定值的傾向時，就 需要進行相應的調節，使之保持或恢復到規定的范圍內，保證生產過程的穩定。 自動調節就是依靠自動調節設備來實現這種調節作用的，所以自動調節設備必須 具備檢測、定值、運算、執行等功能。(

4、3) 自動保護：設備發生異常，導致工藝參數超過允許范圍，甚至發生事故時， 為確保生產的安全，保證產品的質量，需要對某些關鍵性參數設置信號、聯鎖裝 置，事故發生前，信號系統能發出聲、光信號，提醒操作人員采取措施。若工礦 已近危險狀態時，聯鎖系統采取緊急措施，以防事故發生或進一步擴大，或保證 設備不受損壞，是一種安全裝置。自動操作(包括遠方控制、程序控制或順序控制)：根據預先規定的程序或條 件自動地對生產設備進行某種周期性操作，把操作人員從重復性勞動中解放出來。5M5A01課程1-系統概述及結構1自動控制的相關信息4、人工控制和自動控制人工控制：在人的直接參與下,使被控量等于給定值。6M5A01課

5、程1-系統概述及結構特點：反應不及時，可以處理復雜問題。自動控制:在沒有人的直接參與下，利用控制裝置操縱受控對象,使被控量等于 給定值特點:反應快，按設定的程序控制，必須有模型（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務所經歷的過程 眼睛一觀察大腦一分析決策、預期目標手一調節閥一執行水箱一受控對象自動控制控制裝置在完成水箱水位的控制任務所經歷的過程 測量變送單元一觀察調節器一分析決策、給定值調節器給出的指令一調節閥一執行水箱一受控對象2. DCS的概念DCS即集散型控制系統， 的主要基礎是4C技術，即：又稱分布式控制系統(Distributed Control System

6、)。它計算機一Computer 控制一Control 通信Commun i cat i onCRT顯示技術。DCS系統通過某種通信網絡將分布在工業現場附近的現場控制站和控制中心的操作 員站及工程師站等連接起來，以完成對現場生產設備的分散控制和集中操作管理。DCS自1975年問世以來已經歷了近三十年的時間，其可靠性、實用性不斷提高，功能日益增強。 如控制器的處理能力、網絡通訊能力、控制算法、畫面顯示及綜合管理能力籌。DCS系統過去只 應用在少數大型企業的控制系統中，但隨著4C技術及軟件技術的迅猛發展，到目前已經在電力、 石油、化工、制藥、冶金、建材等眾多行業得到了廣泛的應用，特別是電力、石化這樣

7、的行業。8M5A01課程1-系統概述及結構9M5A01課程1-系統概述及結構DCS概念圖眼睛大腦現場（檢測儀表）T溫廈熱電阻RTD （Q）度熱電偶TC ）電信號f（4W/r5VDC）L液位、F流量P壓力遠距離傳輸筍工藝服務/電信號過現場（執行設備）調節閥攪拌機 電動機W風機 L I泵 電動門電磁閥DCS俗稱為“工業大腦” o10M5A01課程1-系統概述及結構#M5A01課程1-系統概述及結構人機界面操作員參數修改設定值調節器：把測定值和設定值進行比較的 裝置。2. DCS的概念下圖以一個水位信號調節的例子簡單地說明DCS系統在實際生產中的應用過程:被控對象（過程）:工藝生產設備（如反應釜 ,

8、換熱器，汽包、水箱等），從傳感器（ 測量變送單元）到執行器之間O 被控量：表征被控對象工作狀態的物理 量，如液位，溫度，壓力等。測量變送:對被控量進行測量（轉換成標 準信號）的裝置。執行器（調節閥）:把調節器的指令成比例 地轉換為直線或角位移地裝置。HollySys2. DCS的概念我們可以把上述過程引申如門12M5A01課程1-系統概述及結構3i BB0 0SBSI 一匚 匚嚴盔口 - - QSg3. DCS系統的現狀與發展趨勢經歷了二十幾年的發展，DCS有了很大的變化。這 種變化來自兩方面的動力：用戶需求的不斷提高 和電子號信息錢耒發鹿。用戶的需求已經不再滿足于應用DCS代替常規的儀i 表

9、控制和簡單的數據檢測，同時隨著電子與信息| 技術的進步使得DCS應用的構成元件（電子元器件、： 處理器、軟件、網絡等）性能大大提高且價格大幅 度下降，務別是各種板級OEM部件和HMI軟件的發 展進一步樹化了 DCS的開發難度弄降低了開發成木二目前，一套使用戶滿意的DCS系統應該具備以下特點:1系統具備開放的體系結構，可以提供多層的開放數 據接口；2系統應具備強大的處理功能，并提供方便的組態復 雜控制系統的能力與用戶自主開發專用高級控制 算法的支持能力；3.系統應支持多種現場總線標準以便適應未來的擴充 需要；4系統應高可靠、維修方便、工藝先進、價格合理。14M5A01課程1-系統概述及結構#M5

10、A01課程1-系統概述及結構4. HOLLiASMACS系統的組成結構工程師站操作員站現場控制站#M5A01課程1-系統概述及結構#M5A01課程1-系統概述及結構1. HOLLiASMACS系統是由以太網和使用現場總線技術的控制網絡連接的各潮詹幗用場皓倆時)據嗓酈聲自動化系統，完成大型、中型分布式控制系統(DCS)、大型數據采集 監控系統(SCADA)功能。2HOLLiASMACS系統硬件由工程師站、操作站、現場控制站(包括主控單 元設備和I/O單元設備)、通訊控制站、系統服務器、系統網絡、監控網 絡、控制網絡等組成。3. HOLLiASMACS系統軟件包括：工程師站組態軟件；操作員站在線軟

11、件； 現場控制器運行軟件；服務器軟件華。M令Holly Sys 長制站制站和利時公司在成功地 開發并應用了 HS-DCS- 1000系統和HS2000系 統之后，在系統地總 結了各行業用戶的意 見和建議，充分調查 了計算機技術、網絡 技術、應用軟件技術、 信號處理技術等最新 發展動態的情況下， 基于當今最先進的技 術，采用成熟的先進 控制算法，推出了公 司的第四代DCS系統 HOLLiASMACS 系統。189統f .M5A01課程1-系統概述及結構199統f .M5A01課程1-系統概述及結構5. HOLLiASMACS系統的硬件體系結構-“站”的概念級管理11工程師站操作員站操作員站打印機

12、通訊站4一監控網-冗余以太網控制網_ ProfibusDP現場控 現場控 制站制站iii服務器1. 系統網-兀余以太用il5HOLLiASMACS系統中“站”的概念HOLLiASMACS系統中“站”的概念1.2.3.4.是系統結構中的 一個組成環節是物理上的一套 獨立設備是網絡中的一個通i言節點在系統功能中完 成某一類特定的 處理任務209統f .M5A01課程1-系統概述及結構5. HOLLiASMACS系統的硬件體系結構- “站”的概念219統f .M5A01課程1-系統概述及結構#9統f .M5A01課程1-系統概述及結構HOLLiASMACS系統中的“站” 包括1.工程師站2 操作員站

13、（站號為5079）3. 通訊站4. 服務器（站號為0）5 現場控制站（站號為1049）為方便系統各站的識別，對各站 進行了站號的編制，如上。220統f；.M5A01課程1-系統概述及結構230統f；.M5A01課程1-系統概述及結構5HOLLiASMACS系統的硬件體系結構工程師站的功能aI級渭理操作員站BQ監控網兀余以人網監控網兀余以人網W|服務器服務器操作員站H1打卬機通訊詁匸一 CZIHOLLiASMACS系統中各“站” 的功能工程師站1I f JI f J系統網兀余以人叫、系統網兀余以人叫2現場控現場控制站現場控制站制站組態：是為實現系統對生產 腳自動控制的目的，使用 軟件完成工程中某

14、一具體任 務的過程。組態工作包括： 設備組態、數據庫組態、控 制算法組態、圖形組態、報 表組態。II:出釦抓卿站 通傳包到制 將下裝轉控 是件下下場2461統f M5A01課程1-系統概述及結構5HOLLiASMACS系統的硬件體系結構操作員站的功能HOLLiASMACS系統中各 “站”的功能操作員站1 流程圖顯示及工藝生產監 控功能2. 報警監視3. 趨勢分析4. 報表及日志5HOLLiASMACS系統的硬件體系結構通訊站的功能HOLLiASMACS系統中各 “站”的功能通訊站1 和其它設備通訊5.HOLL1AS-MACS系統的硬件體系結構服務器的功能級管理網一1操作員站操作員站程師站通訊站

15、監控網-冗余以太網2現場控 現場控 制站制站HOLLiASMACS系統中各 “站”的功能服務器1. i+W2 實時數據和歷史數據3.文件存取27令HollySysM5A01課程1-系統概述及結構嗣5.HOLLiASMACS系統的硬件體系結構現場控制站的功能HOLLiASMACS 系統 中各“站”的功能 現場控制站1 信號采集和輸出2 數據轉換3.控制運算5HOLLiASMACS系統的硬件體系結構各“站”的功能匯工程師站工程師站運行相應的組態管理程序，對整個系統進行集中控制和管理。工程師站 主要有以下功能：1 組態（包括系統硬件設備、數據庫、控制算法、圖形、報表）和相關系統參數 的設置。2現場控

16、制站的下裝和在線調試，服務器、操作員站的下裝。3.在工程師站上運行操作員站實時監控程序后，可以把工程師站作為操作員站 使用。操作員站操作員站運行相應的實時監控程序，對整個系統進行監視和控制。操作員站主要 完成以卞功能：1各種監視信息的顯示、查詢和打印，主要有工藝流程圖顯示、趨勢顯示、參 數列表顯示、報警監視、日志查詢、系統設備監視等。2通過鍵盤、鼠標或觸摸屏等人機設備，通過命令和參數的修改，實現對系統 的人工干預，如在線參數修改、控制調節等。5HOLLiASMACS系統的硬件體系結構各“站”的功能匯服務器服務器運行相應的管理程序，對整個系統的實時數據和歷史數據進行管理。現場控制站現場控制站運行

17、相應的實時控制程序，對現場進行控制和管理。現場控制站主要 運行工程師站所下裝的控制程序，進行工程單位變換、數據采集和控制輸出、控 制運算辱。3161統f M5A01課程1-系統概述及結構5HOLLiASMACS系統的硬件體系結構嚴網絡HOLLiASMACS 系統中 的“網絡”包括1 監控網絡MNET2 系統網絡SNET3.控制網絡CNET5HOLLiASMACS系統的硬件體系結構監控網絡HOLLiASMACS 系統中 的“網絡”監控網絡MNET1冗余高速以太網鏈路2 使用五類屏蔽雙絞線 或光纖將各個通訊節點 連接到中心交換機上3節點有工程師站、操 作員站、服務站4.采用TCP/IP通訊協議M5

18、A01課程1-系統概述及結構Holly Sys “:5HOLLiASMACS系統的硬件體系結構監控網絡監控網絡上各個節點用固定分配的IP地址進行標識。為實現監控網絡的兀余，網 中每個節點的主機都配有兩塊以太網卡，一般在工程上將兩塊以太網卡分別連接 到130網段和131網段的交換機上。監控網絡的前兩位IP地址分別為130.0和131.0, 后兩位則可以自行定義。對于工程師站和操作員站的計算機，我們把它看作同一 類計算機，進行統一編號。工程上編號的慣例為：操作員站50操作員站51操作員站52操作員站n（工 程師站）服務站A機服務站B機130網段130.0.0.50130.0.0.51130.0.0

19、.52130.0.0.n130.0.0.1130.0.0.2131網段131.0.0.50131.0.0.51131.0.0.52131.0.0.n131.0.0.1131.0.0.2340統f；.M5A01課程1-系統概述及結構350統f；.M5A01課程1-系統概述及結構5.HOLLiAS-MACS系統的硬件體系結構-系統網絡操作員站RBOlin操作員站打印機通訊站I4監控網-冗余以太網服務器系統網-冗余以Al現場控 制站HOLLiASMACS系統中的“網絡”系統網絡SNET1冗余高速工業以太網2采用HSIE通訊協議3 使用五類屏蔽雙絞線或光 纖將各人通訊節點連接到中 心交按機上4節點有服

20、務站、現場控制 站現場控制站36JB（統f心M5A01課程1-系統概述及結構 5HOLLiASMACS系統的硬件體系結構系統網絡工業以太網：1. 實時性：確定性實時以太網通訊協議令牌調度算法保證了通訊的確定性實時。2. 開放性：兼容TCP/IP協議（走非實時通道）o3. 安全性：防止沖擊波等網絡病毒對現場控制站的影響。4穩定性：單網網絡風暴不影響通信，雙網網絡風暴不影響現場控制站控制。5易維護性：使用標準以太網硬件，降低維護人員培訓成本、備品備件成本。37M5A01課程1-系統概述及結構嗣38M5A01課程1-系統概述及結構制站制站控制網絡CNET1位于現場控制站內部5HOLLiASMACS系

21、統的硬件體系結構控制網絡HOLLiASMACS系統中的“網 亠 2. Prof ibus-DP現場總線3 采用帶屏蔽的雙絞銅線連接4.節點主要有DP主站（主控單 元）和DP從站（智能I/O單元）5 完成實時輸入/輸出數據和 從站設備診斷信息的傳送6站地址為0-12539M5A01課程1-系統概述及結構5.HOLL1AS-MACS系統的硬件體系結構控制網絡1. Prof ibus-DP 現場總線：Profibus是作為德國國家標準DIN 19245和歐洲標準prEN 50170的現場總線。 ISO/OSI模型也是它的參考模型。由Profibus-Dp、Profibus-FMS Profibus-

22、PA 組成了Profibus系列。Porfibus支蒔主一從系繞、純主站系統、多主多從混合索 統等幾種傳輸方式。主站具有對總線的控制權,可主動發送信息。按Profibus的 通信規范，令牌在主站之間按地址編號順序，沿上行方向進行傳遞。主站在得到 控制權時，可以按主一從方式，向從站發送或索取信息，實現點對點通信。主站 可采取對所有站點廣播（不要求應答），或有選擇地向一組站點廣播。HOLLiAS- MACS統使用Profibus - DP協議。Profibus-DP 的特性：1.傳輸技術：1.RS-485雙絞線電纜或光纜；2波特率9 6Kbps-12Mbps；2 總線存取：1.各主站間令牌傳送主站

23、與從站間數據傳送；2 支持單主和多主系統；3.主-從設備總線上最多站點數126；3.通信：1. 點對點用戶數據發送或廣播控制指令；循環主-從用戶數據傳送和非循環主-主數據傳送；28JB（統f心M5A01課程1-系統概述及結構 5HOLLiASMACS系統的硬件體系結構控制網絡Prof ibus-DP現場總線:系統I/O站總線采用了先進的現場總線技術ProfiBus-DP總線，I/O站的主控單 元如FM801為ProfiBus-DP主站，I/O輸入/輸出模塊如FM系列模塊為 ProfiBus-DP從站。主/從站及他們之間的連接件構成了完整的ProfiBus-DP總 線網絡。網絡呢置（包括主/從站

24、數量傳輸數率傳輸距離等）的優化，在保證系統 的正確、快速工作的前提下，可大大提高系統穩定性。42B統f心M5A01課程1-系統概述及結構5.HOLLiAS-MACS系統的硬件體系結構IV工程師站操作員站現場控 制站監控網-兀余以太網操作員站通訊站工程師站和現場控制站的網 絡連接。工程師站下裝數據 時通過此連接實現。現場控 制站5HOLLiASMACS系統的硬件體系結構由于工程師站下裝現場控制站是通過TCP/IP協議進行，因此現場控制站需要設置IP地址。 一般我們將一個現場控制站里相互冗余的兩個主控單元分別稱為A機、B機。它們的IP地址 設置是通過一對撥碼開關來實現的，具體設置方法詳見駛件產品介

25、紹中的機籠FM301背面 撥碼開關設置部分。設置后的現場控制站中系統網卡的IP地址如下表所示。工程師站下裝 現場控制站時需要在組態軟件設置此地址，具體設置方法詳見軟件介紹中的控制器算法組 態。#10站主控單元#11站主控單元#12站主控單元#n站主控單元A機128網段128.0.0.10128.0.0.11128.0.0.12128.0.0.n129網段129.0.0.10129.0.0.11129.0.0.12129.0.0.nB機128網段128.0.0.138128.0.0.139128.0.0.140128.0.0.(128+n)129網段129.0.0.138129.0.0.139129.0.0.14012900(128+n)45、口統f亠M5A01課程1-系統概述及結構廠5HOLLiASMACS系統的硬件體系結構通過下表總結一下各站網R數量以及網E地址。（工程師站兼做操作員站使用時站號可根據實際情況選擇，不限于 50號站）操作員站50/工程師站操作員站n服務站A 機服務站B 機現場控制站10現場控制站nA機B機A機B機監控網A網130.0.0.50130.0.0.n130.0.0.1130.0.0.2監控網131.0.0.50131.0.0.n131.0.0.11