控制儀表及裝置第七章集散控制系統(tǒng)第一節(jié)概述第二節(jié)集散控制系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)第三節(jié)TPS集散控制系統(tǒng)第五節(jié)集散控制系統(tǒng)可靠性DCS的基本概念

集散型控制系統(tǒng)又稱分布式控制系統(tǒng)，是計(jì)算機(jī)技術(shù)

(Computer)、通信技術(shù)(Communication)、圖形顯示技術(shù)

(CRT)、控制技術(shù)(Control)(簡(jiǎn)稱4C技術(shù))相融合的產(chǎn)物。 它是通過(guò)某種通信網(wǎng)絡(luò)將現(xiàn)場(chǎng)控制站、操作員站、工程師 站聯(lián)系起來(lái)，共同完成分級(jí)控制、集中管理的綜合控制系 統(tǒng)。它的基本設(shè)計(jì)思想是危險(xiǎn)分散、控制功能分散、而操 作和管理集中。美國(guó)HoneyWell公司于1975年11月成功推出了第一套DCS——TDC2000型集散控制系統(tǒng)。

第一節(jié)概述>集散控制系統(tǒng)的發(fā)展歷程20世紀(jì)50、60年代，過(guò)程工業(yè)主要使用模擬式儀表，它們功能單一、控制精度不高。以后的DDC和SCC集中型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)能進(jìn)行復(fù)雜控制,但存在危險(xiǎn)集中的問(wèn)題。1975年Honeywell推出了世界上第一套集散控制系統(tǒng)–TDC2000,實(shí)現(xiàn)了分散控制和集中操作與管理的功能,以后十年DCS不斷完善。20世紀(jì)90年代以來(lái)推出了以管控一體化為主要特征的DCS,隨著PLC和FCS技術(shù)的發(fā)展,DCS與PLC和FCS相融合的混合型分布式控制系統(tǒng)也已出現(xiàn)。>集散控制系統(tǒng)的特點(diǎn)

功能齊全人機(jī)聯(lián)系完善可靠性高系統(tǒng)拓展靈活安裝調(diào)試簡(jiǎn)單集散控制系統(tǒng)的性能比常規(guī)儀表控制系統(tǒng)和集中型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)更為優(yōu)越,它的主要特點(diǎn)如下：CRT操作站管理計(jì)算機(jī)過(guò)程控制單元過(guò)程控制單元數(shù)據(jù)采集單元…集中操作與管理裝置分散控制裝置通信系統(tǒng)集散控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)它由過(guò)程控制單元、數(shù)據(jù)采集器、CRT操作站、監(jiān)控計(jì)算機(jī)以及高速數(shù)據(jù)通路五部分組成。過(guò)程控制單元(ProcessControlUnit，PCU)，又稱現(xiàn) 場(chǎng)控制站或基本控制器，它是DCS的核心部分。數(shù)據(jù)采集器(DataAcquisitionUnit，DAU)，又稱過(guò)程 接口單元(ProcessInterfaceUnit，PIU)，

它是為生 產(chǎn)過(guò)程中存在的非控制變量設(shè)置的采集裝置。CRT操作站，是DCS與外界聯(lián)系的人機(jī)接口裝置。它有操 作員鍵盤(pán)和工程師鍵盤(pán)之分。監(jiān)控計(jì)算機(jī)，又稱管理計(jì)算機(jī)(MangerComputer，MC)， 也稱上位機(jī)，是DCS的主機(jī)，它綜合監(jiān)視DCS的各單元。高速數(shù)據(jù)通路(DataHiWay，HW)，是一種具有高速通信 能力的信息總線。一般由雙絞線、同軸電纜或光導(dǎo)纖維 組成。DCS的結(jié)構(gòu)組成第二節(jié)集散控制系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)從所覆蓋的地域范圍大小來(lái)分，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可劃分為遠(yuǎn)程網(wǎng)、局部網(wǎng)和分布式多處理機(jī)三類。遠(yuǎn)程網(wǎng)的傳輸距離可達(dá)數(shù)千米以上，分布式多處理機(jī)的傳輸距離僅限于幾米以內(nèi)，而局部網(wǎng)的傳輸距離介于兩者之間，約幾百米到幾千米。與一般的局域網(wǎng)不同，集散控制系統(tǒng)中采用的通信網(wǎng)絡(luò)是用于生產(chǎn)過(guò)程的控制和管理，它具有下列特點(diǎn)：第二節(jié)集散控制系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)>通信網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)

1.實(shí)時(shí)性好，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快2.可靠性高3.適應(yīng)惡劣的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境通信介質(zhì)

通信介質(zhì)又稱傳輸介質(zhì)或信道，是指連接網(wǎng)上各節(jié)點(diǎn) 之間的物理信號(hào)通路。常見(jiàn)的通信介質(zhì)有雙絞線、同軸電 纜和光纜三種。

1.雙絞線

把兩根平行導(dǎo)線按一定節(jié)距絞合在一起， 外面包裹金屬箔屏蔽層的信號(hào)線稱為雙絞線，最常用。

2.同軸電纜

由內(nèi)導(dǎo)體、用于固定內(nèi)導(dǎo)體的電介質(zhì)絕 緣層、外屏蔽導(dǎo)體和外絕緣層構(gòu)成。用于較高速率的數(shù)據(jù)傳輸。

3.光纜

光纜的內(nèi)芯是由兩層折射率不同的SiO2拉制 而成的光導(dǎo)纖維，外面敷有一層覆層，在覆層外面也有一 層光導(dǎo)纖維。不受電磁波干擾，廣泛應(yīng)用于集散系統(tǒng)。

通信介質(zhì)常見(jiàn)的通信介質(zhì)主要有雙絞線、同軸電纜和光纜三種。通信介質(zhì)

a）雙絞線

b）同軸電纜

c）光纜數(shù)據(jù)傳輸中的差錯(cuò)控制

任何傳輸信道（或傳輸過(guò)程）都會(huì)存在一定程度的噪聲或干擾，導(dǎo)致接收端收到的二進(jìn)制數(shù)據(jù)序列R與發(fā)送端發(fā)送出來(lái)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)序列C不一致，即產(chǎn)生“差錯(cuò)”。引起差錯(cuò)的噪聲有兩類：一類是由分子熱運(yùn)動(dòng)引起的白噪聲；另一類是由來(lái)自各種電磁干擾引起的沖擊噪聲。為實(shí)現(xiàn)無(wú)差錯(cuò)通信，DCS采用信息冗余技術(shù)，以提高檢錯(cuò)和糾錯(cuò)能力。利用抗干擾編碼實(shí)現(xiàn)差錯(cuò)控制的基本方式有：自動(dòng)糾錯(cuò)、檢錯(cuò)重發(fā)以及二者混合糾錯(cuò)(簡(jiǎn)稱HRC)。常用的抗干擾編碼有：奇偶檢驗(yàn)碼，循環(huán)冗余碼?？垢蓴_編碼

奇偶檢驗(yàn)碼它是最簡(jiǎn)單的檢錯(cuò)碼，其編碼規(guī)則是把 要傳送的數(shù)據(jù)碼元分成組，在每組二進(jìn)制數(shù)據(jù)后面加 一位校驗(yàn)位（又稱為奇偶檢驗(yàn)位），校驗(yàn)位的碼元和 要傳送的數(shù)據(jù)碼元中的“1”的個(gè)數(shù)相等。若為偶數(shù)時(shí)叫偶校驗(yàn)；“1”的個(gè)數(shù)若為奇數(shù)時(shí)叫奇校驗(yàn)。循環(huán)冗余碼

(CyclicRedundancyCheck，CRC)簡(jiǎn)稱循環(huán)碼，它的檢錯(cuò)能力相當(dāng)強(qiáng)，是DCS中最常用的糾錯(cuò)碼。

>網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

從站從站從站從站主站星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)站站站站站總線型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)環(huán)型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)站站站站站站通常有星型、總線型和環(huán)型及混合型：>網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議

通信協(xié)議以開(kāi)放系統(tǒng)互連(OSI)參考模型為基礎(chǔ)，?；谖锢韺雍蛿?shù)據(jù)鏈路層而制定。數(shù)據(jù)鏈路層分為介質(zhì)訪問(wèn)控制層(MAC)和邏輯鏈路控制層(LLC)。應(yīng)用最廣泛的通信協(xié)議是IEEE802系列，常用通信協(xié)議有：IEEE802.1

局域網(wǎng)概述、體系結(jié)構(gòu)；IEEE802.2

邏輯鏈路控制；IEEE802.3

總線網(wǎng)的MAC與物理層標(biāo)準(zhǔn)；IEEE802.4

令牌總線網(wǎng)的MAC與物理層標(biāo)準(zhǔn)；IEEE802.5

令牌環(huán)網(wǎng)的MAC與物理層標(biāo)準(zhǔn)；IEEE802.11

無(wú)線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)；IEEE802.15

短距離無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等。集散控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)控制站主要由機(jī)柜、電源及控制計(jì)算機(jī)等組成。1、機(jī)柜：現(xiàn)場(chǎng)控制站的機(jī)拒內(nèi)部均裝有多層機(jī)架，以供安裝各種模塊（控制模塊與通信模塊）及電源之用。2、電源為了保證電源系統(tǒng)的可靠性，通常采取以下幾種性措施。(1)每一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制站均采用雙電源供電，互為冗余。(2)如果現(xiàn)場(chǎng)控制站機(jī)拒附近有經(jīng)常開(kāi)關(guān)的大功率用電設(shè)備，應(yīng)采用超級(jí)隔離變壓器，將其初級(jí)、次級(jí)線圈間的屏蔽層可靠接地，以克服共模干擾的影響。(3)如果電網(wǎng)電壓波動(dòng)很嚴(yán)重，應(yīng)采用交流電子調(diào)壓器，快速穩(wěn)定供電電壓。(4)在石油、化工等對(duì)連續(xù)性控制要求特別高的場(chǎng)合，應(yīng)配有不間斷供電電源UPS，以保證供電的連續(xù)性。（一）現(xiàn)場(chǎng)控制站

集散控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)3.控制計(jì)算機(jī)(1)CPU現(xiàn)場(chǎng)控制站大都采用Motorola公司M68000系列和Intel公司80X86系列的CPU產(chǎn)品。(2)存儲(chǔ)器控制計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器也分為RAM和ROM。(3)總線常見(jiàn)的控制計(jì)算機(jī)總線有Intel公司的多總線MULTIBUS，“EOROCARD”標(biāo)準(zhǔn)的VME總線。(4)輸入/輸出通道①模擬量輸入輸出通道(AI/AO)②開(kāi)關(guān)量輸入/輸出通道(SI/SO)③脈沖輸入通道(PI)(5)通信設(shè)備交換機(jī)、modem、集線器等(6)外存儲(chǔ)器、打印機(jī)等

集散控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)DCS操作站一般分為操作員站和工程師站兩種。操作站必須配置有以下設(shè)備。1、操作臺(tái)2、微處理機(jī)系統(tǒng)3、外部存儲(chǔ)設(shè)備4、圖形顯示設(shè)備5、操作鍵盤(pán)和鼠標(biāo)6、打印輸出設(shè)備（二）操作站

集散控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)1、冗余方式

DCS的冗余技術(shù)可以分為多重化自動(dòng)備用和簡(jiǎn)易的手動(dòng)備用兩種方式。多重化自動(dòng)備用就是對(duì)設(shè)備或部件進(jìn)行雙重化或三重化設(shè)置，當(dāng)設(shè)備或部件萬(wàn)一發(fā)生故障時(shí)，備用設(shè)備或部件自動(dòng)從備用狀態(tài)切換到運(yùn)行狀態(tài)，以維持生產(chǎn)繼續(xù)進(jìn)行。多重化自動(dòng)備用還可以進(jìn)一步分為同步運(yùn)轉(zhuǎn)、待機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)、后退運(yùn)轉(zhuǎn)等三種方式。2、冗余措施

DCS的冗余包括通信網(wǎng)絡(luò)的冗余、操作站的冗余、現(xiàn)場(chǎng)控制站的冗余、電源的冗余、輸入/輸出模塊的冗余等。通常將工作冗余稱“熱備用”，而將后備冗余稱為“冷備用”。

除了硬件冗余外，DCS還采用了信息冗余技術(shù)，就是在發(fā)送信息的末尾增加多余的信息位，以提供檢錯(cuò)及糾錯(cuò)的能力，降低通信系統(tǒng)的誤碼率。（三）DCS的冗余化結(jié)構(gòu)

集散控制系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)所謂軟件是指完成各種功能的計(jì)算機(jī)程序的總和，它是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的神經(jīng)中樞，整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)作都是在軟件程序指揮下協(xié)調(diào)工作的。

DCS軟件及其基本功能集散控制系統(tǒng)的基本功能1、反饋控制2、串聯(lián)控制3、前饋控制4、順序控制（一）現(xiàn)場(chǎng)控制站的基本功能

（二）操作站的基本功能1、顯示：它以模擬方式、數(shù)字方式及趨勢(shì)曲線實(shí)時(shí)顯示每個(gè)控制回路的測(cè)量值(PV)、設(shè)定值(SV)及控制輸出值(MV)。2、操作：操作站可對(duì)全系統(tǒng)每個(gè)控制回路進(jìn)行操作，對(duì)設(shè)定值、控制輸出值、3、報(bào)警：操作站以畫(huà)面方式、色彩(或閃光)方式、模擬方式、數(shù)字方式及音響信號(hào)方式對(duì)各種變量的越限和設(shè)備狀態(tài)異常進(jìn)行各種類型的報(bào)警。4、系統(tǒng)組態(tài)：DCS的組態(tài)分為系統(tǒng)組態(tài)和應(yīng)用組態(tài)兩類，相應(yīng)的有系統(tǒng)組態(tài)軟件和應(yīng)用組態(tài)軟件。5、系統(tǒng)維護(hù)：當(dāng)系統(tǒng)中的某設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，一方面立刻切換到備用設(shè)備，另一方面經(jīng)通信網(wǎng)絡(luò)傳輸報(bào)警信息，在操作站上顯示故障信息，蜂鳴器等發(fā)出音響信號(hào)，督促工作人員及時(shí)處理故障。6、報(bào)表生成：根據(jù)生產(chǎn)管理需要，操作站可以打印各種班報(bào)、日?qǐng)?bào)、操作日記及歷史記錄，還可以拷貝流程圖畫(huà)面等。數(shù)據(jù)通信技術(shù)1、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的組成通信是指用特定的方法，通過(guò)某種介質(zhì)將信息從一處傳輸?shù)搅硪惶幍倪^(guò)程。一個(gè)最基本的通信系統(tǒng)，是由信息源、發(fā)送裝置/接收裝置（收發(fā)裝置或調(diào)制解調(diào)器）、信道、通信控制部件、信息宿及協(xié)議等部分組成。（一）數(shù)據(jù)通信原理通信系統(tǒng)模型

2、通信類型模擬通信是以連續(xù)模擬信號(hào)傳輸信息的通信方式。數(shù)字通信是將數(shù)字信號(hào)進(jìn)行傳輸?shù)耐ㄐ欧绞?。?shù)字信號(hào)是具有一定編碼、格式和字長(zhǎng)的數(shù)字信息。3、傳輸方式信息按其在信道中的傳輸方向分為單工、半雙工和全雙工三種傳輸方式。(l)單工（Simplex）通信方式：只允許信息沿一個(gè)方向（而不能作反向）傳輸。單工通信方式(2)半雙工（Halfduplex）通信方式：允許信息在兩個(gè)方向上傳輸，但在同一時(shí)刻只限于一個(gè)方向的傳輸，如圖所示2-5所示。半雙工通信方式(3)全雙工（Fullduplex）通信方式。允許信息同時(shí)在兩個(gè)方向上進(jìn)行傳輸，如圖2-6所示。全雙工通信方式4、串行傳輸與并行傳輸(1)串行傳輸是把數(shù)據(jù)逐位依次在信道上進(jìn)行傳輸?shù)姆绞健?2)并行傳輸是把數(shù)據(jù)多位同時(shí)在信道上進(jìn)行傳輸?shù)姆绞?。串行傳輸與并行傳輸

a)串行傳輸b)并行傳輸?shù)谌?jié)TPS集散控制系統(tǒng)萬(wàn)能工作站UWS萬(wàn)能操作站US新型萬(wàn)能操作站UXS應(yīng)用模件AM新型應(yīng)用模件AXM連接器CG、PLCG網(wǎng)絡(luò)連接器NG全方位萬(wàn)能操作站GUS高速通路連接器HG網(wǎng)絡(luò)接口模件NIM基本控制器BC多功能控制器MC先進(jìn)多功能控制器AMC數(shù)據(jù)高速通路口DHP擴(kuò)展控制器EC增強(qiáng)型操作EOS基本操作站BOS過(guò)程接口單元PIU通用計(jì)算機(jī)接口GPCI邏輯管理器LM先進(jìn)過(guò)程管理器APM故障安全控制管理器FSC過(guò)程管理器PM高性能過(guò)程管理器HPMDECVAX計(jì)算機(jī)AXP計(jì)算機(jī)管理計(jì)算機(jī)歷史模件HM工廠信息網(wǎng)(PIN)局域控制網(wǎng)(LCN)萬(wàn)能控制網(wǎng)(UCN)基本系統(tǒng)(BASIC)高速通路指揮器HTD數(shù)據(jù)高速通路DHTPS系統(tǒng)基本構(gòu)成圖>系統(tǒng)構(gòu)成>分散過(guò)程控制裝置

分散過(guò)程控制裝置包括連接在

DH

上的BC、EC、MC、AMC

和連接在

UCN

上的

PM、APM、HPM、LM和FSC。過(guò)程管理器PM

基本構(gòu)成：由過(guò)程管理模件PMM和IO

子系統(tǒng)組成。PMM包括通信處理器和調(diào)制解調(diào)器、I/O鏈路接口處理器以及控制處理器三部分。I/O

子系統(tǒng)由雙重冗余的

I/O鏈路和最多40個(gè)I/O處理器組成。完成I/O處理、各種控制和報(bào)警任務(wù)通信處理器和調(diào)制解調(diào)器(M68000)I/O鏈路接口處理器(80C51)控制處理器(M68000)PMM高電平

模擬輸入處理器16低電平模擬輸入處理器8低電平多路轉(zhuǎn)換器32智能變送器接口處理器16模擬輸出處理器8脈沖輸入處理器8數(shù)字輸入處理器32數(shù)字輸出處理器16至遠(yuǎn)處I/O處理器光纜I/O鏈路I/O子系統(tǒng)(80C31)過(guò)程管理器結(jié)構(gòu)UCN輸入輸出處理功能由不同類型的I/O卡實(shí)現(xiàn)，有8種類型：高電平模擬輸入處理器、低電平模擬輸入處理器、低電平多路模擬輸入轉(zhuǎn)換器、智能變送器接口處理器、模擬輸出處理器、數(shù)字輸入處理器、數(shù)字輸出處理器）和脈沖輸入處理器。功能：輸入輸出處理、控制和報(bào)警功能?？刂乒δ苡羞B續(xù)控制、邏輯控制和順序控制幾種，這些控制功能是由PMM中各種類型的功能槽slot完成。一個(gè)slot稱為一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)。類型包括常規(guī)PV、常規(guī)控制、數(shù)字復(fù)合、邏輯、過(guò)程模件、數(shù)值、狀態(tài)標(biāo)志和定時(shí)點(diǎn)。報(bào)警功能中的參數(shù)包括報(bào)警類型、報(bào)警限值和報(bào)警優(yōu)先。類型有絕對(duì)值、偏差與速率報(bào)警；限值有上限、下限、上上限、下下限等；報(bào)警優(yōu)先級(jí)有三個(gè)。先進(jìn)過(guò)程管理器APM

APM具有與PM相似的結(jié)構(gòu)形式，但在I/O接口、控制功能、內(nèi)存容量和CL語(yǔ)言等方面都較PM有很大改進(jìn)。APMM由先進(jìn)通信處理器和調(diào)制解調(diào)器、先進(jìn)I/O鏈路接口處理器和先進(jìn)控制處理器三部分組成。基本構(gòu)成：先進(jìn)過(guò)程管理模件APMM和I/O子系統(tǒng)。I/O子系統(tǒng)由11種I/O處理器組成，比PM多了數(shù)字輸入事件順序、串行設(shè)備接口和串行接口三種處理器。功能：輸入輸出處理和控制功能。輸入輸出功能比PM增加三個(gè)功能：數(shù)字輸入事件順序、串行設(shè)備接口、串行接口。共有12種數(shù)據(jù)點(diǎn)，比PMM多了設(shè)備管理點(diǎn)、數(shù)組點(diǎn)、時(shí)間變量點(diǎn)和字符串點(diǎn)四種。高性能過(guò)程管理器HPM

HPM是APM更新產(chǎn)品，采用兩個(gè)68040處理器作為通信處理器和控制處理器,80C32作為I/O鏈路接口處理器。與APM相比，HPM在輸入輸出處理功能和控制功能方面有所提高：

HPM的I/O處理器的類型也比PM多了三種，但是它的輸出通道有所增加。

HPM的常規(guī)控制點(diǎn)算法比APM增加了三種，分別是乘法器/除法器、帶位置比例的PID和常規(guī)控制求和器。邏輯管理器LM

主要用于邏輯控制，它具有PLC的優(yōu)點(diǎn)。由于它直接掛在UCN網(wǎng)上，故可與網(wǎng)絡(luò)上其他模件PM、APM、HPM等進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，使PLC和DCS有機(jī)結(jié)合，能集中顯示、操作和管理。基本構(gòu)成：由邏輯管理模件

LMM、控制處理器和

I/O鏈路處理器及I/O模件組成。功能：LM以數(shù)據(jù)點(diǎn)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)順序控制和緊急聯(lián)鎖等功能。共有9種數(shù)據(jù)點(diǎn)：數(shù)字輸入點(diǎn)、數(shù)字輸出點(diǎn)、模擬輸入點(diǎn)、模擬輸出點(diǎn)、數(shù)字復(fù)合點(diǎn)、鏈接點(diǎn)、狀態(tài)標(biāo)志點(diǎn)、數(shù)值點(diǎn)、時(shí)間點(diǎn)。其功能同PM基本相同。邏輯管理模件LMM控制處理器I/O鏈路處理器并行I/O模件最大點(diǎn)數(shù)2048邏輯管理器LM串行連接模塊SLM串行I/O模件最大點(diǎn)數(shù)2040并行連接驅(qū)動(dòng)模塊PLDM冗余UCN邏輯管理器結(jié)構(gòu)

故障安全控制管理器FSC

FSC是一種具有高級(jí)自診斷的生產(chǎn)過(guò)程保護(hù)系統(tǒng)，其容錯(cuò)安全停車系統(tǒng)用于保護(hù)生產(chǎn)裝置和操作人員的安全。作為UCN的節(jié)點(diǎn)，可與PM和LM通信，也可經(jīng)網(wǎng)絡(luò)接口NIM與LCN上的歷史模件HM和應(yīng)用模件AM交換信息。FSC安全管理模件FSC-SMM冗余UCNFSC控制器控制處理器I/O模件通信模件FSC用戶操作站現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備FSC網(wǎng)絡(luò)基本構(gòu)成：包括FSC安全管理模件和FSC控制器：故障安全控制管理器安全管理模件允許FSC通過(guò)串行通信鏈路與UCN設(shè)備進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，或經(jīng)NIM與LCN上的模塊進(jìn)行通信。功能：聯(lián)鎖控制、停車控制和裝置的整體安全控制。控制處理器執(zhí)行邏輯圖組態(tài)的控制程序，并將結(jié)果傳到輸出接口。它對(duì)FSC硬件進(jìn)行連續(xù)測(cè)試,一旦發(fā)現(xiàn)故障，診斷信息立即通過(guò)SMM在操作站上報(bào)告，確保過(guò)程的安全控制、系統(tǒng)擴(kuò)展的控制以及過(guò)程設(shè)備的診斷。I/O模件連接各種數(shù)字量和模擬量信號(hào),所有的I/O模件與現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)之間都采用光隔離。故障安全I(xiàn)/O模件支持系統(tǒng)的自診斷功能，用于安全檢測(cè)和控制。通信模件：一是FSC網(wǎng)絡(luò)的通信模件,通過(guò)它可與其他FSC系統(tǒng)進(jìn)行通信。二是FSC用戶操作站通信模件,允許用戶在操作站上對(duì)FSC的參數(shù)及其屬性進(jìn)行組態(tài)。>集中操作管理裝置

集中操作管理裝置包括BOS、EOS、US、UXS、UWS、GUS、以及AM、AXM和HM。萬(wàn)能操作站USUS是LCN網(wǎng)上的模件，是TPS系統(tǒng)中主要的人機(jī)界面。它提供了綜合性的單一窗口。基本構(gòu)成：由硬件和軟件兩部分組成：硬件包括主機(jī)、彩色CRT顯示器、操作員/工程師鍵盤(pán)、軌跡球、鍵鎖和外圍設(shè)備等。軟件有兩類：一類是操作員屬性的系統(tǒng)軟件,另一類是工程師系統(tǒng)軟件。操作員屬性功能監(jiān)視和控制生產(chǎn)過(guò)程,包括啟停車；處理報(bào)警和操作員信息；顯示和打印過(guò)程歷史數(shù)據(jù)、趨勢(shì)、平均值、值班記錄等；歸檔歷史數(shù)據(jù)；監(jiān)視和改變?cè)O(shè)備的狀態(tài)；從歷史模塊或軟磁盤(pán)中加載操作程序和數(shù)據(jù)庫(kù)等。功能：提供不同的功能畫(huà)面以完成相應(yīng)的操作：過(guò)程工程師屬性功能除具有操作員屬性功能外,還增加了系統(tǒng)組態(tài)，數(shù)據(jù)點(diǎn)建立，用戶圖形建立，自由格式報(bào)表建立，控制語(yǔ)言程序的編寫(xiě)、編譯和裝載功能。維護(hù)工程師屬性功能提供了系統(tǒng)維護(hù)主菜單,可顯示維護(hù)建議畫(huà)面、相關(guān)信息畫(huà)面、故障設(shè)備錯(cuò)誤信息和過(guò)程連接裝置狀態(tài)。US、UWS和UXS性能比較US與UWS：UWS

工程師鍵盤(pán)比US

多了17個(gè)特殊功能鍵，且未帶LED顯示和可組態(tài)功能，它的驅(qū)動(dòng)裝置一般配置兩個(gè)軟盤(pán)和兩個(gè)硬盤(pán)，另外還可帶矩陣打印機(jī)。

UWS的主要功能與US相同，它具有過(guò)程工程師功能、維護(hù)工程師功能和過(guò)程管理工程師功能。US與UXS：UXS是US的改進(jìn)型，帶有工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)處理器，采用改進(jìn)型高分辨率CRT。除具有過(guò)程人機(jī)接口的功能外，還具有基于Unix操作系統(tǒng)的工廠網(wǎng)外設(shè)信息通信接口功能,并可實(shí)現(xiàn)X-windows環(huán)境下的系統(tǒng)操作功能,用戶可通過(guò)它將第三方計(jì)算機(jī)與系統(tǒng)連接。全方位萬(wàn)能操作站GUSGUS是較新的操作管理站，兼有操作員站和工程師站兩種功能，是采用WindowsNT操作系統(tǒng)的TPS節(jié)點(diǎn)之一?；緲?gòu)成：GUS構(gòu)成與US類似，由主機(jī)、顯示器、鍵盤(pán)、外設(shè)等組成，但它是雙處理器結(jié)構(gòu)，有兩塊主機(jī)板。GUS除配置操作員鍵盤(pán)外，還有PC標(biāo)準(zhǔn)鍵盤(pán)及鼠標(biāo)。

GUS采用Uniformance集成軟件，主要有商業(yè)應(yīng)用軟件、過(guò)程歷史數(shù)據(jù)庫(kù)和桌面辦公軟件三部分。功能：GUS繼承了US的顯示、操作、過(guò)程組態(tài)等全部功能，同時(shí)提供了先進(jìn)的視窗式人機(jī)接口技術(shù)，通過(guò)窗口管理軟件SafeView，實(shí)現(xiàn)對(duì)顯示環(huán)境的管理，可選定每屏的窗口數(shù)、窗口位置、窗口移動(dòng)的限制等。應(yīng)用模件AMAM是具有高級(jí)控制和計(jì)算算法的LCN模件?；緲?gòu)成：包括微處理器卡、LCN接口卡、LCN輸入輸出卡以及存儲(chǔ)器卡等部分。AM具有適應(yīng)各種機(jī)型的軟件,除了AM系統(tǒng)的軟件之外，還具有基于DEC公司VAX計(jì)算機(jī)的、PC的和Macintosh計(jì)算機(jī)軟件。功能：包括控制、計(jì)算以及通信功能。其控制功能也是由各種類型的數(shù)據(jù)點(diǎn)來(lái)完成的。包括：常規(guī)點(diǎn)、旗標(biāo)點(diǎn)、數(shù)字點(diǎn)、時(shí)間點(diǎn)、計(jì)算點(diǎn)、開(kāi)關(guān)點(diǎn)和用戶數(shù)據(jù)段。

AM起著特殊的網(wǎng)絡(luò)溝通作用，與三條網(wǎng)絡(luò)LCN、UCN和DH上的所有設(shè)備均有聯(lián)系。AXM性能優(yōu)于AM,用雙重處理器,可帶浮點(diǎn)處理硬件,RISC協(xié)處理器用于與UNIX系統(tǒng)連接。軟件環(huán)境是OpenUSE。歷史模件HMHM是大容量存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件和歷史數(shù)據(jù)?；緲?gòu)成：HM的構(gòu)成和AM類似，其硬件組成包括：LCN接口、微處理器和存儲(chǔ)器。HM的存儲(chǔ)器分為冗余的單驅(qū)動(dòng)和雙驅(qū)動(dòng)，不冗余的單驅(qū)動(dòng)和雙驅(qū)動(dòng)四種組合類型。

功能：用于存儲(chǔ)三種信息：過(guò)程歷史數(shù)據(jù)（連續(xù)的過(guò)程瞬時(shí)值或平均值、過(guò)程事件、系統(tǒng)事件、日志等）、應(yīng)用軟件（用戶文件、系統(tǒng)組態(tài)文件、應(yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù)文件、用戶圖形、控制語(yǔ)言程序等）、系統(tǒng)軟件（支持系統(tǒng)正常工作的軟件）。>通信網(wǎng)絡(luò)

通信網(wǎng)絡(luò)包括數(shù)據(jù)高速通路(DH)、局域控制網(wǎng)(LCN)、萬(wàn)能控制網(wǎng)(UCN)和工廠信息網(wǎng)(PIN)。數(shù)據(jù)高速通路DHDH

是TPS

基本系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)，用于早期分散控制裝置間的信息傳遞。它采用總線型結(jié)構(gòu)和廣播式通信協(xié)議，傳輸速率為

250kb/s，由高速通路指揮器

HTD來(lái)指揮各模塊間的信息傳遞。LCN是一種高速局域控制網(wǎng)，通信系統(tǒng)由同軸電纜、連接器、終端連接器以及LCN接口板組成。通信鏈路還包括LCN和DH間接口HG、LCN與UCN間接口NIM以及計(jì)算機(jī)連接器CG等。采用兩條冗余的同軸電纜，傳輸速率為5Mb/s，采用IEEE802.4通信協(xié)議。局域控制網(wǎng)LCN萬(wàn)能控制網(wǎng)絡(luò)UCNUCN

是一個(gè)過(guò)程控制級(jí)網(wǎng)絡(luò)，由冗余的同軸電纜組成，長(zhǎng)度通常為800米。網(wǎng)絡(luò)通信采用IEEE802.4協(xié)議，令牌總線存取方式，通信速率為5MB/s。網(wǎng)間接口模件NIM網(wǎng)絡(luò)接口模件NIM

是LCN網(wǎng)和UCN

網(wǎng)之間的連接器。它負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)間通信技術(shù)及協(xié)議的相互轉(zhuǎn)換,為L(zhǎng)CN網(wǎng)上的模件訪問(wèn)UCN網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的數(shù)據(jù)提供了可能。高速通路連接器HG

是LCN

網(wǎng)與DH

網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)接口，不僅擔(dān)負(fù)著LCN和DH之間的通信任務(wù),還要提供DH的數(shù)據(jù)管理功能。此外，HG還有診斷、報(bào)警和時(shí)間同步等功能。>系統(tǒng)組態(tài)

組態(tài)是用系統(tǒng)提供的功能模塊或算法組成所需控制結(jié)構(gòu),完成所需功能。有硬件組態(tài)（又稱系統(tǒng)配置，系統(tǒng)設(shè)備組態(tài)）、軟件組態(tài)包括畫(huà)面組態(tài)和控制組態(tài)。系統(tǒng)設(shè)備組態(tài)DCS中的所有設(shè)備，都是網(wǎng)絡(luò)上的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，必須為這些節(jié)點(diǎn)分配網(wǎng)絡(luò)地址，這就是系統(tǒng)設(shè)備的組態(tài)。它是系統(tǒng)操作、管理、查詢、診斷和維護(hù)的基礎(chǔ)，分兩個(gè)層次進(jìn)行，先是集中操作管理層設(shè)備組態(tài)，再是分散過(guò)程控制層設(shè)備組態(tài)。集中操作管理層設(shè)備組態(tài)該層組態(tài)包括系統(tǒng)取名、節(jié)點(diǎn)組態(tài)和系統(tǒng)通用信息的確定等。分散過(guò)程控制層設(shè)備組態(tài)該層組態(tài)包括節(jié)點(diǎn)登記和節(jié)點(diǎn)特性組態(tài)。完成系統(tǒng)設(shè)備間的軟連接，它是先選擇硬件設(shè)備，然后在顯示器上完成系統(tǒng)硬件的配置，也就是硬件系統(tǒng)的建立（setup）問(wèn)題，它包括以下幾方面的內(nèi)容：工程師站的選擇（包括機(jī)型、顯示器尺寸、內(nèi)存、硬盤(pán)容量、打印機(jī)等）；操作員站的選擇（包括操作員站的個(gè)數(shù)和操作員站的配置，如顯示器尺寸及是否采用雙屏、主機(jī)型號(hào)、內(nèi)存配置、磁盤(pán)容量的配置、打印機(jī)的臺(tái)數(shù)和型號(hào)等）；現(xiàn)場(chǎng)控制站的選擇（包括現(xiàn)場(chǎng)控制站的個(gè)數(shù)、地域分布、每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制站中所配的各種模板的種類及塊數(shù)、電源的選擇等）?？刂平M態(tài)控制組態(tài)為控制站建立各類模塊，包括輸入/輸出模塊，運(yùn)算模塊，連續(xù)/邏輯/順序控制模塊和程序模塊，并將它們組成所需的控制回路。各種功能模塊的圖形組態(tài)順序?yàn)橄容斎?輸出模塊，再運(yùn)算模塊和控制模塊：輸入/輸出模塊的組態(tài)包括定義輸入/輸出數(shù)據(jù)點(diǎn)的位號(hào)和對(duì)點(diǎn)的描述，確定模塊在系統(tǒng)中的位置和確定數(shù)據(jù)點(diǎn)的各項(xiàng)特性。

運(yùn)算模塊組態(tài)先調(diào)出所需的算法模塊，然后單擊該模塊框圖，打開(kāi)參數(shù)表窗口，逐項(xiàng)填寫(xiě)。主要內(nèi)容包括位號(hào)、算法名稱、所在控制網(wǎng)絡(luò)的位置、輸入和輸出信號(hào)以及相應(yīng)的運(yùn)算常數(shù)。

控制模塊組態(tài)分為連續(xù)控制、邏輯控制和順序控制。連續(xù)控制模塊組態(tài)以常規(guī)PID控制模塊為核心，結(jié)合運(yùn)算模塊和輸入/輸出模塊，即可構(gòu)成單回路或復(fù)雜控制回路。見(jiàn)下例：邏輯控制模塊組態(tài)

有梯形圖、邏輯圖和指令表三種：梯形圖組態(tài)方式是先調(diào)出觸點(diǎn)、線圈和元件，再進(jìn)行觸點(diǎn)、線圈和元件之間的連線，并填寫(xiě)觸點(diǎn)名。邏輯圖組態(tài)方式是先調(diào)出邏輯模塊，再進(jìn)行模塊之間的連線，并填寫(xiě)輸入或輸出變量名。指令表組態(tài)方式是將邏輯圖或梯形圖用相應(yīng)指令來(lái)描述，形成指令表或程序。該方式因缺乏直觀性，較少采用。

順序控制模塊組態(tài)順序控制是按照時(shí)間順序、邏輯順序或混合順序逐步進(jìn)行各階段信息處理的控制方法。在順序控制中兼有連續(xù)控制、邏輯控制和輸入

/

輸出監(jiān)控的功能，在PM中,實(shí)現(xiàn)一般的順序控制可通過(guò)各類數(shù)據(jù)點(diǎn)的組合使用加以實(shí)現(xiàn)。畫(huà)面組態(tài)畫(huà)面組態(tài)是指操作站、管理站、工程師站及簡(jiǎn)易型操作終端的各種畫(huà)面、畫(huà)面間的連接。包括用戶流程編制、歷史數(shù)據(jù)生成以及自由格式報(bào)表編制等內(nèi)容。用戶流程編制-流程畫(huà)面形式和流程圖編輯：流程畫(huà)面形式：靜態(tài)畫(huà)面、動(dòng)態(tài)畫(huà)面和上述畫(huà)面的合成。流程圖編輯：用線和實(shí)體畫(huà)基本圖形，作子圖，在圖中加字符和數(shù)據(jù)并賦予條件，加趨勢(shì)、棒圖等。

歷史數(shù)據(jù)生成歷史數(shù)據(jù)是趨勢(shì)顯示和編制報(bào)表的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。用HM作為系統(tǒng)的硬盤(pán)，存儲(chǔ)歷史數(shù)據(jù)和其它的過(guò)程或系統(tǒng)數(shù)據(jù)。自由格式報(bào)表編制自由格式報(bào)表是一幅132×66的畫(huà)面，分成6屏，它是子圖、文字、變量值等的組合。自由格式報(bào)表比標(biāo)準(zhǔn)格式報(bào)表更靈活，信息量更大。DCS組態(tài)方法

DCS的組態(tài)方法大致可分為兩種。

1.填表格法或功能圖法

填表格法是在DCS制造商提供的、用于組態(tài)的表格上采用菜單方式，逐行填入相關(guān)參數(shù)，完成相應(yīng)組態(tài)工作。實(shí)現(xiàn)這種組態(tài)的語(yǔ)言是面向問(wèn)題的語(yǔ)言。功能圖法主要用于功能塊的選擇，填寫(xiě)功能參數(shù)，通過(guò)軟連接實(shí)現(xiàn)組態(tài)功能，這一組態(tài)過(guò)程也叫功能塊語(yǔ)言，屬于DCS組態(tài)語(yǔ)言的一種。

2.編程法

編程法是采用廠商提供的編程語(yǔ)言或允許采用的高級(jí)語(yǔ)言編制程序，輸入組態(tài)信息，用C語(yǔ)言等在管理層編制優(yōu)化管理軟件等。高級(jí)語(yǔ)言是DCS組態(tài)語(yǔ)言的一種。

第四節(jié)集散系統(tǒng)的可靠性集散系統(tǒng)的可靠性通常包含兩層意思：其一是指系統(tǒng)在規(guī)定條件下和規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力，其二是指故障發(fā)生后通過(guò)維修使系統(tǒng)恢復(fù)工作的能力。DCS的可靠性主要體現(xiàn)在以下5個(gè)方面：DCS的分散結(jié)構(gòu)

主要體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)分散化、功能和地域分散化、負(fù)荷分散化和數(shù)據(jù)庫(kù)分散化。DCS的冗余化結(jié)構(gòu)

采用冗余化結(jié)構(gòu)