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通过一个创新的系统结构和开放的通讯环境,TDC3000将过程和现场仪表的管理(控制层)与生产和信息的管理(信息层)集成在一起,形成一个信息与控制的集成系统。
由此,通过一个单一窗口就可以为企业管理者提供各类资料,辅助他们及时地作出经营决策;
同时,系统的通用性和可靠性确保了过程运作的安全进行。
·
开放与安全性控制层与信息层的结合,主要是靠系统内的两种双处理器模件--------万能工作站(UxS)与应用模件(AxM)来实现。
这两种模件形成了TDC3000结构中称为X-LAYER的X层。
UxS是TDC3000系统的用户接口,符合XWINDOWS/MOTIF工业标准,它向操作者和工程师提供了一个面向现场过程控制与全厂信息的统一窗口;
AxM是TDC3000系统内一个高性能且可靠的应用平台,可执行专用的或开放的应用软件。
这两种模件均使用RISC处理器工作站技术,运行UNIX操作系统。
由于使用标准的开放通讯协议,可以连接于信息层,它们同时支持Honeywell及其它厂家和用户自行开放的应用软件,也保证对未来硬件平台的迁移性。
对于安全性,UXS和AXM可对全厂信息网络(PIN)可能发生的问题对控制层进行保护。
例如,它们可以防止XX而进入系统,避免无意的改变数据库信息,阻止通讯或网络节点故障以及信息层内软件错误影响控制程。
TDC3000组成:
TDC3000系统由三大通讯网组成:
LCN局域控制网,UCN通用控制网,DATAHIWAY高速资料公路。
每种网上挂有不同功能的模件,如CG、PLNM、AM、US、UXS、HM、UWS、HG、NIM、PLCG、NG、PM、PLC、APM、LM,实现了分散控制集中管理的控制系统。
LCN网是TDC3000系统的主干网,该网符合IEEE802.4标准,采用“令牌总线”协议。
挂接在LCN网上的模件主要有:
US通用操作站,主要功能分为操作员功能、工程师功能和维护人员功能。
操作员功能是,监视或控制生产过程,处理报警,显示、打印报表报告趋势,监视系统状态,流程画面显示。
工程师功能是系统网络组态、过程组态、区域数据库组态,流程图绘制,编制自由报表,编写控制程序。
UWS通用工作站,是TDC3000系统的又一个人-机接口,具有US的全部功能,它主要为工厂办公室管理设计的。
UXS带UNIX系统的通用操作站,其功能与US基本相同,它是多窗口开放式的操作站。
可与上层的PIN工厂信息网通讯。
AM应用模块,是用来完成UCN和DATAHIWAY网络上所连接的模件不能完成的高级控制功能、复杂及多变量运算功能,提高过程控制及管理水平。
HM历史模块,是TDC3000系统的存储单元,它可存储过程报警、操作员状态改变、操作员信息,系统状态改变、系统维护及提示信息,连续过程历史资料等。
另外,还存储系统文件,确认点文件及在线维护信息。
NIM网络接口模块、HG高速信道接口、CG计算机接口,是LCN网络与UCN网络DATAHIWAY网络以及上位计算机(如DECVAX等)进行通信的接口模件。
PLNM工厂信息网络接口,是LCN与PIN网络进行通信的接口模件。
PLCG可编程控制器接口,是LCN与PLC可编程控制器进行通信的接口模件。
UCN通用控制网络和逻辑管理站(LM)、过程管理站(PM)、先进过程管理站(APM),是新型的过程控制和数据采集系统,采用IEEE802.4标准通讯协议。
通用控制网络(UCN),它遵循IEEE802.2和802.4标准,具有5兆的传输速率,采用令牌总线通讯方式,是一个高性能的、实时的MAP协议基础上的过程控制网络,它提供工业生产所要求的冗余性、、可靠性和安全性。
UCN与LCN的时钟同步,并在UCN网上广播,这就保证了APM所具有的功能,如每毫秒事件顺序(DISOE)数字输入的监测功能,有高精度时间分辨率。
全部监控点都在US、UxS上显示。
UxS、US采用触摸屏方式以及专用工程师键盘来操作,操作台有报警提示。
局域控制网(LCN)为冗余结构,从UxS接出的LAN网用于不同地点监视一个集成系统提供方便。
冗余的过程控制网(UCN)连接控制设备和控制器。
模拟量输入,模拟量输出,数字量输入,数字量输出I/O板处理器用于将现场设备的监控信号接入APM。
串行I/O处理器(SIOP)用于子系统接口,如壳装设备的PLC和低压开关柜。
DCS集散系统:
DCS英文全称DISTRIBUTEDCONTROLSYSTEM,中文全称为集散型控制系统。
DCS可以解释为在模拟量回路控制较多的行业中广泛使用的,尽量将控制所造成的危险性分散,而将管理和显示功能集中的一种自动化高技术产品。
DCS一般由五部份组成:
1:
控制器2:
I/O板3:
操作站4:
通讯网络5:
图形及遍程软件。
DCS总述
在工业企业中,应用效益最直接,最明显的系统应当是工业控制系统,特别是DCS(分布式控制系统)。
尽管若干年以前,就有人判定DCS将被FCS(现场总线控制系统)所取代,然而时至今日,DCS仍然具有相当的生命力。
受信息技术(网络通讯技术、计算机硬件技术、嵌入式系统技术、现场总线技术、各种组态软件技术、数据库技术等)发展的影响,以及用户对先进的控制功能与管理功能需求的增加,各DCS厂商(以Honeywell、Emerson、Foxboro、横河、ABB为代表)纷纷提升DCS系统的技术水平,并不断地丰富其内容。
可以说Honeywell公司最新推出的ExperionPKS(过程知识系统)、Emerson公司的PlantWeb(EmersonprocessManagement)、Foxboro公司的A2、横河公司的R3(PRM—工厂资源管理系统)和ABB公司的IndustrialIT系统为标志的新一代DCS已经形成。
DCS走向
DCS已经历了四代。
1915年Honeywell公司推出的TDC—2000集散控制系统是一个具有许多微处理器的分级控制系统,以分散的控制设备来适应分散的过程对象,并将它们通过数据高速公路与基于CRT的操作站相连接,互相协调,一起实施实时工业过程的控制和监测,实现了控制系统的功能分散,负荷分散从而危险性也分散。
第二代产品在原来的基础上,进一步提高了可靠性,新开发的多功能过程控制站、增强型控制站、光纤通讯等更完善了DCS。
其特点是采用模块化、标准化设计。
数据通讯向标准化迁移,板极摸快化、单元结构化,使之具有更强适用性和可扩充性。
控制功能更加完善,它能实现过程控制、数据采集、顺序控制和批量控制功能。
第三代产品开发了高一层次的信息管理系统。
其共同特点是:
实现了开放式系统的通讯,向上能与MAP和Etherent接口,或者通过网间连接器与其他网络联系,构成复合管理系统;
向下支持现场总线,使得过程控制或车间的智能变送器、执行器和本地控制器之间实现可靠的实时数据通讯。
过程控制组态采用CAD方法,使其更加直观方便,实现自整定功能。
如果把当年Foxboro公司的I/Aseries看作第三代DCS系统里程碑的话,那么前面所说的几家的最新DCS可以划分为第四代。
第四代DCS的最主要标志是两个“I”打头的单词:
Information(信息)和Integration(集成)。
第四代DCS的体系结构主要分为四层结构:
现场仪表层、控制装置单元层、工厂(车间)层和企业管理层。
一般DCS厂商主要提供除企业管理层之外的三层功能,而企业管理层则提供开放的数据库接口,连接第三方的管理软件平台(EPR、CRM、SCM等)。
DCS充分体现信息化和集成化。
用户已经可以采集整个工厂车间和过程的信息数据。
信息化体现在各DCS系统已经不在是一个以控制功能为主的控制系统,而是一个充分发挥信息管理功能的综合平台。
以Honeywell公司推出的新一代TDC—3000X控制系统为例,先前的控制系统是基于独立的操作系统的控制系统,这就决定了它的应用的局限性。
作为其升级版本TDC—3000X其操作系统则是基于Windows操作系统,从而,使的它拥有了与Internet的通讯功能,从而将DCS领域各自为证、一盘散沙的状态,归于平静。
并为可能提出统一电气标准提供可能。
正是由于这一功能的提升使得过去一直以自主开发,提供自己的系统的DCS厂商放弃原由各自为证思想,纷纷向强调系统集成性和和互通性方面靠近。
多数DCS厂商自己不在开发组态软件平台,而转入采用兄弟公司(如Foxboro用Wonderware软件为基础)的通用组态软件平台,或其它公司提供的软件平台(Emerson用Intellution的软件平台为基础)。
此外,许多DCS厂家I/O组件也采用OEM方式(Foxboro采用Eurothem的I/O模块,恒河的R3采用富士电机的Processio作为I/O单元基础,Honeywell公司的PKS系统则采用Rockweell公司的PLC单元作为现场控制站。
DCS变成真正的混合控制系统!
。
第四代DCS系统几乎全部采用IEC61131—3标准进行组态软件设计。
该标准原为PLC语言设计提供的标准。
同时一些DCS(如Honeywell公司的PKS)还直接采用成熟的PLC作为控制站。
DCS包含FCS功能并进一步分散化。
总之DCS正向更加完善,功能更加成熟方向发展。
DCS硬件结构
我们已知道DCS的演变过程,其系统结构从复杂到简单,从低级到高级。
其每一个阶段的产品及系统构成都有所不同。
但无论其如何发展,其基本结构是相同的。
现在以霍尼韦尔的TDC—3000X为例说明其硬件的详细组成及系统组成,信号流向等。
阅读导航:
为方便您更加容易理解DCS系统构成及其信号流向,我将按如下图示步骤进行讲解,每一种硬件将分别配以实物图进行说明。
①、系统构成:
一层—功能、包括设备—功能、图示、接线。
二层—同上
三层—同上
四层—同上
②、附属连接设备:
功能、接线
③、网络组态
④、信号流向:
现场信号至一层二层三层四层
⑤、附属说明
⑥、讨论
DCS的基本结构
DCS是开放性的体系结构,按功能分层可分为四层。
①、第一层:
直接控制级
功能:
●过程数据采集;
数据检查;
进行数据开环闭环控制;
设备检测和系统测试分析;
实施安全性、冗余化措施。
所属设备:
主要有PM、APM、HPM(High-processmanager)等,TDC—3000X主要是HPM,它是DCS的基本部件,亦称“现场控制站”、过程控制站或基本控制单元。
是由微处理器(多微处理器技术)、存储器、模拟量板、数字量板、脉冲量板、I/O接口板,电源板,通讯接口板及内部总线组成。
设备组成及功能:
该设备具有数据采集、回路控制和顺序控制功能,能独立地完成生产过程的直接数字控制。
HPM不是单指某个设备,而是有很多设备组成的大设备的简称(主要由以上所述设备组成),这些设备组合在一起并被放进一个控制柜中,也就是我们常说的“HPM柜”。
如下图所示:
正面
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