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1、控制系统产品介绍,工业自动化行业,过程控制领域 检测仪表、阀门、分析仪器、分散控制系统 特点：模拟量信号居多，回路控制为主，控制周期相对较长。 离散控制领域 马达 、继电器、PLC 、变频器、编码器 特点：数字量信号居多，逻辑控制为主，控制周期相对较短,过程控制系统历史,PCS（Pneumatic Control System）:50年前，过程控制是基于315psi的气动信号标准的基地式气动控制仪表系统。 ACS （Analogous Control System）:基于模拟电流信号标准010mA(420 mA)的电动单元组合式模拟仪表控制系统。 CCS（Computer Control Sy
2、stem）:20世纪70年代，由于使用了数字计算机，从而产生了集中式数字控制系统。 DCS（Distributed Control System）:20世纪80年代，微处理机的出现和应用，从而产生了分布式控制系统. FCS(Fieldbus Control System)：20世纪90年代，现场总线技术的出现产生了新的一代过程控制体系结构。,控制系统分类,PLC 面向逻辑控制：继电器状态、触发器、定时器输出等开关量信号，具有中断处理和几毫秒到几十毫秒的控制周期 DCS 面向过程控制：温度、压力、流量等模拟信号，控制周期在100毫秒到1秒之间 ，集中控制 FCS 面向过程控制：温度、压力、流量，
3、采用现场总线技术构成，分布式控制 PC-BASED Control System 简化控制结构，应用PC技术，可靠性要求较低,国际大型自动化公司,国际大型自动化公司,DCS定义,DCS（Distributed Control System）集散控制系统又叫“分散控制系统”、“分布式控制系统”。 特点：以微处理器为基础的采用分散控制、集中显示和操作的新一代控制系统。 1995年ISO对DCS的定义： 满足大型工业生产和日益复杂的过程控制要求，按照控制分散、管理集中的原则构思，微处理器、通信技术、人机接口技术、I/O接口技术相结合用于数据采集、过程控制和生产管理的综合控制系统。,DCS历程,20世
4、纪80年代之前的分散系统属于第一代DCS，它由过程控制单元、数据采集装置、CRT操作站、监控计算机和数据传输通道5个部分组成。典型系统：；1974年 TDC2000 进入80年代，出现了局域网技术广泛应用于分散系统的第二代DCS。 它是以局域网为主干、系统中的各个单元被看作是网络的节点，由同轴电缆与屏蔽双绞线 。 80年代末，出现了开放型的第三代DCS。其特点：采用了开放的通信协议。典型产品：Honeywell的TDC 3000； Bailey 的INFI-90；横河的CENTUM-XL等。 90年都后期发展到了第四代DCS，第四代DCS充分体现在两个“I“开头的单词：Information(
5、信息)和Integration(集成)即信息化和集成化。典型产品:Delta V ; CS3000 ; PKS,第四代DCS系统 信息化 集成化 混合控制 分散化 经济性 智能化 开放性 专业性 小型化,DCS特点,常见DCS,典型DCS系统,控制站,主控制器,I/O,I/O,控制站,现场变送器、执行器,操作站,工程师站,服务器及其它功能站,DCS结构-硬件,操作站、工程师站 工业通讯网络10/100M 控制站基于嵌入式技术、低功耗、高可靠性的现场控制单元 现场总线网络 各种过程I/O处理处理模块数字量、模拟量（标准信号、热电偶、热电阻）、脉冲量、智能设备 现场变送单元、就地仪表、现场显示和操
6、作单元,DCS结构-软件,控制站软件 控制软件 组态软件 监控软件 维护软件 先进控制软件,DCS 的功能,信号采集与处理 连续控制、逻辑控制、顺序控制、批量控制 系统组态、算法组态、HMI组态 安全管理、监控、诊断、报警、日志、趋势、报表 数据分析、先进控制、MES接口 系统集成、互联 设备管理,JX-300XP系统结构,IO单元,常规IO卡件 模拟量输入（AI）、模拟量输出（AO） 数字量输入（DI）、数字量输出（DO） 热偶输入（TC）、热阻输入(RTD) 脉冲量输入（PI） 特殊IO卡件 顺序事件记录（SOE） 位置调节输出（PAT） 代替定位器，直接驱动电动调节阀 机组控制专用 转速
7、、伺服、后备手操,核心处理器：内核架构、主频 容量：IO容量、回路数量、用户程序容量 控制周期：最小控制周期 冗余：双机数据交互速率、切换时间 负荷率:网络、容量 高级功能：在线下载、在线修改 功耗: 可靠性:,控制器站,SCNet通讯 CPU,控制CPU,SBUS通讯 CPU,系统互联,仪表、阀门,软件互联,SIS,PLC,一体化，SAMS,控制系统关键技术,计算机技术（Computer） 通讯技术（Communication） 控制技术（Control） 图形显示技术（CRT） 信息（Infomation） 集成（Integration）,可靠性、安全性,目的 工业过程的正常运行 设备安全
8、 生命安全 原则 控制系统自身的稳定无故障运行 防止外部原因产生的故障进一步扩散 及时报警指示,安全性,功能安全（Functional Safety) IEC61508:Functional safety of electrical/electronic/programmable electronic safety-related systems. 定义：系统正确地响应输入从而正确地输出控制的能力。 人身安全（Life Safety) GB4943(idt IEC60950)：信息技术设备的安全 对于DCS而言，主要指电工安全。 信息安全（Information Security) 主要针对信
9、息的保密和防止非法访问。,控制系统应用环境分析,电快速脉冲,浪涌,静电放电,电源端口,信号端口,浪涌,电快速脉冲,雷电,雷电,感性负载通断 直流电机、变频调速器,通讯端口,射频、无线通信,信号电缆,通讯电缆,AC电缆,应用分析与系统复杂性 电磁兼容性能与抗干扰 工业环境适应性（温度、湿度、腐蚀、粉尘） 可靠性与长寿命（10年以上） 控制功能与安全性,控制系统可靠性,功能可靠性： 故障安全功能、热插拔、防混插 产品可靠性： 防腐设计、隔离技术应用、EMC设计、制造可靠性 工程可靠性： 单点接地、防雷工程,隔离技术,光电隔离： 典型器件：光藕、光控继电器、线性光藕 变压器隔离： 典型器件：变压器、
10、变压器隔离型运放 磁隔离： 典型器件：磁信号隔离型器件 电容隔离： 典型器件： 电容隔离型运放,系统接地,保护接地 防电击接地 防雷接地 防静电接地 功能接地 逻辑地 信号地 工作地 屏蔽地,接地的比喻,大 海,黄河,长江,大 海,黄河,长江,错误的接地方式： 两条河流的水位相互影响,正确的接地方式： 两条河流的水位互不影响,EMC标准,分级准则,A级：产品在试验中和试验后都能正常工作，且无性能下降。 B级：产品在试验后能正常工作，且无性能下降；产品在试验中允许性能有降低，但不允许实际工作状态或存储数据有变化。 C级：产品在试验中或试验后有暂时的性能下降或状态变化，但可以通过控制操作来自行恢复
11、或人工恢复（比如重新上电复位）。,可靠性设计与试验,可靠性试验（EMC、振动、防腐、粉尘、热分析） 综合环境适应性试验 加速寿命试验（加压试验、冲击试验） 寿命试验和寿命预估、可靠性FMEA分析技术 可靠性设计技术研究 控制系统可靠性理论分析和可靠性建模研究 控制系统可靠性验证关键技术研究、分析 高可靠性控制系统研制 高可靠性系统的设计与分析、预防 失效案例的管理、统计、分析。,IC管脚腐蚀,生产制造可靠性,DCS系统在生产制造过程中，需重点关注： 静电放电（ESD）、潮湿敏感器件（MSD）控制和生产工艺可靠性。,各种规范和格的制度保证,ESD防护控制规范、MSD防护控制规范、元器件工艺技术规
12、范 DFM设计规范、PCB技术规格书、PCBA检验规范、SMT焊盘规范 SMT焊接工艺规范、插件成型和手工焊接规范 焊点检验规范、组装工艺规范、成品检验规范,可靠性设计防腐设计,失效分析,目的：对产品生命周期各阶段的问题进行失效分析，找到产品失效的根本原因，制定有效的预防措施。,超声扫描观察芯片内部分层情况,扫描电镜观察键合丝情况,器件解剖分析,芯片内部局部烧毁,异常成份分析,产品运作流程,中控在产品各个阶段处处考虑可靠性！,SUPCON DCS Roadmap,1993 1996 1999 2002 2006 2010,经典系统,混合式,面向高端,JX- 中小型,ECS- 中大型,GCS-
13、混合控制,热备冗余,VisualField,ECS-700控制站,I/O机架,主控制器,ECS-700系统安装结构,ECS-700,单模块更换，免螺丝，防混插 单基座更换,ECS-700接线方式,现场线缆,现场线缆,现场线缆,现场线缆,现场线缆,冗余基座,转接基座,普通基座,现场线缆,现场线缆,ECS-700控制器FCU711，基于ARM9内核。,控制器模块,三个32位ARM CPU（嵌入式RISC芯片）并行处理，核心CPU主频160MHz，通讯CPU各50MHz，功耗3个月），电池可在线更换，低电压报警； 200ms站间通讯周期，确保多个控制站间共享信息的实时性； 支持单点在线下载； 内嵌系
14、统功能块库，含200余种功能块；,基座：MB712,控制器冗余机制,控制器容量,基本网络结构,OPC数据站,防火墙,外部访问,过程信息网,MES,ERP,操作节点间的历史数据、组态信息传送,控制节点、操作节点间的实时数据传送,1个或多个工程师站,冗余历史数据站,构建实时、非实时数据分离； 对等C/S结构，各操作站相对独立，实时数据直接从控制站获取；,操作站,网络规模4万点,控制站内部网络,7个远程节点,两层网络： 扩展I/O总线（冗余星型，光纤、双绞线） 本地I/O总线（冗余总线型，专用电缆）,E-BUS,L-BUS,-2070宽温、IP55机柜,网络性能指标,通讯互联及总线技术,自定义串行通
15、信协议,HART模块,8路现场信号,CPU,HART数字信号,8通道点点隔离模块,420mA模拟信号,冗余I/O总线A,冗余I/O总线B,控制器,设备管理软件,HART信号,型号： AI711-H AO711-H,FF接口模块,2路H1网段,16设备/路,LAS,宏周期,掉电保护,EMC III,防腐,控制功能本地化,控制功能系统侧,功能,可靠性,每个接口卡支持2路H1网段 每个机架支持16个IO模块 （8对冗余）,异构系统接入：DP、MODBUS,PLC,Profibus DP,E-BUS,COM721,COM741,PLC,PLC,PLC,PLC,MODBUS TCP/RTU,PLC,PL
16、C,PLC,通过E-BUS网络+标准协议通信模块，硬件集成异构系统； 通信位号直接进入控制器，与I/O位号一样具备控制、显示能力。,Profibus DP通信模块,模块型号： COM721-S 支持协议：Profibus DP、MPI（西门子） 从站数量：64个，3.5kB输入、 3.5kB输出 每个从站： 512B输入， 256B输出 通过DP/PA耦合器接入PA，每个耦合器作为1个DP从站与COM721连接 每个DP/PA耦合器最多连接61个PA仪表，数据量240Byte 传输速度：9.6kbps12Mbps 通信距离：1200m（可加中继延长到6km） E-BUS地址：17拨号设定,串行通信模块,模块型号： COM741
