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1、第6章 其他集散控制系统,简 介,知识点： 掌握I/A S系统系统的组成 了解I/A S系统所采用的通信网络 掌握I/A S系统硬件结构及各部分的作用 了解I/A S系统软件的作用 掌握MACS系统的组成及各部分的作用 熟习现场控制站的构成及特点 了解MACS系统软件的作用 技能点： 结合DCS实训，培养以下技能 掌握MACS控制系统的组态 掌握MACS控制系统系统调试方法,学习目标,6.1 I/A S 系统,I/A S系统是美国 Foxboro公司的集散控制系统。I/A S是智能自动化系列(Intelligent Automation Series)的缩写。该系统是一种使用开放网络的工业系统
2、，可以使用64位工作站和全冗余配置的高标准集散控制系统,系统的网络结构如图6.1所示。,图6.1 I/A S 系统构成,6.1.1 通信系统, I/A S系统的通信网由四层模块化网络组成，它们是信息网、载波带局域网(LAN)、节点总线和现场总线。,1.节点总线, I/A S系统的结构是按节点概念来构成的。节点独立运行，完成与自动控制系统相关的功能。节点总线(Node Bus)是 I/A S 系统的控制网。,2.工厂信息网,信息网用于工厂的信息管理，根据用户的要求，信息网可采用工业标准的不同通信协议的网络。一般可采用以太网(包括采用低速和高速两种网)、ATM网和PC网等。 目前，I/A S系统不
3、仅可以向MIS网络传输实时数据和历史数据，而且还可以传输各种流程控制画面。,3.局域网,载波带局域网(LAN)是I/A S系统主干信息网。它符合EE802.4通信协议，采用令牌总线存取方式，传输速率5Mbps。通信媒体有同轴电缆和光导纤维两种., RG-11型同轴电缆是半柔性的发泡塑料绝缘的通信媒体，易于安装，但允许连接的无源分接头较少，且最大传输距离较短。 CATV公用电视天线同轴电缆是半刚性的同轴电缆，它允许连接较多的无源分接头，最大传输距离也较大。 两种同轴电缆的特征阻抗都是750，最多可连接100个节点。最大传输距离约2km。分接头与站间采用RG-6支路同轴电缆连接，最大距离不大于30
4、m。 为了防止电磁干扰，同轴电缆与高压电源线间的距离应大于2m。光导纤维是可选的另一种通信媒体，通过光纤 LAN 与转换器 (FOLC)进行连接。,4.现场总线,现场总线组件（FBM，即I/O卡）为控制处理机和现场传感器/执行器提供接口，这些组件可与控制处理机或运行I/A S 系统综合控制软件包的个人计算机连接。 他们之间的通信是通过一个冗余的现场总线(Field Bus)来完成的。 I/A S 系统的现场总线符合EIA标准RS-485通信。这是一个串行接口总线。I/A S 系统的现场总线可用于多站的互联.,通信媒体采用双绞线时，现场总线的最大传输距离是800m，传输速率是10Mbps。通信媒
5、体采用光缆时，现场总线的最大传距离为20km，通常现场总线采用冗余配置。 现场总线分为就地现场总线和远程现场总线。就地现场总线的最大距离是10m，用于机柜上下层间的现场总线模件(FBM)的连接，远程现场总线需经现场总线隔离器(FBI)连接，常用于机柜间的连接。,6.1.2 I/A S 系统硬件结构, I/A S系统操作和管理装置主要有操作站处理器、应用处理器、应用工作站处理器、通信处理器、控制处理器和现场总线模件等。,1.操作站处理器,操作站处理器(Workstation Processor，WP )与它的外部设备一起，从应用处理器和节点总线上的其他站接收图形和文本信息，并产生视频信号，以便在
6、视频监视器上显示。, WP是重要的人机界面。操作员通过鼠标、球标、工业定位装置和键盘来调用画面，并对生产过程进行监视，完成各种操作.,自控工程师可在WP上完成对系统的组态(包括画面、控制、趋势、系统等组态)，对过程控制参数的修改或更新控制方案、顺序步等。,维修工程师可调用维修画面了解系统的状态、故障等有关信息及有关的提示信息。,2.应用处理器,应用处理器(Application Processor，AP)使用是对外部大容量存储设备执行有关的应用功能，如显示、生产控制、用户应用、诊断、组态、应用功能开发、大容量文件处理等。,应用处理器有容错和非容错两种。,正常操作时，应用处理器的主要功能如下。
7、(1)系统和网络管理功能 (2)数据库管理功能 (3)文件请求功能 (4)历史数据存储功能 (5)支持图形显示功能,3.应用工作站处理器,应用工作站处理器(Application Workstation Processor，AW)是应用处理器AP和操作站处理器 WP 的结合，它既能作为应用处理器，承担网络上的服务器的功能，又能作为一个人机界面.为操作员提供图形和文件，完成对生产过程操作和管理的功能。,它也可以作为挂在 I/A S 系统节点总线中其他站的上位站。,4.通信处理器,通信处理器 (Communication Processor)作为 I/A S 系统的一个节点，提供与外部设备的互联，
8、其配置如图 6.2所示。,通信处理器把从网络站接收的标准报文译成设备特定报文。通信处理器的主要功能如下。,(1)报警报文的优先打印功能,(2)报表和打印文件的打印处理,(3)报文的后备,(4)终端用户接口,5. 控制处理器,控制处理器 (Control Processor，CP) 是 I/A S 节点中的控制组件，其中常规控制模块大约100多种，他包括输入/输出、控制、信号处理、计算和转换等类型 , 通过组态能够实现连续控制、顺序控制和梯形逻辑控制等功能。,控制功能由两部分装置实施。其中连续量的控制在 CP 内实现，顺序逻辑控制在现场总线模件内实现，批量控制在操作站通过批量工厂管理软件来自动协
9、调连续控制和顺序控制，并对它们进行管理和调整。 连续量和顺序量控制的组态都在 CP 内完成 ( 由操作站或 PC 机完成组态再下装到 CP) 。顺序逻辑控制的组态内容需再下装到 FBM 。 控制组态采用集成控制组态软件 (Integrated Control Configurator)。该软件允许用户进行离线和在线的组态。 控制处理器有非容错和容错两种配置，即单机运行和容错运行。,采用容错运行时，两个 CP 用连接件相连接，作为热后备运行。对应的节点总线接口和现场总线接口也有两个，它们同步接收和处理信息，组件故障由自身检测。 控制处理器可以构成单一功能的控制系统 , 也可以构成几种功能组合的多
10、功能控制系统。 控制处理器可以构成单一功能的控制系统 , 也可以构成几种功能组合的多功能控制系统,6.现场总线模件,现场总线模件(Field Bus Module，FBM)，包括模拟和数字类型，每个模拟模件的点数为，数字模件的点数为16，均为通道隔离型卡件，现场总线模件为现场传感器执行器与冗余的现场总线之间提供了接口.,它有非扩展主模件、扩展主模件和可扩展主模件三种连接模件。,6.1.3 I/A S 系统软件,在 I/A S 系统中，主要的应用软件包括系统管理软件、数据库管理软件、历史数据库管理软件、显示管理软件、画面建立软件和报警管理软件等。,1.系统管理软件,系统管理软件 (System
11、Manager)用于站与有关的外部设备，如输入输出设备、通信总线的打印设备等设备的状态信息显示、系统日期和维修时间的信息显示、系统报警的条件和报警信息显示，它也具有直接改变所连接设备作用的能力。,2.历史数据软件,历史数据软件(Historical Data)提供连续和离散数值和应用信息的历史数据。这些数值可以是过程的测量、设定、输出和已经过组态的用于采集和发送作为历史数据的信息的站状态开关。,对历史数据的归档处理，例如，取历史数据的平均、最大、最小和其他的引出的值也是该软件的工作。,数据库管理软件用于系统数据文件的存储、检索和操作，采用实时关系数据库对系统数据进行管理，它还支持用 Windo
12、ws NT 文件系统对已存储的数据库进行存取访问。,这些历史数据被保存，并能用应用程序再显示、报表打印和存取。归档的资料能存到可移走的软盘等媒体。 对事故的历史数据、报警的条件和被选择的操作员的操作信息也能经组态后保存。 在其他站上发生的事故、报警和其他事件的信息也能通过定义作为历史事件的数据从其他站送来存储.,3.显示管理软件,显示管理软件(FoxView)是 I/A S 系统的程序、工具和过程画面等操作环境集合的重现。 根据用户特定的任务要求，可以对有关的操作环境的子集组态。,为了浏览过程报警显示的综合情况，它也能与报警管理软件(FoxAlert)进行存取的连接.,4.画面建立软件,画面建
13、立软件(FoxDraw)用于对过程操作流程画面和有关的操作、调整画面进行组态，支持三维的画面显示。,画面的数据可与过程变量进行连接。为使人机界面更友好，对目标属性的动态变量，如充填的液位、颜色、位置、大小的可见性等可以方便改变，它也允许操作员控制的像按钮等设备图形显示在画面上。,图形可以多窗口显示，操作员能通过 FoxView，在过程操作画面上动态显示被嵌入的实时和历史趋势.,5.报警管理软件,报警管理软件(FoxAlert)是用最新显示画面和当前报警显示画面快速对最新的报警信息进行访问. 对报警信息能动态更新并能用颜色的优先级和状态指示器显示，使操作员能快速把注意力集中到最新的报警信息，软件
14、提供了报警历史的列表。 对报警的确认和对消音等操作提供了按钮等，此外，提供了安全地对用户访问系统的报警功能。,6.2 MACS集散控制系统, HOLLiAS MACS是和利时公司推出的新一代分布式控制系统 HOLLiAS MACS(以下简称 MACS）系统具有如下特点。,2.采用Profibus-DP现场总线技术,1.采用了工业以太网核心技术,3.提供了两个系列的I/O卡件模块,4.系统结构灵活,5.具有良好的开放性,6.2.1 MACS系统的组成, MACS系统具体由网络、工程师站、操作员站、高级计算站、管理网网关、系统服务器、现场控制站和通信控制站等部分组成，其结构如图6.3所示。,图6.
15、3 系统结构示意图,依据不同的工业现场，MACS系统的网络由上到下分为操作层、控制层和监控网络三个层次。,操作级的数据通信网络称为系统网络(SNET)。系统网络用于实现工程师站、操作员站和系统服务器与现场控制站之间数据、资源的互连、共享及打印等。,控制层的数据通信网络称为控制网络(CNET)。控制网络采用Profibus工业现场总线与自动化系统各个I/O模块及智能设备连接通信，实时、快速、高效的完成过程或现场通信任务，符合IEC61158国际标准。,(1)网络,监控网络(M-NET)实现工程师站、操作员站、高级计算站与系统服务器的互连，系统网络实现现场控制站与系统服务器的互连，控制网络实现现场
16、控制站与过程I/O单元的通信。,(2)工程师站(ENS),由高档微机和各种组态工具软件组成，具有系统数据库组态、设备组态、图形组态、控制语言组态、报表组态、事故库组态、离线查询、调试、下装等功能。,(3)系统服务器(SVR),使用高性能服务器，完成实时数据库及历史数据库的管理和存取、数据处理和通信等功能的计算机，系统服务器可双冗余配置，在实际工程规模可根据具体情况灵活配置。,(4)通信控制站(CCS),由高可靠性能工业微机、各种通信卡件和通信软件组成，实现与各类现场总线仪表、PLC、智能电子设备IED、RTU及其他子系统的通信，完成各种通信协议的解释和数据格式转换等功能的计算机。,(5)高级计算站(ACS),由高可靠性能工业微机或高性能工作站组成，配有各种专用数据处理、数据分析或高级控制算法软件，具有用户可编程环境的计算机。,6.2.2 现场控制站,现场控制站(FCS)作为信号采集和控制设备是MACS系统的核心硬件。它具有信号采集、回路控制、顺序控制、逻辑联锁等功能，是实现数据采集和过程控制的基本单元。,
