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1、XIAN ELECTRIC POWER COLLEGE西安电力高等专科学校 学习材料1.1 锅炉汽包水位保护系统控制站硬件组l MACSV系统概述n 经历了二十几年的发展，DCS有了很大的变化。这种变化来自两方面的动力：用户需求的不断提高和电子与信息技术的快速发展。用户的需求已经不再满足于应用DCS代替常规的仪 表控制和简单的数据检测，同时随着电子与信息技术的进步使得DCS应用的构成元件(电子元器件、处理器、软件、网络等)性能大大提高且价格大幅度下降，特别是各种板级OEM部件和组态软件的发展进一步简化了DCS的开发难度并降低了开发成本。n 目前，一套使用户满意的DCS系统应该具各以下特点：n
2、(1)系统具各开放的体系结构，可以提供多层的开放数据接口；n (2)系统应具各强大的处理功能，并提供方便的组态复杂控制系统的能力与用户自主开发专用高级控制算法的支持能力；n (3)系统应支持多种现场总线标准以便适应未来的扩充需要；n (4)系统应高可靠、维修方便、工艺先进、价格合理。工程师站 操作员站 现场控制站l 4.HOLLiASMACS系统的组成结构n （1）、HOLiAs MAcs系统是由以太网和使用现场总线技术的控制网络连接的各工程师站、操作员站、现场控制站、通讯控制站、数据服务器组成的综合自动化系统，完成大型、中型分布式控制系统(DCS)、大型数据采集监控系统(sCADA)功能。n
3、 （2）、HOLLiAs MAcs系统硬件由工程师站、操作站、现场控制站(包括主控单元设备和I/O单元设备)、通讯控制站、系统服务器、系统网络、监控网络、控制网络等组成。n （3）、HOLLiAs MAcs系统软件包括：工程师站组态软件；操作员站在线软件；现场控制器运行软件；服务器软件等。l 5.HOLLIAS MACS系统的硬件体系结构n 和利时公司在成功地开发并应用了HS-DCS-1000系统和HS-2000系统之后，在系统地总结了各行业用户的意见和建议，充分调查了计算机技术、网络技术、应用软件技术、信号处理技术等最新发展动态的情况下，基于当今最先进的技术，采用成熟的先进控制算法，推出了公
4、司的第四代DCS系统HOLLiAs MAcs系统。l 6.HOLLIAS MACS系统的硬件体系结构“站”的概念l 是系统结构中的一个组成环节l 是物理上的一套独立设备l 是网络中的一个通信节点在系统功能中完成某一类特定的处理任务（如下图所示）。l HOLLiAS MACS系统中的“站”包括l 工程师站，l 操作员站(站号为5079) ，l 通讯站，l 服务器(站号为0) ，l 现场控制站(站号为1049) 为方便系统各站的识别，对各站进行了站号的编制。l 7.HOLLIAS MACS系统的硬件体系结构工程师站的功能n (1)组态：是为实现系统对生产过程自动控制的目的，使用 软件完成工程中某一
5、具体任务的过程。组态工作包括：设备组态、数据库组态、控制算法组态、图形组态、报表组态。n (2)下装：是将通过组态完成的工程文件下传到系统各站的过程。下装包括：下装到服 务器、下装到操作员站、下装到现场控制站。l 8.HOLLIAS MACS系统的硬件体系结构操作员站的功能：流程图显示及工艺生产监控功能、报警监视、趋势分析、报表及日志通讯站：和其它设备通讯 服务器站：计算、实时数据和历史数据、文件存取l 9.HOLLiAS MACS系统中各“站” 现场控制站的功能n 1信号采集和输出n 2数据转换n 3控制运算l 10.HOLLiAS MACS系统的硬件体系结构各“站”的功能汇总工程师站n 工
6、程师站运行相应的组态管理程序，对整个系统进行集中控制和管理。工程师站主要有以下功能：组态(包括系统硬件设备、数据库、控制算法、图形、报表)和相关系统参数的设置。现场控制站的下装和在线调试，服务器、操作员站的下装。在工程师站上运行操作员站实时监控程序后，可以把工程师站作为操作员站使用。l 操作员站n 操作员站运行相应的实时监控程序，对整个系统进行监视和控制。操作员站主要完成以下功能：l 各种监视信息的显示、查询和打印，主要有工艺流程图显示、趋势显示、参数列表显示、报警监视、日志查询、系统设备监视等。l 通过键盘、鼠标或触攥屏等人机设备，垣过命令和参数的修改，实现对系统的人工干预，如在线参数修改、
7、控制调节等。l 服务器n 服务器运行相应的管理程序，对整个系统的实时数据和历史数据进行管理。l 现场控制站n 现场控制站运行相应的实时控制程序，对现场进行控制和管理。现场控制站主要运行工程师站所下装的控制程序，进行工程单位变换、数据采集和控制输出、控制运算等。l 11.HOLLiAS MACS系统的硬件体系结构“网络”包括监控网络MNET、系统网络SNET、控制网络CNETl 11.HOLLiAS MACS系统的硬件体系结构监控网络l 监控网络MNET l 冗余高速以太网链路l 使用五类屏蔽双绞线或光纤将各个通讯节点连接到中心交换机上l 节点有工程师站、操作员站、服务站采用TCP/IP通讯协议
8、n 监控网络上各个节点用固定分配的IP地址进行标识。为实现监控网络的冗余，网中每个节点的主机都配有两块以太网卡，一般在工程上将两块以太网卡分别连接到130网段和131网段的交换机上。监控网络的前两位IP地址分别为130 0和131 0，后两位则可以自行定义。对于工程师站和操作员站的计算机，我们把它看作同一类计算机，进行统一编号。工程上编号的惯例为：l 11.HOLLiAS MACS系统的硬件体系结构系统网络l 11.HOLLiAS MACS系统的硬件体系结构系统网络l 系统网络SNET l 1冗余高速工业以太网l 2采用HSIE通讯协议l 3使用五类屏蔽双筑线或光纤将各个通讯节点连接到中心交换
9、机上l 4节点有服务站、现场控制站工业以太网：1实时性：确定性实时以太网通讯协议令牌调度算法保证了通讯的确定性生实时2开放性：兼容TCP/IP协议(走非实时通道)。3安全性：防止”冲击波”等网络病毒对现场控制站的影响。4稳定性生：单网网络风暴不影响通信，双网网络风暴不影响现场控制站控制。5易维护性：使用标准以太网硬件，降低维护人员培训成本、各品各件成本。l 11.HOLLiAS MACS系统的硬件体系结构控制网络（下图）l 控制网络CNET l 位于现场控制站内部l Profibus -DP现场总线l 采用带屏蔽的双绞铜线连接l 节点主要9DP主站(主控单元)和DP从站(智能I/O单元)l 完
10、成实时输入/输出数据和从站设备诊断信息的传送6站地址为0 -125l ProfibusDP现场总线：u Profibus是作为德国国家标准DIN l9245和欧洲标准prEN 50170的现场总线。IS0/OSl模型也是它的参考模型。由Profibus Dp、Profibus FMS、Profibus PA 组成了Profibus系列。Porfibus支持主从系统、纯主站系统、多主多从混合系统等几种传输方式。主站具有对总线的控制权，可主动发送信息。按Profibus的通信规范，令牌在主站之间按地址编号顺序，沿上行方向进行传递。主站在得到控制权时，可以按主从方式，向从站发送或索取信息，实现点对点
11、通信。主站可采取对所有站点广播(不要求应答)，或有选择地向一组站点广播。HOLLiAS MACS系统使用Profibus DP协议。Profibus DP的特性：l 传输技术：n RS 485双绞线电缆或光缆；n 波特率9 6Kbps l2Mbps；l 总线存取：n 各主站间令牌传送主站与从站间数据传送；n 支持单主和多主系统；n 主从设备总线上最多站点数l26；l 通信：n 点对点用户数据发送或广播控制指令；n 循环主从用户数据传送和非循环主主数据传送；n Profibus_DP现场总线：系统I/O站总线采用了先进的现场总线技术ProfiBus DP总线，I/O站的主控单元如FMS801为P
12、rofiBus DP主站， I/O输入/输出模块如FM系列模块为ProfiBus DP从站。主/从站及他们之间的连接件构成了完整的ProfiBus DP总线网络。网络配置(包括主/从站数量传输数率传输距离等)的优化，在保证系统的正确、快速工作的前提下，可大大提高系统稳定性。n 工程师站和现场控制站的网络连接。工程师站下装数据时通过此连接实现。n 由于工程师站下装现场控制站是通过TCP/IP协议进行，因此现场控制站需要设置IP地址。一般我们将一个现场控制站里相互冗余的两个主控单元分别称为A机、8机。宦们的IP地址设置是通过一对拨码开关来实现的，具体设置方法详见硬件产品介绍中的机笼FM301背面拨
13、码开关设置部分。设置后的现场控制站中系统网卡自JIP地址如下表所示。工程师站下装现场控制站时需要在组态软件设置此地址，具体设置方法详见软件介绍中的控制器算法组态。n 通过下表总结一下各站网卡数量以及网卡地址。（工程师站兼做操作员站使用时站号可根据实际情况选择，不限于50号站）HOLLiAS MACS系统的软件分为n 工程师站离线组态软件n 操作员站运行软件n 服务器运行软件n 现场控制站运行软件l 2.现场控制站l 组成：l 主控单元、智能IO单元、电源单元、现场总线和专用机柜。l 结构：l 采用分布式的结构，与控制网络相连接的是现场控制站的主控单元，可冗余配置，扩展性强。l 功能：l 主控单
14、元:特殊设计的专用控制器，进行工程单位变换、控制运算，并l 通过监控网络与工程师站和操作员站进行通讯，完成数据交换；l 智能IO单元:完成现场内的数据采集和控制输出；l 电源单元:为主控单元、智能IO单元提供稳定的工作的电源；l 现场总线:为主控单元与智能IO单元之间进行数据交换提供通讯链路。n 主控单元采用冗余配置，通过现场总线（Profibus-DP）与各个智能I/O单元进行连接。n 在主控单元和智能IO单元上，分别固化了相应的板级程序。主控单元的板级程序固化在半导体存储器中，而将实时数据存储在带掉电保护的SRAM中，完全可以满足控制系统可靠性、安全性、实时性要求。而智能IO单元的板级程序同样固化在半导体存储器中。l 正面 背面l ll -风机单元：为现场控制柜内设备通风散热；l -主控单元组件:包括冗余主控制器和电源模块；l -I/O模块:完成与现场信号的连接，对输入信号进行的采集与转换，对输出信号进行限幅等处理的智能单元。 1
