K-CHIEF500网络型监测报警与控制系统

K-CHIEF500网络型监视与报警系统一、概述•系统类型：集中型、分散型、网络型（全分布式）。•集中型系统：采用单台计算机的结构形式，可靠性较差，一旦计算机发生故障，则整个系统完全瘫痪。•集散型系统（DCS）：采用集中和分散相结合的系统结构，监视任务由多台微机分别完成，各子系统与上位机进行通信，实现集中管理和信息共享。DCS是一种对生产过程进行分散控制、集中监视和操作管理的系统。•集散型系统通常由操作站(或称总站)、现场控制站(或称分站)和通信总线三部分组成。•在集散型系统中，如果操作站发生故障，现场控制站仍然可以独立工作；反之，如果某现场控制站有故障，只会影响它负责的部分监视点，不至于导致系统全盘瘫痪。•在早期的集散型系统中，各子系统计算机与现场仪表之间大多采用模拟量进行信号传输，所以在机旁和子系统计算机之间需敷设大量的电缆。另外，模拟信号长距离传输所引起的干扰也较严重。•一些公司应用传统控制网络技术对子系统进行改造，即在控制对象附近放置现场处理单元来实现模拟信号的收发，而现场处理单元与子系统微机之间则通过RS-485等网络进行数据交换。•这种改造虽然起到了一定的效果，但未能实现真正意义上的全分布式控制，而且各公司所研制控制网络的封闭性，也阻碍了船用现场控制设备间互换与互操作的实现。•进入20世纪90年代后，随着现场总线技术的不断完善，在新造船舶中，越来越多地采用现场总线作为各个子系统的内部控制网络，上层网络采用局域网，形成全分布式的网络型监控系统。现场总线(FIELDBUS)•网络型系统当前的最新发展：现场总线系统（FCS）。•FCS的主要优点：用可靠的数字信号取代模拟信号（4～20mA电流信号），把控制、报警、计算等功能分散到系统最底层的现场传感器，实现彻底的分散控制，从而也可以节省大量的硬件和信号电缆，真正实现全数字、全分散和全开放的现场控制系统。•机舱中采用的有代表性的现场总线：CAN、LONWORKS、PROFIBUS、CC-LINK等。DCS和FCS的比较现场总线技术实际上是采用串行数据传输和连接方式代替传统的并联信号传输和连接方式。DCSFCSDCS和FCS的比较二、K-CHIEF500系统的组成DATACHIEFC20系统CANW.CallEthernetCANline2EthernetDistributedProcessingUnitCommissioningtoolLOSLocalOperatorStation(LOS)ROS/GWno.1ROS/GWno.2ROSROSLOSLocalOperatorStation(LOS)WBUWCUWCUWCUWCUWatchCallingsystemCANline1DistributedProcessingsystemDistributedProcessingUnitDistributedProcessingUnitDistributedProcessingUnitDistributedProcessingUnit•K-CHIEF500系统的性质：•采用CAN现场总线网和Ethernet网的网络型机舱监视报警和控制系统。•系统的主要组成单元：•分布式处理单元DPU；现场操作站MOS；操作站OS（远程操作站ROS）；CAN现场总线网、Ethernet网和网关单元（SGW和dPSC）；值班呼叫单元（延伸报警单元）WBU、WCU。K-chief500系统的基本工作原理•通过DPU单元实现分散的监视或控制，再通过操作站OS实现集中管理和操作。•CAN现场总线与以太网组成的双网络系统各自采用双冗余方案。CAN网主要用于现场信息的采集、转换和控制。CAN总线分成Local和Global两个分段，两个分段各自又是双冗余的。Ethernet网是高速网，负责系统信息的管理，OS之间的数据传送借助于Ethernet网进行。•系统网关（SGW）用来使CAN和Ethernet两种不同的网络实现互联；dPSC用来实现同一CAN网中分段总线（如LocalCAN和GlobalCAN）间的通信。三、k-chief500系统的主要功能•可以根据需要选择系统功能，组成基本的报警监视系统直至集报警监视、控制功能于一体的综合系统。•主要的控制功能：备用泵的控制、阀门遥控、PID控制器、电站功率管理、压载水控制、空压机控制、空调控制、分油机控制、辅锅炉控制、冷藏箱监视、火灾报警等。·主要的监视与报警功能：1、报警和监视显示；2、过程模拟图、BAR图和趋势曲线；3、打印记录；4、自检和故障诊断。四、分布式处理单元DPU（DISTRIBUTEDPROCESSINGUNIT）DPU是采用模块化设计、具有通信功能的智能化远程I/O单元，以单片机作为微处理器，是系统的核心单元。•DPU的主要功能：DPU单元直接与传感器和执行器连接，独立实现参数的监视、报警和控制；对来自传感器的信号进行处理和监视，向外设输出模拟量和开关量控制信号。DPU用双芯屏蔽电缆（或双绞线）连接到冗余的CAN总线上，与OS和MOS进行数据通信。DPU单元（DISTRIBUTEDPROCESSINGUNIT）•1、DPU模块的类型•DPU有模拟量输入、热电偶输入、模拟量输出、数字量输入、数字量输出模块或输入输出混合模块（RIOC1～C4，用于电站系统）等各种类型，可以根据需要选用。通道数为（8～32）。10通道热电偶输入模块RAI-10tC16通道开关量输出模块RDO-16混合输入输出模块RIO-C1模拟量输入：2个AC电压输入；1个AC电流输入；4个通用输入信号。模拟量输出：2个电流输出。开关量：6个输出通道；4个输入通道；2个传感器探头输入通道。发电机监控模块RIO-C4RIO-C1：电站系统的开关量、模拟量输入输出信号处理。RIO-C2：电站系统的开关量输入输出信号处理。RIO-C3：用于发电机安全保护。RIO-C4：RIO-C1的升级换代产品。2、DPU模块的主要特点•（1）能独立完成参数的监视、报警和控制。所有的数据采集、过程控制都能在每个独立的DPU上进行，因而即使OS失效，局部操作仍然有效。•（2）完备的通信功能，这是DPU和普通I/O单元最大的不同之处。DPU单元配备有双CAN总线接口，DPU单元之间通过冗余的CAN总线进行通信。DPU还配备一个RS422或RS485串行接口，以便和其它外部设备进行通信。•（3）用于DPU硬件组态和编程所需的软件可以从OS下载并永久性地储存在DPU的EEPROM中，可以在OS上对DPU进行遥控组态。在OS和MOS上，可以实现对DPU的监视、控制和参数调整。•（4）所有的DPU模块均用24VDC电源供电。模块采用单块印刷电路板设计，DPU模块的硬件没有任何附加部件，无须设定微型电位器、DIP开关、跳线或插座。DPU模块的主要特点（续）•（5）电源、I/O通道与通信总线连接采用电气隔离。•（6）具有强大的自检功能。若模块内部温度、存储器性能、CAN总线状态、电缆或传感器有异常，则会产生报警以提醒值班人员。•（7）故障DPU的更换可以在系统不断电的情况下进行，在更换DPU模块后，需要在OS上将参数下载给新模块。DPU模块的主要特点（续）五、操作站OS•1、组成和功能•组成：标准PC微机、操作控制面板CRP、触摸屏TCP、显示器和打印机等。•OS通常位于集控室，驾驶台、货油控制室、船舶办公室等场所也可以配备OS，各OS之间通过双冗余的Ethernet网相连。•OS通过CAN总线接受DPU单元送出的现场信息，并可向DPU发送指令、参数和程序。OS可以监控每个连接到CAN上的DPU的通信，并对DPU的所有数据进行备份。TCP(TouchControlPanel)CRP(ControlRoomPanel)控制室操作面板CRPOS的主要功能•（1）通过CAN总线和DPU单元进行双向数据传送，即从DPU接收数据或向DPU传送指令、数据和程序；•（2）报警信息的显示、监测及应答；•（3）将报警信息延伸送到驾驶台和值班轮机员房间；•（4）作为CAN网络和Ethernet网之间的网关。OS的其它功能•OS可以作为系统的数据库。用于OS和不同DPU的软件储存在OS的PC机中。在OS上，可以修改报警限值和系统参数，在一个OS上进行的修改将会自动地刷新其它所有的OS。•当现场变量或状态发生变化时，DPU将刷新每个OS中的数据库，这就意味着在任何一个OS上显示的数据总是最新的。•在OS上可以进行驾驶台和集控室之间的值班转换以及轮机员呼叫。Mimics图•MEOVERVIEW•DGOVERVIEW•SYSTEMOVERVIEW•…..•MIMIC图用于过程监测/控制的模拟图显示。DCC20系统•DCC20系统与K-CHIEF500系统的硬件结构、系统功能基本相同，但两者在操作站的操作面板上有较大区别。•遥控操作站ROS：由计算机、显示器、打印机、操作控制屏等组成。•操作控制屏OCP(OPERATORCONTROLPANEL）OCP是一个专用键盘，用按钮和指示灯的结合实现系统的报警和状态指示以及基本操作，并与外部消声按钮相连。远程操作站ROSDATACHIEFC20系统AlarmGroups报警分组•LO,FO,FW,EX,CW,•CA,DO,BW,MI,DS,•BO,BR,OM,DG,SG,•ES,FI,TS,ST,LS….:•系统所监测的报警点被分为不同的组（1～28组），当某点报警时，相应的指示灯和显示器上相应的文字或符号会闪烁，同时报警蜂鸣器鸣叫。按下该按钮可显示该组内的活动报警。当该组内所有报警都被应答确认后，指示灯转为常亮，所有报警点状态恢复正常后指示灯熄灭。•MOS是一个专门设计的操作屏，可以方便地使用操作员功能。MOS可以用作为局部的或主要的操作员站。六、现场工作站（就地操作站）MidiOperatorStation(MOS)MOS通常位于机舱，可以实现：（1）检查DPU处理的过程变量；（2）就地操作设备；（3）模拟DPU的输入/输出信号；（4）调整DPU的参数。MOS可以与所有和其一起连接到同一段CAN总线上的DPU单元相连。在MOS上，操作者可以选择并控制所选择的DPU。如果由于通信中断或OS出现严重故障等原因使得一个DPU与系统的其它部分隔离，可以在MOS上就地获得所有必要的报警和监视功能。在K-CHIEF500系统中，用MOS代替LOS。MOS安装在DPU箱的面板上MOS七、值班呼叫系统（延伸报警单元）•驾驶台值班单元（WBU）舱室值班单元（WCU）实现延伸报警、人员呼叫和无人机舱值班交接等功能。1、WBU及功能•显示值班责任岗位（驾驶台还是集控室）；•显示值班者；•显示当前报警状态；•当值班交接和有报警时，蜂鸣器会鸣叫；•呼叫值班员。2、舱室值班单元（WatchCabinUnitWCU）•WCU单元有LED式和LCD式两种，LED式可有17个报警分组，LCD式只有6个报警分组。WCU、WBU的功能和操作方法基本相同。•设定驾驶台值班模式时，必须安排轮机员待命。如果报警发生，在值班轮机员的住所和公共场所，就会有报警信号。WCU上的蜂鸣器鸣响，一个或一组指示灯闪光，轮机员应该去集控室查找故障原因。当集控室进行了报警应答或清除了报警后，在WCU上也将清除报警。如果轮机员在规定时间内未进行应答操作，值班轮机员住所、驾驶台会重新出现报警，直到报警被应答。WCU也可以用来呼叫轮机员到驾驶台或集控室。八、系统通信•1、CAN现场总线CAN是控制器区域网（CONTROLERAREANET）的简称，特别适用于分布式系统。CAN的信号传输介质为双绞线、同轴电缆或光纤等，通信速率最高可达1Mbps/500m，总线上最多可挂接110个设备。在系统中主要用于现场信息的采集、转换和控制。2、局域网LAN系统局域网采用Ethernet网，在系统中负责操作站OS之间的数据传送，传输速率为10Mbps。LAN网的传输介质与传输距离有关，传输距离在100m内，可以采用2对五类双绞屏蔽电缆STP；若超过100m，则可采用光纤