DCS第4章集散控制系统原理及其应用[张德泉主编][电子教案]

第4章CENTUM-CS集散控制系统第4章CENTUM-CS集散控制系统第4章CENTUM-CS集散控制系统知识点：●了解CENTUM-CS系统整体结构和主要特点●掌握CENTUM-CSDCS基本硬件组成和各部分作用●了解CENTUM-CSDCS控制站及操作站的构成●掌握CENTUM-CS组态软件的基本用法●掌握操作站实时监控画面的调用方法●了解系统的维护和调试方法●结合实例理解CENTUM-CSDCS在工业生产装置中的应用学习目标第4章CENTUM-CS集散控制系统技能点：●能够熟练使用CENTUM-CS组态软件●能够对系统实现实时监控●能够对系统进行必要的调试和维护●能够对系统软件进行安装●结合实例掌握系统项目的生成及组态内容学习目标第4章CENTUM-CS集散控制系统☞日本横河机电株式会社（YOKOGAWA），在工业自动化市场上享有很高的盛誉，其系列产品有YEWPACKII、uXL、CENTUM-V、CENTUM-XL、CENTUM-CS、CENTUM-CS3000/CS1000等DCS控制系统。用户的DCS系统不仅能够用于监视和控制工厂，而且还可以进行系统生成和维护。☞90年代中期，横河又推出了基于PC系统的CENTUMCS1000及CENTUMCS3000等控制系统，其人机接口站的工作平台为用户更熟悉的、易于操作和使用的WindowsNT环境，组态和监控界面也为窗口式的管理方式，从而将DCS功能同PC机WINDOWS系统的易于操作性相结合。第4章CENTUM-CS集散控制系统☞随着WINDOWS操作系统的发展，横河DCS最新的CENTUMCS1000/CS3000系统也不断的更新为基于相应Windows的各种版本。☞同时，其基于Unix操作系统的DCS控制系统CENTUMCS系统仍然因其高可靠性和稳定性，以及Unix操作系统优良的特性，拥有一批忠实的用户。而且CENTUMCS系统也在随着Unix的发展而不断的推新和改进。第4章CENTUM-CS集散控制系统☞在CENTUMCS1000和CENTUMCS3000系统中，横河提出了“ETS”的概念。Enterprise----从用户日常生产运行为出发点，站在用户的立场，提供符合目标要求的管理信息和控制系统。Technology----最新、最先进的技术，为用户提供先进的信息系统，先进控制，运行支援，现场仪表及控制系统。Solutions----充分满足用户的各种需求，为用户提供从设计到服务，完整的最优化的解决方案。☞本章将重点介绍横河DCS最新的CENTUM-CS3000系统,从系统构成、组态调试、应用操作等,使大家对其有一初步的认识和了解。第4章CENTUM-CS集散控制系统4．1系统概述☞横河电机的CENTUMCS3000是一套可靠的、稳定的、开放的新一代的集散控制系统，是世界上第一套以WINDOWSXP为操作平台的DCS系统。它采用了最新的“OpenNetworkTechnologies”和经现场证明了的具有高可靠性的硬件和软件。第4章CENTUM-CS集散控制系统☞CS（ConcentralSolution）系列综合生产管理与控制系统CENTUM-CS3000，即是横河ETS（EnterpriseTechnologySolutions）的系统概念的最重要产品之一。☞横河电机的CENTUMCS3000是一套可靠的、稳定的、开放的新一代的集散控制系统，是世界上第一套以WINDOWSXP为操作平台的DCS系统。它采用了最新的“OpenNetworkTechnologies”和经现场证明了的具有高可靠性的硬件和软件。第4章CENTUM-CS集散控制系统☞横河电机的CENTUMCS3000是一套可靠的、稳定的、开放的新一代的集散控制系统，是世界上第一套以WINDOWSXP为操作平台的DCS系统。它采用了最新的“OpenNetworkTechnologies”和经现场证明了的具有高可靠性的硬件和软件。☞CENTUM-CS3000综合生产控制系统正是横河公司为体现ETS概念而开发生产的新一代集散型控制系统（DCS）的旗舰。第4章CENTUM-CS集散控制系统☞CENTUMCS3000系统结构十分灵活，可根据用户的需要配置不同规模大小的系统，CS3000拥有传统DCS系统所具有的所有的功能和特点，同时支持HART和基金会现场总线。不但可以和横河前几代系统进行数据通讯，而且还可以与其他DCS、PLC、ESD厂家的系统进行数据通讯。通过与工厂上层管理系统包括PIMS、LIMS、以及ERP等系统的连接，可以完全实现工厂一体化管理，使工厂各个部门即使了解到现场的生产情况。第4章CENTUM-CS集散控制系统4．1．1系统的构成☞横河电机CENTUMCS3000R3集散控制系统(DCS)是一个结构真正开放的系统，它是由以下元件所组成的：第4章CENTUM-CS集散控制系统CENTUMCS系统结构图第4章CENTUM-CS集散控制系统HumanInterfaceStation(HIS)操作站☞用于运行操作和监视。采用了微软公司的Windows2000或WindowsXP作为操作系统和横河公司指定的工业用高性能计算机。因此系统工作站具有很强的安全性和可靠性。FieldControlStation(FCS)现场控制器☞用于过程Ｉ／Ｏ信号处理，完成模拟量调节、顺序控制、逻辑运算、批量控制等实时控制运算功能。EngineeringStation(EWS)工程师站☞用于设计组态、仿真调试及操作监视。采用Ｗｉｎｄｏｗｓ２０００或最新的WindowsXP作为操作系统的横河指定的高性能计算机。第4章CENTUM-CS集散控制系统ESB总线（ＥｘｔｅｎｄｅｄＳｅｒｉａｌＢａｃｋｂｏａｒｄＢｕｓ）☞用于控制站内，中央主控制器ＦＣＵ同本地Ｉ／Ｏ节点之间进行数据传输的双重化实时通讯总线，网络拓扑构成：总线型，通讯速率：１２８Ｍｂｐｓ，每台控制站可连接１4个Ｉ／Ｏ节点，最大通讯距离2０ｍ。第4章CENTUM-CS集散控制系统ＥＲ总线（ＥｎｈｅｎｃｅｄＲｅｍｏｔｅＢｕｓ）☞用于控制站内本地Ｉ／Ｏ节点与远程Ｉ／Ｏ节点之间进行数据传输的双重化实时通讯总线，网络拓扑构成：总线型，通讯速率：１０Ｍｂｐｓ，每台控制站可从本地节点连接８个远程Ｉ／Ｏ节点，最大通讯距离２0ｋｍ。CommunicationGateway（ACG）通讯网关☞作为用于将系统的控制总线和DCS上位机的以太网相连接的网关。第4章CENTUM-CS集散控制系统SystemIntegrationOPCStation（SIOS）OPC系统集成网关☞用于将系统控制总线Vnet/IP与用于与子系统以太网相连接的网关。Vnet/IP控制总线☞用于进行操作监视及信息交换的双重化实时控制网络。整个网络采用心型结构，兼容V-net和TCP/IP协议。通讯速率：１Gｂｐｓ，通讯距离最大２０ｋｍ，连接站数：６４站／域，２５６站／系统。由于增加了控制网络的开放性，更多的非CEMTUM网络设备可以直接挂接在控制网络上。第4章CENTUM-CS集散控制系统4．1．2系统的特点第4章CENTUM-CS集散控制系统☞CENTUMCS3000系统是日本横河电机公司致力于过程检测仪表与控制装置的开发和制造一套分散型控制系统（DCS）：CENTUM-CS3000是一个功能齐全的系统。它综合了各种控制、各种管理、各种自动化以及实时控制数据和其它信息数据，CS3000操作站的硬件采用PC机，系统软件，它采用中文版的最新的Windows2000或XP作为操作系统，应用软件采用提供DDE和DPC，它可以直接同用户的上位信息管理系统（MIS）、internet网，企业内部的局域网连接和通信，还可以直接使用PC机的各种应用软件MS-Excel,VisualBasic等，此外还可以同其它多种子系统现场总线等进行通信。第4章CENTUM-CS集散控制系统●综合性☞CENTUMCS3000开创了大规模集散型控制系统的新纪元。系统功能较前几代横河电机的DCS系统有了很大的提高。是一个真正安全的、可靠的、开放的DCS控制系统。●开放的网络结构☞采用WindowsXP标准操作系统，支持DDE/OPC。既可以直接使用PC机通用的MS-Excel,VisualBasic编制报表及程序开发，也可以同在UNIX上运行的大型Oracal数据库进行数据交换。此外，横河提供了系统接口和网络接口用于与不同厂家的系统、产品管理系统、设备管理系统和安全管理系统进行通讯。第4章CENTUM-CS集散控制系统●高可靠性☞独家采用了4CPU冗余容错技术（pair&spare成对热后备）的现场控制站，实现了在任何故障及随机错误产生的情况下进行纠错与连续不间断地控制；I/O模件采用表面封装技术，具有1500VAC／分抗冲击性能；系统接地电阻小于100欧姆等多项高可靠性尖端技术，使系统具有极高的抗干扰，耐环境等特点，适用于运行在条件较差工业环境。第4章CENTUM-CS集散控制系统●高速的控制总线☞CS3000采用横河公司的V-NET/IP控制总线，该控制总线速度可高达１Gbps。满足了用户对实时性和大规模数据通讯的要求。在保证可靠性的同时，又可以与开放的网络设备直接相连，使系统结构更加简单。而且横河公司已经将该标准提交IEC组织，希望将该标准作为下一代控制系统的总线标准。●现场控制站的高效性☞控制站FCS采用用于高速的RISC处理器VR5432，可进行64位浮点运算，具有强大的运算和处理功能。此外，还可以实现诸如多变量控制，模型预测控制，模糊逻辑等多种高级控制功能。主内存高达32M。第4章CENTUM-CS集散控制系统●支持各种工业标准信号的输入/输出卡☞CS3000有丰富的过程输入/输出接口，并且所有的输入/输出接口都可以冗余。●高效的工程化方法☞CENTUMCS3000采用ControlDrawing图进行软件设计及组态，使方案设计。☞软件组态同步进行，最大限度地简化了软件开发流程。提供动态仿真测试软件，有效地减少了现场软件调试时间。工程人员可以在更短的时间内熟悉系统。第4章CENTUM-CS集散控制系统●可扩展性☞具有构造大型实时过程信息网的拓扑结构，可以构成多工段，多集控单元，全厂综合管理与控制综合信息自动化系统。●与既有系统的兼容性☞CENTUMCS3000与横河以往的系统可通过总线转换单元,方便地连接在一起，实现对既有系统的监视和操作，保护用户投资利益。第4章CENTUM-CS集散控制系统4．2现场控制站☞现场控制站(FieldControlStation—FCS)。为整个DCS系统的核心部分，用于过程I/O信号输入输出及处理，完成模拟量调节、顺序控制实时运算等实时控制功能。☞控制站FCS所有的模件都采用集成度高、散热量低的固态电路以及表面封装技术，防尘、抗干扰能力强，适合各种恶劣的运行环境。模件的编址与物理位置的对应关系简单明了，容易掌握。第4章CENTUM-CS集散控制系统☞模件带电插拔不会引起本模件故障，也不会影响其它模件的正常工作。模件插拔都有导轨和联锁装置，防止损坏或引起故障。☞模件通用性强，种类规格少，有效地减少了备品备件的费用支出。FCU为现场控制站中央控制单元，在DCS领域率先采用了可靠性极高的4个CPU的“pair&spare”“FailSafe”结构设计，实现了完全的容错冗余，解决了过去的单纯双重化方式下不能解决的问题。第4章CENTUM-CS集散控制系统4.2.1硬件构成☞CENTUMCS3000系统对于不同需求有标准型FCS、扩展型FCS和紧凑型FCS。标准型FCS、增强型FCS可进一步分成两类：●一类使用RIO（RemoteI/O）,由RIOBus连接；●另一类使用FIO（FieldNetworkI/O），由ESBBus/ERBus连接。☞两类根据FCU主存大小的不同分为16MB标准型现场控制站（LFCS/KFCS）和32MB扩展型现场控制站（LFCS2/KFCS2）。第4章CENTUM-CS集