maxDNA分散控制系统配置方案(DCS)

专题一maxDNAmaxDNAmaxDNAmaxDNA系统配置方案根据本工程项目分散控制系统（DCS）技术规范的要求和南自美卓在类似项目上的丰富经验，并借助自己的优势和经验，为用户配置了功能完善的maxDNA电厂分散过程控制系统，实现#1机组DAS、MCS、SCS、FSSS、ECS、DEH的控制，与第三方系统和其它辅助系统的接口设计无缝连接等。详细配置说明如下：一、mmmmaxDNAaxDNAaxDNAaxDNA分散控制系统的通讯网络maxDNA分散控制系统采用一个高速数据通信网络（maxNET）连接控制室工作站（maxSTATION，包括操作员站、工程师站、历史站及连接其它网络和系统的网关maxLINKS等）、打印机以及分散处理器（DPU）。maxNET通信系统基于交换式快速以太网结构，对数据高速公路每个站点提供100Mbps冗余数据通信。所有分散处理装置和maxSTATION工作站可以直接连接到100Mbps高速通信网络。图一是maxNET数据通讯网络结构示意图。1.1.1.1.maxNETmaxNETmaxNETmaxNET通信网络的主要技术特点•运行速度为100MBbps，并可与已存在的10Base-T网络共存；•采用可靠的工业标准--交换式快速以太网标准；•主干网使用智能交换机，支持全双工的工作方式，有效地把通讯速度和带宽提高了一倍----200Mbps，数据通讯量也随之加倍；•交换机支持多路同时通信，因而可以使多个站在同一时间相互访问。任一时刻，由通讯活动和指令来指定通信路径。交换机可以同时完成双向的和各站间通讯；•不会产生冲突，因而不需要冲突检测！各站点可以很容易地访问网络，交换机可以有效地节制各站独占节点的情况。交换机产生通过节点的“网速”；•容错的网络——1：1冗余；•使用软件背板技术和TCP/IP协议的开放的结构；•传输介质为冗余的电缆或光缆。交换机间的距离最远可达6500英尺（使用冗余光缆时）；•可方便地增加网络物理规模，通过使用交换机作为网关和缓冲区，系统可以无限制地相互连接，整个网络的长度和节点的数量仅受可使用的地址的限制。2.2.2.2.maxNETmaxNETmaxNETmaxNET通信网络的工作原理—交换式快速以太网maxNET使用被广泛接受的交换式快速以太网标准，它的运行速度比传统的以太网快10倍（100Mbps），它可以与老的10Base-T的网络并存，这二个网络互连时无须协议转换。maxNET是系统的中枢，它被设计成有很高的可靠性，所有maxNET组成部分均是冗余的，并且所有的冗余通道是同时工作的，不存在“切换”的概念（这一点不同于交换机的英文单词即“Switch”的字面解释），首先接通的通道将自动成为工作通道。因而单点故障不会使系统故障。其它的令牌传递方式是不可能做到这一点的。maxNET也可以连接成环路形式，以提供两条不同的路径，交换机具有诊断功能，可检测出错或被断开的网络部分。系统在每一次传输中都使用自诊断功能。通过使用智能交换机，网络性能得以增强，交换机是一类自启动的“即插即用”设备。它们可以自我学习，在运行过程中侦听并适应整个数据库，不需对其编写程序。交换机并不理解它所传递的数据包，它只须知道如何判断数据包中的目标地址就足够了。所有工作站均可在任意时间访问网络而不会产生冲突，这消除了以太网的主要的缺点。maxNET是能确保快速响应、无迟延以及无等待时间的高速数据总线，保证所有站点都可以无限制、无延迟地相互访问而无需交通指挥。网络各处均使用智能交换机连接，每一工作站均通过一专用100Mbps（或10Base-T）接口连至交换机上，并不与其它站共用这一接口。每个交换机都有许多站与之直接相连。交换机之间通过一双向的100Mbps的主干网互连。可使用双绞线，同轴电缆或光缆做为介质。图2可以更清楚地展示使用智能交换机的maxNET网络的简单结构。3.3.3.3.maxNETmaxNETmaxNETmaxNET网络交换机的配置图3是一个采用maxNET的燃煤电厂的典型分散控制系统，包括了电厂中各种功能的子系统。其中有多个分散处理器（DPU），各自通过冗余的10/100MBPS链接到一台交换机，而不与另一台DPU共享这一链接。工作站的连接方式相同。所有连接都是冗余的。100MBPS主干网是全双工的，大部分采用光缆连接。该系统采用现成的标准部件（交换机）和软件（TCP/IP）。工作站基于英特尔硬件并运行WindowsNT/2000/XP。DPU亦基于英特尔硬件。每种站点使用相同的以太网卡。这意味着用户可以在设备和软件的主要供应商的产品升级后获得增强系统性能的好处。CCSBMSSCSEMCSDASF.O.Conv.F.O.Conv.100MbpsFiberOpticFullDuplexFiberOpticstoGridControlSupervisorOpr.Opr.Opr.Opr.Opr.Opr.Allconnectionsare10Mbpshalf-duplexcopperunlessotherwisenotedSwitchSwitch100MbpsFiberOpticFullDuplex100MbpsFullDuplex100MbpsFullDuplex100MbpsFullDuplex100MbpsFullDuplexF.O.Conv.SwitchF.O.Conv.F.O.Conv.SwitchHistoryF.O.Conv.F.O.Conv.EngineerF.O.Conv.F.O.Conv.spare(diag.)spare(diag.)spare(diag.)spare(diag.)100MbpsFullDuplex图3333燃煤机组典型系统（只显示一台机组的网络）图3中的maxNET部件（交换机、网卡、电缆、光缆、转换器等）均是双重冗余的。但因显示位置所限，只能表示出单个设备。maxNET冗余连接细节通常仅在工程图纸上显示。图4是部分冗余连接细节的表示，可供参考。图4444maxmaxmaxmaxNETNETNETNET典型配置4444．软件背板maxDNA系统的软件背板（SoftwareBackplane，即SBP）是区别美卓与其他供应商的最主要的技术特点。maxDNA用来处理分散控制通信问题的SBP方法是一种简单、可靠、高性能的通信结构。所有通信均基于预订服务，而不管客户从何处、如何与信息源连接。客户与信息源之间无专用的硬件服务器，因此不会发生故障或成为性能瓶颈。一个“数据提供者”在启动时便在SBP上注册一个唯一的服务名，例如更换的DPU插入机架或一个工作站加入到maxNET，均不需要对数据库进行维护。名称与地址之间的关系可以随时动态建立并自动维护。这个唯一的标识可以由任何客户（例如maxVUE）用来获取信息。SBP的作用就如同一个冗余的、分散的、复杂的名称服务器，可以将各种请求直接引导到数据源。大部分请求是基于预订的。这是由客户通知数据源需要某一部分数据。数据仅在发生一定的变化后才发送。其结果是极大地提高了效率并加快了响应时间。图5以“背板”这一在硬件技术中通俗易懂的概念形象地解释了SBP有机地连接各类软件应用的功能和作用。图5555maxmaxmaxmaxDNADNADNADNA的软件背板SBP驻留在每一个DPU和每一个maxSTATION。SBP采用直接UDP（通用的自带地址的数据包协议）处理保证系统带宽的最大化。除了在有兴趣的当事人之间充当路由的功能之外，SBP还保证通过冗余网络成功地完成交易。软件背板目前可在WindowsXP和WindowsCE下运行。我们确信这两种操作系统将主导过程控制硬件平台。本项目我们为单元机组配置了2222台交换机，公用系统配置1111台交换机，用于人机接口设备的冗余连接和控制器DPUDPUDPUDPU的冗余连接；详细网络连接参见系统网络配置图。南自美卓在全球所有项目上均采用经过我公司严格测试，满足maxDNAmaxDNAmaxDNAmaxDNA要求的美国思科(CISCO)(CISCO)(CISCO)(CISCO)交换机，maxDNAmaxDNAmaxDNAmaxDNA针对CISCOCISCOCISCOCISCO交换机开发了先进的软件背板技术和网络管理技术，这使maxDNAmaxDNAmaxDNAmaxDNA在分散控制系统对网络性能的苛刻要求下表现出优异的性能。因此我们推荐用户使用思科交换机，可完全满足系统性能的要求。二、maxDNAmaxDNAmaxDNAmaxDNA系统的人机接口maxDNA系统在人机接口（HMI）层没有任何专用部件：•HMI/maxSTATION操作系统为WindowsXP；•HMI/maxSTATION基于Intel®Pentium®处理器的开放硬件平台确保高性能、未来兼容性、硬件升级容易以及最低的寿命周期费用；这些硬件部件和操作系统在世界上的广泛接受程度以及增长中的应用意味着系统在日后许多年内都可以获得支持，并且延续到发电厂的终生。图6显示了几种maxDNA分散控制系统中采用的HMI/maxSTATION形式。d.d.d.d.1.1.1.1.maxSTATIONmaxSTATIONmaxSTATIONmaxSTATION工作站的结构maxSTATION工作站由一个17-25吋或更大的CRT（或LCD）显示器、一个输入设备（标准键盘或者操作员键盘）、一个光标装置（跟踪球或鼠标）、一个运行Windows以及适用的应用软件的处理器组成。maxSTATION工作站在冗余的交换式以太网maxNET上既可以作为数据的提供者，也可以作为数据的使用者。对于大型拓扑结构的系统来说，系统可以分成一定数量的域，每个域本质上都是有独立结构的单独系统，但是，它们通过maxNET网络互相连接在一起，可以访问全局数据。每个子系统中的冗余的数据提供方为网络上的所有客户应用提供数据服务。一旦发生故障，将自动切换到另一网络。对其它子系统的数据访问称为“全局访问”，每个maxSTATION上可以访问的点超过100,000点。可选的操作员键盘提供一套无需QWERTY键盘或工程师键盘即可快速访问指定画面以及完成操作行为的按键。分级数据库结构可以跟随典型电厂的组织结构，当与用户定义名称同时使用时，这种结构可以使操作员较容易地获取所需信息。分级结构包括9个用户定义级别。分级结构通过单个报警过滤、一次就能调出所需的画面，加速了操作员对报警的响应，从而不会在来回的画面切换后才找到处理报警的那幅画面。分级结构的有效运用可在很大程度上减小为一大型的，多机组电厂建立多重画面所花费的时间和工作量，它可以创造性地使用报警区和电厂性能的统计分析。2.2.2.2.maxSTATIONmaxSTATIONmaxSTATIONmaxSTATION工作站的功能、特点maxDNA的工作站（maxSTATION）是工厂自动化系统的界面，它包括一个基于英特尔奔腾的硬件平台，运行WindowsXP，提供迅速响应的性能和控制图形、趋势、报警、历史数据、诊断、报表等高分辨率画面，支持完成系统和人机界面（HMI）功能所需要的各种软件模块的应用，包括：�maxVUE操作员对过程的图形界面�maxTOOLS工程师站的工具集。工程师用它管理数据库和趋势组态、编写程序、控制策略的图形组态、数据库安装以及maxVUE图形显示编辑和发送�maxSTORIANmaxDNA的历史站。功能包括事件历史、过程历史、报表以及文件存档�maxLINKS与PLC和其他外部系统或子系统的接口。具有诸如报警和品质报告等数据采集功能�Windows功能丰富的软件环境和操作系统，为诸如过程优化和性能计算等用户应用程序所需数据提供直接的接口�软件背板向以上应用软件提供分散的数据路径的中间软件系统中的任何工作站可以指定为工程师站，用来生成、下载、编辑控制组态、数据库、过程图形。这些功能受到多层安全级的保护。maxSTATION采用微软WindowsXP操作系统，其优势在于：�为众多用户所熟悉�大量的第三方软件支持�非常