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发表人:TDC3000X 发表时间:2005/4/8 23:43:00  

 

 本栏论题: 《DCS系统硬件及信号流向>>(以Honeywell的TDC3000X系统为例)请光临指导  [9964]

    技 术 报 告
   
   
    锦州石化工程公司仪表大队
   
   
   
   
   
   
   
   
   
    本技术报告主要介绍DCS系统硬件构成及系统组态连接和信号流向
   
   
   
   
   
   
   
    DCS总述
    在工业企业中,应用效益最直接,最明显的系统应当是工业控制系统,特别是DCS(分布式控制系统)。尽管若干年以前,就有人判定DCS将被FCS(现场总线控制系统)所取代,然而时至今日,DCS仍然具有相当的生命力。
    受信息技术(网络通讯技术、计算机硬件技术、嵌入式系统技术、现场总线技术、各种组态软件技术、数据库技术等)发展的影响,以及用户对先进的控制功能与管理功能需求的增加,各DCS厂商(以Honeywell、Emerson、Foxboro、横河、ABB为代表)纷纷提升DCS系统的技术水平,并不断地丰富其内容。可以说Honeywell公司最新推出的Experion PKS(过程知识系统)、Emerson公司的PlantWeb(Emerson process Management)、Foxboro公司的A2、横河公司的R3(PRM—工厂资源管理系统)和ABB公司的Industrial IT系统为标志的新一代DCS已经形成。
    DCS走向
    DCS已经历了四代。1915年 Honeywell公司推出的TDC—2000集散控制系统是一个具有许多微处理器的分级控制系统,以分散的控制设备来适应分散的过程对象,并将它们通过数据高速公路与基于CRT的操作站相连接,互相协调,一起实施实时工业过程的控制和监测,实现了控制系统的功能分散,负荷分散从而危险性也分散。第二代产品在原来的基础上,进一步提高了可靠性,新开发的多功能过程控制站、增强型控制站、光纤通讯等更完善了DCS 。其特点是采用模块化、标准化设计。数据通讯向标准化迁移,板极摸快化、单元结构化,使之具有更强适用性和可扩充性。控制功能更加完善,它能实现过程控制、数据采集、顺序控制和批量控制功能。第三代产品开发了高一层次的信息管理系统。其共同特点是:实现了开放式系统的通讯,向上能与MAP和Etherent接口,或者通过网间连接器与其他网络联系,构成复合管理系统;向下支持现场总线,使得过程控制或车间的智能变送器、执行器和本地控制器之间实现可靠的实时数据通讯。过程控制组态采用CAD方法,使其更加直观方便,实现自整定功能。
    如果把当年Foxboro公司的I/A series看作第三代DCS系统里程碑的话,那么前面所说的几家的最新DCS可以划分为第四代。第四代DCS的最主要标志是两个“I”打头的单词:Information(信息)和Integration(集成)。第四代DCS的体系结构主要分为四层结构:现场仪表层、控制装置单元层、工厂(车间)层和企业管理层。一般DCS厂商主要提供除企业管理层之外的三层功能,而企业管理层则提供开放的数据库接口,连接第三方的管理软件平台(EPR、CRM、SCM等)。DCS充分体现信息化和集成化。用户已经可以采集整个工厂车间和过程的信息数据。信息化体现在各DCS系统已经不在是一个以控制功能为主的控制系统,而是一个充分发挥信息管理功能的综合平台。以Honeywell公司推出的新一代TDC—3000X控制系统为例,先前的控制系统是基于独立的操作系统的控制系统,这就决定了它的应用的局限性。作为其升级版本TDC—3000X其操作系统则是基于Windows操作系统,从而,使的它拥有了与Internet的通讯功能,从而将DCS 领域各自为证、一盘散沙的状态,归于平静。并为可能提出统一电气标准提供可能。正是由于这一功能的提升使得过去一直以自主开发,提供自己的系统的DCS厂商放弃原由各自为证思想,纷纷向强调系统集成性和和互通性方面靠近。多数DCS厂商自己不在开发组态软件平台,而转入采用兄弟公司(如Foxboro用Wonderware软件为基础)的通用组态软件平台,或其它公司提供的软件平台(Emerson用Intellution的软件平台为基础)。此外,许多DCS厂家I/O组件也采用OEM方式(Foxboro采用Eurothem的I/O模块,恒河的R3采用富士电机的Processio作为I/O单元基础,Honeywell公司的PKS系统则采用Rockweell公司的PLC单元作为现场控制站。DCS变成真正的混合控制系统!。
    第四代DCS系统几乎全部采用IEC61131—3标准进行组态软件设计。该标准原为PLC语言设计提供的标准。同时一些DCS(如Honeywell公司的PKS)还直接采用成熟的PLC作为控制站。DCS包含FCS功能并进一步分散化。总之DCS正向更加完善,功能更加成熟方向发展。
   
    DCS硬件结构
    我们已知道DCS的演变过程,其系统结构从复杂到简单,从低级到高级。其每一个阶段的产品及系统构成都有所不同。但无论其如何发展,其基本结构是相同的。现在以霍尼韦尔的TDC—3000X为例说明其硬件的详细组成及系统组成,信号流向等。
    阅读导航:为方便您更加容易理解DCS系统构成及其信号流向,我将按如下图示步骤进行讲解,每一种硬件将分别配以实物图进行说明。
   
    ①、 系统构成:一层—功能、包括设备—功能、图示、接线。
    二层—同上
    三层—同上
    四层—同上
    ②、 附属连接设备:功能、接线
    ③、 网络组态
    ④、 信号流向:现场信号至 一层 二层 三层 四层
    ⑤、 附属说明
    ⑥、 讨论
    DCS的基本结构
    DCS是开放性的体系结构,按功能分层可分为四层。
    ①、 第一层:直接控制级
    功能:●过程数据采集;数据检查;进行数据开环闭环控制;设备检测和系统测试分析;实施安全性、冗余化措施。
    所属设备:主要有PM、APM、HPM(High-process manager)等,TDC—3000X主要是HPM,它是DCS的基本部件,亦称“现场控制站”、过程控制站或基本控制单元。是由微处理器(多微处理器技术)、存储器、模拟量板、数字量板、脉冲量板、I/O接口板,电源板,通讯接口板及内部总线组成。
    设备组成及功能:该设备具有数据采集、回路控制和顺序控制功能,能独立地完成生产过程的直接数字控制。
    HPM不是单指某个设备,而是有很多设备组成的大设备的简称(主要由以上所述设备组成),这些设备组合在一起并被放进一个控制柜中,也就是我们常说的“HPM柜”。如下图所示:正面
   
    上图展示的是两种型号的HPM柜,15卡槽和13卡槽的。从图中可以看到,内部分为三层,第一层为主IOP卡件,第二层为从IOP卡件,第三层为IOP卡,第四层为供电单元。每一层卡件都是由15或13个可插/拔式板组成。并且,每一层都由(从左至右)电源卡、网络接口卡、数字或模拟量卡、脉冲卡等等组成。IOP卡如下图所示:
   
    以上说的是IOP卡,那么与之配套的数据采集板卡在哪呢?这些数据采集板卡,就在其柜的背面。如图示:
   
   
    该图为横放。从图中我们可以看到有许多的电路板,他们分别是:
    低电平多路模拟量输入板卡(LLAI,也称为 LLMUX—低电平多路采集测量量,主要为温度信号)
   
   
    这块板子,主要接收来自现场的温度信号,因为我们知道,现场来的温度信号主要为低电平的电阻信号,所以要与模拟信号分开。
    从HPM柜背面图可以看出;该数据采集板,是由一块主电源,分别带动两块从板,接收来自现场的信号。这块板子与其他的不同,它由于受到采集信号的限制,因此其设计也不同。可以说他本就是一块单片机板,具有独自的功能。也可通过电缆与上位机进行通讯和数据交换。
    模拟量输入/输出(AO)信号
    它主要输出模拟信号指令,去控制现场诸如调节门,可控电磁阀等。如下图所示:我们可以发现它由三个通道,具体作用在后面的信号流程中会讲道。
   
   
    接下来是DI卡板:
   
    它主要接收来自现场的数字信号(凡是1或0的信号)如:压力开关信号(PS)、继电器动作信号、电动门开关信号、报警使能信号等。
    数字量输出(DO)
   
    主要为输出控制信号。如:去继电器控制其动作的信号。
    通讯板
   
    也称之为计算机接口(CG)或个人计算机串行通信口(PCSI)或者通用计算机接口(GPCI)。它主要起到一个网关的作用,与上位机或其它设备进行通讯。例如;在煤代油工程中该接口起到了很重要的作用。成功应用的例子有:电除尘控制间的PLC与主控室Honeywell公司的DCS系统进行通讯就是靠该计算机接口完成。另外,主控间的大型数显屏幕所指示的数据,也是靠该通讯板,将DCS系统的浮点数传送到其电子屏幕的。这也是Honeywell的TDC—3000X系统与众不同之处,通讯板的使用为与PLC的融合变得更加容易,这也是混合控制系统的特征之一。
    数字输入电源板
   
    该板子主要是为数字输出板提供标准的电源,一般为24V。他供电不包括为IOP卡件供电。
    模拟量输入卡
    接线端子柜
    接线端子主要是作为现场与控制室之间信号的连接用。我们知道,在仪表工程中接线端子是不可少的,它有很多种型号;主要有接地接线端子、信号接线端子、电源接线端子、带保险的接线端子、不带保险的接线端子等等。在实际应用中,其接线端子的配备情况是:以上各种接线端子基本都会用到,接线会在后面详细讲到。
    继电器柜
    继电器柜内部为继电器,下图展示的为交流继电器柜,它还有直流继电器柜。它主要为现场提供开关量指令或为DCS提供有现场来的动作指令,如现场的电动门已开/关信号,报警使能信号等。交流继电器主要是为交流的信号如模拟量等服务。而直流继电器主要是为大功率的直流触发信号用,它的使用电压一般为直流220V或330V。其交流继电器柜外观图如下所示:
   
    图中的交流继电器电压为12V,其供电由DCS内部供电(电源板)。现场某个电器动作可由继电器的指示灯显示出来。
    无论交流继电器还是直流继电器,其连接方式都为插拔式,即在柜内有一排排的插脚,可将继电器直接插在插座上即可。
    安全栅
    在某些防爆安全场合,要求考虑到防暴,因此就要用到安全栅。安全栅是将危险场所和安全场所隔离开的器件。它位于安全场所。安全栅一般分为输入端用(与二线制变送器、热电偶、热电阻等配用)和输出端用(与调节器等配用)两类,各类又因使用情况不同具有几种型式。由于篇幅的关系在此不再多述,可参见相关资料。这里提供Honeywell—3000X控制系统用的安全栅,其全称为:TDC—3000X Galvanic Isolation/Intrinsic Safety Field Termination Assemblies。如下图所示:
   
    第二层 过程管理级
    功能:过程操作测试;优化过程控制;错

以下是关于《《DCS系统硬件及信号流向>>(以Honeywell的TDC3000X系统为例)请光临指导》论题的回复(共4篇)

回复人:cn18show 

 回复时间:2009/9/22 13:30:00

支持(978) | 反对(1172)

 

    易展仪表展览网,建站,优化,推广一站式服务,成立五周年之际,50万感恩回馈,欢迎参加:http://www.18show.cn/5/?m=189

回复人:qwe134qwe 

 回复时间:2010/10/3 10:52:00

支持(897) | 反对(1065)

 

    热水银灰色

回复人:tony.zhang 

 回复时间:2011/5/21 9:14:00

支持(877) | 反对(950)

 

    谢谢

回复人:shangchinak 

 回复时间:2020/12/12 15:54:00

支持(573) | 反对(506)

 

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