控制儀表及裝置第七章

1、控制儀表及裝置第七章第1頁，共51頁，2022年，5月20日，15點5分，星期三第一節(jié) 概述第二節(jié) 集散控制系統(tǒng)通信網絡第三節(jié) TPS集散控制系統(tǒng)第四節(jié) PCS7過程控制系統(tǒng)第五節(jié) 集散控制系統(tǒng)可靠性集散控制系統(tǒng)第2頁，共51頁，2022年，5月20日，15點5分，星期三第一節(jié) 概述 集散控制系統(tǒng)的發(fā)展歷程 20世紀50、60年代，過程工業(yè)主要使用模擬式儀表，它們功能單一、控制精度不高。以后的 DDC和SCC集中型計算機控制系統(tǒng)能進行復雜控制, 但存在危險集中的問題。1975年Honeywell推出了世界上第一套集散控制系統(tǒng) TDC2000, 實現了分散控制和集中操作與管理的功能, 以后十年D

2、CS不斷完善。20世紀 90年代以來推出了以管控一體化為主要特征的DCS, 隨著PLC和FCS技術的發(fā)展, DCS與PLC和FCS相融合的混合型分布式控制系統(tǒng)也已出現。第3頁，共51頁，2022年，5月20日，15點5分，星期三 集散控制系統(tǒng)的特點 功能齊全 人機聯系完善 可靠性高 系統(tǒng)拓展靈活 安裝調試簡單集散控制系統(tǒng)的性能比常規(guī)儀表控制系統(tǒng)和集中型計算機控制系統(tǒng)更為優(yōu)越,它的主要特點如下：第4頁，共51頁，2022年，5月20日，15點5分，星期三CRT操作站管理計算機過程控制單元過程控制單元數據采集單元集中操作與管理裝置分散控制裝置通信系統(tǒng) 集散控制系統(tǒng)的結構第5頁，共51頁，2022年

3、，5月20日，15點5分，星期三與一般的局域網不同，集散控制系統(tǒng)中采用的通信網絡是用于生產過程的控制和管理，它具有下列特點：第二節(jié) 集散控制系統(tǒng)通信網絡 通信網絡的特點 1. 實時性好，動態(tài)響應快2. 可靠性高3. 適應惡劣的工業(yè)現場環(huán)境 通信介質1. 雙絞線 最常用的通信介質。2. 同軸電纜 用于較高速率的數據傳輸。 3. 光纜 不受電磁波干擾，廣泛應用于集散系統(tǒng)。 第6頁，共51頁，2022年，5月20日，15點5分，星期三 網絡結構 從站從站從站從站主站星型網絡結構站站站站站總線型網絡結構環(huán)型網絡結構站站站站站站通常有星型、總線型和環(huán)型及混合型：第7頁，共51頁，2022年，5月20日，

4、15點5分，星期三 網絡通信協(xié)議 通信協(xié)議以開放系統(tǒng)互連 (OSI) 參考模型為基礎，?；谖锢韺雍蛿祿溌穼佣贫?。數據鏈路層分為介質訪問控制層(MAC)和邏輯鏈路控制層(LLC)。應用最廣泛的通信協(xié)議是IEEE 802系列，常用通信協(xié)議有 ：IEEE 802.1 局域網概述、體系結構；IEEE 802.2 邏輯鏈路控制；IEEE 802.3 總線網的MAC與物理層標準；IEEE 802.4 令牌總線網的MAC與物理層標準；IEEE 802.5 令牌環(huán)網的MAC與物理層標準；IEEE 802.11 無線局域網標準；IEEE 802.15 短距離無線網絡技術標準 等。第8頁，共51頁，2022

5、年，5月20日，15點5分，星期三第三節(jié) TPS集散控制系統(tǒng)萬能工作站UWS萬能操作站US新型萬能操作站UXS應用模件AM新型應用模件AXM連接器CG、PLCG網絡連接器NG全方位萬能操作站GUS高速通路連接器HG網絡接口模件NIM基本控制器BC多功能控制器MC先進多功能控制器AMC數據高速通路口DHP擴展控制器EC增強型操作EOS基本操作站BOS過程接口單元PIU通用計算機接口GPCI邏輯管理器LM先進過程管理器APM故障安全控制管理器FSC過程管理器PM高性能過程管理器HPMDEC VAX計算機AXP計算機管理計算機歷史模件HM工廠信息網 (PIN)局域控制網 (LCN)萬能控制網 (UC

6、N)基本系統(tǒng) (BASIC)高速通路指揮器HTD數據高速通路DHTPS系統(tǒng)基本構成圖系統(tǒng)構成第9頁，共51頁，2022年，5月20日，15點5分，星期三 分散過程控制裝置 分散過程控制裝置包括連接在 DH 上的BC、EC、MC、AMC 和連接在 UCN 上的 PM、APM、HPM、LM 和FSC。 過程管理器PM 基本構成：由過程管理模件PMM和IO 子系統(tǒng)組成。PMM包括通信處理器和調制解調器、I/O鏈路接口處理器以及控制處理器三部分。I/O 子系統(tǒng)由雙重冗余的 I/O鏈路和最多40個I/O處理器組成。完成 I/O處理、各種控制和報警任務第10頁，共51頁，2022年，5月20日，15點5分

7、，星期三通信處理器和調制解調器(M68000)I/O鏈路接口處理器(80C51)控制處理器(M68000)PMM高電平 模擬輸入處理器16低電平 模擬輸入處理器8低電平多路轉換器32智能變 送器接口處理器16模擬輸出處理器8脈沖輸入處理器8數字輸入處理器32數字輸出處理器16至遠處I/O處理器光纜I/O鏈路I/O子系統(tǒng)(80C31)過程管理器結構UCN第11頁，共51頁，2022年，5月20日，15點5分，星期三輸入輸出處理功能由不同類型的I/O卡實現，有8種類型：高電平模擬輸入處理器、低電平模擬輸入處理器、低電平多路模擬輸入轉換器、智能變送器接口處理器、模擬輸出處理器、數字輸入處理器、數字輸

8、出處理器）和脈沖輸入處理器。功能：輸入輸出處理、控制和報警功能?？刂乒δ苡羞B續(xù)控制、邏輯控制和順序控制幾種，這些控制功能是由PMM中各種類型的功能槽slot完成。一個slot稱為一個數據點。類型包括常規(guī)PV、常規(guī)控制、數字復合、邏輯、過程模件、數值、狀態(tài)標志和定時點。報警功能中的參數包括報警類型、報警限值和報警優(yōu)先。類型有絕對值、偏差與速率報警；限值有上限、下限、上上限、下下限等；報警優(yōu)先級有三個。第12頁，共51頁，2022年，5月20日，15點5分，星期三先進過程管理器APM APM具有與PM相似的結構形式，但在I/O接口、控制功能、內存容量和CL語言等方面都較PM有很大改進。APMM由先

9、進通信處理器和調制解調器、先進I/O鏈路接口處理器和先進控制處理器三部分組成。基本構成：先進過程管理模件APMM和I/O子系統(tǒng)。I/O子系統(tǒng)由11種I/O處理器組成，比PM多了數字輸入事件順序、串行設備接口和串行接口三種處理器。功能：輸入輸出處理和控制功能。輸入輸出功能比PM增加三個功能：數字輸入事件順序、串行設備接口、串行接口。共有12種數據點，比PMM多了設備管理點、數組點、時間變量點和字符串點四種。第13頁，共51頁，2022年，5月20日，15點5分，星期三高性能過程管理器HPM HPM是APM更新產品，采用兩個68040處理器作為通信處理器和控制處理器, 80C32作為I/O鏈路接口

10、處理器。與APM相比，HPM在輸入輸出處理功能和控制功能方面有所提高： HPM的I/O處理器的類型也比PM多了三種，但是它的輸出通道有所增加。 HPM的常規(guī)控制點算法比APM增加了三種，分別是乘法器/除法器、帶位置比例的PID和常規(guī)控制求和器。第14頁，共51頁，2022年，5月20日，15點5分，星期三邏輯管理器LM 主要用于邏輯控制，它具有PLC的優(yōu)點。由于它直接掛在UCN網上，故可與網絡上其他模件PM、APM、HPM等進行數據通信，使PLC和DCS有機結合，能集中顯示、操作和管理?；緲嫵桑河蛇壿嫻芾砟＜?LMM、控制處理器和 I/O鏈路處理器及I/O模件組成 。功能：LM以數據點為基礎

11、，實現順序控制和緊急聯鎖等功能。共有9種數據點：數字輸入點、數字輸出點、模擬輸入點、模擬輸出點、數字復合點、鏈接點、狀態(tài)標志點、數值點、時間點。其功能同PM基本相同。第15頁，共51頁，2022年，5月20日，15點5分，星期三邏輯管理模件LMM控制處理器I/O鏈路處理器并行I/O模件最大點數2048邏輯管理器LM串行連接模塊SLM串行I/O模件最大點數2040并行連接驅動模塊PLDM冗余UCN邏輯管理器結構 第16頁，共51頁，2022年，5月20日，15點5分，星期三故障安全控制管理器FSC FSC是一種具有高級自診斷的生產過程保護系統(tǒng)，其容錯安全停車系統(tǒng)用于保護生產裝置和操作人員的安全。

12、作為UCN的節(jié)點，可與PM和LM通信，也可經網絡接口NIM與LCN上的歷史模件HM和應用模件AM交換信息。 FSC安全管理模件FSC-SMM冗余UCN FSC控制器控制處理器I/O模件通信模件FSC用戶操作站現場設備FSC網絡基本構成：包括FSC安全管理模件和FSC控制器：故障安全控制管理器第17頁，共51頁，2022年，5月20日，15點5分，星期三安全管理模件 允許FSC通過串行通信鏈路與UCN設備進行點對點通信，或經NIM與LCN上的模塊進行通信。功能：聯鎖控制、停車控制和裝置的整體安全控制。控制處理器 執(zhí)行邏輯圖組態(tài)的控制程序，并將結果傳到輸出接口。它對FSC硬件進行連續(xù)測試, 一旦發(fā)

13、現故障，診斷信息立即通過SMM在操作站上報告，確保過程的安全控制、系統(tǒng)擴展的控制以及過程設備的診斷。I/O模件 連接各種數字量和模擬量信號, 所有的I/O模件與現場信號之間都采用光隔離。故障安全I/O模件支持系統(tǒng)的自診斷功能，用于安全檢測和控制。通信模件：一是FSC網絡的通信模件, 通過它可與其他FSC系統(tǒng)進行通信。二是FSC用戶操作站通信模件, 允許用戶在操作站上對FSC的參數及其屬性進行組態(tài)。第18頁，共51頁，2022年，5月20日，15點5分，星期三 集中操作管理裝置 集中操作管理裝置包括BOS、EOS、US、UXS、UWS、GUS、以及AM、AXM和HM。 萬能操作站USUS是LCN

14、網上的模件，是TPS系統(tǒng)中主要的人機界面。它提供了綜合性的單一窗口。 基本構成：由硬件和軟件兩部分組成：硬件 包括主機、彩色CRT顯示器、操作員/工程師鍵盤、軌跡球、鍵鎖和外圍設備等。軟件 有兩類：一類是操作員屬性的系統(tǒng)軟件, 另一類是工程師系統(tǒng)軟件。第19頁，共51頁，2022年，5月20日，15點5分，星期三操作員屬性功能 監(jiān)視和控制生產過程, 包括啟停車；處理報警和操作員信息；顯示和打印過程歷史數據、趨勢、平均值、值班記錄等；歸檔歷史數據；監(jiān)視和改變設備的狀態(tài)；從歷史模塊或軟磁盤中加載操作程序和數據庫等。功能：提供不同的功能畫面以完成相應的操作：過程工程師屬性功能 除具有操作員屬性功能外

15、, 還增加了系統(tǒng)組態(tài)，數據點建立，用戶圖形建立，自由格式報表建立，控制語言程序的編寫、編譯和裝載功能。維護工程師屬性功能 提供了系統(tǒng)維護主菜單, 可顯示維護建議畫面、相關信息畫面、故障設備錯誤信息和過程連接裝置狀態(tài)。第20頁，共51頁，2022年，5月20日，15點5分，星期三US、UWS和UXS性能比較US與UWS：UWS 工程師鍵盤比US 多了17個特殊功能鍵，且未帶LED顯示和可組態(tài)功能，它的驅動裝置一般配置兩個軟盤和兩個硬盤，另外還可帶矩陣打印機。 UWS的主要功能與US相同，它具有過程工程師功能、維護工程師功能和過程管理工程師功能。US與UXS： UXS是US的改進型，帶有工業(yè)標準協(xié)

16、處理器，采用改進型高分辨率CRT。除具有過程人機接口的功能外，還具有基于Unix操作系統(tǒng)的工廠網外設信息通信接口功能, 并可實現X-windows環(huán)境下的系統(tǒng)操作功能, 用戶可通過它將第三方計算機與系統(tǒng)連接。第21頁，共51頁，2022年，5月20日，15點5分，星期三全方位萬能操作站GUSGUS是較新的操作管理站，兼有操作員站和工程師站兩種功能，是采用Windows NT操作系統(tǒng)的TPS節(jié)點之一?；緲嫵桑?GUS構成與US類似，由主機、顯示器、鍵盤、外設等組成，但它是雙處理器結構，有兩塊主機板。GUS除配置操作員鍵盤外，還有PC標準鍵盤及鼠標。 GUS采用Uniformance集成軟件，主

17、要有商業(yè)應用軟件、過程歷史數據庫和桌面辦公軟件三部分。功能： GUS繼承了US的顯示、操作、過程組態(tài)等全部功能，同時提供了先進的視窗式人機接口技術，通過窗口管理軟件Safe View，實現對顯示環(huán)境的管理，可選定每屏的窗口數、窗口位置、窗口移動的限制等。 第22頁，共51頁，2022年，5月20日，15點5分，星期三應用模件AMAM是具有高級控制和計算算法的LCN模件?；緲嫵桑喊ㄎ⑻幚砥骺?、LCN接口卡、LCN輸入輸出卡以及存儲器卡等部分。AM具有適應各種機型的軟件,除了AM系統(tǒng)的軟件之外，還具有基于DEC公司VAX計算機的、PC的和Macintosh計算機軟件。功能：包括控制、計算以及通

18、信功能。其控制功能也是由各種類型的數據點來完成的。包括：常規(guī)點、旗標點、數字點、時間點、計算點、開關點和用戶數據段。 AM起著特殊的網絡溝通作用，與三條網絡LCN、UCN和DH上的所有設備均有聯系。AXM性能優(yōu)于AM, 用雙重處理器,可帶浮點處理硬件,RISC協(xié)處理器用于與UNIX系統(tǒng)連接。軟件環(huán)境是Open USE。第23頁，共51頁，2022年，5月20日，15點5分，星期三歷史模件HMHM是大容量存儲器，存儲系統(tǒng)軟件、應用軟件和歷史數據。基本構成：HM的構成和AM類似，其硬件組成包括：LCN接口、微處理器和存儲器。HM的存儲器分為冗余的單驅動和雙驅動，不冗余的單驅動和雙驅動四種組合類型。

19、功能：用于存儲三種信息：過程歷史數據（連續(xù)的過程瞬時值或平均值、過程事件、系統(tǒng)事件、日志等）、應用軟件（用戶文件、系統(tǒng)組態(tài)文件、應用數據庫文件、用戶圖形、控制語言程序等）、系統(tǒng)軟件（支持系統(tǒng)正常工作的軟件）。第24頁，共51頁，2022年，5月20日，15點5分，星期三 通信網絡 通信網絡包括數據高速通路(DH)、局域控制網(LCN)、萬能控制網(UCN)和工廠信息網(PIN)。數據高速通路DHDH 是TPS 基本系統(tǒng)的通信網絡，用于早期分散控制裝置間的信息傳遞。它采用總線型結構和廣播式通信協(xié)議，傳輸速率為 250kb/s，由高速通路指揮器 HTD來指揮各模塊間的信息傳遞。LCN是一種高速局域

20、控制網，通信系統(tǒng)由同軸電纜、連接器、終端連接器以及LCN接口板組成。通信鏈路還包括LCN和DH間接口HG、LCN與UCN間接口NIM以及計算機連接器CG等。采用兩條冗余的同軸電纜，傳輸速率為5Mb/s，采用 IEEE 802.4 通信協(xié)議。局域控制網LCN第25頁，共51頁，2022年，5月20日，15點5分，星期三萬能控制網絡UCNUCN 是一個過程控制級網絡，由冗余的同軸電纜組成，長度通常為800米。網絡通信采用 IEEE 802.4 協(xié)議，令牌總線存取方式，通信速率為 5MB/s。網間接口模件NIM網絡接口模件 NIM 是LCN網和UCN 網之間的連接器。它負責網絡間通信技術及協(xié)議的相互

21、轉換, 為LCN網上的模件訪問UCN網絡設備的數據提供了可能。高速通路連接器HG 是LCN 網與DH 網的網絡接口，不僅擔負著LCN和DH之間的通信任務, 還要提供DH的數據管理功能。 此外，HG還有診斷、報警和時間同步等功能。 第26頁，共51頁，2022年，5月20日，15點5分，星期三 系統(tǒng)組態(tài) 組態(tài)是用系統(tǒng)提供的功能模塊或算法組成所需控制結構,完成所需功能。有系統(tǒng)設備組態(tài)、控制組態(tài)和畫面組態(tài)。系統(tǒng)設備組態(tài)DCS中的所有設備，都是網絡上的一個節(jié)點，必須為這些節(jié)點分配網絡地址，這就是系統(tǒng)設備的組態(tài)。它是系統(tǒng)操作、管理、查詢、診斷和維護的基礎，分兩個層次進行，先是集中操作管理層設備組態(tài)，再是

22、分散過程控制層設備組態(tài)。集中操作管理層設備組態(tài) 該層組態(tài)包括系統(tǒng)取名、節(jié)點組態(tài)和系統(tǒng)通用信息的確定等。分散過程控制層設備組態(tài) 該層組態(tài)包括節(jié)點登記和節(jié)點特性組態(tài)。第27頁，共51頁，2022年，5月20日，15點5分，星期三控制組態(tài)控制組態(tài)為控制站建立各類模塊，包括輸入/輸出模塊，運算模塊，連續(xù)/邏輯/順序控制模塊和程序模塊，并將它們組成所需的控制回路?？刂平M態(tài)方式：分為填表組態(tài)、語言組態(tài)和圖形組態(tài)。圖形組態(tài)是常采用的組態(tài)方法, 它采用圖形模塊與窗口參數相結合的方式, 它的基本圖素是輸入、輸出、運算、控制等功能模塊。組態(tài)時先從模塊庫中調出所需的模塊，然后進行模塊間的連接，最后調出該模塊的參數窗

23、口，用戶只要在這個有輸入項含義提示的相關菜單中，直接送入數據和變量，最終構成所需的控制系統(tǒng)。 。第28頁，共51頁，2022年，5月20日，15點5分，星期三各種功能模塊的圖形組態(tài)順序為先輸入/輸出模塊，再運算模塊和控制模塊：輸入/輸出模塊的組態(tài) 包括定義輸入/輸出數據點的位號和對點的描述，確定模塊在系統(tǒng)中的位置和確定數據點的各項特性。 運算模塊組態(tài) 先調出所需的算法模塊，然后單擊該模塊框圖，打開參數表窗口，逐項填寫。主要內容包括位號、算法名稱、所在控制網絡的位置、輸入和輸出信號以及相應的運算常數。 控制模塊組態(tài) 分為連續(xù)控制、邏輯控制和順序控制。連續(xù)控制模塊組態(tài)以常規(guī)PID控制模塊為核心，結

24、合運算模塊和輸入/輸出模塊，即可構成單回路或復雜控制回路。見下例： 第29頁，共51頁，2022年，5月20日，15點5分，星期三邏輯控制模塊組態(tài) 有梯形圖、邏輯圖和指令表三種：梯形圖組態(tài)方式是先調出觸點、線圈和元件，再進行觸點、線圈和元件之間的連線，并填寫觸點名。邏輯圖組態(tài)方式是先調出邏輯模塊，再進行模塊之間的連線，并填寫輸入或輸出變量名。指令表組態(tài)方式是將邏輯圖或梯形圖用相應指令來描述，形成指令表或程序。該方式因缺乏直觀性，較少采用。 第30頁，共51頁，2022年，5月20日，15點5分，星期三順序控制模塊組態(tài)順序控制是按照時間順序、邏輯順序或混合順序逐步進行各階段信息處理的控制方法。在

25、順序控制中兼有連續(xù)控制、邏輯控制和輸入 / 輸出監(jiān)控的功能，在PM中,實現一般的順序控制可通過各類數據點的組合使用加以實現。CL編程與程序模塊組態(tài) CL（Control Language）語言是TPS系統(tǒng)的控制語言，供用戶自行編制專用的應用程序，以實現常規(guī)控制點無法完成的控制任務。CL包括CL/AM、CL/PM(APM、HPM)、CL/MC(AMC)，是一種面向過程的高級控制語言，其語法和功能類似于高級算法語言；提供了各種基于過程的語句，如OPEN或CLOSE（開或關閥門），ON或OFF（通或斷設備）；還提供了功能齊全的算式、邏輯關系式和函數等。 第31頁，共51頁，2022年，5月20日，1

26、5點5分，星期三畫面組態(tài)畫面組態(tài)是指操作站、管理站、工程師站及簡易型操作終端的畫面組態(tài)。包括用戶流程編制、歷史數據生成以及自由格式報表編制等內容。用戶流程編制 - 流程畫面形式和流程圖編輯：流程畫面形式：靜態(tài)畫面、動態(tài)畫面和上述畫面的合成。流程圖編輯：用線和實體畫基本圖形，作子圖，在圖中加字符和數據并賦予條件，加趨勢、棒圖等。 歷史數據生成 歷史數據是趨勢顯示和編制報表的數據基礎。用HM作為系統(tǒng)的硬盤，存儲歷史數據和其它的過程或系統(tǒng)數據。 自由格式報表編制自由格式報表是一幅13266的畫面，分成6屏，它是子圖、文字、變量值等的組合。自由格式報表比標準格式報表更靈活，信息量更大。 第32頁，共5

27、1頁，2022年，5月20日，15點5分，星期三第四節(jié) PCS 7過程控制系統(tǒng) 系統(tǒng)概述 SIMATIC PCS 7是一種新型過程控制系統(tǒng)。它提出了一種全集成自動化（Totally Integrated Automation, TIA）理念，具有統(tǒng)一的數據管理、通信和組態(tài)功能。PCS 7 采用了TIA 系列的標準硬件和軟件，基本部件包括自動化系統(tǒng)、分布式I/O、操作員站、工程師站和通信網絡。系統(tǒng)由PROFIBUS-DP總線和工業(yè)以太網兩級網絡組成。DP總線用于自動化系統(tǒng)和設備級分散I/O之間通信，是系統(tǒng)底層控制網絡。工業(yè)以太網連接分散過程控制裝置和集中操作管理裝置，構成系統(tǒng)上層網絡。第33頁，

28、共51頁，2022年，5月20日，15點5分，星期三AS-iProfibus-PAProfibus-PAProfibus-PAEthernetOS-LAN工業(yè)以太網標準自動化系統(tǒng)AS414-3等工程師站ESOS單站OS服務器容錯自動化系統(tǒng)AS414-4H等操作管理裝置歸檔服務器OS客戶機管理計算機分布式I/OET200分布式I/OET200故障安全自動化系統(tǒng)AS414FH等分布式I/OET200DP/PA鏈接器DP/PA鏈接器DP/PA鏈接器DP/AS-i鏈接器過程控制裝置PCS 7系統(tǒng)結構 第34頁，共51頁，2022年，5月20日，15點5分，星期三 分散過程控制裝置 PCS 7分散過程控

29、制裝置包括三種類型的自動化系統(tǒng)和分布式I/O。標準自動化系統(tǒng)包括 AS 414-3、AS 416-2、AS 416-3 和AS 417-4。其中AS 414-3適于小型應用，其余用于中等規(guī)?；蚋蟮南到y(tǒng)。該由機架、電源模塊（PS）、中央處理單元（CPU）和通信處理器（CP）構成。容錯自動化系統(tǒng)容錯自動化系統(tǒng)可以滿足高可靠性的要求，它包括 AS 414-4-1H、AS 417-4-1H、AS 414-4-2H 和AS 417-4-2H等四種類型的產品。第35頁，共51頁，2022年，5月20日，15點5分，星期三故障安全自動化系統(tǒng)故障安全系統(tǒng)不僅可檢測過程中的故障, 而且還可檢測系統(tǒng)內部故障，在

30、檢測錯誤時, 自動將裝置設置到一個安全狀態(tài)?；?AS 414H 和 AS 417H 的故障安全自動化系統(tǒng)（F/FH 系統(tǒng)）將工廠自動化和安全功能組合到單一系統(tǒng)之中。分布式I/OET 200M 是主要的分布式 I/O 產品，與PCS 7的自動化系統(tǒng)一起用于過程控制。它由電源模塊、接口模塊和 I/O 模塊組成，均可實現冗余配置。 電源模塊用于供電，有不同的輸入電壓/電流可供選擇。接口模塊實現 PROFIBUS DP連接。ET 200M包含 S7-300 系列的各種I/O 模塊，最多8個，用于連接傳感器和執(zhí)行器。第36頁，共51頁，2022年，5月20日，15點5分，星期三所有 I/O 模塊都與背

31、板總線光學隔離。除標準 I/O 模塊外，還有一些專用I/O模塊。 ET 200M可用于標準環(huán)境，也可用于防爆2區(qū)。其它分布式I/OET 200iS 是具有本安性能的 I/O 產品，防護等級 IP 30，可以直接安裝在防爆1區(qū)或2區(qū)中，傳感器/ 執(zhí)行器置于0區(qū)。每個模塊都可在防爆環(huán)境中熱插拔。ET 200S 是一種新型產品，防護等級IP 20，適用于需要故障安全電機啟動器的場合。也支持模塊的熱插拔，但它的I/O 模塊比ET 200iS豐富，除模擬量和數字量I/O模塊以外，還包括電機起動器、氣動模塊等。ET 200X 具有較高的防護等級IP 65/67, 適于無控制柜場合的多功能解決方案。其 I/

32、O 模塊與ET 200S類似。第37頁，共51頁，2022年，5月20日，15點5分，星期三 集中操作管理裝置 PCS7的集中操作管理裝置由操作員站和工程師站組成。操作員站OS是PCS 7 系統(tǒng)的人機接口, 用于生產過程的操作和監(jiān)視。有單用戶系統(tǒng)（OS 單站）和具有客戶機/服務器結構的多用戶系統(tǒng)（OS客戶機/OS服務器）。單用戶系統(tǒng) 所有過程操作和監(jiān)視都集中在一個站中,OS單站通過RJ 45端口可與OS LAN相連，也可通過通信處理器或標準LAN卡接入工業(yè)以太網。多用戶系統(tǒng) 通過OS LAN 從一個或多個OS 服務器接收數據，它還具有客戶機功能, 能訪問系統(tǒng)中其它OS服務器上的數據。操作員站采

33、用WinCC組態(tài)軟件，能完成從畫面顯示到歷史趨勢記錄的一系列功能，并可設置操作權限。第38頁，共51頁，2022年，5月20日，15點5分，星期三工程師站ES工程師站用于對整個PCS7 系統(tǒng)進行組態(tài)。它采用和操作員系統(tǒng)的OS 單站相同的硬件以及Windows2000 操作系統(tǒng), 可通過多屏圖形卡將最多四個過程監(jiān)視器連接在一起來擴展工作區(qū)，使得組態(tài)更為方便。ES軟件為PCS7系統(tǒng)的所有部件提供統(tǒng)一的數據管理和組態(tài)工具，包括連續(xù)功能圖CFC、順序功能圖SFC、功能塊庫、硬件組態(tài)工具HW Config、OS圖形組態(tài)軟件、過程設備管理器PDM等部分。 CFC/SFC都是圖形組態(tài)工具, 前者以功能塊為基

34、礎 , 主要用于連續(xù)過程的控制組態(tài)，后者用于順序控制。HW Config和PDM 是硬件組態(tài)工具，用于自動化系統(tǒng)、操作員站、工程師站、通信網絡及現場設備的組態(tài)。 第39頁，共51頁，2022年，5月20日，15點5分，星期三 通信網絡PCS 7 的通信系統(tǒng)包括工業(yè)以太網和現場總線。工業(yè)以太網用于自動化系統(tǒng)與操作員站、工程師站之間的數據通信，現場總線連接自動化系統(tǒng)和分布式 I/O，用于現場控制及檢測采集單元的數據交換。工業(yè)以太網工業(yè)以太網連接分散控制裝置和操作管理裝置。網絡可采用總線型、星型、環(huán)型等多種拓撲結構，較大的系統(tǒng)均采用冗余光纖環(huán)網。通信協(xié)議符合IEEE802.3及IEEE 802.3u

35、標準。通過電氣交換機和光纖交換機連接子網，最多可連接1000個站。通信距離可達1.5公里(電纜)/200公里(光纖)。三線電纜、工業(yè)用雙絞線和光纜均適宜作為傳輸介質。第40頁，共51頁，2022年，5月20日，15點5分，星期三現場總線PCS 7系統(tǒng)使用PROFIBUS DP、PA和AS-I等現場總線。PROFIBUS DP 適用于自動控制系統(tǒng)和設備級分散 I/O 之間通信。PROFIBUS DP 網絡包括由DP 主站、從站和DP/PA、DP/AS-i等鏈接器。網絡可采用總線型、星型和樹型等多種結構。 主站 和從站之間采用輪循的通信方式，最多可連接125個從站, 傳輸速率可設置在 9.6 Kb

36、it/s到1.5Mbit/s之間。通信介質包括光纖和屏蔽兩線電纜。通信距離最遠可達9.6公里(電纜)/90公里(光纖)。PROFIBUS PA是專為過程自動化設計的本質安全的傳輸技術，一根總線上可以同時實現供電和信息傳輸, 符合IEC1158- 2中規(guī)定的通信規(guī)程，可實現總線供電和本質安全防爆。第41頁，共51頁，2022年，5月20日，15點5分，星期三PA拓撲結構包括總線型、星型和樹型。在防爆區(qū)每個DP/ PA 鏈路最多可連接15個現場設備，非防爆區(qū)最多可達31個, 通信介質采用屏蔽兩線電纜實現。通信距離可達1.9公里。AS-I 是直接連接現場傳感器和執(zhí)行器的總線系統(tǒng)。 作為電纜束的替代品

37、, AS-I總線利用無屏蔽兩芯電纜連接現場設備。AS-i總線網絡為單主站系統(tǒng), 拓撲結構包括總線型、星型和樹型。一個標準的AS-i總線系統(tǒng)可以最多連接31個從站, 每個從站可最多配置4路輸入和4路輸出。經擴展，系統(tǒng)可連接62個從站。通信距離可達100米(無中繼器)/500米(有中繼器)。第42頁，共51頁，2022年，5月20日，15點5分，星期三 系統(tǒng)組態(tài) 包括硬件組態(tài)、控制組態(tài) 和 畫面組態(tài)。 組態(tài)軟件采用“SIMATIC MANAGER”套件。硬件組態(tài)硬件模塊上跳線、開關、量程卡等的設定，并根據這些設定通過 ES 軟件中的 HW Config 對系統(tǒng)硬件進行初始化定義。硬件組態(tài)是一種圖形

38、化的組態(tài)方式，其所有模塊都已作為標準化的軟件嵌入到控制技術庫中，只需連接到過程流程中進行圖形化顯示即可。組態(tài)完成后，下載到相應的過程控制站。第43頁，共51頁，2022年，5月20日，15點5分，星期三控制組態(tài)第一種為CFC，主要用來實現閥門控制、電機控制和測量點監(jiān)控等功能。組態(tài)以功能塊為基礎，每個功能塊都有一個參數表，可根據實際工藝要求選擇不同的參數，功能塊在CFC中的連接直接用鼠標器點接。主要有兩種功能不同的控制實現方法：另一種為SFC，主要實現順序控制。首先畫出順控的順序圖?？蛇x擇順序、并行分支、交替分支和回路等局部結構。圖中用大小兩種方塊分別表示步驟 (Step) 和轉移條件(Transition)。順控的順序圖一旦建立，只需把步驟中要執(zhí)行的任務和轉移條件中的條件寫入，順控的組態(tài)任務即得到完成。PCS7 中還可采用結構化編程語言 (SCL) 編寫功能模塊, 把過程的數學模型和優(yōu)化控制策略編成功能塊, 供調用。第44頁，共51頁，2022年，5月20日，15點5分，星期三這是PID功能的組態(tài)實例，該功能是在CFC中完成的