城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)-技術(shù)基礎(chǔ)-09級

第二章監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)基礎(chǔ)一、計算機系統(tǒng)基本構(gòu)成二、基本輸入/輸出服務(wù)(BasicInput/OutputServices,BIOS,即ROM-BIOS)

主要功能：自檢及初始化程序服務(wù)處理和硬件中斷處理三、多級存儲器（高速緩存Cache,采用SRAM；主存儲器，即內(nèi)存，采用DRAM；輔助存儲器，即外存儲器，如磁帶機、磁盤、RAID存儲器、光盤存儲器。2.1計算機體系結(jié)構(gòu)四、計算機指令系統(tǒng)

復(fù)雜指令集計算機（ComplexInstructionSetComputer,CISC)及精簡指令計算機(ReducedInstructionSetComputer,RISC）五、流水線技術(shù)一件任務(wù)分解成若干順序執(zhí)行的子任務(wù)，包括指令流水線及運算操作流水線，能有效提高處理器的吞吐量。AppleI,II型的處理器6502及Intel486，Pentium系列采用。六、多處理機系統(tǒng)二個以上的處理機。分共享存儲器與分布式存儲器二種結(jié)構(gòu)六、多處理機系統(tǒng)

大規(guī)模并行處理機（MassivelyParallelprocessor,MPP)主要用于進行大量高速向量矩陣運算應(yīng)用領(lǐng)域。對稱多處理機（SymmetricMultipleProcessor,SMP)基于RISC微處理器，有一個共享的主存空間，BAS多采用此結(jié)構(gòu)的服務(wù)器。七、總線結(jié)構(gòu)及輸入輸出接口

1、系統(tǒng)總線(各插件板與系統(tǒng)主板之間的總線)

ISA（IndustryStandardArchitecture,工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)）總線，早期PC機，目前只在工控機中仍多見，其它場合多為PCI取代。

EISA（ExtendISA）總線，即擴展的ISA總線，支持多處理機的高性能32位總線，目前很少用。VME（VersaModuleEurocard

）總線，摩托羅拉推出，32位，多用于工業(yè)控制領(lǐng)域的計算機，如PLC等。STD（Standard）總線面向工業(yè)控制，從8位發(fā)展到16位，與32位兼容，它是一種板卡（包括CPU卡）和無源母板結(jié)構(gòu)的工業(yè)控制計算機。PC/104總線基于ISA總線的嵌入式的總線規(guī)范，層疊式結(jié)構(gòu)，具有尺寸小、結(jié)構(gòu)緊湊、功耗低、可靠性高的特點。（104個總線信號）

PCI（PeripheralComponentInterconnection）總線外部部件互連總線，基于Intel奔騰新一代微處理器發(fā)展起來的。地址數(shù)據(jù)總線分時復(fù)用，取代了ISA總線，當(dāng)前最流行的局部總線之一，可同時支持多組外圍設(shè)備。CompactPCI總線當(dāng)今第一個采用無源總線底板結(jié)構(gòu)的PCI系統(tǒng)，是PCI總線的電氣、軟件標(biāo)準(zhǔn)加歐式卡的工業(yè)組裝標(biāo)準(zhǔn)，是最新的一種用于工業(yè)控制領(lǐng)域的計算機標(biāo)準(zhǔn)。2、外部總線與輸入輸出接口

ATA／IDE（AT

Attachment,IntegratedDriveElectronics,集成電子驅(qū)動器）磁盤控制接口規(guī)范。

SCSI（SmallComputerSystemInterface,小型計算機系統(tǒng)接口）AGP（AcceleratedGraphicsPort,圖形加速接口）PCI-E（PCI-Express）點對點串行通信，支持熱插拔，支持?jǐn)?shù)據(jù)同步傳輸。USB（UniversalSerialBus,通用串行總線）IEEE1394

計算機外部高速串行總線標(biāo)準(zhǔn)，又稱火線接口（FireWire），高數(shù)據(jù)帶寬（800-1600Mbps）已逐步形成各領(lǐng)域的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。PCMCIA（PersonalComputerMemoryCardInternationalAssociation,PC存儲卡國際聯(lián)合會）存儲器類卡（硬盤驅(qū)動器、內(nèi)存卡）、接口類卡（DVD接口、并串接口）、網(wǎng)絡(luò)通信類卡（網(wǎng)卡、移動電話卡）、多媒體類卡（聲卡、視卡）。

2.2計算機性能評測

BAS系統(tǒng)最關(guān)心的是計算機的實時性、可靠性、兼容性、可維護性和可用性。1、評測項目通用指標(biāo)和專用指標(biāo)2、評測方法評估：基于一些原始數(shù)據(jù)進行推算測試：用基準(zhǔn)測試程序度量計算機的性能3、基準(zhǔn)測試程序

評測結(jié)果供BAS系統(tǒng)選型參照。目前的評測手段及程序尚有待發(fā)展。

2.3計算機控制系統(tǒng)1、控制系統(tǒng)的發(fā)展歷程控制技術(shù)：單變量控制----多變量控制控制理論：經(jīng)典（頻域法）---現(xiàn)代控制理論（時域法）---智能控制理論（規(guī)則、知識）控制系統(tǒng)：簡單控制（PID控制、串級、前饋等）

----先進控制系統(tǒng)（預(yù)測、模糊、魯棒、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等）----綜合自動化系統(tǒng)（管控一體化）控制系統(tǒng)分類：離散控制（針對離散量，如邏輯控制）過程控制（針對連續(xù)過程）遙測遙控系統(tǒng)（針對地域分散的控制）已形成的幾類有代表性的計算機控制系統(tǒng)2、PLC與PLC系統(tǒng)早期主要代替繼電器實現(xiàn)邏輯控制，現(xiàn)在已經(jīng)遠超出邏輯控制范圍。目前PLC技術(shù)大量采用IT技術(shù)，硬件通用化、軟件標(biāo)準(zhǔn)化，在高端PLC應(yīng)用領(lǐng)域，PLC系統(tǒng)與DCS系統(tǒng)相互滲透。PLC在結(jié)構(gòu)上通常采用背板/機籠+模板方式，目標(biāo)市場一般是工廠級的應(yīng)用或大型系統(tǒng)，幾乎涉及所有的工業(yè)領(lǐng)域，特別是離散制造業(yè)。如汽車生產(chǎn)線控制系統(tǒng)、城軌BAS系統(tǒng)。PLC廠商所采用的總線一般都是非標(biāo)準(zhǔn)專用總線，互不兼容，有的采用標(biāo)準(zhǔn)總線如VME總線。PLC控制系統(tǒng)帶硬件冗余的系統(tǒng)PLC工作原理與任務(wù)類型循環(huán)掃描工作，輸入采樣、執(zhí)行用戶程序、輸出更新三個階段。產(chǎn)品形態(tài)單元結(jié)構(gòu)、模板結(jié)構(gòu)、疊裝式結(jié)構(gòu)。產(chǎn)品分類微型、小型、中型、大型。產(chǎn)品特點可靠性高、開放性好、靈活性高、編程簡單使用方便、安裝方便易于維護。典型產(chǎn)品簡介羅克韋爾、三菱電機、西門子、歐姆龍、施耐德、通用電氣等。和利時公司（HollySys)為國內(nèi)公司產(chǎn)品，自主品牌產(chǎn)品。3、數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)（SCADA）4、集散控制系統(tǒng)（DCS）5、DDC與DDC系統(tǒng)6、PC-Based計算機系統(tǒng)

早期：IPC（工業(yè)PC）+專用IO板卡軟PLC+現(xiàn)場總線+IO

嵌入式控制器+現(xiàn)場總線+智能IO7、關(guān)于IEC61131

針對PLC和PLC系統(tǒng)產(chǎn)品的一個標(biāo)準(zhǔn)，較全面提出了PLC構(gòu)成、硬件、軟件、通信、編程語言、控制方法、用戶選型等內(nèi)容。2.4BAS系統(tǒng)選擇一、計算機控制系統(tǒng)比較與選擇宜采用PLC系統(tǒng)+現(xiàn)代SCADA系統(tǒng)的綜合系統(tǒng)形式，即二層系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。二、BAS系統(tǒng)PLC選型一般原則根據(jù)用戶的要求，施耐德電氣的工程師與系統(tǒng)集成商和利時公司的專家共同設(shè)計了這樣一套完整而有效的設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)整體解決方案?，F(xiàn)場級控制網(wǎng)采用工業(yè)控制網(wǎng)，保證系統(tǒng)的可靠性，同時降低通訊成本。

北京地鐵十號線具有如下特點：

■BAS車站級不單獨組建BAS局域網(wǎng)。

■BAS系統(tǒng)主要由PLC、RI/O、通信接口轉(zhuǎn)換裝置等設(shè)備組成。傳感器等現(xiàn)場設(shè)備通過RI/O或通信接口轉(zhuǎn)換設(shè)備接入BAS系統(tǒng)。

■現(xiàn)場級控制網(wǎng)采用冗余網(wǎng)絡(luò)，在車站的A、B兩端環(huán)控電控室各設(shè)置一套熱備冗余PLC裝置。

■車站冷凍站電控室、區(qū)間軸流風(fēng)機配電室、車站綜合控制室IBP盤處設(shè)置PLC單元。

■RI/O為非冗余配置，主要設(shè)置在環(huán)控電控室、照明配電室、暖通空調(diào)機房、冷凍站電控室、水泵房等房間內(nèi)。

■在車站的A、B兩端環(huán)控電控室、冷凍站電控室、區(qū)間軸流風(fēng)機配電室處設(shè)置現(xiàn)場操作平臺。

■BAS區(qū)間設(shè)備以光纖連接方式接入現(xiàn)場級控制網(wǎng)絡(luò)。A、B兩端PLC之間以光纖連接方式連接。

■單一網(wǎng)絡(luò)能提供多個站點的連接能力，并能根據(jù)應(yīng)用需要，支持靈活的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)之間的通訊橋接、隔離和數(shù)據(jù)交換。

■總線傳輸速率為1Mbps。

■除第三方系統(tǒng)通信接口外，現(xiàn)場級控制網(wǎng)內(nèi)部采用統(tǒng)一的ModbusPlus通信協(xié)議。

■現(xiàn)場級控制網(wǎng)符合國際標(biāo)準(zhǔn)IEC61158。

■實時數(shù)據(jù)的傳遞，不需通過編程即可實現(xiàn)，其數(shù)據(jù)傳遞時間可根據(jù)需要預(yù)先指定。系統(tǒng)采用的是由純粹的現(xiàn)場總線構(gòu)成的，現(xiàn)場總線是90年代初期興起的一種先進工業(yè)控制技術(shù)。具有如下特點：

■是一種全數(shù)字化、全分散式、全開放、可互操作和開放式互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的新一代控制系統(tǒng)；

■是計算機技術(shù)，通信技術(shù)和控制技術(shù)的綜合與集成;它將通信線一直延伸到現(xiàn)場設(shè)備；

■將傳統(tǒng)的三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變成兩層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)“工作站-現(xiàn)場總線-現(xiàn)場設(shè)備”，降低了成本，提高了可靠性，實現(xiàn)了控制管理一體化的結(jié)構(gòu)體系；

■依靠具有檢測、控制、通信能力的微處理芯片，數(shù)字化設(shè)備在現(xiàn)場