HOLLiASMACSⅤ系統(tǒng)培訓教程系列系統(tǒng)概述及結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)概述及結(jié)構(gòu)HOLLiAS-MACSⅤ系統(tǒng)培訓教程系列

之基礎(chǔ)應(yīng)用培訓課程(M5A01)11自動控制的相關(guān)信息DCS的概念DCS的宗旨、特點、結(jié)構(gòu)介紹HOLLiAS-MACS系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)HOLLiAS-MACS系統(tǒng)的硬件體系結(jié)構(gòu)HOLLiAS-MACS系統(tǒng)的軟件體系結(jié)構(gòu)思考與練習系統(tǒng)概述及組成結(jié)構(gòu)部分重點內(nèi)容21.自動控制的相關(guān)信息自動控制的概念自動控制：沒有人直接參與的條件下，利用控制器使被控對象（如機器、設(shè)備和生產(chǎn)過程）的某些物理量或工作狀態(tài)能自動地按照預定的規(guī)律運行或變化。從形式角度：代替人的體力勞動；代替或輔助人的腦力勞動；人機及整個系統(tǒng)的協(xié)調(diào)、管理、控制和優(yōu)化從范圍角度：制造自動化不僅涉及到具體生產(chǎn)制造過程，而是涉及產(chǎn)品生命周期所有過程。從應(yīng)用角度：過程自動化、機械制造自動化、管理自動化、實驗室自動化、家庭自動化等。

3生產(chǎn)過程自動化的組成自動檢測：對反映生產(chǎn)過程運行狀態(tài)的物理量、化學量以及表征設(shè)備工作狀況的參數(shù)自動地檢查、測量和監(jiān)視。

自動調(diào)節(jié)：為了保證設(shè)備安全經(jīng)濟運行，必須要求某些表征設(shè)備正常工作的物理量始終維持在某一規(guī)定值或預定范圍內(nèi)、按預定的規(guī)律來變化，但生產(chǎn)過程中經(jīng)常受到各種外界或內(nèi)部因素的干擾，使被調(diào)量發(fā)生偏離規(guī)定值的傾向時，就需要進行相應(yīng)的調(diào)節(jié)，使之保持或恢復到規(guī)定的范圍內(nèi)，保證生產(chǎn)過程的穩(wěn)定。自動調(diào)節(jié)就是依靠自動調(diào)節(jié)設(shè)備來實現(xiàn)這種調(diào)節(jié)作用的，所以自動調(diào)節(jié)設(shè)備必須具備檢測、定值、運算、執(zhí)行等功能。自動保護：設(shè)備發(fā)生異常，導致工藝參數(shù)超過允許范圍，甚至發(fā)生事故時，為確保生產(chǎn)的安全，保證產(chǎn)品的質(zhì)量，需要對某些關(guān)鍵性參數(shù)設(shè)置信號、聯(lián)鎖裝置，事故發(fā)生前，信號系統(tǒng)能發(fā)出聲、光信號，提醒操作人員采取措施。若工礦已近危險狀態(tài)時，聯(lián)鎖系統(tǒng)采取緊急措施，以防事故發(fā)生或進一步擴大，或保證設(shè)備不受損壞，是一種安全裝置。

自動操作：根據(jù)預先規(guī)定的程序或條件自動地對生產(chǎn)設(shè)備進行某種周期性操作，把操作人員從重復性勞動中解放出來。

1.自動控制的相關(guān)信息4人工控制和自動控制人工控制：在人的直接參與下，使被控量等于給定值。特點：反應(yīng)不及時，可以處理復雜問題。自動控制：在沒有人的直接參與下，利用控制裝置操縱受控對象，使被控量等于 給定值特點：反應(yīng)快，按設(shè)定的程序控制，必須有模型(或算法)

例如：水箱水位的控制人工控制人在完成水箱水位的控制任務(wù)所經(jīng)歷的過程眼睛→觀察

大腦→分析決策、預期目標手→調(diào)節(jié)閥→執(zhí)行

水箱→受控對象自動控制控制裝置在完成水箱水位的控制任務(wù)所經(jīng)歷的過程測量變送單元→觀察

調(diào)節(jié)器→分析決策、給定值調(diào)節(jié)器給出的指令→調(diào)節(jié)閥→執(zhí)行

水箱→受控對象1.自動控制的相關(guān)信息5觀察實際液面的高度h1——用眼

h1與希望高度h0相比較——用腦

根據(jù)比較的結(jié)果開關(guān)閥門——用手水箱水位的控制6被控對象(過程):工藝生產(chǎn)設(shè)備(如反應(yīng)釜，換熱器，汽包、水箱等)，從傳感器(測量變送單元)到執(zhí)行器之間。被控量：表征被控對象工作狀態(tài)的物理量，如液位，溫度，壓力等。測量變送:對被控量進行測量(轉(zhuǎn)換成標準信號)的裝置。調(diào)節(jié)器：把測定值和設(shè)定值進行比較的裝置。執(zhí)行器(調(diào)節(jié)閥):把調(diào)節(jié)器的指令成比例地轉(zhuǎn)換為直線或角位移地裝置。調(diào)節(jié)器執(zhí)行器被控對象測量變送測定值/過程值設(shè)定值水箱調(diào)節(jié)閥PID調(diào)節(jié)器變送器2.DCS的概念72.DCS的概念DCS即集散型控制系統(tǒng)，又稱分布式控制系統(tǒng)(DistributedControlSystem)特點：分散控制、集中管理返回主要應(yīng)用技術(shù)說明網(wǎng)絡(luò)技術(shù)令牌總線網(wǎng)（DNT）全面冗余技術(shù)服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)、電源、模塊熱插拔技術(shù)控制器、模塊、網(wǎng)絡(luò)部件自診斷技術(shù)通道、部件、站級、系統(tǒng)低功耗設(shè)計技術(shù)控制器、模塊無風扇設(shè)計結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)散熱、防塵、模塊化制造技術(shù)SMT表面貼生產(chǎn)技術(shù)8DCS概念圖9我們可以把上述過程引申如下：2.DCS的概念103.DCS的宗旨、特點、結(jié)構(gòu)介紹DCS的宗旨：為工業(yè)生產(chǎn)和社會生活提供安全可靠的自動化解決方案，提高人們生產(chǎn)和生活的質(zhì)量與效率，通過促進節(jié)能減排降耗來保護環(huán)境。返回改造前改造后用自動化改進人們的工作、生活和環(huán)境！11

DCS主要特點（2I+2D+2S）集成化和信息化（Integration&Information）開放性＋標準化＋模塊化＝可集成信息管理與過程控制一體化分布和分散（Distributed&Decentralized）分布（Distributed）：控制運算邏輯分布，減小風險。分散（Decentralized）：物理安裝地域分散，節(jié)省成本智能化和小型化（Smarter&Smaller）智能模塊，并且支持現(xiàn)場總線。超低功耗，小模塊結(jié)構(gòu)體積更小，集成度更高，功耗更低，極大的節(jié)省空間12操作員站多重系統(tǒng)服務(wù)器Ethernet工程師站DP/PA

連接器PROFIBUS—DPFM系列冗余控制器及I/OPA智能儀表PLCLM系列PROFIBUS—PA4~20mA儀表Dnet

工業(yè)以太網(wǎng)Web服務(wù)器MonitorNetworkSystemNetworkHart智能儀表遠程I/OFirewallPlantNetworkSM系列冗余控制器及I/ODCS結(jié)構(gòu)

134.HOLLiAS—MACS系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)

1.HOLLiAS—MACS系統(tǒng)是由以太網(wǎng)和使用現(xiàn)場總線技術(shù)的控制網(wǎng)絡(luò)連接的各工程師站、操作員站、現(xiàn)場控制站、通訊控制站、數(shù)據(jù)站組成的綜合自動化系統(tǒng)，完成大型、中型分布式控制系統(tǒng)(DCS)、大型數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)(SCADA)功能。2.HOLLiAS—MACS系統(tǒng)硬件由工程師站、操作站、現(xiàn)場控制站(包括主控單元設(shè)備和I/O單元設(shè)備)、通訊控制站、數(shù)據(jù)站、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)、監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)、控制網(wǎng)絡(luò)等組成。3.HOLLiAS—MACS系統(tǒng)軟件包括：工程師站組態(tài)軟件；操作員站在線軟件；

現(xiàn)場控制器運行軟件；數(shù)據(jù)站軟件等。返回操作員站現(xiàn)場控制站工程師站145.HOLLiAS—MACS系統(tǒng)的硬件體系結(jié)構(gòu)和利時公司在成功地開發(fā)并應(yīng)用了HS-DCS-1000系統(tǒng)和HS2000系統(tǒng)之后，在系統(tǒng)地總結(jié)了各行業(yè)用戶的意見和建議，充分調(diào)查了計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、應(yīng)用軟件技術(shù)、信號處理技術(shù)等最新發(fā)展動態(tài)的情況下，基于當今最先進的技術(shù)，采用成熟的先進控制算法，推出了公司的第四代DCS系統(tǒng)HOLLiAS—MACS系統(tǒng)。

返回15是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的一個組成環(huán)節(jié)是物理上的一套獨立設(shè)備是網(wǎng)絡(luò)中的一個通信節(jié)點在系統(tǒng)功能中完成某一類特定的處理任務(wù)5.HOLLiAS—MACS系統(tǒng)的硬件體系結(jié)構(gòu)-“站”的概念HOLLiAS—MACS系統(tǒng)中“站”的概念165.HOLLiAS—MACS系統(tǒng)的硬件體系結(jié)構(gòu)-“站”的概念HOLLiAS—MACS系統(tǒng)中的“站”包括工程師站操作員站(站號為50～79)通訊站數(shù)據(jù)站(站號為0)現(xiàn)場控制站(站號為10～49)為方便系統(tǒng)各站的識別，對各站進行了站號的編制，如上。175.HOLLiAS-MACS系統(tǒng)的硬件體系結(jié)構(gòu)-工程師站的功能工程師站組態(tài)：是為實現(xiàn)系統(tǒng)對生產(chǎn)過程自動控制的目的，使用軟件完成工程中某一具體任務(wù)的過程。組態(tài)工作包括：設(shè)備組態(tài)、數(shù)據(jù)庫組態(tài)、控制算法組態(tài)、圖形組態(tài)、報表組態(tài)。下裝：是將通過組態(tài)完成的工程文件下傳到系統(tǒng)各站的過程。下裝包括：下裝到數(shù)據(jù)站、下裝到操作員站、下裝到現(xiàn)場控制站185.HOLLiAS-MACS系統(tǒng)的硬件體系結(jié)構(gòu)-操作員站的功能操作員站流程圖顯示及工藝生產(chǎn)監(jiān)控功能報警監(jiān)視趨勢分析報表及日志195.HOLLiAS-MACS系統(tǒng)的硬件體系結(jié)構(gòu)-通訊站的功能通訊站和其它設(shè)備通訊205.HOLLiAS-MACS系統(tǒng)的硬件體系結(jié)構(gòu)-數(shù)據(jù)站的功能數(shù)據(jù)站計算實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)文件存取215.HOLLiAS-MACS系統(tǒng)的硬件體系結(jié)構(gòu)-現(xiàn)場控制站的功能現(xiàn)場控制站信號采集和輸出數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換控制運算225.HOLLiAS-MACS系統(tǒng)的硬件體系結(jié)構(gòu)-各“站”的功能匯總工程師站：運行相應(yīng)的組態(tài)管理程序，對整個系統(tǒng)進行集中控制和管理。組態(tài)(包括系統(tǒng)硬件設(shè)備、數(shù)據(jù)庫、控制算法、圖形、報表)和相關(guān)系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置?，F(xiàn)場控制站的下裝和在線調(diào)試，數(shù)據(jù)站和操作員站的下裝。下裝完畢后可把工程師站兼操作員站使用。操作員站：運行相應(yīng)的實時監(jiān)控程序，對整個系統(tǒng)進行監(jiān)視和控制。各種監(jiān)視信息的顯示、查詢和打印，主要有工藝流程圖顯示、趨勢顯示、參數(shù)列表顯示、報警監(jiān)視、日志查詢、系統(tǒng)設(shè)備監(jiān)視等。通過鍵盤、鼠標或觸摸屏等人機設(shè)備，通過命令和參數(shù)的修改，實現(xiàn)對系統(tǒng)的人工干預，如在線參數(shù)修改、控制調(diào)節(jié)等。數(shù)據(jù)站：運行相應(yīng)的管理程序，對整個系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)進行管理?，F(xiàn)場控制站：運行相應(yīng)的實時控制程序，對現(xiàn)場進行控制和管理。包括運行工程師站所下裝的控制程序，進行工程單位變換、數(shù)據(jù)采集和控制輸出、控制運算等。235.HOLLiAS-MACS系統(tǒng)的硬件體系結(jié)構(gòu)-“網(wǎng)絡(luò)”HOLLiAS—MACS系統(tǒng)中的“網(wǎng)絡(luò)”包括監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)MNET系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)SNET控制網(wǎng)絡(luò)CNET245.HOLLiAS-MACS系統(tǒng)的硬件體系結(jié)構(gòu)-監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)MNET冗余高速以太網(wǎng)鏈路使用五類屏蔽雙絞線或光纖將各個通訊節(jié)點連接到中心交換機上節(jié)點有工程師站、操作員站、數(shù)據(jù)站采用TCP/IP通訊協(xié)議25操作員站50操作員站51操作員站52操作員站n(工程師站)數(shù)據(jù)站A機數(shù)據(jù)站B機130網(wǎng)段130.0.0.50130.0.0.51130.0.0.52130.0.0.n130.0.0.1130.0.0.2131網(wǎng)段131.0.0.50131.0.0.51131.0.0.52131.0.0.n131.0.0.1131.0.0.25.HOLLiAS-MACS系統(tǒng)的硬件體系結(jié)構(gòu)-監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)上各個節(jié)點用固定分配的IP地址進行標識。為實現(xiàn)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的冗余，網(wǎng)中每個節(jié)點的主機都配有兩塊以太網(wǎng)卡，一般在工程上將兩塊以太網(wǎng)卡分別連接到130網(wǎng)段和131網(wǎng)段的交換機上。監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的前兩位IP地址分別為130.0和131.0，后兩位則可以自行定義。對于工程師站和操作員站的計算機，我們把它看作同一類計算機，進行統(tǒng)一編號。工程上編號的慣例為：26針對操作員站、數(shù)據(jù)站監(jiān)控網(wǎng)網(wǎng)卡設(shè)置，選擇TCP/IP協(xié)議，點擊屬性在彈出的窗口中填入該站的IP地址，如果這臺計算機為50號站，則填入地址130.0.0.50，如果這臺計算機為數(shù)據(jù)站A機，則填入地址130.0.0.1。5.HOLLiAS-MACS系統(tǒng)的硬件體系結(jié)構(gòu)-監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)275.HOLLiAS-MACS系統(tǒng)的硬件體系結(jié)構(gòu)-系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)SNET冗余高速工業(yè)以太網(wǎng)采用HSIE通訊協(xié)議使用五類屏蔽雙絞線或光纖將各個通訊節(jié)點連接到中心交換機上節(jié)點有數(shù)據(jù)站、現(xiàn)場控制站28系統(tǒng)網(wǎng)以太網(wǎng)卡的設(shè)置：由于系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)是工業(yè)以太網(wǎng)，其通訊協(xié)議為HSIE協(xié)議，因此不需要在系統(tǒng)設(shè)備組態(tài)中設(shè)置系統(tǒng)網(wǎng)以太網(wǎng)卡的地址。針對數(shù)據(jù)站系統(tǒng)網(wǎng)網(wǎng)卡設(shè)置，選擇HSIE協(xié)議即可。5.HOLLiAS-MACS系統(tǒng)的硬件體系結(jié)構(gòu)-系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)295.HOLLiAS-MACS系統(tǒng)的硬件體系結(jié)構(gòu)-控制網(wǎng)絡(luò)控制網(wǎng)絡(luò)CNET位于現(xiàn)場控制站內(nèi)部Profibus-DP現(xiàn)場總線采用帶屏蔽的雙絞銅線連接節(jié)點主要有DP主站(主控單元)和DP從站(智能I/O單元)完成實時輸入/輸出數(shù)據(jù)和從站設(shè)備診斷信息的傳送站地址為0-12530Profibus-DP現(xiàn)場總線：Profibus是作為德國國家標準DIN19245和歐洲標準prEN50170的現(xiàn)場總線。ISO/OSI模型也是它的參考模型。由Profibus-Dp、Profibus-FMS、Profibus-PA組成了Profibus系列。Porfibus支持主—從系統(tǒng)、純主站系統(tǒng)、多主多從混合系統(tǒng)等幾種傳輸方式。主站具有對總線的控制權(quán)，可主動發(fā)送信息。按Profibus的通信規(guī)范，令牌在主站之間按地址編號順序，沿上行方向進行傳遞。主站在得到控制權(quán)時，可以按主—從方式，向從站發(fā)送或索取信息，實現(xiàn)點對點通信。主站可采取對所有站點廣播(不要求應(yīng)答),或有選擇地向一組站點廣播。HOLLiAS-MACS系統(tǒng)使用Profibus–DP協(xié)議。Profibus-DP的特性：傳輸技術(shù)：RS-485雙絞線電纜或光纜；波特率9.6Kbps-12Mbps；總線存?。焊髦髡鹃g令牌傳送主站與從站間數(shù)據(jù)傳送；支持單主和多主系統(tǒng)；主-從設(shè)備總線上最多站點數(shù)126；通信：點對點用戶數(shù)據(jù)發(fā)送或廣播控制指令；循環(huán)主-從用戶數(shù)據(jù)傳送和非循環(huán)主-主數(shù)據(jù)傳送；5.HOLLiAS-MACS系統(tǒng)的硬件體系結(jié)構(gòu)-控制網(wǎng)絡(luò)31Profibus-DP現(xiàn)場總線：系統(tǒng)I/O站總線采用了先進的現(xiàn)場總線技術(shù)ProfiBus-DP總線，I/O站的主控單元如FM801為ProfiBus-DP主站，I/O輸入/輸出模塊如FM系列模塊為ProfiBus-DP從站。主/從站及他們之間的連接件構(gòu)成了完整的ProfiBus-DP總線網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)配置(包括主/從站數(shù)量傳輸數(shù)率傳輸距離等)的優(yōu)化，在保證系統(tǒng)的正確、快速工作的前提下，可大大提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。5.HOLLiAS-MACS系統(tǒng)的硬件體系結(jié)構(gòu)-控制網(wǎng)絡(luò)32工程師站和現(xiàn)場控制站的網(wǎng)絡(luò)連接。工程師站下裝數(shù)據(jù)時通過此連接實現(xiàn)。5.HOLLiAS-MACS系統(tǒng)的硬件體系結(jié)構(gòu)33#10站主控單元#11站主控單元#12站主控單元#n站主控單元A機128網(wǎng)段128.0.0.10128.0.0.11128.0.0.12128.0.0.n129網(wǎng)段129.0.0.10129.0.0.11129.0.0.12129.0.0.nB機128網(wǎng)段128.0.0.138128.0.0.139128.0.0.140128.0.0.(128+n)129網(wǎng)段129.0.0.138129.0.0.139129.0.0.140129.0.0.(128+n)5.HOLLiAS-MACS系統(tǒng)的硬件體系結(jié)構(gòu)由于工程師站下裝現(xiàn)場控制站是通過TCP/IP協(xié)議進行，因此現(xiàn)場控制站需要設(shè)置IP地址。我們將一個現(xiàn)場控制站里相互冗余的兩個主控單元分別稱為A機、B機。它們的IP地址設(shè)置是通過一對撥碼開關(guān)來實現(xiàn)的，具體設(shè)置方法詳見硬件產(chǎn)品介紹中的機籠FM301背面撥碼開關(guān)設(shè)置部分。設(shè)置后的現(xiàn)場控制站中系統(tǒng)網(wǎng)卡的IP地址如下表所示。工程師站下裝現(xiàn)場控制站時需要在組態(tài)軟件設(shè)置此地址，具體設(shè)置方法詳見軟件介紹中的控制器算法組態(tài)。34

操作員站50/工程師站操作員站n數(shù)據(jù)站A機數(shù)據(jù)站B機現(xiàn)場控制站10現(xiàn)場控制站nA機B機A機B機監(jiān)控網(wǎng)A網(wǎng)130.0.0.50130.0.0.n130.0.0.1130.0.0.2監(jiān)控網(wǎng)B網(wǎng)131.0.0.50131.0.0.n131.0.0.1131.0.0.2系統(tǒng)網(wǎng)A網(wǎng)/下裝A128.0.0.50HSIEProtocolHSIEProtocolHSIEProtocol/128.0.0.10HSIEProtocol/

128.0.0.138

HSIEProtocol/128.0.0.nHSIEProtocol/128.0.0.(128+n)系統(tǒng)網(wǎng)B網(wǎng)/下裝B129.0.0.50HSIEPro