HOLLiAS—MACSV系统培训教程系列之基础培训课程(硬件）.ppt

2021/9/21,系统概述及硬件产品,1,HOLLiASMACS系统培训教程系列之基础培训课程1系统概述及硬件产品,2021/9/21,系统概述及硬件产品,2,DCS的概念（35）20 DCS的现状与发展趋势（6）5 和利时公司DCS的体系结构（715）50 和利时公司DCS的硬件产品介绍 主控单元（3841）45 电源模块（4243） 机笼单元（4448） 端子模块（4952） 常用I/O模块（5392）50 总结（93） 其他信息（94） 习题（95）,系统概述及硬件产品部分重点内容,2021/9/21,系统概述及硬件产品,3,关键词：DCS；,本讲重点：DCS的概念； DCS的应用过程；,DCS的概念,DCS即集散型控制系统，又称分布式控制系统（Distributed Control System）它的主要基础是4C技术，即计算机Computer、控制 Control、通信Communication和CRT显示技术 DCS系统通过某种通信网络将分布在工业现场附近的现场控制站和控制中心的操作员站及工程师站等连接起来，以完成对现场生产设备的分散控制和集中操作管理发电厂为例） DCS自1975年问世以来已经历了近三十年的时间，其可靠性、实用性不断提高，功能日益增强。

如控制器的处理能力、网络通讯能力、控制算法、画面显示及综合管理能力等DCS系统过去只应用在少数大型企业的控制系统中，但随着4C技术及软件技术的迅猛发展，到目前已经在电力、石油、化工、制药、冶金、建材等众多行业得到了广泛的应用，特别是电力、石化这样的行业2021/9/21,系统概述及硬件产品,4,下图以一个水位信号调节的例子简单地说明DCS的应用过程：,DCS的概念,2021/9/21,系统概述及硬件产品,5,我们可以把上述过程引申如下：,DCS的概念,2021/9/21,系统概述及硬件产品,6,DCS系统的现状与发展趋势,经历了二十几年的发展，DCS有了很大的变化这种变化来自两方面的动力：用户需求的不断提高和电子与信息技术的快速发展用户的需求已经不再满足于应用DCS代替常规的仪表控制和简单的数据检测，同时随着电子与信息技术的进步使得DCS应用的构成元件（电子元器件、处理器、软件、网络等）性能大大提高且价格大幅度下降，特别是各种板级OEM部件和HMI软件的发展进一步简化了DCS的开发难度并降低了开发成本目前，一套使用户满意的DCS系统应该具备以下特点： 系统具备开放的体系结构，可以提供多层的开放数据接口； 系统应具备强大的处理功能，并提供方便的组态复杂控制系统的能力与用户自主开发专用高级控制算法的支持能力； 系统应支持多种现场总线标准以便适应未来的扩充需要； 系统应高可靠、维修方便、工艺先进、价格合理,2021/9/21,系统概述及硬件产品,7,HOLLiASMACS系统的体系结构,和利时公司在成功地开发并应用了HS-DCS-1000系统和HS2000系统之后，在系统地总结了各行业用户的意见和建议，充分调查了计算机技术、网络技术、应用软件技术、信号处理技术等最新发展动态的情况下，基于当今最先进的技术 ，采用成熟的先进控制算法，推出了公司的第四代DCS系统HOLLiASMACS系统。

2021/9/21,系统概述及硬件产品,8,HOLLiASMACS系统的体系结构,HOLLiASMACS系统是由以太网和使用现场总线技术的控制网络连接的各工程师站、操作员站、现场控制站、通讯控制站、打印服务站、数据服务器组成的综合自动化系统，完成大型、中型分布式控制系统（DCS）、大型数据采集监控系统（SCADA）功能 HOLLiASMACS系统硬件由工程师站、操作站、现场控制站（包括主控单元设备和I/O单元设备）、通讯控制站、打印服务站、系统服务器、系统网络、监控网络、控制网络等组成 HOLLiASMACS系统软件包括：工程师站组态软件；操作员站软件； 现场控制器运行软件；服务器软件等2021/9/21,系统概述及硬件产品,9,HOLLiASMACS系统的体系结构,是系统结构中的一个组成环节 是物理上的一套独立设备 是网络中的一个通信节点 在系统功能中完成某一类特定的处理任务,HOLLiASMACS系统中的“站”,2021/9/21,系统概述及硬件产品,10,工程师站 工程师站运行相应的组态管理程序，对整个系统进行集中控制和管理工程师站主要有以下功能： 组态（包括系统硬件设备、数据库、控制算法、图形、报表）和相关系统参数的设置。

现场控制站的下装和调试，操作员站人机界面的修改 在工程师站上运行操作员站实时监控程序后，可以把工程师站作为操作员站使用 操作员站 操作员站运行相应的实时监控程序，对整个系统进行监视和控制操作员站主要完成以下功能： 各种监视信息的显示、查询和打印，主要有工艺流程图显示、趋势显示、参数列表显示、报警监视、日志查询、系统设备监视等 通过键盘、鼠标或触摸屏等人机设备，通过命令和参数的修改，实现对系统的人工干预，如参数修改、控制调节等 服务站 服务站运行相应的管理程序，对整个系统的实时数据和历史数据进行管理HOLLiASMACS系统的体系结构,2021/9/21,系统概述及硬件产品,11,HOLLiASMACS系统的体系结构,现场控制站(正面) 现场控制站由主控单元、智能IO单元、电源单元、现场总线和专用机柜等部分组成，采用分布式结构设计，扩展性强其中主控单元是一台特殊设计的专用控制器，运行工程师站所下装的控制程序，进行工程单位变换、控制运算，并通过监控网络与工程师站和操作员站进行通讯，完成数据交换；智能IO单元完成现场内的数据采集和控制输出；电源单元为主控单元、智能IO单元提供稳定的工作的电源；现场总线为主控单元与智能IO单元之间进行数据交换提供通讯链路。

主控单元采用冗余配置，通过现场总线（Profibus-DP）与各个智能I/O单元进行连接在主控单元和智能IO单元上，分别固化了相应的板级程序主控单元的板级程序固化在半导体存储器中，而将实时数据存储在带掉电保护的SRAM中，完全可以满足控制系统可靠性、安全性、实时性要求而智能IO单元的板级程序同样固化在半导体存储器中机柜正面布置演示,2021/9/21,系统概述及硬件产品,12,HOLLiASMACS系统的体系结构,现场控制站(背面) 现场控制站是MACS系统实现数据采集和过程控制的前端，主要完成数据采集、工程单位变换、开闭环策略控制算法、过程量的采集和控制输出、系统网络将数据和诊断结果传送到系统监控网，并有完整的表征I/O模件及MCU运行状态提示灯 现场控制站由主控单元、智能IO单元、电源单元、现场总线和专用机柜等部分组成，在主控单元和智能IO单元上，分别固化了实时监控（MCU）软件和I/O单元运行软件 现场控制站内部采用了分布式的结构，与控制网络相连接的是现场控制站的主控单元，可冗余配置主控单元通过现场总线（Profibus-DP）与各个智能IO单元实现连接机柜背面布置演示,2021/9/21,系统概述及硬件产品,13,HOLLiASMACS系统由三个网络层次组成：监控网络、系统网络和控制网络。

监控网络主要用于工程师站、操作员站和服务站的通讯连接；系统网络用于服务站和现场控制站的通讯连接；控制网络存在于各个现场控制站内部，主要用于主控单元和智能I/O单元的通讯连接 监控网络 监控网络为冗余高速以太网链路，使用五类屏蔽双绞线及光纤将各个通讯节点连接到中心交换机上该网络中主要的通讯节点有工程师站、操作员站、服务站，采用TCP/IP通讯协议 系统网络 系统网络为冗余高速以太网链路，使用五类屏蔽双绞线及光纤将各个通讯节点连接到中心交换机上该网络中主要的通讯节点有服务站、现场控制站，采用TCP/IP通讯协议 控制网络 控制网络位于现场控制站内部，主控单元和智能I/O单元都连接在Profibus-DP现场总线上，采用带屏蔽的双绞铜线（串行总线）进行连接，具有很强的抗干扰能力该网络中的通讯节点主要有DP主站（主控单元中的FB121模件）和DP从站(智能I/O单元FM系列的输入/输出模件)利用总线技术实现主控单元和过程I/O单元间的通讯，以完成实时输入/输出数据和从站设备诊断信息的传送，并且通过添加DP重复器模件，可以实现远距离通讯，或者连接更多的智能I/O单元HOLLiASMACS系统的体系结构,2021/9/21,系统概述及硬件产品,14,各个节点用固定分配的IP地址进行标识。

为实现监控网络的冗余，网中每个节点的主机都配有两块以太网卡，分别连接到130网段和131网段的交换机上监控网络的前两位IP地址已作了规定，分别为130.0和131.0，现场控制站主控单元IP地址的后两位已经由程序自动分配好，工程师站、操作员站IP地址的后两位则可以自行定义 一般我们将一个现场控制站里相互冗余的两个主控单元分别成为A机、B机它们的IP地址设置是通过一个拨码开关来实现的，具体设置如表1.1所示对于工程师站和操作员站的计算机，我们把它看作同一类计算机，进行统一编号HOLLiASMACS系统的体系结构,2021/9/21,系统概述及硬件产品,15,HOLLiASMACS系统的硬件介绍,FM801 主控单元,主控单元是现场控制站的中央处理单元，主要承担本站的部分信号处理、控制运算、与上位机及与上位机及其它单元的通讯等任务它是一个与PC兼容的高性能的工业级中央处理单元，采用模块化结构，主控单元可以热备份方式冗余使用，在出现故障时能够自动无扰切换，并保证不会丢失数据 FM801型主控单元是MACS系统现场控制站的核心设备，与专用机笼配合使用（如FM301，以下说明均以FM301为例），实现对本站下IO模块数据的采集及运算和接受服务器的组态命令及数据交换。

通过冗余以太网接口把现场控制站的所有数据上传到MACS系统服务器，操作员站/工程师站指令也通过以太网下传到FM8012021/9/21,系统概述及硬件产品,16,HOLLiASMACS系统的硬件介绍,FM801 主控单元技术指标,2021/9/21,系统概述及硬件产品,17,FM801 主控单元状态指示灯说明,HOLLiASMACS系统的硬件介绍,2021/9/21,系统概述及硬件产品,18,HOLLiASMACS系统的硬件介绍,FM801 主控单元状态指示灯说明,2021/9/21,系统概述及硬件产品,19,HOLLiASMACS系统的硬件介绍,FM910、FM920电源模块,电源单元为单元式模块化结构，用来对现场控制站的主控单元、I/O模块及现场仪表供电，可构成无扰切换的冗余配电方式输出电压为DC24V或DC48V,2021/9/21,系统概述及硬件产品,20,HOLLiASMACS系统的硬件介绍,FM910、FM920电源模块技术指标,2021/9/21,系统概述及硬件产品,21,HOLLiASMACS系统的硬件介绍,FM300、FM301机笼单元,机笼单元是主控单元FM801和电源模块FM910、FM920的安装机笼，实现主控单元、电源模块的冗余配置和电源模块间的均流。

主从冗余的两个FM801和冗余联用的电源模块FM910、FM920插在机笼单元的相应槽位中，形成一个完整的冗余控制结构FM300为6槽结构， FM301为8槽结构，以下以FM301为例）一个FM301机笼中有8个槽位，每个槽位有一个64针插座，连接相应的模块最左边两个槽插入两块主从冗余主控单元模块FM801剩下槽位插入电源模块，依次定义为1#电源、2#电源、3#电源、4#电源、5#电源、6#电源，其中1#2#电源是系统电源，提供24VDC，选用FM910；后面电源是现场电源，提供48VDC/ 24VDC ，根据不同的电压要求，选用FM920或FM9102021/9/21,系统概述及硬件产品,22,HOLLiASMACS系统的硬件介绍,FM300、FM301机笼单元,FM301机。