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