横河CS系统概述与硬件构成课件.ppt

1、系系 统统 概概 述述 什么是集散系统 集散系统集散系统 Distributed Control System，简称简称DCS 集散系统的含义是，利用微处理机或微集散系统的含义是，利用微处理机或微型计算机技术对生产过程进行集中管理型计算机技术对生产过程进行集中管理和分散控制的系统和分散控制的系统 技术基础技术基础 微型计算机微型计算机 应用对象应用对象 生产过程生产过程 技术特点技术特点 集中操作、管理和分散控制集中操作、管理和分散控制DCS如何构成系统硬件软件操作站 控制站 通信总线诊断程序 应用程序 组态程序 标准画面 等 系统软件用户软件组态结果运行数据 过程历史数据由系统软件生成用户软

2、件的过程叫做“组态”DCS主要生产厂家及其产品国国 别别厂厂 家家产产 品品美国美国HoneywellHoneywellTDC2000 TDC3000 TPS PKSTDC2000 TDC3000 TPS PKSFisher-RosemountFisher-RosemountRS3 DeltaVRS3 DeltaVFoxboroFoxboroI/AI/A A A2 2WestinghouseWestinghouseWDPF WDPF IIWDPF WDPF IIABBABBIndustrial ITIndustrial IT日本日本YokogawaYokogawaCENTUM VCENTUM

3、V，XLXL，CSCS，CS 3000CS 3000等等YamatakeYamatakeHarmonasHarmonas德国德国SiemensSiemensPCS 7PCS 7中国中国和利时和利时MACS SmartProMACS SmartPro浙大中控浙大中控SUPCON JXSUPCON JX系列系列 ECS100ECS100CENTUM系统简介 CENTUM是日本横河电机株式会社是日本横河电机株式会社（Yokogawa Electric Corporation）生产的）生产的集散型控制系统，目前已形成集散型控制系统，目前已形成-B，-V，-XL，-XL，-CS，-CS1000，-CS3

4、000等适合等适合于不同控制规模的系列产品。于不同控制规模的系列产品。CENTUM CS1993年推出的多窗口操作站系统。年推出的多窗口操作站系统。CENTUM CS 30001997年推出。该系统面向大型生产装置，是以年推出。该系统面向大型生产装置，是以Windows NT为操作系统的开放性系统。为操作系统的开放性系统。CENTUM CS 30002001年推出。该系统面向大型生产装置，是以年推出。该系统面向大型生产装置，是以Windows 2000为操作系统的开放性系统。为操作系统的开放性系统。CS 3000CS 3000系统的基本配置系统的基本配置CS 3000CS 3000系统的扩展结

5、构系统的扩展结构最大系统构成最大系统构成CS 1000CS 3000最大的域数最大的域数116最多的站数最多的站数24256每个域中最大的站数每个域中最大的站数16FCS，8HIS64Station，16HISHIS的最大可监视位号数的最大可监视位号数8,000100,000CENTUM CS 3000 的特点R1.00Windows NTWindows 2000Windows XPR2.01 R2.05 R2.06 R2.10 R2.20R3.01R3.02R3.031997199819992000200120022003(CS1000)Windows NT停止销售 June 2003199

6、6/122001/112000/02R3.032004R3.04R3.042005R3.05R3.05Windows 2000停止销售 March 2005系统构成与硬件系统构成与硬件 CS 3000CS 3000系统的基本配置系统的基本配置系统硬件组成 操作站、工程师站操作站、工程师站 现场控制站现场控制站 通信总线（通信总线（Vnet、Ethernet）总线转换器总线转换器(BCV、CGW）通信总线 CS 3000能够连接能够连接V网和以太网网和以太网 Vnet V网，即网，即Vnet，也叫控制网，是连接，也叫控制网，是连接FCS，HIS，BCV和和CGW站的实时控制总线，通信站的实时控制

7、总线，通信速率为速率为10Mbps 通信介质为同轴电缆通信介质为同轴电缆 粗缆，粗缆，YCB111，10Base5，最长，最长500米米 细缆，细缆，YCB141，10Base2，最长，最长185米米 两种电缆间用转换器两种电缆间用转换器YCB149转接转接V net与HIS的连接Vnet与FCS的连接以太网 用途用途 连接连接HIS、ENG和上位机和上位机 信息和趋势数据共享，等值化信息和趋势数据共享，等值化HIS数据库数据库 减轻减轻Vnet负担负担 一般情况下以太网是需要的，但是若系统一般情况下以太网是需要的，但是若系统只有一个只有一个HIS，且此，且此HIS上安装有工程师功上安装有工程

8、师功能，可以不要以太网能，可以不要以太网 Vnet/IP 系统有一对冗余的系统有一对冗余的Vnet/IP网过程控制网络。网过程控制网络。它是连接操作站，现场控制站等元件的实它是连接操作站，现场控制站等元件的实时控制网络。采用符合时控制网络。采用符合IEEE802.3和和UDP/IP标准的复用控制网络标准的复用控制网络V-Net/IP，控，控制网的传输速度高达制网的传输速度高达1Gbps/S为了确保网络为了确保网络能够在最理想的状态上运作，每个能够在最理想的状态上运作，每个domain能支持能支持64个站点。整个系统总共能有个站点。整个系统总共能有个个domain或个站点。或个站点。Vnet/I

9、P网络类型网络类型 V网（网（CS3000）VL网网（CS1000）Vnet-IP传输速度传输速度10Mbps10Mbps1Gbps电缆类型电缆类型10 Base 2细缆细缆（与（与HIS相连）相连）10 Base 5粗缆粗缆（与（与FCS相连）相连）10 Base 2细缆细缆UTP非屏蔽双非屏蔽双绞线绞线传输距离传输距离185m(10 Base 2)500m(10 Base 5)185m(10 Base 2)100m/每根每根系统硬件组成操作站 操作站（操作站（HIS）是操作工用来操作和监视动态的过程数据是操作工用来操作和监视动态的过程数据、控制参数及报警等信息的人机界面。通、控制参数及报警

10、等信息的人机界面。通过操作站可以掌握并控制现场的生产过程。过操作站可以掌握并控制现场的生产过程。工程师站工程师站 是工程师用来进行项目组态和维护的，可是工程师用来进行项目组态和维护的，可进行在线、离线下装的操作。进行在线、离线下装的操作。系统硬件组成-操作站 操作站（操作站（HIS）的功能）的功能窗口操作窗口操作数据处理数据处理系统维护系统维护 种类：台式与桌面式种类：台式与桌面式 台式：横河提供主机，可选双屏、触屏等功能台式：横河提供主机，可选双屏、触屏等功能 封闭显示器式封闭显示器式(CRT)开放显示器式开放显示器式(LCD)系统硬件组成操作站台式HIS的两种形式系统硬件组成操作站 构成：

11、构成：主机：通用主机：通用PC 显示器：显示器：CRT，15吋或吋或17吋吋LCD 键盘：普通键盘，操作员键盘键盘：普通键盘，操作员键盘 网卡：网卡：VF701与与Ethernet卡卡 操作方式：操作方式：鼠标鼠标(操作键盘操作键盘)或触摸屏或触摸屏系统硬件组成操作站 主机HIS主机为主机为IBM PC兼容机兼容机最低指标：最低指标：CPU：Pentium 300 MHz或更快或更快内存：内存：96 MB或更快（对或更快（对Windows 2000系统）系统）256 MB或更快（对或更快（对Windows XP系统）系统）硬盘：硬盘：4GB或更大（用户空间或更大（用户空间500MB）显示器：显

12、示器：1024 768或更高分辨率，或更高分辨率，256色或更高色或更高串口：一个或多个串口：一个或多个RS-232C接口（接口（9针操作员键盘用）针操作员键盘用）并口：一个或多个（打印机）并口：一个或多个（打印机）USB口：一个或多个（口：一个或多个（USB口操作员键盘用）口操作员键盘用）扩展槽：至少扩展槽：至少1个个PCI槽，用于控制总线网络适配器槽，用于控制总线网络适配器VF701；另；另1个个ISA或或PCI槽，用于插以太网卡槽，用于插以太网卡 操作系统：操作系统：Windows NT、Windows 2000或或 Windows XP系统系统系统硬件组成操作站桌面式操作员键盘桌面式操

13、作员键盘系统硬件组成操作站固定式操作员键盘固定式操作员键盘VF701卡 VI701卡系统硬件组成操作站网卡VF701的作用 VF701是安装在通用是安装在通用PC机的机的PCI槽上的控槽上的控制总线接口卡，用于将制总线接口卡，用于将PC机接入机接入V-net,使使其在硬件上成为一台其在硬件上成为一台“操作站操作站HIS”网卡VF701的地址设置 每个每个DIP开关有开关有8位，最高位即第位，最高位即第1位为奇校验位位为奇校验位（标为（标为P），奇校验位用于保证每个），奇校验位用于保证每个DIP开关为开关为1的的位的个数必须是奇数。其余位为数字位。位的个数必须是奇数。其余位为数字位。设置域地址：

14、拥有同一条控制总线的系统，或者说设置域地址：拥有同一条控制总线的系统，或者说拥有同一条拥有同一条V-net/VL-net的系统，必须设置同一个的系统，必须设置同一个域地址。域地址由域地址。域地址由5位二进制数表示，位二进制数表示，2、3位始终位始终为为0，其取值范围为，其取值范围为1至至16。域地址也叫域号。域地址也叫域号。设置站地址：在同一个域中，每个站不管是控制站设置站地址：在同一个域中，每个站不管是控制站还是操作站，地址必须唯一，也就是说，还是操作站，地址必须唯一，也就是说，VF701卡卡上的站地址拨号不能重复。站号由上的站地址拨号不能重复。站号由7位二进制数表位二进制数表示，其取值范围

15、为示，其取值范围为1至至64。站地址也叫站号。站地址也叫站号。VI701Host Addresses 用于Vnet/IP上控制通讯的主机地址是由站号决定的，范围是2到129 可以使用。其它主机地址用于下面情况：1:保留130 to 253:通用的以太网通讯设备(PCs,routers,etc.)254:SNTP server系统硬件组成操作站 计算机名称设置：计算机名称设置：HISmmnn mm是域号是域号 nn 是站号是站号系统硬件组成操作站网络IP地址设置 CS 3000中不论是以太网还是中不论是以太网还是V网，都需要指定网，都需要指定IP地址。对于地址。对于HIS这样的双重身份的节点，以

16、这样的双重身份的节点，以太网和控制网根据域号和站号要分别设置。太网和控制网根据域号和站号要分别设置。参数参数以太网以太网V V网网IPIP地址地址172.17.172.17.172.16.172.16.子网掩码子网掩码255.255.0.0255.255.0.0默认网关默认网关不需要不需要HIS的窗口显示方式 有两种：全屏模式和窗口模式有两种：全屏模式和窗口模式 现场控制站（FCS）作用：作用：现场控制站（现场控制站（FCS）完成过程数据的采集、）完成过程数据的采集、运算和控制信号输出、子系统通讯等过程控运算和控制信号输出、子系统通讯等过程控制功能，是系统的核心设备。制功能，是系统的核心设备。

17、现场控制站（FCS）分类：分类：按容量：小型按容量：小型(PFCS)、标准型、扩展型、标准型、扩展型按安装形式：架装、柜装按安装形式：架装、柜装按节点连接形式：按节点连接形式：用于用于FIO的现场控制站：的现场控制站：KFCS 用于用于RIO的现场控制站：的现场控制站：LFCS注：注：最新的最新的Vnet-IP系统系统 以下的介绍的内容以以下的介绍的内容以KFCS为主为主LFCS柜装KFCS 柜装小型FCS：PFCS/SFCS（RIO)FFCS-L（Vnet-IP）AFV10S,AFV10DField Control UnitDuplexed Field Control Unit(for Vn

18、et/IP,for FIO,19“导轨安装类型)现场控制站（FCS）构成：构成：现场控制单元：现场控制单元：FCU 输入输出节点单元：输入输出节点单元：Node Unit、节点卡、节点卡 输入输出模块：输入输出模块：IOM 内部总线：内部总线：ESB，ER，RIO及连接器及连接器 电源：电源：100-120VAC或或200-240VAC、备用电源、备用电源 安装：安装：KFCS机柜：前面可安装机柜：前面可安装1个个FCU和和5个节点单元，个节点单元，后面可安装后面可安装5个节点单元。其中远程节点不超过个节点单元。其中远程节点不超过8个，个，最多可连续连接最多可连续连接4段段ER总线总线机柜布置

19、现场控制单元（FCU）作用：作用：执行控制计算执行控制计算 常见型号：常见型号：AFS10S/D：导轨安装，单：导轨安装，单/双双CPU卡（卡（RIO）AFS20S/D：机柜安装，单：机柜安装，单/双双CPU卡（卡（RIO）AFS30S/D：导轨安装，单：导轨安装，单/双双CPU卡（卡（FIO）AFS40S/D：机柜安装，单：机柜安装，单/双双CPU卡（卡（FIO）PFCS/D：紧凑型，单：紧凑型，单/双双CPU卡卡现场控制单元 构成：构成：处理器卡（每个处理器卡中有两个处理器卡（每个处理器卡中有两个CPU）通信卡（通信卡（Vnet卡和内部总线卡）卡和内部总线卡）电源单元、电池单元电源单元、电

20、池单元 通常采用冗余配置通常采用冗余配置现场控制单元RDY灯：亮表示正常，故灯：亮表示正常，故障时灭。障时灭。CHK连接口：服务维护使连接口：服务维护使用。用。电源单元上有保护内存数电源单元上有保护内存数据的电池单元，电池单元上据的电池单元，电池单元上有开关，开关打到有开关，开关打到ON，电池，电池单元投用，正常操作时设在单元投用，正常操作时设在此位置；开关打到此位置；开关打到OFF，电，电池单元停用。如果系统供电池单元停用。如果系统供电单元停电超过单元停电超过72小时，为避小时，为避免电池耗尽，应设在免电池耗尽，应设在OFF位位置。置。HRDY（绿）：当自诊断硬（绿）：当自诊断硬件正常时亮，

21、否则灭。件正常时亮，否则灭。RDY（绿）：当软硬件都正（绿）：当软硬件都正常时亮，否则灭。常时亮，否则灭。CTRL（绿）：冗余的（绿）：冗余的FCU的处理器卡服务时亮，灭表示的处理器卡服务时亮，灭表示在备用状态；对于冗余的在备用状态；对于冗余的FCU，正常时右侧处理器卡服务。正常时右侧处理器卡服务。COPY（绿）：冗余的（绿）：冗余的FCU的处理器卡复制数据时亮，完的处理器卡复制数据时亮，完成复制就灭；当处理器卡被更成复制就灭；当处理器卡被更换，或是进行了离线下装后，换，或是进行了离线下装后，备用的处理器卡会进行数据的备用的处理器卡会进行数据的复制。复制。FCU的双CPU卡工作原理图Vnet接

22、口CPU1CPU2ESB接口（EB401）校正器带错误校正码的内存Vnet接口CPU1CPU2ESB接口（EB401）校正器带错误校正码的内存ESB总线Vnet右侧CPU左侧CPURDY（绿）：（绿）：ESB总线总线接口卡软硬件都正常时亮，接口卡软硬件都正常时亮，否则灭。否则灭。CTRL（绿）：（绿）：SB301卡卡处于服务状态时亮，备用处于服务状态时亮，备用时灭。时灭。RCV（绿）：当接收（绿）：当接收V网来的数据时亮，否则灭。网来的数据时亮，否则灭。SND-L（绿）：当（绿）：当FCU的左侧处理器卡向的左侧处理器卡向V网发送数据时亮，否则灭。网发送数据时亮，否则灭。SND-R（绿）：当（绿

23、）：当FCU的右侧处理器卡向的右侧处理器卡向V网发送数据时亮，否则灭。网发送数据时亮，否则灭。当通讯开关处于当通讯开关处于DSBL时，所有的灯灭。时，所有的灯灭。通讯开关：通讯开关：ENBL（上）：允许（上）：允许V网通讯，正常时处于此位置。网通讯，正常时处于此位置。DSBL（下）：禁止（下）：禁止V网通讯。网通讯。内部总线 电缆：电缆：ESB总线为多芯电缆，产品名为总线为多芯电缆，产品名为YCB301，长，长度不超过度不超过10米，通信速率：米，通信速率：128Mb/s ER总线为同轴电缆，产品名为总线为同轴电缆，产品名为YCB141（细（细缆）和缆）和YCB111（粗缆）（粗缆），长度分别

24、不超过，长度分别不超过185米和米和500米，通信速率：米，通信速率：10Mb/s内部总线 ESB总线总线 本地节点通过本地节点通过ESB总线及总线及SB401卡与卡与FCU或其或其它本地节点通讯它本地节点通讯 ER总线总线 本地节点通过本地节点通过ER总线及总线及EB401卡与远程节点卡与远程节点相连相连 远程节点通过远程节点通过ER总线及总线及EB501与本地节点和与本地节点和其它远程节点相连其它远程节点相连 T型连接头，型连接头，50欧姆端电阻欧姆端电阻节点单元（NU）种类种类 本地节点本地节点ANB10S：非冗余：非冗余ESB总线节点单元总线节点单元ANB10D：冗余：冗余ESB总线节

25、点单元总线节点单元 远程节点远程节点ANR10S：非冗余：非冗余ER总线节点单元总线节点单元ANR10D：冗余：冗余ER总线节点单元总线节点单元节点单元（NU）组成组成 插槽总数：插槽总数：12个个 电源模块：电源模块：2个个 通信模块：至少通信模块：至少2个个 如如SB401、EB401、EB501 I/O模块：最多模块：最多8个个供电电源模件总线接口模件电源接线方法 打开电源模块的保护盖打开电源模块的保护盖 将电缆拖到电源模块将电缆拖到电源模块 将电缆连接到电源端子，端子上标明将电缆连接到电源端子，端子上标明“L”和和“N”或或“+”和和“-”。接地电缆连到接。接地电缆连到接地端子。地端子

26、。连线接好后合上电源保护盖连线接好后合上电源保护盖ESB总线接口从模件不带终端的连接器 带终端的连接器ESB总线节点地址设定ESB总线主模块ESB总线从模块ER总线从模块地址设定输入输出模块（IOM）的功能 用于用于FIO的模拟的模拟IO是一个信号转换器。是一个信号转换器。它的作用是将现场的模拟信号或数字信它的作用是将现场的模拟信号或数字信号转换成提供给现场控制站的数据值，号转换成提供给现场控制站的数据值，并将内部数据值转换成这样的信号送给并将内部数据值转换成这样的信号送给现场设备现场设备 输入输出模块（IOM）的类型 用于用于LFCS的的IOM类型类型卡件的类型是由软件指定的卡件的类型是由软

27、件指定的输入输出模块（IOM）的类型 用于用于FCS的的IOM可以分为三类可以分为三类 模拟模拟IO模块：如模块：如AAI141（16 路电流输入），路电流输入），AAV141（16 路电压输入），路电压输入），AAI841（8入入8出）出）数字数字IO模块：如模块：如ADV151（32路路24VDC输输入），入），ADV859（16入入16出）出）通讯通讯IO模块：如模块：如ALR121（2通道通道RS422），），ALF111（4通道通道FF现场总线）现场总线）输入输出模块（IOM）的名称 模块命名法：模块命名法：第一位字母：第一位字母：A，固定使用，固定使用 第二位字母：第二位字母：A，

28、表示模拟信号处理模块，表示模拟信号处理模块 D，表示数字信号处理模块，表示数字信号处理模块 第三位字母：第三位字母：I，表示电流信号表示电流信号 V，表示电压信号，表示电压信号 T，表示热偶信号，表示热偶信号 R，表示热电阻信号，表示热电阻信号 P，表示脉冲信号，表示脉冲信号 B，表示混合信号，表示混合信号 第五位数字：表示信号通道数（第五位数字：表示信号通道数（3：8路，路，4：16路）路）IO模块的连接IOIO模块的连接方式模块的连接方式压线端子压线端子MILMIL连接器连接器KSKS连接器连接器IO模件跳线 AAI141IO模件跳线 AAI841端子板安装限制 IOM安装在节点单元的插槽

29、中安装在节点单元的插槽中 节点单元的槽位名节点单元的槽位名节点单元的安装限制 对于需要向变送器供电的电流输入对于需要向变送器供电的电流输入/输出模块输出模块和脉冲模块，同一个节点单元中不许超过和脉冲模块，同一个节点单元中不许超过6个，个，这些模块包括：这些模块包括：AAI135AAI836AAI141AAI841AAB841AAP135冗余卡件的安装 如果如果IO卡件是冗余的，卡件是冗余的，必须安装在一奇必须安装在一奇数开头的相邻槽位上，即数开头的相邻槽位上，即IO1和和IO2，IO3和和IO4，IO5和和IO6，IO7和和IO8上上环境温度对安装的限制 AFS40S/AFS40D和和AFG4

30、0S/AFG40D 在在环境温度为环境温度为4050时，最多可以安装时，最多可以安装9个节点单元（个节点单元（5个本地节点单元在前，个本地节点单元在前，4个远程节点在后）个远程节点在后）AFS40S/AFS40D和和AFG40S/AFG40D 在在环境温度为环境温度为040时，最多可以安装时，最多可以安装10个节点单元（个节点单元（5个本地节点单元在前，个本地节点单元在前，5个远程节点在后）个远程节点在后）环境温度对安装的限制 当远程节点在当远程节点在6070的环境下工作时，的环境下工作时，其在下列方面受到限制：其在下列方面受到限制：IO模件的数量不超过模件的数量不超过4个个EB501和和IO

31、模件之间至少要空一个插槽模件之间至少要空一个插槽IO模件和模件和IO模件之间至少要空一个插槽，模件之间至少要空一个插槽，如果如果IO模件冗余，则冗余模件和其它模件冗余，则冗余模件和其它IO模模件之间至少要空件之间至少要空2个插槽个插槽环境温度对安装的限制 继电器输出模块（继电器输出模块（ADR541）最多可以使）最多可以使用的点不超过用的点不超过8个个 电流输出模块电流输出模块(AAI841和和AAI835）的外）的外部输出电阻不超过部输出电阻不超过200环境温度对安装的限制 远程节点单元在远程节点单元在-200的环境下工作时，的环境下工作时，需要预热需要预热10分钟，也就是说，分钟，也就是说，ER总线在总线在送电后送电后10分钟之内不响应分钟之内不响应AAT141的安装要求 在安装在安装AAT141的节点单元下面不要安装的节点单元下面不要安装会产生热量的单元会产生热量的单元 不要把不要把AAT141正对风扇安装正对风扇安装 不要把不要把AAT141安装在安装在SB401和和EB501旁旁 下列模件可以安装在下列模件可以安装在AAT141旁：旁：AAT141、AAT145、AAR181、AAR145、AAV141、AAV142和和AAV542对于其它模块，必须与对于其它模块，必须与AAT141之间有空槽位之间有空槽位