艾默生DCS系统硬件介绍

第一章DCS系统软、硬件说明概述沙洲电厂一期两台600MW机组热控系统采用的是上海福克斯波罗有限公司的I/A ’s系统。

I/A ’s控制系统是FOXBORO公司于1987年在世界上第一个推出的开放型DCS工业控制系统。

I/A ’s率先突破了封闭式发展的制约，广泛的采用了国际标准，其产品符合国际标准化组织（ISO）提出的开放系统互连（OSI）参考模型。

这样的系统允许将其他制造厂家的产品纳入自己的系统，也考虑到把将来新开发的设备容纳到I/A ’s中来。

I/A ’s在硬件、软件和通讯网络的设计上均全面采用国际公认的标准：a．在软件上采用与标准的UNIX系统完全兼容的VENIX和SOLARIS操作系统。

b．I/A ’s的应用软件与硬件彼此独立，不会因硬件更新而使现有的软件失效。

c．另外与UNIX兼容的由第三方开发的软件，可以不作修改或稍作修改即可应用于I/A ’s中。

d．采用C和FORTRAN等高级编程语言，以便于软件资源的共享。

e．I/A ’s是世界上第一个全面采用IEEE802标准的工业控制系统，其结点总线一级采用的是IEEE802.3标准，在宽带和载波带局域网采用了IEEE802.4标准，现场总线采用IEEE1118标准。

1．I/A ’s系统的特点：I/A ’s系统的最大特点是系统的硬件、软件和通讯系统都广泛采用开放型标准设计，硬件品种少，可靠性高，组态灵活。

2．I/A ’s系统的网络结构：I/A ’s系统的通讯网络是建立在国际标准化组织（ISO）所设定的开放系统互连（OSI）标准基础上的。

并符合IEEE规范，是按照局域概念构造的标准网。

I/A ’s系统的通讯网络结构分为四个层次：(1)宽带局域网：符合IEEE802.4标准（MAP），总线结构，令牌传送，传输速率10Mb/s，同轴电缆15km，可下挂64个载波带。

(2)载波带局域网：符合IEEE802.4标准（MAP），总线结构，令牌传送，传输速率5Mb/s, 同轴电缆1.2km，光缆10km，可下挂64个节点总线。

爱默生新版DCS控制系统OVATION-XP旳可靠性分析和故障避免一、引言近年来，DCS在火电厂过程控制领域旳应用水平得到了迅速提高，DCS从单一功能向多功能、一体化方向发展，目前国内主力发电设备300MW级别火电机组大部分都采用了先进旳集散控制系统。

河津发电厂二期工程2×300MW机组为国产引进型燃煤火电单元机组，安装两台哈尔滨汽轮机厂生产旳300MW亚临界、一次再热、单轴、双缸(高中压缸合缸)双排汽、直接空冷凝汽式汽轮机。

锅炉型式为哈尔滨锅炉有限责任公司生产旳亚临界参数、切圆燃烧、自然循环汽包锅炉。

DCS采用了爱默生过程控制公司旳最新OVATION-XP版控制系统，极大地改善了机组运营环境，提高了热工自动化水平，便于热控设备旳维护管理，特别是在硬件系统旳开放性、接口旳灵活性、模块化旳设计、在流程画面旳汉化、控制方略旳修改、历史趋势旳记录及事故分析方面优势非常明显。

但是由于对DCS系统旳理解不够以及DCS系统自身旳特性，为了避免运营过程中或多或少浮现影响机组安全与可靠性旳故障，在这里笔者参照DCS系统一般旳故障状况，针对OVATION-XP版系统进行可靠性分析和故障避免。

二、可靠性分析及注意事项DCS系统旳可靠性是指在规定旳工作条件下和规定旳时间内，系统成功地完毕规定功能旳能力，它是对一套控制系统旳综合评价。

DCS系统旳可靠性与DCS自身旳内在质量，也与使用环境条件和运营维护水平有关，而DCS系统故障是一种固有顽症，不管是进口系统还是国产系统都或多或少会浮现，调试和维护旳工作目旳是要让这种现象发生旳至少。

引起故障旳因素多种各样，我们要分析这些因素逐个采用避免措施，如下是引起DCS系统故障旳因素旳分析及其避免措施。

(1)配备了冗余构造就目前运营旳DCS系统来看，不管是通讯网络、服务器还是现场控制器DPU，都配备了冗余构造，"虽然加大了硬件设备成本和消耗费用，权衡其利害关系，不难得出冗余措施在维持机组安全、稳定方面起到了很大旳作用，在发电公司中旳广泛应用是毋庸置疑旳。

DCS系统硬件介绍DCS（分布式控制系统）是一种用于监测和控制工业过程的系统。

它由硬件和软件组成，其中硬件主要起到连接、操作和控制各种设备和传感器的作用。

下面将详细介绍DCS系统的硬件组成。

1.控制器：控制器是DCS系统的核心组件之一、它可以是常见的PLC （可编程逻辑控制器），也可以是嵌入式计算机。

控制器负责接收和处理传感器和执行器的信号，并根据预先设定的逻辑和算法来控制和调节过程变量。

2. 通信模块：DCS系统中的通信模块用于设备之间的数据传输和通信。

通信模块通常包括各种接口和协议，如以太网、串口、Modbus等。

这些通信模块使得DCS系统能够与各种设备、传感器和执行器进行连接和通信，实现数据的采集和传输。

3.输入/输出模块：输入/输出模块用于将物理变量转换为数字信号，并将数字信号转换为物理变量。

它负责接收传感器的模拟信号，并将其转换为数字信号，然后传输给控制器进行处理。

同时，它还能将控制器产生的数字信号转换为物理信号，以控制执行器的运动。

4.人机界面：人机界面是DCS系统中与操作人员交互的界面设备。

它可以是触摸屏、显示屏或者键盘等设备。

人机界面提供了直观的操作界面，使操作人员能够通过它来监视和操作工业过程。

它可以显示过程变量、报警信息和操作界面，同时还可以接收操作人员的命令和操作。

5.服务器：DCS系统中的服务器用于存储和管理系统的数据。

服务器负责存储历史数据、报警信息和配置文件等。

它还负责数据的备份和恢复，以保证系统的可靠性和稳定性。

服务器通常还具备远程访问功能，使得操作人员可以通过互联网来访问和配置DCS系统。

6.电源供应：DCS系统中的设备和模块都需要稳定和可靠的电源供应。

电源供应可以是交流电源或直流电源，根据实际需求进行选型。

稳定的电源供应是DCS系统正常运行的基础，它能够防止系统因电力故障而导致的数据丢失和系统崩溃。

7.机架和插槽：机架和插槽是DCS系统中用于安装和固定各种模块和设备的结构件。

第三章分散控制系统的主要硬件目前，世界上生产分散控制系统的厂家众多，推出的产品琳琅满目，各具特色。

不同的系统具有不同的设计思想，其硬件上也有着很大的差别。

对于一具体的分散控制系统来说，其硬件涉及的技术甚广，构造也十分复杂。

本章限于篇幅，不可能对硬件系统的各个部分，各个细节详细地介绍，而是从过程控制设备、人机接口设备、系统通讯设备等三个方面着手，对分散控制系统的主要硬件及其结构与功能作一个扼要介绍。

第一节过程控制设备一. 过程控制设备的功能在分散控制系统中，过程控制设备是最基层(直接控制级)的自动化设备。

它接受来自现场的各种检测仪表(如各种传感器和变送器)送来的过程信号，对其进行实时的数据采集、噪音滤除、补偿运算、非线性校正、标度变换等处理，并可按要求进行累积量的计算、上下限报警以及测量值和报警值向通讯网络的传输。

同时，它也用来接受上层通讯网络传来的控制指令，并根据过程控制的组态进行控制运算，输出驱动现场执行机构的各种控制信号，实现对生产过程的数字直接控制，满足生产中连续控制、逻辑控制、顺序控制等的需要。

过程控制的设备还具有接受各种手动操作信号，实现手动操作的功能。

二. 过程控制设备的品种在传统的分散控制系统的应用中，用于过程控制级的设备有二类品种，一是分散控制系统自身的“现场控制单元”，二是可纳入分散系统中应用的其它独立产品——可编程逻辑控制器(PLC)﹑可编程调节器等。

在融入现场总线控制技术的第四代DCS系统中，智能仪表中带有智能芯片，能够实现基本的PID运算等，也分担某些基本的控制功能，随着技术的发展，智能仪表将成为过程控制设备的重要组成部分。

1．现场控制单元所谓“现场控制单元”，是指分散控制系统中与现场关系最密切，最靠近生产现场的控制装置。

不同的分散控制系统生产厂家，对自己系统中的过程控制设备取有独特的名称，使之各不一致，如基本控制器(Basic Controller)、多功能控制器(Multifunction Controller)等等。

DCS的基本结构及原理DCS（Distributed Control System，分布式控制系统）是一种利用计算机网络技术对工业生产过程实施分散控制与集中管理的自动化控制系统。

其基本结构主要由硬件部分和软件部分组成。

硬件部分包括：控制器、输入/输出模块、通信网络和人机界面等。

控制器是DCS的核心部分，负责接收和处理来自输入/输出模块的信号，并根据设定的控制策略产生相应的控制信号。

控制器通常由主控制器和备用控制器组成，以提高系统的可靠性和稳定性。

输入/输出模块用于接收和发送与工业生产过程相关的信号。

输入模块将传感器等设备感知到的实时数据转换成数字信号，并传送给控制器进行处理和决策。

输出模块则将控制器产生的控制信号传送给执行机构，实现对生产过程的控制。

通信网络用于连接各个控制器和输入/输出模块，以及人机界面等设备，构建起整个DCS系统。

通信网络可以采用以太网、现场总线等多种技术，保证数据的传输和共享。

人机界面是操作员与DCS系统进行交互和管理的接口。

它提供了直观的图形界面，显示实时数据和历史数据，并提供控制参数的设置和调整等功能。

操作员可以通过人机界面对生产过程进行监控、控制和优化。

软件部分包括：实时控制软件、数据库管理软件和应用软件等。

实时控制软件是DCS系统的核心软件，它负责实时监控和控制生产过程。

实时控制软件接收输入/输出模块传来的信号，根据预设的控制算法和控制策略，产生相应的控制信号进行调节和优化。

同时，它也负责实时监测各个设备的状态和性能，并进行诊断和报警。

数据库管理软件用于存储和管理DCS系统中涉及的各种数据，包括实时数据、历史数据、配置数据和报警记录等。

数据库管理软件可以高效地组织和检索各种数据，以满足用户的需求。

应用软件是DCS系统根据不同行业和工艺特点而自定义开发的，它根据用户的需求，提供特定的功能和工具，以实现对生产过程的优化和管理。

应用软件可以包括过程控制、安全控制、质量控制等方面的功能。

OVATION系统硬件培训手册(Solaris操作系统)Rev.1上海西屋控制系统有限公司（Aug.2005）OVATION系统 目录Ovation 系统硬件第一章 Ovation分散控制系统概述1.1 系统概述 ……………………………………………………………1-11.2 典型的Ovation系统结构 ……………………………………………1-31.3 Ovation系统诊断 ……………………………………………………1-41.4 参考手册 ……………………………………………………………1-7第二章 Ovation系统网络2.1 系统的组成 ……………………………………………………………2-12.2 网络的结构形式 …………………………………………………... 2-12.3 单网网络星形拓扑结构………………………………………………….. 2-32.4 多网网络 …………………………………………………………... 2-42.5 网络设备的功能 ……………………………………………………2-42.5.1 快速以太网的一般概念 ………………………………….. 2-42.5.2 集线器（Hub） ……………………………………………2-52.5.3 交换机（Switch） …………………………………………... 2-52.6 Ovation网络地址 ……………………………………………………. 2-62.7 网络中的数据流 ……………………………………………………. 2-7第三章 Ovation控制器3.1 控制器 …………………………………………………………3-108/16/05 1目录 OVATION系统3.2 控制器硬件的组成 ………………………………………………… 3-23.1.1 控制器的面板指示 …………………………………………. 3-33.1.2 控制器的标准功能 ………………………………………… 3-43.1.3 控制器的数据流程 …………………………………………. 3-53.1.4 控制器的故障切换 …………………………………………. 3-6 3.2 控制器的供电系统 ……………………………………………………3-63.2.1 供电系统 ……………………………………………………3-63.2.2 电源分配板（PDM） …………………………………………. 3-83.2.3 控制器的接地系统 ……………………………………………3-93.2.4 系统上电注意事项 ……………………………………………3-10 3.3 I/O子系统 ………………………………………………………….. 3-153.3.1 I/O子系统的结构形式 ……………………….……………….. 3-153.3.2 I/O基座结构 ……………………………………………………3-183.3.3 模块的分类及安装 …………………………………………. 3-193.3.3.1 模块的构成 …………………………………3-193.3.3.2 模件的安装 …………………………………3-193.3.3.3 模件的面板指示 …………………………3-193.3.4 机柜类型及卡件安装 ……………………………..…………. 3-203.3.4.1 控制器机柜 …………………………………3-203.3.4.2 控制机柜的命名 …………………………3-213.3.4.3 各机柜间的连接 …………………………3-213.3.5 I/O通讯方式 ……………………………………………………3-223.3.5.1 本地I/O连接方式 …………………………3-223.3.5.2 远程I/O子系统 …………………………3-24第四章 常用I/O卡件介绍4.1 模拟量输入卡(13位) ……………………………………………………4-1 4.2 模拟量输入卡(14位) ……………………………………………………4-6 4.3 高速模拟量输入及热电偶卡 ……………………………………………4-1308/16/05 2OVATION系统 目录4.4 模拟量输出卡 ………………………………………………………………4-294.5 混合型触点输入卡 ………………………………………………………4-324.6 触点输入卡 ………………………………………………………………4-364.7 触点输出卡 ………………………………………………………………4-404.8 4通道热电阻RTD输入卡 ………………………………………………4-464.9 8通道热电阻RTD输入卡 ………………………………………………4-564.10 HART模拟量输入卡 ………………………………………………………4-604.11 HART模拟量输出卡 ………………………………………………………4-644.12 紧凑型顺序事件输入卡(SOE) ………………………………………………4-684.13 链接控制卡(Link Control Card) ………………………………………4-734.14脉冲计数卡 …………………………………………………………………4-754.15阀位卡 …………………………………………………………………4-824.16测速卡 …………………………………………………………………4-854.17回路接口卡 …………………………………………………………………4-87第五章 工作站5.1 工作站类型及硬件组成 ………………………………………………. 5-25.1.1 工作站的类型 ……………………………………………………….. 5-25.1.2 工作站的硬件组成 ……………………………………………….. 5-35.2 操作员站 ……………………………………………………………….. 5-35.2.1 操作员站的特点 …………………………………………….. 5-45.2.2 操作员站的功能 …………………………………………….. 5-45.3 ENG工程师站 ………………………………………………………………. 5-105.3.1 工程师站的特点 …………………………………………….. 5-105.3.2 工程师站的功能 …………………………………………….. 5-115.4 HSR 历史站 ………………………………………………………………5-135.4.1 历史站的特点 ………………………………………………………5-1308/16/05 3目录 OVATION系统5.4.2 历史站的功能 ……………………………………………………5-15 5.5 Ovation(LOG)记录服务器 ……………………………………………5-175.5.1 LOG服务器特点 ……………………………………………5-175.5.2 基本LOG服务器软件包 ……………………………………5-17 5.6 打印机 ………………………………………………………………5-1908/16/05 4OVATION系统系统概述第一章 OVATION 分散控制系统概述1.1 系统概述Ovation系统是集过程控制及企业管理信息技术为一体的融合了当今世界最先进的计算机与通讯技术于一身的典范。

DCS系统结构及各部分功能简介一、仪表与控制系统概述1、控制过程的性质控制过程的性质可被分成两大类，一类是连续调节性质的（一般称之为过程控制，或流程控制），另一类是状态控制性质的（一般称之为程序控制，或逻辑控制）。

调节是控制的一种。

调节特指通过反馈的方法对连续变化的对象进行连续的控制，如通过调节燃气阀门的大小以控制燃烧火焰的大小，从而达到控制加热器温度，使其保持在预定温度范围内的目的。

在这里温度是一个连续变化的量，对温度的调节也是连续进行的。

调节的过程并没有明显的起点和终点，而只有对目标值的允许偏差以及进行测量和控制的周期。

刚才所说的允许偏差和测量控制周期是连续过程调节的两个最基本的要素，除了这两大要素外，连续过程调节最重要的要素是调节算法，如经典的PID调节、现代的模糊控制等。

所有这些要素都极大地影响着调节的效果和质量。

控制所包含的范围更广，除了上述对连续变化的对象进行调节外，还包括了对非连续对象、非连续过程的控制等。

非连续控制一般指某种装置的状态或位置，对其进行控制实际上就是按照一定的方式改变其状态或位置，如某个电力开关的合闸或分闸。

而非连续过程则由一组非连续对象按照工序的要求组合在一起，以完成一个比较复杂的动作或任务，这样的过程有很明显的起点和终点，控制过程和动作过程是完全对应的。

对非连续过程的控制是一种顺序控制或程序控制，是根据各个被控对象的动作时间、动作顺序和逻辑关系进行的控制。

刚才所说的动作时间、动作顺序和逻辑关系是对非连续过程实行控制的要素。

在实际的生产过程中，更多遇到的，是连续控制（或调节）和非连续控制的混合型控制，即对各种不同工况的过程控制。

因为生产的复杂性，同样的生产装置也会有不同的生产工况或生产阶段，生产工况的切换是根据操作人员的指令或根据某种状态进行的，而平稳工况的控制则是一种连续控制。

在一些生产过程中，除广泛使用反馈控制方法外，还经常使用前馈控制方法。

前馈控制根据生产设备的运行参数计算控制量，并依据控制量对现场实施控制。

浅析Ovation DCS系统及网络结构摘要：Ovation系统采用了目前广泛认可的硬件、软件、网络和通讯接口，取代了过时的、有专利的DCS结构。

采用开放性网络、SUN工作站和Intel奔腾处理机这些普遍认可且熟悉的硬件，从而简化了Ovation系统的整个组态和执行过程。

目前正逐渐成为大型火电厂新建机组的主流控制系统。

关键词：Ovation；分散控制系统；组态；Intel1 系统概述1.1 系统发展背景分散型控制系统(Distributed Control Systems,简称DCS)是由以微处理机为基础, 以危险分散控制,操作和管理集中为特性,集先进的计算机技术、通讯技术、CRT技术和控制技术即4C技术于一体的新型控制系统。

随着现代计算机和通讯网络技术的高速发展, DCS正向着多元化、网络化、开放化、集成管理方向发展, 不同型号的DCS可以互连, 进行数据交换,并可通过以太网将DCS系统和工厂管理网相连, 实现实时数据上网, 成为过程工业自动控制的主流。

目前, 艾默生过程控制公司生产的Ovation控制系统在大型火电厂控制系统中的应用非常广泛。

Ovation系统是集过程控制及企业管理信息技术为一体的融合了当今世界最先进的计算机与通讯技术于一身的典范。

其采用了高速度、高可靠性、高开放性的通讯网络, 具有多任务、多数据采集及潜在的控制能力。

Ovation系统利用当前最新的分布式、全局型的相关数据库完成对系统的组态。

全局分布式数据库将功能分散到多个可并行运行的独立站点,而非集中到一个中央处理器上,不因其他事件的干扰而影响系统性能。

1.2 系统特点高速、高容量的网络主干采用商业化的硬件。

基于开放式工业标准, 系统能将第三方的产品很容易地集成在一起。

分布式全局数据库将功能分散到多个独立站点,而不是集中在一个中央处理器中。

1.2.1 网络特点Ovation站点直接和高速公路通讯, 以便发送和接收实时数据和控制命令。