PDF《友力 2000 第四代产品--现场总线型 DCS》

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1 - 友力

2000 第四代产品--现场总线型 DCS ―― UN2000 FCS

一、系统概述 北京航天测控公司研制的国产化友力

2000 DCS 集散控制系统,已有近

20 年的历史,该系统采 用国际工业标准,开放式、模块化设计,可靠、实用、先进,在军用、民用控制领域已成功应用

300 多例,处于国内领先水平,为用户创造了巨大的经济效益.尤其适用于石油、化工、电力、冶金、 建材、轻工、纺织和食品等行业的过程控制. 现在已推出友力

2000 DCS-4 集散控制系统,并开发出小型控制系统(?CS)、现场总线控制系统 (FCS)、基于 VXI 总线的 ViCS 快速闭环控制系统和基于 PXI 总线的小型化测控系统,形成了以 友力2000 为品牌的系列产品. 友力

2000 集散控制系统(UN-2000 FCS)是由控制站、操作站、现场接口站、高速通信网、网 关以及应用软件组成的分布式计算机控制系统.它具有模块化、开放式的结构,通过现场接口站可 连接各种 PLC 和各种智能仪表;

通过网关可与上层管理网连接,共同完成过程控制和管理的任务. 友力

2000 集散控制系统表现有如下几个特点: 实用: z 采用模块化、层次化的体系结构,I/O 模件、监控站、操作站均可积木式的组成系统,增强了系 统可维护性 z 系统配置灵活,系统根据工程需要由 1~32 个站组成 z 产品系列化、标准化,批量生产,备品、备件丰富,降低企业维护成本 z 控制站采用双冗余 CAN 总线,冗余方式灵活,具有在线故障诊断、故障自动隔离和无扰动切换 的功能,彻底实现 I/O 模件带电插拔 z 开放性强,可与大部分厂家 DCS、PLC 等控制系统互通互连 z 控制站在断电状态下永久保存控制组态数据不丢失 可靠: z 做为中国第一套实用国产化集散控制系统,经过近二十年的发展完善及石化、电力等行业关键 装置的考验,证明了 UN2000 集散控制系统是一个成熟、可靠,值得用户信赖的产品 z 最小的平均无故障时间(MTBF)为20000 小时,平均故障修复时间(MTTR)为1小时, 每年整个 系统的累计故障修复时间不超过

2 个小时 z 硬件板卡关键元器件多选用军用级芯片,增强了硬件的可靠性和抗干扰能力 z 操作站软件采用 WIN2000/XP 操作平台,各操作站相互冗余,保证了集中管理的高度可靠性 先进: z 双重化 CPU 采用航天特有的无扰动切换技术,切换时间小于

1 毫秒,对现场控制无任何影响 航天测控 http://www.casic-amc.com -

2 - z 支持用户开发各种专家系统,并结合多年在各行业工程经验开发预估、优化等先进控制软件包, 提高装置产能为用户创造直接效益 z 采用高速双冗余以太网,确保控制站与操作站之间快速、准确的实时数据 z 提供 OPC 服务器,便于同高层管理网相连,形成工厂信息一体化系统 图

1、系统体系结构图

1、主控制器 示意图如图 2: 冗余控制模块,Intel PMMX CPU;

双重化工业以太网通信模块, 通信速率为 10Mbps;

主从切换控制器;

冗余系统电源;

I/O 机箱;

2000*800*800 控制机柜(单位:mm) .

2、CAN 总线智能 I/O 模块 示意图如图 3: AI 模块,16bit,31ch,光电隔离;

AO 模块,12bit,8ch,通道隔离, RMAX 不小于 750Ω;

DI 模块,32ch,24VDC, 光电隔离,继电器隔离;

DO 模块,32ch,继电器输出;

PI 模块,16bit,12ch,通道隔离.

3、操作站 主机采用 IPC,P4/2.8G/256M/40G 以上配置,10/100 自适应网卡;

显示器分辨率为 1280*1024,21″;

148 键专用键盘;

平面操作台;

操作站具有工程师站功能. 图2图3航天测控 http://www.casic-amc.com -

3 - UN-2000FCS 控制功能强大,可完成多种控制,具有丰富的补偿算法,满足不同控制方案需要. 控制周期 0.

5、

1、2 秒可选. 对于模拟量输入信号,每个输入对应一个信号调理模块,分散度高、不同类型的调理模块可混 合使用.模拟隔离,抗干扰能力强,持续隔离电压 750VAC,抗冲击隔离电压 1000VAC.共模抑制比 >

85db,串模抑制比≥60db.信号调理模块可热插拔. 智能 I/O 模块完成输入处理、输出处理、报警检验和自诊断.冗余配置的 I/O 模块的切换不依赖 主控制器,切换

0 延迟.

二、系统功能 UN-2000 FCS 系统由操作站、控制站、高速实时局域网、系统软件和应用软件所组成.各部分 功能及配置如下. 站类型 操作站 控制站 功能 数据处理、显示、记录、报警、操作和维护等 数据采集与过程控制 硬件配置: 软硬件配置: 操作台 机柜 主机 PIV/2.8/256M/40G 以上 双冗余的机柜电源 21″彩色显示器 双冗余 CPU 主板:P586 专用薄膜操作键盘 双实时以太网通信卡 报表打印机 双RS-232 串行通信口 软件基本配置: 主从控制适配器卡 基本操作系统软件 可冗余配置的 CAN 总线 AI 板 专用键盘处理软件 可冗余配置的 CAN 总线 AO 板 实时多任务软件 可冗余配置的 CAN 总线 DI 板 通讯管理软件 可冗余配置的 CAN 总线 DO 板 画面显示操作管理软件 可冗余配置的 CAN 总线 PI 板 数据管理软件 模块式信号调理器 报表管理软件 连接现场信号线的端子板 系统管理软件 实时多任务软件 配置 定时管理软件 实时控制软件包 UN-2000 FCS 每一个控制站 I/O 点容量如下: z 模拟量输入(AI) :

372 z 开关量输入(SI) :

384 z 脉冲量输入(PI) :

144 z 模拟量输出(AO) :

96 z 开关量输出(SO) :

384 1 套UN-2000FCS 的最大规模(控制站、操作站、网关、通信接口站的总和)为32 个站.

1、控制站 配置与硬件结构 两台过程控制器互为冗余 (主从结构) , 通过主从控制器经双冗余 CAN 总线连接到 I/O 扩 展机箱.一个控制器可控制

4 个I/O 机箱.每个 I/O 机箱可插入

12 块I/O 摸板. 航天测控 http://www.casic-amc.com -

4 - I/O 模块均为智能模板, 通过双冗余的 CAN 总线与主从控制器相连, 实现可靠的 I/O 数据 交换. 输入冗余的模板可随意放置在 I/O 插槽中;

输出冗余的模板可放置在任意相邻的一对 I/O 插槽中. I/O 模板级故障诊断、故障自动隔离;

可带电插拔;

设有隔离措施,I/O 模板与总线光电 隔离,防止干扰串到主控板;

完成信号采集、预处理任务、诊断,减轻了控制器的负担. 采用双冗余工业以太网.控制站内部 CAN 总线通信速率为 1Mbps. I/O 模块切换

0 延迟,切换动作与控制器无关. 控制站平均无故障时间(MTBF)可达

80000 小时以上,平均故障诊断维护时间(MTTR) 小于

30 分钟. 以上指标采用我国军工电子设备可靠性标准进行设计与计算. 控制站算法模块 z 控制算法 标准 PID P、D 先行 PID 变增益 PID 可变增益 P、D 先行 PID 积分分离 PID 混合 PI 控制 批量开关 PID 时间比例控制 两位、三位开关控制 批量控制器 z 动态补偿算法 微分 一阶滞后 一阶超前 超前/滞后 延迟 Smith 补偿 z 数据处理与转换 限速 移动平均 区间移动平均 折线函数 浮点数转整型数 逻辑运算 算术运算 z 数据设定、报警、程序设定等 报警器 比率设定器 数据设定器 程序设定器 批量数据设定器 双批量数据设定器 选择器:三选

一、高选、 低选、中选 双信号选择器 三点三回路切换 七位置选择 常数选择 两位、三位开关控制 z 特殊补偿与计算 气体压力补偿 气体温度补偿 气体温度压力补偿 饱和水蒸气压力补偿 过热水蒸气温度压力补偿 饱和水蒸气密度计算 过热水蒸气密度计算 热水密度补偿 z 特殊控制算法 离心式压缩机反喘振控制 精确控制逻辑输出 z 表达式解析器 逻辑运算表达式解析器 数学运算表达式解析器 航天测控 http://www.casic-amc.com -

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2、操作站 2.1 操作站软件与画面类型 UN-2000 FCS 操作站(图4)采用 WINDOWS 2000/XP 操作系统,图形用户界 面(GUI)方式,无需操作员输入任何命令, 只需要按画面图示用键盘或鼠标的简单操 作.画面数量仅受操作站外存限制.主要操 作画面类型如下: z 主菜单画面 z 控制画面 z 调整画面 z 趋势画面 z 流程画面 z 操作记录画面 z 系统状态画面 z 系统报警画面 z 工艺报警画面 z 报表打印画面 z 系统维护画面 z 工位一览画面 z 综观画面 z 统计报表画面 操作站具备工程师站的功能,主机的主要配置为:P4/2.8G/256M/40G 以上配置, 10/100/1000Mbps 自适应网卡,21″显示器(分辨率 1280*1024) . 专用操作键盘 z 专用功能键;

z

148 个用户自定义功能键(带报警灯,用户可定义) ;

z A-Z、0-9 ASCII 码键;

z 通用-专用键盘开关. 主菜单画面 通过主菜单画面可进入各子画面中(图5) . 控制画面 每页控制画面可以显示

8 个模拟仪表. 每一个模拟仪表可以显示:工位名、工位说明、工程单位、 测量值、累积值、设定值、输出值、工程量的上下限,以及测 量值、设定值和输出值的柱状图,有报警时显示报警状态. 从该画面可以切换到:流程画面、调整画面、趋势画面、 和工艺报警一览画面中(图6) . 调整画面 调整画面是对某一具体模拟仪表的详细描述. 在该画面中 可以修改与该模拟仪表相关联的组态参数和实时数据, 同时通 过其历史趋势图观察该模拟仪表相关的历史数据情况. 从该画面可以切换到:流程画面、控制画面、趋势画面和 工艺报警一览画面中. (图7) 图4图5图6图7航天测控 http://www.casic-amc.com -

6 - 趋势画面 趋势画面是用来显示、 观察、 比较所定义的 1~8 条历史数 据. 历史曲线分为: 实时曲线、 秒级历史曲线、 分级历史曲线、 时级历史曲线.时标用来观察具体某一时刻的数值. 从该画面可以切换到:流程画面、控制画面、调整画面 和工艺报警一览画面中(图8) . 流程画面 流程画面是用来显示系统所控制对象的工艺流程. 用图形的方式并配以实时动态数据和图 形表示系统工艺状态.在画面中可通过鼠标弹出某个模拟仪表来进行操作(如修改 SV,MV, 手/自动状态等等) .该模拟仪表显示在屏幕的右下角的位置.当鼠标光标放置在模拟仪表的仪 表名区域时,单击右键取消模拟仪表的显示,单击左键则进入 该仪表所在的调整画面中. 系统状态 系统状态一览画面用来显示冗余网络、操作站网络数据接 收、 控制站主机以及 I/O 模块的工作状态, 实时刷新数据 (图9) . 报警分类 UN-2000 FCS 报警功能分为系统报警和过程报警两类,系 统报警对整个 DCS 中软硬件部分故障状态进行报警,而过程报警则对整个 DCS 过程监测控 制回路某指定具有报警设定的参数进行报警. 出现报警后,系统对该报警进行记录,并通过专用键盘上相关该报警的指示灯指示以及声 音提示. 系统报警 UN-2000 FCS 系统采用了多方面的容错设计,特别是现场 过程站,各部件均可 1:1 冗余热备份,操作站各站是松耦合状态 的冗余备份工作状态.系统具有完备的故障诊断报警以及降级、 恢复等完备处理功........