《基于DCS的硫回收系统设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于DCS的硫回收系统设计.doc（56页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、基于DCS的硫回收系统设计摘要 20世纪70年代中期，大规模集成电路取得实破性的发展，8位微处理器普及，使自动化仪表工业发生巨大的变化，其中原来正处在十字路口的集中式计算机控制系统，很快吸收了微处理器技术，期间又经过几十年的发展最终诞生了DCS集散控制系统。本文在此介绍了dcs在各个历史阶段的发展历程，尤其是它在化工行业的应用和发展。此外本文主要讲述了I/A Series自动控制系统，文中详细介绍了I/A Series系统的特点、网络结构以及他的软件、硬件，以及应该怎样根据工艺设计系统。硫回收克劳斯硫回收发展已有一百多年的历史，到现在已是非常成熟的生产工艺，本文根据硫回收的工艺要求设计了cla
2、us硫回收系统，对整个系统的设计保证了硫回收的连续性、稳定性和高效性，在经济及社会效益方面均取得了良好效果。关键词：DCS、I/A Series系统、克劳斯硫回收、自动控制ABSTRACTThe 20th century 70s intermediate stages, the large scale integrated circuit obtains solid broken the development The position microprocessor is popular, causes the Process Automation Instrumentation indust
3、ry to have the huge change, in which is occupying originally the intersection central computer control system, has absorbed the microprocessor technology very quickly, the period passed through several dozens years development finally to be born the DCS collection and distribution control system Thi
4、s article introduced the dcs in the history in various stages of the development process, especially its application in the chemical industry and development. Moreover this article focuses on the I / A Series automation systems, the article detailed the I / A Series system features, network architec
5、ture, and his software, hardware, as well as how to design systems based on technology. Claus sulfur recovery sulfur recovery has been the development of more than one hundred years of history, and now has a very mature production technology, this article in accordance with the requirements of sulfu
6、r recovery technology designed claus sulfur recovery system, the design of the entire system to ensure the continuous recovery of sulfur , stability and efficiency in the economic and social benefits were achieved good results. KEY WORDS: DCS, I / A Series system, Claus sulfur recovery, automatic co
7、ntrol目 录前 言1第一章 概 述21.1、DCS概述21.2、国内外DCS的发展现状31.3、设计方案51.4、本章小结5第二章 硫回收发展概况和研究意义62.1、克劳斯硫回收发展概况62.2、工艺简介72.3、工艺流程72.4、系统控制回路9第三章 硬件选型与设计103.1 I/A Series 智能自动化系列是开放式的DCS 系统103.2 I/A Series 智能自动化系列的特点123.3 I/A Series 的网络结构133.4 I/A Series 的硬件19第四章 软件设计294.1 组合模块（Compound）和模块（Block）的概念294.2 组合模块（Compou
8、nd）和模块（Block）的功能294.3模拟量检测回路304.4 ICC 组态器的使用364.4.1控制组态程序可编辑的工作区域364.4.2 进入CIO控制组态的操作步骤374.5 FOXDRAW介绍384.6 信号的显示与逻辑编程42结 论45谢 辞46参考文献47外文资料翻译49前 言在石油、天然气和煤气化加工过程中，不可避免会产生大量的H2S剧毒有害气体。一般采取燃烧放空，这样产生大量SO2气体，容易形成酸雨，严重污染环境。为了做到清洁生产和保护大气环境，必须对工艺过程气和排放尾气进行净化处理。随着世界各国对环保的要求，对于化工尾气中SO2排放标准控制越来越严格。那么对于H2S气体的
9、处理就成为人们面前的一个非常重要的课题。H2S气体回收单质硫成为化工发展的方向。现在工业上普遍采用先进的克劳斯过程处理含有H2S的酸性气体，生产硫磺，是一种很好的工艺路线。不但有显箸的环保效益，还有一定的经济效益。但是选择控制系统是最关键的，DCS自1975年问世以来，经过几代的技术变迁，现已成为石和化学等工业生产过程控制的主要手段。由于DCS是在集中式计算机控制系统的基础上发展起来的，它是集计算机技术、通讯技术、控制技术为一体，对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制，它与常规仪表控制、与机直接控制相比，具有许多独特的优越性。由于它采用控制分散、危险分散、多层分散和合作自治的结构形式，所
10、以dcs系统是一个不错的选择。根据设计要求的任务，在本次设计中主要通过对硫回收工艺的分析，选择相应的现场总线以及软件硬件，以求在能很好的保证控制效果外能实现更经济。使我对四年来所学的知识更进一步的巩固和加强，并从中获得一些较为实际的工作经验。由于在设计中查阅了大量的相关资料，所以开始逐步掌握了查阅，运用资料的能力，又可以总结四年来所学的相关知识，为我们日后的工作打下了坚实的基础。第一章 概 述1.1、DCS概述20世纪70年代中期，大规模集成电路取得实破性的发展，8位微处理器普及，使自动化仪表工业发生巨大的变化，其中原来正处在十字路口的集中式计算机控制系统，很快吸收了微处理器技术，诞生了微机集
11、散系统，全称为微处理器的总体分散型控制系统(Total Distributed Control System with p)，在1975年首先由美国Honeywell公司发表了TDC2000总体分散型控制系统，其特征是完成8个回路控制的基本控制器(BC)可以分散的设置，通过数据高速公路(DHW)的数据总线把多台BC与CRT(阴极射线管)操作站连接在一起，形成各节点都有计算机的分布式计算机控制系统，与其同时，美国、日本、英国、法国、加拿大等国都开发出相应的产品，相继应用在以模拟量回路控制为主的系统中，应用行业遍及石油、化工、冶金、电力、轻工，建材、公用工程等各行业，这类产品统称DCS( Dist
12、ributed Control System)。70年代，炼油和石油化工这些以石油原油和天燃气为原料的流程工业发展非常迅猛，如我国那个时期就引进了多套年产30万吨乙烯为首的整套装置，其它还有大型化肥、化纤、塑料合成橡胶等装置，所以DCS在市场细分中以满足石油化工等流程工业为主，这是市场的需要。在这些行业中，温度、压力、流量、液位的检测和控制占了绝大部分，所以这些模拟量的数据采集和控制成为DCS的首先应满足的功能，而DCS的前身(集中计算机控制系统)，已有了成熟的DDC(直接数字控制)技术；此外石化工业中，在塔、釜、罐等大型工艺设备运转中，少不了各种机电设备如风机、泵类及各种阀门的开关量的检测和
13、控制，所以开关量的顺序控制也是很重要的，这是DCS应满足的第二个功能；在石化工业中，反应罐等设备是间歇式工作的，即一批原料投入，经过反应，形成产品，产出后，经过间歇，再投第二批原料，这种批量控制是石化行业中不少产品的生产装置的控制形式，这要求开关量、模拟量结合进行控制，现在也有称它为混合控制系统(Hybrid Control System)。当然，除此三项控制功能外，还有人机界面友好、安全可靠、易于安装、容易使用、便于维护、便于扩展和升级换代等要求。另外在石油化工大型装置和中、小型装置要求对应DCS产品又有所细分，所以产生了大型DCS和中小型DCS产品，而且各DCS厂家在应用实绩方面也产生了细
14、分市场，如有些厂家的DCS产品用于锅炉控制能力更强，有些厂家的DCS用于海上采油平台业绩更多等等。目前，世界上有数十家DCS厂家，据美国ARC(Automation Research Corporation)1996年统计，下述排名前10家公司占到80%以上的市场份额：Honeywell(21.6%)、Elsag Bailay(12.6%，包括H&B公司)、ABB(9.7%)、Yokogawa(9.6%)、Foxboro-Eckardt(9.3%)、Fisher-Rosemount(6.0%) Yamatake Honeywell(4.6%)、Siemens(4.0%)、Cegelec/AEG
15、 Automatic System(ATT)(3.2%)、Westinghouse(3.1%)。在亚洲(日本以外)的市场份额为：Honeywell(27.4%)、Yokogawa(12.6%) 、Foxboro-Eckardt(1.4%)、ABB(8.1%)、Elsag Bailay(6.4%)、Cegelec/ATT(5.5%)、Fisher-Rosemount(4.8%)、Yamatak Honeywell(4.2%)、其它公司19.6%。ARC对1996-2004年的DCS市场分析指出：亚洲DCS市场增长较快，1996年DCS整个世界市场为70.08亿美元，2000年为96.37亿美元，
16、其中亚洲市场分别为11.388亿美元和20.67亿美元，即由亚洲占世界份额由16.25%增至21.45%，或称亚洲2000年比1996年DCS市场增长了82%，即每年增长20%。其中小型DCS(10万美元，30回路以下)增长最快，其次为中型DCS(50万美元，150回路以下)，具体见附表，事实表明，21世纪开放几年亚洲形势更好。1.2、国内外DCS的发展现状DCS自1975年问世以来，经过几代的技术变迁，现已成为石和化学等工业生产过程控制的主要手段。由于DCS是在集中式计算机控制系统的基础上发展起来的，它是集计算机技术、通讯技术、控制技术为一体，对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制，它
17、与常规仪表控制、与机直接控制相比，具有许多独特的优越性。由于它采用控制分散、危险分散、多层分散和合作自治的结构形式。70年代初，美国、日本和欧洲等各国开始研制集散型控制系统。1975年美国、日本先后研制成TDC2000、TOSDIC、CENTUM、UNITROLS、MICREX等系统。按技术特征其发展可划分为三个阶段：a. 70年代末期-初创期比较著名的有美国Honeywell公司的TDC2000；Foxboro公司的Spectrum、Bailey公司的NetWork-90；日本YOKOGAWA公司的Centum；TOSHIBA公司的TOSDIC；德国Siemens公司的Teleperm M；
18、Hartman&Braum公司的CONTRONIC P等。这一时期的产品，在技术上有明显的局限性，微处理器多采用8位CPU。 b. 80年代初中期-发展期80年代随着微处理器运算能力的增强，超大规模集成电路集成度的提高和成本的不断下降，过程控制的发展出现新的面貌，使过去难以想象的功能付诸实现。集散控制系统的第二代产品在原来的基础上，可靠性进一步提高，功能进一步扩展，出现了多功能过程控制站、增强型操作站、增加了光纤通讯技术。代表产品有美国Honeywell公司的TDC3000；Leads&Northrup公司的MAX1；TAYLOR公司的MOD300；Westing House公司的WDPF；日
19、本YOKOGAWA公司的Centum A、B、C等。这一代产品的特点是采用16位CPU，标准化和模块化设计，扩充灵活，功能完善，用户界面友好。 c. 80年代末期成熟期集散控制系统第三代产品，把过程控制、监督控制、管理调度有机地结合起来，加强了断续控制功能，采用专家系统、MAP通信标准。其代表产品有美国Honeywell公司的TDC-3000/LCN；Foxboro公司的I/A Series；Bailey公司的INFI-90；WestingHouse公司的WDPF；日本YOKOGAWA公司的CentumXL等。这一代产品的特点是采用32位CPU和专用集成电路，使控制功能更强、体积更小、可靠性更
20、高，其通信系统实现了开放式通信。我国石油和化工系统自1981年在吉化公司化肥厂首次使用DCS控制化肥生产以来，DCS应用不断扩大，截止到2000年12月，我国工业企业总共使用了3699套DCS。石油和化工系统是工业部门使用DCS最大的用户，共使用了2099套DCS，占工业部门DCS总使用量的56.76；其中化工系统占工业部门使用DCS总数的37.24，共使用了DCS 1378套；石油化工系统占工业部门使用DCS总数的16.06；冶金系统占18.9；电力系统占13.87。目前DCS应用已渗透到化肥、石油化工、乙烯、炼油、氯碱、有机化工、碳黑等各个化工行业。化肥、石油化工等大型化工企业基本已用DC
21、S分散控制系统控制生产过程；化肥、氯碱等中型化工企业70已用DCS控制生产过程；近年小型化工企业已有不少企业使用了国产DCS控制生产。在DCS应用中，80年代石油和化工系统所使用的DCS基本上是替代常规仪表对生产过程进行控制和监控的作用。近些年不少企业已经开始通过DCS对生产过程实现多变量控制、优化控制和企业部分管理。据最近收集到的资料分析统计，有45.34企业使用DCS只起替代常规仪表的作用；有38.6的企业把DCS用于优化控制；有13.6的企业把DCS用于企业部分管理，用于其它占27。1.3、设计方案本论文的主要研究工作体现在:1、研究了硫回收的工艺以及他的最佳方案。2、分析并探讨了基于d
22、cs的对硫回收的设计。本文共分四章，内容安排如下:第一章，概述；第二章，硫回收发展概况和研究意义：主要介绍了硫回收的发展概况以及对硫回收的工艺进行描述:第三章，硬件选型与设计，主要对I/A Series系统进行介绍以及对他的特点，网络结构，硬件进行具体描述；第四章，软件设计：主要对组合模块和模块的概念和功能进行介绍，又介绍了ICC组态器以及怎样做一个系统。1.4、本章小结集散型控制系统(DCS)的实质是利用计算机技术对生产过程进行集中监视、操作、管理和现场前端分散控制相统一的新型控制技术。它的出现是工业控制的一个里程碑。工业过程控制的发展逐步从单机监控、直接数字控制发展到集散控制。 集散型控制
23、系统的发展方向是基本调节器向少回路或单回路方向发展；基本调节器除了PID和其他算法外，还将逐步采用更为有效的新的算法，使之具有新的功能（如增益自适应功能）；采用光导纤维代替高速数据通道，并统一通讯规程；力求灵活地运用现代控制理论，以得到更为通用的控制算法。第二章 硫回收发展概况和研究意义在石油、天然气和煤气化加工过程中，不可避免会产生大量的H2S剧毒有害气体。一般采取燃烧放空，这样产生大量SO2气体，容易形成酸雨，严重污染环境。为了做到清洁生产和保护大气环境，必须对工艺过程气和排放尾气进行净化处理。随着世界各国对环保的要求，对于化工尾气中SO2排放标准控制越来越严格。那么对于H2S气体的处理就
24、成为人们面前的一个非常重要的课题。H2S气体回收单质硫成为化工发展的方向。现在工业上普遍采用先进的克劳斯过程处理含有H2S的酸性气体，生产硫磺，是一种很好的工艺路线。不但有显箸的环保效益，还有一定的经济效益。2.1、克劳斯硫回收发展概况克劳斯硫回收发展已有一百多年的历史，到现在已是非常成熟的生产工艺。在国外已建成投产的有年产十万吨硫磺装置，硫回收率可达99%以上。具有十分可观的经济效益和环保效益。我国虽然发展时间短，但发展速度很快。现在国内已有几十套硫回收装置，大部分分布在石油、石化系统。且已投产，回收率95%左右不等。少部分在煤化工和其它精细化工等装置。其中以煤化工为代表有渭河化肥厂、哈尔滨
25、气化厂、云南解放军化肥厂、义马气化厂等。到现在为止只有渭河化肥厂投产并运行，其它装置由于种种原因仍在停产装态。克劳斯硫回收反应原理克劳斯反应机理如下；2H2S+3O2=2 SO2+2H2O-Q （1）2H2S+SO2=（3/x ）S x+2H2O-Q （2）反应（1）、（2）在高温燃烧炉中进行。CS2+H2O=COS+H2O+Q （3）COS+H2O=H2S+CO2+Q （4）反应（3）、（4）在低温催化反应区进行。在燃烧炉内，H2S氧化为元素硫的高温燃烧反应分两步进行，其中1/3的H2S参与反应（1）所示的第一步反应，与化学计量的空气在9001300之间进行燃烧，经过自由火焰部分氧化后H2S
26、被转化成SO2和H2O，剩余2/3的H2S再与SO2进行反应（2）所示的第二步反应生成硫和水。在高温热反应条件下，元素硫其本上以S1和S2形态存在。燃烧后的含硫气体混合物进入废热锅炉冷却到350左右，从废热锅炉出来的混合气进入一级冷凝器，冷却到150160，产生的液态硫以S8和S6形态从一级捕集器底部进入液态硫储罐。再热后的工艺气则进入二至三个绝热反应器进行低温催化反应。工业实践证明，在燃烧炉能达到的高温（800以上）下，一般炉内H2S转化率可以达60%75%，若采用二级克劳斯工艺装置总硫转化率约为92%95%，三级克劳斯工艺则最高可以达到98%的水平。2.2、工艺简介 克劳斯硫回收发展至今，
27、大致分两类，即分流法和直流法。下面就介绍这两面种方法。1、分流法克劳斯工艺发展初期，大部分工艺都采用分流法，分流法工艺特点：三分之一酸性气进入燃烧炉燃烧生成SO2，与三分之二H2S气体混合后进入转化器。此工艺容易控制H2S与SO2之比。但也有一定局限性，H2S气体中烃类和不饱和烃类含量高，在转化器中容易发生析碳，造成系统压差大，产生黑硫磺。分流法对原料气要求比较苛刻。一般适合于在煤化工、精细化工装置的克劳斯硫回收。如渭河化肥厂、义马气化厂、云南解放军化肥厂等。2、直流法直流法是针对石油、石化装置的酸性气体中烃类和不饱各烃类含量较高发展起来的，其特点是酸性气体全部通过燃烧炉，控制空气量保证只有三
28、分之一H2S气体烧掉。由于全气量通过，酸性气中烃类和不饱和烃类几乎全部被烧掉。这样就避免了析碳现象的发生。保证了装置连续运行和产品质量。我国大部分硫 回收装置采用直流法。2.3、工艺流程从外界来和酸性气体首先经过加热器，由低压蒸汽进行加热至145，其中2/3气体进入燃烧炉，与加热的空气在烧嘴充分混合燃烧，通过对空气量的控制，保证1/2的气体燃烧生成SO2。炉膛内温度大约在9001300之间，在此温度下，SO2与未燃烧的H2S气体反应生成单质硫。燃烧气在燃烧室与另外1/3的加热酸性气体混合，仍有部分单质硫生成。混合后的过程气进入废锅，副产0.5MPa(g)低压蒸汽进管网.过程气出废锅,温度在16
29、0左右,硫以液态形式进入液硫封,过程气经过第一过程气加热器加热至245直一级克劳斯反应器(R05101),在催化剂的作用下,H2S气体与SO2气体继续反应,床层温度控制在300320,生成单质硫与过程气一起出转化器,经一级硫冷凝器(E05102)冷凝至130.同时分离出液硫。分离出硫的过程气进入第二过程气加热器（E05106）加热至2100C，进二级克劳斯反应器（R05102）发生克劳斯反应，反应后的过程气进入二级冷凝器（E05103）冷凝并分离出液硫。冷却后的过程气进入第二进程气加热器（E05107）加热至205，进入三级克劳斯反应器（R05103）发生克劳斯反应，反应后的过程气进入三级硫冷
30、凝器（E05104），冷凝并分离出液硫。出三级硫冷凝器的冷却尾气经尾气捕集器（T05103）捕集少量硫磺后送锅炉房焚烧。流程图见图2-1。图2-1 硫回收流程图2.4、系统控制回路1、比例调节进烧嘴酸性气体量和燃料气量共需要空气量,由比值调节进行控制,以保证尾气中H2S:SO2=2:1,满足克劳斯反应最佳的比例，进烧嘴与进燃烧室酸性气的调节,通过比例调节,保证其量为2:1。2、温度调节入三段克劳斯反应器的过程气温度通过控制蒸汽流量来实现,以保证各反应器催化剂最佳反应温度。见下图2-2。图2-2 PID调节示意图第三章 硬件选型与设计3.1 I/A Series 智能自动化系列是开放式的DCS
31、系统自七十年代以来，以微机为核心的分布式控制系统（亦称集散控制系统 DCS） 将现代 高科技的最新成就，计算机技术、通讯技术、CRT显示技术和自动控制技术 (即四 C 技术) 集为一体，使自动化仪表装置向系统化，分散化 , 多样化和高性能化的方向产生了一个质的飞跃。 由于分布式控制系统的分散结构的思想替代了计算机集中控制, 使得系统的可靠性得以极大的提高； 高性能的微机处理能力使系统的功能远远超过了以往任何自动化仪表； 高速有效的通讯系统和 CRT 显示技术， 为系统资源的共享和集中管理， 方便而丰富的人机联系提供了强有力的支持。 在这基础上， 现代控制理论的实用化成为可能， 大大促进了自动控
32、制技术的发展。 早期的 DCS 系统都局限在各个制造商的产品范围内进行发展， 它们采用各自的技术规范和标准。 如采用自己开发的计算机系统和操作系统， 自己的讯号标准等。 各个制造商的产品自成体系， 其它厂商的产品或软件很难纳入该系统。这是一种封闭式的 DCS 系统， 不利于长远的技术发展。 系统资源得不到充分的共享， 也不便于统一管理和维护。 美国福克斯波罗公司着眼于未来， 于 1987 年在世界上第一个推出了体现开放概念的超越一般 DCS 的新一代工业控制系统 I/A Series 智能自动化系列。经过十多年的努力， 开放的概念已被普遍接受，大多数生产自动化控制设备的厂商开始转向开放式。 现
33、在几乎每个厂商都在宣称 “开放”， 什么样的系统才是真正的开放型工业控制系统呢？ 在第一代 DCS 系统推出以后， 不同厂商的系统之间的通讯问题就提了出来。为了解决计算机系统的互连，国际标准化组织（ISO） 提出了开放系统互连（OSI） 参考模型。1980 年以美国通用机器公司为首的各制造商和用户一起， 共同制定了一个具体解决各制造商生产的计算机、机 器人、 自动化机器视觉系统等相互通讯的协议。 称为制造商自动化协议，简称 MAP。 MAP 是按照 OSI 模型制定的。 它实质上是装入 OSI 模型框架中的通讯标准的规范说明书。 它规定了可供模型中各通讯层次选用的通讯标准。 “开放” 一词的准
34、确含义是指 任 何两个遵守该模型和有关协议标准的计算机系统均能实现网络互连其技术的规格是公之于众并可以免费得到的。这不是哪一个厂商能够独享的。 在成熟的开放技术中， 存在着标准测试以验证是否符合规格说明。 这种模式给予了用户灵活的应用和自由的选择， 用户可以轻易地从一个厂商改变到另一个厂商。福克斯波罗公司参加了 MAP 协议的制定。 并首先在 I/A Series 中全面地采用了MAP 协议。 I /A Series 率先突破了封闭式发展的制约， 广泛地采用国际标准， 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它制造厂家的产品纳入自己的系统。
35、也考虑到把将来新开发的设备容纳到 I/A Series 中来。 这样随着硬软件技术的发展，I/A Series 必将得到进一步加强。 为了达到开放系统的目的，I/A Series 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。* 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。* I/A Series 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。* 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 Series 中。* 采用 C 和 FORTRAN 等高级编程语言， 以便于软件资源
36、的共享。* I/A Series 是世界上第一个全面采用 IEEE802 标准的工业控制系统。其节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。由于 I/A Series 率先采用国际标准的开放系统网络结构，它对其它制造商的标准产品是完全开放的。它是新一代开放工业控制系统的标志，它具有十分广阔的发展前景。在 1992 年推出的基 于 Sun SPARC 工作站的 50 系列产品（包括 50 和 51），1996 年 Foxboro 公司推出了基于 Windows NT 平台的 I/A Series
37、系统， 1997 年推出了 Micro I/A 系统。 使 I/A Series 继续保持工业控制系统世界领先地位。Foxboro 公司在致力于 I/A Series 发展的同时，始终如一地保护用户的早期投资。 I/A Series 可以与 Foxboro 公司的其他产品 Spec200、MICRO、SPECTROM 等有效地结合在一 起， 使用户可以化很少的投资就可将原有的控制系统升级成最先进的 I/A Series 控制系统。 Foxboro 这一原则给用户带来的好处无需多言， 这只有在技术上的先进性才能做到这一点。1988 年底， 第一套 I/A Series 系统正式在中国工业现场安装
38、并投入使用。 截止到 1996 年底为， 福克斯波罗公司已经在全世界销售出价值约 25 亿美元， 4100 套 I/A Series 系统， 广泛应用于各个工业领域。 在国内， 至今已经有 180 多个用户的 280 多套装置选择了 I/A Series 系统， 其中约 260 多套已被安装并投入使用。 I/A Series 系统经过 10 多年的实际运行考验， 已被实际公认为 最成熟的真正的开放型工业系统。3.2 I/A Series 智能自动化系列的特点I/A Series 自动化系列的最大特点是系统的软件、 硬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。* 硬件
39、 I/A Series 四代兼容，从 CISC 到RISC，从 Intel 到 MICRO SPARC，实现了长寿命的设计思想。由于硬件品种少，大大节省了用户在备件上的开销。 现场总线设计思想领导了当今分散控制发展的方向，节省了用户在布线上的开销。* 软件 与 UNIX 系统 V 兼容的实时多任务 VENIX 操作系统和 SunSoft Solaris 操作系统， 96 年推出基于 Window NT 的操作系统；采用C，FORTRAN 等广泛使用的高级编程语言，SQL 关系型数据库语言和 INFORMIX、 LOTUS123 等商用软件。软件独立于硬件，这样当福克斯波罗提供新型号的硬件时不会
40、影响已有的应用状况。系统的应用软件可在装载 UNIX 操作系统的个人计算机上运行。在PC机上组态的应用软件，可直接装入I/A Series系统中运行。先进的目标管理使得工程人员和应用程序只要知道目标的名称就可在同一系统中任何地方得到数据。当软件进行移植或升级时，工程人员几乎无需修改原先的组态。* 通讯 建立于OSI 模型上，符合IEEE 的标准，遵循MAP协议，这样可以使与 MAP 兼容的非福克斯波罗产品纳入I/A Series系统。这种非排它性使用户能兼收并蓄各家产品的长处，构成满意的综合控制系统。* 显示 采用先进的实时目标管理技术，这是其它系统所无法比拟的。另外50 系列采用了 XWin
41、dow 和 Open Look 技术，可方便地访问整个 I/A Series 系统和所连接的信息网络上的信息。FoxDraw 软件提供三维空间的显示画面。* 发展 硬件与软件的发展可相互独立发展。这样在升级硬件时不影响软件， 同样在升级软件时不影响硬件。* 一体化 通过通过以太（Ethernet）网接口与信息网络联接，以及提供智能现场仪表（IFD）接口与 IFD 的数字集成，从而实现了生产管理信息网、生产控制网到测量的一体化。* I/O 一线控制器已经具有包括自整定（EXACT） 和多变量自整定（EXACT MV）在内的复杂计算能力；I/O 组件全部为变压器耦合隔离和光电隔离，一对一转换，过流
42、保护，不用保险丝，提高系统运行时间。* 联网 真正实现了与上位机过流系统的联网（例如：DECnet, TCP/IP, NOVELL），实时画面和数据传递。* 可靠性 采用表面安装技术（SMT），尺寸小，系统结构简单；电子组件采用全密封的结构，使其于周围环境的接触降低到最低水平，增强了已经抗环境腐蚀的能力；控制容错技术，通讯冗余技术和矩阵供电方式，保证了系统运行的可靠性。* 功耗 系统功耗极低，大大降低能源投资，系统功耗只是常规系统的 1/3。* 维护 各种处理机和 I/O 卡件都有自诊断程序，可进行报警打印，CRT 报警显示，有故障的组件红灯显示，无需人工判断，所有组件都可带电更换。3.3 I
43、/A Series 的网络结构I/A Series 系统的通讯网络是建立在国际标准化组织（ISO）所定义的开放系统互连 （OSI）标准基础上的， 并符合 IEEE 的规范， 是按照局域概念构造的标准网。I/A Series 的通讯网络结构分为分为四个层次，* 宽带局域网 (BROADBAND LAN)* 载波带局域网 ( CARRIERBAND LAN )* 节点总线（NODE BUS）* 现场总线（FIELD BUS）这些通讯标准的低层通讯（物理层和逻辑层）均与制造商自动化协议（MAP）兼容。 出于通讯的安全考虑， 节点总线是冗余的， 载波带可选冗余。 图3-1 是四层网络的示意图。图 3-
44、1 I/A Series 系统网络结构简图* 宽 带（ BROADBAND LAN - BASEBAND LOCAL AREA NETWORK）：通讯规程符合: IEEE802.4 标准（MAP）。结构形式：总线结构。信号传送方式：TOKEN PASSING （令牌传送）。数据传输速率：10 Mb/s通讯传送介质：同轴电缆 15 km。可下挂 64 个 载波带* 载波带（CARRIERBAND LAN-CARRIERBAND LOCAL AREA NETWORK）：通讯规程符合：IEEE802.4标准（MAP）。结构形式：总线结构。数据传输速率：5 Mb/s通讯传送介质：同轴电缆 1.2 km
45、、光缆 10 km。可下挂 64 个节点总线* 节点总线（NODE BUS）：通讯规程符合：IEEE802.3（Ethernet 以太网）。结构形式：总线结构。信号传送方式：Carrier Sense Multiple Access With Collision Detection 。带冲突检测的多路送取争用总线。数据传输速率：10 Mb/s通讯传送介质：同轴电缆30m（不带扩展组件）。用扩展组件每次 300 m，可用二次。可下挂 64 个站组件* 现场总线（FIELD BUS）：通讯规程符合：IEEE1118结构形式：总线结构。信号传送方式：Carrier Sense Multiple Ac
46、cess With Collision Detection带冲突检测的多路送取争用总线。数据传输速率：268.75Kb/s通讯传送介质：双绞线 10 m（就地方式）；或1200m（远程方式）要使用 FBI（现场总线隔离组件）作信号和电器隔离，FBI 可串接使用多次， 总距离可达 1800 m。若采用光纤，每一对调制解调器 4000m，可串接5次，达 20km。如图3-2。在使用就地总线时每个 CP 最多可挂 24 个 FBM。 如使用远程现场总线 FBM 经过现场总线隔离器（FBI）挂在总线上， 每一隔离器下最多可挂 24 个 FBM， 每个 CP 最多可挂 64 个 FBM。I/A Seri
47、es 智能自动化系列的节点I/A Series 的系统结构是按节点（NODE）概念来构成的。 节点独立运行， 完成自动控制的各种功能。 并可通过兼容网络与其他 Foxboro 或 非 Foxboro 节点相连。“节点” 是由节点总线将称之为站（ Station ）的处理机组件连在一起构成的。 每一组件是独立的， 并设计成完成系统中一些通用功能， 而它的特定功能是由软件定义的。 I/A Series 系统处理机组件通过节点总线（Nodebus）相互联接， 形成过程管理和控制节点。 每一组件也可通过一根或多根的通讯链路与外部设备或图 3-2 CP30 采用双绞线的现场总线其它类型的组件相连。节点总线为 I/A Series 系统中的各个站（控制处理机、 应用处理机等）之间，提供高速、冗余、点到点的通讯，而具有优异的性能和安全性，这方面远远超过一般 DCS 中的平行底板方式。节点总线连同与它有关的站作为一个单独整体存在，或作为载波带局域网的一部分存在。当它作为一个单独的整体时，节点总线连同它的关联站构成层次通讯网络中的一个节 点。节点总线最多能够为 64 个 I/A Series 处理机站和可能使用的节点总线扩展组件提供通讯
