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1、技术中心：曹金萍,ABB自动控制系统培训教材,第一章：DCS系统简介及发展前景,DCS（DistributedControlSystem），分散控制系统的简称，国内一般习惯称之为集散控制系统。DCS是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统，综合了计算机，通信、显示和控制等4C技术，其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活以及组态方便。它利用计算机控制系统的特点，将电气工程师分析处理问题的过程程序化、形象化，对重点设备的正常运行、报警、故障等状态信息综合处理，设置专门的报警窗口，有报警故障出现时即通过声光报警提示操作员，及时发现、处理，是中控操作人员快速查找
2、故障的原因，缩短故障处理时间。,DCS具有以下特点：,高可靠性；开放性；灵活性；易于维护；协调性；控制功能齐全。,高可靠性：,DCS模件柜系统采用全金属外壳，具备较好的机械防护和抗电磁干扰能力，通讯网络等采用冗余结构，实现故障情况下无扰切换，控制系统具有良好的恶劣环境的适应能力。由于DCS将系统控制功能分散在各台计算机上实现，系统结构采用容错设计，因此某一台计算机出现的故障不会导致系统其他功能的丧失。此外，由于系统中各台计算机所承担的任务比较单一，可以针对需要实现的功能采用具有特定结构和软件的专用计算机，从而使系统中每台计算机的可靠性也得到提高。,返回,开放性：,DCS采用开放式，标准化、模块
3、化和系列化设计，系统中各台计算机采用局域网方式通信，实现信息传输，当需要改变或扩充系统功能时，可将新增计算机方便地连入系统通信网络或从网络中卸下，几乎不影响系统其他计算机的工作。,返回,灵活性：,通过组态软件，根据不同的流程应用对象进行软硬件组态，即确定测量与控制信号及相互间连接关系、从控制算法库选择适用的控制规律以及从图形库调用基本图形组成所需的各种监控和报警画面，从而方便地构成所需的控制系统。,返回,易于维护：,功能单一的小型或微型专用计算机，具有维护简单、方便的特点，当某一局部或计算机出现故障时，可以在不影响整个系统运行的情况下在线更换，迅速排除故障。,返回,协调性：,控制算法丰富，集连
4、续控制、顺序控制和批处理控制于一体，可实现串级、前馈、解耦、自适应和预测控制等先进控制，并可方便地加入所需的特殊控制算法。,返回,控制功能齐全：,功能单一的小型或微型专用计算机，具有维护简单、方便的特点，当某一局部或计算机出现故障时，可以在不影响整个系统运行的情况下在线更换，迅速排除故障。,返回,DCS的构成方式十分灵活，可由专用的管理计算机站、操作员站、工程师站、记录站、现场控制站和数据采集站等组成，也可由通用的服务器、工业控制计算机和可编程控制器构成。处于底层的过程控制级一般由分散的现场控制站、数据采集站等就地实现数据采集和控制，并通过数据通信网络传送到生产监控级计算机。生产监控级对来自过
5、程控制级的数据进行集中操作管理，如各种优化计算、统计报表、故障诊断和显示报警等。随着计算机技术的发展，DCS可以按照需要与更高性能的计算机设备通过网络连接，实现更高级的集中管理功能，如计划调度、仓储管理和能源管理等。我们集团实行的数字化管理也算是一种简单的能源管理的应用。,FCS系统与DCS系统的关系,近年来又兴起一种系统为FCS系统（现场总线控制系统），某些行业中FCS系统是由PLC发展而来的，某些行业的FCS是由DCS发展而来的，它们既有联系又有差别。DCS关键是通信，数据传输是DCS系统的枢纽，也可以说数据公路是分散控制系统DCS的脊柱。由于它的任务是为系统所有部件之间提供通信网络，因此
6、，数据公路自身的设计就决定了总体的灵活性和安全性。而FCS的核心是总线协议，对各类总线开放，并在FCS系统里相互兼容，相互操作控制；基础是数字智能现场装置，FCS系统执行的是自动控制装置与现场装置之间的双向数字通信现场总线信号制，现场装置既要遵循总线协议又要实现数字通讯，所以数字智能现场装置是FCS系统的硬件支撑，是基础；本质是信息处理现场化：大大提高线缆传输信息的能力，另一方面要让大量信息在现场就地完成处理，减少现场与控制机房之间的信息往返，可以说现场总线的本质就是信息处理的现场化节约投资。,DCS发展前景,现场总线控制系统FCS的出现，数字式分散控制DCS并不会消亡，而只是将过去处于控制系
7、统中心地位的DCS移到现场总线的一个站点上去。也可以这样说，DCS处于控制系统中心地位的局面从此将被打破。今后火电厂的控制系统将会是：FCS处于控制系统中心地位，兼有DCS系统哲学的一种新型控制系统。,第二章：ABB系统简介,ABB系统在工业领域应用广泛，化工、电力、建材行业都有应用，它的组态软件主要是CBF系统及CBM系统，这两种系统所配套应用的硬件也有所不同，在下面的章节里重点介绍CBF系统，我们集团在大部分的熟料生产线都应用了CBF系统，它使用同一工程软件完成控制策略组态和HMI组态（即硬件配置组态、过程控制编程、操作站组态一体化），组态方便快捷，人机界面友好。INDUSTRIAL IT
8、 系统是ABB公司推出的一种全能综合型开放控制系统，该系统融传统的DCS和PLC优点于一体并支持多种国际现场总线标准。它既具备DCS的复杂模拟回路调节能力、友好的人机界面(HMI)及方便的工程软件，同时又具有与高档PLC指标相当的高速逻辑和顺序控制性能。,系统既可连接常规I/O，又可连接RemoteI/O及Profibus、FF、CAN、Modbus等各种现场总线设备。系统具备高度的灵活性和极好的扩展性，无论是小型生产装置的控制，还是超大规模的全厂一体化控制，甚至对于跨厂的管理控制应用，Industrial IT都能应付自如。系统分为两级：操作管理级(操作站OS、工程师站ES及网关GS)和过程
9、控制级(过程站PS及现场控制器AC800F)。系统组态语言基于IEC1131_3工业标准，提供了功能块图(FBD)、梯形图(LAD)、指令表(IL)和顺序功能图(SFC)、ST(结构化文本)等图形化组态手段。系统还带有包含近170多个功能块的算法库和具有200多个图形符号的基本图库和内含大量3D图符的扩充图库。系统使用同一套组态工具软件完成过程级和操作级组态以及调试，并使用同一个全局数据库。,ABB工业IT控制平台体系结构,OperateIT,EngineerIT,HSI,工程师站,控制网络,控制功能组 控制器硬件,断路器,保险 电源供电柜,智能设备 控制功能,控制器,/,OptimizeIT
10、,ControlIT,Field IT,Industrial IT系统特点：,集成DCS、PLC 及 FieldBus功能 全局数据库 AC800F冗余 支持FDT/DTM 组态及HART协议，支持OperateIT 通用性，标准化，灵活性，开放性 工程容易，界面友好，维护简单,第三章：CBF软件组态及硬件结构,Control Build F是Industrial IT系统的工程工具，它是集组态(包括硬件配置、控制策略、HIS即人机接口等组态)、工程调试和诊断功能为一体的工具软件包。Control Build F采用统一的系统全局数据库和交叉参考工具，不仅能方便地完成控制组态，而且是一个高性能
11、的过程调试工具。Industrial IT系统过程控制站PS和现场控制器AC800F所需的各种控制算法和策略都是由 Control Build F来组态的，并采用图形化的组态方法(符合IEC1131-3标准)。Control Build F也用于对操作站人机接口(HIS)功能的组态并还可直接对现场总线设备进行组态。3.1 系统软件构成 3.2 网络安装与IP地址设定 3.3 CBF系统软件组态 3.4 硬件结构 3.5 CBF PROFIBUS 在线设备管理 3.6 CBF在线调试,3.1 系统软件构成,3.1.1 操作员站软件-DigiVis 3.1.2 工程师站组态软件-DigiTool/
12、(Control Builder F)3.1.3 DDE数据交换软件-DigiDDE 3.1.4 数据交换软件-OPC 接口软件 3.1.5 扩展功能块-用户自定义功能块,返回,操作员站软件-DigiVis,现场信号监控及快速操作；大量标准显示；用户自定义显示支持位图方式；操作方式兼容MS-Windows 标准；各种位号与标签的快速选择和操作；系统范围的报警显示及管理；详细信息显示与管理；趋势及归档；信号及用户操作记录；系统诊测,返回,功能：,3.1.2 工程师站组态软件-Control Builder F,返回,1、功能;2、标准功能块库一览;,1、功能：,用于系统编程、参数设定、与调试；现
13、场过程控制组态；操作级显示与信号记录组态；编程语言采用国际标准 IEC 1131-3 图形化编程语言，功能块图 FBD；梯形图 LD；指令表 IL；顺控图 SFC；大量标准功能与功能块库；具有用户自定义功能块，适应用户特殊控制要求；在线测试功能；系统范围全局数据库；统范围程序图形文档；集成在线帮助。,返回,2、标准功能块库一览：,模拟量控制功能;开关量控制功能;回路调节控制功能；逻辑控制功能;逻辑功能;监控;,数据采集;运算功能;Modbus 功能;发送/接收;步逻辑接口。,返回,3.1.3 DDE数据交换软件-DigiDDE,作为Windows应用软件与Industrial IT2000系统
14、的软件接口；可以对变量、标签、及功能块参数进行读/写；,返回,3.1.4 数据交换软件-OPC 接口软件,作为直接的管理程序与工业控制应用程序数据交换标准；Industrial IT过程数据通过OPC服务器将数据传送到 具备OPC客户端应用程序接口的第三方系统；Industrial IT 通过OPC客户端接口在操作员站上显示其他系统数据；每个OPC数据都具有时间标记与状态值；OPC 通信采用块格式，在每一个交换过程中可以发送 多个请求,同时接收多个数值；OPC允许客户应用程序指定需要的扫描速率；OPC使用二进制数据；服务器变量可以使用浏览器进行显示与选择；创建组的概念允许不同扫描速率变量的不同
15、设置。,返回,3.1.5 扩展功能块-用户自定义功能块,用户自定义功能块(UFB)直接创建可以对您的特殊需求进行定制；UFB建立可以采用FBD、LD、IL等；可以在任何类型用户程序中（FBD、IL、LD）调用该功能块；可以使用密码进行保护；可以创建UFB配套显示面板；,返回,3.2 网络安装与IP地址设定,Industrial IT系统使用TCP/IP网络协议。IP地址设定：用于PC机，IP IP 地址:172.16.1.x,返回,3.3 CBF系统软件组态,Control Build F是Industrial IT系统的组态、调试和文档管理工具。Control Build F 的组态是基于I
16、EC 61131-3 标准，使用全局数据库。3.3.1 CBF组态:基本概念 3.3.2 项目树简介,返回,3.3.1 CBF组态:基本概念,系统一体化硬件编辑、软件组态 覆盖整个系统全局的数据库和编程调试 集成现场总线设备的管理可选择的IEC 61131-3 标准 编程语言 自动生成系统全局在线交叉参考数据表,返回,3.3.2 项目树简介,项目树是用户组态、调试系统的接口，其结构如下图：,返回,项目树的最顶层是Configuration CONF,所有的系统资源和项目对象都在 CONF 的组织之下。项目树的第一层由系统资源组成。Industrial IT 有以下资源：D-PS,D-PS/RE
17、D:过程站资源(非冗余/冗余)，包括 Rack System,FC和AC800F D-OS,MAESTRO-CS:Operation Station和 Maestro NT Configuration Server资源 D-GS:Gateway Station资源,包括 DDE,OPC和TRN 等。P-CD：P-CD是一个特殊的资源，它用于存储下载到各OS站的公共图形。另外，在项目文件中还有一个POOL对象，用于临时存储项目组件。系统不对POOL中的内容作语法检查。,1、项目树,2、项目树的建立,项目树的建立是通过插入各种资源及各资源下各种对象来完成的。项目树的对象可通过 Cut/Delete
18、,Copy,Paste 编辑。(1)插入组态级 在项目级下插入组态级CONF(2)插入过程站资源 过程站资源分为非冗余和冗余两种，D-PS，D-PS/RED。非冗余资源可指定到所有的过程控制器，冗余资源可指定到机架式(Rack System)控制器和AC800F控制器。指定是在硬件结构组态时完成的。(3)插入操作级资源(4)插入网关站资源,3.4 硬件结构,硬件结构用于配置系统的硬件资源，包括网络配置，卡件分配，I/O通道的定义等。项目树中的资源必须与实际的硬件相对应。3.4.1 硬件组态 3.4.2 资源分配 3.4.3 过程站组态,返回,3.4.1 硬件组态,左边是硬件结构的树型显示，右边
19、是图形显示。在图形显示中，以太网的上方配置操作员站，下方配置控制站。,1.配置过程站 树型结构中根据实际配置情况选择相应的过程站类型。2.配置操作员站 在图形显示中，在以太网的上方双击鼠标左键，出现下面两种选择：GWY Gateway VIS Operator Station GWY 用于配置DDE、OPC、Trend Server 等；VIS 用于配置操作员站。,返回,3.4.2 资源分配,在以太网中插入各种节点之后，选择正确的资源，要使其与项目树中的资源建立一一对应关系。给节点分配资源以后，该节点自动激活，即DigiTool在进入调试状态时，系统总线将自动搜索该节点。,返回,3.4.3 过
20、程站组态,过程站图示：,返回,1.常规机架式过程站及参数设置,机架式过程站由最多5个机架组成。带CPU的机架叫中央单元，不带CPU的机架叫I/O扩展单元。过程站必须对应于项目树中的资源D-PS/D-PSR，以定义用户程序在哪一个过程站中运行。对于LINK及CPU模件，没有参数可设置。对于I/O模件，可以设置扫描时间，信号范围强制通道等。,2、FC/AC800F 过程站,FC和AC800F的组态方法是一样的。AF800F可冗余，FC不可冗余。.插入过程站AC800F AC800F既可从树型结构中又可从系统图形中插入，插入过程站AC800F之后，为其分配系统资源，以便激活过程站。.插入AC800F
21、的模件 在AC800F中可插入模件，每个模件都有一个缺省名字代表它的安装位置。.定义AC800F过程站的Boot参数 如果有CAN总线连接到AC800F，其接口模件(FI810F)必须安装到F1槽位。,3、系统网络配置,Freelance 2000的所有站由系统总线DigiNet S 连接。DigiNet S是基于以太网的TCP/IP通讯。资源和站是不同的概念。站是连接到系统总线上的，具有确定IP地址的物理单元。而资源是要下载到站的软件部分，在项目树中是一个资源节点，在网络中有唯一的资源ID号。一个站中可以下载若干个资源(如一台PC可安装VIS和DDE)。,4、Profibus 组态,在F3槽
22、位中插入Profibus 接口模件(FI830)，Profibus主设备，进入 Profibus从设备的配置。,3.5 CBF PROFIBUS 在线设备管理,n 现场总线与设备的诊测n 远程设定设备地址n 查询扫描新设备n 显示总线扫描周期,返回,3.6 CBF在线调试,在线编辑修改显示/设定/跟踪过程最优化控制的参数整定全面的程序状态监视系统诊测数值与趋势显示窗口仿真与强置,返回,第四章：硬件,4.1 现场控制器 AC800F简介 4.2 基本单元 PM802F/PM803F 4.3 电源模件 4.4 以太网模件 4.5 CAN FI 810F 4.6 Serial FI 820F 4.7
23、 现场总线 FI 830F 4.8 FF/HSE FI 840F 4.9 电池模件AM 801F 平时我们常用的模块是：基本单元，电源模件，以太网模件，FI820，FI830。,4.1 现场控制器 AC800F及其单元、模件,AC800F是基于现场总线的过程控制器。它可连接CAN，Modbus,Profibus 等现场总线。AC800F由底座(CPU)、电源、以太网接口卡、现场总线接口卡等组成，有冗余和非冗余两种组态方式。现场控制器AC800F通过四种现场总线对各种信号进行数据采集级处理，它扩展了“传统的”过程控制站的功能，为用户提供了应用现场总线技术的灵活性。AC800F 支持四种现场总线，
24、它通过CBF系统的标准通讯接口以太网，与CBF系统进行通讯。,AC800F,返回,AC800F 控制器结构图：,标准总线远程I/O:,各种级别的冗余设置：,.元件冗余（两个现场控制器）通过两个AC 800F实现控制器冗余，通过两个冗余以太网模件之间的连接，实现主从AC 800F控制器之间的平滑切换及同步。所有输入及输出均支持冗余配置。.Ethernet电源冗余（24V）.以太网通讯冗余(标准)Profibus DP通讯总线冗余，需外部设备RLM 001,4.2 基本单元 PM802F/PM803F,PM802F/PM803F基本单元通过现场总线模件循环采集现场智能设备的信号，应用已安装的用户程
25、序对这些信号进行处理，并将处理好的信号通过现场总线模件输出到现场。程序与实时过程数据存储在RAM中，为防止在系统停电时造成数据丢失，采用后备电池保持RAM信息，该电池装在每个以太网模件上级专用电池安装模件上。,返回,4.3 电源模件,现场总线控制器模件通过电源模件提供5V DC/5A与3.3V DC/5A辅助电源。电源模件具备开路、过载与短路保护功能。同时提供高稳定性的输出电源。一旦电源故障，在5ms之内现场控制器产生一个电源故障信号，同时输出电压保持20ms，在此期间故障信号可以使CPU模件运行关断程序并进入安全状态或进行电源切换。电源恢复后，需要重新启动系统及应用程序，输出电压最少可保持1
26、5ms。,返回,4.4 以太网模件,1.EI 801F/EI 811F 这些模件提供IEEE802.3标准以太网通讯协议，作为系统总线（DigiNet S），兼容IEEE802.1协议。EI 801F/EI 811F通讯模件，兼容10BASE2细缆标准，同轴电缆安装方式。2.EI 802F/EI 812F 这些模件提供IEEE802.3标准以太网通讯协议，作为系统总线（DigiNet S），兼容IEEE802.1协议。EI 802F/EI 812F通讯模件，兼容10BASE5细缆标准，AUI接口方式。3.EI 803F/EI 813F 这些模件提供IEEE802.3标准以太网通讯协议，作为系统
27、总线（DigiNet S），兼容IEEE802.1协议。EI 803F/EI 813F通讯模件，兼容10BASET细缆标准，屏蔽双绞线安装方式。,返回,4.5 CAN FI 810F,FI 810F模件可以连接到Freelance 2000机架I/O，它采用CAN2.0通信协议，通信速率为1MBd，所有接口为电气隔离，同时通过2个冗余，控制器实现冗余操作，每个现场总线控制器只能使用一个FI 810F模件，而且槽位为F1.,返回,4.6 Serial FI 820F,FI820F模件可以连接各种串行接口和串行协议设备，标准协议为MODBUS。不同连接方案，可以选择不同物理接口，RS422，RS4
28、85，RS232，所有接口为电气隔离，并且通过2个冗余现场控制器实现冗余操作。,返回,4.7 现场总线 FI 830F,FI 830F模件为Profibus现场总线接口模件，该模件与PROFIBUS-DP V1协议兼容，数据通信速率最高为12Mbd模件作为Profibus总线上主战，允许连接126个Profibus从站，组态与参数设置均可使用CBF软件，无需另外附加编程软件。总线冗余使用外部附加设备RLM001实现，它可提供两条并行的Profibus总线，同样也可以使用2个现场控制器，在2个冗余主站之间进行冗余切换。,返回,FI 840F及AM 801M,4.8 FF/HSE FI 840F FI 840F 模件为Fieldbus-Foundation标准的高速以太网模件，可直接与FF H1模件通讯,4.9 电池模件AM 801F 当现场控制器关闭或没有以太网模件时，电池模件为现场控制器提供保持电能；当现场控制器作为单独的控制器，无以太网联接或者当现有的以太网卡需要更换时，电池模件为现场控制器提供电能，以防现场控制器中的组态数据丢失。,返回,
