Yokogawa的CS3000介绍(中文)

小芸

系统概述 1、 系统结构横河电机CENTUM CS 3000 R3 集散控制系统(DCS)是一个结构真正开放的系统，它是由以下元件所组成的 系统结构图 Human Interface Station (HIS) 操作站用于运行操作和监视。采用了微软公司的Windows 2000 或 Windows XP作为操作系统和横河公司指定的工业用高性能计算机。因此系统工作站具有很强的安全性和可靠性。 Field Control Station (FCS) 现场控制器用于过程Ｉ／Ｏ信号处理，完成模拟量调节、顺序控制、逻辑运算、批量控制等实时控制运算功能。 Engineering Station ( EWS) 工程师站用于设计组态、仿真调试及操作监视。采用Ｗｉｎｄｏｗｓ２０００或最新的Windows XP作为操作系统的横河指定的高性能计算机。 ESB总线（Ｅｘｔｅｎｄｅｄ　Ｓｅｒｉａｌ　Ｂａｃｋｂｏａｒｄ　Ｂｕｓ）用于控制站内，中央主控制器ＦＣＵ同本地Ｉ／Ｏ节点之间进行数据传输的双重化实时通讯总线，网络拓扑构成：总线型，通讯速率：１２８Ｍｂｐｓ，每台控制站可连接１4个Ｉ／Ｏ节点，最大通讯距离2０ｍ。ＥＲ总线（Ｅｎｈｅｎｃｅｄ　Ｒｅｍｏｔｅ　Ｂｕｓ）用于控制站内本地Ｉ／Ｏ节点与远程Ｉ／Ｏ节点之间进行数据传输的双重化实时通讯总线，网络拓扑构成：总线型，通讯速率：１０Ｍｂｐｓ，每台控制站可从本地节点连接８个远程Ｉ／Ｏ节点，最大通讯距离２0ｋｍ。 Communication Gateway（ACG）通讯网关作为用于将系统的控制总线和 DCS上位机的以太网相连接的网关。 System Integration OPC Station（SIOS）OPC系统集成网关用于将系统控制总线V net/IP 与 用于与子系统以太网相连接的网关。 V net/IP 控制总线用于进行操作监视及信息交换的双重化实时控制网络。整个网络采用心型结构，兼容V-net和TCP/IP协议。通讯速率：１Gｂｐｓ，通讯距离最大２０ｋｍ，连接站数：６４站／域，２５６站／系统。由于增加了控制网络的开放性，更多的非CEMTUM网络设备可以直接挂接在控制网络上。 2、 系统特点综合性ＣＥＮＴＵＭ－ＣＳ３０００开创了大规模集散型控制系统的新纪元。系统功能较前几代横河电机的DCS系统有了很大的提高。是一个真正安全的、可靠的、开放的DCS控制系统。 开放的网络结构采用ＷｉｎｄｏｗｓXP标准操作系统，支持ＤＤＥ／ＯＰＣ。既可以直接使用ＰＣ机通用的ＭＳ－Ｅｘｃｅｌ，Ｖｉｓｕａｌ　Ｂａｓｉｃ编制报表及程序开发，也可以同在ＵＮＩＸ上运行的大型Ｏｒａｃａｌ数据库进行数据交换。此外，横河提供了系统接口和网络接口用于与不同厂家的系统、产品管理系统、设备管理系统和安全管理系统进行通讯。高可靠性独家采用了４ＣＰＵ冗余容错技术（ｐａｉｒ　&　ｓｐａｒｅ成对热后备）的现场控制站，实现了在任何故障及随机错误产生的情况下进行纠错与连续不间断地控制；Ｉ／Ｏ模件采用表面封装技术，具有１５００ＶＡＣ／分抗冲击性能；系统接地电阻小于１００欧姆等多项高可靠性尖端技术，使系统具有极高的抗干扰，耐环境等特点，适用于运行在条件较差工业环境。高速的控制总线 CS3000采用横河公司的V-NET/IP控制总线，该控制总线速度可高达１Gbps。满足了用户对实时性和大规模数据通讯的要求。在保证可靠性的同时，又可以与开放的网络设备直接相连，使系统结构更加简单。而且横河公司已经将该标准提交IEC组织，希望将该标准作为下一代控制系统的总线标准。现场控制站的高效性控制站ＦＣＳ采用用于高速的ＲＩＳＣ处理器ＶＲ５４３２，可进行６４位浮点运算，具有强大的运算和处理功能。此外，还可以实现诸如多变量控制，模型预测控制，模糊逻辑等多种高级控制功能。主内存高达32M。支持各种工业标准信号的输入/输出卡。 CS3000有丰富的过程输入/输出接口，并且所有的输入/输出接口都可以冗余。高效的工程化方法ＣＥＮＴＵＭ－ＣＳ３０００采用Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｄｒａｗｉｎｇ图进行软件设计及组态，使方案设计及软件组态同步进行，最大限度地简化了软件开发流程。提供动态仿真测试软件，有效地减少了现场软件调试时间。工程人员可以在更短的时间内熟悉系统。可扩展性具有构造大型实时过程信息网的拓扑结构，可以构成多工段，多集控单元，全厂综合管理与控制综合信息自动化系统。与既有系统的兼容性ＣＥＮＴＵＭ－ＣＳ３０００与横河以往的系统可通过总线转换单元,方便地连接在一起，实现对既有系统的监视和操作，保护用户投资利益。 YOKOGAWA现场总线的发展与现状横河电机是国际现场总线基金（ＦＦ）会执行委员会委员，作为基金会的领导成员，横河电机承担了基于内部可操作性（ｉｎｔｅｒｏｐｅｒａｂｉｌｉｔｙ）的总线技术制定，并在后来现场总线基金委员会承担ＩＥＣ，ＩＳＡ现场总线国际标准的制定。对现场总线通讯协议，通用文件格式的定义，内部可操作性（ｉｎｔｅｒｏｐｅｒａｂｉｌｉｔｙ）测试工具的开发和功能块说明等方面都担当着重要的角色。现场总线是一种全数字，双向传输通讯技术，横河电机为本次招标推荐的ＤＣＳ　ＣＥＮＴＵＭ－ＣＳ３０００已兼备现场总线控制功能，通过在现场控制站上加装一块ＡＣＦ１１１／ＡＬＦ１１１通讯接口卡件，就可在该卡件上挂接一条通讯协议为Ｈ１的现场总线，并在该总线上连接３２台现场总线设备（如：横河的现场总线ＥＪＡ变送器，流量计，分析仪等）。横河电机的现场总线决策方案将给您一个扩展现有自动化仪表的机会。 3、 系统部件及功能横河电机公司向用户推荐的CENTUM CS 3000是一个全方位的冗余配置： 控制网络Vnet/IP网的通信电缆，和电缆接口1 : 1冗余配置。控制器的CPU1 : 1“成对冗余”配置。 DCS各种工作电源冗余配置。每个操作接面站都是一个独立的计算机主机。每个操作接面站都能互相备份，互为冗余，并能在线诊断故障、报警、切换和维修提示。 工程师工作站 (EWS) 工程师工作站采用的是世界一流品牌DELL工作站计算机，它是供系统生成组态所用。它能够储存系统所有的组态数据，并提供了一个直觉性、目标导向性的图形用户接面环境供开发及综合所有的应用数据到数据库。这个数据库包括的所有连接在网络上的站点、网络、工位号的定义、报警和故障的定义、控制方案的组成及流程图的制作。通过Windows XP共享档案功能进行并行工程组态使多位工程师能够同时组态到网络上的一个数据库。另外，在不同的工程师工作站所生成的数据也可以被综合到一个数据库里。同时工程师工作站上的虚拟测试功能也可以在离线的情况下确认所生成的程序。组态功能及特点：常规控制功能块具有丰富常规控制模块用于不同的控制和计算，横河PID控制模块都带有免费的自整定功能。 组合各种控制和计算功能块，可以实现各种复杂的模拟量控制回路： Analog Faceplate Block Unit Instrument Application 顺序控制功能块 Sequence Table Logic Chart 顺序控制模块可以组态各种回路的顺序控制，如安全联锁控制顺序和过程监视顺序顺序控制表Sequence Table和逻辑流程图Logic Chart 连接组合，可以组态形成非常复杂的逻辑功能，以实现复杂逻辑判断和控制. SFC功能块 SFC SFC （Sequence Function Chart）功能块是用SFC描述语言来实现。 SFC功能块是采用IEC标准，所用的编程语言（SEBOL）是一个开放的语言环境，可以用流程图来描述。在运行时，可以通过显示窗看到逻辑的运行情况组合三大逻辑组态工具（Sequence Table，Logic Chart和Sequence Function Chart）可以组态庞大的复杂的逻辑控制功能和庞大的批量（Batch）功能操作界面站 (HIS ) 此项目所提供的系统操作接面站采用的是世界一流品牌DELL计算机。并采用先进的Windows XP作为操作平台。屏幕的分辩率是1280×1024，并具有256种颜色的变化。它带有操作员键盘，鼠标，加有图形加速器的显示驱动卡。HIS是采用Windows XP作为操作系统，这使市场上通用的商业数据库及通讯软件能在它上面运转。 在HIS的监视器上，操作员可以观察到所有挂在通信总线的各个配备状况，甚至可以观察到控制站上的某一个I/O点的情况。屏幕的刷新速度快达1秒。 HIS可以显示各种画面；如流程图、控制组、趋势等。它也可以监视设备，通过指令窗口发送指令，记录报警及其它事项和确认报警。 在HIS操作窗口的工具栏上，有过程报警指示和系统报警指示两个知识灯。当报警产生时各自针对过程报警和系统报警发出报警信号。报警声音分为7种，分别对应不同级别的过程报警和系统报警。 在过程报警信息画面中可显示最新生成的报警信息。每个HIS可存储的报警信息量是根据HIS的硬盘空间大小而决定的，系统可自动定期导出报警信息到EXCEL文件中，也可手动保存。 HIS可显示系统状态画面，如果系统发生故障，系统通过自检测会产生系统报警信息，同时在系统状态画面中可时实显示报警的具体设备的状态，显示故障信息。方便维护人员维修。 HIS的主要的特点如下：支持200,000个工位号支持2560个趋势点支持2500个流程窗口(包括流程图画面，控制组画面和总貌画面) 5个重叠的操作窗口可以同时显示在一个画面上 同时显示16个控制调整面板 横河一个操作站HIS支持双显示屏连接，在一个操作站上同时可以在二个显示屏上显示不同的窗口，以增加每个操作站的操作能力。 Whole Plant Equipment Unit 操作员可以通过操作员站键盘或鼠标对连在HIS上的二个显示器上不同的流程图，或控制面板或趋势图或报警信息进行操作。这样可以大大的提高一个HIS的利用率，同时提高操作效率。 横河电机的DCS系统自采用计算机技术以来就解决了中文输入的问题。由于横河电机本身在日本做系统开发的过程中间就要解决英语操作系统，日语使用界面问题。所以对横河的DCS产品来说，在YEWPACK时期就已经解决了跨语言问题。所有在中国市场上销售的大规模DCS系统CENTUM-XL/CENTUM-CS/CENTUM-CS3K R2,都具备中文显示的能力，在这个问题上从来是得到中国用户的认可和好评。 随着计算机水平的发展，横河DCS产品的汉字输入也一直在进步，输入越来越快，越来越方便。横河的DCS系统中所有可以实现二次开发，由组态工程师输入的部分，都可以依据用户的需要而直接输入汉字。例如：仪表注释；流程图画面等供操作人员使用的界面中全部可以直接使用中文WINDOWS的汉字输入方法调用中文WINDOWS的汉字字库，并在操作员站上做直接显示。 PRM(PLANT RESOURCE MANAGER)工厂资源管理服务器 随着现场总线和智能仪表技术的发展，双向的全数字化的通讯已经越来越标准化和。　横河电机不仅可以提供现场总线的仪表，还能够提供支持现场总线的系统。PRM软件包就是横河电机提供的一个有效管理现场设备的软件，主要是面向工厂的仪表维护人员和工艺运行人员，可以有效的减少工厂的整体成本。 现场控制站 此竞标书中所提供的现场控制站(FCS)是横河电机新一代的控制站。它集过程控制功能、计算机和批量控制过程为一体。对过程数据采用循环扫描的方式，每个功能块的循环扫描周期可以单独定义，从50ms到1s。 控制站ＦＣＳ所有的模件都采用集成度高、散热量低的固态电路以及表面封装技术，防尘、抗干扰能力强，适合各种恶劣的运行环境。模件的编址与物理位置的对应关系简单明了，容易掌握。模件带电插拔不会引起本模件故障，也不会影响其它模件的正常工作。模件插拔都有导轨和联锁装置，防止损坏或引起故障。模件通用性强，种类规格少，有效地减少了备品备件的费用支出。 ＦＣＵ为现场控制站中央控制单元，在ＤＣＳ领域率先采用了可靠性极高的４个ＣＰＵ的“Ｐａｉｒ　&　Ｓｐａｒｅ”“Ｆａｉｌ　Ｓａｆｅ”结构设计，实现了完全的容错冗余，解决了过去的单纯双重化方式下不能解决的问题。ＣＰＵ硬件采用ＶＲ５４３２的ＲＩＳＣ处理器，32ＭＢ误码校正存储器，可进行６４位浮点运算。具有强大的控制运算功能。 ａ．连续控制功能块 包括用于过程监视和控制的ＰＩＤ控制器，自整定ＰＩＤ－ＳＴＣ，输入指示，软手操，信号选择器等。 ｂ．顺序控制功能块 用于实现顺序安全联锁。工艺管理顺序控制和在回路仪表级实现通用顺序功能的顺序功能块。顺序控制的表达形式是顺控表或逻辑图。 ｃ．计算块 计算功能是连续控制功能和顺序控制功能的补充。对模拟信号以及接点逻辑信号进行运算，也可提供高速的趋势功能块。 ｄ．仪表面板功能块 一个仪表面板（单一工位）可以代表一个或多个功能块。可提供模拟，顺序和混合型的仪表面板块。 ｅ．其他功能块 顺序执行可以用顺序功能图（Ｓｅｑｕｅｎｃｅ　Ｆｕｎｃｔｉｏｎ　Ｃｈａｒｔ）来表示，这种功能块用ＳＦＣ语言，符合ＩＥＣＳＣ６５Ａ／ＷＧ６标准。ＳＥＢＯＬ语言也可用于顺序控制。在左右两侧ＣＰＵ模件内各有２个独立的ＣＰＵ单元，４个ＣＰＵ单元同期运算，每侧将２个独立的ＣＰＵ单元的运算结果进行一致性比较，如果比较结果一致，则该侧控制器输出运算结果。这样有效地诊断出任何硬件故障或随机性运算错误。阻止任何错误输出，并保证不间断地输出正确的控制运算结果。主存储器采用高可靠性带误码校正功能的ＥＣＣ存储器（ＲＡＭ），存储器带有后备电池，即使ＤＣＳ全部失电后，也可保证数据保存至少72小时不丢失；控制器电源卡为１：１冗余配置；电源掉电恢复后，处理器模件可自动恢复正常工作，而无需运行人员的干预，更换电池不影响处理器模件的工作。容错冗余配置的处理器模件采用双重化的双向交叉耦合并行通讯接口结构，即控制单元与远程Ｉ／Ｏ的通讯接口为１：１冗余，充分保证了数据传输的可靠性。通过远程Ｉ／Ｏ总线（ＥＳＢ／ＥＲ　Ｂｕｓ）实现Ｉ／Ｏ与控制器处理功能分散，进一步提高了系统的可靠性。可以根据不同的需要选择各个控制及联锁逻辑控制回路的控制周期，扫描周期分别为：基本１０００毫秒；高速５０毫秒，１００毫秒，２００毫秒，５００毫秒。 Centum CS 3000 R3 传承了整个Centum DCS 系列高可靠性的特点，它的现场控制站是一个具有被各工业用户证明得了可靠的控制站 　 FCS的特点：运用了“成对冗余”的容错技术(Peer & Spare)，使CPU不仅能判断硬件故障，还能判断软件故障可采用减少现场安装电线的远程I/O结点(Remote I/O Node)，该远程节点可安装与危险区域ZONE 2，和腐蚀性气体区域，符合ISA G3标准。分层设置的结构组态单元数据浮点计算技术顺控的描述技术强大的批量控制功能 现场控制站的控制功能是分层结构，并被归类到控制区域，控制图表和功能块。这一结构可应用于大规模的工程和复杂的控制应用。功能可在每一控制区域、控制图或功能块中设置、添加、改变。 在下列情况时，控制功能的分层与工厂组成是相似：控制站表示生产线每个控制站可扩展到15个控制区域(Node)，每个区域表示一个制造部分功能块代表一个控制回路网络 (V net/IP) 系统有一对冗余的Vnet/IP网过程控制网络。它是连接操作接面站，现场控制站等元件的实时控制网络。采用符合IEEE802.3和UDP/IP标准的复用控制网络V-Net/IP，控制网的传输速度高达1Gbps/S为了确保网络能够在最理想的状态上运作，每个domain能支持64个站点。整个系统总共能有１６个domain或２５６个站点。 这条控制总线集成了常规网络（以太网）的功能，又不失以前的控制网（V-Net）的实时性，可靠性和稳定性。V-Net/IP中IP的含义为Internet Protocol. 全称的含义为集成以太网的V网。数据传输数率达到最高1Gbps 具体技术规格如下：拓扑结构 ：星形结构传输数度 ：对横河的硬件，1Gbps; 常规以太网设备，100Mbps 读写控制 ：全双工模式系统规模 ：64站/域总线配置 ：冗余结构控制通讯 ：同V-Net完全一致，使用YOKOGAWA 协议开放通讯 ：TCP/IP协议网络设备 ：可以使用通用的的L2SW和L3SW 电缆 ：CAT5e或高端UTP电缆，超长距离时使用单模光缆 Vnet/IP网络的设计是星型结构, 可靠性极高的控制网络．没有任何一段网的单一故障能影响到整个网络。 另外，也没有任何网络元件上的单一故障能影响到工作站。远程I/O网络远程I/O网络是连接现场控制站与I/O结点的冗余网络。它的传输距离最长可2 0km。
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