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分 散 控 制 系 统及 现 场 总 线 技 术 第三章 (3) 华北电力大学 自动化系 翟永杰 副教授/博士 3.2 现场控制站 现场控制站的形式 现场控制站是最底层(直接控制级)的设备,是完成对过程现场输入输出信号处理并实现直接数字控制(DDC)的网络节点。 一是分散控制系统自身的“现场控制站”, 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。 1)现场控制站 现场控制站属于过程控制专用计算机 是一个以微处理器为核心的、具备现场信号采集与输出通道,并配以机柜和电源等而构成的一个相对独立的控制装置。 现场控制站 2)可编程调节器 外貌类似一般盘装仪表的数字化过程控制装置,由微处理器、RAM、ROM、模拟量和数字量I/O通道、电源等基本部分组成的微型计算机系统,能够独立构成控制回路。 可编程逻辑控制器 3)可编程逻辑控制器(PLC) 一种以微处理器为核心、具有存贮记忆功能的数字化控制装置。 它的最大特点是提供了开关量输入、输出通道,可以通过预先编制好的程序来实现时间顺序控制或逻辑顺序控制,以取代以往复杂的继电器控制装置。 现场控制站 可编程调节器和可编程逻辑控制器,与分散控制系统具有不同的发展历程和应用特点。 可以独立应用,也可以在分散控制系统中作为第三方设备应用,也可以与上位操作站、网络及监控软件构成完整的分散控制系统,如英国欧陆公司的Network6000。 有些PLC经过发展已经成为DCS产品,如西门子公司的PCS7。因此,其应用可使整个控制系统的的应用方案更加灵活和多样。 主要讨论传统意义上的DCS厂家自己提供的以连续过程量控制为起源的现场控制站产品。 3.1.3 现场控制站的组成 主控制器、过程通道(I/O模件)、通信接口、电源、机柜及其他辅助设备 1) 过程通道 过程通道又称为I/O模件, 是现场控制站的主要组成部分 是为分散控制系统的各种输入/输出信号提供数据通道的专用模件, 是分散控制系统中种类最多、使用数量最大的一类模件。 I/O模件是联系生产过程与微处理器的桥梁。 过程通道 对生产现场的模拟量信号、开关量信号、脉冲量信号等进行采样、转化,处理成主控制器能够接收的标准数字信号 或将主控制器的运算输出结果(二进制码)转换、还原成模拟量或开关量信号,去控制现场执行机构。 2) 主控制器(Main Control Unit) 主控制器是现场控制站的核心设备,是I/O设备的上一级设备。 它与I/O模件进行数据交换,实现现场的数据采集、储存、运算、控制等,负责现场控制单元的总体运行。 即按预定的周期、程序和条件对相应的信号进行处理、运算,对功能模件和其它相关模件进行操作控制和故障诊断。 主控制器 主控制器 CPU 只读存储器 随机存储器 固态盘 系统网络 控制网络 主控制器 CPU:控制运算的主芯片,是功能模件的处理指挥中心。 一个主控制器是否性能优良,主要是看它在控制软件的配合下,能否长期安全、可靠地在规定的时间内完成规定的任务。 另外工艺上也是问题,比如说,散热片方式的CPU要比风扇式的CPU更可靠。 主控制器 只读存储器(Read Only Memory,简称 ROM):主要作为程序存储器,用来存放I/O驱动程序、数据采集程序、控制算法程序、时钟控制程序、引导程序、系统组态程序、模件、测试和自诊断程序等支持系统运行的固定程序。 主控制器 随机存储器(Random Access Memory,简称 RAM):主要作为数据存储器,用来存放采集的数据、设定值、中间运算结果、最后运算结果、报警限值、手动操作值、整定参数、控制指令等可在线修改的参数,为程序运行提供存储实时数据和计算中间变量的必要空间。 具有后备电池的随机存储器SRAM 后备电池一般采用小型的锂电池或铬镍电池 主控制器 固态盘(Solid state Disk,SSD)或Flash存储器:用于保存主控制器的操作系统、用户控制算法文件等信息。在主控制器上电启动后将这些文件调入RAM运行。 主控制器 系统网络(SNET)接口:SNET接口是主控制器与操作员站、工程师站等过程管理级设备通信的网络接口。 控制网络(CNET)接口:CNET接口是主控制器与I/O设备进行数据交换的网络接口。 主控制器 模件总线:功能模件上的总线是该模件所有数据、地址、控制等信息的传输通道。它将模件上的各个部分以及模件外的相关部件连接在一起,在CPU的控制和协调下使模件构成一个具有设定功能的有机整体。 电源电路:主控制器的电源输入一般是24V直流电源,需要将其变换成5V直流或3.3V直流,供主控制器上的集成电路芯片使用。 主控制器 主从冗余控制逻辑:该部分电路用于控制互为备份的两台主控制器的切换。由于过程控
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