通信網(wǎng)絡和系統(tǒng)組態(tài)

TPS系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡包括數(shù)據(jù)高速通路（DH)、局域控制網(wǎng)（LCN)、控制網(wǎng) (UCN)和工廠信息網(wǎng)（PIN)。下面扼要地介紹DH、LCN、UCN及網(wǎng)間接口模件。

1. 數(shù)據(jù)高速通路（DH)

DH是TPS基本系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡，用于早期分散控制裝置間的信息傳遞。它采用總線 型結構和廣播式通信協(xié)議，傳輸速率為250Kb/S，由高速通路指揮器HTD來指揮各模塊間 的信息傳遞。

一個HTD可掛接三條DH，每條DH上可接28臺DH設備，三條的設備總數(shù)不超過 63臺。所有的DH設備按其通信優(yōu)先權分為優(yōu)先設備、詢問設備和只答設備三級。

2. 局域控制網(wǎng)（LCN)

LCN是一種高速局域控制網(wǎng)絡，通信系統(tǒng)由同軸電纜、連接器、終端連接器以及位于 每一模件和通道處的LCN接口板組成。完整的LCN通信鏈路還包括LCN和DH之間的網(wǎng) 絡接口 HG、LCN與UCN之間的網(wǎng)絡接口 NIM以及計算機連接器CG等。為確保運行安 全可靠，LCN采用兩條冗余的同軸電纜，各連接模件同時在兩根電纜上傳送信息，當主電 纜接口在令牌站發(fā)送幀的等待時間內未收到信息，則網(wǎng)絡管理軟件自動切人備用電纜。

網(wǎng)絡采用IEEE 802. 4令牌總線協(xié)議，傳輸速率為5Mb/s。由于采用令牌技術，即使在 高峰期也可使LCN全部模件充分利用網(wǎng)絡系統(tǒng)，并且可以在不影響系統(tǒng)運行的情況下增加 或減少模件。

LCN網(wǎng)絡每根LCN同軸電纜可長達300m，經(jīng)LCN擴展器擴展電纜上可連接的模件zui 多可達64個。每條LCNzui多可連接20條UCN或DH總線。

LCN網(wǎng)擔負各模塊間的信息傳遞，通過有效的協(xié)議和高速通信確保信息的及時交換； 通過1 : 1冗余配置和*的信息檢錯功能提供高安全性的通信。

3. 控制網(wǎng)UCN

UCN網(wǎng)是一個過程控制級網(wǎng)絡，由冗余的同軸電纜組成，長度通常為800m。網(wǎng)絡通信 采用IEEE 802. 4協(xié)議，令牌總線存取方式，傳輸速率為5Mb/s。

UCN網(wǎng)zui多可以帶32對冗余設備，如PM、APM、HPM、LM、FSC和NIM等。通 過這些設備可以組成從小到大、從簡單到復雜的多種控制系統(tǒng)，以滿足不同生產(chǎn)工藝的需 要。這些設備的UCN地址取值范圍從1到64，地址分配原則是，互為冗余的設備占用兩個 連續(xù)的地址’而且主設備地址為奇數(shù)，備用設備地址為偶數(shù)。其中冗余的NIM必須分配zui 低地址1和2。

UCN支持網(wǎng)上設備的點對點通信，這樣所有設備可以共享網(wǎng)絡數(shù)據(jù)，更易于相互協(xié)調 和實現(xiàn)*復雜的控制策略。UCN網(wǎng)通過NIM和LCN網(wǎng)相連并進行實時數(shù)據(jù)通信，一條 LCN網(wǎng)zui多可掛20條UCN網(wǎng)。

4.網(wǎng)間接口模件

(1) 網(wǎng)絡接口模件NIM NIM是LCN網(wǎng)和UCN網(wǎng)之間的網(wǎng)間連接器。

NIM提供了將LCN網(wǎng)絡的通信技術及協(xié)議與UCN網(wǎng)絡的通信技術及協(xié)議相互轉換的 功能，為LCN網(wǎng)絡上的模件訪問UCN網(wǎng)絡設備的數(shù)據(jù)提供了可能。同時，它還支持將程 序與數(shù)據(jù)庫裝載到*過程管理器（APM)等設備的功能，并能將UCN網(wǎng)絡設備的報警及 信息傳送到LCN網(wǎng)上。每個LCN網(wǎng)絡zui多有10個冗余的NIM模件，每個冗余的UCN網(wǎng)

絡可以有多個冗余的NIM模件。

(2) 高速通路連接器HG HG是LCN網(wǎng)與DH網(wǎng)的網(wǎng)絡接口，不僅擔負著LCN和 DH之間的通信任務，還要提供DH的數(shù)據(jù)管理功能。此外，HG還有診斷、報警和時間同 步等功能。

系統(tǒng)組態(tài)

組態(tài)就是用系統(tǒng)所提供的軟件工具對計算機和軟件的各種資源進行配置，完成所需的功 能。TPS系統(tǒng)組態(tài)主要包括系統(tǒng)設備組態(tài)、控制組態(tài)和畫面組態(tài)。

(一）系統(tǒng)設備組態(tài)

DCS中的所有設備，不管是分散過程控制裝置還是集中操作管理裝置，都是網(wǎng)絡上的 一個節(jié)點，因此必須為這些節(jié)點分配網(wǎng)絡地址，這就是系統(tǒng)設備的組態(tài)。它是系統(tǒng)操作、管 理、查詢、診斷和維護的基礎，分兩個層次進行，先是集中操作管理層設備組態(tài)（通常也稱 為NCF組態(tài)），再是分散過程控制層設備組態(tài)。

1.集中操作管理層設備組態(tài)

集中操作管理層設備組態(tài)包括系統(tǒng)取名、節(jié)點組態(tài)和系統(tǒng)通用信息的確定三個方面 的內容。

(1) 系統(tǒng)取名系統(tǒng)取名就是確定系統(tǒng)的單元名、區(qū)域名和控制臺名。在TPS系統(tǒng)中， 為了便于管理和安全操作，將被控對象分成zui多10個區(qū)域，每個區(qū)域又分成zui多100個單 元，每個單元由若干個點或模塊組成。對US或GUS都規(guī)定了各自的操作區(qū)域，某區(qū)域的 操作站雖然可以調出其他區(qū)域的畫面，但只能監(jiān)視，不能操作，這樣既保證了合理分工，又 體現(xiàn)了系統(tǒng)協(xié)調。操作站對外部設備的共享，是按控制臺進行劃分的，同一控制臺的操作站 可以共享外部設備。TPSzui多有10個控制臺，每個控制臺可以分配10個操作站。

在組態(tài)時，除了命名還要給出相應的描述符。例如，單元組態(tài)行“15U2ER-1K”表示 15號單元U2，ER-1K是它的描述符；區(qū)域組態(tài)行“AREA01 CP-1K-2K-COM”中區(qū)域名 是AREA01，CP-1K-2K-COM是它的描述符；“9 CP-OP-ENG”表示9號控制臺，可供操 作員和工程師用。

(2) 節(jié)點組態(tài)操作管理層節(jié)點組態(tài)也就是LCN節(jié)點的組態(tài)。在TPS系統(tǒng)中，US、UWS和GUS功能相近，統(tǒng)稱為US，因此LCN節(jié)點的組態(tài)大致可分為四類，即US、 \.IM、HM和AM等節(jié)點的組態(tài)。組態(tài)的內容包括分配節(jié)點號、登記節(jié)點的外部設備及冗 余方式等。

3:系統(tǒng)通用信息的確定主要有五個方面：系統(tǒng)標識符、系統(tǒng)時鐘源、用戶平均值計 算寶萄、輪班計時數(shù)據(jù)和US操作臺數(shù)據(jù)。

2.分散過程控制層設備組態(tài)

分散過程控制層設備組態(tài)包括節(jié)點登記和節(jié)點特性組態(tài)。

(1) 節(jié)點登記節(jié)點登記的內容包括UCN號（1?10)、UCN節(jié)點號（1?64)和 UCN 節(jié)點類型（NIM、PM、APM、HPM 等）。

(2) 節(jié)點特性組態(tài)節(jié)點特性組態(tài)的內容包括兩個方面：一是確定各類數(shù)據(jù)點的數(shù)量及 掃描周期；二是給I/O插槽分配I/O模板。

①確定各類數(shù)據(jù)點的數(shù)量及掃描周期數(shù)據(jù)點的數(shù)量和掃描周期根據(jù)用戶的需要來確 定，但是也有一定的約束條件，每一類型的數(shù)據(jù)點數(shù)不能超過設備規(guī)定的zui大點數(shù)，所有數(shù) 據(jù)點的處理單元（PU)總和不能超過設備允許的zui大處理容量。超出時，需要進行調整， 直到符合要求為止。

②分配I/O模板以HPM為例，zui多可帶40塊I/O模板，它們分別裝在4個機箱的 15個插槽中，因此組態(tài)時除了要說明某I/O模板的類型，還要確定其機箱號、槽位號以及 冗余I/O模板的機箱號和槽位號。

(二）控制組態(tài)

控制組態(tài)的內容是為控制站建立各類模塊，包括輸人輸出模塊、運算模塊、連續(xù)/邏輯/ 順序控制模塊和程序模塊，并將它們組成所需的控制回路。

1. 控制組態(tài)方式

控制組態(tài)方式可分為填表組態(tài)、語言組態(tài)和圖形組態(tài)。

填表組態(tài)是Honeywell公司早期產(chǎn)品的組態(tài)方式，DH上的MC或AMC就是采用填寫 組態(tài)字的方式。它需要組態(tài)工程師對組態(tài)字的含義十分熟悉，組態(tài)很不方便。

語言組態(tài)方式使用類似于語言的組態(tài)語言，語法簡單而針對性強，使用時先根據(jù)控 制方案編寫組態(tài)程序，再編譯和裝載。語言組態(tài)方式能完成比較復雜的控制組態(tài)，但不夠形 象直觀，開發(fā)有一定難度。

圖形組態(tài)采用圖形模塊與窗口參數(shù)相結合的方式。它的基本圖素是輸人、輸出、運算、 控制等功能模塊，組態(tài)時先從模塊庫中調出所需的模塊至CRT屏幕，然后進行模塊間的連 接，zui后調出該模塊的參數(shù)窗口，用戶只要在這個有輸人項含義提示的相關菜單中，直接送 人數(shù)據(jù)和變量，zui終構成所需的控制系統(tǒng)。這種“所見即所得的”組態(tài)方式，將自動形成組 態(tài)文件，并下裝到分散控制設備，執(zhí)行既定的控制功能。

圖形組態(tài)方式采用圖形模塊與窗口參數(shù)相結合的方式，不僅形象直觀，一目了然，而且 使用方便，因此，該方法是目前普遍采用的組態(tài)方法。

各種功能模塊的組態(tài)順序，應是先輸入輸出模塊，再運算模塊和各種控制模塊。采用這 種組態(tài)順序，一方面是因為輸人輸出模塊擔負著與現(xiàn)場信號的連接任務，另一方面，因為它 還需供其他組態(tài)模塊進行調用。

2. 輸人/輸出模塊組態(tài)

輸人輸出模塊的組態(tài)內容大致包括三方面：定義輸人輸出數(shù)據(jù)點的位號和對點的描述、確定模塊在系統(tǒng)中的位置和確定數(shù)據(jù)點的各項特性。

(1) 對點的描述包括確定點描述符、點關鍵字和點形式。前兩項主要用^對點的解釋 和說明，它的描述符應力求簡潔明了。點形式是指數(shù)據(jù)點的參數(shù)在參數(shù)表中顯示的形式，若 為“FULL”（全點），則全顯示，包括描述性參數(shù)和與報警有關的參數(shù)；若為“COMPO¬NENT” (半點），表示該數(shù)據(jù)點只是作為其他數(shù)據(jù)點的輸人或輸出值，描述性參數(shù)和與報警 有關參數(shù)都消失。一般在控制回路中只有常規(guī)控制點選“full”，并作為主要操作界面， 其他的輸人、輸出等模塊均選“COMPONENT”。

(2) 確定數(shù)據(jù)點在系統(tǒng)中的位置包括約定其硬件位置和所屬的單元。硬件位置必須確 定模塊所在UCN節(jié)點的名稱、該節(jié)點所在的UCN號、UCN節(jié)點號、I/O模板類型、模板 號、通道號等。

(3) 確定數(shù)據(jù)點的各項特性輸人數(shù)據(jù)點的特性包括信號的輸人處理特性、輸人正/反 方向、工程單位、量程、報警限值和報警優(yōu)先級、報警允許狀態(tài)等。輸出數(shù)據(jù)點的特性內容 較少，包括輸出的正/反方向、輸出的折線處理等。

3. 運算模塊組態(tài)

常用的運算模塊有代數(shù)運算、信號選擇、數(shù)據(jù)選擇、數(shù)值限制、報警檢查、計算公式和 傳遞函數(shù)模塊七類。它的組態(tài)步驟是先在CRT屏幕上調出所需的算法模塊’然后單擊該模 塊框圖，打開參數(shù)表窗口，逐項填寫。主要內容包括位號、算法名稱、所在控制網(wǎng)絡的位 置、輸人和輸出信號以及相應的運算常數(shù)。由于運算模塊各不相同，用戶必須認真研究仔細

填寫。

4. 控制模塊組態(tài)

控制模塊分為連續(xù)控制、邏輯控制和順序控制三類，每一類都有相應的組態(tài)方式，前面 提到的輸人輸出模塊是構成控制回路的基礎，那么控制模塊就是構成控制回路的核心。

(1)連續(xù)控制模塊組態(tài)連續(xù)控制模塊以常規(guī)HD控制模塊為核心，結合運算模塊和 輸人輸出模塊，即可構成單回路、串級、前饋、比值、選擇性、分程、純遲延補償和解耦等 控制。現(xiàn)以單回路PID控制為例說明連續(xù)控制回路的組態(tài)。

單回路PID控制的組態(tài)如圖7-10所示。它由輸人模塊、HD模塊和輸出模塊組成。

圖7-10為單回路PID控制的組態(tài)圖形。這是一個流量控制系統(tǒng)，由模擬量輸人模塊 FT123、PID控制模塊FC123和模擬輸出模塊FV123組成。FT123的輸入信號取自HPM 的8號模擬量輸人模板的AI3通道，經(jīng)A/D轉換、濾波、信號檢查、開方處理、流量補償、 報警檢査、量程變換等輸入處理后的P號，送PID的PV端。由PID控制模塊進行控制 運算，其輸出OV送至模擬量輸出模塊FV123的輸人端IV’經(jīng)正反方向選擇和折線處理后 輸出OV值，經(jīng)D/A轉換zui后從模擬量輸出模板的A〇3輸出，去控制調節(jié)閥V3。其中 BOV和BIV分別是反算輸出和反算輸人。把模擬量輸出模塊的BOV端和PID控制模塊的 BIV端互連，主要用于手動到自動的無擾動切換。BOV端輸出的是根據(jù)當前的OV值反算其輸入端IV應具有的數(shù)值，此值送到PID的BIV端，當系統(tǒng)從手動切換到自動的瞬間、 PID的輸出0V自動等于BIV值，也就是等于模擬量輸出模塊的IV值，從而實現(xiàn)了無擾動 切換。

連續(xù)控制模塊的組態(tài)內容包括定義連續(xù)控制模塊（即常規(guī)控制點）的位號和對常規(guī)控制 點的描述、確定模塊在系統(tǒng)中的位置、確定模塊的各項特性和控制模塊的輸人輸出參數(shù)。前 面兩部分的內容與輸人輸出模塊類同，不再詳細介紹，需要說明的是組態(tài)參數(shù)中的模塊號是 指HPM的常規(guī)控制點的序號，zui多可達250個模塊。

控制模塊的特性參數(shù)包括工程單位、PV量程上/下限、給定值上/下限、給定值、小數(shù) 點位置、PV跟蹤選擇（跟蹤或不跟蹤）、控制作用方向（正作用、反作用）、比例增益、積 分時間、微分時間、正常操作方式（手動、自動、串級）、操作方式屬性等。其中正常操作 方式屬性是確定允許改變正常操作方式的主體是“操作員”（Oper)還是“程序”（Prog)。

控制模塊的輸人參數(shù)，在本例中就是被調量FT123的PV值，輸出參數(shù)就是控制量 FV123 的 OV 值。

(2)邏輯控制模塊組態(tài)邏輯控制模塊組態(tài)，常用的方式有梯形圖、邏輯圖和指令表三 種。梯形圖組態(tài)方式，是先調出觸點、線圈和元件，再進行觸點、線圈和元件之間的連線， 并填寫觸點名。邏輯圖組態(tài)方式，是先調出邏輯模塊，再進行模塊之間的連線，并填寫輸人 或輸出變量名。指令表組態(tài)方式，是將邏輯圖或梯形圖用相應的指令來描述，形成指令表或 程序。指令表組態(tài)方式因為缺乏直觀性，已較少采用。

在HPM中，邏輯控制是以邏輯圖方式進行組態(tài)的。它有三類組合式邏輯控制點可供選 用。每一類的輸人變量數(shù)、邏輯塊數(shù)量和輸出變量數(shù)不同，有12-24-4、12-16-8、12-8- 12三種。

以圖7-11的邏輯控制系統(tǒng)為例，圖中U、L2、L3經(jīng)“或”門，輸出SOI; SOU L4、 L5經(jīng)“與”門輸出S02。SOI控制D0728.S0，S02控制D0729. SO，組態(tài)內容除了工位 號、邏輯點描述、確定模塊在系統(tǒng)中的位置等基本的組態(tài)項外，還應給出邏輯點的類型是三 類組合中的哪一種、輸人輸出變量的參數(shù)名。對內部的邏輯塊，則應按運算次序進行編號， 確定其邏輯算法名稱和對應輸入的參數(shù)名稱，至于輸出，因直接與下游邏輯塊的輸人或zui終 輸出點相連，所以不必進行組態(tài)。