1、1电子教案模块名称 内 容 教 案基础模块 集散控制系统必备知识1.1 计算机控制系统的组成及应用类型1.2 计算机网络基础1.3 集散控制系统概论1.4 集散控制系统的硬件结构1.5 集散控制系统软件体系模块一 浙大中控 JX-300X 集散控制系统2.1 JX-300X 系统基础知识2.2 控制站组成及主要卡件2.3 系统组态2.4 系统实时监控2.5 系统调试与维护2.6 工程应用实例模块二 霍尼维尔 TDC-3000 和 TPS/PKS 集散控制系统3.1 TDC-3000 系统概述3.2 TPS 系统概述3.3 TPS 控制站组成3.4 TPS 系统组态3.5 系统实时监控3.6 工
2、程应用实例模块三 日本横河CENTUM-CS 集散控制系统4.1 CENTUM-CS 系统基础知识4.2 现场控制站组成及主要卡件4.3 系统组态4.4 系统实时监控4.5 工程应用实例模块四 其它集散控制系统5.1 MACS 集散控制系统5.2 I/AS 系统5.3 MACS 系统组态5.4 工程应用实例应用模块模块五 现场总线控制系统6.1 现场总线概述6.2 几种典型的现场总线6.3 现场总线控制系统6.4 现场总线设备6.5 现场总线网络的组态6.6 现场总线控制系统的应用实例技能模块一 基本技能技能模块二 综合技能技能模块技能模块三 技能测试21.1 计算机控制系统的组成及应用类型通
3、过与模拟控制系统比较，认识计算机控制系统及其组成。1.1.1 计算机控制系统的组成计算机控制系统是以计算机为核心部件的自动控制系统。在工业控制系统中，计算机承担着数据采集与处理、顺序控制与数值控制、直接数字控制与监督控制、最优控制与自适应控制、生产管理与经营调度等任务。它已广泛应用于生产现场，并深入各行业的许多领域。（一）基本概念1、计算机控制系统的组成有关的术语概念如下：（1）计算机控制系统：利用计算机(通常称为工业控制计算机) 来实现工业过程自动控制的系统。（2）在线方式：在计算机控制系统中，生产过程和计算机直接连接，并受计算机控制的方式。（3）离线方式：生产过程不和计算机相连，且不受计算
4、机控制，而是靠人进行联系并作相应操作的方式。（4）实时：是指信号的输入、计算和输出都在一定的时间范围内完成。2、计算机控制系统的工作原理计算机控制系统的工作原理可归纳为以下三个步骤：(1)实时数据采集 对测量变送装置输出的信号经 A/D 转换后进行处理。(2)实时控制决策 对被控变量的测量值进行分析、运算和处理，并按预定的控制规律进行运算。(3)实时控制输出 实时地输出运算后的控制信号，经 D/A 转换后驱动执行机构，完成控制任务。上述过程不断重复，使被控变量稳定在设定值上。（二）硬件系统计算机控制系统由工业控制机和生产过程两大部分组成。如图 1.2 所示。3工业控制机硬件：硬件是指计算机本身
5、及外围设备。硬件包括计算机、过程输入、输出接口、人机接口、外部存储器等。生产过程包括被控对象，测量变送、执行机构、电气开关等装置。（三）软件系统软件是指能完成各种功能的计算机程序的总和，通常包括系统软件和应用软件。1.1.2 计算机控制系统的应用类型计算机控制系统种类繁多，命名方法也各有不同。根据应用特点、控制功能和系统结构，计算机控制系统主要可分为六种类型：数据采集系统、直接数字控制系统、计算机监督控制系统、分级控制系统、集散型控制系统及现场总线控制系统。(一) 数据采集系统如图 1.3 所示在数据采集系统中，计算机只承担数据的采集和处理工作，而不直接参与控制。(二) 直接数字控制系统直接数
6、字控制（Direct Digital Control，DDC ）系统的构成如图 1.4 所示。4直接数字控制系统与模拟系统的比较：（1）在 DDC 中，在信号出入计算机时必须经 D/A、A/D 转换（2）其控制方式比常规控制系统灵活且又经济。直接数字控制系统的性能特点：由于 DDC 系统中的计算机直接承担控制任务，所以要求实时性好、可靠性高和适应性强。(三) 计算机监督控制系统监督计算机控制(Supervisory Computer Control，SCC)系统，简称 SCC 系统，系统结构如图 l.5 所示。SCC 系统是一种两级微型计算机控制系统，其中 DDC 级微机完成生产过程的直接数字
7、控制；SCC 级微机则根据生产过程的工况和已定的数学模型，进行优化分析计算，产生最优化设定值，送给 DDC 级执行。SCC 级微机承担着高级控制与管理任务，要求数据处理功能强，存储容量大等，一般采用较高档微机。(四) 分级控制系统特点：控制功能分散，集中管理。图 1.6 所示的分级计算机控制系统是一个四级系统。(1)装置控制级(DDC 级) 对生产过程进行直接控制，如进行 PID 控制或前馈控制，使所控制的生产过程在最优工作状况下工作。(2)车间监督级(SCC 级) 它根据厂级计算机下达的命令和通过装置控制级获得的生产过程数据，进行最优化控制。它还担负着车间内各工段间的协调控制和对 DDC 计
8、算机级进行监督的任务。(3)工厂集中控制级 它可根据上级下达的任务和本厂情况，制定生产计划、安排本厂工作、进行人员调配及各车间的协调，并及时将 SCC 级和 DDC 级的情况向上级报告。(4)企业管理级 制定长期发展现划、生产计划、销售计划，发命令至各工厂，并接受各工厂、各部门发回来的信息，实现全企业的总调度。5(五) 集散控制系统组成：集散控制系统分为多个层次，每层由多个计算机组成，分别行使不同的功能，主要由数据采集站、控制站、数据通信系统、操作站、工程师站、监控计算机、输入输出通道等部分组成特点：集中监视、集中操作，分散控制、分散危险其结构如图 1.7 所示。（六）现场总线控制系统现场总线
9、控制系统(Fieldbus Control System，FCS)，是新一代分布式控制结构，如图l.8 所示。几个概念：智能仪表：传统仪表与 DDC 相结合，带有通讯端口。现场总线：连接工业现场仪表和控制装置之间的全数字化、双向、多站点的串行通信网络。被称为 21 世纪的工业控制网络标准。现场总线控制系统特点：（1）全数字化（2）彻底分散化61.2 计算机网络基础1.2.1 通信网络举例解释计算机网络和 DCS 的通信网络的概念1.局部网络的概念局部区域网络 (Local Area Network，LAN)，简称为局部网络或局域网 ，是一种分布在有限区域内的计算机网络，是利用通信介质将分布在不
10、同地理位置上的多个具有独立工作能力的计算机系统连接起来，并配置网络软件的一种网络，广大用户能够共享网络中的所有硬件、软件和数据等资源。2.局部网络拓扑结构解释拓扑结构的概念通信网络的拓扑结构主要是星型、环型、总线型、树型和菊花链型。(1) 星型结构 星型结构如图 1.9 所示。特点：可靠性差，一旦中央节点 出现故障，则整个系统就会瘫痪。(2) 环型结构 环型结构如图 1.10 所示。特点：链路控制简单，节点数量太多时会影响通信速度；环是封闭的，不便于扩充。7(3) 总线型结构 总线型结构如图 1.11 所示。特点：结构简单，便于扩充。(4) 树型结构 树型拓扑是从总线型拓扑演变过来的，形状像一
11、棵倒置的树，顶端有一个带分支的根，每个分支还可延伸出子分支。图 1.12 就是这种树型拓扑结构。这种拓扑和带有几个段的总线拓扑的主要区别在于根 ( 也称头端 ) 的存在。当节点发送时，根接收该信号，然后再重新广播发送到全网。这种结构不需要中继器。(5) 菊花链型结构 图 1.13 为菊花链型拓扑结构图。菊花链型也称链型结构。这种拓扑结构，在一个网段中现场总线电缆从一台现场仪表走到另一台现场仪表，在每个现场仪表的端子上互连。使用这种拓扑结构应该使用联接器，否则，在拆卸一台仪表时容易使整个总线断路。83.传输介质传输介质是通信网络的物质基础。主要有双绞线、同轴电缆和光缆三种如图 2.11 所示。分
12、别解释双绞线、同轴电缆和光缆的性能特点及其优缺点1.2.2 通信协议1.通信协议的概念在计算机通信网络中，对数据传输过程进行管理的规则被称为协议。（举例）协议关键要素：（解释其作用并举例）语法 ( Syntax )语义 ( Semantics )时序 ( Timing )为了使各种网络能够互连，国际标准化组织 (International Standards Organization，ISO)提出了一个开放系统互连(Open Systems Interconnection，OSI) 参考模型，简称 ISO/OSI 模型。它是系统之间相互交换信息所共同使用的一组标准化规则，凡按照该模型建立的网络
13、就可以互连。2.网络控制方法通俗讲述什么是网络控制方法，并解释下面三种网络控制方法的工作过程及其特点。(1) 查询式 (2) 自由竞争式 载波侦听多工访问 / 冲突检测 (CSMA/CD) 方法就是一个典型例子。(3) 令牌传送 图 1.15 是一个令牌传送示意图。令牌传送既适合于环型网，也适合于总线型网。在总线型网的情况下，各站被赋予一个逻辑位置，所有站形成一个逻辑环。令牌传送效率高，信息吞吐量大，实时性好。9令牌传送与 CSMA/CD 相比，重载时响应时间较短，实时性较好。而 CSMA/CD 在网络重载时将不断地发生冲突，因此响应时间较长，实时性变差。但令牌方式控制较复杂，网络扩展时必须重
14、新初始化。(4) 存储转发式 1.3 集散控制系统概论简单介绍集散控制系统产生的必要性1.3.1 第一代集散控制系统1975 年美国 Honeywell 公司推出了 TDC2000 集散控制系统，它是一个多处理器的分布式控制系统，克服了集中型控制系统的危险集中的致命弱点。主要产品：美国的 Foxboro 公司的 Spectrum 系统，贝利公司的 N90 系统，英国肯特公司的 P4000 系统，德国西门子公司的 Teleperm M 系统，日本横河的 CENTUM 系统等。系统组成：现场监测站、现场控制站、数据公路、CST 操作站、监控计算机等组成。主要特点：监控站以 8 位微处理器为主，通信
15、采用 DCS 制造商自己的通信协议。在技术上尚有明显的局限性。1.3.2 第二代集散控制系统主要产品：Honeywell 的 TDC3000；横河的 CENTUM A、B 、C；Tayor 公司的MOD300；Bailey 公司的 NETWORK90；西屋公司的 WDPF 等。主要特点：采用了标准化模块设计，现场控制站使用 16 位微处理器，增强型操作站使用 32 位微处理器，板级模块化，使之扩展灵活方便，控制功能更加完善，它能实现数据采集、连续控制、顺序控制和批量控制等功能，用户界面更加友好，为操作人员、工程师和维护人员提供了一种综合性的面向过程的单一窗口，便于他们完成各自的操作。1.3.3
16、 第三代集散控制系统美国 Foxboro 公司在 1987 年推出的 I/A S 系统标志着集散控制系统进入第三代。主要产品：Honeywell 公司的 TDC3000/PM、横河公司的 CENTUMXL、Foxboro公司的 I/S S、贝利公司的 INFI90 等。10主要特点：(1) 实现开放式的系统通信(2) 控制站使用 32 位 CPU，使控制功能更强。(3) 操作站也采用了 32 位高等计算机，增强图形显示功能，采用多窗口技术和使用触摸屏调出画面，使操作更简便，操作响应速度加快。(4) 过程控制组态采用 CAD 算法，使其更直观方便，并引人专家系统，实现自整定功能。1.3.4 第四
17、代集散控制系统在 20 世纪 90 年代初，随着对控制和管理要求的不断提高，第四代集散控制系统以控管一体化的形式出现。主要产品：Honeywell 公司的 TPS 控制系统横河公司的 CENTUMCS 控制系统，ABB 公司 Advant 系列 OCS 开放控制系统等。主要特点：在网络结构上增加了工厂信息网（intranet）并可与国际信息网（internet）连网。在软件上采用 UNIX 和 XWINDOWS 的图形用户界面，系统的软件更丰富，在信息的管理、通信等方面提供了综合的解决方案。1.4 集散控制系统的硬件结构从总体结构上看，DCS 是由工作站和通信网络两大部分组成的。1.4.1 集
18、散控制系统的体系结构集散控制系统的设计思想：集中管理、分散控制集散控制系统的组成特点：纵向分层、横向分散的大型综合控制系统集散控制系统的基本组成：现场监测站、现场控制站、操作员站、工程师站、上位机和通讯网络。图 1.16 为一个 DCS 的典型体系结构。（首先简单说明各层硬件及其功能）（一）现场控制级11现场控制级由现场控制级设备和现场总线等构成。1、现场控制级设备及其功能现场控制级设备直接与生产过程相连，是 DCS 的基础。典型的现场控制级设备是各类传感器、变送器和执行器。现场控制级设备的功能：一是完成过程数据采集与处理。二是直接输出操作命令、实现分散控制。三是完成与上级设备的数据通信，实现
19、网络数据库共享。四是完成对现场控制级智能设备的监测、诊断和组态等。2、现场网络的功能与信息传递方式现场网络与各类现场传感器、变送器和执行器相连，以实现对生产过程的监测与控制。同时与过程控制级的计算机相连，接收上层的管理信息，传递装置的实时数据。现场网络的信息传递方式，一是传统的模拟信号 (如 420mADC 或者其他类型的模拟量信号) 传输方式；二是全数字信号（现场总线信号）传输方式；三是混合信号（如在420mADC 模拟量信号上，叠加调制后的数字量信号）传输方式。现场信息以现场总线为基础的全数字传输是今后的发展方向。（二）过程控制级过程控制级主要由过程控制站、数据采集站和现场总线接口等构成。
20、过程控制级的主要功能：一是采集过程数据，进行数据转换与处理；二是对生产过程进行监测和控制，输出控制信号，实现反馈控制、逻辑控制、顺序控制和批量控制功能；三是现场设备及 I/O 卡件的自诊断；四是与过程操作管理级进行数据通信。（三）过程管理级过程管理级的主要设备有操作站、工程师站和监控计算机等。1、操作站功能及其配置要求功能：操作站是操作人员与 DCS 相互交换信息的人机接口设备，是 DCS 的核心显示、操作和管理装置。（举例说明）配置要求：由一台具有较强图形处理功能的微型机，以及相应的外部设备组成，一般配有 CRT 或 LCD 显示器、大屏幕显示装置 (选件)、打印机、键盘、鼠标等，开放型 D
21、CS采用个人计算机作为人机接口站。2、工程师站功能及其配置功能：工程师站是为了控制工程师对 DCS 进行配置、组态、调试、维护所设置的工作站。工程师站的另一个作用是对各种设计文件进行归类和管理，形成各种设计、组态文件，如各种图样、表格等。配置要求：工程师站一般由 PC 机配置一定数量的外部设备组成，例如打印机、绘图仪等。3、监控计算机功能及其配置功能：（1）用于实现对生产过程的监督控制（2）通过获取过程控制级的实时数据配置要求：由超级微型机或小型机构成，对运算能力和运算速度的要求较高。（四）经营管理级功能：监测企业各部门的运行情况，利用历史数据和实时数据预测可能发生的各种情况，从企业全局利益出
22、发，帮助企业管理人员进行决策，帮助企业实现其计划目标。（举例说明）经营管理级是属厂级的，也可分成实时监控和日常管理两部分。配置要求：（1）能够对控制系统做出高速反应的实时操作系统。（2）能够连续运行可冗余的高可靠性系统。（3）优良的、高性能的、方便的人机接口，丰富的数据库管理软12件，过程数据收集软件，人机接口软件以及生产管理系统生成等工具软件，能够实现整个工厂的网络化和计算机的集成化。1.4.2 集散控制系统的硬件结构DCS 的硬件系统主要由集中操作管理装置、分散过程控制装置和通信接口设备等组成，通过通信网络系统将这些硬件设备连接起来。（重点介绍 DCS 的现场控制站和操作站）（一）DCS
23、的现场控制站主要功能：进行数据采集及处理，对被控对象实施闭环反馈控制、批量控制和顺序控制。按其功能不同的分类：数据采集站、逻辑控制站、过程控制站硬件组成：机柜、电源、输入输出通道和控制计算机等。1、机柜组成制作安装注意事项2、电源举例说明各种可靠性措施3、控制计算机控制计算机是现场控制站的核心，一般是由 CPU、存储器、输入 / 输出通道等基本部分组成。（重点讲述模拟量输入输出通道(AI/AO) 开关量输入/输出通道(SI/SO) 脉冲输入通道(PI)的作用并观察实物）（二）DCS 的操作站主要功能：为过程显示和控制、系统生成与诊断、现场数据的采集和恢复显示等。分类：一般分为操作员站和工程师站
24、两种。工程师站与操作员站的比较：工程师站主要是控制技术人员与控制系统的人机接口，或者对应用系统进行监视。与操作员站最大的区别是工程师站上配有一套组态软件，为用户提供一个灵活的、功能齐全的工作平台，通过它来实现用户所要求的各种控制策略。硬件组成：操作台、微处理机系统、外部存储设备、图形显示设备、操作站键盘、打印输出设备等。通用操作站是 DCS 的发展方向。（解释）（三）DCS 的冗余技术要使 DCS 的运行不受故障的影响，主要依靠冗余技术的采用。1、冗余方式132、冗余措施按照 DCS 冗余设备的不同除了硬件冗余外，DCS 还采用了信息冗余技术，就是在发送信息的末尾增加多余的信息位，以提供检错及
25、纠错的能力。1.5 集散控制系统软件体系一个计算机系统的软件一般包括系统软件和应用软件两部分。1.5.1 集散控制系统的系统软件集散控制系统的系统软件是一组支持开发、生成、测试、运行和维护程序的工具软件。操作系统是一组程序的集合，用来控制计算机系统中用户程序的执行顺序，为用户程序 与系统硬件提供接口软件，并允许这些程序 ( 包括系统程序和用户程序 ) 之间交换信息。用户程序也称为应用程序，用来完成某些应用功能。在实时工业计算机系统中，应用程序用来完成在功能规范中所规定的功能，而操作系统则是控制计算机自身运行的系统软件。1.5.2 集散控制系统的组态软件（一）基本概念141、组态组态（Confi
26、guration）是指集散控制系统实际应用于生产过程控制时，需要根据设计要求，预先将硬件设备和各种软件功能模块组织起来，以使系统按特定的状态运行。2、组态软件主要解决的问题（1）如何与控制设备之间进行数据交换，并将来自设备的数据与计算机图形画面上的各元素关联起来。（2）处理数据报警和系统报警。（3）存储历史数据和支持历史数据的查询。（4）各类报表的生成和打印输出。（5）具有与第三方程序的接口，方便数据共享。（6）为用户提供灵活多变的组态工具，以适应不同应用领域的需求。3、基于组态软件的工业控制系统的一般组建过程（举例说明）（1）组态软件的安装（2）工程项目系统分析（3）设计用户操作菜单（4）画
27、面设计与编辑（5）编写程序进行调试（6）综合调试（二） 常用组态软件1、常用组态软件目前市场上的组态软件很多，常用的几种组态软件有：2、组态功能DCS 组态功能包括很广的范畴。从大的方面讲，可以分为硬件组态和软件组态。DCS 的硬件组态又称配置。它采用模块化的结构。一般硬件配置包含下列几方面的内容：工程师站、操作员站的选择；现场控制站的配置（个数、地域分配、每站中各种模板的种类和块数）；电源的选择等。DCS 的软件组态包括系统组态、画面组态和控制组态。3、控制系统的组态（1）功能模块或算法的概念（2）功能模块或算法的分类154、组态信息的输入各制造商的产品虽然有所不同，但归纳起来，组态信息的输
28、入方法有两种。（1）功能表格或功能图法（2）编制程序法5、组态软件的特点尽管各种组态软件的具体功能各不相同，但他们具有共同的特点。（1）实时多任务 （2）接口开放 （3）强大数据库 配有实时数据库（4）可扩展性强（5）可靠性和安全性高2.1 JX-300X 系统基础知识简述其发展历程及应用情况2.1.1 总体概述JX-300X 系统的整体结构如图 2.1 所示基本组成包括工程师站（ES）、操作站（ OS）、控制站（CS ）和通信网络 SCnet II。1、系统主要设备（解释各种硬件的功能）（1）控制站（CS） 挂接在 SCnet网上，直接控制生产过程的计算机。162、系统软件众所周知，计算机仅
29、有硬件是无法工作的。为进行系统设计并使系统正常运行，JX-300X 系统除硬件设备外，还配备了给 CS、OS 、MFS 等进行组态的专用软件包。实时监控软件：AdvanTrol/AdvanTrol-Pro 完成实时监视、操作、记录、打印、事故报警。2.1.2 通信网络JX-300X 系统为了适应各种过程控制规模和现场要求，通信系统对于不同结构层次分别采用了信息管理网、SCnet II 网络和 SBUS 总线，其典型的拓扑结构如图 2.2 所示。171、信息管理网 Ethernet举例讲述信息网络的作用信息管理网的基本特性为：（1）拓扑结构 总线形或星形结构。（2）传输方式 曼彻斯特编码方式。（
30、3）通信控制 符合 IEEE802.3 标准协议和 TCP/IP 标准协议。（4）通信速率 10Mbps、100Mbps、1Gbps 等。（5）网上站数 最大 1024 个。（6）通信介质 双绞线（星形连接）、50 细同轴电缆、 50 粗同轴电缆（总线形连接，带终端匹配器）、光纤等。；（7）通信距离 最大距离为 10km。（8）信息管理网开发平台 采用 PIMS 软件。2、过程控制网络 SCnet II举例讲述过程控制网络的作用SCnet II 基本性能指标如下（1）拓扑结构 总线形或星形结构。（2）传输方式 曼彻斯特编码方式。（3）通信控制 符合 IEEE802.3 标准协议和 TCP/IP
31、 标准协议。（4）通信速率 10Mbps 、100Mbps 等。（5）节点容量 最多 15 个控制站、32 个操作站或工程师站或多功能站。（6）通信介质 双绞线、RG-58 细同轴电缆、RG-11 粗同轴电缆、光缆。（7）通信距离 最大 10km。JX-300X SCnet II 网络采用双重化冗余结构，如图 2.3 所示。在其中任一条通信线发生故障的情况下，通信网络仍保持正常的数据传输。18SCnet II 特点：高速、可靠、在线实时诊断、查错、纠错3、SBUS 总线SBUS 总线是控制站各卡件之间进行信息交换的通道。SBUS 总线由两层构成，即SBUS-S1 和 SBUS-S2，如图 2.
32、4 所示。主控制卡就是通过 SBUS 总线来管理分散于各个机笼的 I/O 卡件的。SBUS-S2 总线性能指标为：（1）用途 是主控制卡与数据转发卡之间进行信息交换的通道。（2）电气标准 EIA的 RS-485 标准。（3）通信介质 特性阻抗为 120 的八芯屏蔽双绞线。（4）拓扑结构 总线形结构。（5）传输方式 二进制码。（6）通信协议 采用主控制卡指挥式令牌存储转发通信协议。（7）通信速率 1Mbps（MAX）。（8）节点数目 最多可带 16 块（8 对）数据转发卡。（9）通信距离 最远 1.2km（使用中继器）。（10）冗余度 11 热冗余。SBUS-S1 总线性能指标为：（1）通信控制
33、 采用数据转发卡指挥式存储转发通信协议。（2）传输速率 156kbps。（3）电气标准 TTL 标准。19（4）通信介质 印刷电路板连线。（5）网上节点数目 最多可带 16 块智能 I/O 卡件。SBUS-S1 属于系统内局部总线，采用非冗余的循环寻址（I/O 卡件）方式。2.1.3 系统主要特点 高速、可靠、开放的通信网络 SCnet 分散、独立、功能强大的控制站 多功能的协议转换接口 全智能化设计 任意冗余配置 简单、易用的组态手段和工具 丰富、实用、友好的实时监控界面 事件记录功能 与异构化系统的集成 安装方便、维护简单、产品多元化、标准化2.2 控制站组成及主要卡件2.2.1 控制站组
34、成控制站主要由机柜、机笼、供电单元和各类卡件（包括主控制卡、数据转发卡和各种I/O 卡件）组成。1、机柜采用拼装结构，机柜外壳均采用金属材料（钢板或铝材），活动部分（如柜门与机柜主体）之间保证良好的电气连接，为内部的电子设备提供完善的电磁屏蔽。机柜应可靠接地，接地电阻应小于 4。机柜顶部安装两个散热风机，底部安装有可调整尺寸的电缆线入口，侧面安装有可活动的汇线槽。2、机笼按图 2.5 讲述机笼的布局、各卡件型号、功能、指标及编号。3、电源20电源配置可按照系统容量及对安全性的要求灵活选用单电源供电、冗余双电源供电等配电模式。控制站卡件要求供电电压为+5V 和+24V，由 220V 交流电经过电
35、源转换，引出5 根电源线，其中 2 根为+5V，1 根为+24V，2 根为 GND（直流地）。2.2.2 控制站卡件控制站卡件位于控制站的卡件机笼内，主要由主控制卡、数据转发卡和 I/O 卡（信号输入/ 输出卡）组成。卡件命名规则为控制站卡件的类型及功能见表 2.1 所示。表 2.1 控制站卡件一览表型 号 卡 件 名 称 性能及输入输出点数SP243X 主控制卡（SCnet ） 负责采集、控制和通信等，10MbpsSP244 通信接口卡（SCnet ） RS232/RS485/RS422 通信接口，可以与PLC、智能设备等通信SP233 数据转发卡 SBUS 总线标准，用于扩展 I/O 单元
36、SP313 电流信号输入卡 4 路输入，可配电，分组隔离，可冗余SP314 电压信号输入卡 4 路输入，分组隔离，可冗余SP315 应变信号输入卡 2 路输入，点点隔离SP316 热电阻信号输入卡 2 路输入，点点隔离，可冗余SP317 热电阻信号输入卡（定制小量程） 2 路输入，点点隔离，可冗余SP322 模拟信号输出卡 4 路输出，点点隔离，可冗余SP323 四路 PWM 输出卡 总脉宽长为 200ms，与 SP542 端子板配合用SP334 四路 SOE 信号输入卡 4 点分组隔离型SP335 脉冲量输入卡 4 路输入，最高响应频率 10KHzSP341 位置调节输出卡（PAT 卡） 1
37、 路模入，2 路开入、2 路开出SP361 电平型开关量输入卡 7/8 路输入，统一隔离SP362 晶体管触点开关量输出卡 7/8 路输出，统一隔离SP363 触点型开关量输入卡 7/8 路输入，统一隔离SP364 继电器开关量输出卡 7 路输出，统一隔离21SP000 空卡 I/O 槽位保护板1、主控制卡（SP243X） 主控制卡结构如图 2.6 所示，其面板上有 2 个互为冗余的 SCnet 通信口和 7 个 LED状态指示灯。（解释各个指示灯的含义）PORT-A（RJ451）通信端口 0，通过双绞线 RJ45 连接器与冗余网络 Scnet 的 0#网络相连；PORT-B （RJ452 ）
38、通信端口 1，通过双绞线 RJ45 连接器与冗余网络 Scnet 的 1#网络相连。主控制卡的网络（Scnet ）节点地址是利用拨号开关 SW2 的 S4、S5、S6、S7、S8共五位来设置的。（并用主控制卡件实物演示如何进行设置）详细设置参见表 2.2。表 2.2 主控制卡的网络节点地址（Scnet ）设置地址选择 SW2 地址选择 SW2S4 S5 S6 S7 S8地址 S4 S5 S6 S7 S8地址- ON OFF OFF OFF OFF 16- ON OFF OFF OFF ON 17OFF OFF OFF ON OFF 02 ON OFF OFF ON OFF 18OFF OFF
39、OFF ON ON 03 ON OFF OFF ON ON 19OFF OFF ON OFF OFF 04 ON OFF ON OFF OFF 20OFF OFF ON OFF ON 05 ON OFF ON OFF ON 21OFF OFF ON ON OFF 06 ON OFF ON ON OFF 22OFF OFF ON ON ON 07 ON OFF ON ON ON 23OFF ON OFF OFF OFF 08 ON ON OFF OFF OFF 24OFF ON OFF OFF ON 09 ON ON OFF OFF ON 25OFF ON OFF ON OFF 10 ON ON
40、 OFF ON OFF 26OFF ON OFF ON ON 11 ON ON OFF ON ON 27OFF ON ON OFF OFF 12 ON ON ON OFF OFF 28OFF ON ON OFF ON 13 ON ON ON OFF ON 29OFF ON ON ON OFF 14 ON ON ON ON OFF 30OFF ON ON ON ON 15 ON ON ON ON ON 31对 TCP/IP 协议地址采用表 2.3 的系统约定：表 2.3 TCP/IP 协议地址的系统约定地址范围类别网络码 IP 地址 备注控制站地址128.128.1 231 每个控制站包括两块互
41、为冗余主控制卡。同一块主控制卡享用22128.128.2 231 相同的 IP 地址，两个网络码。注：网络码 128.128.1 和 128.128.2 代表两个互为冗余的网络。在控制站表现为两个冗余的通信口，上为 128.128.1，下为 128.128.2，如图 2.7 所示。SW2 的 S1 位是本卡件的 SBUS 总线端口波特率设置位。 “OFF”时，通信速度为625kbps；“ON”时，通信速度为 156.25kbps。主控制卡的波特率设置必须与数据转发卡波特率设置保持一致，否则 SBUS 不能正常工作，主控制卡无法与 I/O 卡件正常通信。J5 实现 RAM 后备电池开 /断跳线控
42、制。当 J5 插入短路块时（ON），卡件内置的后备电池将工作。如果用户需要强制清除主控制卡内 SRAM 的数据（包括系统配置、控制参数、运行状态等），只需拔去 J5 上的短路块。出厂时的缺省设置为 ON，后备电池处于上电状态，在掉电的情况下组态数据不会丢失。卡件供电为 DC5V，280mA；DC24V ，5mA。2、数据转发卡（SP233） 图 2.8 为 SP233 数据转发卡与 SBUS 连接示意图。图 2.9 为数据转发卡结构简图，LED 状态指示灯分别是 FAIL（卡件故障指示）、RUN（卡件运行指示）、WORK（工作/ 备用指示）、COM （数据通信指示）和POWER（电源指示）。2
43、3SP233 地址（SBUS 总线）是利用拨号开关 SW1 的 S1、S2、S3、S4 共四位来设置的。S1 为低位，S4 为高位。（并用数据转发卡件实物演示如何进行设置）SP233 跳线 S1S4与地址的关系见表 2.4。表 2.4 数据转发卡 SP233 跳线与地址关系地址选择跳线 地址选择跳线S4 S3 S2 S1地址 S4 S3 S2 S1地址OFF OFF OFF OFF 00 ON OFF OFF OFF 08OFF OFF OFF ON 01 ON OFF OFF ON 09OFF OFF ON OFF 02 ON OFF ON OFF 10OFF OFF ON ON 03 ON
44、 OFF ON ON 11OFF ON OFF OFF 04 ON ON OFF OFF 12OFF ON OFF ON 05 ON ON OFF ON 13OFF ON ON OFF 06 ON ON ON OFF 14OFF ON ON ON 07 ON ON ON ON 15SP233 冗余设置时，互为冗余的两块卡件的 J2 调线必须都用短路块插上（ON ）。3、系统 I/O 卡件 控制站卡件除了主控制卡、数据转发卡外，还设置了多种 I/O 卡件。电流信号输入卡（SP313）功 能： 带模拟量信号调理功能的 4 路智能信号采集卡，并可为 4 路变送器提供+24V 的隔离电源。输入点数：
45、4 点，分组隔离（两点为一组）。分 辨 率： 15bit，带极性。输入阻抗： 200。隔离电压： 现场与系统之间 500VAC。共模抑制比：120dB。卡件供电： +5V：35mA；+24V：四路均配电：160 mA（MAX）；四路均不配电： 30 mA（MAX ）。配电方式： +24VDC。短路保护电流（配电情况下）：30 mA。精度： 对于不同的输入信号，SP313 卡可调理的范围及精度为： 型标准电流时，测量范围 010mA，精度0.1%FS；型标准电流时，测量范围 420mA，精度0.1%FS。电压信号输入卡（SP314）输入点数：4 点，分组隔离。24分辨率：15bit，带极性。输入
46、阻抗：1M 欧。隔离电压：现场与系统之间 500V AC，通道间 500 V AC共模抑制比：大于等于 120dB卡件供电：+5V，30mA 精度：对于不同的输入信号，SP314 卡可调理的范围及精度如表 10-3 所示。热电阻信号输入卡（SP316）输入点数：2 点，（点点隔离）。分辨率：15bit，带极性。输入阻抗：1M 欧。隔离电压：现场与系统之间 500V AC，两组通道间 500 V AC。共模抑制比：大于等于 120dB卡件供电：+5V，35mA 。精度：对于不同的输入信号，SP316 卡调理的范围几精度如表 10-4 所示。模拟信号输出卡（SP322）输出点数：4 点，点点隔离，
47、具有输出自检。输出信号：010mA 或 420mA，可组态选择。输出负载：1.5k（010mA ）,750(420mA).精度：0.1%FS 。线性度：0.025%FS 。隔离电压：现场与系统之间 500V AC。冗余方式：1：1 热冗余。卡件供电：+5V，30mA；+24V，100mA。开关量输出卡（P362）电源功耗：5V DC 20mA(MAX),24V DC20mA（MAX ）电压的范围：5C 系统，4.8V5.2V；24V 系统 23.5V24.5V。输出点数：7 点或 8 点（跳线选择）。触点类型：晶体管开关触点（无源）。隔离方式：光电隔离。隔离电压：现场侧与系统侧之间 500V
48、AC。4、系统端子板系统端子板由安装有端子的印刷电路板和端子盒构成，端子盒起固定和保护作用。JX-300X 系统现场信号线可采用端子板转接，再进入相关功能的 I/O 卡件。端子板上具有滤波、抗浪涌冲击、过流保护、驱动等功能电路，提供对信号的前期处理及保护功能。2.2.3 控制站特点1、卡件任意冗余配置 2、回路控制和逻辑控制 3、信号隔离 I/O 4、冗余电源供电 5、带电插拔卡件 6、低功耗技术 2.3 系统组态252.3.1 组态软件 SCKey简单介绍组态软件的作用及其特点1、SCKey 主画面及菜单用鼠标双击桌面上的 SCKey 快捷图标 ，启动组态软件 SCKey，图 2.10 为
49、SCKey组态环境的主画面。主画面由标题栏、菜单栏、工具栏、操作显示区和状态栏五部分组成。（边演示边说明各部分的主要功能及操作使用方法）2.组态内容使用 SCKey 基本组态软件对系统组态时，应按照下面三个步骤进行。（具体组态过程参见教材基本技能）（1）总体信息组态（2）控制站组态，图 2.11 为控制站组态的流程。26（3）操作站组态，图 2.12 为操作站组态流程示意图。3、组态规格表 2.9 列出了 JX-300X DCS 系统组态的最大规模和最大容量。表 2.9 组态规格内容 规格 说明控制站 15 地址：231 AO128 AI+PI384 DI1024 DO1024操作站 32 地址：129160最多数据转发卡/控制站 8 对 最多 I/O 卡件/机笼 16 1 点：SP3412 点：SP311 SP311X SP315 SP316 SP316X SP3178 点：SP361X SP362X SP363X SP364X16 点：SP336 SP337 SP339最多点数/卡件 16其他卡件均为 4 点主控卡运算周期 0.1 5.0 秒 位号长度 10 字节 以字节
