自动化-Specific - Competency - DCS - Module - 图文

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目 录

1．概述 第 2 页 2．系统结构 第 3 页 3．硬件简介 第 13页 4．工程 第30页 5．编程 第34页 6．界面设计 第61页 7．故障处理 第67页 8．网络 第70页 9．启动、停机和精调 第72页 10．维护 第75 页 11．文档化 第79页

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1. 概述

DCS是计算机技术、控制技术和网络技术高度结合的产物。DCS通常采用若干个控制器（过程站）对一个生产过程中的众多控制点进行控制，各控制器间通过网络连接并可进行数据交换。操作采用计算机操作站，通过网络与控制器连接，收集生产数据，传达操作指令。因此，DCS的主要特点归结为一句话就是：分散控制集中管理。

从结构上划分，DCS包括过程级、操作级和管理级。过程级主要由过程控制站、I/O单元和现场仪表组成，是系统控制功能的主要实施部分。操作级包括：操作员站和工程师站，完成系统的操作和组态。管理级主要是指工厂管理信息系统（MIS系统），作为DCS更高层次的应用，目前国内造纸行业应用到这一层的系统较少。

Toal Plant Alcont 系统原属Alstrom公司自动化部，专门致力于浆纸过程控制，后被Honeywell公司收购。

TPA系统是一个开放型分布式过程控制系统。它基于单一模块化硬件及软件结构，根据各种控制需要进行组态。

TPA系统能在同一个操作站开放不同的窗口监视现场操作

TPA系统可以与不同系统共享数据并支持第三方软件。

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2. 系统结构

图1 系统结构

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2.1.1纸板机DCS系统结构

DxM1 Gus1 Gus2 Gus3 Gus4 Gus5 Gus6 PHD Gus7 Gus8 OM1 OM2 OIM1 SYSTEM PROCESS PM1 PM1IO1 PM2 PM2IO1 PM3 PM3IO1 PM4 PM4IO1 PM5 PM5IO1 IOLINE PM1IO2 PM2IO2 PM3IO2 PM4IO2 PM5IO2 PM3IO3 PM4IO3 PM4IO4

图2 纸板机DCS系统简图

纸板机共有5个PM：

PM1是用于控制浆板机筛选、流送系统； PM2是用于网部、压榨、干燥部分控制； PM3是用于打浆、流送控制； PM4是用于筛选、真空、

PM5是用于辅料化学、润滑、干燥控制

纸板机和浆板机工段：浆板机筛选、流送系统、浆板机干燥、纸板机打浆、流送、筛选、真空、辅料化学、润滑、干燥

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2.1.2制浆DCS结构

DxM1 Gus1 Gus2 Gus3 Gus4 Gus5 Gus6 PHD Gus7 Gus8 OM1 OM2 OIM1 SYSTEM PROCESS PM1 PM1IO1 PM2 PM2IO1 PM3 PM3IO1 PM4 PM4IO1 IOLINE PM1IO2 PM2IO2 PM3IO2 PM4IO2 PM1IO3 PM2IO3 PM3IO3 PM4IO3 PM2IO4 PM4IO4

图3制浆DCS系统简图

PM1是用于控制蒸煮和公共部分 PM2是用于控制漂白；

PM3是用于控制氧脱木素和筛选； PM4是用于控制化学品

制浆现有的工段为：备料、蒸煮、筛选、化学品；

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2.1.3碱回收DCS系统结构

DxM1 Gus1 Gus2 Gus3 Gus4 Gus5 Gus6 PHD Gus7 Gus8 Gus8 Gus8 OM1 OM2 OIM1 SYSTEM PROCESS PM1 PM1IO1 PM2 PM2IO1 PM3 PM3IO1 PM4 PM4IO1 PM5 PM6 PM7 PM6IO1 PM6IO2 PM6IO3 PM7IO1 PM7IO2 IOLINE PM1IO2 PM2IO2 PM3IO2 PM4IO2 PM1IO3 PM4IO3 PM4IO4

图4碱回收、动力DCS系统简图

PM1是用于控制苛化和石灰窑； PM2是用于控制蒸发； PM3是用于碱炉； PM4是用于碱炉、 PM5 用于汽轮机通讯； PM6 用于控制锅炉

PM7 改造项目用于苛化石灰窑

碱回收现有工段：蒸发、碱炉、苛化、石灰窑、锅炉和汽轮机

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2.2系统组成 2.2.1 OM

2.2.1.1 OM（Operation Moudle）组成

OM由处理器、电源、通讯卡、EMM/NVM存储卡、输入输出卡组成，一般安装在同一卡笼内。

图5 OM组成

2.2.1.2 OM （Operator Module）的功能

a) 为用户提供控制过程所需的现场信息，并将指令以操作现场执行机构完成操作的过程

b) 将不同工段的流程图存储在EMM卡中并收集现场的数据 c) 收集现场报警信息并输出到喇叭、打印机、显示器等设备 d) 备份组态及应用定义信息 e) 保存系统架构信息 f) 作为诊断接口 g) 执行顺序控制

2.2.2 OIM

2.2.2.1 OIM（Operator Interface Module）卡组成

OIM卡为远程操作站控制模块，由处理器、电源、通讯卡、输

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入输出卡组成

OIM模件没 有 ＥＭＭ在、 存储卡

图6 OIM

2.2.2.2 OIM（Operator Interface Module）功能

a) 用于连接远程操作站

b) 与OM的区别是没有存储卡，画面调用仍然来自OM仅作为操作界面

c) PM（Process Module）作用：

d) 完成测量、调节、逻辑控制以及顺序控制功能，PM内部还有内嵌的计算和数据处理软件

e) 监视现场数据报警状态并将报警信息传送给OM f) 收集存储8个小时的过程趋势数据 g) 控制系统与工艺过程的接口

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2.2.3 PM

图7 PM组成

2.2.3.1 PM（Process Moudule）组成

由处理器、电源、通讯卡、输入输出卡组成，在重要环境中PM要求冗余结构。

2.2.3.2 PM功能

完成测量、调节控制、逻辑、顺序、批处理过程控制功能。

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它用I/O与过程接口，可以执行用事件驱动的高级语言，PM可以储存8小时的历史趋势。

2.2.4 通讯总线

上行总线通常为同轴电缆，总线通信速率1.2或4Mbit/s。上行总线又分为系统总线，过程总线和I/O总线。

总线两端为75欧姆终端电阻，当怀疑总线故障时可以断开所有模块测量并联电阻在40欧姆左右（线阻50-100欧姆/千米）。

图8 总线电阻

上行总线最多可以挂16个OM，每个OM可以挂16个PM,全厂由三条线组成，所有GUS通过以太网线组成以太网，并可以与全厂信息网互联。

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图10 通讯总线

2.2.5 DxM模块

是程序设计工作站，包括组态工具、图形工具、系统工具，分别进行组态、文档、管理及图形设计、系统定义等功能。

?

DxM用于创建工程文件

? 进行系统定义和I/O定义 ? 应用程序组态 ? 离线或在线测试 ? 将程序下载到控制器 ? 检查下载后系统功能 ? 文档化应用程序 ? 备份系统和应用程序

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? 通过网络远程控制应用程序 ? 远程诊断系统问题 ? DxM是基于PC的编程工具

2.2.6 GUS操作站

操作员站是基于WindowsNT操作系统,使用Alcont程序，硬件配置为PIII/800,1280x1024,21”,10G IDE,128M RAM, 3Com Etherlink 10/100 PCI 3C905B-COMBO ( ETI 接口)，3Com Etherlink 10/100 PCI 3C905C ( LAN 接口)，用于控制和操作过程。

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3 硬件简介 3.1 XPR卡

OK灯—是状态检测灯，用于检测XPR卡及程序运行状态。当该灯熄灭时表示系统禁止该卡或某些程序运行，或者检测到接口卡OK灯不亮。 M —通讯总线的逻辑状态可以从功能显示区显示，当执行冗余备份时可以看出哪一个是主处理器。

H — 保持开关

I — 指示使能开关，当开关从右边拨到中间再拨回时终端接口速率会被改变，开关拨到左边可以看到传送速率 R-重启按钮

A — 灯亮时表示通讯在该总线进行，表示总线在

图11 XPR卡 接收数据。

B —灯亮时表示通讯在该总线进行，表示总线在接收数据。 功能显示— 由4位ASCII字符组成，正常时显示RNxx，后两位表示系统负荷。在系统重启时显示IXXX，TXXX，SXXX，AXXX，LXXX，分别表示格式化，启动测试，软件导入， Ax系统，下载，如果出现Mxxx表示硬件故障。

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3.2 电源卡 3.2.1 LPS

Ok- 灯亮表示电源状态正常 5VB-给内存供电 5V-给所有卡供电 26V-卡辅助电源 24V-给输出卡供电 Line OFF-检测主电状态 ACC On/Off-电池供电开关

图12LPS卡

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3.2.2 IOPS（IO Power Supply）

为扩展IO槽提供220/115VAC电源，没有后备电池，型号有ST和冗余DP两种。

IOPS包括两个IPCC连接卡，分别提供5V和26V电源。

图13 机柜

图15 IOPS

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图16IOPS接线图

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3.3 存储卡 3.3.1EMM

MRF-主处理器访问卡件时灯闪烁

PWR-BAT电池电源指示灯 BF-电池电压低指示灯 一般该卡有四块，分别存储系统定义，应用程序。 每次系统重启将会检查内存软件包，组态及其它固定软件。

内存供电有三重保险：

a- 5V电源 b-5VB电源 c-后备电池供电

3.3.2 NVM卡

MRF-主处理器访问卡件时灯闪烁

PRV-当向该卡写入程序时灯闪烁

D-拨动开关，当向该卡写入程序时开关拨到左端，写入完成后拨到右端

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NVM卡数量与EMM卡数量保持一致，存储卡件的存储内容在系统编辑器定义。

EMM和NVM卡容量均为8MB，EMM卡作为程序扩展内存使用，必须有后备电池，加入失电将丢失所有存储内容；NVM卡可以写入后保存数据一直到卡件被格式化。

3.4 总线通讯卡 3.4.1UIX卡

MRF-指示灯亮时表示主处理器在访问该通讯卡。 OK- 指示灯亮表示UIX卡状态正常。

OL(One Line) -灯亮时表示该卡连接到上行总线或I/O总线。

A-A通道，当与上行总线或I/O总线通讯时灯闪烁 B- B通道，当与上行总线或I/O总线通讯时灯闪烁 TE(Transmit Error) -当总线发送故障信息时指示灯闪烁

RE(Receiver Error)-当检测到故障信息时指示灯闪烁，假如只有该卡的RE灯闪烁说明该卡有故障，若与其它卡一起闪烁时表示故障在电缆或发送端。

SP1/SP2/SP4-表示通讯速率分别为1/2/4Mbits/s

UIX用于上行总线时最多可连16个，通讯速率1Mbits/s时电缆长度1200米，2Mbits/s时750米，4Mbits/s时300米。

UIX用于IO总线时最多可连接4个，通讯速率1Mbits/s时电缆

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长度1400米，2Mbits/s时900米，4Mbits/s时370米。

3.4.2 IOC卡

MRF-指示灯亮时表示主处理器在访问该通讯卡。 OK- 指示灯亮表示UIX卡状态正常。

OL (One Line) -灯亮时表示该卡连接到I/O总线。 A-A通道，当与I/O总线通讯时灯闪烁 B- B通道，当与上I/O总线通讯时灯闪烁

TE (Transmit Error) -当总线发送故障信息时指示灯闪烁

RE (Receiver Error)-当检测到故障信息时指示灯闪烁，假如只有该卡的RE灯闪烁说明该卡有故障，若与其它卡一起闪烁 时表示故障在电缆或发送端。 SP1/SP2/SP4-表示通讯速率分别为1/2/4Mb/s

3.4.3 UPC（Uplink Cable Connection）卡

WI- 连接电缆未接好时指示灯亮

GFL-指示灯亮时表示接地不良，电缆，接头或UPC卡本身有故障

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3.4.4 ETI卡

X1-10Base2 BNC细缆 X2-15针AUI D型接口 MRF-灯亮时表示

ETI卡用于连接控制器到以太网总线，卡内存有驱动程序。当用10Base2细缆时距离不能超过185米，用10BaseT CAT5缆时距离不能超过100米。通讯速率10MB/S。

ETI卡有两个卡槽分别与以太网和UP1600内存总线连接。在VSYS系统中ETI卡内软件完成TCP/IP协议Socket服务。ETI卡配置参数包括名称，IP地址，工作组（域），子网掩码，名称服务器IP地址。更换ETI卡后必须重起该卡件，命令为 OUT Parameter，0。

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3.5 串行通讯卡 3.5.1 SCI卡

SCI卡有两种型号ST和NPX，NPX型用于需要处理大量通讯数据时。

OK-卡件运行状态 MRF-主参考灯

ATLC-A通道电流环发送状态 ARLC- A通道电流环接收状态 BTLC- B通道电流环发送状态 BRLC- B通道电流环接收状态 ATXD-A通道发送数据 ARXD-A通道接收数据 BTXD- B通道发送数据 BRXD- B通道接收数据 A，

B通道为2110标准25针D型插头。SCI具有RAM和

ROM内存，通讯程序由处理器下载到存储器。不同通讯协议有不同接线方式：

3.5.1.1RS232C

EIA RS-232是美国电子工业协会正式公布的串行总线标准，也是目前最常用的串行接口标准，

用来实现计算机与计算机之间、计算机与外设之间的数据通讯。

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RS-232串行接口总线适用于：

设备之间的通讯距离不大于15m，传输速率最大为20kBps。一个完整的RS-232接口有22根线，采用标准的25芯插头座。

3.5.1.2 Active电流环

20mA电流环是一种非正式公布的串行通信标准。它以20 mA电流流过通信环路表示数据信号的传递，无电流为空号（逻辑0），在接收端由光电耦合器件将电流还原为系统可以读的电平信号。

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3.5.1.3 Passive 电流环

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3.5.1.4 RS422

RS-422即平衡电压数字接口电路的电气特性，RS-422的最大传输距离为4000英尺（约1219米），最大传输速率为10Mb/s。

3.5.1.5 RS485

RS-485采用平衡发送和差分接收，因此具有抑制共模干扰的能力。加上总线收发器具有高灵敏度，能检测低至200mV的电压，故传输信号能在千米以外得到恢复。 RS-485采用半双工工作方式，任何时候只能有一点处于发送状态，因此，发送电路须由使能信号加以控制。RS-485用于多点互连时非常方便，可以省掉许多信号线。应用RS-485 可以联网构成分布式系统，其允许最多并联32台驱动

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器和32台接收器。

3.5.1.6 ModBus

Modbus是MODICON公司于1979年开发的一种通讯协议。它是一种在工业领域被广为应用的真正开放、标准的网络通讯协议。SCADA和HMI通过Modbus协议可以很容易将带串行通讯口的设备集成在一起。

常用的MODBUS 通讯规约有两种，一种是MODBUS ASCII，一种是MODBUS RTU。

3.5.2纸板机应用串行通讯方式

系统 通讯方式 MCS RK3964/Rk3964R MDS RK3964/Rk3964R QCS 电流环

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3.6 MAI卡

型号：MAI/20mA

MRF-主参考灯 CON-A/D转换状态

EVF（External Voltage Failure）-外部电源故障 OC（Over Current）-过流指示灯，电流大于25mA 输入电流0-20mA或4-20mA，连接卡CCCH卡。

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3.7 ACO卡

MRF-主参考灯 CHX-通道指示灯 EVF-外部电源故障

电源共地，有公共24V供电，连接卡为CCCH卡，输出电源0-20mA或4-20mA。

10个通道可用。

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3.8 MSI卡

MRF-主参考

共16个通道，当输入电压小于8V时为关状态，大于16V时为开状态。 连接卡为CCCA卡

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3.9 BOU卡

MRF-主参考灯 X-通道灯

D-拨到右边与现场断开

BOU卡可以输出电源或干接点，16个通道。 输出电流1A，开关电源5A，连接卡可以是CCCA或CCCG卡

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4 工程

4.1 系统设计、组态、安装、调试

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4.2系统编程 4.2.1增加IO定义

在系统组态工具中打开IO Cards,选择相应的PM及IO卡，在BlockPins中增加删除IO定义。

4.2.2 Process Area过程区域

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在Name中输入定义的过程区域名称，在AlarmArea中定义报警区域。

4.2.3用户

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定义用户名称，密码，语言及权限。

权限有四个级别：Open，View，Modify和Critical Modify

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5编程

5.1 TPA编程软件

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5.1.2组态过程

5.1.2.1 增加块到编辑区 5.1.2.2 定义头文件

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Module：输入组态将要下载到的PM， 下面是冗余PM名称 Priority：优先级

Phase：Auto用于带Tag的块，Fixed用于子块

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5.1.2.3 定义子块 5.1.2.4 连接管脚定义 5.1.2.5 连接

Name

Pin的名字1-3个字母，为A-Z或0-9的数字组合 Input/Output

定义Pin的结构类型，分别位于左右两侧 Vector

用于向量类型的块或高级编程 Type

-Signal 位数据类型，用小写字母表示

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-Real 实数类型，用大写字母表示，3.4128237e-38-3.4128237e38 -Word 整数类型(0-65535)，第一个字母大写其余字母小写 -Long Real 长实数类型，第一个字母大写其余小写 -Char 字符类型（如date），第一个字母大写其余小写 Description 打印到文档的描述 Badge

用于Pin的描述，用于输出到文档 Visible on higher level 可以链接数据到高一级程序模块 Public

能够连接到其它程序块，所有回路图像中相关Pin都是公共管脚 Trend record

当REC结构连接到相应的趋势模块时选择 Activate task 未用 Register I/O

连接寄存器连接I/O时使用（例如PFI卡） Create/target of interlocking

作为电机阀门回路联锁数据，在扩展里定义对该联锁的描述 Block able to write to its input

用于在Pascal块管脚和顺序块的时间计时管脚

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Pin to be copied in testing

可以将相关的pin的输入赋给定义的管脚，例如电机回路里的tst,在模拟状态下启停电机，该值可以在监控状态下修改

链接

标签 名字

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Link 链接

-用于连接两个外部可见或内部已连接的程序管脚 -连接表示方法：

信号为虚线，向量为粗实线，其它数据类型均为细实线 -Flag 标签链接

由一个小数据框和里面的一个小写字母表示 -Name 名字链接

能够连接基本模块或显示于高一级模块的管脚到其它回路的公共结构管脚

5.1.2.6 定义运行顺序 5.1.2.7 离线测试

5.1.2.8 在系统编辑器定义I/O

常数

-可以是任何数据类型

-改变常数值只能在块编辑器中进行，已经下载的常数只能在编辑器中修改后再重新下载 变量

-可以是任何数据类型

- 变量是可调的参数，该数值需要经常修改，比如某些调节参数Par等。要对该类数值进行修改需要在监控状态下进行且不必重新下载。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/cuf3.html