通信網絡和系統組態

TPS系統的通信網絡包括數據高速通路（DH)、局域控制網（LCN)、控制網 (UCN)和工廠信息網（PIN)。下面扼要地介紹DH、LCN、UCN及網間接口模件。

1. 數據高速通路（DH)

DH是TPS基本系統的通信網絡，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，三條的設備總數不超過 63臺。所有的DH設備按其通信優先權分為優先設備、詢問設備和只答設備三級。

2. 局域控制網（LCN)

LCN是一種高速局域控制網絡，通信系統由同軸電纜、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 絡接口 HG、LCN與UCN之間的網絡接口 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 纜接口在令牌站發送幀的等待時間內未收到信息，則網絡管理軟件自動切人備用電纜。

網絡采用IEEE 802. 4令牌總線協議，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絡系統，并且可以在不影響系統運行的情況下增加 或減少模件。

LCN網絡每根LCN同軸電纜可長達300m，經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網擔負各模塊間的信息傳遞，通過有效的協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UCN

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

UCN網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，以滿足不同生產工藝的需 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 連續的地址’而且主設備地址為奇數，備用設備地址為偶數。其中冗余的NIM必須分配zui 低地址1和2。

UCN支持網上設備的點對點通信，這樣所有設備可以共享網絡數據，更易于相互協調 和實現*復雜的控制策略。UCN網通過NIM和LCN網相連并進行實時數據通信，一條 LCN網zui多可掛20條UCN網。

4.網間接口模件

(1) 網絡接口模件NIM NIM是LCN網和UCN網之間的網間連接器。

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

絡可以有多個冗余的NIM模件。

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

系統組態

組態就是用系統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系統組態主要包括系統設備組態、控制組態和畫面組態。

(一）系統設備組態

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，都是網絡上的 一個節點，因此必須為這些節點分配網絡地址，這就是系統設備的組態。它是系統操作、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（通常也稱 為NCF組態），再是分散過程控制層設備組態。

1.集中操作管理層設備組態

集中操作管理層設備組態包括系統取名、節點組態和系統通用信息的確定三個方面 的內容。

(1) 系統取名系統取名就是確定系統的單元名、區域名和控制臺名。在TPS系統中， 為了便于管理和安全操作，將被控對象分成zui多10個區域，每個區域又分成zui多100個單 元，每個單元由若干個點或模塊組成。對US或GUS都規定了各自的操作區域，某區域的 操作站雖然可以調出其他區域的畫面，但只能監視，不能操作，這樣既保證了合理分工，又 體現了系統協調。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。

在組態時，除了命名還要給出相應的描述符。例如，單元組態行“15U2ER-1K”表示 15號單元U2，ER-1K是它的描述符；區域組態行“AREA01 CP-1K-2K-COM”中區域名 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) 節點組態操作管理層節點組態也就是LCN節點的組態。在TPS系統中，US、UWS和GUS功能相近，統稱為US，因此LCN節點的組態大致可分為四類，即US、 \.IM、HM和AM等節點的組態。組態的內容包括分配節點號、登記節點的外部設備及冗 余方式等。

3:系統通用信息的確定主要有五個方面：系統標識符、系統時鐘源、用戶平均值計 算寶萄、輪班計時數據和US操作臺數據。

2.分散過程控制層設備組態

分散過程控制層設備組態包括節點登記和節點特性組態。

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

(2) 節點特性組態節點特性組態的內容包括兩個方面：一是確定各類數據點的數量及 掃描周期；二是給I/O插槽分配I/O模板。

①確定各類數據點的數量及掃描周期數據點的數量和掃描周期根據用戶的需要來確 定，但是也有一定的約束條件，每一類型的數據點數不能超過設備規定的zui大點數，所有數 據點的處理單元（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

控制組態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/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. 控制組態方式

控制組態方式可分為填表組態、語言組態和圖形組態。

填表組態是Honeywell公司早期產品的組態方式，DH上的MC或AMC就是采用填寫 組態字的方式。它需要組態工程師對組態字的含義十分熟悉，組態很不方便。

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

圖形組態采用圖形模塊與窗口參數相結合的方式。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 人數據和變量，zui終構成所需的控制系統。這種“所見即所得的”組態方式，將自動形成組 態文件，并下裝到分散控制設備，執行既定的控制功能。

圖形組態方式采用圖形模塊與窗口參數相結合的方式，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方法。

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

2. 輸人/輸出模塊組態

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

(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。點形式是指數據點的參數在參數表中顯示的形式，若 為“FULL”（全點），則全顯示，包括描述性參數和與報警有關的參數；若為“COMPO¬NENT” (半點），表示該數據點只是作為其他數據點的輸人或輸出值，描述性參數和與報警 有關參數都消失。一般在控制回路中只有常規控制點選“full”，并作為主要操作界面， 其他的輸人、輸出等模塊均選“COMPONENT”。

(2) 確定數據點在系統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節點的名稱、該節點所在的UCN號、UCN節點號、I/O模板類型、模板 號、通道號等。

(3) 確定數據點的各項特性輸人數據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、報警限值和報警優先級、報警允許狀態等。輸出數據點的特性內容 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

常用的運算模塊有代數運算、信號選擇、數據選擇、數值限制、報警檢查、計算公式和 傳遞函數模塊七類。它的組態步驟是先在CRT屏幕上調出所需的算法模塊’然后單擊該模 塊框圖，打開參數表窗口，逐項填寫。主要內容包括位號、算法名稱、所在控制網絡的位 置、輸人和輸出信號以及相應的運算常數。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

控制模塊分為連續控制、邏輯控制和順序控制三類，每一類都有相應的組態方式，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)連續控制模塊組態連續控制模塊以常規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。現以單回路PID控制為例說明連續控制回路的組態。

單回路PID控制的組態如圖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控制的組態圖形。這是一個流量控制系統，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’經正反方向選擇和折線處理后 輸出OV值，經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端輸出的是根據當前的OV值反算其輸入端IV應具有的數值，此值送到PID的BIV端，當系統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，從而實現了無擾動 切換。

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

控制模塊的特性參數包括工程單位、PV量程上/下限、給定值上/下限、給定值、小數 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，在本例中就是被調量FT123的PV值，輸出參數就是控制量 FV123 的 OV 值。

(2)邏輯控制模塊組態邏輯控制模塊組態，常用的方式有梯形圖、邏輯圖和指令表三 種。梯形圖組態方式，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、邏輯塊數量和輸出變量數不同，有12-24-4、12-16-8、12-8- 12三種。

以圖7-11的邏輯控制系統為例，圖中U、L2、L3經“或”門，輸出SOI; SOU L4、 L5經“與”門輸出S02。SOI控制D0728.S0，S02控制D0729. SO，組態內容除了工位 號、邏輯點描述、確定模塊在系統中的位置等基本的組態項外，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。