和利時最新DCS系統(tǒng)介紹網(wǎng)上搜不到的內(nèi)部資料！

百戰(zhàn)歸來 2016-05-14

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導(dǎo)語

杭州和利時自動化有限公司，工程設(shè)計中心項目設(shè)計部的徐屹昌工程師，就在第一時間給小7發(fā)來關(guān)于和利時最新DCS資料。隨后，浙江中控技術(shù)股份有限公司也發(fā)來相關(guān)資料。

因內(nèi)容較多，小7只好逐一為大家呈現(xiàn)，今天介紹的和利時KM系統(tǒng)（硬件）。

HOLLiAS MACS-K 系統(tǒng)是和利時公司于2013年正式推出的大型分布式控制系統(tǒng)。重點提升系統(tǒng)的可靠性和易用性。支持P-P（點對點結(jié)構(gòu)）、C/S（客戶機/服務(wù)器結(jié)構(gòu)）、P-P和C/S（混合結(jié)構(gòu)）三種網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架。吸收了安全系統(tǒng)的設(shè)計理念。

基于以太網(wǎng)和ProfiBus-DP現(xiàn)場總線構(gòu)架，方便接入多種工業(yè)以太網(wǎng)和現(xiàn)場總線。符合IEC61131-3標準，內(nèi)部集成基于HART標準協(xié)議的AMS系統(tǒng)，并且方便集成SIS、PLC、MES、ERP系統(tǒng)等，以及眾多知名廠家控制系統(tǒng)的驅(qū)動接口，可實現(xiàn)智能現(xiàn)場儀表設(shè)備、控制系統(tǒng)、企業(yè)資源管理系統(tǒng)之間無縫信息流傳送，能方便的實現(xiàn)工廠智能化、管控一體化，集成多個行業(yè)先進控制算法平臺，為工廠自動控制和企業(yè)管理提供全面的解決方案。實現(xiàn)生產(chǎn)、設(shè)備和安全三大目標的協(xié)調(diào)最佳化，確保工廠生命周期內(nèi)的投資維護成本最小，生產(chǎn)的運作目標可持續(xù)。

系統(tǒng)簡介

系統(tǒng)特點

高可靠性

全冗余

系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)、控制網(wǎng)絡(luò)、控制器、電源模塊、I/O模塊均可冗余配置，無單點故障。

多重隔離

系統(tǒng)總線和模塊之間采用光電隔離；采用系統(tǒng)電源和現(xiàn)場電源雙隔離供電；網(wǎng)絡(luò)具有物理層和協(xié)議層雙重隔離；全系列模塊的各個通道之間完全故障隔離。

環(huán)境適應(yīng)性

系統(tǒng)基于惡劣的工業(yè)環(huán)境設(shè)計，符合EMC的設(shè)計規(guī)范，抗干擾性符合工業(yè)環(huán)境下的國際標準IEC61000，系統(tǒng)防腐蝕能力滿足ISA S71.04標準G3等級要求。

高安全性

系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)采用確定性實時以太網(wǎng)通訊協(xié)議，標配帶防火墻的交換機，保證網(wǎng)絡(luò)安全；控制器CPU采用PowerPC構(gòu)架工業(yè)級芯片，基于實時操作系統(tǒng)，內(nèi)置防網(wǎng)絡(luò)風暴組件；采用多比特位開關(guān)量和信號質(zhì)量判斷，故障倒向安全。

綜合診斷

現(xiàn)場控制站和從站單元均為帶有智能CPU單元，每個單元均可完成自診斷，所有類型的故障，如通信、斷線、短路、超量程，都可以被檢測并及時上報給操作員站。

失效安全

邏輯計算之前進行信號質(zhì)量驗證，故障時輸出可以自動切換到預(yù)先設(shè)定的安全值。使用多個bit位代表0/1進行容錯，支持ECC內(nèi)存錯誤檢測。

最大的靈活性

系統(tǒng)支持P-P（點對點）和C/S（客戶端/服務(wù)器）結(jié)構(gòu)，也可以選擇混合網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu)，以滿足大型、中型及小型應(yīng)用程序的需求。

支持星型、環(huán)型或總線型拓撲結(jié)構(gòu)的工業(yè)以太網(wǎng)連接。

現(xiàn)場總線綜合集成，支持HART、PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA、Modbus等通信協(xié)議接口，同時支持接入多種協(xié)議工業(yè)以太網(wǎng)。

向前兼容和利時的FM/SM系列I/O模塊，方便老系統(tǒng)升級。

HOLLiAS AMS（資產(chǎn)管理系統(tǒng)）、BATCH（批量控制）、APC（先進過程控制）、SIS（安全儀表系統(tǒng)）、MES（生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)）、OTS（操作員仿真培訓(xùn)系統(tǒng)）可以和MACS-K系統(tǒng)無縫集成，提供整體解決方案。

符合IEC61131-3編程語言，并支持用戶自定義功能塊、符號和腳本。

具備硬件熱插拔、在線下裝和在線電子維護手冊，為客戶提供了方便且安全的現(xiàn)場維護，沒有任何導(dǎo)致非?；蚋蓴_生產(chǎn)的過程。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)組成

MACS-K系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)由三部分組成，從上到下依次為管理網(wǎng)（MNET）、系統(tǒng)網(wǎng)（SNET）、控制網(wǎng)（CNET）。其中系統(tǒng)網(wǎng)和控制網(wǎng)都是冗余配置，管理網(wǎng)為可選網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖如下所示：

管理網(wǎng)絡(luò)(MNET)

由100/1000M以太網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，用于控制系統(tǒng)服務(wù)器與廠級信息管理系統(tǒng)（RealMIS或者ERP）、INTERNET、第三方管理軟件等進行通訊，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高級管理和共享。管理網(wǎng)絡(luò)層為可選網(wǎng)絡(luò)層。

系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)(SNET)

由100/1000M高速冗余工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，用于工程師站、操作站、現(xiàn)場控制站、通信控制站的連接，完成現(xiàn)場控制站的數(shù)據(jù)下裝?？煽焖贅?gòu)建星型、環(huán)型或總線型拓撲結(jié)構(gòu)的高速冗余的安全網(wǎng)絡(luò)，符合IEEE802.3 及IEEE802.3u 標準，基于TCP/IP 通訊協(xié)議，通訊速率100/1000Mbps 自適應(yīng)，傳輸介質(zhì)為帶有RJ45連接器的5類非屏蔽雙絞線。

控制網(wǎng)絡(luò)(CNET)

采用冗余現(xiàn)場總線與各個I/O 模塊及智能設(shè)備連接，首次同時支持星型網(wǎng)絡(luò)和總線型網(wǎng)絡(luò)。實時、快速、高效地完成與現(xiàn)場通訊任務(wù)，符合IEC61158 國際標準（國標：JB/T10308.3-2001/歐標：EN50170，即PROFIBUS-DP通訊協(xié)議），傳輸介質(zhì)為屏蔽雙絞線或者光纜。在MACS-K系統(tǒng)中，我們也稱控制網(wǎng)為IO-BUS。

系統(tǒng)網(wǎng)、控制網(wǎng)節(jié)點功能說明

系統(tǒng)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點主要由工程師站、操作員站、歷史站（選配可兼系統(tǒng)服務(wù)器）、控制站等部件組成；而控制網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點由控制站和I/O模塊構(gòu)成。

工程師站

用于完成系統(tǒng)組態(tài)、修改及下裝，包括：數(shù)據(jù)庫、圖形、控制算法、報表的組態(tài)，參數(shù)配置，操作員站、現(xiàn)場控制站及過程I/O模塊的配置組態(tài)，數(shù)據(jù)下裝和增量下裝等。

操作員站

用于進行生產(chǎn)現(xiàn)場的監(jiān)視和管理，包括：系統(tǒng)數(shù)據(jù)的集中管理和監(jiān)視，工藝流程圖顯示，報表打印，控制操作，歷史趨勢顯示，日志、報警記錄和管理等。

歷史站（選配可兼系統(tǒng)服務(wù)器）

用于完成系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)服務(wù)和與工廠管理網(wǎng)絡(luò)交換信息等。

控制站

用于完成現(xiàn)場信號采集、控制和聯(lián)鎖控制算法、控制輸出、通過系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)和診斷結(jié)果傳送到操作員站等功能。

I/O模塊

用于將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號、工程單位變換，模塊和通道級故障診斷。通過冗余的多功能總線送給主控制器單元。

系統(tǒng)環(huán)境要求

性能指標

系統(tǒng)整體性能

電磁兼容性能

電磁兼容能力遵循/滿足如下標準要求：

IEC 61131-2 2007 Programmable controller-Part 2 Equipment requirements and tests；

DLT 1083-2008 火力發(fā)電廠分散控制系統(tǒng)技術(shù)條件；

JBT 8804-1998 工業(yè)PC控制系統(tǒng)通用技術(shù)條件；

GB-T18271.3-2000 過程測量和控制裝置通用性能評定方法和程序第3部分：影響量影響的試驗 (IEC 61298-3 1998)。

MACS-K系統(tǒng)產(chǎn)品通過CE認證，即完全符合歐盟EMC要求。

硬件結(jié)構(gòu)

控制網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

HOLLiAS MACS-K系統(tǒng)主要硬件由控制器模塊和I/O模塊構(gòu)成，控制器模塊是系統(tǒng)網(wǎng)和控制網(wǎng)之間的樞紐。總線模塊是連接控制器和I/O模塊的樞紐。控制網(wǎng)CNET連接示意圖見下圖10。

單機柜中最多可安裝6列DIN35導(dǎo)軌，每列導(dǎo)軌上最多可安裝10個I/O模塊。K-BUS支持級聯(lián)擴展，一對控制器最多帶100個I/O單元。

現(xiàn)場控制站硬件安裝

HOLLiAS MACS-K硬件采用模塊式結(jié)構(gòu)，采用DIN35標準導(dǎo)軌安裝，可以在任何機柜中安裝。

現(xiàn)場控制站機柜

a機柜類型：控制柜/控制擴展柜

b尺寸規(guī)格：2100×800×650mm（高×寬×深）或2100×800×800mm（高×寬×深）

c顏色：國際標準RAL7032或RAL7035等

d材料：鋼板、箱體架、頂蓋、后壁和底板：1.5mm。門：2.0mm。

e表面處理：箱體架（浸涂底漆）；門、頂蓋和后壁（浸涂底漆，外部經(jīng)粉末涂層）；安裝板和底板（鍍鋅）。

f防護等級：IP56，根據(jù)EN60 529/09.2000，符合NEMA 12的要求。

機柜示意圖如圖11所示。

系統(tǒng)容量

K系列的硬件設(shè)備（背板、主控、I/O單元、電源、底座、端子板）集中安裝在機柜中，各部分通過專用電纜、導(dǎo)線連接。每列最多安裝10個I/O模塊，I/O模塊底座長度為120mm，冗余底座長度為240mm，端子板的長度有兩種，200mm和300mm。

K系列單機柜安裝最大模塊數(shù)

當IO-BUS總線網(wǎng)絡(luò)采用總線形配置時：單控制站最大僅支持30個I/O模塊，模塊安裝在第1~3列導(dǎo)軌（總線端口）上；

當IO-BUS總線網(wǎng)絡(luò)采用星形配置時：單控制站單一機柜受物理空間所限最大支持60個I/O模塊；帶擴展機柜時受系統(tǒng)性能所限最大支持100個I/O模塊。

控制器單元

控制器采用”背板模塊”單元設(shè)計，1個控制器背板上可以插2個控制器和2個控制網(wǎng)連接模塊（IO-BUS）。

控制器單元一般安裝在機柜的上部。既可以導(dǎo)軌安裝，也可以螺釘安裝，甚至可以直接掛在壁掛式箱內(nèi)，安裝和拆卸十分方便，體積小，節(jié)省了柜內(nèi)空間。

控制器背板通過預(yù)制電纜和I/O模塊相連接，為I/O模塊供電，并提供通訊通路。每列模塊的預(yù)制電纜的上端插頭對應(yīng)接入控制器背板上的多功能總線端口，第n列模塊的冗余預(yù)制電纜對應(yīng)接入An Bn多功能總線端口，每個機柜內(nèi)最多可裝6列模塊，即n取1~6。

4槽控制器單元外觀圖如下圖所示。

O-BUS模塊

IO-BUS模塊用來實現(xiàn)總線型或者星型連接。BUS模塊具有集線器的功能，可以改變網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)由總線形網(wǎng)到星形、樹形等復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變。

I/O模塊

K系列模塊全系列采用雙冗余通訊IO-BUS總線、雙冗余供電工作方式，任意斷一根IO-BUS總線和電源，不影響正常工作。K系統(tǒng)模塊還采用了現(xiàn)場電源和系統(tǒng)電源分開隔離供電。同儀表相連的電路采用現(xiàn)場電源供電，數(shù)字電路和通訊電路采用系統(tǒng)電源供電，因此現(xiàn)場來干擾不會影響數(shù)字電路和通訊。K系列模塊全部模塊支持帶電熱插拔。

一個K系列模塊的完整的模塊單元由一個I/O模塊、一個模塊底座和兩根電源IO-BUS總線構(gòu)成，在I/O底座上，K系列模塊底座的接線端子負責接入現(xiàn)場儀表信號，I/O模塊負責將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，最后通過冗余的多功能總線送給主控器單元。完整的模塊單元在系統(tǒng)機柜中的安裝位置如下圖：

硬件選型

控制器單元選型

I/O模塊選型

功能模塊選型

電源模塊選型

選型注意事項

三防模塊選型

當現(xiàn)場腐蝕現(xiàn)象比較嚴重時，應(yīng)選用下列的三防模塊來替代普通模塊。

I/O模塊功耗配置限制

每列最多10塊I/O模塊，其現(xiàn)場電源或系統(tǒng)電源消耗電流總量不得超過2500mA，下表為各模塊的電源功耗額定最大值。

控制器模塊

概述

根據(jù)現(xiàn)場需求有兩種背板可供選擇，見圖33-34。

K-CU01控制器

特點

熱備份冗余保證無擾切換，外界沒有任何干擾；兼容和利時FM、SM系列的I/O模塊，以使系統(tǒng)升級無風險、減低成本；嵌入式32位工業(yè)級處理器；支持掉電保護；熱備冗余。

性能指標

常用I/O模塊選型

K-AI01 8通道模擬量輸入模塊

功能

模擬量輸入模塊，采集來自現(xiàn)場變送器或傳感器發(fā)送的電流信號。

顯著特點

豐富的自診斷；可選冗余配置；過流過壓保護；快速通道掃描；各通道狀態(tài)LED燈指示；用戶可配置通道使能/關(guān)閉；通道隔離。

性能指標

K-TC01 8通道熱電偶與毫伏輸入模塊

功能

熱電偶、毫伏低電壓信號輸入模塊，采集來自現(xiàn)場的熱電偶或毫伏信號。

顯著特點

豐富的自診斷；可選冗余配置；過壓保護；內(nèi)置冷端測量RTD；各通道狀態(tài)LED燈指示；用戶可配置通道使能/關(guān)閉；通道隔離。

性能指標

K-RTD01 8通道熱電阻輸入模塊

功能

熱電阻、歐姆電阻信號輸入模塊，采集來自現(xiàn)場的熱電阻或歐姆電阻信號。

顯著特點

豐富的自診斷；可選冗余配置；過壓保護；支持二/三/四線制接線；各通道狀態(tài)LED燈指示；用戶可配置通道使能/關(guān)閉；通道隔離。

性能指標

K-AO01 8通道模擬量輸出模塊

功能

模擬量輸出模塊為現(xiàn)場的閥門/執(zhí)行器/記錄儀等設(shè)備提供高電壓連續(xù)電流。

顯著特點

豐富的自診斷；可選冗余配置；過壓保護；單通道故障安全輸出可配置；各通道狀態(tài)LED燈指示；用戶可配置通道使能/關(guān)閉；通道隔離。

性能指標

K-DI01 16通道24VDC數(shù)字量輸入模塊

功能

24V數(shù)字量輸入模塊將24V開關(guān)信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量進行采集。

顯著特點

豐富的自診斷；可選冗余配置；過壓保護；查詢電源可選擇內(nèi)部或外部配電；各通道狀態(tài)LED燈指示；用戶可配置通道使能/關(guān)閉；通道隔離。

性能指標

16通道DI端子板

16通道DI模塊可以配合兩種端子板使用，分別為：K-DIR01（16通道直流24V繼電器DI輸入端子板）和K-DIR03（16通道交直流高電壓DI輸入端子板）。

K-DIR01端子板將現(xiàn)場的直流24V開關(guān)量信號經(jīng)繼電器隔離后轉(zhuǎn)換為干觸點信號，輸送給DI模塊進行采集，特殊情況下還可接入NPN型三線制接近開關(guān)信號。

K-DIR03端子板將現(xiàn)場的的高電壓交、直流110/220V開關(guān)量信號進行調(diào)理降壓，經(jīng)光隔離后轉(zhuǎn)換為低壓開關(guān)信號，輸送給DI模塊進行采集。

K-DO01 16通道24VDC數(shù)字量輸出模塊

功能

24V數(shù)字量輸出模塊提供可靠的24V數(shù)字量輸出信號，用來控制過程設(shè)備，例如電磁閥或者中間繼電器等。

顯著特點

豐富的自診斷；可選冗余配置；各通道狀態(tài)LED燈指示；故障安全輸出；電氣隔離；通道隔離。

性能指標

16通道DO端子板

K-DO01可以配合K-DOR01或FM138-SSRR端子板使用，提供一個干觸點型的低電壓/低電流或者高電壓/高電流開關(guān)量輸出應(yīng)用。

功能模塊選型

K-BUS02 8通道星形IO-BUS模塊

功能

星形IO-BUS模塊，用以改變IO-BUS總線通訊的拓撲結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)星形網(wǎng)絡(luò)，分散總線風險，將故障縮小在分支網(wǎng)段內(nèi)。同時可以檢測機柜內(nèi)環(huán)境溫度，并與K-PW11配合檢測各直流電源輸入端子上的電源狀態(tài)。

顯著特點

自診斷；IO-BUS總線故障隔離；；IO-BUS總線擴展；各網(wǎng)段狀態(tài)LED指示；機柜內(nèi)環(huán)境溫度檢測；直流電源狀態(tài)檢測；通道隔離。

性能指標

K-BUST01 單槽IO-BUS背板

功能

單槽IO-BUS背板，在擴展機柜中，用于固定IO-BUS模塊，提供電氣信號連接，同時對各分支端口上的電源進行限流保護。

特點

電源輸入端口冗余；保險絲可就地更換。

性能指標

K-BUST02 IO-BUS總線終端匹配器

功能

對IO-BUS總線網(wǎng)絡(luò)的末端進行終端阻抗匹配，消除信號反射，提高總線信號質(zhì)量。