DCS学习总结

西安FOXBORO I/A系统DCS组态学习总结
热工专业王晓光
首先感谢燕山湖电厂及检修与维护部的领导给我们提供了这么好的一个学习环境，使我们能在这个环境中较系统的学习我厂的DCS系统。

2010年8月30日，我们热工专业一行七人由负责人杨工带队前往西安热工研究院参加FOXBORO I/A系统DCS组态学习。

在这近二十天的学习中，我们学习了FOXBORO I/A系统和IEE组态软件等课程。

通过对上述课程的学习我们大致了解了I/A系统的基础知识和概况，IEE组态软件的应用和操作员画面的建立及历史数据库组态等方面的应用，通过学习使自己由一名对I/A系统了解得不深到比较系统的掌握，自己在对I/A系统的认识上也有了一个质的飞跃，从而提高了自己解决和处理问题的能力。

下面就将学习情况作一总结。

I/A Series 系统包括：
①I/A系统基础知识②I/A Series 系统概述③操作系统④控制组态⑤显示与报警⑥FOXDRAW ⑦历史组态与过程报表⑧环境组态
I/A Series 系统概述
1. I/A Series 智能自动化系列是开放式的DCS 系统
美国福克斯波罗公司于1987 年在世界上第一个推出了体现开放概念的超越一般DCS 的新一代工业控制系统−−I/A Series 智能自动化系列。

为了解决计算机系统的互连，国际标准化组织（ISO）提出了开放系统互连（OSI）参考模型。

福克斯波罗公司参加了MAP 协议的制定。

并首先在I/A Series 中全面地采用了MAP 协议。

I/A Series 率先突破了封闭式发展的制约，广泛地采用国际标准，其产品符合国际标准化组织（ISO）提出的开放系统互连（OSI）参考模型。

这样的系统允许将其它制造厂家的产品纳入自己的系统。

也考虑到把将来新开发的设备容纳到I/A Series 中来。

这样随着硬软件技术的发展，I/A Series 必将得到进一步加强。

为了达到开放系统的目的，I/A Series 在硬件、软件和通讯网络的设计上均全面采用国际公认的标准。

∙在软件上采用与标准的UNIX 系统完全兼容的VENIX 和SOLARIS 操作系统。

∙I/A Series 的应用软件与硬件彼此独立。

不会因硬件更新而使现有的软件失效。

∙另外与UNIX 兼容的由第三方开发的软件，可以不作修改或稍作修改即可应用于I/A Series 中。

∙采用C 和FORTRAN 等高级编程语言，以便于软件资源的共享。

∙I/A Series 是世界上第一个全面采用IEEE802 标准的工业控制系统。

其节点总线一级采用的是IEEE802.3 标准。

在宽带和载波带局域网采用
了IEEE802.4 标准，现场总线采用IEEE1118 标准。

由于I/A Series 率先采用国际标准的开放系统网络结构，它对其它制造商的标准产品是完全开放的。

它是新一代开放工业控制系统的标志，它具有十分广阔的发展前景。

2. I/A Series 智能自动化系列的特点
I/A Series 自动化系列的最大特点是系统的软件、硬件和通讯系统都广泛采用开放型标准设计。

硬件品种少，可靠性高，组态灵活。

∙硬件－I/A Series 四代兼容，从CISC 到RISC ，从Intel 到MICRO SPARC，实现了长寿命的设计思想。

由于硬件品种少，大大节
省了用户在备件上的开销。

现场总线设计思想领导了当今分散控制发展
的方向，节省了用户在布线上的开销。

∙软件－与UNIX 系统V 兼容的实时多任务VENIX 操作系统和SunSoft Solaris 操作系统，96 年推出基于Window NT 的操作系统；采
用C，FORTRAN 等广泛使用的高级编程语言，SQL 关系型数据库语
言和INFORMIX、LOTUS123 等商用软件。

软件独立于硬件，这样
当福克斯波罗提供新型号的硬件时不会影响已有的应用状况。

系统的应
用软件可在装载UNIX 操作系统的个人计算机上运行。

在PC 机上组
态的应用软件，可直接装入I/A Series 系统中运行。

先进的目标管理
使得工程人员和应用程序只要知道目标的名称就可在同一系统中任何地
方得到数据。

当软件进行移植或升级时，工程人员几乎无需修改原先
的组态。

∙通讯－建立于OSI 模型上，符合IEEE 的标准，遵循MAP 协议，这样可以使与MAP 兼容的非福克斯波罗产品纳入I/A Series 系统。

这
种非排它性使用户能兼收并蓄各家产品的长处，构成满意的综合控制系
统。

∙显示－采用先进的实时目标管理技术，这是其它系统所无法比拟的。

另外50 系列采用了X－Window 和Open Look 技术，可方便地访问
整个I/A Series 系统和所连接的信息网络上的信息。

FoxDraw 软件提
供三维空间的显示画面。

∙发展－硬件与软件的发展可相互独立发展。

这样在升级硬件时不影响软件，同样在升级软件时不影响硬件。

∙一体化－通过通过以太（Ethernet）网接口与信息网络联接，以及提供智能现场仪表（IFD）接口与IFD 的数字集成，从而实现了生产管
理信息网、生产控制网到测量的一体化。

∙I/O －一线控制器已经具有包括自整定（EXACT）和多变量自整定（EXACT MV）在内的复杂计算能力；I/O 组件全部为变压器耦合隔
离和光电隔离，一对一转换，过流保护，不用保险丝，提高系统运
行时间。

∙联网－真正实现了与上位机过流系统的联网（例如：DECnet, TCP/IP, NOVELL），实时画面和数据传递。

∙可靠性－采用表面安装技术（SMT），尺寸小，系统结构简单；电子组件采用全密封的结构，使其于周围环境的接触降低到最低水平，增强了已经抗环境腐蚀的能力；控制容错技术，通讯冗余技术和矩阵供
电方式，保证了系统运行的可靠性。

∙功耗－系统功耗极低，大大降低能源投资，系统功耗只是常规系统的1/3。

∙维护－各种处理机和I/O 卡件都有自诊断程序，可进行报警打印，CRT 报警显示，有故障的组件红灯显示，无需人工判断。

所有组件都可带电更换。

3. I/A Series 的网络结构
I/A Series 系统的通讯网络是建立在国际标准化组织（ISO）所定义的开放系统互连（OSI）标准基础上的，并符合IEEE 的规范，是按照局域概念构造的标准网。

I/A Series 的通讯网络结构分为分为四个层次：
图1－1 I/A Series 系统网络结构简图
∙宽带局域网(BROADBAND LAN)
∙载波带局域网( CARRIERBAND LAN )
∙节点总线（NODE BUS）
∙现场总线（FIELD BUS）
这些通讯标准的低层通讯（物理层和逻辑层）均与制造商自动化协议（MAP）兼容。

出于通讯的安全考虑，节点总线是冗余的，载波带可选冗余。

图1－1 是四层网络的示意图。

* 宽带（BROADBAND LAN - BASEBAND LOCAL AREA NETWORK）：
通讯规程符合: IEEE802.4 标准（MAP）。

结构形式：总线结构。

信号传送方式：TOKEN PASSING （令牌传送）。

数据传输速率：10 Mb/s
通讯传送介质：同轴电缆15 km。

可下挂64 个载波带
* 载波带（CARRIERBAND LAN-CARRIERBAND LOCAL AREA NETWORK）：
通讯规程符合：IEEE802.4标准（MAP）。

结构形式：总线结构。

信号传送方式：TOKEN PASSING （令牌传送）。

数据传输速率：5 Mb/s
通讯传送介质：同轴电缆1.2 km、光缆10 km。

可下挂64 个节点总线
* 节点总线（NODE BUS）：
通讯规程符合：IEEE802.3（Ethernet 以太网）。

结构形式：总线结构。

信号传送方式：Carrier Sense Multiple Access With Collision Detection 。

带冲突检测的多路送取争用总线。

数据传输速率：10 Mb/s
通讯传送介质：同轴电缆30 m（不带扩展组件）。

用扩展组件每次300 m，
可用二次。

可下挂64 个站组件
* 现场总线（FIELD BUS）：
通讯规程符合：IEEE1118
结构形式：总线结构。

信号传送方式：Carrier Sense Multiple Access With Collision Detection
带冲突检测的多路送取争用总线。

数据传输速率：268.75Kb/s
通讯传送介质：双绞线10 m（就地方式）；或1200m（远
程方式）要使用FBI（现场总线隔离组件）作信号和电
器隔离，FBI 可串接使用多
图1－2 CP30 采用双绞线的现场总线
次，总距离可达1800 m。

若采用光纤，每一对调制解
调器4000m，可串接 5 次，达20km。

在使用就地总线时每个CP 最多可挂24 个FBM。

如使用远程现场总线FBM 经过现场总线隔离器（FBI）挂在总线上，每一隔离器下最多可挂24 个FBM，每个CP 最多可挂64 个FBM。

4. I/A Series 智能自动化系列的节点
图 1 - 3 节点总线示意图
I/A Series 的系统结构是按节点（NODE）概念来构成的。

节点独立运行，完成自动控制的各种功能。

并可通过兼容网络与其他Foxboro 或非Foxboro 节点相连。

节点的构成
在节点上主要有四种处理机
∙应用处理机（Application Processor）：与大容量存储器相连，存储系统信息和过程控制方案与数据；以及可选地与信息网络（Ethernet）相
连，提供双向的信息和图象的交换。

∙工作站处理机（Workstation Processor）：与CRT，工程师键盘，操作键盘和其它操作站设备相连；以及可选地与信息网络相连，提供源于
其它相连计算机上的X-Window 显示画面。

∙控制处理机（Control Processor）：可与I/A Series 现场总线组件和设备相连，完成控制功能。

∙通讯处理机（Communication Processor）：通过RS－232－C 串行接口可连接打印机，VT－100 终端或调制解调器。

5. 现场总线（Fieldbus）
现场总线上连CP，下接现场总线组件（FBM，即I/O 卡件），FBM 是现场传感器/执行器与控制处理机的接口。

FBM 对现场设备使用的电气输入/输出信号进行适当地转换使得通过现场总线能与这些装置通讯。

现场组件可与控制处理机CP 或运行I/A Series 综合控制软件的个人计算机连接。

各种FBM 与工厂中通常遇到的各种现场信号相匹配。

而且，由于这些组件是由软件组态的，所以它们的品种要比以前的系统少得多。

例如，对各种类型的热电偶和毫伏信号只需要一种组件。

现场总线是一种单主站共用线串行数据通讯总线，使用同步通讯规范，现场总线完全防止了一位，二位和奇数位的出错，提供了高度的安全性。

6. I/A Series 智能自动化系列的硬件
应用处理机AP
操作站处理机WP
应用操作站处理机AW51
Windows NT 70 系列处理机
应用操作站处理机AW70
操作站处理机WP70
通讯处理机COMP
控制处理机CP
控制处理机是一个可选的容错站，和与它相连的现场总线组件（FBM）一起，可按组态好的控制方案对过程进行控制。

它可实现连续控制、梯型逻辑控制和顺序控制等功能。

完成数据采集、检测、报警和传送信息的功能。

使用久经考验的算法（执行特定功能的数字计算）控制工业过程的变量，包括EXACT（专家自适应控制整定算法）和EXACT MV （EXACT 多变量控制）系列算法。

这些算法包含在功能控制块中，现场工程师可对它们进行组态以完成要求的控制方案。

CP 对功能块的最快处理周期可组态为0.05 秒(在系统组态时定义)。

它对功能块的扫描周期可以是0.05 ~ 3600 秒，由功能块的组态参数定义。

这些功能块可任意组合，实现常规调节控制的功能块有51 种，包括：输入/输出控制，信号处理，计算和转换以及报警和限幅等五大类。

实现梯形逻辑和顺序控制的模块有 6 种。

任何CP 中的任意模块的参数均可连接到其它任何CP 中的任意模块上去，以构成用户所要求的控制方案。

CP 在电源接通时进行自检，而在工作期间执行运行时检查和监视时钟功能，在容错式控制处理机中，当检测到一个错误时，两个组件运行的内部自诊断测试，以确定哪个组件故障。

CP 的负载能力由三个方面决定，一、最多挂64个FBM；二、最多可装载的功能块数量；三、每秒可运行的功能块的数量。

最多可运行功能块的能力与硬件型号、软件版本有关。

现场总线组件FBM：FBM （Field Bus Module）
I/A Series 系统的现场总线组件FBM （Field Bus Module），可连接到运行I/A Series 综合控制软件的控制处理机或PC 机上。

现场总线组件可与控制处理机或PC 机一起就地按装，也可按装在远程的地方。

现场总线组件
端子接插件
机柜
工业电源组件
8. I/A Series 软件结构
InFusion Engineering Environment（IEE）是一个控制组态工具。

通过它，能够完成各种连续、顺序等控制方案，并下载控制方案到CP中。

一、启动InFusion Engineering Environment（IEE）
在InFusion View Control Edition界面中，选择Tool s→ArchestrA IDE，或者在windows桌面上选择start→Programs→Wonderware→ArchestrA IDE，打开Connect To Galaxy界面
二、IEE界面介绍
打开IEE界面后，可以看到三个部分
◇Template Toolbo x —模版区域。

◇Views—显示区域。

◇Editor workspace —编辑区域。

在Views区域中，包含下列选项
◇Deployment View —显示组态方案的内容。

◇Network View —显示网络硬件的情况。

◇Derivation View —分类显示各种tags。

◇Model View —显示Organizes Archestra tags。

◇Output Window —显示输出的信息。

◇Operations View —显示发生的事件。

三、层次结构的组态
在Deployment View界面中，我们可以根据相应的结构，建立控制组态。

组态结构的介绍：
◇Equipment Unit
控制组态的第一个层次，在IEE中主要用于工厂单元或系统的划分，在下载的时候，它不会下载到CP中，在控制组态的时候，至少需要一个Equipment Unit。

◇Controller
对于IEE来说，所有的控制组态，都是针对于CP来做的，最终也下载到
CP中。

在组态时，就需要添加相应的Controller，在它的下面可以添加Compound、Block等内容。

◇Compound
Compound可以称为组合模块（或模块组合），对模块进行分组，作为模块的上一层结构，最终会下载到CP中。

◇Strategy
IEE使用的是图形化的组态工具，所有的组态都需要做在Strategy（策略图）上，它不会被下载到CP中。

◇Block
在整个系统中，模块是为实现某种目的的一组算法，控制的基本单元。

层次结构如下：
Galaxy
Equipment Unit
(sub-Equipment Unit)
Control Processor
Compound
Strategy
(sub-strategy)
Block
四．下载（Deploy）
当组态完成后，可以使用Deploy，下载数据。

要完成下载，需要Deploy的内容包括Equipment Unit、Controller、Compound、Strategy、Block。

其中Compound、Block能够被下载到CP中。

如果你无法Deploy目标，可以检查下列问题：
◇此目标的上一层没有被Deploy。

◇此目标处于Check Out状态。

Deploy的具体步骤：
A．选中要Deploy的目标，右键打开快捷菜单，选择Deploy，打开Deploy 对话框（图6-2）。

B．Deploy对话框分左右两个部分：
Selection Objects中的内容表示系统中可以进行Deploy的目标。

Objects to be processed中的内容表示你要进行Deploy的目标。

这两部分，可以通过中间的按钮，进行操作。

按钮意义如下：
◇Add 将Selection Objects中选中的目标移动到Objects
to be processed中。

◇Add Cascade 将Selection Objects中选中的目标及其下面的所有
内容移动到Objects to be processed中。

◇Add All Cascade 将Selection Objects中所有的目标移动到Objects
to be processed中。

◇Remove 将Objects to be processed中选中的目标删除。

◇Remove All 将Objects to be processed中所有的目标删除。

C．在选择完要进行Deploy的目标后，选择Prepare All，对所选的内容进行编译，编译结果显示在Object Preparation Result中，如果没问题，显示“Preparation Complete”。

D．选择Deploy，进行下载，出现图6-3。

E．完成后，可以在FoxSelect中找到已经下载的Compound和Block。

F．如果希望删除Deploy的内容，可以使用Undeploy。

使用方法：选中要Undeploy的目标，右键打开快捷菜单，选择Undeploy。

图6-2
图6-3
本次FOXBORO I/A系统DCS组态学习，知识点比较多，加上自己没有带笔记本，所以细节方面和动手能力还有待于加强，通过这些天的学习，我对整个控制系统的硬件架构和软件的基本操作方法有了一个初步的了解，这对我们将来做组态起到一个指导作用，为我们下一步工作提供一个更好的平台，十
分高兴与各位同事在西安共度的学习时光，感谢领导给予这样的机会，谢谢！。