现场控制站的结构和设备.

第三章

现场控制站的结构和设备

本章介绍现场控制站的硬件结构。

将现场来的信号转换成使CPU能读取的数字信号的单元称为输入/输出模件（I/0模件）。I/0模件信号借助节点接口单元(NIU)送至现场控制单元(FCS)，现场控制单元中有一个CPU来进行生产过程控制。

本章将确认每种功能，并理解其结构。

目录

3.1关键词条 (1)

3.2硬件 (2)

3.2.1 安装方式 (2)

3.2.2 硬件组态 (4)

3.3信号流图 (6)

3.4现场控制单元（FCU） (7)

3.5节点接口单元（NIU） (8)

3.6I/O模件 (10)

3.7冗余度和可靠性 (12)

3.7.1 FCS的冗余度和可靠性 (12)

3.7.2 FCS处理器卡的双重化冗余及其高可靠性 (13)

3.8FCS的结构 (14)

3.1 关键词条

下列各条为本章中将研究的内容.

（1）现场控制单元·························3.2 （2）节点·····························3.2 （3）FCU的信号流图························3.4 （4）输入/输出模件························3.6 （5）冗余度和可靠性························3.7

3.2 硬件

有8种形式的硬件可供选择，可从下列各项中选出最佳组合：

功能 : 标准的或扩展的

组态 : 单机或双重化冗余

安装体: 机柜或19″机架

3.2.1 安装方式

1台FCU和多个节点安装在专用的机柜内，也可安装在通用的19″机架上。它们可自由地分开或组合，安装在机柜和机架上。例如：FCU和一些节点安装在机柜内，同时另一些节点安装在地仪表盘上的机架中。

（1）机柜形FCS

●机柜形FCS

正面：1台FCU和3个节点(1个节点最多可容纳4个I/O模件插槽)。

背面：3个节点（1个节点最多可容纳5个I/O模件插槽）。

●用于安装节点机柜

正面和背面总共可安装6个节点（每个节点中最多可安装5个I/O模件插槽）。

（2） 19″架装FCS

组成：FCU安装用机架。

节点安装用机架，每个机架中可安装2个插槽。

I/O扩展形机架，每个可安装3个模件插槽。

结构：19″机架。

安装：仪表盘上；通用机柜中；本地表盘上。

现场控制单元（FCS）在机架上的安装。

图3.2 FCS在机架上的安装

3.2.2 硬件组态

FCS由一个现场控制单元（FCU），最多可由8个节点组成，由远程输入/输出总线（RIO 总线）连接起来，如图3.3所示。

●现场控制单元（FCU）

FCU为一个微处理器组件，完成FCS的控制和计算。

●节点（远程I/O单元）

节点为一种信号处理装置，它将现场来的I/O信号经变换后送给FCU，远程输入/输出总线将FCU和节点连接起来。一个节点由一个与现场信号连接的“I/O单元”和一个与FCU通讯的“节点接口单元”（NIU）组成。

图3.3 FCS的硬件组态

RIO总线

远程总线（RIO总线）可组成双重化冗余结构，它为连接FCU和各个节点的通讯母线。

双绞线电缆及功率放大器用于短距离传送，中继器和光纤通讯放大器用于长距离传送。

远程总线允许在不悬挂FCU控制和中断与其他节点的数据通讯的条件下增加节点或改变节点。

3.3 信号流图

图3.4说明从接收现场信号到向现场输出信号的信号流图。

现场

图3.4

FCS

信号流图（举例）

3.4 现场控制单元（FCU）

现场控制单元由三种卡件（处理器卡，节点通讯卡和电源卡）、一个V 网通讯偶合器和RIO总线偶合器组成。在双重化组态的FCU中，每一种卡均成对安装。图4.20为FCU的结构。

图3.5 双重化FCU的结构

（注1）ECC：纠错码（Error Correcting Code）

3.5 节点接口单元（NIU）

（a）节点接口单元（NIU）

NIU是节点的一部分，它经RIO总线与FCU通讯，这个单元由通讯卡和电源组成，

可以制成双重化冗余结构。

1个NIU最多可接5个各种类型的I/O单元。

图3.6 节点在机柜中的安装（双重化节点）

(b)I/O单元

I/O单元由输入/输出过程信号的I/O模件及安装这些模件的卡盒组成。有5种类型的卡盒可供选用：

●模拟I/O模件卡盒

●高速扫描用模拟I/O模件卡盒

如果模拟I/O模件卡盒作高速扫描用，这时只能增加1个其他类型的卡盒。即在该节点中，I/O单元的最大数量限定为2。在高速通讯卡槽中的I/O

模件为标准技术规格产品。

●继电器I/O模件卡盒

●端子形接点I/O模件和通讯模件用卡盒

●连接器形接点I/O模件卡盒

3.6 I/O模件

输入模件将过程模拟输入信号转换成为数字数据以使FCS能够处理它。输出模件转换FCS的数字数据为模拟信号和接点信号，产生输出数据。表3.3列出了 I/O模件的种类，图3.7为I/O模件和模件卡盒配合示图.

注1：接点信号源电压为24V DC，这适于保护普通接点，并在最坏的大气条件能读接点状态。

注2：24VDC 电压加至信号源以保护普通接点。