通信网络和系统组态

TPS系统的通信网络包括数据高速通路（DH)、局域控制网（LCN)、控制网 (UCN)和工厂信息网（PIN)。下面扼要地介绍DH、LCN、UCN及网间接口模件。

1. 数据高速通路（DH)

DH是TPS基本系统的通信网络，用于早期分散控制装置间的信息传递。它采用总线 型结构和广播式通信协议，传输速率为250Kb/S，由高速通路指挥器HTD来指挥各模块间 的信息传递。

一个HTD可挂接三条DH，每条DH上可接28台DH设备，三条的设备总数不超过 63台。所有的DH设备按其通信优先权分为优先设备、询问设备和只答设备三级。

2. 局域控制网（LCN)

LCN是一种高速局域控制网络，通信系统由同轴电缆、连接器、终端连接器以及位于 每一模件和通道处的LCN接口板组成。完整的LCN通信链路还包括LCN和DH之间的网 络接口 HG、LCN与UCN之间的网络接口 NIM以及计算机连接器CG等。为确保运行安 全可靠，LCN采用两条冗余的同轴电缆，各连接模件同时在两根电缆上传送信息，当主电 缆接口在令牌站发送帧的等待时间内未收到信息，则网络管理软件自动切人备用电缆。

网络采用IEEE 802. 4令牌总线协议，传输速率为5Mb/s。由于采用令牌技术，即使在 高峰期也可使LCN全部模件充分利用网络系统，并且可以在不影响系统运行的情况下增加 或减少模件。

LCN网络每根LCN同轴电缆可长达300m，经LCN扩展器扩展电缆上可连接的模件zui 多可达64个。每条LCNzui多可连接20条UCN或DH总线。

LCN网担负各模块间的信息传递，通过有效的协议和高速通信确保信息的及时交换； 通过1 : 1冗余配置和完善的信息检错功能提供高安全性的通信。

3. 控制网UCN

UCN网是一个过程控制级网络，由冗余的同轴电缆组成，长度通常为800m。网络通信 采用IEEE 802. 4协议，令牌总线存取方式，传输速率为5Mb/s。

UCN网zui多可以带32对冗余设备，如PM、APM、HPM、LM、FSC和NIM等。通 过这些设备可以组成从小到大、从简单到复杂的多种控制系统，以满足不同生产工艺的需 要。这些设备的UCN地址取值范围从1到64，地址分配原则是，互为冗余的设备占用两个 连续的地址’而且主设备地址为奇数，备用设备地址为偶数。其中冗余的NIM必须分配zui 低地址1和2。

UCN支持网上设备的点对点通信，这样所有设备可以共享网络数据，更易于相互协调 和实现*复杂的控制策略。UCN网通过NIM和LCN网相连并进行实时数据通信，一条 LCN网zui多可挂20条UCN网。

4.网间接口模件

(1) 网络接口模件NIM NIM是LCN网和UCN网之间的网间连接器。

NIM提供了将LCN网络的通信技术及协议与UCN网络的通信技术及协议相互转换的 功能，为LCN网络上的模件访问UCN网络设备的数据提供了可能。同时，它还支持将程 序与数据库装载到*过程管理器（APM)等设备的功能，并能将UCN网络设备的报警及 信息传送到LCN网上。每个LCN网络zui多有10个冗余的NIM模件，每个冗余的UCN网

络可以有多个冗余的NIM模件。

(2) 高速通路连接器HG HG是LCN网与DH网的网络接口，不仅担负着LCN和 DH之间的通信任务，还要提供DH的数据管理功能。此外，HG还有诊断、报警和时间同 步等功能。

系统组态

组态就是用系统所提供的软件工具对计算机和软件的各种资源进行配置，完成所需的功 能。TPS系统组态主要包括系统设备组态、控制组态和画面组态。

(一）系统设备组态

DCS中的所有设备，不管是分散过程控制装置还是集中操作管理装置，都是网络上的 一个节点，因此必须为这些节点分配网络地址，这就是系统设备的组态。它是系统操作、管 理、查询、诊断和维护的基础，分两个层次进行，先是集中操作管理层设备组态（通常也称 为NCF组态），再是分散过程控制层设备组态。

1.集中操作管理层设备组态

集中操作管理层设备组态包括系统取名、节点组态和系统通用信息的确定三个方面 的内容。

(1) 系统取名系统取名就是确定系统的单元名、区域名和控制台名。在TPS系统中， 为了便于管理和安全操作，将被控对象分成zui多10个区域，每个区域又分成zui多100个单 元，每个单元由若干个点或模块组成。对US或GUS都规定了各自的操作区域，某区域的 操作站虽然可以调出其他区域的画面，但只能监视，不能操作，这样既保证了合理分工，又 体现了系统协调。操作站对外部设备的共享，是按控制台进行划分的，同一控制台的操作站 可以共享外部设备。TPSzui多有10个控制台，每个控制台可以分配10个操作站。

在组态时，除了命名还要给出相应的描述符。例如，单元组态行“15U2ER-1K”表示 15号单元U2，ER-1K是它的描述符；区域组态行“AREA01 CP-1K-2K-COM”中区域名 是AREA01，CP-1K-2K-COM是它的描述符；“9 CP-OP-ENG”表示9号控制台，可供操 作员和工程师用。

(2) 节点组态操作管理层节点组态也就是LCN节点的组态。在TPS系统中，US、UWS和GUS功能相近，统称为US，因此LCN节点的组态大致可分为四类，即US、 \.IM、HM和AM等节点的组态。组态的内容包括分配节点号、登记节点的外部设备及冗 余方式等。

3:系统通用信息的确定主要有五个方面：系统标识符、系统时钟源、用户平均值计 算寶萄、轮班计时数据和US操作台数据。

2.分散过程控制层设备组态

分散过程控制层设备组态包括节点登记和节点特性组态。

(1) 节点登记节点登记的内容包括UCN号（1〜10)、UCN节点号（1〜64)和 UCN 节点类型（NIM、PM、APM、HPM 等）。

(2) 节点特性组态节点特性组态的内容包括两个方面：一是确定各类数据点的数量及 扫描周期；二是给I/O插槽分配I/O模板。

①确定各类数据点的数量及扫描周期数据点的数量和扫描周期根据用户的需要来确 定，但是也有一定的约束条件，每一类型的数据点数不能超过设备规定的zui大点数，所有数 据点的处理单元（PU)总和不能超过设备允许的zui大处理容量。超出时，需要进行调整， 直到符合要求为止。

②分配I/O模板以HPM为例，zui多可带40块I/O模板，它们分别装在4个机箱的 15个插槽中，因此组态时除了要说明某I/O模板的类型，还要确定其机箱号、槽位号以及 冗余I/O模板的机箱号和槽位号。

(二）控制组态

控制组态的内容是为控制站建立各类模块，包括输人输出模块、运算模块、连续/逻辑/ 顺序控制模块和程序模块，并将它们组成所需的控制回路。

1. 控制组态方式

控制组态方式可分为填表组态、语言组态和图形组态。

填表组态是Honeywell公司早期产品的组态方式，DH上的MC或AMC就是采用填写 组态字的方式。它需要组态工程师对组态字的含义十分熟悉，组态很不方便。

语言组态方式使用类似于语言的组态语言，语法简单而针对性强，使用时先根据控 制方案编写组态程序，再编译和装载。语言组态方式能完成比较复杂的控制组态，但不够形 象直观，开发有一定难度。

图形组态采用图形模块与窗口参数相结合的方式。它的基本图素是输人、输出、运算、 控制等功能模块，组态时先从模块库中调出所需的模块至CRT屏幕，然后进行模块间的连 接，zui后调出该模块的参数窗口，用户只要在这个有输人项含义提示的相关菜单中，直接送 人数据和变量，zui终构成所需的控制系统。这种“所见即所得的”组态方式，将自动形成组 态文件，并下装到分散控制设备，执行既定的控制功能。

图形组态方式采用图形模块与窗口参数相结合的方式，不仅形象直观，一目了然，而且 使用方便，因此，该方法是目前普遍采用的组态方法。

各种功能模块的组态顺序，应是先输入输出模块，再运算模块和各种控制模块。采用这 种组态顺序，一方面是因为输人输出模块担负着与现场信号的连接任务，另一方面，因为它 还需供其他组态模块进行调用。

2. 输人/输出模块组态

输人输出模块的组态内容大致包括三方面：定义输人输出数据点的位号和对点的描述、确定模块在系统中的位置和确定数据点的各项特性。

(1) 对点的描述包括确定点描述符、点关键字和点形式。前两项主要用^对点的解释 和说明，它的描述符应力求简洁明了。点形式是指数据点的参数在参数表中显示的形式，若 为“FULL”（全点），则全显示，包括描述性参数和与报警有关的参数；若为“COMPO¬NENT” (半点），表示该数据点只是作为其他数据点的输人或输出值，描述性参数和与报警 有关参数都消失。一般在控制回路中只有常规控制点选“full”，并作为主要操作界面， 其他的输人、输出等模块均选“COMPONENT”。

(2) 确定数据点在系统中的位置包括约定其硬件位置和所属的单元。硬件位置必须确 定模块所在UCN节点的名称、该节点所在的UCN号、UCN节点号、I/O模板类型、模板 号、通道号等。

(3) 确定数据点的各项特性输人数据点的特性包括信号的输人处理特性、输人正/反 方向、工程单位、量程、报警限值和报警优先级、报警允许状态等。输出数据点的特性内容 较少，包括输出的正/反方向、输出的折线处理等。

3. 运算模块组态

常用的运算模块有代数运算、信号选择、数据选择、数值限制、报警检查、计算公式和 传递函数模块七类。它的组态步骤是先在CRT屏幕上调出所需的算法模块’然后单击该模 块框图，打开参数表窗口，逐项填写。主要内容包括位号、算法名称、所在控制网络的位 置、输人和输出信号以及相应的运算常数。由于运算模块各不相同，用户必须认真研究仔细

填写。

4. 控制模块组态

控制模块分为连续控制、逻辑控制和顺序控制三类，每一类都有相应的组态方式，前面 提到的输人输出模块是构成控制回路的基础，那么控制模块就是构成控制回路的核心。

(1)连续控制模块组态连续控制模块以常规HD控制模块为核心，结合运算模块和 输人输出模块，即可构成单回路、串级、前馈、比值、选择性、分程、纯迟延补偿和解耦等 控制。现以单回路PID控制为例说明连续控制回路的组态。

单回路PID控制的组态如图7-10所示。它由输人模块、HD模块和输出模块组成。

图7-10为单回路PID控制的组态图形。这是一个流量控制系统，由模拟量输人模块 FT123、PID控制模块FC123和模拟输出模块FV123组成。FT123的输入信号取自HPM 的8号模拟量输人模板的AI3通道，经A/D转换、滤波、信号检查、开方处理、流量补偿、 报警检査、量程变换等输入处理后的P号，送PID的PV端。由PID控制模块进行控制 运算，其输出OV送至模拟量输出模块FV123的输人端IV’经正反方向选择和折线处理后 输出OV值，经D/A转换zui后从模拟量输出模板的A〇3输出，去控制调节阀V3。其中 BOV和BIV分别是反算输出和反算输人。把模拟量输出模块的BOV端和PID控制模块的 BIV端互连，主要用于手动到自动的无扰动切换。BOV端输出的是根据当前的OV值反算其输入端IV应具有的数值，此值送到PID的BIV端，当系统从手动切换到自动的瞬间、 PID的输出0V自动等于BIV值，也就是等于模拟量输出模块的IV值，从而实现了无扰动 切换。

连续控制模块的组态内容包括定义连续控制模块（即常规控制点）的位号和对常规控制 点的描述、确定模块在系统中的位置、确定模块的各项特性和控制模块的输人输出参数。前 面两部分的内容与输人输出模块类同，不再详细介绍，需要说明的是组态参数中的模块号是 指HPM的常规控制点的序号，zui多可达250个模块。

控制模块的特性参数包括工程单位、PV量程上/下限、给定值上/下限、给定值、小数 点位置、PV跟踪选择（跟踪或不跟踪）、控制作用方向（正作用、反作用）、比例增益、积 分时间、微分时间、正常操作方式（手动、自动、串级）、操作方式属性等。其中正常操作 方式属性是确定允许改变正常操作方式的主体是“操作员”（Oper)还是“程序”（Prog)。

控制模块的输人参数，在本例中就是被调量FT123的PV值，输出参数就是控制量 FV123 的 OV 值。

(2)逻辑控制模块组态逻辑控制模块组态，常用的方式有梯形图、逻辑图和指令表三 种。梯形图组态方式，是先调出触点、线圈和元件，再进行触点、线圈和元件之间的连线， 并填写触点名。逻辑图组态方式，是先调出逻辑模块，再进行模块之间的连线，并填写输人 或输出变量名。指令表组态方式，是将逻辑图或梯形图用相应的指令来描述，形成指令表或 程序。指令表组态方式因为缺乏直观性，已较少采用。

在HPM中，逻辑控制是以逻辑图方式进行组态的。它有三类组合式逻辑控制点可供选 用。每一类的输人变量数、逻辑块数量和输出变量数不同，有12-24-4、12-16-8、12-8- 12三种。

以图7-11的逻辑控制系统为例，图中U、L2、L3经“或”门，输出SOI; SOU L4、 L5经“与”门输出S02。SOI控制D0728.S0，S02控制D0729. SO，组态内容除了工位 号、逻辑点描述、确定模块在系统中的位置等基本的组态项外，还应给出逻辑点的类型是三 类组合中的哪一种、输人输出变量的参数名。对内部的逻辑块，则应按运算次序进行编号， 确定其逻辑算法名称和对应输入的参数名称，至于输出，因直接与下游逻辑块的输人或zui终 输出点相连，所以不必进行组态。