dcs硬件系统培训教材

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1、DCS硬件系统——原理、指标、试验和应用史洪源2003.12课程目标本课程结束后，应达到下列目标：基本了解DCS硬件系统的组成和原理熟悉DCS硬件系统各主要模块的技术指标了解DCS硬件指标的试验和测试方法初步了解DCS硬件系统的工程应用设计初步了解DCS硬件系统的可靠性和完全性减小或消除DCS用户和制造商之间的信息不对称性课程建议少看书少记录多建议多怀疑课上交流清楚，课后一身轻松。内容提纲DCS硬件组成主控制器AI设备AO设备DI设备SOE设备DO设备PI设备电源设备控制网络设备系统网络设备组态与人机接口DC

2、S硬件可靠性与安全性典型DCS系统的硬件体系结构通讯介质转换控制网络系统网络Distributed&DecentralizedDCS硬件体系发展趋势逻辑分布:即传统DCS中“D”的含义Distributed.地域分散:现场总线分布式I/O构成的DCS的“D”的还应增加一层含义Decentralized.满足现状：4-20mA模拟仪表仍占主流连通未来：现场总线智能仪表开始缓慢增长开放性：主控制器可以挂接其它开放的I/O系统，I/O模块也可以挂接到其它开放的主控制器上。开放性是制造商对用户的责任，它将在未来节省用

3、户大量的后续投资。过程控制器的发展趋势：独立于I/O存在物理结构：可独立安装上行网络：以太网一统天下下行网络：支持多种主流的现场总线控制软件：向上独立于HMI，向下独立于I/O采集通讯协议：可同时支持多种通讯链路混合应用：兼顾流程工业和离散制造业特点HMI接口：可支持其它商用的HMI软件编程语言：IEC61131-3标准操作系统：微内核实时操作系统随着用户对DCS的深入了解，单纯以主频来评价控制器的时代过去了。过程控制I/O的发展趋势：2S智能化（Smarter)：不仅是加单片机支持现场总线，可节省电缆。支持

4、开放协议，易于集成。支持软件设定，免跳线，避免更换模块时误操作。自诊断，便于维护。小型化（Smaller)：不仅是减小尺寸抛弃专用机笼，适合现场安装。一般采用导轨安装方式模块化、全封闭、小尺寸结构热插拔，且插拔方便低功耗集成更多的功能Smarter&Smaller操作层设备：紧跟主流商用机商用机的可靠性已经满足大多数场合的需要工控机的采购量在缩小专用计算机已经没有市场甚至操作层计算机可由用户自行选购鉴于上述原因，对操作层设备不再介绍。我们需要关注的重点是：I/O和控制器主控制器（MainControlUnit

5、）MCU各部件的功能CPU系统网络接口控制网络接口固态盘SRAM电池冗余控制电路电源电路冗余分类：DMR与TMR模块1模块2模块1模块2模块3双模冗余DMR－DualModuleRedundancy三模冗余TMR－TripleModuleRedundancy冗余分类：同构冗余与异构冗余用不同的物理实现原理来构建冗余个体。目的：防止共因故障。冗余分类：备用式冗余与表决式冗余模块1模块2模块1模块2表决器选择器状态指令指令输出输出指令指令输入输入备用式冗余BackupRedundancy表决式冗余VotingRe

6、dundancy备用式冗余的三种方式冷备用（ColdBackup）温备用（WarmBackup）热备用（HotBackup）双模和三模表决冗余(DMR&TMR)模块1模块2表决器输出模块1模块2表决器输出模块3双模表决冗余（2取2系统）（2outof2）（2oo2）三模表决冗余（3取2系统）（2outof3）（2oo3）主备双模表决冗余系统模块3模块4表决器B输出模块1模块2表决器A输出输出互锁选择器输出A机B机互锁信号互锁信号主备备用式冗余系统的关键性能：无扰切换什么是无扰切换？理论上如何保证无扰切换：时间

7、相关量处理数据周期拷贝法运算周期同步法表决冗余的关键：故障安全什么是故障安全（Fail－safe）？如何实现故障安全冗余：硬件冗余、软件冗余、信息冗余、时间冗余。表决同步重构诊断避错检错纠错重试重启故障安全准则（1）（1）每个安全性相关的模块必须经过充分的分析和测试。（2）每个安全相关功能，应该冗余运行（推荐）。（3）如果软件的正确性不能得到证明，必须由两个以上的多样性设计版本冗余运行。（4）在合适的时间内，应周期性进行软件数据正确性检查。（5）每个程序模块在执行前和执行后都应检查确保前导模块和后续模块的顺序

8、确实正确。（6）采用双份存储、AA和55分别表示逻辑1和0等信息冗余措施，保证安全变量存储的完整性。（7）所有安全相关的数值，不能由人工输入。（8）通过读写测试，保证RAM的正确性。故障安全准则（2）（9）通过校验码测试，保证ROM的正确性。（10）推荐采取措施，保证CPU指令执行的完整性（针对多字节指令）。（11）通过比较，保证时钟和定时器的正确性。（12）采用校验码等措施，保证通讯链路的正确性。