20

Лекция №4 Распределенные системы управления (dcs - Distributed Control Systems)

1. Определение, назначение, функциональные отличия от scada

Распределенной Системой Управления принято называть большую систему управления, поставляемую в полном комплекте одним производителем. При этом в комплект системы всегда входят контроллеры (управляющие процессоры), платы и модули ввода/вывода, сетевое оборудование, рабочие станции, программное обеспечение - все от одного производителя.

Часто производитель РСУ создавал свои сети управления и свои рабочие станции, поскольку на момент их рождения и сеть Ethernet, и компьютеры (РС) были достаточно слабы.

РСУ обычно разрабатывались (и сейчас разрабатываются) для автоматизации непрерывных технологических процессов - это то, что называют АСУТП.

РСУ никогда не применялись для управления процессами упаковки, сварки автомобилей, разлива пива в бутылки и другими дискретными процессами.

Функционально РСУ отличались (и до сих пор отличаются) от систем ПЛК+СКАДА (PLC + SCADA) следующими свойствами:

• База данных распределена между контроллерами, но выглядит единой с точки зрения инженера. Именно это свойство и заложено в название "РСУ".

• Операторский интерфейс тесно интегрирован в систему. Это не ПО SCADA, которое нужно "привязывать" к аппаратным средствам (железу). Здесь все работает сразу после включения питания и без какой-либо настройки.

• Интенсивная и обширная обработка тревог (алармов) и событий реализуется также без каких-либо усилий со стороны разработчика.

• Возможность вести разработку конфигурации и вносить изменения он-лайн, (то есть, не останавливая процесса управления).

• Возможность менять отказавшее оборудование и расширять систему (добавлять новые узлы и платы) без отключения питания.

• Глубокая диагностика от уровня операторского интерфейса до отдельного канала ввода/вывода без какой-либо настройки.

• Возможность резервирования любого компонента системы (контроллер, модуль ввода/вывода, операторские станции) на аппаратном уровне и без какой-либо настройки программного обеспечения.

Все это, разумеется, делает начальную цену РСУ более высокой по сравнению с ПЛК+СКАДА, но на порядок снижает время разработки и внедрения.

Понятие "распределенная система" не относится к территориальным признакам. Территориально распределенные системы принято называть "системами телемеханики", "системами телеметрии" или просто "СКАДА-системами".

Отметим, что вышеперечисленные свойства относятся к классическим РСУ (DCS) - TDC3000, PlantScape фирмы Honeywell; I/A Series фирмы Foxboro; CENTUM CS3000 фирмы Yokogawa и другим.

Компании - производители DCS

• Foxboro (I/A Series);

• Honeywell (PlantScape);

• Fisher-Rosemount (Delta-V);

• ABB (Symphony);

• Yokogawa (Centum XL);

• Valmet (Dimatic).

2. Краткая характеристика dcs-систем

• Система CENTUM CS3000 предназначена для управления достаточно большими технологическими процессами и производствами. Она гибко масштабируема и организована по доменному принципу (состоит из сегментов). Система может включать до 16 доменов, каждый из которых включает максимум 64 станции управления (из них не более 16 станций оператора). Максимальное количество станций на всю систему - 256.

Домены (сегменты) сети объединяются в единую систему управления с помощью конвертеров шины BCV (Bus Converter). Возможно построение иерархической системы (3-х уровневая шина с двумя конвертерами шины).

Станция оператора поддерживает до 100 000 параметров (станция LHS4000 - до 1 000 000 параметров).

Минимальная конфигурация системы - одна станция управления и одна станция оператора.

Конфигурация системы CENTUM CS3000 с несколькими сегментами сети V-net представлена на рис. 1.

В системе имеется два типа станций управления:

• стандартная станция с дублированными CPU, представляющими собой работающую пару (два CPU на одной плате) и резерв, с дублированной шиной V-net и платами питания, модулями ввода/вывода;

• компактная станция (один шкаф).

Существует два типа стандартных станций управления:

• станция KFCS, в которой управляющие блоки FCU и узлы блоков ввода/вывода соединяются шиной ESB (расширенная объединительная плата) или дистанционной шиной ER;

• станция LFCS, в которой управляющие блоки FCU и узлы блоков ввода/вывода соединяются шиной RIO.

Рис.1. Конфигурация системы CENTUM CS3000.

• Станции KFCS предназначены для высокоскоростного управления. Они включают в свой состав следующие компоненты:

• блок управления (FCU), включающий внешний интерфейс с сетью V-net, а также дублированные процессорные платы, блоки питания, аккумуляторные батареи и интерфейсные платы шины ESB;

• узел блока модулей ввода/вывода, включающий аналоговые, дискретные и многоточечные модули ввода/вывода, интерфейсные модули связи с блоком управления (ESB) и удаленными узлами (ER);

• модули связи с полевой шиной (FF H1).

Имеется два типа узлов блока модулей ввода/вывода:

• локальный узел блока ввода/вывода, подключаемый непосредственно к блоку управления (FCU) и находящийся в шкафу станции (рис. ниже);

• дистанционный (удаленный) узел блока ввода/вывода с интерфейсом

Ethernet, монтируемый в удаленном шкафу рядом с датчиками и

исполнительными устройствами.

Для подключения к блоку управления локальных узлов, устанавливаемых в шкафу станции управления, используется шина ESB. Шина ESB может иметь резервирование, а ее максимальная протяженность составляет 110 м, а скорость - 128 Мбит/с.

Для подключения к блоку управления удаленных узлов с помощью интерфейсного модуля, устанавливаемого в шкафу станции управления, используется шина ER. Эта шина также может быть зарезервирована.

Узлы блоков ввода/вывода, расположенные на шинеER, устанавливаются в удаленных шкафах или на стойках. Максимальное расстояние при передаче составляет 185 м при использовании Ethernet-совместимого коаксиального кабеля 10Base2, 500 м - при использовании коаксиального кабеля 10Base5 и до 2 км - при использовании повторителей оптической шины.