AFS10D-H4113現場控制單元AFS10D-H4113橫河

AFS10D-H4513     AFG10D-H4513

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AFS10D-H4143     AFG10D-H4143

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10.1.3 DCS的集中操作監控級
        DCS的集中操作監控級主要是顯示操作站，它完成顯示、操作、記錄、報.警等功能。
它把過程參量的信息集中化，把各個現場配置的控制站的數據進行收集，并通過簡單的操作，進行過程量的顯示、各種工藝流程圖的顯示、趨勢曲線的顯示以及改變過程參數，如設置給定值。控制參數、報.警狀態等信息，這就是它的顯示操作功能。顯示操作站的另一功能是系統組態，因此可進行控制系統的生成。組態。
    1．顯示操作站的構成
    顯示操作站主要由監控計算機、鍵盤、CRT顯示器、打印機等幾部分構成。
    1）監控計算機
        當今的DCS的顯示操作站功能強、速度快、記錄數據量大，因此對顯示操作站的監控計算機提出了很高的要求。一般DCS的顯示操作站的監控計算機都采用16位或32位的微機，內存一般在4－16MB。
目前許多新推出的DCS采用工業PC機（通常為486、586計算機）來作顯示操作站的監控計算機。
 （2）鍵盤
        在顯示操作站中，有兩種類型的鍵盤，一種為操作員鍵盤；另一種為工程師鍵盤。工程師鍵盤通常利用標準 ASCII代碼的101鍵盤；操作員鍵盤是面向操作工操作鍵盤，力求操作簡單、直觀、易掌握。
    ①操作員鍵盤
        操作員鍵盤多采用有防水。防塵能力、有明確圖案標志的薄膜鍵盤。這種鍵盤從鍵的分布上充分考慮了操作直觀、方便。在鍵體內裝有電子蜂鳴器，以提示報  又和操作響應。
        隨著顯示技術的發展，許多DCS廠家引人了觸摸屏顯示輸入技術，這樣可省略操作員鍵盤，而是直接在屏上設有敏感區，操作員只要用手指觸一下該點就可以達到輸入操作的目的。
②工程師鍵盤
        DCS的工程師鍵盤是系統控制工程師用來編程和組態用的鍵盤。該鍵盤—般采用大家較熟悉的標準鍵盤。
(3)CRT顯示器
        作為顯示操作站的CRT顯示器均為彩色顯示器，且分辨率較高，尺寸為14英寸、19英寸或20英寸。顯示分辨率為1024。768等。
(4)打印機
        打印機是DCS顯示操作站不可缺少的外設。一般的DCS配備兩臺打印機，一臺用于生產記錄報表和報.警列表打印，采用行武打印機，如 EPSON的 LQ 1600K；另一臺用來拷貝流程畫面，常采用彩色打印機。
2．顯示操作站的功能
        顯示操作站為用戶提供儀表化的操作環境，通過CRT操作來實現整個分散型控制系統的高效率運行。它是信息集中分配中心，也是顯示操作的中心。具有控制系統的生成。組態、集中監視操作、報.警、顯示、報表、通信等功能；顯示操作站主要是和操作員以及工程師有關的系統的功能；操作員在運轉整個系統時必要的操作功能，工程師為了進行系統的生成和維護時必要的工程師功能。
    1）操作員功能
    操作員功能主要是指正常運行的工藝監視和運行操作，主要由畫面指示構成。
① DDC標準三畫面
        總貌畫面：用來監視分散型控制系統的運行狀態，可指示出儀表的位號，側量的光柱圖形。在本畫面中可指示出一些運行狀態發生異常時，相應的儀表位號指示變成紅色，在閃光的同時，發出報.警聲音。
         組貌畫面：將DDC控制回路分成小組，通常每組8個回路，在操作時操作對應的鍵，就可選擇出相應的組貌畫面。DDC組貌畫面每幅顯示8個DDC回路。
         回路畫面：也稱調整畫面。回路畫面顯示單個DDC回路的各參數，利用此畫面可進行控制參數的修改。設定，完成單個回路的控制作用。在回路處于串級狀態下，在回路畫面上可同時顯示出相關回路的狀態及參數。
    ②圖形顯示功能
        可進行工藝流程圖的顯示，一幅工藝流程圖由兩部分組成：一個是不隨工況變化的基本圖形，稱之為靜態圖；另一個是隨工況的變化而變化的數據、曲線、圖形等，稱之為動態圖形，并已定時刷新其變化部分。工藝流程圖可利用彩色CRT顯示器的多種顏色予以組合，從而做到顯示美觀、醒目。
    ③趨勢曲線畫面
        趨勢曲線畫面具有趨勢曲線顯示功能。對過程參數的變化趨勢進行記錄、顯示、存儲，同時，在一幅畫面顯示多條曲線，以不同的顏色加以區分。當一個系統趨勢曲線數目多時，也同樣進行分組登記、分組顯示。
趨勢曲線可被存儲起來，以便具有歷史趨勢曲線的顯示功能，一般可達到一天或一個月，必要時還可以將趨勢曲線存儲起來在軟盤中加以保存。操作員可通過趨勢曲線的變化及時掌握過程變化情況。也可以通過歷史趨勢曲線分析控制系統運行狀態，分析事故原因，產品質量好壞的原因，有助于分析和管理。
 ④操作指導畫面
        為了指導操作員準確及時地操作，幫助操作員記憶眾多的操作項目，而設計了操作指導畫面。如果按畫面要求操作正確，則能正常進展；否則，非但不接受錯誤操作，而且工序無法前迸，從而保證了安全生產。
⑤報.警畫面
        報.警畫面按時間順序記錄過程數據發生上、下限報.警和設備異常等，并且用顏色變化。閃光文字

和聲響來區分報.警級別，以引起操作員注意，立即采取相應措施。
（2）工程師功能
        工程師功能主要包括系統的組態功能。系統的控制功能、系統的維護功能、系統的管理功能等。
    ①系統的組態功能：構成一個應用系統，需進行系統的組態工作，系統工程師可依照給定的運算功能模塊進行選擇、連接。組態和設定參數，用戶無須編制程序。
    ②系統的控制功能：執行由系統組態功能所生成的系統控制。包括：反饋控制功能，即依據組態執行相應的控制功能，直到信號輸出；順序控制功能，執行順序語言編寫的功能，完成預定的開關量輸入輸出順序控制功能。
③系統的維護功能：用于定期檢驗各個作業，且在系統的建立、修改時，把內容保存在盤中。
④系統的管理功能：對系統進行管理，包括監視功能和控制功能的管理、制表、事故報.警。打印等管理。
10.1.4  DCS的綜合信息管理級
        綜合信息管理級在DCS中用來實現整個企業（或工廠）的綜合信息管理，主要執行生產管理和經營管理功能。DCS的綜合信息管理級實際上是一個管理信息系統（Management Inbation System，簡稱MIS），MIS是借助于自動化數據處理手段進行管理的系統。MIS由計算機硬件。軟件。數據庫、各種規程和人共同組成。
1．MIS的基本概念
        MIS這個詞，是Gallagher JD在 1961年首先提出來的，他認為可以開發一個以計算機為主體、信息處理為中心的綜合性系統，即管理信息系統（MIS）。早期所提出的MIS，設想它是單個的、高度集中的系統，認為它能夠處理所有的組織功能，實踐證明這是非常復雜而又難以實現的。現在，MIS的概念是一些子系統的聯合，這些子系統是通過信息而發生聯系的。這意味著在一個企業中，可以組建有若干個相關的信息系統，分別為不同的管理需要服務。從總體來說，MIS應向用戶提供信息，以便改進決策能力和提高效率，這意味著信息是MIS最主要的資源。
 （1）管理
       管理是指運用組織。計劃、指導。控制、協調等基本行動，來有效地利用人力、材料。資金、設備
和方法等各種資源，發揮最高的效率，以實現一個組織機構所預定的目標和任務。
 管理的過程是從計劃開始，然后予以實施，在實施過程中加以控制，這三步活動構成循環過程，通過反饋再修改計劃。管理作為一個過程，它由三部分組成：第一，對組織機構所有的活動和一切資源加以有效地安排和調配；第二，通過計劃、組織、領導、控制、協調來實行對組織機構的管理；第三，建立目標，有了目標就有了發展方向，因此管理是一個為一定目標服務的過程。
管理工作的六個要素是：目標、信息。人員、資金。設備、物資，它們構成物流、人流和信息流。管理信息有兩類：一類是變動信息，另一類是固定信息。管理的基本職能是：計劃、組織、領導、控制、激勵、協調＼通信。這些管理職能對于不同層次的管理，其重要性也不相同。對企業內的上層管理部門，計劃（也稱規劃）是最主要的職能，組織是第二位的職能，而領導和控制職能相對前兩項職能來說并不是主要的；對企業的中下層管理部門的職能，領導和控制是主要的職能，除了制定短期計劃和日常調度是中下層管理部門的職能以外，戰略規劃和戰術規劃以及組織職能不是其主要職能。一般來說，激勵和協調屬于領導這一基本職能范圍，通信可以屬于組織職能范圍。
 所謂通信職能是指信息從一個人那里傳遞到另一個人那里，使信息、思想、知識等得到傳播。一個企業的存在，依賴于一個良好的通信網絡系統。據統計，一個管理人員從事的日常管理工作（如發布命令、領導和協調等活動）所花的時間有85％以上是用于通信，當通信系統失靈時，企業的活動將陷人混亂。
（2）信息
        按照國際標準化組織（Inbnational Standard Organization，簡稱ISO）的定義，信息是對人有用的、能夠影響人們行為的數據。數據是對事實、概念或指令的一種特殊表達形式，它可以用人工或自動化裝置進行通信、翻譯或處理。按照ISO的定義，我們日常所說的數字、文字、圖形、圖像。聲音等都可以看作是數據。
        信息有六個特征：可儲存性，也就是可以保存在某種介質中；再使用性，即可多次使用；可傳輸性，也就是通過某種方式從甲地傳送到乙地；可銷售性，也就是可作為商品出售；可壓縮性，也就是能夠根據要求提取部分信息；增值性，這是指信息積累到一定程度后能產生質的變化。
3．DCS中MIS的功能
        DCS的綜合信息管理級主要由MIS來實現生產管理和經營管理。這一級進行市場預側、經濟信息分析。原材料庫存情況。生產進度、工藝流程及工藝參數、生產統計。報表，進行長期性的趨勢分析，作出生產和經營決策，確保最佳化的經濟效益。DCS的綜合信息管理級實際上是由MIS的市場經營管理和生產管理子系統來完成的。

10.2    位總線(BITBUS)通信網絡技術

1984年Inb公司為單片機間的互連推出了BITBUS即位總線，為工業控制用分布式系統提供了一種高性能、低價格。靈活易用的現場通信網絡。 BITBUS是主從式、總線型高速串行網，它的電氣接口采用平衡傳送的RS－485標準，傳輸介質是雙絞線或同軸電纜，鏈路協議符合IBM的同步數據鏈路控制(SDLC)標準。Inb公司為BITBUS提供專門硬件支持，即 8044（8344）BEM BITBUS增強型微控制器，并提供了應用和開發支持軟件。
10.2.1 8044 BEM硬件結構簡介
         BITBUS的核心是高性能的 VLSI芯片族 8044BEM(8744,8344)。其中，不帶片內 ROM的是8344；帶有片內4K ROM的是 8044；帶有片內4K EPROM的是 8744。8044與8051的區別主要在于8044內部有一個可獨立工作的串行通信接口單元SIU；除此之外，在 8044片內有192字節的片內  RAM，而 8051只有128個字節；8044的內部特殊功能寄存器(SFR)有35個，而8051只有21個；對于低 128個字節RAM 8044與8051一樣，都是直接地址訪問的特殊功能寄存器(SFR)；而對于8044的128－192字節的內部RAM，則必須通過間接尋址來訪問，從而與有相同地址的特殊功能寄存器(SFR)相區分。
1．8044系列單片機的引腳圖
          在 40個引腳之中，8044對其中 5個引腳（見表 10－1）賦予了比 8051更多的功能，引腳排列如圖10－3所示。這5個新擴展的功能引腳意義分別是：
    RTS：用于多點方式或點一點方式，作為調制解調器的控制信號，表明8044己處于發送就緒狀態；其它場合作I/O使用。
    CTS：與RTS相對應，在使用調制解調器時，在多點或點-點方式中，作為通知8044接收機已經就緒的控制信號；其它場合作為I/O使用。
    RxD/I/O：在多點主從方式或點、點方式中，用作收發器的方向控制引腳(I/O)了；在環形網中，用作數據接收引腳（RXD）；在側試方式時，也作為數據引腳。
TXD/DATA：在多點主從方式或點-點方式中,
用作數據輸入人偷出引腳（DATA）；在環形方式下，作為數據發送引腳（TXD）；在側試方式時，向本腳寫“0”，使8044進入串行接口側試方式。
        T1/SCLK：在8044中，用作串行數據的時鐘（SCLK），讀信號在同步方式下使用，數據輸出時用下降沿移位，數據輸入時用上升沿采樣，其另一功能T；為計數／定時器的輸入信號，對8044和8051來講都是一致的。
2．8044內部結構
        8044單片機是一種雙微機控制結構，這種雙微機控制結構實現了控制與通信任務的很好分離，如圖10－4所示。
        實時控制及計算功能由8051CPU實現，而通信則由智能通信處理器SIU完成。SIU實際上是一個CPU，它對8051的功能作了補充，SIU執行同步數據鏈路控制（SDLC）協議，實現網絡通信。兩個處理器通過一個分時多路轉換雙LI RAM和一些雙口特殊功能寄存器進行通信。
        除了SIU、805lCPU。192字節RAM。特殊功能寄存器之外，8044內部還有2個定時／計數器、l個中斷控制器、32位并行I/O、4K字節的ROM等，要建立一個位總線的結點，只需用8044再加一個電源、一片晶體振蕩器和一個收發器就夠了。
10.2.2    BITBUS 通信規程
        BITBUS互連通信規定了四層結構：即物理層。鏈路層、消息層和應用層，下面分別作簡要介紹
1．物理層（電氣接口）
        BITBUS通信的電氣接口符合 RS－485標準，采用平衡差分長線驅動器/接收器（加75174和75175）半雙工傳送，通信介質為雙絞線或同軸電纜。根據傳輸距離和速率的不同，可以設定不同的運行模式：一是外同步模式，二是自同步模式。
         在外同步模式下，通過8044單片機的第15根引腳，提供串行數據同步時鐘信號SCLK，這個同步信號來自8044之外的某個鎖相環。在外同步方式下，定義數據信息狀態高電平為1，低電平為0，稱為不歸零(NRZ)邏輯。數據輸出時，在SCLK下降沿處移
位；數據輸入時，在SCLK上升沿處采樣。
         采用自同步模式的數據信息傳送，不使用專門的公用數據時鐘，而是由SIU內部的數字鎖相環（DPLL）從接收的數據流中慶復出同步信號。
DPLL要求16倍或32倍數據傳輸率的參考時鐘，這個參考時鐘由8044單片機的內部或外部產生，內部參考時鐘是通過8044單片機內部邏輯時鐘或定時器1 的溢出信號產生的。在自同步模式下，采用不歸零反相（NRZI）邏輯，即定義不變化的電平為 1，變化的電平為 0。表 10-2給出了 BITBUS通信網絡外同步和自同步時的性能。
 2．鏈路層（數據鏈路控制）
        BITBUS通信的數據鏈路層符合SDLC規約，但有一些限制。SDLC是基于在公共通信鏈路上，主站和一個或多個從站之間進行數據交換的規程。主站負責控制整個網絡，它向從站發送各種控制命令，從站按照來自主站的命令動作，并對主站的命令作出應答。主站可以選拔任意一個從站交換數據信息，任一從站一旦被選中，既可以接收來自主站的信息，也可以依據主站的命令向主站發送信息。
1）幀結構
       主站和從站間的信息傳輸格式必須符合SDLC規定的幀結構。SDLC規定：一個基本
信息單元叫一幀，一幀包括六個部分，如圖10－5所示。