横河PLC DCS系统概述.docx

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横河PLCDCS系统概述

4．横河DCS系统CENTUMVP（原液）技术方案基本内容

4.1.横河电机简介

本项目供货商-横河电机（中国）有限公司是横河电机公司（横河电机ElectricCorporation）在中国境内注册的独资子公司，横河电机公司一个专注于测量、控制和信息领域的技术领先的工业自动化控制领域的驰名公司，始建于1915年9月1日，总部设在日本东京。

横河电机公司是全球自动化领域著名的、专业化的自动化和过程技术解决方案供应商，在工业自动化产品制造领域有100年的历史，其产品在很多领域处于世界领先地位。

横河电机公司在全球有4个区域中心，分别分布在美国、荷兰、新加坡和中国；另外横河电机公司在全球有18个制造厂，有90个子公司分布在29个国家。

横河电机公司全球职员19000多人，其中在中国地区的职员为2200多人。

横河电机公司全球营业收入超过34亿美金。

企业注册商标

此标记上半部的尖锐直角与直线，表示追求技术的高度精确性。

下半部柔和的弧线表示对人类的抱拥与热爱。

在综合这两者的基础上，采用太阳的金黄色，其意为要像太阳那样，为造就美满富裕的人类社会做出贡献。

（企业品牌定于1986年10月）横河电机致力于IA技术，为用户降低成本，提高效率，延长产品使用周期，增加利润而持续不断地努力，并专注向用户提最高可靠性的、技术领先的解决方案，具有丰富的全厂一体化项目管理和执行经验，在化工、石油和天然气、炼油、纸浆和造纸、电力、食品和饮料、制药和其他的工业的自动化领域中居于世界领先地位。

公司的业务包括提供针对特定的工业行业提供优质的产品和解决方案技术、咨询、项目执行和管理以及维修服务，横河电机也是MAC－主自动化供应商（MainAutomationContractor）和MAV－主仪表系统供货商（MainAutomationVendor）等总包集成项目成功实施的著名供应商。

1）横河系统理念

横河电机公司是全球自动化领域著名的、专业化的自动化和过程技术解决方案供应商，在工业自动化产品制造领域有100年的历史，其产品在很多领域处于世界领先地位。

作为工业自动化控制产品的主要生产商和集成商-横河公司以其优秀卓越的DCS控制系统为中心，针对中国各行业顾客的需求及特点，在向用户提供其优秀产品的同时，也向顾客提供系统工程设计、工程软件组态、优化控制等工厂最佳解决方案，以及现场安装调试、现场投运及技术培训等全过程服务。

更是以自动化主供应者的身份，积极地向用户提供以最新技术、最佳可靠性的产品为核心内容构成的综合性工厂自动化解决方案。

横河电机提供的产品和服务覆盖：

Ø工业自动化和控制领域

Ø信息系统领域

Ø测量和测试领域

Ø航空和工业支持领域

横河电机公司在工业自动化和控制领域提供的产品包括：

Ø控制系统及设备

✧CENTUNVP综合生产控制系统

✧ProSafe-RS安全仪表系统

✧Stardom基于网络的控制系统

✧FA-M3R可编程逻辑控制器

✧CX1000/CX2000控制/测试站

✧UT551数字指示控制器

Ø现场仪表

✧EJX差压/压力变送器

✧YEWFLO数字式涡街流量计

✧ADMAG电磁流量计

✧GC1000MarkII工业在线色谱仪

✧ZR402氧化镐分析仪

✧EXAPH400PH分析仪

✧VEGAPULS雷达液位计

Ø高级应用软件包、设备管理软件包、先进控制及优化系统（APC技术）

✧ExaQuantumPIMS工厂信息管理系统

✧PRM工厂资源管理系统

✧报警及操作分析管理系统（AOA）

✧开/停工及操作优化管理系统（Exapilot）

✧自动报警优化和报告软件（AAASuite）

✧分析仪管理系统（AAIMS）

✧油品移动管理系统（OMS）

✧FAST/TOOLSSCADA系统

✧罐区设备管理系统（TAS）

✧OmeglandOTS仿真软件包

✧LabAid质量控制软件包

✧现场视频监控系统（CCTV）

横河电机公司自1975年生产出第一套DCS系统以来，在全球已交付了2万多套DCS系统，和全球许多著名的跨国企业建立了良好的合作关系。

自1957年进入中国市场以来，在中国也交付了3千多套DCS系统，其中有超过1000多套系统是属于中石油、中石化和中海油的用户，横河SIS系统在2005年进入中国市场，至今已交付176套SIS系统。

近期全球许多超大型的石油化工项目都选择横河公司作为其合作伙伴，为其提供其实可行的解决方案。

VigilantPlant是横河电机从用户立场出发构筑的理想工厂自动化战略，VigilantPlant战略的目标是为用户建立一个集成的操作环境，使之可以严密监控生产过程并迅速有效地应对市场的变化需求，同时帮助用户实现长周期的稳定生产以及连续有效的生产能力扩充，最终帮助用户实现生产运行的最优化。

主要体现在VigilantPlant战略可以帮助用户实现：

◆一目了然（Seeclearly）：

消除生产过程中操作的盲点

◆先知先觉（Knowinadvance）：

避免意外的发生

◆慎思密行（Actwithagility）：

消除生产中的瓶颈，迅速应对变化

横河电机的VigilantPlant集成一体化解决方案是以“VigilantPlantOperationalExcellenceModel（VigilantPlant生产运行最优化模型）”为核心，长期关注工厂的安全性、可用性以及生产力。

VigilantPlant战略可以使用户工厂在其整个生命周期内，实现生产最优化、安全最优化以及资产性能最优化。

横河电机的VigilantPlant集成一体化解决方案汇集了最先进和经现场使用验证是成熟的技术，包括：

◆Vnet/IP千兆控制网络

◆CentumVP综合生产控制系统

◆ProSafe-RS安全仪表系统

◆PlantResourceManager（PRM）设备管理系统

横河电机的VigilantPlant集成一体化解决方案，将CENTUMVP综合生产控制系统作为生产控制最优化的平台，将ProSafe-RS安全仪表系统作为安全最优化的平台，将PRM设备管理系统最为资产管理最优化的平台，以Vnet/IP千兆的控制网络为基础，将这三者信息无缝地集成在一起，为用户提供生产控制最优化、安全最优化以及资产管理最优化的解决方案。

不仅可以降低用户的总体成本，而且还能够提高系统的整体安全和可用性性能，是性能价格比最佳的解决方案。

横河电机的VigilantPlant集成一体化解决方案在以下四个方面实现了统一，实现了真正的无缝集成。

◆统一的人机操作界面：

CCR（中央控制室）的操作员站可以监控来自CENTUMVP和ProSafe-RS的数据，并且可以互相备用。

◆统一的数据库存储实时数据、历史数据、事件及报警：

来自CENTUMVP和ProSafe-RS的全部过程数据、事件和报警都被存储在统一的数据库中。

◆统一的报警管理系统：

来自CENTUMVP、ProSafe-RS和PRM设备管理系统的全部过程报警和系统报警都被统一的管理起来，使用户通过一个界面就可以管理来自各个子系统的报警，不仅包括过程报警、DCS（集散控制系统）、SIS（安全仪表系统）的系统报警，还包括现场仪表的报警。

◆统一的设备管理系统：

现场的HART（（HighwayAddressableRemoteTransducer，可寻址远程传感器高速通道的开放通信协议）仪表信号可以直接通过DCS控制器、SIS控制器的I/O（输入输出）卡件直接进入PRM设备管理系统，可以实现高效、快速的设备诊断和维护。

而常规方案中通常采用HART多路转换器来采集HART信号，通讯速度差，而且增加许多中间环节，系统性能差。

横河公司的集成一体化解决方案主要实施的设备包括：

◆Vnet/IP千兆控制网络设备

◆HIS操作站

◆ENG工程师站

◆FCS现场控制站

◆SENG/SOE安全工程师站（SOE）（安全相关）

◆SCS安全控制站（安全相关）

◆PRM设备管理站

◆OPC（OLEforProcessControl）通讯站

◆数字化现场网络

4.1.1系统结构

本文中所提供的CENTUMVP集散控制系统（DCS）是一个结构真正开放的系统，它是由以下元件所组成的：

系统结构图

⏹HumanInterfaceStation（HIS）操作站

用于运行操作和监视。

采用了微软公司的Win7/Windows®Vista作为操作系统和横河公司指定的高性能计算机。

因此系统工作站具有很强的安全性和可靠性。

⏹FieldControlStation（FCS）现场控制器

用于过程I/O信号处理，完成模拟量调节、数字量控制和顺序控制、逻辑运算、批量控制和先进计算等实时控制运算功能。

⏹EngineeringStation（EWS）工程师站

用于设计组态、仿真调试及操作监视。

采用微软公司的Win7作为操作系统的横河指定的高性能计算机。

⏹PlantResourceManagement（PRM）工厂设备管理系统

用于现场变送器和定位器等设备的HART/FF/PROFIBUS等智能信息的管理，支持FDT/DTM和EDDL访问,采用统一的SQL数据库支持HART/FF等智能设备信息的管理。

⏹ESB总线（ExtendedSerialBackboardBus）

用于控制站内，中央主控制器FCU同本地I/O节点之间进行数据传输的双重化实时通讯总线，网络拓扑构成：

总线型，通讯速率：

128Mbps，每台控制站可连接14个I/ONODE，ESB总线最大通讯距离10m。

⏹ER总线（EnhancedRemoteBus）

用于控制站内本地I/O节点与远程I/O节点之间进行数据传输的双重化实时通讯总线，网络拓扑构成：

总线型，通讯速率：

10Mbps，每台控制站可从本地节点连接8个远程I/O节点。

⏹OPCSERVER（OPC服务器）

用作连接DCS控制系统和工厂上位管理网及其他外围设备的通讯接口。

⏹SystemIntegrationOPCStation（SIOS）OPC系统集成网关

用于将系统控制总线Vnet/IP与用于与子系统以太网相连接的网关。

⏹Vnet/IP控制总线

用于进行操作监视及信息交换的双重化实时控制网络。

兼容Vnet和TCP/IP协议。

通讯速率：

1Gbps，通讯距离最大40km，连接站数：

64站/域，256站/系统。

4.1.2系统特点

⏹综合性

CENTUM－VP开创了大规模集散型控制系统的新纪元。

⏹开放的网络结构

Vnet/IP控制网络保留了横河电机原有的可靠和实时性网络安全结构，同时在BUS2介质中采用TCP/IP协议开放协议，使得控制网络具有可靠和安全的开放性。

操作站和工程师站采用Win7、Windows®Vista标准操作系统，支持OPC。

既可以直接使用PC机通用的MS-Excel，VisualBasic编制报表及程序开发，也可以同在UNIX上运行的大型Oracle数据库进行数据交换。

此外，横河提供了系统接口和网络接口用于与不同厂家的系统、产品管理系统、设备管理系统和安全管理系统进行通讯。

支持远程操作功能（Remotedesktopclient），任何一台PC计算机通过内部网络或拨号方式，并且具有合法授权就可以远程登录到DCS操作站，并作为DCS操作站的远程客户访问操作站的内容，这种方式使得有经验的操作专家不必实时呆在操作室就可远程指导和处理与操作有关的问题。

更方便无人值守的操作现场使用。

提供强大的OPC接口功能，随着OPC技术的发展，更多的供应商开发提供具有OPC通讯的接口，OPC通讯较之串口通讯有着更多的优点，OPC接口可以获取实时数据（DA）、报警与事件数据（A&E）以及数据带有时间标签（Timinglabel），横河同时还提供批量（Batch）OPC通讯，这极大的方便了将来ERP的计划调度指令的下达。

CENTUMVP可以提供过程控制器级和MES信息管理级的OPC连接，控制器级提供GSGW（GenericSubsystemGateway）和SIOS（SystemIntegrationOPCclientStation）两种OPC连接。

方便不同现场控制和监视子系统通过OPC方式连入DCS,控制器级OPCserver支持OPCDA2.0和OPCA&E1.10，MES级提供强大的Exaopc,支持OPC版本DA2.0，A&E1.10和HDA1.10，同时VP可以支持Batch1.0，Exaopc可以根据重要场合需要实现冗余功能。

⏹高可靠性

可靠性和开放性往往是一对矛盾，对DCS而言首先应该考虑的是生产的平稳和安全运行，这就必须由DCS系统的可靠性来保证，在可靠性满足的基础上又要考虑垂直信息层连接的开放性，即DCS支持TCP/IP开放的接口通讯。

CENTUMVP采用具有故障自恢复的4CPU容错技术（成对后备pare&spare）配置的现场控制器、硬件诊断技术、硬件冗余技术、故障安全型设计技术以及控制器无缝切换技术和在线硬件插拔等技术，其设计目标遵循“在任何硬件故障情况下,确保控制器不停机，控制不中断”的可靠性设计目标，而不是减少停机的低可用性指标，确保CENTUMVP具有最好的品质。

横河电机在确保高可靠性的同时，也满足系统的开放性，横河电机独创的一根电缆介质支持两种通讯（过程控制总线通讯和开放式TCP/IP通讯）的模式，既实现了开放，又确保控制通讯的独立和安全。

这种网络设计被IEC和ARC确认为可作为工业控制公开可用的规范（PAS）标准。

CENTUMVP系统具有完备的冗余技术，包括设备冗余和工作性能冗余。

所有冗余的设备可以在操作站的系统诊断画面上进行在线故障诊断、报警、自动切换及维修提示。

CENTUMVP系统所有控制器部件、I/O卡件、I/O底板总线、控制网络、通讯卡件都能实现冗余，CENTUMVP首家提供冗余的现场总线通信模块解决方案（世界领先）。

横河提供的DCS系统操作站（HIS）直接从控制器（FCS）读、写过程数据，操作站采用对等方式（不是客户/服务器方式），每一台操作站具有独立全局数据库，一台操作站故障，其它操作站可相应承担故障操作站的所有操作，所有的HIS都直接通过Vnet/IP控制网络与控制器相连，直接读写控制信息，管理信息均通过以太网相连，构成对等的网络模式，用于趋势数据、数据库等的共享。

每一个操作站具有监视操作所有生产数据的能力，一个操作站因故停机不会影响其它操作站的操作，每一个操作站都是相互间的备用。

⏹高可用性

高可用性和高可靠性（HighAvailabilityandReliability）是控制系统稳定性的一个重要综合指标，CENTUMVPDCS目前在同类系统中具有最高的可用性和可靠性，可用性指标达到99.99999%。

可用性指标涵盖系统设计﹑制造﹑检验﹑交付﹑运行﹑服务等综合因素，可靠性指标包含在可用性指标中，可用性指标越高，系统可靠性﹑安全性越高，设备生命周期内运行成本越低。

⏹高速的控制总线

VP采用横河公司的Vnet/IP控制总线，是横河电机新一代控制网络，具有可靠性高、速度快，稳定性和实时性好等优势，即便在网络负载很高的情况下，也不会出现对于实时控制系统不可接受的延时。

通过使用遵循IEEE802.3和UDP/IP协议的通用以太网网络设备，实现开放的网络互连。

Vnet/IP开放总线传输速率达到1Gbps。

它采用通用的商用电缆以及通用的2层和3层交换机构成DCS网络环境。

网络采用冗余配置。

Vnet/IP网络既考虑了控制网络的可靠性﹑实时性和防病毒能力又兼顾到了网络的开放性和可连接性。

该网络已被IEC确认为作为工业控制公开可用的规范（PAS）（用户可以查询No.IEC/PAS62405/Ed.1确认）。

该控制网络是确定性通讯网络,网络除了数据传递快捷可靠特点外，最大特点是开放性和安全机制健全。

CENTUMVP的控制网络能够确保快速、确定性的过程数据响应。

保证任何时候DCS操作站不因网络负荷问题造成系统死机。

⏹CENTUMVP具有高的系统安全性和数据安全性

系统安全性涉及到DCS网络结构和信息管理系统网络结构的连接问题和防病毒措施，数据安全性涉及到数据访问授权和网络硬件选择,对外防火墙软件的功能。

两者的区别在于系统安全性主要是防止软件病毒对操作系统的侵害,数据安全性主要是防止非法授权用户的非法登录和对信息的窃取。

CENTUMVP系统具有成熟的系统安全性和数据安全性保证措施，在系统安全性方面，横河电机提供网关（VI702）和接口服务器隔离以及使用防火墙措施，确保DCS控制网络与外网物理隔离。

防止病毒的危害。

在数据和操作安全性方面，横河电机采用多种鉴定和访问控制机制，通过用户账号、密码、分组以及访问优先级权限限定对过程数据和组态数据的浏览和操作。

CENTUMVP可以选用专用操作员键盘，操作员专用键盘不仅可以快捷方便操作处理，而且其上的钥匙开启位置同样可以分配对DCS的操作权限（一般操作员权限，操作班长权限，工程师权限）。

用户安全策略

可帮助防止误操作，保障系统安全及限制操控范围，通过授权完成对操控范围的限定，安全策略功能也可达到报警信息传递限定。

Ø安全策略总貌：

用户可定义下列操作/监视属性：

Ø用户名：

系统将对每个用户建立操作记录。

密码可在操作站上设定。

Ø用户组：

设定该用户组成员的FCS/HIS的操控范围，报警接收范围。

Ø用户权限：

用来定义操作，监控及从事系统在线维护的权限。

Ø用户登录后，系统将检查用户组及用户的权限以决定该用户的操控权限。

组态功能块安全策略：

对每个控制功能块，可以设定下列操作级别：

Ø安全级别：

为每个功能块（位号）设定安全级别（1-8），根据权限定义最终决定该用户对该位号的操作范围，如可否允许修改SV，MV或报警设定等

Ø确认设定：

设定更改参数后是否要求确认

Ø报警级别：

定义该位号产生报警室的现实行为，如闪烁，需确认，要重复报警等

Ø位号标记：

标示重要程度，决定在更改重要参数或其他操作时是否需要再确认。

发生报警时会闪烁。

结合以上三项，实现最终安全策略，正确设定安全操作/监视级别及操作监视范围。

⏹现场控制站的高效性

控制站FCS采用高速RISC处理器VR5432，可进行64位浮点运算，具有强大的运算和处理功能。

此外，还可以实现诸如多变量控制，模型预测控制，模糊逻辑等多种高级控制功能。

⏹支持各种工业标准信号的输入/输出卡。

VP有丰富的过程输入/输出接口，并且所有的输入/输出接口都可以冗余。

⏹高效的工程化方法

CENTUMVP系统具有在线升级和扩展功能，I/O卡易于扩展，支持远程I/O功能

CENTUMVP系统DCS软件升级不影响系统应用软件正常运行。

CENTUMVP系统可以根据项目开工周期不同划分成若干域（Domain）和项目（Project）,虽然所有控制器通过网络连接在一起，但每个域和项目可以单独做控制系统组态和单独下装和扩展，不影响其它在用系统的正常运行。

CENTUMVP系统在一个项目中也可以在线进行控制器、操作站和I/O卡件扩展和升级并可单独对扩展设备进行在线单独下装软件，不影响在用设备和软件正常运行。

DCS可以在线对一个控制回路进行组态修改,单独下装修改的内容而不影响其它在用控制回路正常运行。

如果在组态修改后忘记存盘，在退出组态系统时，系统会自动存盘，防止修改内容丢失。

横河电机提供PID参数自整定功能（标准配置），DCS显示画面具有过程参数调整窗口,方便用户PID参数调整。

在显示画面上，对每一个过程参数都提供一个调整窗口，该窗口显示每一块仪表的所有信息，对于控制回路，可显示过程变量（PV）、输出值（MV）、设定值（SV）、运行方式、高低限值、报警状态、工程单位、调节参数和相关数据以及与PID有关的参数值，每一参数调整画面均有48分钟的实时趋势画面，用户可以在该画面上仿真PID参数，方便用户对PID参数的调整。

CENTUMVP提供两种离线动态组态功能，虚拟测试和目标测试功能。

虚拟测试（onlywithPCforVirtualtest）是在没有实际控制器的情况下，对DCS系统进行组态。

利用一台服务器，装入CENTUMVP离线组态仿真软件，多个工程师可同时进行DCS组态工作，这种方式可以检查输入错误，可以编制和检查控制逻辑，可以检查作图，同时可以进行操作员培训。

该功能大大提高工作效率。

组态工作可以和DCS订货同时进行，缩短项目工程进度。

目标测试功能指的是在控制器在现场安装完成后，但现场仪表设备接线还未连接，CENTUMVP提供软接线连接功能，可以方便用户检查实际控制器（FCS）CPU性能，检查控制器正反作用，阀门开关形式等。

等到实际I/O接线完成后，用户只需很少的检查工作。

⏹可扩展性，支持在线扩展

CENTUMVP系统是一套真正意义上的大系统，并通过大量业绩实践证明的真正可用于一百万（1，000,000Tags）生产工位号的系统（一个工位号含有全部过程值例如:

PV﹑SV﹑MV高低报警，高高低低报警以及状态信号等一个过程值全部信号。

注意：

该位号不同于ServerClient方式的DCS提供的信号点实际是以一个值为计算单位例如:

PV﹑SV﹑MV高低报警，高高低低报警，P、I、D值要算10个信号点，容易造成用户疑惑，往往容易在实际应用中发现位号数据库数量不够用的现象,再弥补会额外增加后成本）。

最小系统：

包括一台HIS和一台FCS。

最大系统：

VP系统中,系统之间设备不通过三层交换机或路由器等此类网络设备（OSI网络参考模型）连接进行通讯时可被视为一个“域”。

每个“域”中可连接64台支持Vnet/IP的设备（支持Vnet/IP的FCS,安装VI701卡的PC机以及Vnet路由器等。

）

扩展系统：

使用三层交换机，多个Vnet/IP域能够层次化地构建在一起。

可连接的域的数量：

最大16个（包括VNET域和VNET/IP域）。

通过VNET路由器连接的层次：

最多连接三层控制总线，控制总线间由两台总线转换器连接。

⏹与既有系统的兼容性

横河电机总是考虑最大可能保护用户已有的投资，对横河电机老DCS系统提供最大的兼容连接，CENTUMVP与横河以往的系统可通过总线转换单元,方便地连接在一起，实现对既有系统的监视和操作，保护用户投资利益。

4.1.3系统组成

CENTUMVP是一个全方位的冗余配置：

⏹控制网络Vnet/IP网的通信电缆，和电缆接口1:

1冗余配置。

⏹控制器的CPU1:

1“成对冗余”配置。

⏹DCS各种工作电源冗余配置。

⏹每个操作员站都是一个独立的计算机主机。

每个操作员站都能互相备份，互为冗余，并能在线诊断故障、报警、切换和维修提示。

工程师工作站（EWS）

工程师工作站是供系统生成组态所用。

它能够储存系统所有的组态数据，并提供了一个直觉性、目标导向性的图形用户界面环境供开发及综合所有的应用数据到数据库。

这个数据库包括的所有连接在网络上的站点、网络、工位号的定义、报警和故障的定义、控制方案的组成及流程图的制作。

通过Win7/Windows®Vista共享档案功能进行并行工程组态使多位工程师能够同时组态到网络上的一个数据库。

另外，在不同的工程师工作站所生成的数据也可以被综合到一个数据库里。

同时工程师工作站上的虚拟测试功能也可以在离线的情况下确认所生成的程序。

组态功能及特点：

⏹常规控制功能块

具有丰富常规控制模块用于不同的控制和计算，横河PID控制模