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硬件手则
第1章OVATION分散控制系统概述
1.1系统概述
OVATION分散控制系统由WestinghouseProcessControl.Inc（WPC）西屋公司推出具有多任务、数据采集、潜在控制能力和开放式网络设计，是工业中较为可靠、能是实时响应的监控系统。
OVATION系统利用对一个当前最新的分布式、全局型、的重要的相关数据库做一次瞬态和透明的访问来完成对回路的控制，全局分布式数据库将功能分散到多个可并行运行的独立站点，而非集中到一个中央处理器上，可集中在指定的功能上不断运行，不因其他事件的干扰而影响系统性能。
1.2特点
•网络吸取了FDDI通讯网络的优点,使发送和接收实时数据更为快捷
•网络的设计更具开发性、拓展性
•可隔离有故障的站点以及部分网络
第2章OVATION分散控制系统网络
2.1OVATION分散控制系统网络构成
图2.1
由图2.1可看出OVATION分散控制系统网络由互为冗余双环网、集线器（数据交换站）以及操作员站、工程师站、历史站、控制单元DPU等各节点构
成。
2.1.1数据流程
OVATION分散控制系统网络最多挂254节点，传输速度100Mb/s。
其中各节点由各自的网络号（节点号），各自的网络接口，通过网络来接发数据，协调各自的工作来完成DCS的整体工作。
其中控制对现场的监测信号（温度、压力、流量、水位、设备装态等）经由
I/O模块转化为数字量传至控制器DPU，放置于存储器，形成一个与现场的过
程量一致且能一一对应,而且安实际运行情况改变的和更新的现场过程量的影相,
还将实时数据通过网络传送到OPU操作员站、ENG工程师站，实现全系统范围的监督和控制。
并接收OPU操作员站、ENG工程师站下发的信息、指令,通
过I/O模块进行输出至现场设备来实现回路控制和逻辑控制；也可实现自动控制、回路控制。
OPU操作员站是与一切与运行操作功能的人机界面。
便于运行人员实时了
解现场运行状态、运行参数、当前值是否异常情况，输出指令进行调节和控制
从而保证生产过程的安全、可靠。
ENG工程师站提供了DCS系统的组态、配置工作的软件，DCS系统的在线运行，监视各个节点的运行情况，并及时调整系统配置和系统参数配置（如自动调节的P、I、D的参数等），使系统长期运行在最佳工作状态。
2.1.2系统网络
OVATION分散控制系统为了实现传输介质的共享，对于多个节点传送信息采用广播式，以避免网络上的冲突。
OVATION分散控制系统I/O数据传送采用令牌式（TokenRing），各个模块与控制器的通讯时间为限定时间，从而保证通讯的实时性、顺畅性、有序性。
在环网上各个节点（工程师站、操作员站、历史站、控制器）经过集线器连接，各节点的数据及信息的传递和交换采用广播式，来达到数据信息的共享。
图2.1.2
OVATION分散控制系统采用互为冗余的双环网的设计，网络的各节点的连接由集线器来完成，集线器充当了各个节点之间联系的桥梁;还对冗余的双环网的状态进行监测,故障时进行切换。
双环网采用反相旋转的结构。
当双环电缆同时被切断时，可自成回馈的单网环，更大限度的避免网络的故障（见图2.1.2）。
第3章硬件系统
3.1OVATION系统的各部件介绍
3.1.1机柜的类别
OVATION系统机柜几类：
DCS电源柜、集线器柜、DPU控制柜、继电器柜、跳闸柜
3.1.2DCS电源柜
图3.1.2
其中保安电源和UPS电源互为切换，形成冗于，保证用电的可靠性。
3.1.3集线器柜（又称网络柜）
集线器
作为网上数据的交换站且各集线器的面板上有状态指示A、B、C、D四个集线器构成了双环网。
3.1.4DPU控制柜
图3.1.1.3
3.1.4.1柜的分类及构成
DPU机柜分为两种：
主控柜和扩展柜
其中主控柜内包含DPU控制器、4个I/O分支、冗余电源供应、电源分配器。
每个I/O分支最多支持8个I/O模块、柜内最多可带有32个模块。
扩展柜提供了主控柜内的控制器相连的扩展空间和安装板、4个I/O分支、冗余电源供应、电源分配器。
每个I/O分支包括8个I/O模块、柜内最多可带有32个模块。
一个DPU控制器单元由一个主控柜、最多3个扩展柜组成。
3.1.4.2DPU机柜的命名
3.1.4.3供电系统
1.特点
◆OVATION供电系统由两个功率因素校正供电模块以及一个电源分配模块构
成。
两个电源模块互为冗余，为控制器和I/O线路提供稳定可靠的彼此隔离
独立的供电。
OVATION的控制器系统提供了冗余的供电，冗余的二极管脉
冲住电源、各机架的分离电源，各I/O分支的冗余DC供电，
◆电源上有一组专门的状态输出，可通过系统的DI（数字量输入）模块传至控
制器，可进行电源的运行监测和故障报警的连续监测。
◆电源模块有状态测试孔，便于测量仪表检测+24V电源的情况
◆电源模块可带电替换，便于故障后的处理
◆场信号供电,各分支的电源供各供给通过小板的转接电缆实现。
◆为控制器和I/O分支提供24V电源，24V电源同时为互为冗余的控制器供电，
小板上有每个I/O分支配有两个串联的5A熔断器
◆24V电源电源系统有主/辅两路，主电源主要为控制器供电，辅助电源为卡件
供电
2.电源的保护
其中I/O供电由下列5种保护
输入低压保护：
针对62VAC的低压输入
输入高压保护：
通过消弧保安电路针对最小设置307VAC，最大设置
322VAC的高压输入进行保护
超温保护：
温度在80~90℃关掉供给电源，70℃是恢复电源的供给
电流过载保护：
保护的设置点是输出电流的105%~140%
断电的保持时间：
在全负荷的状态下，电源断开可持续保持32ms
控制器的电源卡：
为直流电源的转换器，接受两个24VDC的输入电源，
为控制器提供5VDC和+/-12VDC的输出。
其中控制器电源卡有4种保护：
输入低压保护：
低于9VDC的低压输入保护
输入高压保护：
高于33.25VDC或高于29.7VDC的高压输入保护
输出电压过载保护：
电压在正常输出电压的125%~145%起到保护作用
输出电流过在保护：
防止过载与短路
性能
供电输入
DC输入
21~25VDC
冲击电流
≤5A
供电输出
输出1
电压
电流
+5V
10A
输出2
+12V
0.1A
输出3
-12V
0.1A
输出公差
-2%~+2%
负载/线路调节
2%~+2%
正负峰值间的总变化
5%
3.1.4.4接地
如图每个控制器的最大组数为4个控制机柜,接地遵循如下规则
不要通过非OVATION设备接地
不要通过OVATION设备接到OVATION的机柜上
不要接地到一个结构部件中
3.1.4.5各柜的连接
各柜的连接通转接小板实现，完成电源和PCI总线的连接，从而完成控制
器与其在扩展柜的模块间的通讯。
3.1.5继电器控制柜
配有继电器，接收DPU控制柜的DO模块来的数字量输出信号（如电动门
的开/关指令），通过继电器的（常开/常闭）接点的通断，实现到配电盘的回路的通断，从而实现电动门的开关动作。
图3.1.5
3.1.6跳闸柜
接收操作人员手动或系统内逻辑动作发出的信号，由MFT（主燃料跳闸）继电器、OFT（油燃料跳闸）继电器发出硬接线的指令停掉相关的燃料的供给设备（如油阀、给煤机等），切断锅炉的全部燃料的供给，以达到保护锅炉设备的安全灭火的目的。
跳闸柜内有23#炉、24#炉的MFT继电器、OFT继电器、WDT看门狗机电源和保险。
图3.1.6
采用220VDC的电源，MFT继电器共有5组接点双线圈，
WDT看门狗机共8个，共4对，每一对对一个控制器（DPU1~DPU4）的运行情况进行监视，控制器正常工作时，会发出周期正常的脉冲波，当控制器工作异常时，其脉冲波会有异常，WDT会时时监测，异常时会发出报警信号到操作员站上，提醒运行人员注意。
WDT只起到监测作用，并不对控制器的工作起其它作用。
当控制器故障、DO（数字量输出）模块故障、分支地点源丢失、转接脉冲
的继电器故障等情况均能引起WDT动作，发出报警。
3.1.7OPU操作员站
OPU操作员站硬件由显示器、主机、专用工业键盘、鼠标、打印机组成。
3.1.7.1OPU操作员站的特点
•采用Solarris操作系统，与OVATION系统的网络完全匹配，最多可访问
200，000个动态测点；
•具有快速直接访问信息的能力；
3.1.7.2OPU操作员站的功能
1.显示生产过程流程图
多窗口显示：
可进行全屏显示、缩放显示、同时最多开4个窗口显示
灵活调用画面：
画面切换时间为1s
重要数据的常驻显示
测点组使一个图数用于两个以上的子系统和设备
过程图中的测点值可以快速显示与所选测点有关的应用（如趋势、测点
信息等）
过程图数
25,000个以上
过程图显示窗口数
最多4个
图更新速度
1秒/次
每张图的动态字段
700以上
图可调用颜色
256种
2.报警的管理
操做人员通过分级报警显示查看和确认报警,以区别于正常情况
报警表：
按时间顺序显示所有的当前报警,并且报警的变化在输入中更新
报警历史表：
按历史顺序显示最近的5000个报警事件
报警的优先级别：
用过程测点优先级来制定报警的重要性，共有8个等
级（1–8），其中8为最低优先级，1为最高优先级
报警的目标文件：
可生成某站点的报警的文件
报警的确认：
对操作人员知道如何处理的报警进行确认
报警的复位：
复位一个未确认的报警以便从报警表中删除
3.趋势的显示（实时趋势/历史趋势）
以图形或文本方式显示在一段选择时间间隔内从网络采集的有用测点的
数据采样,操作人员可查看实时以及历史趋势。
操作人员还可建立专门的
趋势组，以快速访问预先确定的一组测点的信息。
同时的趋势窗口
4
每个趋势窗口的
测点数
8
趋势组
1000
每点采样数
600
4.测点的信息及查询
操作人员可查看所选的过程测点的完整的数据库记录
测点信息
测点、组态、完全性、数值/状态、硬件、初始化、报警、仪表、限值、显示
测点查阅
数值极限、设计范围、限制报警、传感器极限、报警检查删除、设计范围检查、输入值、外部标定、扫描移动、标记完毕、测试模式、质量差、质量较差、质量一般、质量良好、超时等
5.操作员实践事件信息
操作人员操作使操作员工作站键事件信息发至历史站,将其产生的信息传至
到OVATION的历史数据库,便于事后的查询。
3.1.8ENG工程师站
工程师站由显示器、主机、鼠标、键盘、磁带机、外置硬盘（内存Oracle数据库）组成
3.1.8.1工程师站的特点
•采用基于Uinx的Solaris系统，最大容量为200,000点；
•可在线手册使用参考工具和工具库；
•可多窗口同步控制、数据库和图形设计；
•工程师站具备系统软件服务器、高性能的工具数据库、操作员功能；
3.1.8.2工程师站的功能
工程师站最主要的功能是对DCS进行离线的配置和组态的工作
组态功能：
1.硬件配置和组态功能
如定义DPU站号、网络的参数、站内的I/O配置
2.数据库的组态功能
定义系统数据库（实时数据库合历史数据库）中的各种参数,实时数据库组态
主要对数据库的各点定义其名称、工程量、上下限值、报警条件等；历史
数据库组态定义各个进入历史库的点的保存周期。
3.画面的生成
在CRT上以人机界面交互方式直接作图来生成显示画面，采取标准的移位
击键法可移动或拖动及改变对象的大小，并通过滚动菜单选取色彩、线宽、
填空、文本格式等图形属性。
用户可据需要建立自己的图形工具。
4.控制逻辑的组态
生成控制逻辑，定义各控制回路的的控制算法、调节周期及参数、系数；
采用CAD为基础的组态工具，更为方便、易学和直观。
采用标准功能块（或
算法块）相互级连，即上一块的输出作为下一块的输入，每一块的算法块
完成特定的功能或计算，经过组合，形成完整的控制回路。
5.组态数据的编译和下装
对组态数据进行编译,并下装给各个控制器；将流程控制图形下装至各操作
员站。
6.操作安全级别的设定
为确保生产的安全进行，操作的安全级别的设定变得极为重要（即对操作
人员的操作权限进行设定）防止误操作、越级的操作；即对不在操作人员
的操作权限内的操作指令加以闭锁；加以口令保护，对于一些重要的操作
还应进行操作的复核，以确保不发生意外。
监视功能：
1.对各站、网络的通讯、安全情况进行监视，以便进行维护、调整来保证DCS
的连续运行
2.组态的在线修改
如控制参数调整、控制器的离线的操作、状态信息图、站点的错误代码
3.1.9HSU历史站
历史站由显示器、主机、鼠标、键盘、磁带机、外置硬盘组成。
提供系统的过程数据、报警、事件顺序（SOE），纪录与操作员站有关的大量的存储与检索。
可为操作人员和工程师、维护人员快速、灵活的提供大量的实时过程数据和信息。
3.1.9.1历史师站的特点
1.按时间顺序建立操作员的操作记录
2.收集各种的报警信息、班日志和报表
3.对班日志和报表进行存储和存档
4.可快速存取并具高度的灵活性
3.1.9.2历史师站的功能
1.历史数据点的采集和收集。
采集实时测点值和状态、试验数据、高速数据、报警信息、操作员操作信息、
SOE事件信息、报表文件6种历史数据。
其中：
·主历史采集和存储过程测点数据。
用户自定义扫描频率，多为1s。
采集测
点的状态用户定义的死区之外发生的数据的变更，提供过程活动的准确纪
录。
还可处理用户检索过程测点信息的要求，提供趋势数据。
·长期历史采集和存储过程测点的数据及检索用户请求的数据。
可使测点信
息在线保持较长一段时间（几个月）。
·事件历史纪录设备行程或设备启动等事件。
·采集和接收存储操作员站和工程师战传来的报警，存储后，报警历史允许
工程师站和操作员站将已采集的报警显示、打印或保存至文件。
·SOE历史从控制器采集事件顺序数据，将数据按年代顺序分类制表和查找
首次发生的事件。
控制器配有专用的SOE模块完成此项功能。
·操作员事件历史记录操作员站或控制器的接收到的操作员的操作。
如手/自
动的切换、执行/取消、设定值改变、报警限值的改变、测点扫描状态或手
动输入数值等操作以明确的识别或标记并按年代顺序存储。
·文件历史为操作员的日志输出和报表的输出
2.历史数据的存储和检索
·历史数据被扫描和收集后，就存储用于今后的检索。
历史站有3种存储区主
存储区、辅助存储区、长期存储区
主存储区存储最新采集的数据，包括主历史、事件历史、测点历史、长期
历史的信息。
用户可选定时间将主存储区存储的信息传至辅助存储器。
可使主
存区清空，用于下一周期的数据采集。
辅助存储器在硬盘上保存一个周期的历史文件。
可快速检索最新历史信息。
历史站可以自动将辅助存储器的所有数据拷贝至长期存储区，删除最早的文
件，腾出空间存储其它数据。
长期存储器有磁带机、光盘机。
3.1.10打印机
OVATION系统共配置三类打印机,打印文本资料的激光打印机、进行画面拷
屏的喷墨打印机、报表打印的针式打印机
3.1.10.1激光打印机
共1台，为工程师站配有，用于组态文本的打印
3.1.10.2喷墨打印机
共1台，用于过程流程图、趋势图的画面的拷屏打印
3.1.10.3针式打印机
共3台，用于操作员的报表打印
3.2分散控制单元DPU
3.2.1控制器的构成
图3.2.1
3.2.1.1控制器的面板指示及卡件
◆控制器的内部卡件
CPU中央处理器卡、电源卡、闪存、网卡、I/O接口卡
电源卡：
为各控制器的内部卡件提供工作电源
CPU中央处理器卡：
为中央处理器
闪存：
与CPU相连，内有逻辑算法、操作系统。
其掉电不遗失数据
I/O接口卡：
为控制器与I/O模块的接口，与CPU通过PCI总线相连
（又称PCI卡）
网卡：
为控制器与网络提供通讯接口
◆控制器面板指示
控制器面板有最多16个LED的I/O分支状态指示灯,通过其颜色的不同来
反映控制器的I/O分支状态是否正常（见图3.2.1）。
绿色：
代表此I/O分支的各模块工作正常
红色：
代表此I/O分支工作不正常
橙色：
代表此I/O分支有个别模块工作状态不正常
无色：
代表此I/O分支未使用
控制器面板有4位LED的错误显示条码（见图3.2.1.1）
图3.2.1.1
3.2.1.2控制器数据流程
1.现场的过程信号,通过电缆与I/O模块的端子排,通过特性模块、电子模块将现
场信号装化为数字量，通过I/O接口卡（PCI卡）经PCI总线传至CPU，在
由CPU传至与其相连的闪存，经过闪存的控制算法的运算，将控制指令输出
至I/O接口卡（PCI卡），再由I/O模块输出至现场设备，完成控制过程。
2.控制器通过网络还接收操作员站、工程师站传来的指令和信息。
经过闪存的
内部处理产生的控制指令经CPU传至I/O接口卡，再经I/O模块传至现场设
备。
实现人员对生产过程的干预。
（见图3.2.1.1）
图3.2.1.1
其中闪存存储为静态数据如组态、算法等（掉电不会数据丢失），其静态数
据只有在有请求时才在网上广播。
RAM存储一部分动态数据（变化的数据值）
和一部分静态数据（但控制器一旦掉电，RAM中存储的数据会丢失）。
RAM存储部分动态数据实时上网广播；RAM存储部分静态数据只有在有请求时才在网上广播。
3.2.2控制器的故障切换
处于主控状态的DPU的工作状态，直接处理I/O的读写，执行数据的获取和控制功能；同时还监视备用DPU及网络的运行情况
处于备用状态的DPU实现诊断和监视DPU的状态。
其通过实时检测主控处理器的数据内存和接收主控处理器发往OVATION网络的信息来维护数据的最新状态，以保证备用DPU实时跟随能主控状态DPU
OVATION分散控制系统的控制器的冗余是为了实现自动故障切换运行功能而装配。
自动故障切换是指若控制状态处理失败、监视器检测到未驱动主理器的I/O接口就通知备用处理器。
然后，备用处理器就执行I/O控制并且开始执行过程控制。
3.3I/O模块（见图）
3.3.1模块的分类及安装
3.3.1.1模块的构成
ovation系统的I/O模块安装在多路的DIN制的轨道基架内，基架设计为通
用形。
每个基架内可容纳不同类型的两个模块。
基架提供DIN制的轨道、现场接线的端子板、I/O通讯、电源，可进行带电的插拔。
分为电子模块和特性模块。
特性模块用于满足现场特殊设备信号连接，电子模块实现现场现号的数字转化。
3.3.1.2模件的安装
1.先安装特性模块到基座内，随后将电子模块装入基座对应的的插槽内，
电子模件将特性模块锁住，在将电子模块上的蓝色的锁杆扣下，以锁住电
子模块和特性模块，确保卡件不会松动。
2.模块拆卸时，打开蓝色锁杆，取下电子模块，在取下特性模块。
注意事项：
•拆装必须按顺序进行，否则将不能顺利的拆装卡件
•.插模块时要对准模块的卡槽，确保卡针与卡槽对应完好，以防止卡针的损
坏及模块的损坏（因有时卡针与卡槽未完全对应的，模块插入后，通电坏
有可能会烧坏模块
•模块与基座均为标准化设计，正常拔插模块时不需费力，当拔插模块时横
费力时，不要一味猛力拔插。
以防造成模块的损害
3.3.1.3模件的面板指示
·P、C、E、I的指示灯
P为电源指示灯，绿色为状态正常；红色为状态异常
C为通讯指示灯，绿色为模块到PCI总线的通讯正常；红色为状态异常
E为接地指示灯，状态正常时无色；红色为状态异常
I为卡件内部错误指示灯，状态正常时无色；红色为状态异常
3.3.2各类I/O模块
3.3.2.1模拟量输入模块AI（Analoginput）
·功能
将现场输入的8路互为隔离的模拟量信号（电压、电流）通过A/D转换器转化
为数字量信号。
·特点
输入信号互为隔离
每一路通道均有一个A/D转换器
各路功耗≤0.4W
13位分辨率（包含符号位）
正常状态每秒刷新10次
端子板带温度传感器,可进行冷端补偿
每8秒自动校验一次
每路电源配有熔断丝保险
各路LED灯的指示
·接线方式（以第一路为例）
端子排A（1-18）
端子排B（1-17）
端子排C（1-18）
本地（内）供电方式
（DCS）
A1,A2短接
B2为正端（+）
C1为负端（-），C2为屏敝端
本地现场（外）供电方（CUS）
A1正端（+）
B2为负端（-）
C2为屏敝端
备注
端子排的17，18端子不接线，并防止短接（短接会烧毁模块）
·LED的指示
原因
P
电源灯
绿色
所需电源正常（+5V）
红色
所需电源异常（+5V）
C
电源灯
绿色
模块与控制器的通讯正常
红色
模块与控制器的通讯异常
I
电源灯
无色
模块内部状态正常
红色
模块内部故障
（原因：
模块正在进行初始化，使用PCI总线超时，模块复位，从控
制器接收的强制错误等）
通道
指示灯
（1-8）
无色
通道状态正常
红色
通道状态异常
原因：
断路，输入电压超范围（>+121%或<-121%），量程标定超限
·性能指标（见附表）
3.3.2.2模拟量输出模块AO（Analogoutput）
·功能
提供了4路互为隔离的的直流输出接口。
输出的的直流信号至现场设备，
完成操作。
Ovation系统的处理数据通过PCI总线传送到I/O模块，通过光电
隔离转换器送到输出放大器，放大器输出经过电压或电流比较器比较后变为正
常值，这些处理在电子模块中完成。
最后信号输送到特性模块，经过瞬间保护
后在输出至端子排在至现场的设备。
·特点
输出信号互为隔离
刷新速度快，1.5ms/次
回路短路输出保护
软件组态通讯超限时间从62ms至16ms
·接线方式
端子排A（1-18）
端子排B（1-17）
端子排C（1-18）
第1路
A2为正端（+）
B2为负端（-）
C1为屏敝端
第2路
A6为正端（+）
B6为负端（-）
C5为屏敝端
第3路
A10为正端（+）
B10为负端（-）
C9为屏敝端
第4路
A14为正端（+）
B14为负端（-）
C13为屏敝端
备注
端子排的17，18端子不接线，并防止短接（短接会烧毁模块）
正、负端不许接地
·LED灯的指示
原因
P
电源灯
绿色
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