EMERSONDeltaV系统概述.docx
《EMERSONDeltaV系统概述.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《EMERSONDeltaV系统概述.docx（31页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
EMERSONDeltaV系统概述
DeltaV系统概述
1.DeltaV系统
1.1DeltaV系统概述
DeltaV系统是艾默生过程管理充分应用了当今在计算机、网络、数字通讯等最新技术于1996年推出，是彻底采用完全数字化结构的一套全新系统。
做为PlantWeb工厂管控网机构体系的核心部分，是全球首个数字式自动化系统。
DeltaV系统至投入市场以来，用户给予了充分肯定。
连续6年获得《控制》杂志“最佳过程控制/自动化系统”奖，并包括：
∙最佳过程控制软件
∙最佳批量控制管理软件
∙最佳先进控制软件
∙最佳报警管理软件
∙最佳回路自诊定软件
∙最佳过程仿真软件
∙最佳智能设备管理软件
∙《化工流程》读者评选DeltaV系统为最佳过程控制系统
∙微软公司制造行业技术革新（TIM）Leonardo奖章
数字化、智能化过程控制系统
DeltaV系统使数字化、智能化工厂变得更为容易，因为DeltaV系统基于数字结构设计，完全集成了兼容多种总线的智能化工厂能力，包括HART、FUNDATIONTM现场总线、高速离散总线（ProfibusDP，AS-i和DeviceNet）、嵌入式的先进控制以及批量管理软件。
这种智能化现场无缝集成方案为各种系统应用奠定了基础，如智能设备管理系统（AMS）可快速而简单地实现现场设备的量程设定、组态和诊断，从而提高了过程效率并减少过程变化。
可变的规模
DeltaV系统规模和功能均灵活可变，规模可变的DeltaV系统可以根据应用需求选择系统规模，也可以根据项目的需要在系统运行后对DeltaV系统进行扩展，更好的满足企业生产中对生产规模不断扩大的要求。
开放的互操作性
艾默生先后推出如HART、FF现场总线、OPC等专门技术将之发展成基金会，形成引领世界自动化产品的行业标准，并长期致力于这些基金会行业标准的不断完善和发展。
DeltaV系统完全遵循这些技术并溶入在系统中，使DeltaV系统具备良好的开放的可互操作，提高了系统的运行效率。
点对点概念
DeltaV系统控制网络采用以太网技术，实现系统控制网中各工作站、各工作站与控制器、各控制器之间点对点的通讯，使实时数据可方便的在所有站点之间调用，避免某个站点故障对系统的影响。
同时容易实现对整个系统的报警管理，基于用户和功能的全局安全性管理，系统和设备诊断等功能。
完整信息交换及集成
DeltaV系统基于开放OPC、SQLserver、XML等标准提供开放的可互操作的信息交换，包括实时过程数据、实时报警和事件数据、实施批量处理数据、过程数据的历史记录、系统组态数据等。
通过采用OPC技术，使DeltaV系统和其他支持OPC的系统之间可方便的交换数据，为建立信息化企业打下坚实的基础。
集中式组态数据库
单一的集中式DeltaV组态数据库集成了HART、FUNDATIONTM现场总线、ProfibusDP总线，AS-i总线、DeviceNet、先进控制以及批量管理，使DeltaV系统能够方便灵活的协调控制策略组、过程图表、历史记录、事件记录、批量编辑和数据输入等各个方面，并在创建控制策略时，面板的操作和历史数据的采集可自动完成，使组态变得简单容易。
直观的一体工程软件
DeltaV的文件浏览管理器类似于微软的文件浏览管理器，鼠标拖放、鼠标右键点击操作可选等功能方便易用；DeltaV文件浏览管理器包含的预定义的控制策略库、经严格测试的数字总线设备库、DeltaV系统在线帮助和自动产生控制策略文档等功能，以及电子表格方式批量编辑功能，可以简便的完成组态工作。
先进的报警管理
DeltaV系统可接受来自智能现场设备的数据，显示生产过程中的质量、状态和故障诊断信息，并可明确指出报警是出现在过程中还是设备上。
采用EEMUA191标准的DeltaV报警管理系统，通过操作员抑制报警避免了不必要的报警，还可通过设置条件报警删除无用的报警。
预测性维护
DeltaV系统和AMS管理系统的组合将被动维修转化为预测性维修，智能现场设备具备的预测维护报警信息可传送到DeltaV系统，降低系统的维护工作，并减少意外停车。
AMS智能设备管理系统可方便地获得关键设备信息，并对设备进行标定、组态及为预测性维护提供高级诊断。
嵌入的先进控制
利用DeltaV内嵌的先进控制，使系统的监控、分析、调节至最佳性能，并使先进控制的实现变得前所未有的方便。
仿真软件可以在离线状态下进行培训、组态及仿真运行。
优越性能的批量控制
DeltaV批量控制建立在S88.01标准的基础上，满足S88.01控制模型所定义的设备控制、单元监控、过程管理、配方管理、生产计划、生产信息管理等功能，为连续及混合过程中的批量处理和复杂顺序控制增添了类单元和阶段逻辑功能。
远程访问
DeltaV系统支持远程访问应用，在确保系统安全性的基础上，远程用户可以通过局域网、拨号、无线网络连接等方式，对生产过程进行监视或控制，从而满足用户对过程的远程组态、操作、诊断、维护等要求。
模块化硬件
DeltaV系统的模块化硬件设计及任意安装的位置实现了硬件简单灵活的安装方式；符合空气污染G3标准和危险区域Class1，Div2区标准的设计，使DeltaV硬件几乎可以安装在如何地方；硬件的自动识别和即插即用功能使得安装极为容易，控制器和卡件带电插拔可随时进行维护和系统扩展。
1.2DeltaV系统结构及控制网络
1.2.1DeltaV系统结构
DeltaV系统是构建在PlantWeb架构上的全数字化自动控制系统。
通过全厂智能化信息无缝集成的方案来实现各种高级系统应用，从而提高过程控制的效率。
DeltaV的网络构架的设计是基于对整个工厂的生命周期的考虑，因此，构建在模块化理念的系统结构中，一个独立的工作站节点就可以涵盖了整个工厂网络的设计要求，从控制到仿真以及各系统的集成等等。
对于网络的集成有以下几个特点：
∙DeltaV的网络将构建在星形结构下
∙DeltaV的控制网络是一个相对独立的局域以太网
∙网络节点可以是工作站、DeltaV控制器
∙所有在网络上的节点必须通过DeltaV的认证，其中包括交换机及有关PC
∙所有的外部连接必须通过DetlaV的工作站
∙每个DeltaV网络都必须有且只有一个主工程师站
基本网络结构：
图1DeltaV系统结构
DeltaV系统结构由工作站、控制器和I/O子系统组成，各工作站及各控制器之间用以太网方式连接。
现场智能设备或常规设备的信号将接入DeltaV卡件，具备HART、FUNDATIONTM现场总线、ProfibusDP总线，AS-i总线，DeviceNet总线及RS485串口通讯的设备也将连接到DeltaV的各总线卡件上。
DeltaV的工作站包含主工程师站、工程师站、操作站、应用站等，其中应用站具备OPCServer功能并可通过第三块网卡以以太网的方式连接到其它系统，实现系统间的实时数据交换等功能。
根据系统配置功能的需要，应用站也可以用作批量管理站、WebServer站等。
控制器及I/O子系统包含控制器、供电模块和各类卡件，卡件负责现场信号采集及处理，由控制器执行控制策略。
DeltaV系统支持将控制策略下装到现场总线设备中执行，使控制风险更加分散并提高回路的集成度。
DeltaV系统可根据应用场合的需要采用冗余系统控制网络、冗余控制器、冗余电源、冗余卡件等冗余措施。
控制器和卡件将安装在底板上，各类卡件可根据需要随意安装在底板上，无需特定的卡件安装特定的位置上。
扩展网络结构：
DeltaV系统通过应用站节点可以延伸至企业的工厂网，将过程数据及有关历史记录数据上传至上层应用中，如优化分析，实验室分析，工厂生产调度管理等。
企业的工厂网做为外部网络将不会遵循DeltaV的网络协议，应用站或主工程师站做为系统与外部网络的唯一接口将利用OPC的方式进行数据的传递。
远程操控
通过直接连接在DeltaV控制网上的终端服务器，用户可以从客户端直接执行对系统的各项操作，根据所制定的工作站的不同属性拥有与网络上实际节点完全相同的功能。
1.2.2
DeltaV控制网络
DeltaV系统的控制网络是以100M以太网为基础的局域网（LAN）。
DeltaV系统的控制网络可以是冗余的或单网，上图是典型的冗余控制网络。
在DeltaV系统中，控制网络采用的设备包括交换机、以太网线及光缆。
DeltaV系统的节点包括工作站和控制器，各节点到交换机的距离小于100m时，用以太网线连接各节点到交换机上，不需要增加任何额外的中间设备；各节点到交换机的距离大于100m时，需要用光缆进行扩展。
DeltaV系统的控制网络考虑到通讯的完整性，往往采用冗余的方式，并建立两条完全独立的控制网络，即主副控制网络。
主副控制网络中的交换机、以太网线及工作站和控制器的网络接口也完全是独立的。
每个DeltaV控制器都有主副2个网络接口，在采用冗余控制器的配置时，每对控制器会有2个网络接口连接到主交换机上，另2个网络接口连接到副交换机上。
DeltaV系统的各工作站都配有3块以上的网卡，其中2块用于建立控制网络，另1块用于备用或连接其它系统如工厂网络等。
DeltaV系统的控制网络采用TCP/IP的通讯协议，系统自动分配各节点的IP地址。
每套DeltaV可支持最多120个节点，系统结构灵活，规模可变，易于扩展。
1.2.3
DeltaV控制网络安全
除了从物理上对机柜加锁外DeltaV系统提供了各个级别的网络安全防护机制，从参数的保护、区域的保护到功能模块的保护。
系统甚至可以对某个特定的用户或某个特定的参数进行安全级别的设定。
概括的看DeltaV系统的安全策略有：
∙DeltaV要求运行在一个相对独立的局域网上。
∙DeltaV的工作站将采用Emerson通过认证的特定机型。
另外，在系统运行的时候，可以禁止光驱或USB口，从而防止外部设备对系统的感染。
∙DeltaV在开发的全过程中都溶入了安全的设计思路，致使许多软件的运用是都内嵌在系统操作软件中的。
∙用户权限的设定，每个进入系统的用户都必须拥有一个唯一的用户名及相应的登陆密码。
系统可以按照用户名来对不同的人员进行分级管理，包括操作区域的设定、操作权限的控制等。
∙DeltaV有专门认证的防病毒软件。
DeltaV将会有专人小组按月对微软的操作系统的安全性进行测试。
∙根据DeltaV的组网方式及结构可以清楚地看到最基本的安全防护。
另外，Emerson针对DeltaV系统编写了一本网络安全手册，帮助用户在系统搭建的过程中更好地运用DeltaV的安全策略。
DeltaV系统组成及功能说明
1.2.4DeltaV系统工作站
DeltaV系统工作站是DeltaV系统的人机界面，通过这些系统工作站，企业的操作人员、管理人员可随时了解、管理并控制整个企业的生产及计划。
所有工作站采用最新的INTEL芯片及32位Windows操作系统，彩色LCD。
DeltaV系统的所有应用软件均为面向对象的32位操作软件，满足系统组态、操作、维护及集成的各种需求。
而可以快速调出DeltaV系统的Books－on－line（在线帮助手册），可随时提供有用的系统帮助信息。
DeltaV工作站上的组态指导给出了用户具体的组态步骤，用户只要运行它并按照它的提示进行操作，则图文并茂的型式，很快就可以使用户掌握组态方法。
DeltaV系统工作站主要分为四种：
∙ProfessionalPlus工作站
∙Professional工作站
∙操作员工作站
∙应用工作站
ProfessionalPlus工作站
每个DeltaV系统有且只有一个ProfessionalPlus工作站，通常称之为主工程师站。
该工作站负责全局数据库的组态及组态数据库的维护。
ProfessionalPlus配置有系统组态、操控、维护及诊断等软件包，具备了工程师站和操作员站的所有功能。
另外，系统允许配置若干台Professional站作为普通工程师站。
Figure1EngineeringEnvironmentsViewableonOneScreen
ProfessionalPlus工作站的主要功能特点包括：
∙相关过控单元的操作界面
∙全局数据库的浏览、查找及组态
∙事件报警记录的浏览
∙控制策略的组态及系统设定
∙各个控制器、工作站、I/O卡件及整个网络的诊断
Professional工作站
Professional工作站，作为工程师工作站拥有与主工程师站相同的工程组态、操作及诊断功能。
操作员站
DelatV的操作员站为用户提供了一个功能强大的操作环境，用内嵌式的组件以便各项数据的输入与读取。
报警浏览表、流程图或模块详细信息等都会有直观的统一界面。
系统预先定制了标准的操作面板及详细面板，以此来统一对所有模块的操作。
系统将通过对报警的分级、显示及管理使得操作员可以准确无误地关注到最重要的报警信息，并可以直接通过报警栏处理最高级别的报警。
各项内嵌式的功能，如报警优先级和用户名权限的设定有效提高了工厂在运行中的可利用率。
而简单灵活的用户操作界面也使各项特殊的工艺操作要求得到最大程度的满足。
应用工作站
DelatV的应用站可用于存放历史数据库，同时可作OPC服务器作为系统对外的接口。
此外，应用站也可以配置各种优化或管理软件来实现其他特定的功能。
应用站的主要功能特点包括：
∙OPC服务器直接访问系统数据库为客户端软件的应用提供快速、准确、可靠的数据。
∙历史数据库用于存放记录模拟及数字量的文本参数
∙用户可以从MicrosoftExcel表格中直接读取实时或是存贮于历史数据库中的连续历史记录数据用于计算及分析。
1.2.5
控制器
DeltaV系统的控制器用于管理所有在线I/O子系统、控制策略的执行及通讯网络的维护。
同时时间标签和报警趋势记录也是由控制器管理的。
控制器从输入通道读取数据，然后执行控制策略，到最后送到输出通道的整个过程会在100ms中完成。
控制器主频为266MHz，内存为48M。
对于冗余配置的控制器，在工作时会有一个处于激活状态，而另一个待机状态的控制器会拥有相同的设置，并会映射在线控制器的所有操作。
一旦，在线控制器发生故障，待机状态的控制器将会自动切换到激活状态。
并且，系统可以在故障控制器被替换后自动执行初始化，使系统恢复冗余配置。
当网络发生故障的时候，控制器会保留最后收到的有效数据。
图4DeltaV系统控制器与I/O卡件
控制器的特点包括：
∙自动分配地址－每个控制器作为一个网络节点对于整个DeltaV系统具有唯一性，一旦上电，系统会自动分配网络地址，无需拨动开关或做另外的设置。
∙自动I/O检测－控制器能够检测到所有安装在子系统上的I/O接口通道。
一插入IO卡件，控制器就能精确地知道I/O卡件所连接的现场设备的常用属性。
这就减少了组态有关的无价值工作量，大大提高工作效率。
∙数据保护－将数据下装到控制器时，DeltaV系统会保存下装信息。
同样，用户在线改变控制器组态时，系统也保存这些组态更改。
这样，系统将保存所有下装到控制器的数据的完整记录及所有曾做过的在线更改；
∙冷启动－当系统因故障断电时，控制器可以在一定时间内保存在线数据和所有组态设置，使得在重新上电后无需初始化就可直接启动正常工作。
∙数据通道－控制器可以将智能HART信息从现场设备传送到控制网络中的任何节点。
即通过运行先进的设备管理软件应用，如艾默生过程控制公司的设备管理系统（AMS）实现现场HART设备或基金会现场总线设备的智能信息的远程管理。
∙安装－即插即用的系统结构使系统可以从一个控制器逐步扩大，还可以远程安装在Class1Div2环境中。
1.2.6
I/O子系统
DeltaV系统的所有I/O卡件均为模块化设计，可即插即用、自动识别、带电插拔。
系统可以要提供二大类I/O卡件：
一类是传统I/O卡件，另一类是现场总线接口卡件。
这二大类卡件可任意混合使用。
传统IO卡件
传统IO卡件是模块化的子系统，安装灵活。
它可安装在离物理设备很近的现场。
传统I/O配备了功能和现场接线保护键，以确保I/O卡能正确地插入到对应接线板上。
传统I/O子系统包括：
∙I/O卡件底板（安装在DIN导轨上），所有与I/O有关的部件都安装在该底板上。
∙可给现场设备供电（24VDC,4~20mA或220VAC）。
∙包括I/O卡件和I/O接线板的I/O接口卡。
∙各种模拟和开关量I/O卡，外观和体积相同，便于插入I/O卡件底板中。
∙各种安装在I/O卡件底板上的I/O接线板，这些底板可在安装I/O卡前先完成接线。
传统IO卡件的功能特点：
∙整个系统模块化－传统I/O所有部件完全模块化设计并都可以带电安装。
当系统规模扩大时，可以在线加入扩展的I/O卡件。
∙自动识别－系统将自动识别所有在线卡件的类别及通道状态，并作为记录保存在组态数据库中。
∙减少系统占地面积－DeltaV对I/O卡件的设计明显减少设备占地面积并增加控制室的可用空间。
并且可将I/O卡件底板安装到现场。
∙保护键－传统I/O卡和接线板都设置有I/O功能保护键。
这些保护键能够保证I/O卡都插到相应接线板中。
这种安全设计使传统I/O最初的安装变得非常快捷有效。
需要更换I/O卡时，功能保护键可以确保安装正确。
模拟I/O卡
4到20mA，HARTAI卡说明
通道数目
8
标称的信号范围（满量程）
4-20mA
满信号范围
1mA到23mA，有超限检测
现场电路电源，每块卡
在24VDC（±10%）时最大为300mA
超出温度范围的精度
满量程的0.1%
分辩率
16bit
重复性误差
满量程的0.05%
通讯支持
HARTpass-through要求/响应
HART变量报告
现场设备状态报告
4到20mA，HARTAI卡说明
通道数目
16
标称的信号范围（满量程）
4-20mA
满信号范围
2mA到22mA
现场电路电源，每块卡
在24VDC（±10%）时最大为600mA
超出温度范围的精度
满量程的0.2%
分辩率
16bit
重复性误差
满量程的0.05%
通讯支持
HARTpass-through要求/响应
HART变量报告
现场设备状态报告
热电阻输入卡说明
通道数目
8
传感器类型
2线，3线或者4线：
Pt100,Pt200,Pt500,Ni120,Cu10,或用户定义
信号量程
根据传感器类型可选
分辨率
16位
重复性误差
满量程的0.05%
热电偶输入卡说明
通道数目
8
分辨率
16位
精度
0.1%（overminimumrange,excludingsensorcontribution）
传感器类型
B,E,J,K,N,R,S,T,非线性
单位
C；F
Mv量程
-100100mV
冷端补偿
集成的带冷端补偿的接线端子。
同时，一个输入通道可组态为采用外部的冷端补偿
开路检测
Yes
4到20mA，HARTAO卡
通道数
8
额定的信号范围（满量程）
4-20mA
满信号范围
1mA到23mA
超出温度范围的精度
满量程的0.25%
分辩率
14bit
输出允许
21.6VDC电源供应给700Ω负载时为20mA
通讯支持
HARTpass-through要求/响应
HART变量报告
现场设备状态报告
数字I/O卡
32通道，24VDC，干触点，DI卡说明
通道数
32
On时测到的值
>2mA
Off时测到的值
<0.25mA
输出阻抗
5kΩ（近似）
现场电路电源，每块卡
24VDC时为150mA
8通道，24VDC，干触点，DI卡说明
通道数
8
On时测到的值
>2.2mA
Off时测到的值
<1mA
输出阻抗
5kΩ（近似）
现场电路电源，每块卡
24VDC时为40mA
32通道，24VDC，高位DO卡说明
通道数
32
输出范围
24VDC
输出额定值
每个通道持续为0.15A；每块I/O接口卡最大3.2A
Off状态下的泄漏
最大为0.1mA
现场电路电源，每块卡
每块I/O接口卡24VDC时为3.2A
8通道，24VDC，高位DO卡说明
通道数
8
输出范围
2VDC至60VDC
输出额定值
每个通道持续为1A；每块I/O接口卡最大3.0A
Off状态下的泄漏
最大为1.2mA
现场电路电源，每块卡
每块I/O接口卡24VDC时为3A
可组态的通道类型：
离散输出
瞬时输出
连续脉冲输出
输出：
输出保持在控制器最近的状态
输出活动的时间为预组态的时间周期（100ms到100s）
输出激活为预组态基本时间周期（100ms到100s）的一个百分数。
分辩率=5ms。
多功能卡（现主要用作脉冲卡）说明
通道数
4
输入阻抗
3~25mA在5~24VDC
On时测到的值
4.8VDC
Off时测到的值
1.0VDC
精度
0.1%reading（0.1Hz-50kHz用于方波信号;10Hz-50kHz用于正弦波）
Off状态下的泄漏
最大为1.2mA
分辨率
32bits
最小脉冲宽度
10微秒
最大输入电压
26.4VDC
本地总线电流（12VDC标称值）
250mAmaximum
数字总线接口卡件
现场总线（FF）
基金会现场总线和HART通讯协议提供了最智能化的和可靠的预测性维护功能。
基金会现场总线设备通过与数字自动化系统的双向通讯还可以提供预测性的报警、确认信息、基于现场的控制、诊断和设备信息，同时具备以毫秒为单位捕捉数据的功能。
FF现场总线接口卡（H1）
H1卡可以通过总线方式将现场总线设备信号连接到DeltaV系统中，一个H1卡可以连接2个FF网段（Segment），每个FF网段最多可连接16个现场总线设备，DeltaV系统可自动识别其设备类型、生产厂家、信号通道号等信息。
FF现场总线标准的优势：
∙为设备具体功能提供的标准，所以设备的功能不需要在主机里编程组态
∙自动指定设备地址，节省时间、提高效率
∙从设备本身发出报警，且报警发生的时间记录可达到千分之一秒
∙基金会现场总线是点对点通讯总线，而其它总线要求所有的通信通过主机进行
∙不需在DeltaV系统中为每个新设备改编程序
设备总线
相对与现场总线较为简单的数字总线，但同样可以实现一部分诊断功能。
每块ProfibusDP卡支持1个Profibus网段，每个Profibus网段最多可连接64个Profibus设备。
ProfibusDP主要的应用有：
∙马达起停
∙变速马达驱动
∙秤重单元接口
∙数字控制阀门
∙电磁阀
每块DeviceNet卡支持1个DeviceNet网段，每个DeviceNet网段最多可连接61个DeviceNet设备。
DeviceNet主要的应用有：
∙马达起停
∙变速马达驱动
∙数字控制阀门
∙电磁阀
传感器总线
快速且经济的总线技术。
每块AS-i卡支持2个AS-i网段，每个AS-i网段最多可连接31个AS-i设备。
AS-i的应用有：
∙马达起停
升级会员 