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1、ABB控制系统讲义ABB控制系统讲义讲课人：姚学荣一 系统综述1. Symphony 系统是ABB于九十年代末期推出的，融过程控制和企业管理为一身的，新一代分布式过程控制系统。它是一种系统，也是一种战略，更是一种当代高新技术发展到今天的必然。该系统一个重要的服务领域就是发电机组的监视与控制。 八十年代初期，ABB公司在推出他的一个分支中第一代Network-90是，就为分布式控制系统建立了一个能够不断采用的新技术、保持先进过程控制与管理功能、系统向上兼容和技术透明及发展无断层的准则。从第一代分布控制系统诞生以来，的确经历了一个非凡的成长过程：从单纯的控制系统，到决策过程管理系统，直至企业管理系

2、统，都遵循着一个脚踏实地、自然而又流畅的发展规律。无时不在向人们表明，ABB的控制系统技术也在不断的创新。对不同领域广大用户的服务在不断的完善，可以这样认为：Symphony 系统以其结构、带载能力的强大，丰富的控制软件、充分体现现代意识的人机接口、得心应手的工程设计及维护工具和开放的通讯系统，以及能适应多种工程控制、数据获取、过程管理、企业管理、市场方面运作的各个方面，有着更为广泛的应用领域。Symphony 不仅与上代的控制系统兼容，而且还进一步发扬了分布式控制系统所能做的控制器物理位置相对分散、控制功能相对分散、系统功能相对分散及显示、操作、记录和管理集中的基本功能，并且更加注意借助当今

3、世界上先进的多种技术、数字通讯技术、以质量和高效能为基础的先进和现代控制技术等，逐步形成一个强于一般分布式控制系统能力，功能更加完善、更具有时代气息、具有决策管理能力，更加开放的新型分布式控制系统。要想组成一个系统就必须具备如下四大结构：（1）以现场各类信号和被控设备为对象的现场控制站 ；（2）以现场运行操作员为服务对象的完整计算机设备；（3）以块控制语言和计算机图形编辑为基础，借助计算机形成了系统专用的组态工具；（4）以通讯接口硬件设备及数字通讯软件和 介质为基础，形成了过程结构中数据交换的网络环境：Symphony 系统由以下四个功能组成: 区域管理和控制：为各种生产过程提供了 传统意义上

4、的过程控制、数据采集及I/O接口。厂区管理和控制：对厂区范围内的过程控制、企业数据及网络通讯进行管理，并涵盖了过程网络服务器，以及国际互联网和企业网络信息。人系统接口：在相应的操作系统下，通过人系统接口实现对生产过程的控制、数据采集，企业信息的监视、记录和归档等管理。系统设计和维护工具：提供了一套完整的用于工程设计和维护的工具。它包括：工程设计、现场维护计划，组态调试及文件管理等功能。二、Symphony系统的过程控制单元（HCU）Harmony Control Unit of Symphony System Symphony Rack系列的过程控制单元（HCU），通过其通信网络、控制运算模件

5、，通道子模件，以及相应的连接端子等设备，为整个系统提供专一的，功能完善和可组太的过程控制功能。成为分散控制系统的过程信息数据源及就地的执行结构。过程控制单元通过各种相互关联的安装部件，组成了一个就地的箱式结构。又通过相应的各种控制部件共同完成，对过程现场数据的采集，数据处理和执行多种类型的控制策略等任务。控制单元不仅在安装结构上能够满足现场的要求，而且在控制特性上更有着控制功能的分散性和安全性。它把控制处理器有效地安装在相对分散的物理位置上，使其能够分区和分段地执行控制功能。过程控制单元是一个容易配置，而又独立的现场设备结构。它能够根据现场过程控制需要、功能分区、物理位置及安全要求等各种原则进

6、行合理地配置，形成既相对独立，又通过通信网络连接成一个整体的，有很强针对性的现场控制站。在整个系统中可以配置多个控制单元HCU，为整个系统连接过程输入和输出，处理大量的现场数据，为过程控制打下牢固的技术基础。过程控制单元本身具有以下主要结构：（1）机械安装结构包括：机柜、模件安装单元、现场端子盘；（2）系统通信结构包括：控制通道、I/O扩展总线；（3）系统控制结构包括：通信接口模件对、控制器模件、I/O子模件；（4）现场连接结构包括：系统端子单元、预制电缆；（5）系统电源结构包括：PEP、安装架、电源块、风扇组件、直流总线监视组件；1.过程控制单元的主要结构1.1安装机柜 Cabinet（IE

7、CAB600/800）IECABXX系列机柜能够为过程控制单元的通信、控制、连接、电源等各种主要设备结构，提供必要的保护和提供可靠及方便的安装条件。IECAB600机柜的尺寸：600X800X2100，IECAB800机柜的尺寸：800X800X2100。IECAB600/800系列机柜按照提供的条件可分为：单一模件安装机柜在这一机柜内最上部将安装电源系统，下部可继续安装8层模件安装单元，用来插接经过配置的模件。在机柜后部的左侧具有电源总线和安装在侧面及下部的接地棒。机柜电源总线包括：+5V、+15V、-15V、+24V、MCOM、I/OCOM、STATU、PFI（电源故障中断Power Fa

8、il Interrupt）等8层。端子安装机柜在机柜前后两面的底部各装有铜接地棒。机柜允许在其前后两面各最多安装10层现场端子盘NFTP01。一个NFTP01可以安装两个标准的端子单元，一个机柜最多能够安装40个端子单元。模件与端子单元混合安装机柜机柜同时具有模件及端子安装机柜所提供的条件。MMU和FTP占有同样的空间。请注意在正常运行时，应该把相应机柜的前后门关闭，以形成通风通道利于设备的散热，保证系统的长期正常运行。1.2 模件安装单元Module Mounting Unit（IEMMU2X）每一个模件安装单元具有12个上下安装导轨的槽位。同时，在其后部具有一个多层结构的印刷电路板，提供相

9、应的总线，每一需要进入系统的模件在安装时，将从MMU前部沿导轨插入安装单元，并直到与后部印刷电路板上的接插件连接，而获得需要的通信通道、逻辑电源等。MMU后上部的接插件，用于连接逻辑电源、主模件需要的控制通道。其控制通道可有2组跳线器连接。其设置如下：J1、J212槽位14与58隔离J1、J223槽位14与58连接J3、J412槽位58与912隔离J3、J423槽位58与912连接注：J1、J2、J3、J4的隐含设置为23位上。MMU的设置及不同MMU控制通道的连接如下：后下部的接插件用于连接扩展总线，并根据需要通过跨接器把扩展总线连接起来。在印刷电路板的中部有一个窗口。该窗口用来穿过模件所使

10、用的专用电缆与相对应的端子连接。请注意MMU在机柜内安装时需要分清楚上下。电缆安装至MMU窗口时，电缆连接头上有一个定位突状物，请对准印刷电路板窗口左侧的定位孔。安装在机柜中的每个模件安装单元，通过一组多根的专用导线排，从机柜的电源总线上获得相应的工作电源如：+5V、+15V、-15V、+24V、MCOM、I/OCOM、STATU、PFI等。HCU内的控制通道将根据设计，通过一根3芯的绞线连接，把应该连接的每一层模件安装单元上的控制通道连接起来，形成整体的现场通信总线。从实际需要出发，HCU内控制模件的扩展总线，除利用跨接器把相邻的两个模件扩展总线连接起来外，还应按设计使用扁平电缆，把应连接的

11、MMU上的扩展总线连接起来，形成每一控制模件的扩展总线，来连接经过配置的I/O子模件。在正常工作时，模件应该通过MMU前部提供的固定孔把模件稳定的固定在机柜内。13模件电源系统Modular Power System（MPSIII）MPSIII是一新上市的，可直接替换MPSII的模件电源系统。该电源系统将向分布式控制系统Symphony的过程控制单元相应的模件，以及现场所需的设备如变送器等就地设备，提供相应的直流工作电源，以及公共端和相应的对电源系统的监视信号。131 MPSIII电源可向系统提供提供系统电源和I/O设备用电种。 第一种即系统电源包括：+5V、+15V、-15V、+24V、MC

12、OM； 第二种即I/O设备用电包括：+24V、+48V、+125V、I/OMCOM；1.3.2 MPSIII电源系统的主要特点可调整的功率因数 交流输入电源具有一个灵活的，可调整的功率因数，它最大为0.95；可实现2N冗余配置 电源块可实现2N冗余配置,并共担负荷。正常时每路电源各承担50%的负荷；可接受多种输入电源 电源系统可直接连接120VAC、240VAC、125VDC等外部电源，并且不需通过开关或跳线器的设置。2N冗余配置情况下两路电源互相隔离。对直流总线及电源状态的监视特性 通过电源系统配置的直流总线块对机柜的直流总线特性进行监视，并可获得电源故障中断的报警信号。电源系统的监视器可对

13、风扇、机柜温度等参数进行监视；1.3.3 MPSIII的主要结构一般MPSIII电源系统包括：电源输入盘、电源安装架、块状电源、风扇组件、和直流总线监视组件等，其中电源输入盘、块状电源等部件可更具需要进行选择，构成可驱动用户设备的电源结构。电源系统安装在机柜的顶部，产生的高温直接排出机柜外。2过程控制单元的通信接口C0mmunication Iterface Of HCU 每一过程控制单元具有两层通讯网络即：连接智能模件的控制通道（C.W）；连接子模件的扩展总线（X.B）；21网络接口子模件Network Interface Slave Module(INNIS11/21) 网络接口子模件目前

14、包括：INNIS11 和INNIS21等两个型号。该模件是一个具有微处理器， 并通过并行总线X.B与NPM模件耦合的只能模件。它是一单印刷电路板，占用一个模件安装单元的槽位。在模件前面板具有相应的LED来显示模件的出错代码、事件、出错计数或者还具有模件的运行状态等信息。每一个模件后部具有三个相应的板边连接器P1、P2、P3，用来连接模件必须使用的逻辑电源、NPM模件、Cnet等结构。3过程控制单元的控制器模件 Controller Module of HCU在过程控制单元内，可以配置多个以CPU为核心的智能控制器模件。过程控制单元中的一种主模件是控制器：系列多功能处理器，简称为MFP(Mult

15、i Function Processor)，系列控制器BRC（Bridge Controller）,另一种主模件是通信网络上的处理器Network Processing Master Module(NPM)。其中的控制器模件运行控制组态，并通过它自己的扩展总线与子模件连接，进行相应的过程数据处理和控制功能。系统中的系列控制器均是一个单印刷电路板，占MMU一个槽位的模件。每一个控制器具有前面板，支持相应的LED、STOP/RESET开关等部件。其后面具有P1、P2、P3板边连接器，用于连接逻辑电源、控制通道、扩展总线等。A、多功能处理器，它是一个系列产品包括：IMMFP11、IMMFP12等模件

16、。B、桥控制器，它也是一个系列产品包括：BRC100、BRC300等模件。控制器模件通过模件扩展总线连接I/O子模件；它还能够通过控制通道完成控制器模件间的数据交换；通过站链连接64个模拟控制站；通过冗余链实现模件的冗余配置。在控制器中，桥控制器是一个高性能、大容量的过程数据处理和完成过程控制的处理器。该控制器采用了表面粘贴技术和可组态的技术，使控制器能够有效地完成数据和程序密集的过程控制及管理功能。BRC控制器还具有另一个基本特点，就是通过不同的网络结构与不同的I/O模件系统连接，即：通过I/O扩展总线与Rack系列的I/O子模件的通讯，通过相应的接口与ABB的一个子系统S800I/O连接（

17、下图表达的是控制器与系统标准子模件的连接）。 三、人机接口系统.PGP（Power Generation Portal，以前称为Tenore）为Industrial IT Symphony系统的人系统接口（即操作员站）之一。PGP以Windows2000 / NT为运行平台，具有完全开放性的界面，标签容量大。服务器 / 客户机的明晰结构易于理解与应用。服务器的多冗余功能提高了数据的安全系数。由于支持大量的标准接口，使得其不仅能够完成操作员站的功能，而且可成为多种信息汇总的平台。 作为ABB针对企业管理与控制解决方案的一部分，操作员站起着运行人员级信息系统管理的作用。作为系统过程管理的核心，他为

18、操作员随时提供监视、控制、诊断、维护、优化管理等各个方面强有力的支持和实际运行的界面。PGP采用开放的通讯网络结构，支持多种标准协议：DDE、OLE2 / COMTM、TCP / IP、ORACEL / ODBC SQLTM、OPC Server 和 OPC Client，使其不限于dustrial IT Symphony DCS的通讯，而且有能力成为多系统的公用平台，让运行人员在相同的界面运行不同的系统，从而简化了运行人员的工作，统一了控制室的风格。以ABB贝利多年从事过程控制经验为基础，把Windows的画面技术与过程控制软件结合在一起，并与过程控制单元的高效实时运行设备相结合，给使用责以

19、友好的界面，展现了大量的过程信息，帮助用户了解和掌握生产过程。PGP在设计上运用了人体工程学原理，具有适合操作员操作的特性和功能，使Industrial IT Symphony系统具有了对过程监视和控制，故障排除及优化控制等更加完备的功能。1.2 PGP操作员站的基本功能操作员站最主要的功能是让操作员对就地设备进行监控、操作；对生产过程进行监视、调节；为运行工程师、生产工程师、维护工程师提供原始信息，用于分析、优化与指导。所以以下内容为PGP的最基本功能：采集由控制系统送来的现场模拟量和数字量信号；在数据库中存储数值与状态；存储当前和历史过程量及计算量；显示过程画面，打印报表；对被控设备发出指

20、令；获取用于显示和存档的数据。1.3 PGP操作员站的结构PGP是一种灵活、开放的客户机服务器结构。基本配置如下：客户服务器一体设计：个人计算机一台；客户服务器单独设计：多台服务器PC，客户机PC；彩色显示器；数字键盘；鼠标、跟踪球；硬盘、软驱、CD-ROM；外部接口；Industrial IT Symphony 系统接口：SemAPI相关的辅助外部设备配置，用户可根据需要做相应的选择，例如：显示器类型、分辨率；硬盘、软驱、CD-ROM；键盘、鼠标、跟踪球；触屏及背投大屏幕等；高速打印机。第二章 PGP系统的启动与关闭2.1 启动操作系统在启动PGP之前，首先应启动操作系统。若计算机及其外围设

21、备未上电，则应按如下步骤启动操作系统。首先给各种外围设备上电，外围设备包括磁带机、光盘机、打印机等。给独立配置的PGP 客户/服务器计算机或所有的服务器和客户机上电。如果需要，同时按下“Ctrl”、“Alt”、 “Del“按键进入登陆窗口。在登陆窗口输入用户名和口令进行登陆。等待登陆和启动完成。2.2 启动PGPPGP可以组态为自动启动或手动启动。如果组态为自动启动，则当操作系统启动完成后立即激活PGP，无需用户进行任何操作。当PGP启动完成后，将打开PGP用户接口窗口（Explorer窗口）。若未组态为自动启动， 则需进行手动启动。手动启动的步骤如下：Start - Programs - A

22、BB Industrial IT - Power Generation Portal - Start Power Generation Portal 。当PGP在运行状态时，一个黄颜色的斜体T符号（如图2-1）显示在屏幕右下角的应用程序工具中。在PGP启动阶段，该符号为青色。一个黄绿色的TN符号显示在黄颜色的斜体T符号的右边， 该符号为网络服务指示符。在启动阶段即网络服务不在运行时，该符号为紫红色。 图2-1 PGP运行指示2.3 关闭PGP关闭PGP通常受到用户访问权限的保护。只有授权的用户才能关闭PGP。关闭PGP不影响操作系统的运行。关闭PGP的有如下两种方法：方法1：在PGP应用窗口中

23、选择Utility菜单；选择System 子菜单；点击Power Generation Portal Shutdown；在PGP关闭窗口中，若选择Terminate also the Server选项，则将完全关闭PGP 客户及服务器程序，否则，只关闭PGP客户程序；点击OK。方法2：将鼠标指向屏幕右下角的应用程序工具条中斜体T符号，点击鼠标右键；选择Killer功能；在PGP关闭窗口中，若选择Terminate also the Server选项，则将完全关闭PGP 客户及服务器程序，否则，只关闭PGP客户程序；点击OK。四、Compoder 概述Composer 产品为Symphony企业

24、管理控制系统的组态及维护提供了一个集成的可视化的开发环境，从而大大简化了Symphony系统的设计、组态及维护工作。Composer（Version 4.3）的运行环境为：Windows 2000(service pack 4)：或Windows XP （(service pack 2)：或Windows 2003 (service pack 1)。 Composer提供的工程环境大大简化了Symphony系统的设计、组态及维护工作，它提供了建立与维护控制系统所有必要的功能，如， 控制策略图形的开发功能； 公用数据库的开发与维护功能； 系统资源库的管理功能； 系统的故障诊断与维护功能； 人系统

25、接口的离线组态功能，等。 Composer与INFI 90系统兼容。第三章 Composer的软件环境及基本概念31 Composer 的软件环境 Composer产品为Symohony系统的组态提供了一个集成的开发的环境，它使Symphony系统的设计、组态及维护变的非常容易。Composer 软件提供了用于开发和维护控制系统组态的所有功能。Composer窗口包括交换（Object Exchange）、系统结构System Architecture和信息输出（Output）三个窗口。同时，它还提供了在线帮助功能，从而使用户能随时得到各种帮助信息。Object Exchange System

26、 structure 图3-1 Composer 窗口 Output311 交换（Object Exchange）窗口Exchange 是一个用于控制逻辑文件组态和画面组态的资源库。Exchange 窗口列出了各种文件夹，一些文件夹中包含用于建立控制器组态（控制逻辑文件）的各种元素（如控制逻辑模板，功能码、宏、形和边框）；另一些文件夹中包含用于人系统接口画面组态的各种元素（各种符号）。在Exchange窗口中有两种类型的文件夹：一种为系统文件夹，另一种为用户文件夹。系统文件夹包含了Composer 提供的标准元素；用户文件夹包含了用户存入的元素和 Composer 提供的标准元素。这样使用户能

27、够对 Exchange 中的元素进行灵活的组织和管理。Exchange文件夹中的所有用于控制逻辑组态的对象（元素）都可使用拖放的方法拷贝到控制逻辑文件中。在不同的文件夹或项目之间也可剪切、拷贝和粘贴对象。312 系统结构（System structure） 窗口系统结构窗口的功能类似于Windows的资源管理器。窗口的左边显示了代表Symphony 系统结构的项目树结构。该项目树结构与实际控制系统的结构直接相关。窗口的右边显示了所选对象的结构及其所属的文件。通过双击文件名可打开该文件，其相应软件将自动启动。313 输出（Output） 窗口输出窗口位于Composer窗口的底部，该窗口提供了C

28、omposer应用程序所有操作的文本反馈信息。在输出窗口中有5个选项按钮。这些选项按钮将文本信息分组管理，从而便于对特定信息的查询。32项目结构说明321 项目（Projects）项目是Composer控制策略结构中的最大结构，一般控制整个过程或至少一个过程的主要部分。项目的结构与实际的控制系统结构相一致，从而大大简化了控制系统的组态。一个项目中包含了该控制系统中的所有信息。322 控制网络（Control Networks）控制网络是用来进行信息传递的通讯高速公路。控制网络将复杂的过程细分为较小的，更易管理的组。在控制网络上可包含各种人系统接口、Harmony控制单元和控制器。控制网络位于项

29、目结构中项目的下一级。323 Harmony控制单元Harmony控制单元含有各种控制器和其它相关的硬件（如IO块、电源等）。Harmony 控制单元位于它所属的控制网络的下一级。324 控制器控制器完成实际的控制功能，通过控制逻辑文件对其进行组态。控制器位于它所属节点（控制单元）的下一级。 325 控制逻辑文件控制逻辑文件形成了对过程的控制策略。这些文件中包含了控制器用来对过程进行控制的功能码逻辑。当选择项目树中的控制器时，该控制器的控制逻辑文件将显示在系统结构窗口的右边。326 标签数据库在控制逻辑文件的组态过程中，需要建立和跟踪标签与各种例外报告功能码的链接关系。这些标签可以直接地或在存

30、储组态和画面时输入到系统标签数据库中。标签数据库可通过标签数据浏览器进行管理。327 组态文件组态文件是对一个控制器的所有控制逻辑文件进行编辑后产生的文件。该组态文件可下装到控制器中运行。328 人系统接口人系统接口提供了人与整个控制系统的接口。可以对人系统接口进行组态以显示运行人员需要的各种控制系统信息。人系统接口还可以用来监视系统信息，修改（调整）某些组态信息，以及控制工厂设备。人系统接口位于项目结构中控制网络的下一级。329 画面组Conductor VMS人系统接口画面分组称为画面组。使用画面组可便于对该人系统接口的特有画面进行管理。画面组在项目树中位于 Conductor VMS 人

31、系统接口的下一级。3210 画面画面组态决定了人系统接口显示什么信息以及如何显示这些信息。Conductor VMS 人系统接口的画面位于其所属画面组的下一级。Conductor NT 的画面（称为model）由 Grafx 画面组态工具进行组态。用于整个项目的画面位于 Exchange 的一个文件夹中，使用拖放或拷贝和粘贴功能可以将这些画面拷贝到Conductor VMS 人系统接口的画面组或 Conductor NT 人系统接口中。这些画面在其被编辑之前一直与原画面保持链接，因此，对原画面的任何改变都会在这些未编辑的拷贝中得到反映。在选择画面组后，该画面组中的所有画面将显示在系统结构窗口的右边。3211 记录可以组态各种用户记录使人系统接口进行数据采集。记录数据的采集可由时间或事件进行触发。记录的打印可由时间、事件或数据采集进行触发。在选择人系统接口后，该人系统接口的用户记录组态文件就会显示在系统结构窗口的右边。 3212 列表在一个项目中有五种类型的列表，它们是：