主流DCS系统深度介绍：第二章

目前市场上应用最广泛的DCS品牌主要有横河的CENTUM VP系统 、Honeywell公司的EPKS系统 、浙大中控的ECS-700 、艾默生公司的Delta V等。

目前主流的DCS在功能上基本都是一样的，由于厂家不同开发的人员也不一样所以DCS控制系统的软件硬件表现形态有所区别。主流DCS的共同点很多，如硬件都是模块化可以冗余配置、控制网络在物理层面上都是冗余配置、开放性都很好都支持OPC 、ODBC 、DDE 、Visual Basic 、FF 、HART 、MODBUS 、PROFUBUS等、具有图形化易操作界面、具备历史趋势及SOE功能、控制器都具备无扰切换功能、都支持在线修改逻辑、软件编程都是模块化组态、都划分有安全等级、都具备仿真功能等。各品牌DCS主要的不同点在于数据服务器的配置，有的品牌的DCS操作站数据直接读自控制器如横河DCS，有的品牌DCS操作数据读自中间数据服务器如霍尼韦尔DCS。还有一些数据库点数、域的数量等配置差异，但是这些差异都不影响用户的最终使用，最终实现的功能都是一样的。

第一节主流DCS之横河CENTUM系列DCS系统

CENTUM系列DCS是日本横河电机公司从1975开始开发的DCS产品系列，其版本主要包括CENTUM、CENTUM V、CENTUM-XL/μXL、CENTUM CS、CENTUM CS3000、CENTUM VP，目前横河最新的DCS版本是CENTUM VP系统。CENTUM VP继承了CENTUM CS功能性、灵活性、可靠性强的特点。是一种通过Vnet/VL net、Vnet/IP 将诸如人机界面站、现场控制站连接在一起的实时控制系统。依靠在人机界面站和现场控制站运行相应的软件，实现操作监视和控制功能。

href="">1、 CENTUM VP系统构成及设备

图2.1CENTUM VP系统构成图

构成CENTUM VP系统的主要设备如上图所示。

人机界面站简称HIS(Human Interface Station)，主要用于操作和监视。HIS 可为操作人员快速了解装置运行状态，提供过程量、控制参数和报警的显示。配合开放接口的使用，可在上位计算机方便的访问趋势数据、信息、过程数据。HIS 主要分为标准型和 PC 型两类。标准型费用高，PC 型相对便宜许多。

现场控制站简称FCS(Field Control Station)， 主要用于过程控制和处理与 PLC 等这样的子系统通讯。对应不同需求可有标准型 FCS、增强型 FCS 和紧凑型 FCS 供选择。针对使用CENTUM V 或 CENTUM‐XL 客户，他们特别生产了升级型 FCS，可将CENTUM V 或CENTUM‐XL 的现场控制站，移植为 CENTUM VP 的现场控制站。

工程师站简称ENG(Engineering Station)，主要用于 CENTUM VP 系统的组态和维护管理。它可以是一台单独用于工程组态和维护的 PC 机，也可以即当工程师站又当人机界面站使用。在工程师站如果安装了测试软件包，可以很容易的对组态内容进行检查。一台安装了 VI702 卡的 PC 机，是用作工程师站还是用作人机界面站由安装的软件决定。

Vnet(CENTUM VP)

实时控制网，用于系统内各部件例如 FCS、HIS、BCV 等的连接。Ethernet 用于连接 HIS、ENG、上位管理系统。完成系统与上位管理系统的数据交换，以及 HIS间的等值化操作。

总线转换器简称BCV(BUS Converter)

主要用于将一个系统的 V net/VL net 与其他的 CENTUM VP 系统、CENTUM 系统、 µ XL 系统相联接，实现数据的共享。

2、 CENTUM VP 系统构成规格

HIS 操作监视工位数：100,000 个

使用百万工位监视软件包可达 1,000,000 个/每系统。

最小系统：1 个 FCS、1 个 HIS。

最大系统：在 CENTUM VP 系统中，一个由 BCV 分割的系统成为一个域，在一个域中 HIS、FCS、BCV 等的总和不超过64，其中HIS 最多 16 个。

系统要求当 HIS 个数超过 8个，必须增加服务器。

扩展系统：通过 BCV 可将域互联，形成更大的系统。互联的域最多16 个，整个多域系统中最多 256 个站。

使用多套不同类型横河控制系统的用户，你可将你的系统以 CENTUM VP 为中心连成一个多层次的综合系统，实现资源的共享。

扩展系统构成例如下，该系统包括多个域。

图2.2 CENTUM VP扩展系统构成图

3、 系统硬件介绍

① 人机界面站（HIS）的种类及硬件要求

CENTUM VP 系统的人机界面站分为集成类和通用 PC 类两大类型。集成类由横河机电整体组合销售，所以价格较高；采用通用 PC 类价格要便宜许多。

集成类人机界面站，包含显示器封装类操作台和显示器开放类操作台两个品种。 显示器封装类操作台示器封装类操作台分为单层显示器和双层显示器两种，型号为 LPCKIT。这种类型的操作站只适用于 CENTUM VP 系统。

您可以根据需要将通用 PC 机安装在集成操作台中。

下面是基本硬件配置规格：

显示器：可选这 18‐inch LCD 或 21‐inch color CRT 两种。

分辨率要求 1280X1024 像素。

触屏（可选项）：分为单层触屏和双层触屏两个选项。

操作键盘：“8 控制键”操作键盘。

键盘：全封式触摸键，

用户功能键：64 个

增/减键：8 组

电子声：7 种喇叭声，2 种按键声

内存：4 GB 或更多

硬盘：最小 40 GB 的自由空间

图2.3 集成操作台

② 通用PC类人机界面站

通用 PC 类人机界面站是国内用户普遍采用机型，PC 机只要选用IBM PC/AT 兼容机即可。在使用通用 PC 作为 HIS 时必须配置横河机电的网卡“VI702”，根据各自要求的不同可选配操作员键盘。

（1）通用 PC 类人机界面站硬件指标

在使用通用 PC 作为人机界面站时，为满足系统的运行和数据存储的要求，对 PC机硬件的配置有如下要求：

CPU：酷睿 2 双核 2.13 GHz 或至强双核 2 GHz 的最低（对 Windows 7 系统） CPU：至强双核 2.93 GHz 的最低（对 Windows Server 2008 系统）

内存：6 GB（对 Windows 7 系统）；

内存：4 GB（对 Windows Server 2008 系统）

硬盘：最小 40 GB 的自由空间（对 Windows 7 和 Windows Server 2008 系统）； 显示器：1280x1024 或更高分辨率；真彩色（至少 16770000 种颜色）（对 Windows 7 和 Windows Server 2008 系统）；

软驱：1 个（3.5”）；

CD‐ROM：1 个；

鼠标器：1 个；

键盘：106 键盘；

串口：一个或多个 RS‐232C 接口（9 针操作员键盘用）；

并口：一个或多个（打印机）；

USB 口：一个或多个（USB 口操作员键盘用）；

扩展槽：至少一个 PCI 槽，用于控制总线网卡 VI702 用；

Ethernet 网卡：10M/100M 自适应网卡。

（2）网卡“VF702”的作用及相应设置

“VF702”是安装在通用PC机的PCI槽上的控制总线接口卡，用于将PC接入V‐net，使其在硬件上成为一台“人机界面站（HIS）”。

“VF702”的连接规格

连接方式：T‐型头，连接同轴电缆。

数据传输：符合 10BASE2（细缆）。

连接器：BNC 连接器。

最大距离：185 米（只使用 10BASE2 电缆时）。 “VF702”的部件及功能

控制总线一般使用双重化。

RCV 等：在控制总线上检测到信号时亮。

SND lamp：在向控制总线发送数据时亮。

BNC connector：控制总线上的 T‐型头连接在此。

T‐型头的控制总线的连接

现场连接时一定要注意，来自前一站的 BUS1 的电缆必须接在 BUS1 接口，不能接到BUS2 接口，使双重化的两根网线出现交叉的情况，否则系统运行会不正常。

图2.4 VF702图

控制总线的站地址（也称 Vnet/IP 地址）

控制总线接口卡（VI702）上有 DIP 开关，在安装软件前必须进行设置。

DIP 开关位置在 VI702 卡的侧面。有两个，一个是域号的设置，一个是站号的设置，在软件安装前每块卡都必须进行设置。

图2.5 VI702图

③ 操作员键盘

全封闭式防尘防水平面触摸键，可发出 7 种电子音响，有 9 针 RS232 接口和 USB接口两种。

PC 型 HIS 操作员键盘正面图

图2.6 操作员键盘图

④ 通用PC机做工程师站

所谓的工程师站，就是安装了 VI702 卡并运行了工程组态软件的通用 PC 机。主要用于 CENTUM VP 系统的组态和维护管理。

工程师站可以是一台单独用于工程组态和维护的 PC 机，也可以和人机界面站共同用一台 PC 机，共用一台PC 机时这台 PC 机既要安装工程组态软件，又要安装操作监视软件。

在工程师站如果安装了测试软件包，可以很容易的对组态内容进行检查。

在使用通用 PC 作为工程师站时，为满足系统的运行和数据存储的需要，对 PC机硬件的配置有如下要求：

CPU：酷睿 2 双核 2.13 GHz 或至强双核 2 GHz 的最低（对 Windows 7 系统）

CPU：至强双核 2.93 GHz 的最低（对 Windows Server 2008 系统）

内存：6 GB（对 Windows 7 系统）；

内存：4 GB（对 Windows Server 2008 系统）

硬盘：最小 40 GB 的自由空间（对 Windows 7 和 Windows Server 2008 系统）； 显示器：1280x1024 或更高分辨率；真彩色（至少 16770000 种颜色）（对 Windows 7 和 Windows Server 2008 系统）；

软驱：1 个（3.5”）；

CD‐ROM：1 个；

鼠标器：1 个；

键盘：106 键盘；

串口：一个或多个 RS‐232C 接口（9 针操作员键盘用）；

并口：一个或多个（打印机）；

USB 口：一个或多个（USB 口操作员键盘用）；

扩展槽：至少一个 PCI 槽，用于控制总线网卡 VI702 用；

Ethernet 网卡：10M/100M 自适应网卡。

⑤ 现场控制站（FCS）的种类及硬件规格

现场控制站主要用于过程控制和处理与 PLC 等这样的子系统通讯。CENTUM VP系统对应不同需求可有标准型 FCS、增强 FCS 型和紧凑型 FCS 供选择。针对使用CENTUM V 或 CENTUM‐XL 用户，可选用升级型 FCS，将CENTUM V 或 CENTUM‐XL的现场控制站，移植为 CENTUM VP 的现场控制站。标准型 FCS 和增强 FCS 型可进一步分为两类，一类使用 RIO（Remote I/O），由RIO Bus 连接；另一类使用 FIO （Field network I/O），由ESB Bus 和 ER Bus 连接。紧凑型 FCS 也分为两类，一类使用 RIO 连接，另一类使用FIO 连接，对于使用 SI Bus 进行I/O 通讯的CENTUM V和 CENTUM‐XL，根据其升级的类型分为标准型和增强型。

CENTUM VP 系统的 KFCS2/KFCS 控制站均分为机柜型和 19‐inch 架装型两种。 KFCS2/KFCS 控制站都是由一个现场控制单元（FCU）通过 ESB Bus 与本地 NODE连接，或者通过 ER Bus 与远程 NODE 连接。换一种方法说一个 FIO 总线型现场控制站，是由一个 FCU、数个本地/远程 NODE、连接总数 ESB Bus/ER Bus 构成。 根据 FCU 主存大小的不同分为 16Mb 标准型现场控制站（KFCS）和32Mb 扩展型现场控制站（KFCS2）。

4、 CENTUM VP的网络介绍

CENTUM VP 通过 V‐net、Ethernet、RIO bus、ESB bus、ER bus 实现站间通讯。

V‐net 用于连接系统内各部件的实时控制网。

使用规格如下，

最大站节点：64/域（CENTUM VP）

传输速率：10mb/s

连接电缆：YCB111/YCB141（同轴电缆）

传输距离：YCB111 500m

YCB141 185m

混合连接时 YCB141+0.4*YCB111≤185m

Ethernet用于系统内个 HIS 间进行数据交换的网络。CENTUM VP 一个域内最多 16 个 HIS。

5、 I/O卡件介绍

RIO bus 型控制站模件可分为以下7 个大类： 模拟量 I/O 模件 、多点控制模拟量 I/O 模件 、继电器 I/O 模件 、多点模拟量 I/O 模件 、数字量 I/O 模件 、通讯模件通讯卡。FIO 型的所有模拟量卡件均可实现双重化，数字量卡件也可实现双重化。

表1-1 横河常见卡件汇总表