第4章　CENTUM-CS 集散控制系统

学习目标 知识点： ●了解CENTUM-CS系统整体结构和主要特点 ●掌握CENTUM-CS DCS基本硬件组成和各部分作用 ●掌握操作站实时监控画面的调用方法 ●了解系统的维护和调试方法 ●结合实例理解CENTUM-CS DCS在工业生产装置中的应用 学习目标

学习目标 技能点： ●能够熟练使用CENTUM-CS组态软件 ●能够对系统实现实时监控 ●能够对系统进行必要的调试和维护 ●能够对系统软件进行安装 ●结合实例掌握系统项目的生成及组态内容 学习目标

4．1　系统概述 ☞横河电机的 CENTUM CS3000 是新一代的集散控制系统，是世界上第一套以 WINDOWS XP 为操作平台的 DCS 系统。 ☞采用了最新的“Open Network Technologies”和经现场证明了的具有高可靠性的硬件和软件。

4．1．1　系统的构成 CENTUM CS 系统结构图

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。 操作站(HIS) 现场控制器(FCS) 工程师站( EWS) ESB总线 ＥＲ总线 通讯网关（ACG） OPC系统集成网关 V net/IP 控制总线 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。 作为用于将系统的控制总线和 DCS上位机的以太网相连接的网关。 用于将系统控制总线V net/IP 与 用于与子系统以太网相连接的网关。 用于进行操作监视及信息交换的双重化实时控制网络。 系统构成 用于运行操作和监视 用于过程Ｉ／Ｏ信号处理，完成实时控制运算功能. 用于设计组态、仿真调试及操作监视。

4．1．2　系统的特点

表4-1 系统特点 序号 系统特点 1 综合性 2 开放的网络结构 3 高可靠性 4 高速的控制总线 5 现场控制站的高效性 6 支持各种工业标准信号的输入/输出卡 7 高效的工程化方法 8 与既有系统的兼容性

4．2 现场控制站 4.2.1 硬件构成 ☞现场控制站(Field Control Station—FCS)。 4．2　现场控制站 ☞现场控制站(Field Control Station—FCS)。 ☞为整个DCS系统的核心部分，用于过程I/O信号输入输出及处理，完成模拟量调节、顺序控制实时运算等实时控制功能。 4.2.1 硬件构成 ☞ CENTUM CS3000有标准型FCS、扩展型FCS和紧凑型FCS。标准型FCS、增强型FCS可进一步分成两类： 1.使用RIO（Remote I/O）,由RIO Bus连接。 2. 使用FIO由ESB Bus/ER Bus连接。

4.2.1 硬件构成 标准型现场控制站 一个FCU 数个节点（NODE） 输入/输出（I/O）卡件组成。 4.2.1 硬件构成 标准型现场控制站 一个FCU 数个节点（NODE） 输入/输出（I/O）卡件组成。 连接总线（RIO Bus或ESB Bus/ER Bus)

FIO总线型标准型——KFCS RIO总线型标准型——LFCS

FCU（中央控制单元）构成： 供电单元 RIO/FIO BUS接口卡 处理卡 电池单元 外部接口单元 电池单元 风扇单元

表4-2 指示灯的作用 HRDY 绿灯亮硬件自诊断正常。 RDY 绿灯亮硬件和软件运行正常。 CTRL 处理卡运行指示灯，绿灯亮运行，灯灭后备。 COPY 数据拷贝时绿灯亮，拷贝结束灯灭。

RIO总线型FCS——LFCS 主要构成部件： ◆ FCU ◆ NODE ● NIU ● IOU ◆ RIO NIU IOU

FIO总线型FCS——KFCS 主要构成部件： ◆ FCU ◆ ESB ◆ ER ◆ NODE ●Node Unit ●FIO V net ESB bus FCU ER bus Local Node Remote Node FIO

4．2．2 卡件功能 模拟量I/O卡件 多点模拟量I/O卡件 继电器I/O卡件 多点控制模拟量I/O卡件 卡件类型 数字量I/O卡件 4．2．2　卡件功能 模拟量I/O卡件 多点模拟量I/O卡件 继电器I/O卡件 多点控制模拟量I/O卡件 数字量I/O卡件 通讯模件 通讯卡 卡件类型

表格4-3 元件名称 型号 模件说明 插件箱/卡件个数 连接方式 模 拟 I/O 卡 件 AAM10 电流/电压输入卡（简捷型） AMN11、12/16 端子 AAM11/11B 电流/电压输入卡/BRAIN协议 AAM12 mV、热电偶、RTD输入卡 APM11 脉冲输入卡 AAM51 电流/电压输出卡 ACM80 多点控制模拟量I/O卡（8I/8O) AMN34/2 连接器

继电器I/O卡件 多点模拟I/O卡件 ADM15R 继电器输入卡 AMN21/1 端子 ADM55R 继电器输出卡 AMM12T 多点电压输入卡 AMN31、32/2 AMM22T 多点热电偶输入卡 AMM32T 多点RTD输入卡 AMN31/1 AMM42T 多点2线制变送器输入卡 AMM52T 多点电流输出卡 AMM22M 多点mV输入卡 AMM12C AMN32/2 连接器 AMM22C AMM25C 多点热电偶带mV输入卡 AMM32C

模拟量I/O卡 数字量I/O卡 通讯卡 卡件类型

AI/AO卡(1～5V AI/4～20mA AO，非隔离) 表格4-4 型号 卡件说明 卡件I/O通道 连接方式 压接端子 KS电缆 MIL电缆 AAI141 AI卡（4～20mA，非隔离） 16 ● AAV141 AI卡（1～5V，非隔离） AAV142 AI卡（-10～+10V，非隔离） AAI841 AI/AO卡(4～20mA I/O，非隔离) 8AI/8AO AAB841 AI/AO卡(1～5V AI/4～20mA AO，非隔离) AAV542 AO卡（-10～+10V，非隔离） AAI143 AI卡（4～20mA，隔离） AAI543 AO卡（4～20mA，隔离）

4．3　操作监视站 4．3．1　硬件构成 主机 显示器 横河专用操作员键盘 鼠标 键盘 VF701通讯卡 硬件构成

WINDOWS XP HIS Ethernet Vnet/IP FCS

4．3．2 基本功能 表4-5 基本功能 1 通过操作员站键盘或鼠标对显示器上不同的流程图、控制面板、趋势图或报警信息等进行操作。 2 4．3．2　基本功能 表4-5 基本功能 1 通过操作员站键盘或鼠标对显示器上不同的流程图、控制面板、趋势图或报警信息等进行操作。 2 在HIS的监视器上，操作员可以观察到所有挂在通信总线的各个配备状况。 3 HIS可以显示各种画面；如流程图、控制组、趋势等。 4 在HIS操作窗口的工具栏上，有过程报警指示和系统报警指示两个知识灯。 5 在过程报警信息画面中可显示最新生成的报警信息。 6 HIS可显示系统状态画面，如果系统发生故障，系统通过自检测会产生系统报警信息。

4．4 通用操作 系统信息窗工具条说明 工具栏 导航 预设 名字输入 窗口操作 窗口切换 切换键 用户进入 信息监视 清屏 操作指导信息 4．4　通用操作 系统信息窗工具条说明 工具栏 导航 预设 名字输入 窗口操作 窗口切换 切换键 用户进入 信息监视 清屏 操作指导信息 消音 系统报警 全屏拷贝 过程报警

1．过程报警按钮 ☞点选此按钮可以调出过程报警窗口。 ☞红色闪烁：表示发生了过程报警，但其内容未被确认。 ☞红色持续并不闪烁：表示发生了过程报警，但其内容已被确认。 ☞常规颜色：表示没有发生过程报警。 2．系统报警按钮 ☞点选此按钮可以调出系统报警窗口。出现系统报警信息后，按钮会有相应提示。 ☞红色闪烁：表示发生了系统报警，但其内容未被确认。 ☞红色持续并不闪烁：表示发生了系统报警，但其内容已被确认。

3．操作指导信息按钮 ☞点选此按钮可以调出操作指导信息窗口，并可对操作指导信息进行确认。出现操作指导信息后，按钮会有相应提示。 ☞绿色闪烁：表示出现操作指导信息，并且其内容未被确认。 ☞绿色持续：表示出现操作指导信息，并且所有内容已被确认。 4．信息监视按钮 ☞用来监视和确认相关信息，如信息被确认后，图标上蓝色箭头将消失。

5. 用户进入按钮 通过此钮可以进入用户身份的切换，以及密码的设置。

6．窗口切换按钮 总貌画面 过程报警画面 操作指导信息画面 控制组画面 调整画面 趋势画面 流程图 系统状态显示 过程报告 历史报告 映像文件 激活系统总貌窗口

7．窗口操作按钮 调用排列顺序在本图前面的窗口 调用包含本图的上位窗口 调用排列顺序在本图后面的窗口 调用在本图前面被调用过的窗口 调用在本图后面被调用过的窗口 输入所要调用的窗口名称，进行调用

8．预设按钮 ☞用于调用在HIS SETUP中所定义的预设窗口菜单。 9．工具栏 ☞包含了用于调用各种图形窗口的相关按钮。

10．导航按钮 ☞调出导航窗口，将软件组态中定义的图形窗口全部列出。若图形中出现报警，该图形窗口的图标会通过颜色来进行表示。报警未确认，图标颜色全红；确认后图标边框带有颜色。 11．名字输入按钮 ☞点击出现输入窗口，输入所要调用的窗口名称，即可调出所要的图形窗口或仪表面板。

4．4．3．2 操作员键盘 窗口调用键 功能键 ● OFF：操作员级别 ● ON： 班长级别 ● ENG：工程师级别 数据键入键 操作控制键 其它键

1．功能键区 2．窗口调用按键区 3．数据输入区 4．操作控制区 5．其它键 32个功能键，可方便的调出流程图、仪表面板等操作和监视窗口；执行系统功能键的功能；针对批量趋势数据的启/停。 2．窗口调用按键区 调出所需的各种不同的窗口界面，进行操作和监视 3．数据输入区 对各种所需项目的数据进行输入，如SV值、MV值。直接输入工位号或其他窗口名称，可分别调出仪表面板和所需窗口界面。 4．操作控制区 可进行手动、自动、串级切换，并对相应值进行更改。 5．其它键 报警确认和消音；信息的确认和删除；光标的移动等。

4．4．4　数据输入仪表面板数据区域 数据区域 仪表面板 趋势曲线

4．4．5 仪表面板操作 工位名称/注释 数据项/数据/单位 操作模式 报警状态 仪表上限 输出值 报警值设定范围 输出值操作按钮 4．4．5　仪表面板操作 工位名称/注释 数据项/数据/单位 操作模式 报警状态 仪表上限 输出值 报警值设定范围 输出值操作按钮 设定值操作按钮 仪表下限 数据输入区

☞操作模式的改变： ☞数据输入： ☞输出值/设定值操作按钮：点击这两个按钮，出现此界面为渐进式的改变相应数据项。

4．5 画面的监视和操作 1 总貌画面 2 控制组画面 3 调整画面 4 趋势画面 5 过程报警画面 6 操作指导画面 7 流程图画面 8 4．5　画面的监视和操作 1 总貌画面 2 控制组画面 3 调整画面 4 趋势画面 5 过程报警画面 6 操作指导画面 7 流程图画面 8 系统状态总貌画面

4．6 工程师站 4．6．1 工程师功能 ☞储存系统所有的组态数据 4．6　工程师站 4．6．1　工程师功能 ☞储存系统所有的组态数据 ☞通过Windows XP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。 ☞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。

4．6．4组态操作 ☞开始→所有程序→YOKOGAWA CENTUM→System view→[SYSTEM VIEW] →[FILE] →[Creat New]创建新的项目 →[Project]填写用户/单位名称及项目信息并确认→出现新项目对话框填写项目名称（大写）；项目存放路径等确认。

4．6．4组态操作 ☞开始→所有程序→YOKOGAWA CENTUM→System view→[SYSTEM VIEW] →[FILE] →[Creat New]创建新的项目 →[Project]填写用户/单位名称及项目信息并确认→出现新项目对话框填写项目名称（大写）；项目存放路径等确认。 连线工具 类型选择

☞单回路PID仪表的建立：点击类型选择按钮→Regulatory Control Block→Controllers→PID ●输入工位名称，然后点击此功能块单击右键进入属性，填写相关属性内容。 ●输入通道及连接：点击类型选择按钮→[Link Block] →[PIO] ●输入通道地址,然后进行连接, 点击连线工具按钮,先单击PIO边框上“*”点，再双击PID边框上“*”点。

顺序控制功能块 ☞顺序控制模块可以组态各种回路的顺序控制。 ☞顺序控制表Sequence Table和逻辑流程图Logic Chart 连接组合，可以组态形成非常复杂的逻辑功能，以实现复杂逻辑判断和控制。 ☞顺控表块：通过操作其它功能块、过程I/O、软件I/O来实现顺序控制。 ☞有两类：ST16顺控表块和ST16E规则扩展块。

规则栏 处理时序 步号栏 条件设定区 条件栏 步扫描周期 动作设定区 动作栏

趋势窗口数据采样间隔及存储时间：

新趋势块的生成路径 趋势笔的分配路径 功能键分配路径 趋势的定义以块为单位进行 [HIS0164]-[File]-[Create New]-[Trend acquisition pen assignment….] 趋势笔的分配路径 [HIS0164]-[Configuration]-[TR0001] 常用数据项如下：PV (CPV), SV, MV 。 例：TIC101.PV FIC101.SV 功能键分配路径 [HIS0164]-[Configuration]-[FuncKey] 主要功能 调出窗口、启动报表等。 O△窗口名{△功能类型}{△-窗口尺寸}{△=显示位置}

4．7 CENTUM-CS在工业生产装置上的应用 4．7．1　工艺简介 ☞ 丁二烯和苯乙烯按一定比例配置碳氢相和水相配置各种制剂进入聚合釜在5～8℃温度下进行聚合反应将转化率合格的胶浆进入脱气工序脱除未反应的单体， ☞胶浆送往胶浆岗位进行掺混待分析合格后进入凝聚岗位，与凝聚剂溶液、浓硫酸等混合后发生凝聚反应，析出胶粒通过挤压机脱水后送入箱式干燥器进行干燥。

4．7．2 系统配置 ☞本次DCS改造将6a、6＃聚合、6＃脱气、7＃罐区、7＃凝聚5个控制室800多控制和监视点纳入DCS集中监视和控制。 4．7．2　系统配置 ☞本次DCS改造将6a、6＃聚合、6＃脱气、7＃罐区、7＃凝聚5个控制室800多控制和监视点纳入DCS集中监视和控制。 ☞整个系统各种类型点数为AI：400点、AO：200点、DI：150点、DO：80点、PI：20点。 ☞ 选用CENTUM CS3000集散控制系统，用于监控各个工艺流程，完成数据采集、过程控制、逻辑控制和快速联锁控制等功能。

4．7．3 主要控制方案 ☞比值控制：

RATIO：比值设定块 SPLIT：分程功能块 应用在物料配比等控制过程中，它的MV值是依据现场PV值和仪表设定值SV（既比值系数）来进行计算输出。 用于将上位功能块的输出通过分配开关，分成两路送至下位的控制回路。 PID：比例、积分、微分控制块 可在下位回路使用不同操作范围时使用。 最常用的控制功能块，依据现场过程值PV和设定值SV之间的偏差，进行比例、积分、微分的调节来满足工艺控制要求。 MLD-SW：手/自动开关块 是一种可以进行手自动切换的带开关的手操器。 通常应用在带多个仪表的复杂回路的最底层输出，当其处于手动状态时，MV值可人为手动设置，输出到最终控制器； 处于自动/串级状态时，MV值来自上位仪表的输出送到它的CSV，然后输出到最终控制器。

☞串级控制：

本章小结 ☞本章对日本横河（Yokogawa）公司的CENTUM CS3000集散控制系统进行了概括的介绍，主要包括 ●整个系统的构成； ●控制站FCS和操作站HIS的组成及各自功能； ●卡件的类型和地址命名规则； ●CENTUM CS3000软件的安装； ●工程项目的生成与组态； ●FCS组态内容； ●HIS组态内容。

思考题与习题 1．CENTUM CS3000系统的主要有哪些部分组成？ 2．分别叙述控制站FCS和操作站HIS的各自功能？ 3．控制站卡件地址的命名规则？ 4．如何进入系统测试功能？ 5．功能键的作用及如何在HIS上进行定义？ 6．仪表面板的调用及面板上各自功能的操作？ 7．系统信息窗由哪些内容组成？ 8．操作员键盘有哪几部分组成及各部分作用？ 9．控制站节点（NODE）的作用是什么？ 10．一个简单PID控制回路如何组态？