XDPS分散控制系统

自20世纪70年代中期第一套分散控制系统问世以来，分散控制系统已在工业生产各个领域得到了广泛应用。XDPS分散控制系统是新华控制工程有限公司的具有自主知识产权的国产分散控制系统。从1988年为出口巴基斯坦210MW机组提供DAS-100计算机监控系统，到2000年底，XDPS系统在工业生产过程中已成功应用500余套，产品不仅在国内有很高的知名度，而且出口巴基斯坦、马来西亚、孟加拉等国。1998年XDPS分散控制系统被我国国家科技部、对外贸易经济合作部等五部委评为“国家重点新产品”。
 新华控制工程有限公司注重严格的科学管理及全面的质量控制，1994年建立了完善的质量管理体系。1995年12月通过了ISO9001质量管理认证，1999年1月获得ISO9001的国际认证。XDPS-400的生产均严格按照质量管理程序，元器件的高低温筛选老化，I/O卡件、计算机、通讯卡等部件都经过55℃ 连续24小时通电测试。该公司严格的生产工艺控制，保证了XDPS的硬件、软件及系统的可靠性指标已达到并超过了目前进口的同类型DCS系统。此外，XDPS-400系统输入输出卡件的电磁兼容性已通过国际权威测试机构ITS公司的CE-EMC认证测试，并取得了证书。新华控制工程有限公司在DCS国产化方面作出了卓越的贡献，为国产化DCS、为我国生产过程自动化的腾飞提供了实用可靠的自动化控制装备和控制工具。
XDPS分散控制系统已在国内外大量要求可靠性极高的电力系统中得到广泛应用，并在其他行业的自动化中发挥重大作用。为了使国产化分散控制系统能在更多的生产过程中得到应用，为了使应用XDPS分散控制系统的操作人员、技术人员和管理人员对产品有进一步的认识，我们编写了本书。本书结合XDPS分散控制系统的特点，介绍了该产品使用方面的有关内容，并讨论了它们的应用。
本书共分6章。第1章介绍分散控制系统的共性、XDPS分散控制系统特点和主要软硬件。第2章介绍XDPS分散控制系统的硬件，包括分散过程控制装置DPU、人机操作管理装置MMI、通讯系统和硬件的抗干扰技术。第3章介绍XDPS分散控制系统的软件，包括DPU软件、MMI软件、GTW软件和软件抗干扰技术。第4章是该产品安装、调试和维护方面的内容。第5章简单介绍系统启动操作和系统工具的使用。第6章介绍XDPS分散控制系统在电站300MW机组热工控制一体化、监视与数据采集、仿真培训系统、工厂信息管理、配电网自动化、造纸、流化床锅炉控制和化工等方面的应用实例。
本书由何衍庆、陈积玉、俞金寿编著。朱庆明、孙利华、叶敏、杨晓德、陈光远、虞茂盛、严华、付坚等参加了本书的部分编写工作，提供了大量的技术资料，并给予了宝贵的技术支持。本书的编写工作还得到了新华控制工程有限公司的大力支持和帮助。李培植先生在百忙中亲自为本书写序。此外，黄道、蒋敏伟、侍洪波、顾幸生等也为本书的编写提供了技术支持。在此一并表示衷心的感谢！
由于编者水平所限，书中难免存在错误和缺点，敬请读者不吝指正。

编 者

本书介绍了XDPS－400分散控制系统的硬件、软件的结构、操作和使用等内容，讨论了XDPS分散控制系统应用方面的有关问题及该产品的应用实例。本书对XDPS分散控制系统的选型和操作应用提供了大量有用的资料。以实用性为主，辅以理论说明。因此本书可作为XDPS分散控制系统产品的培训教材，以及从事分散控制系统应用开发的科技人员和系统设计人员的参考书，对于工业自动化专业的高年级学生和研究生，本书也可作为一本理论与实践相结合的参考书或教材。

第1章 分散控制系统概述	1
1.1 分散控制系统的特点	1
1.1.1 递阶控制系统	2
1.1.2 分散控制	2
1.1.3 自治和协调性	3
1.1.4 开放系统	3
1.2 分散控制系统的功能	4
1.2.1 现场控制级的功能	4
1.2.2 过程装置控制级的功能	4
1.2.3 车间操作管理级的功能	5
1.2.4 全厂优化和调度管理级的功能	5
1.3 XDPS分散控制系统简介	5
1.3.1 XDPS分散控制系统的基本结构	6
1.3.2 XDPS分散控制系统的软件	10
1.3.2.1 操作员站软件	10
1.3.2.2 工程师站软件	13
1.3.2.3 历史数据站软件	14
1.3.2.4 DPU软件	15
1.3.2.5 GTW软件	16
1.4.3 XDPS分散控制系统的特点	17
1.4 分散控制系统的发展方向	18
1.4.1 综合自动化和开放系统	18
1.4.2 现场总线控制系统	19
第2章 XDPS分散控制系统的硬件	20
2.1 DPU分布式处理单元	20
2.1.1 DPU分布式处理单元	20
2.1.2 PDEX344卡	23
2.1.3 BC站控制卡	24
2.1.4 输入输出卡件	25
2.1.4.1 AI模拟量输入卡	26
2.1.4.2 AO模拟量输出卡	28
2.1.4.3 SOE/DI开关量输入卡	29
2.1.4.4 DO开关量输出卡（DO-251）	30
2.1.4.5 DO开关量输出卡（DO-340）	31
2.1.4.6 PI开关量计数卡	32
2.1.4.7 LC双回路控制卡	33
2.1.4.8 LC-S伺放控制卡	34
2.1.4.9 SMC脉冲量计数和测频卡	35
2.1.4.10 MCP测速卡	36
2.1.4.11 MCP-OPC高速采样卡	36
2.1.4.12 OPC超速控制和超速保护卡	37
2.1.4.13 VCC阀门伺服控制卡	38
2.1.4.14 LPC逻辑保护卡	39
2.1.4.15 SYN同期控制卡	43
2.1.4.16 BZT备用电源自投保护卡	44
2.1.5 XDPS系统的输入输出端子板	45
2.1.6 位总线（Bitbus）	49
2.1.6.1 8044内部结构	50
2.1.6.2 位总线通讯标准	50
2.1.6.3 RS-485接口电路	51
2.1.6.4 XDPS分散控制系统中位总线的实现方法	52
2.1.7 电源	52
2.2 人机接口站MMI	53
2.2.1 工业控制计算机	53
2.2.2 网卡	55
2.2.3 信息输入输出设备	57
2.2.3.1 键盘	57
2.2.3.2 鼠标或球标	60
2.2.3.3 显示器	60
2.2.3.4 打印机	61
2.2.3.5 磁和光记录设备	62
2.2.3.6 手操器	62
2.3 通讯系统	65
2.3.1 以太网	65
2.3.1.1 以太网的结构分层	65
2.3.1.2 以太网的物理层	66
2.3.1.3 以太网的逻辑链路层	68
2.3.2 Intranet网和Internet网	68
2.3.2.1 TCP/IP协议	68
2.3.2.2 网络拓扑结构	72
2.3.2.3 Windows NT	73
2.3.2.4 Intranet 和Internet的构成	73
2.3.3 现场总线	74
2.3.3.1 Type 1	76
2.3.3.2 Type 5	77
2.3.3.3 HART协议	78
2.4 系统硬件的抗干扰技术	79
2.4.1 过程通道的抗干扰	79
2.4.2 微处理器的抗干扰	80
2.4.3 系统的供电和接地	80
2.4.4 提高系统可靠性的其他措施	81
第3章 XDPS分散控制系统的软件	83
3.1 DPU软件	83
3.1.1 点目录组态文件	83
3.1.2 点组定义文件	86
3.1.3 功能模块	87
3.1.3.1 网络功能模块	90
3.1.3.2 过程输入输出功能模块	92
3.1.3.3 页间传递的功能模块	95
3.1.3.4 模拟函数功能模块	96
3.1.3.5 时间过程函数功能模块	98
3.1.3.6 控制算法功能模块	104
3.1.3.7 逻辑运算功能模块	115
3.1.3.8 操作器功能模块	121
3.1.3.9 特殊功能模块	130
3.1.3.10 页内作用功能模块	133
3.1.3.11 模糊控制用的功能模块	134
3.1.4 DPU的组态	134
3.1.4.1 组态环境	135
3.1.4.2 控制组态工作	136
3.1.5 输入输出驱动程序	142
3.2 MMI软件	143
3.2.1 基本图像和图库	143
3.2.2 过程画面的建立和合成	172
3.2.2.1 过程画面的设计	173
3.2.2.2 过程流程图中数据的显示	174
3.2.2.3 动态键的设计	176
3.2.2.4 操作键盘上用户定义键的设置	176
3.2.2.5 图形显示的界面设置	177
3.2.3 预定义的显示软件	178
3.2.3.1 自检	179
3.2.3.2 单点显示	183
3.2.3.3 数据库一览	185
3.2.3.4 报警一览	192
3.2.3.5 报警历史	197
3.2.3.6 趋势显示	202
3.2.3.7 条件触发	211
3.2.4 数据报表和报警	216
3.2.4.1 数据的收集和再现	216
3.2.4.2 历史数据和日志记录器	222
3.2.4.3 周期和触发报表记录器	224
3.2.4.4 报表打印	229
3.3 GTW软件	230
3.3.1 基于VDPU的I/O驱动方式	231
3.3.2 基于XDPS实时数据库接口的网关软件驱动方式	231
3.4 系统软件的抗干扰技术	232
3.4.1 数字滤波技术	232
3.4.1.1 算术平均滤波	232
3.4.1.2 中值平均滤波	233
3.4.1.3 限幅滤波	233
3.4.1.4 高通、低通和带通滤波	233
3.4.1.5 移动平均滤波	234
3.4.2 开关量信号的软件抗干扰技术	234
3.4.3 指令冗余技术	234
3.4.4 软件陷阱技术	235
3.4.5 软件容错技术	235
3.4.6 软件安全保护技术	236
3.4.7 软件消抖动技术	237
第4章 系统的安装、调试和维护	238
4.1 系统的安装	238
4.1.1 硬件的安装和接线	238
4.1.1.1 设备与现场信号的连接	238
4.1.1.2 端子柜与控制柜的连接	252
4.1.1.3 控制柜内的连接	252
4.1.1.4 MMI的连接	256
4.1.1.5 接地	257
4.1.2 MMI软件的安装	259
4.1.3 DPU软件的安装	263
4.1.4 MMI软件的参数设置	267
4.1.5 DPU的启动	270
4.2 系统的调试	272
4.2.1 硬件的调试	272
4.2.1.1 分布式处理单元DPU的调试	272
4.2.1.2 输入输出卡件的调试	274
4.2.2 软件的调试	319
4.3 系统的维护	319
4.3.1 输入输出卡件的维护	319
4.3.2 DPU的维护	321
4.3.3 MMI的维护	321
4.3.4 通讯系统的检查	322
第5章 系统的操作和显示	323
5.1 系统的启动操作	323
5.2 系统工具的操作和显示	326
5.2.1 用户登录和退出	326
5.2.2 基本操作和显示	327
第6章 XDPS分散控制系统的应用示例	329
6.1 大型电站300MW机组热工控制一体化中的应用	329
6.1.1 大型电站机组的特点及对控制系统的要求	329
6.1.2 一体化DCS系统的特点	330
6.1.3 一体化DCS系统子系统简介	331
6.1.3.1 单元机组的协调控制系统	331
6.1.3.2 数据采集系统	332
6.1.3.3 给水全程自动控制系统	332
6.1.3.4 锅炉炉膛安全监控系统	333
6.1.3.5 顺序控制系统	333
6.1.3.6 汽轮机数字式电液控制系统	334
6.1.3.7 电气设备控制系统	335
6.1.4 某大型电站300MW机组的热工控制一体化控制系统	335
6.1.4.1 系统结构	336
6.1.4.2 数据采集系统	337
6.1.4.3 单元机组的协调控制系统	338
6.1.4.4 给水全程控制系统	339
6.1.4.5 炉膛安全监控系统	340
6.1.4.6 顺序控制系统（SCS）	341
6.1.4.7 汽轮机数字式电液控制系统	342
6.1.4.8 给水泵汽轮机数字式电液控制系统	345
6.1.4.9 电气设备控制系统	347
6.2 监控和数据采集系统中的应用	347
6.2.1 监控和数据采集系统的功能	348
6.2.2 某电厂升压站计算机监控和数据采集系统	348
6.3 电厂仿真培训系统	350
6.3.1 仿真培训系统的类型	350
6.3.2 仿真培训系统的主要功能	351
6.3.3 仿真培训系统的构成	352
6.4 转炉炼钢控制系统中的应用	354
6.4.1 纯氧顶吹转炉炼钢过程简介	355
6.4.2 转炉的终点控制	355
6.4.3 转炉分散控制系统的构成	355
6.4.4 氧枪枪位控制和加料系统控制	356
6.4.5 一次除尘和煤气回收控制	357
6.5 电厂SIS中的应用	358
6.5.1 厂级实时监控信息系统的功能	358
6.5.2 厂级实时监控信息系统的设计	359
6.5.3 电厂厂级实时监控信息系统的实现	360
6.5.4 厂级实时监控信息系统的构成	360
6.6 配电网自动化中的应用	362
6.6.1 XDAMS-400自动化管理系统简介	362
6.6.2 上海市黄浦小区配网自动化一期工程介绍	363
6.6.2.1 配电自动化系统的硬件构成	363
6.6.2.2 配电自动化系统的软件配置	366
6.7 造纸生产过程中的应用	369
6.7.1 制浆车间的应用	369
6.7.2 造纸车间的应用	370
6.7.3 碱回收车间的应用	371
6.7.4 某造纸厂的主要控制系统	371
6.8 大型循环流化床锅炉控制系统中的应用	372
6.8.1 循环流化床锅炉控制的特点	372
6.8.2 燃烧部分的控制系统分析	374
6.8.3 炉膛安全监控系统FSSS	375
6.8.4 450t/h循环流化床锅炉控制系统简介	376
6.9 化工厂水厂中的应用	377
6.9.1 系统概述	377
6.9.2 系统功能	377
附录	379
附录1 输入输出卡件	379
1．XDPS-400 I/O卡件	379
2．AI模拟量输入卡	380
3．SOE/DI开关量输入卡	381
4．AO模拟量输出卡	383
5．DO开关量输出卡	383
6．PI脉冲量输入卡	385
7．SMC脉冲量计数卡	386
8．LC双回路控制卡	386
9．LC-S伺放控制卡	388
10．MCP测速卡	389
11．MCP-OPC高速采样卡	390
12．VCC阀门伺服控制卡	391
13．BC站控制卡	392
14．BC网络型站控制卡	393
15．BZT备用电源自投保护卡	394
16．LPC逻辑保护卡	395
17．OPC超速控制和超速保护卡	396
18．SYN同期控制卡	397
19．3C-GMA模拟量手操器	398
20．3C-DMA开关量手操器	399
附录2 分布式处理单元DPU	400
附录3 人机接口站MMI	402
参考文献	404