2.2　控制系統的硬件配置

2.2.1　人-機接口（操作站）

應用在現場機組就地操作和小規模控制計算機（200點數字量以下）系統上的人-機界面有下述幾種。

（1）按鈕面板：一般應用在固定的機電操作中，安裝在機組上，具有系統操作面板的所有功能，附加功能不需要控制主機編程。

（2）操作面板、觸摸屏：一般應用在就地機組控制上，其防護等級為IP65，可直接安裝在機組上。并可裝載監控軟件和編程數據，具有顯示過程監控數據和操作過程變量，配方管理等功能。

（3）便攜式操作監視器：用于操作員的人-機接口、故障查找、系統調試。具有監視控制器狀態、啟/停控制器、強制輸出、參數修改等功能，宜在小規模控制系統上應用。

（4）一般大、中規模控制計算機由于其控制點數量多，且需要集中操作和管理，故根據需要應設置個人計算機（PC或工業PC）或小型機為主的操作站（以下簡稱操作站）。

（5）操作站應裝有在標準操作系統下運行和編程的軟件，應具有圖形系統、報警信息系統、應用程序接口、變量存檔、標準通信接口、報表系統和數據處理系統等。操作站主機的硬件和軟件應具有高可靠性。

（6）操作站應具備不同級別的操作權限和不同操作區域或數據集合的操作權限。操作權限由密碼和鑰匙的方式限定并在編程中劃分，供不同崗位的人員使用。

（7）按操作區域來配置操作站。

（8）對重要的工段或關鍵設備，配置專用操作站。

（9）根據數字量控制或模擬量控制的需要，按崗位、生產線、操作單元的劃分并根據其復雜程度配置操作站或操作臺。

（10）重要的操作區。一個操作區應至少配備互為備用的2臺帶主機的操作站。一般情況下，操作站的互為備用也可以是設在同一控制室內不同操作區的操作站之間的互為備用形式。

（11）操作站配置的數量，可按數字量I/O點數［模擬量I/O點數可折算成數字量I/O點數來估算，即1個AI（AO）=15個DI（DO）］的數量來配置，應符合如下要求。

1000～1500數字量I/O點：可配置2臺；

1500～3000數字量I/O點：可配置2～3臺；

3000～5000數字量I/O點：可配置3～4臺；

5000～8000數字量I/O點：可配置4～6臺；

8000數字量I/O點以上：可根據實際需要配置。

（12）操作站宜設置互為備用的報警打印機和報表打印機各1臺，根據裝置規模和實際需要可適當增加或減少臺數。全廠性的控制系統可設置彩色打印機或彩色拷貝機1臺（用于屏幕復制）。

（13）無特殊需要不宜在控制系統之外再設置記錄儀和后備手操器。

（14）必要時可設置輔助操作臺，將記錄儀、手操器、報警器/燈、機泵、聯鎖及緊急停車的按鈕開關等安裝在此臺上。

2.2.2　中央處理器（CPU）

（1）存儲容量的確定

CPU本機內置存儲器（RAM）的容量和可擴展存儲器的容量（存放用戶程序和數據）可按下述估算方法來選擇。

①一般可按任意混用的I/O點，來選擇存儲器的容量，即：256個I/O點至少應選8K存儲器。

②亦可通過初步的計算來選擇存儲器容量，即：

a.離散I/O點×10=指令字；

b.模擬量I/O點×25=指令字；

c.特殊I/O模塊×100=指令字；

內存總需求估算值：a+b+c=指令字。

③復雜的控制系統的選擇。如果所選用的控制計算機系統要完成較復雜的控制功能，則應在初步估算存儲器容量結果的基礎上，選擇容量更大、檔次更高的存儲器，以滿足復雜控制功能的實現。

（2）通信網絡的選擇。根據控制系統通訊網絡的構成來選擇CPU的本機通信功能及其所支持的系統網絡通信功能。

（3）控制容量（I/O能力）。數字量I/O和模擬量I/O的點數，功能塊種類、數量和功能，以及軟件控制器（回路）的數量。

（4）指令功能及軟件。指令功能及軟件支持應具備基本的操作指令（如計數、計算、數據轉換、比較、順序器、程序控制和PID控制及順序功能流程圖等比較完善的系統功能（中斷屏蔽、診斷功能、中斷和信號功能等）。

軟件支持應是除編程軟件外，還應有仿真軟件。控制計算機的開發調試可在應用標準操作系統（如WIN XP/WIN7/WIN8）的一臺計算機上完成，縮短應用系統的開發時間。

（5）冗余功能。當要求控制系統具有冗余功能時，應滿足以下要求。

①重要的過程單元控制CPU、存儲器及電源均應1:1冗余。

②在需要時也可選用：

a.控制計算機硬件與熱備軟件構成的熱備冗余系統；

b.熱備CPU冗余系統；

c.二重化或三重化冗余容錯系統。

（6）CPU的負荷要求。CPU的負荷不宜小于50％，最高不應超過70％。

2.2.3　通信網絡及過程接口

2.2.3.1　網絡通信

（1）中、大型控制主機系統應能支持多種現場總線和標準的通信協議（如TCP/IP）。在需要時應能與工廠管理網（TCP/IP）連接，其通信網絡應符合ISO/IEEE的通信標準，應是開放的通信網絡。

（2）控制主機的通信接口應包括串行和并行通信接口（RS-232C/422/485等）、RIO通信口、工業以太網（Ethernet）、常用DCS接口等。

（3）對于大、中型控制主機通信總線（包括接口設備和電纜）應1:1冗余配置；其通信總線應符合國際標準；通信距離應能滿足裝置（或工廠）的實際要求。

（4）控制主機控制網以上級的網絡通信速度應大于1Mb/s。通信總線的負荷不應超過60％～70％。

（5）控制主機網絡的主要形式如下。

①以個人計算機為主站，多臺同型號的控制主機為從站，組成簡易控制系統網絡。

②以一臺主機為主站，其他多臺同型號控制主機為從站，構成主從式控制系統網絡。

③將控制主機網絡通過特定的網絡接口連入大型集散系統中去，成為它的子網。

④專用的控制主機網絡（即各控制主機廠商專用的通信網絡）。

⑤通信網絡的實現：

a.裝有CPU的基本框架與I/O（I/O機架或I/O單元）的連接視控制要求有多種形式，一般為通過并行通信實現與本地I/O機架或遠程I/O機架的連接；其中與本地I/O機架之間距離為15～30m，與遠程I/O機架不超過200m。CPU基本機架與遠程I/O也可通過現場通信總線連接，距離可達2000m，通過中繼器連接可實現更遠距離的連接。由此構成簡單的控制網絡結構。

b.當組成較復雜的系統網絡結構時，為減輕CPU的通信任務，根據網絡組成的實際需要應選擇具有不同通信功能的（如點對點、現場總線、工業以太網）通信處理器。

c.當系統規模較大。系統中選用多個中央處理器，需對局部環境半徑中的集中式擴展或分布式擴展單元進行鏈接時，可選用接收和發送通信接口單元，實現各通信網絡層之間的通信。

2.2.3.2　過程接口關聯設備的設置

過程接口關聯設備的設置，應符合下列要求。

（1）當信號源來自或送至爆炸危險區域，且按照防爆要求采用本安防爆措施時，應在I/O接口的現場側設置安全柵。

（2）凡開關量接口的容量不能滿足負載的要求或需將開關量隔離時，應設置繼電器。

（3）變送器、安全柵、各類轉換器和隔離器的參數必須與控制計算機相匹配。

2.2.4　編程終端及工程師站

（1）編程終端。

對于大、中型規模的PLC或DCS應選用制造廠商提供的編程軟件包，并配備技術指標能夠保證編程軟件包運行的個人計算機（PC或工業PC）。編程終端應具備下述功能。

①能同時用作操作站。

②提供與個人計算機兼容的軟件包。

③編制控制計算機的運行程序。

④編程可以在線進行也可以離線進行。

⑤能實現對控制計算機離線或在線調試。

（2）工程師站。

①根據控制計算機配置的需要配置工程師站。

②應用于全廠規模或大型裝置的控制計算機應配置工程師站。

③工程師站可配置激光打印機等輔助設備。

（3）通信接口及應用計算機。

①對于大型裝置和聯合裝置，可根據工廠管理的需要配置相應的網絡接口。

②控制計算機應具有連接常用其他控制系統的通信接口。

③根據控制軟件的需要配置應用計算機。