摘 要：MACS系統(tǒng)是和利時(shí)公司集多年的開(kāi)發(fā)、工程經(jīng)驗(yàn)而設(shè)計(jì)的大型綜合控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用了目前世界上先進(jìn)的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)（ProfiBus-DP總線），介紹了和利時(shí)公司MACS系統(tǒng)的構(gòu)成、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、硬件及軟件構(gòu)成、系統(tǒng)功能以及其實(shí)際應(yīng)用效果。

關(guān)鍵詞：控制系統(tǒng)；網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)； 硬件； 可靠性

中國(guó)分類號(hào)：TP29 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 概述

MACS系統(tǒng)是和利時(shí)公司集多年的開(kāi)發(fā)、工程經(jīng)驗(yàn)而設(shè)計(jì)的大型綜合控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用了目前世界上先進(jìn)的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)（ProfiBus-DP總線），采用成熟的先進(jìn)控制算法，對(duì)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)監(jiān)控，并且集成了AMS系統(tǒng) 、RealMIS系統(tǒng)、 ERP系統(tǒng)、SCM和 CRM系統(tǒng)等，可在智能現(xiàn)場(chǎng)儀表設(shè)備、控制系統(tǒng)、企業(yè)資源管理系統(tǒng)之間進(jìn)行無(wú)縫信息流傳送，輕易實(shí)現(xiàn)工廠智能化、管控一體化，為工廠自動(dòng)控制和企業(yè)管理提供全面的解決方案。

MACS系統(tǒng)是一個(gè)完善、經(jīng)濟(jì)、可靠的控制系統(tǒng)?；赑rofibus 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)設(shè)計(jì)，支持 FF、DEVICENET、CANBUS 等主流總線，屬于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的體系結(jié)構(gòu)。集成的OPC技術(shù)，支持超過(guò)100家眾多的廠家的典型優(yōu)秀的應(yīng)用。

2 系統(tǒng)構(gòu)成

MACS系統(tǒng)是由若干不同類型的節(jié)點(diǎn)組成，我們把這些節(jié)點(diǎn)按照其作用的不同劃分為不同類型的“站”。不同的站之間是通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊的。

MACS系統(tǒng)中的“站”是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的一個(gè)組成環(huán)節(jié)或者是物理上的一套獨(dú)立設(shè)備以及網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)通信節(jié)點(diǎn)它們可以在系統(tǒng)功能中完成某一類特定的處理任務(wù)。

3 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

MACS系統(tǒng)由上下兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)層次組成：監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)（SNET）和控制網(wǎng)絡(luò)（CNET）。上層監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)主要用于工程師站、操作員站和現(xiàn)場(chǎng)控制站的通訊連接；下層控制網(wǎng)絡(luò)存在于各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制站內(nèi)部，主要用于主控單元和I/O模塊的通訊連接。下面兩個(gè)圖分別是MACS系統(tǒng)FM系列和SM系列的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

3.1監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)

上層監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)為冗余高速以太網(wǎng)鏈路，使用五類屏蔽雙絞線及光纖將各個(gè)通訊節(jié)點(diǎn)連接到中心交換機(jī)上。該網(wǎng)絡(luò)中主要的通訊節(jié)點(diǎn)有工程師站、操作員站、現(xiàn)場(chǎng)控制站，采用TCP/IP通訊協(xié)議，不僅可以提供100MB/bps的數(shù)據(jù)連接，還可以連接到Intranet、Internet，進(jìn)行數(shù)據(jù)共享。

監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了工程師站、操作員站、現(xiàn)場(chǎng)控制站之間的數(shù)據(jù)通訊。通過(guò)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，工程師站可以把控制算法程序下裝到現(xiàn)場(chǎng)控制站主控單元上，同時(shí)工程師站和操作員站也可以從主控單元上采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，用于人機(jī)界面上數(shù)據(jù)的顯示。

各個(gè)節(jié)點(diǎn)用固定分配的IP地址進(jìn)行標(biāo)識(shí)。為實(shí)現(xiàn)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的冗余，網(wǎng)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)的主機(jī)都配有兩塊以太網(wǎng)卡，分別連接到128網(wǎng)段和129網(wǎng)段的交換機(jī)上。監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的前兩位IP地址已作了規(guī)定，分別為128.0和129.0，現(xiàn)場(chǎng)控制站主控單元IP地址的后兩位已經(jīng)由程序自動(dòng)分配好，工程師站、操作員站IP地址的后兩位則可以自行定義。

一般我們將一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制站里相互冗余的兩個(gè)主控單元分別成為A機(jī)、B機(jī)。它們的IP地址設(shè)置是通過(guò)一個(gè)撥碼開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)的

3.2控制網(wǎng)絡(luò)

控制網(wǎng)絡(luò)位于現(xiàn)場(chǎng)控制站內(nèi)部，主控單元和I/O模塊都連接在Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線上，采用帶屏蔽的雙絞銅線（串行總線）進(jìn)行連接，具有很強(qiáng)的抗干擾能力。該網(wǎng)絡(luò)中的通訊節(jié)點(diǎn)主要有DP主站（集成在主控單元內(nèi)）和DP從站（I/O模塊――FM和SM系列的I/O模塊）。利用總線技術(shù)實(shí)現(xiàn)主控單元和I/O模塊間的通訊，以完成實(shí)時(shí)輸入/輸出數(shù)據(jù)和從站設(shè)備診斷信息的傳送。

4 硬件組成及軟件組態(tài)

MACS系統(tǒng)硬件主要包括和利時(shí)公司自行研制、開(kāi)發(fā)的FM系列和SM系統(tǒng)主控單元和I/O模塊。

MACS系統(tǒng)軟件是和利時(shí)公司開(kāi)發(fā)的組態(tài)軟件，由離線組態(tài)軟件“工程管理器”和在線監(jiān)控軟件“操作員在線”組成。

用戶在工程管理器界面上完成對(duì)所有離線功能的組態(tài)，包括控制站組態(tài)、操作員站組態(tài)、圖形組態(tài)（工藝流程圖、總貌圖、參數(shù)匯總圖、控制畫(huà)面、趨勢(shì)等）、系統(tǒng)組態(tài)（系統(tǒng)設(shè)置、用戶組態(tài)、鍵盤(pán)定義、事件組態(tài)、高級(jí)報(bào)警、磁盤(pán)變量、配方管理、通訊向?qū)?、?bào)警設(shè)置、語(yǔ)言設(shè)置等）及報(bào)表編輯等。

在操作員在線界面中，用戶可以監(jiān)視現(xiàn)場(chǎng)工藝流程的工作情況，查看實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的變化、工藝報(bào)警和系統(tǒng)報(bào)警，還可以對(duì)智能儀表等進(jìn)行調(diào)試和控制。

5 系統(tǒng)功能

MACS系統(tǒng)是用以完成大中型分布式控制DCS、大型數(shù)據(jù)采集監(jiān)控SCADA的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。該系統(tǒng)提供了完善、強(qiáng)大的組態(tài)、調(diào)試和監(jiān)控功能，包括數(shù)據(jù)采集、開(kāi)環(huán)控制、閉環(huán)控制、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視、報(bào)警服務(wù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理和顯示、趨勢(shì)服務(wù)、操作日志記錄、事故追憶、圖形顯示、報(bào)表服務(wù)等功能。下面詳細(xì)介紹某些功能。

5.1控制調(diào)節(jié)

可進(jìn)入各種回路調(diào)節(jié)窗口，修改設(shè)定值、切換控制方式和整定回路參數(shù)等。

設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視

系統(tǒng)自動(dòng)的、不間斷的、動(dòng)態(tài)的輪詢外圍設(shè)備的工作狀態(tài)，包括現(xiàn)場(chǎng)控制站中的主控單元、智能I/O模件的運(yùn)行狀態(tài)，以及與工程師站、操作員站之間的網(wǎng)絡(luò)連接狀態(tài)，并將所有出現(xiàn)的故障自動(dòng)報(bào)告給操作員站，記入報(bào)警表和日志。

5.2報(bào)警服務(wù)

通過(guò)創(chuàng)建報(bào)警服務(wù)，對(duì)模擬量、開(kāi)關(guān)量、硬件設(shè)備和系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行報(bào)警監(jiān)視，提供報(bào)警發(fā)生時(shí)間、報(bào)警點(diǎn)、報(bào)警說(shuō)明等報(bào)警信息的列表顯示，以及報(bào)警摘要信息。報(bào)警可以按4種狀態(tài)顯示，以不同的顏色進(jìn)行區(qū)分。對(duì)帶時(shí)標(biāo)的報(bào)警可以精確到毫秒，對(duì)模擬量報(bào)警可以提供高限、高高限、低限、低低限、偏差、速率等報(bào)警。

5.3實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理和顯示

通過(guò)創(chuàng)建系統(tǒng)的I/O服務(wù)，完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)控制點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集，并記錄到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中作進(jìn)一步的處理?？捎糜诹鞒虉D上的數(shù)據(jù)顯示，趨勢(shì)的跟蹤記錄，報(bào)警的判斷等。

5.4趨勢(shì)服務(wù)

通過(guò)創(chuàng)建趨勢(shì)服務(wù)，對(duì)模擬量點(diǎn)和開(kāi)關(guān)量點(diǎn)進(jìn)行趨勢(shì)采樣記錄。系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)趨勢(shì)和歷史趨勢(shì)兩種，并且可以多組趨勢(shì)窗口顯示，趨勢(shì)曲線可以任意放大、平移，同時(shí)可以顯示曲線上每一采樣時(shí)刻的具體值。系統(tǒng)利用磁盤(pán)文件方式來(lái)存儲(chǔ)歷史數(shù)據(jù)，支持多種方式（包括文本方式）的可視數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，便于用戶的二次開(kāi)發(fā)使用；歷史數(shù)據(jù)采用固定存儲(chǔ)算法，可以支持無(wú)限大的歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，存儲(chǔ)容量?jī)H受限于硬盤(pán)容量的大小。

5.5操作日志記錄

通過(guò)創(chuàng)建日志記錄設(shè)備，可以按時(shí)間順序跟蹤記錄系統(tǒng)上所有操作發(fā)生的具體時(shí)間、操作內(nèi)容、操作人員等信息，并以列表的形式顯示出來(lái)。

5.6事故追憶

添加SOE模塊（一種智能I/O模塊）后，可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)某些重要的設(shè)備進(jìn)行事故追憶跟蹤，系統(tǒng)詳細(xì)記錄了設(shè)備工作狀態(tài)發(fā)生改變的時(shí)間以及狀態(tài)改變的內(nèi)容。

5.7圖形顯示

可通過(guò)多種途徑切換到各個(gè)圖形畫(huà)面，在畫(huà)面上可以顯示各種各樣的平面、立體圖形，以及具有交互特性的各種動(dòng)態(tài)對(duì)象，實(shí)現(xiàn)會(huì)話操作，同時(shí)也可以賦予他們相應(yīng)的動(dòng)態(tài)特性（變色、縮放、移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)等），完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的監(jiān)控。

5.8報(bào)表服務(wù)

在MACS系統(tǒng)中報(bào)表編輯工具共同為用戶提供了強(qiáng)大的報(bào)表功能，支持Excel格式（Open Office或者M(jìn)S Office）、RTF（豐富文本格式）、TXT（普通ASCII文本）、DBF（數(shù)據(jù)庫(kù)文件）等多種形式的報(bào)表。組態(tài)過(guò)程采用“所見(jiàn)即為所得”的方式。用戶在報(bào)表生成系統(tǒng)中，可利用EXCEL提供的各種強(qiáng)大功能，在既定的單元格中錄入說(shuō)明性文字、定義需打印的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)，修改報(bào)表格式，即可完成報(bào)表的編輯。

5.9自動(dòng)生成CAD接線圖

根據(jù)組態(tài)的機(jī)柜布置圖和模塊位置，系統(tǒng)可以自動(dòng)生成.dxf格式的CAD接線圖，同時(shí)可以對(duì)生成的CAD接線圖進(jìn)行修改。

5.10仿真控制器

在計(jì)算機(jī)上仿真控制器程序，使離線組態(tài)能夠?qū)刂破鬟M(jìn)行下裝、修改和調(diào)試等操作。還可以仿真操作員在線。

5.11 HART管理器

用于現(xiàn)場(chǎng)智能儀表和控制室設(shè)備之間的通信，實(shí)現(xiàn)HART協(xié)議智能儀表的自動(dòng)校準(zhǔn)、檢驗(yàn)及數(shù)據(jù)管理。

6 系統(tǒng)特點(diǎn)

實(shí)時(shí)性： 控制器CPU采用Pentium級(jí)芯片，保證控制精確、實(shí)時(shí)、高效。

可靠性： 采用多種冗余結(jié)構(gòu)（網(wǎng)絡(luò)、控制器、電源模塊、I/O模塊），系統(tǒng)安全穩(wěn)定可靠。

先進(jìn)性：適合于大規(guī)模系統(tǒng)的I/O、 Alarms、Reports、Trends、Time服務(wù)器可分布式設(shè)置；既保證數(shù)據(jù)的一致性，又可負(fù)荷均擔(dān)；功能豐富的HMI人機(jī)界面，靈活強(qiáng)勁的控制軟件，支持離線仿真。

經(jīng)濟(jì)性：現(xiàn)場(chǎng)總線的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，有效節(jié)約整體項(xiàng)目投資，降低運(yùn)行維護(hù)成本。

易用性：智能設(shè)備管理（故障診斷、精度校正、帶電插拔），維護(hù)簡(jiǎn)單方便。

延續(xù)性：操作站采用通用系統(tǒng)平臺(tái)，可跟隨計(jì)算機(jī)水平不斷提高而同步升級(jí)。

結(jié)語(yǔ)

中國(guó)石油呼和浩特石化公司目前500萬(wàn)噸/年煉油擴(kuò)能改造工程整體采用和利時(shí)MACS集散控制系統(tǒng)DCS，自動(dòng)化水平很高，應(yīng)用也很成熟，工藝過(guò)程控制選用DCS對(duì)整個(gè)公用工程裝置進(jìn)行控制、監(jiān)視，實(shí)現(xiàn)操作自動(dòng)化。

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