第三章現場控制站的結構和裝置
本章介紹現場控制站的硬體結構。
將現場來的訊號轉換成使cpu能讀取的數碼訊號的單元稱為輸入/輸出模件（i/0模件）。i/0模件訊號借助節點介面單元(niu)送至現場控制單元(fcs)，現場控制單元中有乙個cpu來進行生產過程控制。
本章將確認每種功能，並理解其結構。
目錄3.1 關鍵詞條 1
3.2 硬體 2
3.2.1 安裝方式 2
3.2.2 硬體組態 4
3.3 訊號流圖 6
3.4 現場控制單元（fcu） 7
3.5 節點介面單元（niu） 8
3.6 i/o模件 9
3.7 冗餘度和可靠性 11
3.7.1 fcs的冗餘度和可靠性 11
3.7.2 fcs處理器卡的雙重化冗餘及其高可靠性 12
3.8 fcs的結構 13
下列各條為本章中將研究的內容.
（1）現場控制單元 3.2
（2）節點 3.2
（3）fcu的訊號流圖 3.4
（4）輸入/輸出模件 3.6
（5）冗餘度和可靠性 3.7
有8種形式的硬體可供選擇，可從下列各項中選出最佳組合：
功能 : 標準的或擴充套件的
組態 : 單機或雙重化冗餘
安裝體: 機櫃或19″機架
1臺fcu和多個節點安裝在專用的機櫃內，也可安裝在通用的19″機架上。它們可自由地分開或組合，安裝在機櫃和機架上。例如：
fcu和一些節點安裝在機櫃內，同時另一些節點安裝在地儀錶盤上的機架中。
（1） 機櫃形fcs
● 機櫃形fcs
正面：1臺fcu和3個節點(1個節點最多可容納4個i/o模件插槽)。
背面：3個節點（1個節點最多可容納5個i/o模件插槽）。
● 用於安裝節點機櫃
正面和背面總共可安裝6個節點（每個節點中最多可安裝5個i/o模件插槽）。
（2） 19″架裝fcs
組成：fcu安裝用機架。
節點安裝用機架，每個機架中可安裝2個插槽。
i/o擴充套件形機架，每個可安裝3個模件插槽。
結構：19″機架。
安裝：儀錶盤上；通用機櫃中；本地表盤上。
● 現場控制單元（fcs）在機架上的安裝。
圖3.2 fcs在機架上的安裝
fcs由乙個現場控制單元（fcu），最多可由8個節點組成，由遠端輸入/輸出匯流排（rio匯流排）連線起來，如圖3.3所示。
● 現場控制單元（fcu）
fcu為乙個微處理器元件，完成fcs的控制和計算。
● 節點（遠端i/o單元）
節點為一種訊號處理裝置，它將現場來的i/o訊號經變換後送給fcu，遠端輸入/輸出匯流排將fcu和節點連線起來。乙個節點由乙個與現場訊號連線的「i/o單元」和乙個與fcu通訊的「節點介面單元」（niu）組成。
圖3.3 fcs的硬體組態
● rio匯流排
遠端匯流排（rio匯流排）可組成雙重化冗餘結構，它為連線fcu和各個節點的通訊母線。雙絞線電纜及功率放大器用於短距離傳送，中繼器和光纖通訊放大器用於長距離傳送。遠端匯流排允許在不懸掛fcu控制和中斷與其他節點的資料通訊的條件下增加節點或改變節點。
表3.1 rio匯流排的技術規格
圖3.4說明從接收現場訊號到向現場輸出訊號的訊號流圖。
現場圖3.4 fcs訊號流圖（舉例）
現場控制單元由三種卡件（處理器卡，節點通訊卡和電源卡）、乙個v 網通訊偶合器和rio匯流排偶合器組成。在雙重化組態的fcu中，每一種卡均成對安裝。圖4.20為fcu的結構。
圖3.5 雙重化fcu的結構
表3.2 fcu的硬體規格
（注1）ecc：糾錯碼（error correcting code）
（a） 節點介面單元（niu）
niu是節點的一部分，它經rio匯流排與fcu通訊，這個單元由通訊卡和電源組成，可以製成雙重化冗餘結構。
1個niu最多可接5個各種型別的i/o單元。
圖3.6 節點在機櫃中的安裝（雙重化節點）
(b)i/o單元
i/o單元由輸入/輸出過程訊號的i/o模件及安裝這些模件的卡盒組成。 有5種型別的卡盒可供選用：
● 模擬i/o模件卡盒
● 高速掃瞄用模擬i/o模件卡盒
如果模擬i/o模件卡盒作高速掃瞄用，這時只能增加1個其他型別的卡盒。即在該節點中，i/o單元的最大數量限定為2。在高速通訊卡槽中的i/o模件為標準技術規格產品。
● 繼電器i/o模件卡盒
● 端子形接點i/o模件和通訊模件用卡盒
● 聯結器形接點i/o模件卡盒
輸入模件將過程模擬輸入訊號轉換成為數字資料以使fcs能夠處理它。輸出模件轉換fcs的數字資料為模擬訊號和接點訊號，產生輸出資料。表3.
3列出了 i/o模件的種類，圖3.7為i/o模件和模件卡盒配合示圖.
表3.3 i/o模件
注1：接點訊號源電壓為24v dc，這適於保護普通接點，並在最壞的大氣條件能讀接點狀態。
注2：24vdc 電壓加至訊號源以保護普通接點。
圖3.7 i/o模件及卡盒
圖3.8為fcs的冗餘組成結構，圖上v net通訊偶合器和內部匯流排間共享部件均是雙重化冗餘結構。
圖3.8 fcs雙重化冗餘結構
centum cs系統中, 每個fcu處理器卡採用了成對互備互校系統，真正實現了fcu處理器卡的雙重化冗餘。這種系統是世界上任何dcs所沒有採用的。正如下面將要介紹的，這種方法給出了常規雙重化冗餘系統沒能解決的若干問題的解決辦法。
● 如果由於電氣干擾或自然輻射而發生短暫運算，校正器通過校對卡上兩cpu的計算結果檢測到這種錯誤，並隨時地進行備用切換。
● 後備處理器卡不停的進行控制運算，並保持與控制側處理器卡同步，這樣做到了控制卡中資料向備用卡的無擾動切換。
兩個處理器卡分別裝在左右側，任一側都可作為控制卡，另乙個為備用卡。
下面一段文字將說明處理器如何檢測和校正運算錯誤，如何傳遞控制權。
（1） 每個處理器卡有兩個cpu，它們執行同樣的控制運算，校正器在每個運算週期校核兩個cpu的運算結果，當兩cpu的結果一致時，便認為運算正確，資料將送給主存貯單元或匯流排介面卡。主存貯單元配有錯誤校正碼（ecc碼），它能校正偶發性的位反相差錯,以阻止貯存器產生嚴重差錯。
（2） 如果兩個cpu的計算結果不一致，控制運算將認為是錯誤的，控制權將交給備用處理器卡。
（3） 由於備用處理器卡同步地執行著與控制處理器卡同樣的控制運算，所以,它在接到控制權後能立即將控制運算資料送給匯流排介面。
（4） 檢測到運算錯誤的處理器卡執行一種自診斷功能。當自診斷後沒有發現異常時，則認為運算錯誤是偶發性的。非正常狀態恢復後轉為備用狀態，備用處理器執行控制運算，並與控制側處理器同步。
培訓中心使用櫃式fcs.
模擬i/o模件和數字i/o模件用作輸入/輸出模件。圖3.9為培訓中心的fcs結構.
圖3.9 fcs的結構
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