2.2　控制系统的硬件配置

2.2.1　人-机接口（操作站）

应用在现场机组就地操作和小规模控制计算机（200点数字量以下）系统上的人-机界面有下述几种。

（1）按钮面板：一般应用在固定的机电操作中，安装在机组上，具有系统操作面板的所有功能，附加功能不需要控制主机编程。

（2）操作面板、触摸屏：一般应用在就地机组控制上，其防护等级为IP65，可直接安装在机组上。并可装载监控软件和编程数据，具有显示过程监控数据和操作过程变量，配方管理等功能。

（3）便携式操作监视器：用于操作员的人-机接口、故障查找、系统调试。具有监视控制器状态、启/停控制器、强制输出、参数修改等功能，宜在小规模控制系统上应用。

（4）一般大、中规模控制计算机由于其控制点数量多，且需要集中操作和管理，故根据需要应设置个人计算机（PC或工业PC）或小型机为主的操作站（以下简称操作站）。

（5）操作站应装有在标准操作系统下运行和编程的软件，应具有图形系统、报警信息系统、应用程序接口、变量存档、标准通信接口、报表系统和数据处理系统等。操作站主机的硬件和软件应具有高可靠性。

（6）操作站应具备不同级别的操作权限和不同操作区域或数据集合的操作权限。操作权限由密码和钥匙的方式限定并在编程中划分，供不同岗位的人员使用。

（7）按操作区域来配置操作站。

（8）对重要的工段或关键设备，配置专用操作站。

（9）根据数字量控制或模拟量控制的需要，按岗位、生产线、操作单元的划分并根据其复杂程度配置操作站或操作台。

（10）重要的操作区。一个操作区应至少配备互为备用的2台带主机的操作站。一般情况下，操作站的互为备用也可以是设在同一控制室内不同操作区的操作站之间的互为备用形式。

（11）操作站配置的数量，可按数字量I/O点数［模拟量I/O点数可折算成数字量I/O点数来估算，即1个AI（AO）=15个DI（DO）］的数量来配置，应符合如下要求。

1000～1500数字量I/O点：可配置2台；

1500～3000数字量I/O点：可配置2～3台；

3000～5000数字量I/O点：可配置3～4台；

5000～8000数字量I/O点：可配置4～6台；

8000数字量I/O点以上：可根据实际需要配置。

（12）操作站宜设置互为备用的报警打印机和报表打印机各1台，根据装置规模和实际需要可适当增加或减少台数。全厂性的控制系统可设置彩色打印机或彩色拷贝机1台（用于屏幕复制）。

（13）无特殊需要不宜在控制系统之外再设置记录仪和后备手操器。

（14）必要时可设置辅助操作台，将记录仪、手操器、报警器/灯、机泵、联锁及紧急停车的按钮开关等安装在此台上。

2.2.2　中央处理器（CPU）

（1）存储容量的确定

CPU本机内置存储器（RAM）的容量和可扩展存储器的容量（存放用户程序和数据）可按下述估算方法来选择。

①一般可按任意混用的I/O点，来选择存储器的容量，即：256个I/O点至少应选8K存储器。

②亦可通过初步的计算来选择存储器容量，即：

a.离散I/O点×10=指令字；

b.模拟量I/O点×25=指令字；

c.特殊I/O模块×100=指令字；

内存总需求估算值：a+b+c=指令字。

③复杂的控制系统的选择。如果所选用的控制计算机系统要完成较复杂的控制功能，则应在初步估算存储器容量结果的基础上，选择容量更大、档次更高的存储器，以满足复杂控制功能的实现。

（2）通信网络的选择。根据控制系统通讯网络的构成来选择CPU的本机通信功能及其所支持的系统网络通信功能。

（3）控制容量（I/O能力）。数字量I/O和模拟量I/O的点数，功能块种类、数量和功能，以及软件控制器（回路）的数量。

（4）指令功能及软件。指令功能及软件支持应具备基本的操作指令（如计数、计算、数据转换、比较、顺序器、程序控制和PID控制及顺序功能流程图等比较完善的系统功能（中断屏蔽、诊断功能、中断和信号功能等）。

软件支持应是除编程软件外，还应有仿真软件。控制计算机的开发调试可在应用标准操作系统（如WIN XP/WIN7/WIN8）的一台计算机上完成，缩短应用系统的开发时间。

（5）冗余功能。当要求控制系统具有冗余功能时，应满足以下要求。

①重要的过程单元控制CPU、存储器及电源均应1:1冗余。

②在需要时也可选用：

a.控制计算机硬件与热备软件构成的热备冗余系统；

b.热备CPU冗余系统；

c.二重化或三重化冗余容错系统。

（6）CPU的负荷要求。CPU的负荷不宜小于50％，最高不应超过70％。

2.2.3　通信网络及过程接口

2.2.3.1　网络通信

（1）中、大型控制主机系统应能支持多种现场总线和标准的通信协议（如TCP/IP）。在需要时应能与工厂管理网（TCP/IP）连接，其通信网络应符合ISO/IEEE的通信标准，应是开放的通信网络。

（2）控制主机的通信接口应包括串行和并行通信接口（RS-232C/422/485等）、RIO通信口、工业以太网（Ethernet）、常用DCS接口等。

（3）对于大、中型控制主机通信总线（包括接口设备和电缆）应1:1冗余配置；其通信总线应符合国际标准；通信距离应能满足装置（或工厂）的实际要求。

（4）控制主机控制网以上级的网络通信速度应大于1Mb/s。通信总线的负荷不应超过60％～70％。

（5）控制主机网络的主要形式如下。

①以个人计算机为主站，多台同型号的控制主机为从站，组成简易控制系统网络。

②以一台主机为主站，其他多台同型号控制主机为从站，构成主从式控制系统网络。

③将控制主机网络通过特定的网络接口连入大型集散系统中去，成为它的子网。

④专用的控制主机网络（即各控制主机厂商专用的通信网络）。

⑤通信网络的实现：

a.装有CPU的基本框架与I/O（I/O机架或I/O单元）的连接视控制要求有多种形式，一般为通过并行通信实现与本地I/O机架或远程I/O机架的连接；其中与本地I/O机架之间距离为15～30m，与远程I/O机架不超过200m。CPU基本机架与远程I/O也可通过现场通信总线连接，距离可达2000m，通过中继器连接可实现更远距离的连接。由此构成简单的控制网络结构。

b.当组成较复杂的系统网络结构时，为减轻CPU的通信任务，根据网络组成的实际需要应选择具有不同通信功能的（如点对点、现场总线、工业以太网）通信处理器。

c.当系统规模较大。系统中选用多个中央处理器，需对局部环境半径中的集中式扩展或分布式扩展单元进行链接时，可选用接收和发送通信接口单元，实现各通信网络层之间的通信。

2.2.3.2　过程接口关联设备的设置

过程接口关联设备的设置，应符合下列要求。

（1）当信号源来自或送至爆炸危险区域，且按照防爆要求采用本安防爆措施时，应在I/O接口的现场侧设置安全栅。

（2）凡开关量接口的容量不能满足负载的要求或需将开关量隔离时，应设置继电器。

（3）变送器、安全栅、各类转换器和隔离器的参数必须与控制计算机相匹配。

2.2.4　编程终端及工程师站

（1）编程终端。

对于大、中型规模的PLC或DCS应选用制造厂商提供的编程软件包，并配备技术指标能够保证编程软件包运行的个人计算机（PC或工业PC）。编程终端应具备下述功能。

①能同时用作操作站。

②提供与个人计算机兼容的软件包。

③编制控制计算机的运行程序。

④编程可以在线进行也可以离线进行。

⑤能实现对控制计算机离线或在线调试。

（2）工程师站。

①根据控制计算机配置的需要配置工程师站。

②应用于全厂规模或大型装置的控制计算机应配置工程师站。

③工程师站可配置激光打印机等辅助设备。

（3）通信接口及应用计算机。

①对于大型装置和联合装置，可根据工厂管理的需要配置相应的网络接口。

②控制计算机应具有连接常用其他控制系统的通信接口。

③根据控制软件的需要配置应用计算机。