和利时HOLLYSYS MACS-K系列DCS介绍

MACS6系统概述

控制系统概述

K系列大型DCS充分吸取国际工业电子技术和工业控制技术的最新成果，严格遵循国际先进的工业标准，综合体现了离散过程和连续过程自动化的要求，在装备自动化和过程自动化两方面都可以应对自如。

K系列大型DCS具有可靠性高、功能丰富、性能优异、集成度高、扩展性好，体积小巧、易于使用等特点，可为不同工业领域提供个性化的解决方案，可广泛应用于冶金、建材、轻工、交通、电力、石化、汽车、矿井、水处理、食品加工等多种行业。

K系列大型DCS产品，既体现了标准化、集成化、开放化、控制速度快、结构简单的特点，又综合了控制功能强大、冗余、热插拔、强调高可靠不停机使用的要求。

DCS–HOLLiASMACS-K系列分布式控制系统，于2013年正式推出的，是和利时公司在总结十多年用户需求和行业应用特点、积累四代DCS系统开发应用的基础上，全面继承以往系统的高可靠性和方便性，综合自身核心技术与国际控制系统技术而推出的新一代DCS。

系统简介

HOLLiASMACS-K系统具有数据采集、控制运算、控制输出、设备和状态监视、 警监视、远程通讯、实时数据处理和显示、历史数据管理、日志记录、事故顺序识别、事故追忆、控制调节、 表打印、高级计算、以及这些信息的组态、调试、打印、下载、诊断等功能。

HOLLiASMACS-K是和利时公司面向过程自动化应用的大型分布式控制系统，采用全冗余、多重隔离等可靠性设计技术，并吸收了安全系统的设计理念，从而保证系统的长期稳定运行。

HOLLiASMACS-K基于工业以太 和PROFIBUS-DP现场总线构架，集成基于HART标准协议的AMS对现场智能设备进行统一管理，并且可以轻松集成SIS、PLC、MES、ERP等系统，使现场智能仪表设备、控制系统、企业资源管理系统之间的信息无缝传送，实现工厂智能化、管控一体化。

同时，本系统集成火电、化工等各行业的先进控制算法平台，为工厂自动控制和企业管理提供深入全面的解决方案，从而实现生产、设备和安全三大目标的最佳协调，帮助用户实现最小的全生命周期维护成本、最大的设备投资回 。

1. 1. 系统结构

如图1-1所示，系统 络架构从上至下由管理 （MNET）、系统 （SNET）、控制 （CNET）三层构成。管理 为可选 络层，用于和厂级生产管理系统如MES、第三方管理软件等进行通讯，并可通过INTERNET实现安全的信息发布，实现数据的高级管理和共享。系统 连接工程师站、操作员站、历史站和控制站等系统节点，支持P-TO-P（对等 ）、C/S（客户机/服务器）、P-TO-P和C/S（混合）三种 络结构，可快速构建星形、环型或总线形拓扑结构的高速冗余 络，符合IEEE802.3及IEEE802.3u标准，100/1000Mbps自适应。控制 用于控制站的主控制器与各I/O模块及智能设备的连接，支持星形和总线形结构，符合IEC61158（国标：JB/T10308.3-2001，欧标：EN50170），确保现场级通讯的实时、稳定、快速。

1. 络设备：

交换机：工业安全交换机。

通讯介质：SNET和MNET使用STP5或UTP5类双绞线，多模或单模光缆，CNET使用IOBUS专用电缆，多模或单模光缆。

 

系统组件

HOLLiAS MACS-K系统的组件主要包括以下几个：

1. 工程师站

主要用于系统管理和组态维护及修改。

工程师站具有组 能力（可作为 络服务器）或多终端能力，采用双 卡配置，可以通过交换机与全厂管理 络相连。

工程师站可兼作操作站。

1. 操作员站

每台操作员站都具有工程师站的功能。

操作站的主机是工作站或高性能工业用计算机，其操作系统是通用的、适用于工业化的、可靠的操作系统。

操作站的硬件规格为32位总线，32位或以上CPU，SCSI外设控制器。操作站带有硬盘驱动器，并能配置成冗余型，使主机能够单独自启动。操作站能配置光盘驱动器、活动硬盘等高密度外部数据存储设备。操作站可配触摸式操作员键盘。

操作站所有的外设及接口是通用的，硬盘驱动器、光盘驱动器、显示器、通用键盘、鼠标或球标、打印机等是商业化可互换的。

操作员站提供工艺操作人员、工艺工程师及仪表自控人员使用的人机界面，具有工业标准的操作员站专用键盘，主要功能有：

模拟流程图显示功能，交互特性提供模拟常规盘装仪表的操作面板；实时和历史趋势曲线的监视和查询功能； 警监视列表功能；参数成组监视功能；设备日志、操作日志、SOE日志和全日志的查询功能；事故追忆查看功能；工艺 表的定时和即时打印功能；用户管理功能；语音 警提示功能

HOLLiASMACS-K系统操作员站具有分权限，分区域显示、查询、 警、控制功能。

操作站具备不同级别和不同操作区域或数据集合的操作权限。操作级别和权限用密码或钥匙的方式限定。操作员密码和操作权限能由系统管理员设定和修改。

1. 历史站(历史数据工作站)

历史数据工作站具有以下功能：历史数据采集记录、日志生成功能；SOE及事故追忆信息的组织功能；向操作站提供历史趋势数据；非SOE点的时间标签生成功能；历史数据自动存盘功能；向工程师站提供离线查询功能的历史数据文件；向操作站、控制站发送系统校时信 ；存储及检查用户权限和口令。

接在局域通信 上，用于过程数据的存储与管理，并为各分区的历史记录作同步备份。历史数据工作站的机型为服务器型，采用冗余配置硬盘。历史数据工作站配置高密度活动存储设备和可读写光盘驱动器(CD-RW)。

能通过交换机与全厂管理 络相连。历史记录能转存到移动存储设备上。

1. 控制站

HOLLiASMACS-K的控制站能满足大型石油化工装置过程控制的功能及速度要求，具备连续过程控制、批量控制和顺序控制的功能。

控制器具备快速控制能力，从I/O输入经过PID控制运算，到AO输出的累积时间在0.2秒以内。

工艺数据的输入和输出、采集和处理；控制站的主控单元（控制器）具有IOBUS现场总线主站功能；具有强大的控制运算功能，能够完成模拟量反馈控制、开关量的顺序控制。并且能够把以上两者结合，实现更复杂的控制功能。包括以下组态编程语言：FBD：功能块图；CFC：连续功能图；SFC：顺序功能图；ST：结构化文本；IL：指令列表；LD：梯形图。

控制站内部各个部件可以按用户要求实现冗余配置。

可燃气体、有毒气体 警检测器的I/O卡件可为独立卡件。

DCS配备PID参数自整定功能。

系统特点

1. 安全可靠
   1. 全冗余：系统 络、控制 络、控制器、电源模块、I/O模块均可冗余配置，无单点故障。
   2. 多重隔离：系统总线和模块之间采用光电隔离，系统电源和现场电源隔离供电，模块通道之间电气隔离。
   3. 坚固的设计：系统基于恶劣的工业环境设计，抗电磁干扰符合IEC61000，防腐蚀能力满足ISAS71.04标准G3等级要求。
   4. 安全的 络：系统 络采用确定性实时以太 ，配备带防火墙的交换机；控制器CPU采用PowerPC构架的工业级芯片，内置防 络风暴组件。
   5. 丰富的诊断：控制器和I/O模块均带有智能诊断单元，每个模块均可进行通讯状态、信 断线、短路、超量程等完善的自诊断和故障上 。
   6. 高可靠的设计理念：采用了大量的安全系统设计理念，如信 质量位判断、故障导向安全，提高系统可靠性。
2. 灵活开放
   1. 支持P-TO-P（对等 ）、C/S（客户机/服务器）、P-TO-P和C/S（混合）三种系统 络结构。
   2. 支持星形、环型或总线形拓扑结构的工业以太 连接。
   3. 兼容各种现场总线，支持HART、PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA、MODBUS等各类协议。
   4. 功能丰富的HMI人机界面，符合IEC61131-3的控制算法编程软件；支持用户自定义各类功能块和脚本语言。
   5. 可以对控制算法和硬件配置灵活修改，修改后对现场不停车无扰下装。
   6. 系统设计考虑用户使用方便，易维护、易更换，提供了完善的系统状态和诊断信息。

系统规模

1. 1. 支持最多：15个域
   2. 操作员站：64台/域
   3. 现场控制：64台/域
2. 单个现场控制站规模
   1. I/O模块数：100个
   2. I/O点数： 1600点
   3. 模拟量控制回路数：128个
   4. 支持的最大通讯点数:20000个
3. 实时响应能力
   1. SOE精度：0.5ms
   2. SOE事件分辨率：1ms
   3. 从操作键入到相应输出变化：＜1s
   4. 控制器任务调度周期：50ms,100ms,200ms,500ms,1s
   5. 画面数据更新时间：＜1s

系统指标

1. 工作环境
   1. 工作温度： -20～60℃
   2. 工作湿度： 5%～95%相对湿度，无凝结
   3. 存储温度： -40～80℃
   4. 存储湿度： 5%～95%相对湿度，无凝结
   5. 海拔高度： -300～3000m
   6. 大气压： 86Kpa～106Kpa
   7. 振 动： 加速度0.5g，振动频率：10Hz≤f≤60Hz，每分钟一倍频程（±10%）
   8. 防护等级： IEC60529，IP20
   9. 环境适应性：符合ISAS71.04 G3等级
2. 电磁兼容性
   1. 静电放电抗扰度：符合IEC61000-4-2
   2. 射频电磁场辐射抗扰度：符合IEC61000-4-3
   3. 电快速瞬变脉冲群抗扰：符合IEC61000-4-4
   4. 浪涌（冲击）抗扰度：符合IEC61000-4-5
   5. 射频场感应传导骚扰抗扰度：符合IEC61000-4-6
   6. 电压暂降和短时中断抗扰度：符合IEC61000-4-11

技术特色

K系列控制器配置400MHz处理器，拥有纳秒级的处理速度，在速度、性能和功能方面优势突出。

1. 可选冗余
   1. 可在同一背板上配置冗余控制器。采用主、从热备冗余，主、从控制器模块同时接收 络数据，同时做控制运算，但只有主控制器输出运算结果，且实时更新数据。从控制器模块虽然也采集数据和运算，但并不输出控制命令。一旦工作中的主模块发生故障，从模块自动升为主且切换过程是无扰的。这种冗余配置方式，极大地提高了系统连续运行的能力。
2. 抗220VAC
   1. I/O模块安装增强型底座上，具有抗AC220V功能。在通道接线端子误接220VAC时，保护系统和模块不受损坏。该功能通过增强型底座上的保险电路实现。保险管采用插拔式结构，方便更换和维护。
3. 热插拔
   1. 所有模块（通讯模块、控制器和I/O模块）均支持带电拔插。当某个模块发生故障时，维修人员可在不影响系统正常运行的情况下进行维修和更换。
4. 故障诊断
   1. I/O模块均带有故障检测功能，周期性地进行自诊断，并将诊断结果上 控制器。
   2. I/O从站模块根据类型不同提供了各样的硬件诊断功能。诊断信息以诊断数据的形式通过多功能总线上 控制器，在编程软件中调用专门的诊断功能块，就可以读取各种诊断数据，判断现场设备的运行情况。
   3. I/O模块的诊断级别既有针对整个从站的模块级诊断，又有通道级诊断，且每个模块的每个通道的诊断功能单独设置，互不干扰，比如通道是否使能、通道超量程诊断等，软件采用下拉式菜单设计，操作简单方便。
   4. 诊断过程在硬件模块中进行，从站模块直接向控制器提供该模块的诊断数据。用户无需编写任何组态算法即可实现对现场信 的故障诊断。
   5. 模块的面板上均有不同颜色的状态指示灯，包括运行灯、通道灯、 络通信灯等。LED状态指示灯的亮、闪、灭组合代表了模块不同的运行状况，使得各模块的运行状态一目了然。

现场控制站硬件介绍

现场控制站作为信 采集和控制设备，是整个控制系统的核心单元，完成系统的实时控制过程，它是是整个系统工作的硬件基础。

控制器模块

控制器模块是现场控制站的核心控制部件，协调控制站内软件和硬件的关系，完成各项控制任务。控制器可以自动完成数据采集、信息处理、控制运算等各项功能，向上通过系统 与工程师站、操作员站、数据服务器等设备相连，接收上层的管理信息，并向上传递工艺装置的特性数据和采集到的、输出的实时数据；向下通过控制 IO总线与 I/O 模块相连，实现与 I/O 模块的信息交换，完成现场信 的输入采样和输出控制。

冗余的主控制器安装在主控背板上，实现供电、对外通讯、冗余连接等功能。控制 通过IO-BUS模块扩展可以连接最多100个I/O模块。通过选用不同的IO-BUS模块，控制总线拓扑结构可构成星型和总线形，同时支持远程I/O机柜。

表 2-1 控制器主要性能

项目		指标
CPU类型		工业级PowerPC, 400MHz, 32位
存储器	NOR FLASH	16M Bytes
	NAND FLSAH	128M Bytes
	DDR2 SDRAM	128M Bytes
	掉电保持SRAM	1M Bytes
冗余	冗余方式	1:1热备冗余
	冗余数据同步速率	100Mbps
	冗余切换时间	50ms
掉电保护	工作方式	后备电池保持
	电池寿命	5年，可在线更换
调度周期	基本调度周期	100ms, 200ms, 500ms, 1s
	快速调度周期	50ms

1. 自身状态诊断

故障诊断对象是控制器的基础硬件以及各个功能块，最终达到诊断整个控制器的目标。

控制器支持下述几类功能诊断：

1. 1. 硬件故障诊断——实时进行本机IO总线通讯收发器故障诊断、内部电源故障诊断、时钟诊断、冗余电路状态诊断、掉电保护SRAM诊断；
   2. 板上温度检测——印制板上温度高于90℃ 警；
   3. 通讯 络连接状态诊断——系统 连接状态诊断、控制 连接状态诊断；
   4. 掉电保护电池容量不足诊断——低于2.8V时 警；

与IO-BUS模块配合可获取控制柜内温度、各电源状态等信息。

1. 冗余功能

主控制器采用1:1冗余配置保证可靠性。互为冗余的一对控制器安装在4槽控制器底座中，主、从机热、备冗余方式，一个控制器处于工作状态（主机），另一个控制器处于备用状态（从机），主从机状态可通过面板上STANDBY指示灯判别。

控制模块通过内部冗余控制电路保证两个冗余控制器间的组态、数据和运行周期保持一致。两个主控制器同时接收 络数据，同时做控制运算，但只有一个输出运算结果。

1. 1. 周期自动同步——主机与从机每周期交互同步数据，从机使用同步数据跟随主机运行，同步过程不影响整个控制过程。
   2. 无扰切换——当主机出现致命故障时，如果从机工作状态正常，则进行主、从切换。该切换为无扰切换，切换过程不会影响整个控制过程，不会导致输出通道的扰动。
   3. 实时诊断——冗余的控制器实时的进行自身状态诊断，并相互诊断，当主机出现影响控制的故障时，从机在50ms内切换成为主机。
   4. 在线更换——故障的控制器可以在线更换，更换不影响整个控制过程。
2. 掉电保护

主控制器在运行过程中自动保存组态数据、过程数据以及部分需要掉电保护的关键数据。当控制器断电时，以上数据会在后备电池的支持下保持至少3个月（具体保持时间视电池使用情况定）。

当后备电池的容量不足时，控制器会上 电池电量不足的 警信息，在出现 警后的3个月内必须完成电池更换。更换后备电池时，主控制器模块可带电，也可不带电。当采用不带电更换时，掉电保护的数据将丢失。

1. 短路保护功能

主控背板上共有6列模块的多功能总线（系统电源+现场电源+通讯）接口，并且接口冗余。每列模块的每路系统电源（S）和现场电源（F）均安装有快速熔断保险丝，当某一路电源出现问题时，不会影响其他电源的工作，熔断的保险丝可就地更换。

IO模块主要性能

1. I/O模块的基本特性如下所述：
   1. 模块支持1:1冗余配置，冗余切换无扰
   2. 单模块供电冗余、通讯冗余
   3. 支持带电插拔
   4. 通道与系统之间电气隔离
   5. 模块级故障诊断，实时自检，通道侧电源、IO-BUS冗余通讯 络故障诊断等
   6. 通道级故障诊断，断线、短路检测，并通过面板上的通道LED灯指示
   7. 具备强大的过流过压保护功能
   8. 熔断保险丝可就地更换，简单、方便
   9. 开关量通道供电可自由选择柜内电源或外配电源
   10. EMC三级抗干扰能力
   11. 精致外壳封装，实施喷涂三防漆处理
   12. 倾斜插卡式设计，有利于模块内热量散发，同时提高了机柜内的安装容积率
   13. 模块与底座防混插设计
   14. 导轨安装方式，方便安装和拆卸
2. I/O模块常规性能指标
   1. 防尘防水指标： IP20
   2. 工作温度：-20℃~60℃
   3. 工作湿度： 5%RH ~95%RH
   4. 存储温度：-40℃~80℃
   5. 存储湿度： 5%RH~95%RH
   6. 冗余切换时间：≤5ms
3. 16通道模拟量输入模块指标
   1. 精度≤0.1%
   2. 支持HART通讯
   3. 自由量程设定
   4. 支持软件滤波
   5. 二线制外供电保护功能
   6. 抗AC220V功能
   7. 短路、断线检测
   8. NAMUR欠量程、超量程诊断
4. 16通道热电阻输入模块指标
   1. 精度≤0.1%F.S.
   2. 支持二线制、三线制和四线制
   3. 自由量程设定
   4. 支持软件滤波
   5. 短路、断线检测
5. 16通道热电偶输入模块指标
   1. 精度≤0.1%F.S.
   2. 自由量程选择
   3. 冷端补偿计算可选择在模块内或控制器内
   4. 冷端采集故障检测
   5. 断线检测
6. 8通道模拟量输出模块指标
   1. 8通道信 输出
   2. 精度≤0.2%F.S.
   3. 支持HART通讯
   4. 抗AC220V功能
   5. 开路检测
   6. 故障安全输出功能
7. 32通道数字量输入模块指标
   1. 24/48VDC查询电压
   2. 支持有源/无源触点信 输入
   3. 支持NPN/PNP信 接入
   4. 支持继电器隔离输入
   5. 信 滤波去抖
   6. 信 颤振检测
   7. 抗AC220V功能
   8. 查询电压检测
8. 32通道SOE输入模块指标：
   1. 24/48VDC查询电压
   2. 支持有源/无源触点信 输入
   3. 信 滤波去抖
   4. SOE事件分辨率：1ms
   5. 事件缓存：200条
   6. 抗AC220V功能
   7. 查询电压检测
9. 16通道数字量输出模块指标
   1. 继电器隔离输出
   2. 继电器触点输出过流保护
   3. 通道侧电压检测
   4. 故障安全输出功能

控制 络拓扑结构

控制 （IO-BUS总线）连接主控制器与I/O单元，实现二者之间的数据交换。IO-BUS模块可以实现 络的星形拓扑连接。

K系列IO-BUS模块最多支持三级级联，其扩展方式如下表所示：

供电和接地

在MACS-K系统中，现场控制机柜（I/O柜、继电器柜、ETS柜等）接入2路独立的220V AC电源，为UPS电源和厂用保安段电源。

1. I/O模块供电

1. 控制器的电源由系统电源供电。
2. 非外供电的AI模块包括四线制AI及TC、RTD模块，系统电源给CPU和I/O BUS供电，ADC侧由现场电源供电。
3. 外供电AI/AO模块包括两线制AI模块、AO模块，它们的外供电部分由经过板内热插拔后的现场电源供电，其他部分的供电与非外供电AI模块相同。
4. 非外供电通道隔离AI模块即四线制隔离AI模块，每个通道的电源由现场电源经过隔离DC/DC转换供电。
5. 外供电通道隔离AI模块即两线制隔离AI模块，每个通道外供电由现场电源经过隔离DC/DC转换供电。
6. DI模块的查询电源可以有外部独立查询电源供电，也可以由现场电源供电。
7. DO模块的接点侧电源由现场电源提供。

1. 接地说明

1. 一个系统只允许唯一的最终接地点，一般与电气接地 共地，如果现场信 使用不同的接地点，必须考虑电气隔离措施。
2. 严格区分不同性质的地，做到不混接。不同性质的地用分干线接入各自的汇流板（或者直接接入总的汇流板），各汇流板用总干线接入公共接地极（ ），在最终处汇入一点接地。
3. 防雷保护地通过避雷器/冲击波抑制器与电气接地 的主干线相连。
4. 机柜的金属部分应避免与建筑结构钢筋发生直接的电气连接。

系统功能说明

系统组态软件

系统组态由以下组态工具构成：

1. 工程总控

工程总控主界面，运行于工程师站，用来部署和管理整个DCS系统。

用户可通过该工具生成在线操作的流程图和界面模板。该软件针对不同行业提供了丰富的符 库，以方便用户绘制美观实用的界面。它还支持用户自定义符 库。

1. AutoThink

控制器算法组态软件，运行于工程师站。

以上三个软件都采用树状工程组织结构管理组态信息，界面清晰，简单易用。

1. 操作员在线

监视和控制软件，运行于操作员站。完成实时数据采集、动态数据显示、过程自动控制、顺序控制、高级控制、 警和日志检测、监视、操作，可以对数据进行记录、统计、显示、打印等处理。

1. OPC客户端

完成与遵循OPC协议的第三方通讯功能。

1. 仿真启动管理

仿真模拟运行现场控制站、历史站和操作员在线。

1. 离线查询

该工具可按日期查询系统的趋势、 警、日志等历史数据，以帮助用户分析系统运行情况或事故原因。

1. 操作员在线配置工具

该工具可配置操作员在线的默认信息，包括域 、初始页面路由信息等。

1. 版本查询工具

该工具可查询当前安装的MACSV6.5.2软件的所有文件的版本信息。

1. 查看授权信息

提供分类查看授权信息、完成软件授权的功能。

1. HSRTS工具

升级控制器RTS程序。

1. 系统调试

可以监视所有现场设备的运行状态，启停控制程序。

可对变量进行强制和写入，并支持批量写入和强制。

可对历史版本进行监视。

1. 参数回读

在调试过程中，会对某些变量的运算值进行测试、整定，因此会造成它们的在线值与离线值不一致；通过“参数对齐”窗口，使两个值重新相等。

硬件设备组态

MACS-K系统为方便硬件设备组态，提供了图形化的硬件配置界面，包括添加删除硬件模块和硬件模块参数组态。有如下特点：

1. 支持批量添加
2. 支持第三方设备导入
3. 支持模块信息查看和图形化的参数组态
4. 提供添加模块的树形结构图，使组态清晰明了

功能块库说明

MACS-K系统提供了丰富的功能块，包括基本逻辑功能块、高级运算、IO处理、自定义功能块、控制运算等。其中控制运算包括常规控制（手操器（MAN）、普通比例积分微分控制（PID）等）、复杂控制（串级PID、采用PID、分程PID、顺控设备等）、马达控制（一位式马达控制（输出一个）、双速马达控制（输出三个，高速、低速、停止）、二位式马达控制（输出两个）等）、阀门控制（一位式阀门控制、二位式阀门控制、一位式阀门控制等）四大类。

1. 自定义功能块

用户根据实际需要，可自行定义功能块；该功能块的使用方法与系统功能块相同。

1. 算法库灵活配置

用户根据实际情况，可对缺省加载的算法库文件进行灵活配置。

1. 库自动更新

用来对版本低的库进行升级，使这些库的版本与软件的版本一致。

编译和下装

系统提供全编译和增量编译两种编译方式，增量编译是在原目标文件上做增量追加。

下装也分为全下装和增量下装，增量下装只将修改的部分下装到主控单元继续运算，对于正在运行的主控单元是无扰下装。

系统监视和控制

在线监控系统可以完成实时数据采集、动态数据显示、过程自动控制、顺序控制、高级控制、 警和日志检测、监视、操作，可以对数据进行记录、统计、显示、打印等处理。

监控系统面向操作员，以模拟流程图、棒状图、数值表、趋势曲线、 表、按钮、对话框等方式为用户提供数据，执行操作指令并发送至现场控制站。通过监控系统，操作员和工程师可以完成：监控自动控制过程，实时人工干预，自动打印或者按需求打印工作 表等，还可以通过厂级监控的MES等 络将画面和数据提供给管理者。