科远 NT6000分散控制系统

系统概述

        NT6000分散控制系统基于科远十余年的技术积累，通过引进消化吸收国际先进技术，并与国内自动化需求相结合的产物。

        “易用于外，坚固于芯；速度无限，控制有方；数字互连，信息呈现” NT6000的品牌诉求集中体现了科远股份对于DCS产品本质的认识和不懈追求，更可靠，更易用，更先进，严苛精进的要求将成就志向高远的领先产品。

        目前，该产品已取得”通用工业控制器”、“基于人工智能的火电厂自动控制系统”等多项专利成果。并通过中国电力联合会组织专家评审，鉴定委员会一致认为：NT6000分散控制系统的各项性能指标，满足大型火电机组控制的应用要求，NT6000分散控制系统在可靠性和易用性方面达到国内外先进水平。

系统结构图

坚固于芯

 

• 核心部件采用坚固的铝合金封装    

• 符合电磁兼容EMC三级标准

• 平均无故障时间（MTBF）：200000小时

• 军工级PowerPC芯片400MHZ RISC 8247       

• 12段冗余I/O分支相互隔离，I/O总线可靠性设计的新标杆

• 主备控制器同时运算，创新的高可靠性冗余设计

• 物理隔离的冗余工业以太网络

• 每个网络设备都具有两个独立网口

• 双网同时工作，在接受端进行数据过滤，网络的冗余切换时间等于零

• 采用基于组播技术的控制器主动发送机制

• 无论多少台操作员站，控制器只发送一次数据

• 控制器具有确定的数据服务任务，负荷恒定，运行更可靠

• 1台操作站和100台操作站的网络负荷相同

• 操作响应周期小于700ms­­­­

• 直达通道级的、直观全面的自诊断系统

• 控制器、卡件、操作员站、交换机都具有自诊断能力

易用于外

• 系统机柜采用模块化设计

• 机柜内部没有手工接线

• 一把螺丝刀就可以快速完成装配和折卸工作

• 最大接线密度和最宽松接线空间的完美组合

• 直观、易学的模块化组态方式

• 组态资料能够直接生成工程资料

• 不需要维护逻辑图和IO清册

• 数据库分布在每只KM940控制器中，透过eNet网络协议和数据接口被应用程序直接访问

• 无服务器分布式设计，提高了系统可靠性

• 透明化数据管理，直观而易于管理和理解

• 数据记录精度达到100ms，容量10万点

• 提供驻留数据服务,以曲线形式表征当前趋势—在内存中记录最近一段时间的数据

        • 所有操作员站均可快速（≈1秒）调用历史数据服务

 

 

速度无限 

 

 

• 最快的操作响应周期

• DPU运算周期设置不同，操作响应周期在420ms~970ms之间

        • 符合人体工学，操作流畅

 

 

控制有方

 

 

• 1000个PID100ms运算周期仅占2%负荷

• 丰富的热工自动化专业控制模块

• 自定义模块功能

• 为热控工程师提供有力的工具和广阔的舞台

• SFC组态工具

• 符合IEC61131-3标准，以自然语言的方式描述顺序控制过程

• SFC程序量精减，易于理解

        • 适用于复杂的顺序控制逻辑

 

 

数字互连

 

 

• 基于Profibus的现场总线解决方案

• KM940控制器具有冗余的Profibus接口

• 支持Profibus-DP/PA的应用

• 兼容西门子Profibus解决方案

• 基于工业以太网的多总线冗余解决方案   

• 在统一架构下兼容多种现场总线协议

• 完善的冗余总线方案支持关键性应用

• 高可靠性和经济性的布线方案

 

信息呈现

 

 

• 信息化解决方案

• 专用数据隔离装置确保控制系统安全

• 采用自动转换工具，信息层可以直接使用控制层的画面和应用

• 基于SyncBase实时数据库，兼容多种主流实时数据库

• 基于现场总线的设备管理系统

• 现场总线不仅用于传递实时数据，还用于传递管理信息

• 实时的管理信息与设备管理系统的结合为资产管理带来全新的理念

 

 

可靠性设计和特点

 

 

        （1）NT6000 DCS的核心模件均采用坚固的铝合金封装，具有良好的散热效果和电磁屏蔽性能，密封型封装设计对恶劣环境有更强的适应能力。

        控制器、I/O卡件等部件均通过了严格的电磁兼容测试，至少符合三级标准。能够在现场复杂电磁环境中长期稳定工作。

        （2）NT6000DCS的分散处理单元KM940，采用军工级的PowerPC芯片8247，支持精简指令集（RISC），主频400MHz，具有更强的通讯处理能力和低功耗环境适应性。

        KM940的主从控制器采用同步运算的冗余策略，备用控制器也在执行与主控制器相同任务。避免了传统设计中，备用控制器仅仅跟踪主控制器，不进行控制运算，在备用状态下正常，而在冗余切换后不能正常接替工作的问题。创新的冗余策略具有更高的可靠性。

        KM940的I/O通讯总线eBus为单层设计，KM940直接与每块I/O直接通讯，速度更快；eBus总线被分为12段物理隔离的分支，每段分支的电气故障不影响其它分支的正常运行，可靠性更高。

        （3）KM940的冗余控制网络eNet构架在两个物理隔离的冗余工业以太网络上，单个网络的任何故障（包括网络风暴）都不会影响。

        eNet上的每个网络设备都具有两个独立的网络接口，单个网口的故障，不影响系统的正常运行。eNet的两个网络是同时工作的，某个设备的A网故障，某个设备的B网故障，如果这两个设备之间没有直接的数据通讯，那么系统仍然能够正常工作，完全不同于只能一条总线运行的总线型逻辑网络。

        双网同时工作，发送的数据在接受端进行数据过滤和冗余处理，如果发生网络的冗余切换，切换时间等于零，在数据应用上没有中断和延时。

        （4）NT6000的eNet网络采用基于组播技术的控制器主动发送机制，由KM940控制器根据数据的变化情况，进行主动地发送。无论有多少台操作员站，控制器只发送一次数据。
        由于DCS的主要数据通讯流量都是控制器上行至操作站的数据流向，这种设计方案会稍稍加大操作站的通讯处理负荷，但是能够大大降低网络负荷和控制器负荷。在设有10台全功能站的DCS中，NT6000网络负荷和控制器通讯负荷均为传统方式的1/10，而控制器的通讯负荷也为传统方案的1/10，而且随着操作站数量的增加，网络负荷和控制器负荷是恒定。恒定的低负荷带来的更好的任务确定性和更高的可靠性。

        （5）NT6000的eNet网络设计方案在带来低负荷和可靠性的同时，还能够大大提高网络通讯的速度，NT6000的典型操作响应周期小于700ms，大大优于标准的2.5s。

        （6）NT6000的I/O供电设计采用两路冗余直流电源均送到I/O模件，在I/O模件中实现两路电源切换，充分做到危险分散。

        （7）NT6000 DCS系统DPU组态软件采用分页组态方式，在线组态、修改和下载对系统的安全运行影响最小。

        DPU组态软件默认组态模式是在线组态，该模式下组态软件获得最多的组态功能（相对于离线组态模式）。

        在线组态模式下，DPU组态软件与NT6000网络上目标DPU建立点对点通讯连接。与目标DPU自动建立起通讯连接后，组态软件可以在线监视DPU中的组态页面的执行，也可以修改单页或多页组态逻辑。修改后的组态页面可以直接下装至目标DPU中，覆盖原逻辑页面。新逻辑页面在一个DPU执行周期内生效。修改过的组态页面在覆盖DPU中的原组态页面时，仅对页面中修改的组态或模块参数生效，没有变动的逻辑组态和模块仍保持页面覆盖前的状态继续执行。

        在线组态模式下，修改并下装组态页面不会对系统中没有变更的组态、模块参数或控制环路造成扰动（故意打断控制逻辑回路或变更模块参数除外）。NT6000 DCS系统在线下装的最小逻辑单元是一个组态页面，其中最小的组态变更范围是单个功能模块的单个参数。

        （8）NT6000 DCS系统DPU在线组态与下装在不涉及与设备相关的控制回路时，不会对设备的运行造成任何扰动。其中，设备相关的控制回路包括：设备的反馈通道、设备的输出通道、设备的控制逻辑、设备控制功能块参数。操作员在确认对设备相关的控制回路的组态修改不会对设备当前运行状态产生扰动时，在线组态与下装同样不会对设备执行造成扰动。

        （9）在大型复杂系统中，DCS的管理往往随着规模的增大变得困难，虽然各个模件都设计了自诊断功能，但是缺乏直观有效的管理界面。在DCS出现冗余部件的损坏之后，由于缺乏直观的自诊断界面，维护人员未能及时排除故障，DCS实质上处于部分的单个运行状态，当两只冗余部件全部损坏之外，系统就会发现有后果故障。因此自诊断界面的设计也直接关乎DCS的可靠性。

        在NT6000中，设计了直观易懂的系统诊断画面，将每个控制器、I/O卡件、操作员站的自诊断信息进行收集，集成处理和显示。一旦出现风吹草动，系统诊断画面将直接指出出现问题的部件，引导维护人员进行维修。故障的过程都会产生详细故障记录，便于事后分析。

易用性设计和特点

        （1）NT6000的系统机柜及其中的各个部件，全部采用模块化标准设计，机柜内部没有任何的手工接线。这样的标准机柜能够进行工厂化生产，以保证更高质量、更短的交货时间和更低的成本。标准机柜配上不同的卡件就能够满足不同项目的需求。

        机柜中的各个部件都使用预置模块进行连接，减少手工接线，不仅降低了人工成本，也提高系统的可靠性和维护的便利性。模块化设计的机柜，只需要一把螺丝刀就可以快速地完成装配和拆卸工作。机柜设计方案充分利用机柜正反四边的接线空间，是最大接线密度和最宽松接线空间的完美组合。

        （2）NT6000支持真正的IEC61131-3组态标准，无论是复杂的SAMA图逻辑还是多分支多步序的顺序控制要求，都可以用直观易学的模块化组态方式来实现。

        NT6000的组态资料符合工程应用习惯，能够直接生成工程资料，用于存档和外部交流。

        在DCS的应用和开发过程中，经常性地会出现系统配置和功能要求的变更，每一个变更都会引起DCS组态、工程资料的相应变化。一般成熟的DCS中，组态功能都比较强，增加一块卡件，修改一个逻辑，调整一个画面，往往是几分钟的时间，而修改相关的工程资料则需要几个小时。在NT6000中提供工程资料的自动维护功能，将工程师从烦琐的资料整理工作中解放出来，系统能够保证生成的逻辑图和IO清册的准确性，为资料的存档和交流工作提供了强有力的工具，使DCS的开发维护工作事半功倍。

        （3）NT6000采用分布式透明数据库设计，数据库分布在每只KM940控制器中，通过eNet网络协议和数据接口被应用程序直接访问。

        对于使用者而言，可以直接使用KM940控制器的所有数据，而不必关心网络协议和接口程序的冗余校验、压缩等数据处理过程。网络协议和接口程序不需要做任何设置工作，是完全透明的，使用者可以直接在KM940控制器的组态系统中管理数据库，数据库是透明和易于理解的。分布式透明数据库仅仅依赖KM940控制器而存在，通过网络直接传送到操作站，没有任何的中间环节。数据通讯的可靠性和传输速度都优于服务器结构的DCS。=

        （4）NT6000的历史数据功能采用客户/服务器的结构来完成，设计开发了功能强大的高性能历史数据库，数据记录精度可以达到100ms，容量达到10万点。

        在每个操作员站中通过历史数据客户端可以快速方便地调出历史数据服务器存储的所有数据，即使是长达数月的历史数据，都能够在1秒左右的时间内调出。NT6000的历史数据客户端功能丰富，使用灵活，为操作员提供有效的数据分析手段。解决了传统DCS中，历史数据功能只能提供给工程师站或少数客户端使用，调用数据慢，用户界面复杂的问题。改变了历史数据不能被普通操作员掌握和使用的局面，为操作员更好使用地DCS进行过程分析、提高运行水平提供了技术基础。

        （5）NT6000的所有开关量输入模件同时具有SOE功能，只需通过组态软件组态数字量输入模件I/O通道为SOE通道，即可实现对所有（或部分）DI通道的SOE记录功能，不仅减少硬接线I/O数量，而且不会因为系统的不同分布给SOE点布置和维护造成困难。

先进性设计和特点

        （1）NT6000采用了高性能的PowerPC芯片，控制器运算周期最快能够小于10ms；控制器与I/O卡件采用eBus直接通讯，满负荷配置下读写I/O数据的时间在50ms以内；控制器采用eNet协议降低了通讯负荷，提高了通讯速度，读写控制网络的时间在200ms以内。

        在以上三种技术基础的支持下,NT6000的操作响应周期能够达到700ms。NT6000 700ms的操作响应周期指标大大优于目前2.5s的行业标准，是符合人体工学的最高标准，将操作人员从画面操作的停顿等待中解放出来，能够改善操作人员的操作感受，提高运行操作效率。

        （2）NT6000的控制器KM940是目前行业内运算能力最强大的控制器之一，以100ms的周期运算1000个PID来测试，仅占用2%的运算负荷。强大的运算能力能够实现控制工程师的各种先进的控制算法和完善的逻辑设计。

        KM940的组态工具提供了丰富的热工自动化专业控制模块，包括设备级控制、补偿算法、典型回路控制。而且还提供了功能强大的模块二次开发功能，工程师可以通过IEC标准的开发工具编写出各种自定义模块，并将其纳入NT6000的标准算法库中。

        NT6000的KM940拥有强大的运算能力，丰富的模块支持和灵活的二次开发能力，为工程提供了有力的工具和广阔的舞台。

        （3）NT6000支持IEC标准的顺序功能模块（SFC）的组态方式，能够以自然语言的方式描述复杂的顺序控制过程。

        在传统DCS中，一般以顺控功能块的方式提供顺控的组态手段，这种组态手段对于没有控制分支的顺控程序是可能满足要求的。当分支增加、步序变多，功能块组态方式的程序量会呈现几何级的增长，也就限制了顺序控制的设计和实现水平。这也是很多DCS不能很好地实现主机自启停功能和辅助车间顺序控制的部分原因。

        NT6000支持的SFC组态方式，适用于描述复杂的顺序控制逻辑，程序结构直观易于理解，当设计复杂度提高时，SFC的程序量仅呈现线性增加。采用了SFC的技术，NT6000的控制水平和适用范围会得到进一步提高和扩大。

        （4）NT6000分散控制系统支持现场总线应用，能够从变送器、执行机构、电气保护装置等智能控制装置用数字通信方式获得过程数据和诊断信息，以提高信号传输精度和速度，降低投资，提高现场设备的智能化和信息化水平。

        NT6000的KM940中设计了冗余的Profibus接口，兼容西门子的Profibus解决方案，支持Profibus-DP和Profibus-PA的各种现场设备。

        同时，NT6000具有基于工业以太网的多种现场总线冗余解决方案，将能够支持Hart、Profibus、FF、Can等多种现场总线的高可靠性混合应用。

系统性能指标

运行环境

        供电电源：180VAC～264VAC

        存储温度范围：-40℃～+85℃.    

        运行温度范围：-20℃～+65℃.

        相对湿度：5～95%RH不结露.


抗干扰性能

        辐射规范：EN50081-2

        电磁兼容性：CEEMC 认证

        设备安全规范：EN61010(1993)

        抗震动规范：符合IEC 61131-2

        抗冲击规范：符合IEC 61131-2

        隔离方式：光电隔离

        共模抑制比：90db（50Hz/60kHz）

        抗共模电压：250V

        差模抑制比：60db（50Hz/60Hz）

        抗差模电压：90V

系统规模和容量

        控制器带I/O模件数量   96块

        控制器处理模块数量 4096个

        实时数据库容量     200000点

        历史数据库容量     100000点 

        控制网络节点数量  255个

        工程师站/操作员站 100个

        单个网段控制器     50对

系统实时性

        控制器对模拟量信号的最快扫描时间：10ms

        控制器对开关量信号的最快扫描时间：10ms

        模拟量控制回路控制周期：50ms( 包括I/O 模件与CPU 通讯时间)

        数字量控制回路控制周期：20ms( 包括I/O 模件与CPU 通讯时间)

        控制周期：5ms～30s可调

        控制器冗余切换时间：<5ms

        控制器冗余切换数据更新时间：<20ms

        画面刷新时间：＜0.5s

        画面数据更新时间：＜0.5s

        模入信号精度：±0.1%

        模出负载能力（Ω）：750Ω

        开关量输入查询电压：48VDC 

脉冲量输入

        输入脉冲最高频率：100KHZ

        允许最大脉冲幅值：60V

        SOE 分辨率：<1ms

        系统内时间同步误差：<1ms

        软件伺服放大器定位精度：±0.2% 

通信网络

        网络形式：交换型工业快速以太网

        通信标准：TCP/IP

        通信速率：100M～1Gbps

        网络介质：光纤/UTP/STP

        系统支持网络节点数：255 个站

        系统MTBF   大于等于200000小时

        系统可用率 大于等于99.9%

        冗余电源

        冗余系统网络

        冗余控制器

        冗余I/O模块

        模块支持带电更换

        模出保持

系统兼容性及相关认证

        系统设计遵从下列国际标准，并通过了严格的电磁兼容测试，至少符合三级标准。

            • 静电电抗扰度（IEC61000-4-2）

            • 辐射抗扰度（IEC61000-4-3）

            • 快速脉冲群抗扰度（IEC61000-4-4）

            • 冲击浪涌抗扰度（IEC61000-4-5）

            • 传导抗扰度（IEC61000-4-6）

            • 脉冲磁场抗扰度（IEC61000-4-8）

            • 电压跌落抗扰度（IEC61000-4-11）

            • 无线电骚扰（CISPR 22）

            • 谐波电流限制（IEC61000-3-2）

            • 电压波动和闪烁的限制（IEC61000-3-3）

       
        系统产品通过CE认证，完全符合欧盟EMC指令和LVD指令（低电压电气设备）。

相关链接：“NT6000分散控制系统”项目通过科技成果鉴定

鉴定会现场