本章將確認每種功能，并理解其結(jié)構(gòu)。

目              錄

3.1 關(guān)鍵詞條 1
3.2 硬件 2
3.2.1 安裝方式 2
3.2.2 硬件組態(tài) 4
3.3 信號流圖 6
3.4 現(xiàn)場控制單元（FCU） 7
3.5 節(jié)點接口單元（NIU） 8
3.6 I/O模件 9
3.7 冗余度和可靠性 11
3.7.1 FCS的冗余度和可靠性 11
3.7.2 FCS處理器卡的雙重化冗余及其高可靠性 12
3.8 FCS的結(jié)構(gòu) 13

3.2 硬件
有8種形式的硬件可供選擇，可從下列各項中選出最佳組合：
功能  : 標準的或擴展的
組態(tài)  : 單機或雙重化冗余
安裝體: 機柜或19″機架

 3.2.1 安裝方式
1臺FCU和多個節(jié)點安裝在專用的機柜內(nèi)，也可安裝在通用的19″機架上。它們可自由地分開或組合，安裝在機柜和機架上。例如：FCU和一些節(jié)點安裝在機柜內(nèi)，同時另一些節(jié)點安裝在地儀表盤上的機架中。

（1）機柜形FCS
機柜形FCS
正面：1臺FCU和3個節(jié)點(1個節(jié)點最多可容納4個I/O模件插槽)。
背面：3個節(jié)點（1個節(jié)點最多可容納5個I/O模件插槽）。

用于安裝節(jié)點機柜
正面和背面總共可安裝6個節(jié)點（每個節(jié)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(jié)點安裝用機架，每個機架中可安裝2個插槽。
  I/O擴展形機架，每個可安裝3個模件插槽。
結(jié)構(gòu)：19″機架。
安裝：儀表盤上；通用機柜中；本地表盤上。

現(xiàn)場控制單元（FCS）在機架上的安裝。

圖3.2 FCS在機架上的安裝

3.2.2 硬件組態(tài)
FCS由一個現(xiàn)場控制單元（FCU），最多可由8個節(jié)點組成，由遠程輸入/輸出總線（RIO總線）連接起來，如圖3.3所示。

現(xiàn)場控制單元（FCU）
   FCU為一個微處理器組件，完成FCS的控制和計算。

節(jié)點（遠程I/O單元）
   節(jié)點為一種信號處理裝置，它將現(xiàn)場來的I/O信號經(jīng)變換后送給FCU，遠程輸入/輸出總線將FCU和節(jié)點連接起來。一個節(jié)點由一個與現(xiàn)場信號連接的“I/O單元”和一個與FCU通訊的“節(jié)點接口單元”（NIU）組成。

圖3.3 FCS的硬件組態(tài)

RIO總線
遠程總線（RIO總線）可組成雙重化冗余結(jié)構(gòu)，它為連接FCU和各個節(jié)點的通訊母線。雙絞線電纜及功率放大器用于短距離傳送，中繼器和光纖通訊放大器用于長距離傳送。遠程總線允許在不懸掛FCU控制和中斷與其他節(jié)點的數(shù)據(jù)通訊的條件下增加節(jié)點或改變節(jié)點。

表3.1   RIO總線的技術(shù)規(guī)格

3.3 信號流圖
圖3.4說明從接收現(xiàn)場信號到向現(xiàn)場輸出信號的信號流圖。

圖3.4 FCS信號流圖（舉例）

3.4 現(xiàn)場控制單元（FCU）
現(xiàn)場控制單元由三種卡件（處理器卡，節(jié)點通訊卡和電源卡）、一個V 網(wǎng)通訊偶合器和RIO總線偶合器組成。在雙重化組態(tài)的FCU中，每一種卡均成對安裝。圖4.20為FCU的結(jié)構(gòu)。

圖3.5   雙重化FCU的結(jié)構(gòu)


表3.2  FCU的硬件規(guī)格

（注1）ECC：糾錯碼（Error  Correcting Code）

3.5 節(jié)點接口單元（NIU）
（a）節(jié)點接口單元（NIU）
NIU是節(jié)點的一部分，它經(jīng)RIO總線與FCU通訊，這個單元由通訊卡和電源組成，可以制成雙重化冗余結(jié)構(gòu)。
1個NIU最多可接5個各種類型的I/O單元。

圖3.6 節(jié)點在機柜中的安裝（雙重化節(jié)點）

(b)I/O單元
I/O單元由輸入/輸出過程信號的I/O模件及安裝這些模件的卡盒組成。 有5種類型的卡盒可供選用：
模擬I/O模件卡盒
高速掃描用模擬I/O模件卡盒
如果模擬I/O模件卡盒作高速掃描用，這時只能增加1個其他類型的卡盒。即在該節(jié)點中，I/O單元的最大數(shù)量限定為2。在高速通訊卡槽中的I/O模件為標準技術(shù)規(guī)格產(chǎn)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
連接器形接點I/O模件卡盒

3.6 I/O模件
輸入模件將過程模擬輸入信號轉(zhuǎn)換成為數(shù)字數(shù)據(jù)以使FCS能夠處理它。輸出模件轉(zhuǎn)換FCS的數(shù)字數(shù)據(jù)為模擬信號和接點信號，產(chǎn)生輸出數(shù)據(jù)。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：接點信號源電壓為24V DC，這適于保護普通接點，并在最壞的大氣條件能讀接點狀態(tài)。
注2：24VDC 電壓加至信號源以保護普通接點。

圖3.7    I/O模件及卡盒

3.7 冗余度和可靠性
3.7.1 FCS的冗余度和可靠性
圖3.8為FCS的冗余組成結(jié)構(gòu)，圖上V net通訊偶合器和內(nèi)部總線間共享部件均是雙重化冗余結(jié)構(gòu)。

圖3.8 FCS雙重化冗余結(jié)構(gòu)

3.7.2 FCS處理器卡的雙重化冗余及其高可靠性
CENTUM CS系統(tǒng)中, 每個FCU處理器卡采用了成對互備互校系統(tǒng)，真正實現(xiàn)了FCU處理器卡的雙重化冗余。這種系統(tǒng)是世界上任何DCS所沒有采用的。正如下面將要介紹的，這種方法給出了常規(guī)雙重化冗余系統(tǒng)沒能解決的若干問題的解決辦法。
?如果由于電氣干擾或自然輻射而發(fā)生短暫運算，校正器通過校對卡上兩CPU的計算結(jié)果檢測到這種錯誤，并隨時地進行備用切換。
?后備處理器卡不停的進行控制運算，并保持與控制側(cè)處理器卡同步，這樣做到了控制卡中數(shù)據(jù)向備用卡的無擾動切換。

兩個處理器卡分別裝在左右側(cè)，任一側(cè)都可作為控制卡，另一個為備用卡。

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(quán)。
（1）每個處理器卡有兩個CPU，它們執(zhí)行同樣的控制運算，校正器在每個運算周期校核兩個CPU的運算結(jié)果，當(dāng)兩CPU的結(jié)果一致時，便認為運算正確，數(shù)據(jù)將送給主存貯單元或總線接口卡。主存貯單元配有錯誤校正碼（ECC碼），它能校正偶發(fā)性的位反相差錯,以阻止貯存器產(chǎn)生嚴重差錯。
（2）如果兩個CPU的計算結(jié)果不一致，控制運算將認為是錯誤的，控制權(quán)將交給備用處理器卡。
（3）由于備用處理器卡同步地執(zhí)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(quán)后能立即將控制運算數(shù)據(jù)送給總線接口。
（4）檢測到運算錯誤的處理器卡執(zhí)行一種自診斷功能。當(dāng)自診斷后沒有發(fā)現(xiàn)異常時，則認為運算錯誤是偶發(fā)性的。非正常狀態(tài)恢復(fù)后轉(zhuǎn)為備用狀態(tài)，備用處理器執(zhí)行控制運算，并與控制側(cè)處理器同步。

3.8 FCS的結(jié)構(gòu)
培訓(xùn)中心使用柜式FCS.
模擬I/O模件和數(shù)字I/O模件用作輸入/輸出模件。圖3.9為培訓(xùn)中心的FCS結(jié)構(gòu).

圖3.9     FCS的結(jié)構(gòu)