中科博微最新推出NCS4000分布式现场总线控制系统

1． NCS4000控制系统概述
　　NCS4000控制系统是新一代分布式现场总线控制系统，适用于中、大规模工业控制环境，提供过程控制、逻辑控制和批处理控制功能。
　　NCS4000控制系统结构如下图所示：

NCS4000控制系统具有如下特点：
☆支持中、大规模控制系统应用，物理连接能力8192点；
☆支持FF、PROFIBUS DP、 AS-I、 HART等多种现场总线标准；
☆支持控制器冗余、网络冗余、I/O模块冗余、电源冗余等多种冗余方式；
☆支持设备管理、诊断与维护功能；
☆支持分布式组态、离线组态、仿真等多种功能；
☆支持IEC61131-3编程标准；
☆开放的数据访问接口，支持OPC标准；
☆集成先进过程控制技术，提供行业解决方案。

2． NCS4000控制系统组成
　　NCS4000控制系统是全分布式的现场总线控制系统，分人机接口、控制站、现场设备三层结构。其中现场设备包括符合现场总线通信协议标准的智能传感器、变送器、执行器和其他仪表等。NCS4000控制系统的架构如下图所示：

　　NCS4000控制系统由控制站、工作站、现场总线设备及控制网络组成。一个NCS4000网络中最多有32个NCS4000控制站。工作站由工业控制计算机构成，数量没有严格的限制，理论上讲不应超过（254 － 32 ） 222台，但实际应用中不可能有这么多，64台以内就应该能满足绝大多数应用的需要。
　　下图描述了一个基本的NCS4000控制系统构成，其中包括：

　　1. 多于1个的NCS4000控制站。NCS4000控制站是一个实现现场数据采集、运算控制、网络通信、设备诊断和维护等功能的工业控制设备。它由控制器模块、I/O子系统、电源模块构成，是NCS4000控制系统中的核心设备。
　　2. 多于1个的NCS4000工作站。NCS4000工作站可以是一台常规的工业控制计算机，也可以是一台普通的计算机。它提供控制应用组态、HMI画面显示、历史数据记录等功能。
　　3. 必要的网络连接设备，如交换机等。
　　4. 控制网络。NCS4000的控制网络采用的是基金会现场总线标准定义的高速以太网（FF HSE），提供具有网络冗余功能的100M网络连接功能。

3． NCS4000控制系统硬件
　　NCS4000控制系统采用FF HSE现场总线作为控制网络，最多可以连接32个NCS4000控制站，挂接在HSE网络上的NCS4000控制站可以实时通信，组成控制回路，提供全分布的控制功能。
　　NCS4000控制系统的核心部件是NCS4000控制站。NCS4000控制站是一个实现现场数据采集、控制、网络通信、设备诊断和维护等功能的工业控制设备。
NCS4000控制站由控制器模块、I/O子系统、电源模块及附属设备构成，如下图所示。

　　1. 控制器模块。在NCS4000控制站中，负责现场I/O信号的采集、处理、控制和网络通信功能的单元称为NCS4000控制器模块。NCS4000控制器模块采用双CPU结构，分别使用ARM7和ARM9系列CPU，内存16M。双CPU协同工作分别负责各I/O模块的管理、识别定位、数据输出，及各种控制算法的执行、控制器冗余、通信控制和协议处理等工作；NCS4000控制器模块可以并发处理255个控制线程，同时运行5000个控制算法功能块；NCS4000控制器模块支持热插拔和冗余功能。
　　2. I/O子系统。I/O子系统为控制器模块提供现场I/O信号接入功能，由种类不同的I/O模块、I/O端子及I/O背板组成。
☆I/O背板。I/O背板采用无源串行背板总线技术，是控制器模块与各I/O模块的数据交换通道，也为各I/O模块提供工作电源。I/O背板支持I/O模块热插拔。另外，I/O背板提供了不同传输速率的总线通信能力，支持高速的开关量模块连接，提供1ms的I/O通道更新速率。

☆I/O模块。I/O模块可以连接多种现场物理信号，如4～20mA工业标准信号、开关量信号、热电阻信号、热电偶信号等，也可以输出控制各种执行机构、电器开关等设备；同时，I/O模块可以提供总线连接能力，连接FF H1、HART、PROFIBUS DP等多种现场总线。另外，I/O模块本身具有开路短路检测、电源故障等自诊断功能，易于现场设备的维护和诊断。

☆I/O端子。I/O端子是现场物理信号的接入连接点，提供8路、16路连接能力，又可分为冗余端子和非冗余端子。
　　
　　3. 电源模块。NCS4000控制站电源模块采用1 1冗余电源结构，24VDC供电，输出功率40W。电源模块具有热插拔、输出过流保护、输出过压保护、面板诊断指示等功能。

　　4. 附属设备。NCS4000控制站的附属设备包括用于远程连接的背板延长线、左延长器、右延长器及终端匹配器。NCS4000控制站的I/O子系统可以使用背板延长线进行延伸，每个控制站的允许最大延长长度为10米。

　　在NCS4000控制系统中，可以连接的NCS4000控制站数量是32个。每个NCS4000控制站最多可以连接的I/O子系统是4个。每个I/O子系统可以连接8个I/O模块，通常每个I/O模块的I/O通道数量是8。因此，NCS4000控制系统的最多I/O连接能力为8192点：
NCS4000系统规模 = 32（控制站） X 4（I/O子系统） X 8（I/O模块） X 8（通道） = 8192

另外，当I/O模块提供总线连接能力时，系统规模进一步扩大。
目前，NCS4000控制站支持的I/O模块种类有：
☆FF  H1现场总线接口模块
☆AI模块, 8-通道, 电压输入
☆AI模块, 8-通道, 电流输入
☆AO模块，8-通道，电流输出
☆DI模块，8-通道，24VDC输入
☆DI模块，8-通道，250VAC输入
☆DO模块, 8-通道, 24VDC电压输出型
☆DO模块, 8-通道, 250VAC回路供电型
☆RTD模块, 4-通道，热电阻输入
☆TC模块, 8-通道，热电偶输入

4． NCS4000控制系统软件
　　NCS4000的软件系统采用分布式结构，从软件的功能及数据处理角度看，分数据服务、配置管理、监控应用三类，有以下组成部分：
☆数据服务：实时数据库。实时数据库由多个分布式I/O服务器软件组成，I/O服务器提供标准的OPC DA接口。

☆配置管理：系统信息数据库、NCS4000资源管理器（NCS4000 Explorer）、分布式控制策略组态软件。

☆监控应用：HMI软件、历史数据管理软件、设备管理软件。
另外，安全管理系统、系统信息同步、报警、冗余等功能贯穿上述各个软件。

　　NCS4000的软件系统运行与工作站上，并与控制器进行通信，以达到访问、管理NCS4000控制站的目的。软件结构如下图所示：

　　1. NCS4000资源管理器。NCS4000资源管理器负责管理NCS4000系统中的组态配置信息，负责建立组态控制策略以及将组态控制策略下载到实际的NCS4000控制站中。NCS4000资源管理器软件界面与Windows XP操作系统中资源管理器相仿，使用简单。
　　2. 组态软件。NCS4000组态软件提供功能块图、梯形图两种编程语言，符合IEC61131-3标准，其中功能块图编程方法与基金会现场总线（FF）功能块组态方法兼容。
　　3. 实时数据库及其配置程序。NCS4000实时数据库由多个分布式I/O服务器软件组成，I/O服务器提供标准的OPC DA接口；实时数据库配置程序管理现场I/O数据的通信。对于现场I/O连接数量较多时，提供I/O读写平衡分配功能，并提供I/O服务器冗余配置功能。
　　4. 历史数据管理及其配置程序。历史数据配置程序可以完成历史数据项的定义、配置以及历史数据库管理等工作，可以完成定制历史数据库中的各种参数、存储方式、归档间隔、备份方式等功能。历史数据管理系统包括管理配置工具、记录程序、历史数据库以及客户工具。
☆　管理配置工具从实时数据库处获得系统数据字典信息，主要完成历史数据项的定义、配置以及历史数据库管理等工作；

☆　记录程序是一个后台进程，它连接实时数据库，按配置方案进行历史记录，将数据存储到历史数据库。在一个规模较大的NCS4000系统中，运行不止一个历史记录程序，以分担系统负荷。一般情况下，历史记录程序应与它所连接的I/O服务器位于同一个物理位置（计算机），这样可以减轻网络负担。

☆　历史数据库是一个专门记录历史数据的数据库系统。在NCS4000系统中使用通用（商用）数据库。通用数据库包含当前流行的各种（关系型）数据库管理系统，如MS SQL Server、Oracle等大中型数据库，以及Access等桌面数据库。

　　5. NCS4000安全系统管理工具。NCS4000安全系统管理工具可定义组、用户，可设置相关权限。组、用户对系统的权限主要有如下几大类，每类中有若干分项：
☆管理类（Admin）：用户管理、系统升级等。
☆配置类（Config）：组态、下载、诊断、校准等。
☆操作类（Operator）：HMI浏览、历史数据浏览等。
☆浏览类（Guest）。

　　6. HMI开发环境。HMI软件大体上分两部分：开发环境和运行系统。

☆开发环境以可视化的方式供用户开发系统监控画面，生成HMI工程（由一组画面文件及配置文件组成）；

☆运行系统可以“打开”开发环境生成的HMI工程，根据配置连接实时数据，更新画面，并长期运行。对于没有开发环境的操作员站，可以在安装了开发环境的工程师站上开发HMI工程，并将HMI工程直接“部署”到操作员站。

　　7. 设备管理配软件提供现场设备监测 、设备位号分配 、设备校准 、设备参数设定等功能，同时支持FF 现场总线设备诊断功能。
　　NCS4000系统软<