现场控制站的结构设计优化方法

现场控制站由功能组件、各种端子接线板、现场电源、机柜及相应机械结构组成。

1.功能组件

功能组件是现场控制站的核心部分，下面以DCS和利时HS2000为例介绍功能组件的结构，如图3-2所示。

和利时功能组件以插件箱、总线底板为固定结构，在总线底板上插入电源模块、主控模块和各种I／O模块。主控模块包括1块CPU板和1块SENT系统网络接口板，两者通过PCI04总线连接。各I／O模板包括I／O功能板和相应的信号调理板，两者通过总线底板连接。每个现场控制站必须包括一个主控组件，根据I／O量的要求，可以配置0～2个辅助组件。插件箱中每个模板处有2个插槽，其中左边为主插槽，插入CPU板或I／O功能板；右边为副插槽，插入I／O调理板。

主控组件的配置方法为：第0号槽只能插入系统电源模块；第1、2号槽均可插入主控模板，构成双冗余主控结构。在非冗余主控结构中，2号插槽中可插入I／O模板；第3～7号插槽插入各种类型的智能I／O模板，其中任意两个相邻插槽可插入同种I／O模板，构成冗余I／O结构。一个现场控制站可以不配置辅助组件，也可以扩充配置1～2个辅助组件作为主控组件的I／O扩展。

图3-2　和利时功能组件

1—SENT接口；2—主控模板；3—SENT接口；4—故障灯；5—运行灯；6—通信灯；7—手动复位开关；8—I／O组件机架；9—I／O模板；10—通道指示灯；11—CRT接口；12—RS-232接口；13—电源开关；14—系统电源模块；15—电源指示灯

辅助组件的配置方法为：第0号插槽内只能插入系统电源模块；第1～7号插槽插入各种类型的智能I／O模板，其中任意两个相邻插槽可插入同种I／O模板，构成冗余I／O结构。

2.端子接线板

端子接线板具有信号转接的作用，端子接线板有HS2T30和HS2T31两种。HS2T30可与多种信号调理板连接，并带一个热电偶冷端补偿电路。HS2T31是为数字I／O调理板配套设计的端子板。

3.现场电源(www.xing528.com)

现场电源位于机柜的上部，由现场电源模块和电源插件箱构成，插件箱内最多可容纳4个电源模块。现场电源提供24 V直流电源，为现场2线制变送器及I／O端子板供电。DCS的电路通常由直流稳压电源供电，每个机柜内的电路集中供电，提供5 V、±12 V的直流电平。有时这些电平由集中供电的24 V电源分压、稳压得到。有些系统采用开关电源、磁芯变压器。所有这些电源都来自120 V或220 VAC的交流电网。

交流电源经过DCS配电盘的断路器给系统供电，将现场控制站与交流电源相接时，要确保电路的正确接地。将交流供电系统的绿色安全线与计算机房的金属框架相接，可以防止危害操作人员的静电的累积，并为由设备误动作、闪电冲击等引入的错误电流提供旁路通道。

为保证现场控制单元完全可靠地工作，提供了稳定的供电电源系统，根据问题的严重程度及造价不同，采用不同的解决电源扰动的办法。

（1）若最大的扰动是由附近设备的开关引起的，则采用超级隔离变压器。这种特殊结构的隔离变压器在初级、次级线圈中有额外的屏蔽层，能最大隔离共模干扰。

（2）系统若有严重的电流泄漏问题，引起暂时的电压降低情况，应引入电网调整器，当初级电压在一定范围内变化时，保持次级电压的相对稳定。较经济的电网调整器可用铁磁共振的饱和变压器，这些还包括超级隔离变压器的屏蔽技术，使其与电网安全隔离，抑制开关噪声，调整适应初级电压变化。

（3）系统若有较严重的停断情况时，必须采用不间断电源（UPS）。不间断电源包括电池、电池充电器及直流-交流逆变器。来自电网的交流电首先与不间断电源输入相接，然后不间断电源的输出与现场控制单元相接。平时，电网给电池充电，并给现场控制站等插板供电，当有断电时，电池经逆变器给FCU等插板供电。只要停断电时间不超过不间断电源所允许的限额，现场控制单元就会正常工作。

为了进一步提高可靠性，大多数系统都采用了冗余电源技术，即采用主副两组电源，由两条线路交替供电，一条线路出现故障时则切换到另外一条线路。

总之，良好的供电系统是现场控制站正常工作的前提，必须引起DCS设计者的重视。

4.机柜

机柜能够容纳现场电源、功能组件、端子板、风机等硬件，具有防尘、防电磁干扰、防有害气体侵蚀及抗振动冲击等作用，一般放在远离中央控制室的过程区。机柜的使用需要考虑温度、湿度等工作环境条件，因此常配合密封门、冷却扇、过滤器等，有时还配有温控开关，当机柜内温度达到一定限度时产生报警信号。

机柜如图3-3所示。