本章將確認每種功能，并理解其結構。

目              錄

3.1 關鍵詞條 1
3.2 硬件 2
3.2.1 安裝方式 2
3.2.2 硬件組態 4
3.3 信號流圖 6
3.4 現場控制單元（FCU） 7
3.5 節點接口單元（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的結構 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  : 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和多個節點安裝在專用的機柜內，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和一些節點安裝在機柜內，同時另一些節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個節點(1個節點最多可容納4個I/O模件插槽)。
背面：3個節點（1個節點最多可容納5個I/O模件插槽）。

用于安裝節點機柜
正面和背面總共可安裝6個節點（每個節點中最多可安裝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。
結構：19″機架。
安裝：儀表盤上；通用機柜中；本地表盤上。

現場控制單元（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
FCS由一個現場控制單元（FCU），最多可由8個節點組成，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。

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

圖3.3 FCS的硬件組態

RIO總線
遠程總線（RIO總線）可組成雙重化冗余結構，它為連接FCU和各個節點的通訊母線。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點的數據通訊的條件下增加節點或改變節點。

表3.1   RIO總線的技術規格

3.3 信號流圖
圖3.4說明從接收現場信號到向現場輸出信號的信號流圖。

圖3.4 FCS信號流圖（舉例）

3.4 現場控制單元（FCU）
現場控制單元由三種卡件（處理器卡，節點通訊卡和電源卡）、一個V 網通訊偶合器和RIO總線偶合器組成。在雙重化組態的FCU中，每一種卡均成對安裝。圖4.20為FCU的結構。

圖3.5   雙重化FCU的結構


表3.2  FCU的硬件規格

（注1）ECC：糾錯碼（Error  Correcting Code）

3.5 節點接口單元（NIU）
（a）節點接口單元（NIU）
NIU是節點的一部分，它經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構。
1個NIU最多可接5個各種類型的I/O單元。

圖3.6 節點在機柜中的安裝（雙重化節點）

(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。即在該節點中，I/O單元的最大數量限定為2。在高速通訊卡槽中的I/O模件為標準技術規格產品。
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換成為數字數據以使FCS能夠處理它。輸出模件轉換FCS的數字數據為模擬信號和接點信號，產生輸出數據。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。
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的冗余組成結構，圖上V net通訊偶合器和內部總線間共享部件均是雙重化冗余結構。

圖3.8 FCS雙重化冗余結構

3.7.2 FCS處理器卡的雙重化冗余及其高可靠性
CENTUM CS系統中, 每個FCU處理器卡采用了成對互備互校系統，真正實現了FCU處理器卡的雙重化冗余。這種系統是世界上任何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雙重化冗余系統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生短暫運算，校正器通過校對卡上兩CPU的計算結果檢測到這種錯誤，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，并保持與控制側處理器卡同步，這樣做到了控制卡中數據向備用卡的無擾動切換。

兩個處理器卡分別裝在左右側，任一側都可作為控制卡，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。
（1）每個處理器卡有兩個CPU，它們執行同樣的控制運算，校正器在每個運算周期校核兩個CPU的運算結果，當兩CPU的結果一致時，便認為運算正確，數據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），它能校正偶發性的位反相差錯,以阻止貯存器產生嚴重差錯。
（2）如果兩個CPU的計算結果不一致，控制運算將認為是錯誤的，控制權將交給備用處理器卡。
（3）由于備用處理器卡同步地執行著與控制處理器卡同樣的控制運算，所以,它在接到控制權后能立即將控制運算數據送給總線接口。
（4）檢測到運算錯誤的處理器卡執行一種自診斷功能。當自診斷后沒有發現異常時，則認為運算錯誤是偶發性的。非正常狀態恢復后轉為備用狀態，備用處理器執行控制運算，并與控制側處理器同步。

3.8 FCS的結構
培訓中心使用柜式FCS.
模擬I/O模件和數字I/O模件用作輸入/輸出模件。圖3.9為培訓中心的FCS結構.

圖3.9     FCS的結構