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科远智慧--自主可控NT6000智能分散控制系统
  • 点击数:866     发布时间:2024-03-08 20:28:53
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自主可控NT6000智能分散控制系统集先进控制技术、嵌入式软硬件技术、网络通讯技术、信息集成技术、分布式设备管理技术、实时数据库技术、ASIC芯片技术、FPGA技术、现场总线技术于一身,操作站软件基于自主可控的Linux操作系统进行开发,控制器内核基于自主研制的嵌入式实时操作系统和国产处理器芯片进行研制,各种I/O模件和通讯接口模块基于国产芯片和元器件结合自行开发的嵌入式软件进行研制,最终形成完全自主可控的DCS产品。
关键词:

产品概述:

自主可控NT6000智能分散控制系统集先进控制技术、嵌入式软硬件技术、网络通讯技术、信息集成技术、分布式设备管理技术、实时数据库技术、ASIC芯片技术、FPGA技术、现场总线技术于一身,操作站软件基于自主可控的Linux操作系统进行开发,控制器内核基于自主研制的嵌入式实时操作系统和国产处理器芯片进行研制,各种I/O模件和通讯接口模块基于国产芯片和元器件结合自行开发的嵌入式软件进行研制,最终形成完全自主可控的DCS产品。实现了控制系统操作站软件、嵌入式操作系统及软件国产化率100%,控制器、I/O模件的元器件国产化率100%。本产品突破了许多目前只有国外企业掌握的技术难点,可以为国内流程工业自动化和信息化水平的提高提供平台支持。


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性能特点:

可靠性设计和特点:

(1)核心模件均采用坚固的工程塑料外壳封装,具有良好的散热效果。模件均通过了严格的电磁兼容测试,符合三级标准,局部达到四级标准。能够在现场复杂电磁环境中长期稳定工作。

(2)控制网络eNet采用对等式工业以太网,构架在两个物理隔离的冗余工业以太网络上,支持冗余环型或冗余星型网络拓扑结构;系统支持8个网络域连接,每个网络域最多连接64对控制器和64个操作站点,所有网络节点间的数据传输不需要通过服务器传递。网络域间通过三层交换机或路由器实现数据安全传输,任意网络域间数据通讯的权限和数据流向均可设置。每个网络设备都具有两个独立的完全隔离的网络接口,冗余网络同时工作,发送的数据在接受端进行数据过滤和冗余处理,如果发生网络切换,切换时间等于零,在数据应用上没有中断和延时,因此,不存在网络冗余切换问题。

(3)eNet网络采用基于组播网络通信技术,分布式网络管理系统自动监视网络变化及管理过程数据通信,任一eNet网络节点可以随时下线和上线。eNet上所有控制器节点采用基于例外报告式的主动发送机制,由KM950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,大大降低了网络负荷和控制器负荷。在设有10台全功能站的DCS中,NT6000分散控制系统网络负荷为传统方式的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保持恒定。恒定的低负荷带来的更好的任务确定性和更高的可靠性,同时又提高网络通讯的速度,NT6000分散控制系统的操作响应周期小于700ms,大大优于行业标准2.5s。

(4)所有的MMI站均为全功能操作站,根据权限可以随时变更为一般操作员站,工程师站,历史站等,所有MMI站均互为热备用。

(5)分散处理单元KM950采用3处理器结构,主处理器和通信处理器采用军工级低功耗Power PC双核芯片,包含32位400MHz CPU核心(具备64位双精度浮点运算单元)和32位200MHz通信核心;冗余IO处理器采用32位100MHz低功耗RISC处理器,因此,具有更强的通讯处理能力和环境适应性。

(6)KM950冗余控制器采用软硬件容错设计,运行过程中采用控制器同步执行,主控制器允许输出指令的方式,采用创新的例外报告式高可靠性冗余策略,保证任意时刻完成控制器切换,切换时间小于2ms。避免了传统设计中,备用控制器会在冗余切换后不能正常接替工作的问题。

(7)I/O通讯总线具有本地与远程两种通讯模式均采用科远eBus通讯总线,总线通讯速率为3.125Mpbs,为单层多路并行分支结构。每个(对)控制器本地通讯接口最多支持12个I/O分支共96块模件;远程通讯支持最多12个远程站点,每个远程站点最多支持6个I/O分支,总计支持最多24个分支共192块IO模件。eBus单层多路并行分支结构中各分支相互电气隔离,每条分支的电气故障不影响其它分支的正常运行,可靠性更高。

(8)I/O模件供电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,变送器供电采用独立冗余电源模块,充分做到危险分散。

(9)具有专利技术的分布式SOE系统,任一IO分支下的DI模块(包括远程分支)的任一通道均可配置为SOE通道。任一SOE通道触发模式可以选择上升沿、下降沿、双边沿三种模式。eNet网络上所有KM950节点间SOE分辨率<1ms。

(10)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)采用分布式透明数据库设计,数据库分布在每只KM950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,不存在管理系统全局数据库的过程。

(2)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1ms,容量达到10万点。

(3)NT6000支持SAMA图标准组态逻辑,复杂的顺序控制和回路控制都可以用直观易学的模块化组态方式来实现。IO组态支持Excel文件导入导出,简化IO组态操作,所有图形化组态页面可以导出为PDF文档或SVG矢量图形文件,便于工程资料维护存档、二次处理和外部交流。

(4)支持在线组态功能,具备多人同时对同一控制器进协同组态能力,允许多人在线进行组态修改和进行控制器及无扰下装。控制器组态更新没有编译过程,新组态在一个控制周期内生效,可以随时修改随时可用,便于参数修改和多人同时进行现场调试。

(5)离线仿真功能,通过虚拟控制器软件,可以在任意一台PC机上同时仿真64个控制器节点,不同的PC机上的仿真控制器间可以相互通讯,同时仿真控制器也可以与真实控制器通讯,功能和网络特性与真实控制器完全一致。虚拟控制器软件具备仿真控制器工况冻结,保存,恢复(回滚)的功能,结合模型软件很容易构成虚拟DCS仿真系统。

(6)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。

先进性设计和特点:

(1)采用高性能PowerPC芯片,控制器最快控制周期为5ms;控制器与I/O卡件采用eBus直接通讯,12个本地分支满负荷配置下读写I/O数据的时间在10ms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的操作响应周期小于700ms。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)控制器KM950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。

KM950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KM950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)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。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。

(4)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。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。

 

适用领域:

电力、石化、建材、冶金、市政、煤矿、船舶、国防安全等

 

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推荐理由:

通过自主可控NT6000智能分散控制系统的成功实施与应用,能够摆脱国产控制系统对国外芯片和核心软件的依赖,不受国际形势的影响,实现流程工业领域的重大核心装备DCS实现技术以及供应链的完全自主可控,同时激活国内芯片及元器件市场,提国内产品的使用率和质量,为工业产业产品全面的自主可控提供技术和市场支撑。自主可控NT6000智能分散控制系统在产品技术上也具备诸多创新点:

①实时控制网络安全通讯技术研究。首次提出了大规模工业控制实时网络通讯中采用加密认证技术对实时网络数据进行加密认证,防止非授权访问,提高了整个工控实时网络系统的安全性。

②基于国产嵌入式多核处理器的控制器软硬件容错技术。首次提出通过采用国产多核嵌入式处理器多核并行执行的模式,将DCS控制器控制核心、通信核心以及错误诊断核心进行分离的多核心并行处理技术,从硬件层隔绝通讯层、控制层和错误诊断层,防止通讯层的攻击引入到控制层,极大的提高了控制系统的安全性。

③国产软硬件的自主可控DCS系统示范应用。

自主可控国产DCS,其操作系统(包含但不仅限于上位机、下位机操作系统等)采用国产操作系统,其他软件(包含但不仅限于数据库软件,组态软件,嵌入式软件等)自主开发,软件国产化率达到100%。

自主可控国产DCS硬件(包括DCS控制器、IO模件、通讯模件等)采用国产电子元器件(包含但不仅限于集成电路芯片、分立元器件等),I/O模件硬件国产化率达到100%,控制器硬件国产化率达到100%以上。

目前,自主可控NT6000智能分散控制系统已在大唐南电#2 660MW超超临界机组、大唐托克托#2 600MW机组等项目中成功投运,并在煤化工和锂电材料等化工行业细分领域、冶金铁前主工艺、建材,以及城市水务管理等领域推广应用。

 


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