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Yokogawa CENTUM VP 集成生产控制系统（TI33J01A10-01EN）
时间: 2025-10-30浏览次数：
Yokogawa CENTUM VP 集成生产控制系统（TI33J01A10-01EN）
Yokogawa CENTUM VP 集成生产控制系统（TI33J01A10-01EN）
系统定位与发展背景
1. 核心定位
CENTUM VP 是横河第 8 代分布式控制系统（DCS），基于 “高可用性、灵活扩展、全生命周期成本优化” 设计，可实现工厂从 “控制 - 安全 - 资产 - 生产” 的一体化管理，支持最大 100 万个标签（Tag）的监测规模，适配从小型到超大型复杂工厂的需求。
2. 发展历程
1975 年：横河推出首款 CENTUM 系列 DCS，开创分布式控制先河；
迭代升级：历经 CENTUM-XL、CENTUM V、CENTUM CS 等 7 代产品，2005 年后逐步演进至 CENTUM VP，2015 年发布 R6 版本，2019 年更新至第 6 版手册；
市场规模：截至 2019 年 3 月，全球累计交付超 2.89 万个项目，核心应用于石油天然气（占比最高）、石化、化工等领域，欧洲、中东、亚洲为主要市场。
系统核心优势
CENTUM VP 围绕 “操作、工程、控制、生产管理、维护、项目” 六大场景设计核心优势，具体如下：
场景 核心优势
操作层面 1. 统一操作界面：集成控制、安全、资产数据，避免信息过载；
2. 持续优化：支持操作最佳实践固化与场景化操作建议。
工程层面 1. 灵活设计：基于 AD Suite 工程环境，支持 “模块式工程”（独立于硬件配置设计控制逻辑）与 “无模块工程”（先定硬件再设计）；
2. 高效复用：模块可复用历史项目经验，缩短项目周期。
控制层面 1. 超高可靠性：FCS（现场控制站）可用性达 99.99999%，支持故障规避、容错运行、快速恢复；
2. 灵活 I/O：支持 N-IO 模块（软件配置 DI/DO/AI/AO 信号），减少接线成本。
生产管理 1. 快速 PDCA 循环：通过 S95/B2MML 标准集成 MES 与企业系统；
2. 安全集成：内置控制网络安全认证，保障数据传输安全。
维护层面 1. 在线升级：支持不停机修改与升级，无单点故障风险；
2. 长期兼容：40 年产品迭代中保持向后兼容，保护历史投资。
项目层面 1. 快速交付：集成 DCS、SIS（安全仪表系统）、PIMS（工厂信息管理系统）等，降低集成风险；
2. 成本可控：标签授权仅分 8000 点（小型）、10 万点（中大型）、100 万点（多厂联动）三档。
系统架构与核心组件
CENTUM VP 采用 “3+N” 基础架构（3 个核心组件 + N 个扩展组件），通过 Vnet/IP 控制网络实现互联，支持灵活扩展。
1. 三大核心组件
（1）人机界面站（HIS）
定位：操作员监控与操作终端，基于 Intel x86 PC+Windows 系统，安装操作监控软件；
特性：1. 无单点故障：多 HIS 可互为备份，不依赖服务器；
2. 灵活显示：支持 16:10/4:3 宽屏，多显示器联动，窗口可跨屏移动；
3. 符合标准：遵循 EEMUA #191 报警系统设计指南，集成报警管理软件（CAMS）。
（2）现场控制站（FCS）
定位：系统核心控制器，横河自主设计制造，负责控制计算、I/O 信号处理；
硬件结构：分为机柜式与机架式，含 FCU（现场控制单元）+ 节点单元（安装 I/O 模块），支持多节点单元扩展 I/O 点数；
可靠性设计：1. 双重冗余：处理器、电源、I/O 模块、网络均冗余；
2. 故障处理：故障时无缝切换至备用模块，支持在线更换故障模块；
3. 独立运行：无需 HIS 即可实现基础控制，数据与逻辑存储于本地。
（3）控制网络（Vnet/IP）
技术规格：符合 IEEE802.3 以太网标准，1Gbps 带宽，双重冗余；
核心特性：1. 确定性通信：横河专有协议保障实时性，HIS 数据更新间隔≤1 秒；
2. 精准同步：支持各站点 5ms 内时间同步；
3. 开放互联：可接入非 CENTUM 组件（如第三方 PLC、仪表）。
2. 扩展组件（按需配置）
组件名称 功能定位
工程站（ENG） 安装 AD Suite 工程软件，负责系统配置、控制逻辑设计、参数调试；支持 “模块式” 与 “无模块” 工程。
通用子系统网关（GSGW） 通过 OPC DA 接口集成子系统数据，实现子系统与 CENTUM VP 统一监控。
系统集成 OPC 站（SIOS） 基于 OPC 接口集成第三方过程控制系统（PCS），实现数据与报警双向交互。
统一网关站（UGS/UGS2） 集成 STARDOM 控制器、第三方 PLC，支持 OPC DA/A&E、Modbus、Ethernet/IP 等协议，可双机冗余。
高级过程控制站（APCS） 执行高级控制算法（如模型预测控制），提升工厂运行效率。
总线转换器（BCV） 实现 CENTUM VP 与前代系统（如 CENTUM CS 3000、μXL）的通信中继。
安全仪表系统（ProSafe-RS） TÜV SIL3 认证，负责紧急停车（ESD）、火气检测（F&G）、燃烧器管理（BMS），与 CENTUM VP 无缝集成。
工程环境（AD Suite）
AD Suite 是 CENTUM VP 的核心工程环境，替代前代系统的传统工程工具，支持 “集中化数据管理 + 灵活工程方法”，由三大模块组成：
1. 核心组成
AD Server（自动化设计服务器）：1. 集中存储工程数据（ADMDB 数据库）；
2. 管理项目变更历史，支持备份与恢复；
AD Organizer（自动化设计组织器）：1. 模块式工程核心工具，支持模块创建、实例化、批量编辑；
2. 查看变更历史与依赖分析结果；
VP Builder：1. 无模块工程工具，含 System View、Recipe View 等；
2. 负责 HIS、UGS 等非 FCS 站点的工程配置。
2. 工程方法
AD Suite 支持两种工程方法，满足不同项目需求：
工程方法 适用场景 核心流程
模块式工程 中大型项目、需复用历史经验的场景 1. 创建 “类模块”（模板，含控制逻辑、报警属性、设计文档）；
2. 实例化 “应用模块”（实际控制单元）；
3. 批量编辑与绑定硬件（后期可修改 I/O 配置）。
无模块工程 小型项目、硬件配置固定的场景 1. 先确定 FCS、I/O 模块等硬件配置；
2. 基于硬件设计控制逻辑与 I/O 信号分配；
3. 直接下载至站点运行。
3. 关键功能（含标准与可选）
标准功能：无模块工程、变更历史管理、AD Server / 项目管理；
可选功能：1. 模块式工程包：支持模块创建与复用；
2. 整定参数管理：对比设计值与现场值，批量下发参数；
3. 批量编辑：表格化编辑控制逻辑、报警属性，支持一致性检查；
4. 变更控制：通过 ModPack 表单管理变更流程（申请 - 分析 - 执行 - 测试 - 确认）；
5. 依赖分析：分析控制逻辑、I/O、图形标签的关联关系，评估变更影响范围。
控制功能（FCS）
FCS 是 CENTUM VP 的控制核心，承担 “数据采集 - 控制计算 - 信号输出” 全流程，核心特性如下：
1. 硬件设计
紧凑布局：减小设备占地面积，支持安装于 IEC Zone2/Class I Div.2 危险区域，降低安装成本；
冗余设计：处理器、电源、I/O 模块、I/O 网络均双重冗余，Active/Standby 模块同步运行，故障时无缝切换；
灵活扩展：通过节点单元扩展 I/O 点数，支持 FIO（传统 I/O）与 N-IO（软件配置 I/O）模块混合使用。
2. 软件功能
功能块库：提供监控、控制（PID 等）、计算、逻辑、序列控制等功能块，支持常规控制、高级控制、批量控制；
单元监控：将多台设备定义为 “单元”，统一操作与监控，适配批量过程与复杂连续过程；
在线维护：支持工程站不停机修改控制逻辑、参数，修改后直接下载至 FCS，不影响现场控制。
3. 通信支持
支持多种数字现场总线与第三方协议，适配不同智能设备：
现场总线：Foundation Fieldbus、HART、PROFIBUS-DP、PROFINET、DeviceNet、ISA100.11a 无线；
通用协议：Modbus RTU、Modbus TCP/IP、Ethernet/IP、IEC 61850（IED 设备）。
安全与集成能力
1. 与 ProSafe-RS（SIS）集成
安全定位：TÜV SIL3 认证，用于 ESD（紧急停车）、F&G（火气检测）、BMS（燃烧器管理）；
集成优势：1. 统一操作环境：HIS 可直接监控 ProSafe-RS 报警与状态，无需切换界面；
2. 高可用性：采用 “Pair & Spare” 架构，低误跳车率，保障工厂安全与连续运行；
3. 安全合规：符合 IEC 61508 标准，支持安全生命周期管理。
2. 开放性与互操作性
全球 HIST 网络：在日本、荷兰、美国、新加坡设立测试站点，验证 CENTUM 与第三方设备的互操作性，测试结果公开
OPC 集成：通过 Exaopc（OPC 服务器）实现与第三方系统的数据交互，支持 OPC DA（数据访问）、OPC A&E（报警与事件）；
多系统互联：1. 通过 BCV 连接前代 CENTUM 系统；
2. 通过 WAC Router 实现跨 Vnet/IP 域的广域网（含卫星通信）互联；
3. 通过 UGS/UGS2 集成 STARDOM 控制器、第三方 PLC。
工厂全生命周期支持
CENTUM VP 从 “设计 - 建设 - 运维 - 升级” 全周期优化成本，核心措施如下：
1. 设计阶段
精准成本估算：早期可计算 FCS 负载，明确硬件需求；标签授权分三档，减少工程变更成本；
虚拟测试：支持虚拟 FCS/HIS 环境，无需硬件即可测试控制逻辑与操作功能，缩短调试周期，可用于操作员培训系统（OTS）。
2. 运维阶段
在线升级：PC-based 站点（HIS/ENG）一键升级，FCS 按需升级（不使用新功能可不升级）；
资产管理：集成 PRM（Plant Resource Manager）软件，管理现场设备（如 HART、FF 设备），优化维护计划。
3. 升级 / 迁移阶段
平滑迁移：支持从 CENTUM CS 3000/CS 1000 等前代系统迁移，可保留现场电缆、I/O 模块、控制网络；
RIO 系统升级：CENTUM CS/VP 的 RIO（远程 I/O）系统可升级至最新 A2FV70 系列 FCS，复用现有现场接线，缩短停机时间。
