1． NCS4000控制系統概述
　　NCS4000控制系統是新一代分布式現場總線控制系統，適用于中、大規模工業控制環境，提供過程控制、邏輯控制和批處理控制功能。
　　NCS4000控制系統結構如下圖所示：

NCS4000控制系統具有如下特點：
☆支持中、大規?？刂葡到y應用，物理連接能力8192點；
☆支持FF、PROFIBUS DP、 AS-I、 HART等多種現場總線標準；
☆支持控制器冗余、網絡冗余、I/O模塊冗余、電源冗余等多種冗余方式；
☆支持設備管理、診斷與維護功能；
☆支持分布式組態、離線組態、仿真等多種功能；
☆支持IEC61131-3編程標準；
☆開放的數據訪問接口，支持OPC標準；
☆集成先進過程控制技術，提供行業解決方案。

2． NCS4000控制系統組成
　　NCS4000控制系統是全分布式的現場總線控制系統，分人機接口、控制站、現場設備三層結構。其中現場設備包括符合現場總線通信協議標準的智能傳感器、變送器、執行器和其他儀表等。NCS4000控制系統的架構如下圖所示：

　　NCS4000控制系統由控制站、工作站、現場總線設備及控制網絡組成。一個NCS4000網絡中最多有32個NCS4000控制站。工作站由工業控制計算機構成，數量沒有嚴格的限制，理論上講不應超過（254 － 32 ） 222臺，但實際應用中不可能有這么多，64臺以內就應該能滿足絕大多數應用的需要。
　　下圖描述了一個基本的NCS4000控制系統構成，其中包括：

　　1. 多于1個的NCS4000控制站。NCS4000控制站是一個實現現場數據采集、運算控制、網絡通信、設備診斷和維護等功能的工業控制設備。它由控制器模塊、I/O子系統、電源模塊構成，是NCS4000控制系統中的核心設備。
　　2. 多于1個的NCS4000工作站。NCS4000工作站可以是一臺常規的工業控制計算機，也可以是一臺普通的計算機。它提供控制應用組態、HMI畫面顯示、歷史數據記錄等功能。
　　3. 必要的網絡連接設備，如交換機等。
　　4. 控制網絡。NCS4000的控制網絡采用的是基金會現場總線標準定義的高速以太網（FF HSE），提供具有網絡冗余功能的100M網絡連接功能。

3． NCS4000控制系統硬件
　　NCS4000控制系統采用FF HSE現場總線作為控制網絡，最多可以連接32個NCS4000控制站，掛接在HSE網絡上的NCS4000控制站可以實時通信，組成控制回路，提供全分布的控制功能。
　　NCS4000控制系統的核心部件是NCS4000控制站。NCS4000控制站是一個實現現場數據采集、控制、網絡通信、設備診斷和維護等功能的工業控制設備。
NCS4000控制站由控制器模塊、I/O子系統、電源模塊及附屬設備構成，如下圖所示。

　　1. 控制器模塊。在NCS4000控制站中，負責現場I/O信號的采集、處理、控制和網絡通信功能的單元稱為NCS4000控制器模塊。NCS4000控制器模塊采用雙CPU結構，分別使用ARM7和ARM9系列CPU，內存16M。雙CPU協同工作分別負責各I/O模塊的管理、識別定位、數據輸出，及各種控制算法的執行、控制器冗余、通信控制和協議處理等工作；NCS4000控制器模塊可以并發處理255個控制線程，同時運行5000個控制算法功能塊；NCS4000控制器模塊支持熱插拔和冗余功能。
　　2. I/O子系統。I/O子系統為控制器模塊提供現場I/O信號接入功能，由種類不同的I/O模塊、I/O端子及I/O背板組成。
☆I/O背板。I/O背板采用無源串行背板總線技術，是控制器模塊與各I/O模塊的數據交換通道，也為各I/O模塊提供工作電源。I/O背板支持I/O模塊熱插拔。另外，I/O背板提供了不同傳輸速率的總線通信能力，支持高速的開關量模塊連接，提供1ms的I/O通道更新速率。

☆I/O模塊。I/O模塊可以連接多種現場物理信號，如4～20mA工業標準信號、開關量信號、熱電阻信號、熱電偶信號等，也可以輸出控制各種執行機構、電器開關等設備；同時，I/O模塊可以提供總線連接能力，連接FF H1、HART、PROFIBUS DP等多種現場總線。另外，I/O模塊本身具有開路短路檢測、電源故障等自診斷功能，易于現場設備的維護和診斷。

☆I/O端子。I/O端子是現場物理信號的接入連接點，提供8路、16路連接能力，又可分為冗余端子和非冗余端子。
　　
　　3. 電源模塊。NCS4000控制站電源模塊采用1 1冗余電源結構，24VDC供電，輸出功率40W。電源模塊具有熱插拔、輸出過流保護、輸出過壓保護、面板診斷指示等功能。

　　4. 附屬設備。NCS4000控制站的附屬設備包括用于遠程連接的背板延長線、左延長器、右延長器及終端匹配器。NCS4000控制站的I/O子系統可以使用背板延長線進行延伸，每個控制站的允許最大延長長度為10米。

　　在NCS4000控制系統中，可以連接的NCS4000控制站數量是32個。每個NCS4000控制站最多可以連接的I/O子系統是4個。每個I/O子系統可以連接8個I/O模塊，通常每個I/O模塊的I/O通道數量是8。因此，NCS4000控制系統的最多I/O連接能力為8192點：
NCS4000系統規模 = 32（控制站） X 4（I/O子系統） X 8（I/O模塊） X 8（通道） = 8192

另外，當I/O模塊提供總線連接能力時，系統規模進一步擴大。
目前，NCS4000控制站支持的I/O模塊種類有：
☆FF  H1現場總線接口模塊
☆AI模塊, 8-通道, 電壓輸入
☆AI模塊, 8-通道, 電流輸入
☆AO模塊，8-通道，電流輸出
☆DI模塊，8-通道，24VDC輸入
☆DI模塊，8-通道，250VAC輸入
☆DO模塊, 8-通道, 24VDC電壓輸出型
☆DO模塊, 8-通道, 250VAC回路供電型
☆RTD模塊, 4-通道，熱電阻輸入
☆TC模塊, 8-通道，熱電偶輸入

4． NCS4000控制系統軟件
　　NCS4000的軟件系統采用分布式結構，從軟件的功能及數據處理角度看，分數據服務、配置管理、監控應用三類，有以下組成部分：
☆數據服務：實時數據庫。實時數據庫由多個分布式I/O服務器軟件組成，I/O服務器提供標準的OPC DA接口。

☆配置管理：系統信息數據庫、NCS4000資源管理器（NCS4000 Explorer）、分布式控制策略組態軟件。

☆監控應用：HMI軟件、歷史數據管理軟件、設備管理軟件。
另外，安全管理系統、系統信息同步、報警、冗余等功能貫穿上述各個軟件。

　　NCS4000的軟件系統運行與工作站上，并與控制器進行通信，以達到訪問、管理NCS4000控制站的目的。軟件結構如下圖所示：

　　1. NCS4000資源管理器。NCS4000資源管理器負責管理NCS4000系統中的組態配置信息，負責建立組態控制策略以及將組態控制策略下載到實際的NCS4000控制站中。NCS4000資源管理器軟件界面與Windows XP操作系統中資源管理器相仿，使用簡單。
　　2. 組態軟件。NCS4000組態軟件提供功能塊圖、梯形圖兩種編程語言，符合IEC61131-3標準，其中功能塊圖編程方法與基金會現場總線（FF）功能塊組態方法兼容。
　　3. 實時數據庫及其配置程序。NCS4000實時數據庫由多個分布式I/O服務器軟件組成，I/O服務器提供標準的OPC DA接口；實時數據庫配置程序管理現場I/O數據的通信。對于現場I/O連接數量較多時，提供I/O讀寫平衡分配功能，并提供I/O服務器冗余配置功能。
　　4. 歷史數據管理及其配置程序。歷史數據配置程序可以完成歷史數據項的定義、配置以及歷史數據庫管理等工作，可以完成定制歷史數據庫中的各種參數、存儲方式、歸檔間隔、備份方式等功能。歷史數據管理系統包括管理配置工具、記錄程序、歷史數據庫以及客戶工具。
☆　管理配置工具從實時數據庫處獲得系統數據字典信息，主要完成歷史數據項的定義、配置以及歷史數據庫管理等工作；

☆　記錄程序是一個后臺進程，它連接實時數據庫，按配置方案進行歷史記錄，將數據存儲到歷史數據庫。在一個規模較大的NCS4000系統中，運行不止一個歷史記錄程序，以分擔系統負荷。一般情況下，歷史記錄程序應與它所連接的I/O服務器位于同一個物理位置（計算機），這樣可以減輕網絡負擔。

☆　歷史數據庫是一個專門記錄歷史數據的數據庫系統。在NCS4000系統中使用通用（商用）數據庫。通用數據庫包含當前流行的各種（關系型）數據庫管理系統，如MS SQL Server、Oracle等大中型數據庫，以及Access等桌面數據庫。

　　5. NCS4000安全系統管理工具。NCS4000安全系統管理工具可定義組、用戶，可設置相關權限。組、用戶對系統的權限主要有如下幾大類，每類中有若干分項：
☆?管理類（Admin）：用戶管理、系統升級等。
☆?配置類（Config）：組態、下載、診斷、校準等。
☆?操作類（Operator）：HMI瀏覽、歷史數據瀏覽等。
☆?瀏覽類（Guest）。

　　6. HMI開發環境。HMI軟件大體上分兩部分：開發環境和運行系統。

☆?開發環境以可視化的方式供用戶開發系統監控畫面，生成HMI工程（由一組畫面文件及配置文件組成）；

☆?運行系統可以“打開”開發環境生成的HMI工程，根據配置連接實時數據，更新畫面，并長期運行。對于沒有開發環境的操作員站，可以在安裝了開發環境的工程師站上開發HMI工程，并將HMI工程直接“部署”到操作員站。

　　7. 設備管理配軟件提供現場設備監測 、設備位號分配 、設備校準 、設備參數設定等功能，同時支持FF 現場總線設備診斷功能。
　　NCS4000系統軟<