1、會計學1第1頁/共80頁 每種類型的功能塊都有一個不同的內部算法以及幾個參數每種類型的功能塊都有一個不同的內部算法以及幾個參數來執行不同類型的功能。功能塊不依靠來執行不同類型的功能。功能塊不依靠I IO O硬件，獨立運行基硬件，獨立運行基本的監測和控制功能。例如，模擬輸入模塊本的監測和控制功能。例如，模擬輸入模塊(AI)(AI)提供測量所需提供測量所需基本功能：仿真、推算量程、傳遞函數、阻尼以及報警。壓力基本功能：仿真、推算量程、傳遞函數、阻尼以及報警。壓力變送器中的標準變送器中的標準AIAI模塊跟溫度變送器中的相同。無論在變送器模塊跟溫度變送器中的相同。無論在變送器中、定位器中或中央控制器中

2、，無論設備制造商是誰，標準中、定位器中或中央控制器中，無論設備制造商是誰，標準PIDPID模塊都相同。共有四類具備不同特性的功能塊模塊都相同。共有四類具備不同特性的功能塊( (圖圖2.60)2.60)： 輸入類輸入類(Input Class)(Input Class) 控制類控制類(Control Class)(Control Class) 計算類計算類(Calculate Class)(Calculate Class) 輸出類輸出類(Output Class)(Output Class)第2頁/共80頁圖圖2.60 2.60 功能塊種類功能塊種類第3頁/共80頁2 2功能塊的內部結構與功能塊

3、連接功能塊的內部結構與功能塊連接 功能塊應用進程提供了一個通用結構，把實現控制系統功能塊應用進程提供了一個通用結構，把實現控制系統所需的各種功能劃分為功能模塊，使其公共特征標準化，規所需的各種功能劃分為功能模塊，使其公共特征標準化，規定它們各自的輸入、輸出、算法、事件、參數與塊控制圖，定它們各自的輸入、輸出、算法、事件、參數與塊控制圖，把按時間反復執行的函數模塊化為算法，把輸入參數按功能把按時間反復執行的函數模塊化為算法，把輸入參數按功能塊算法轉換成輸出參數。反復執行意味著功能塊是按周期或塊算法轉換成輸出參數。反復執行意味著功能塊是按周期或事件發生重復作用的。事件發生重復作用的。 圖圖2.61

4、表示表示一個功能塊的內部結構?？梢钥吹剑瑹o論在一一個功能塊的內部結構。可以看到，無論在一個功能塊內部執行哪一種算法，實現哪一種功能，它們與功個功能塊內部執行哪一種算法，實現哪一種功能，它們與功能塊外部的連接結構是通用的。分布在圖中左、右兩邊的一能塊外部的連接結構是通用的。分布在圖中左、右兩邊的一組輸入參數與輸出參數是本功能塊與其他功能塊之間要交換組輸入參數與輸出參數是本功能塊與其他功能塊之間要交換的數據和信息，其中輸出參數是由輸入參數、本功能塊的內的數據和信息，其中輸出參數是由輸入參數、本功能塊的內含參數、算法的共同作用而產生的。圖中上部的執行控制用含參數、算法的共同作用而產生的。圖中上部的執

5、行控制用于在某個外部事件的驅動下，觸發本功能塊的運行，并向外于在某個外部事件的驅動下，觸發本功能塊的運行，并向外部傳送本功能塊執行的狀態。部傳送本功能塊執行的狀態。第4頁/共80頁圖圖2.61 2.61 功能塊的內部結構功能塊的內部結構 第5頁/共80頁 圖圖2.612.61表示表示一個功能塊的內部結構?？梢钥吹剑瑹o論在一一個功能塊的內部結構?？梢钥吹?，無論在一個功能塊內部執行哪一種算法，實現哪一種功能，它們與功能個功能塊內部執行哪一種算法，實現哪一種功能，它們與功能塊外部的連接結構是通用的。分布在圖中左、右兩邊的一組輸塊外部的連接結構是通用的。分布在圖中左、右兩邊的一組輸入參數與輸出參數是本

6、功能塊與其他功能塊之間要交換的數據入參數與輸出參數是本功能塊與其他功能塊之間要交換的數據和信息，其中輸出參數是由輸入參數、本功能塊的內含參數、和信息，其中輸出參數是由輸入參數、本功能塊的內含參數、算法的共同作用而產生的。圖中上部的執行控制用于在某個外算法的共同作用而產生的。圖中上部的執行控制用于在某個外部事件的驅動下，觸發本功能塊的運行，并向外部傳送本功能部事件的驅動下，觸發本功能塊的運行，并向外部傳送本功能塊執行的狀態。塊執行的狀態。3 3常用功能塊參數常用功能塊參數 資源塊、轉換塊以及功能塊都包含內含參數，用于模塊設資源塊、轉換塊以及功能塊都包含內含參數，用于模塊設置和操作以及診斷。功能塊

7、還包含輸入參數，經模塊算法運算置和操作以及診斷。功能塊還包含輸入參數，經模塊算法運算后產生輸出參數。一個功能塊中總共有三類參數：后產生輸出參數。一個功能塊中總共有三類參數： 內含參數內含參數(Contained parameter) 輸入參數輸入參數(Input parameter)第6頁/共80頁 輸出參數輸出參數(Output parameter)(Output parameter) 例如，例如，PIDPID模塊中，過程變量成為輸入之一，操作變量是輸模塊中，過程變量成為輸入之一，操作變量是輸出之一，整定參數是一些內含參數。參數可以由用戶或模塊本出之一，整定參數是一些內含參數。參數可以由用戶

8、或模塊本身設定。輸入參數一般從相鏈接的輸出取得數據或由用戶設定，身設定。輸入參數一般從相鏈接的輸出取得數據或由用戶設定，但模塊本身不能設定輸入數值。但模塊本身不能設定輸入數值。（1 1）模擬輸入塊）模擬輸入塊AIAI 模擬輸入功能塊模擬輸入功能塊AIAI的內部結構圖如圖的內部結構圖如圖2.622.62所示。所示。AIAI的主要的主要作用是從轉換塊中取得模擬過程變量作用是從轉換塊中取得模擬過程變量( (如壓力、溫度、流量等如壓力、溫度、流量等) )，并完成通道配置、仿真、標度、線性化、阻尼、報警等功能，并完成通道配置、仿真、標度、線性化、阻尼、報警等功能，它的輸出供其他功能塊使用。它的輸出供其他

9、功能塊使用。 AI功能塊大約功能塊大約36個參數，常用參數如表個參數，常用參數如表2.16。表。表2.16 為為AI控制功能塊參數表。表中注釋如下：控制功能塊參數表。表中注釋如下： E：列舉參數；：列舉參數； Na：無單位位串；：無單位位串；RO：只讀：只讀 D：動態；：動態； S：靜態；：靜態； N：非易失：非易失第7頁/共80頁圖圖2.62 2.62 模擬輸入功能塊模擬輸入功能塊AIAI的內部結構圖的內部結構圖第8頁/共80頁索索引引參數參數數據類型數據類型( (長度長度) )有效范有效范圍圍選項選項默認默認值值單單位位存儲存儲模式模式描述描述1 1TAGTAG2 2TARGETTARGE

10、T3 3XD_SCALEXD_SCALEDS-68DS-68轉換器量程轉換器量程4 4L_TYPEL_TYPE8 8位無符位無符號數號數線形化類型線形化類型5 5MODE_BLKMODE_BLKDS-69DS-69O OS SnanaS S模式參數模式參數6 6PVPVDS-65DS-65PVPVD DR0R0ININ值經值經PVPV濾波器處理后濾波器處理后的過程模擬變量的過程模擬變量7 7OUTOUTDS-65DS-65OUT_SCOUT_SCALEALE1010OUTOUTD/MAND/MANPIDPID計算的結果輸出值計算的結果輸出值8 8OUTOUT_SCALSCALE EDS-68D

11、S-68O-100O-1000UT0UTS SMANMAN對輸出參數的高低標定對輸出參數的高低標定值值9 9PV_FTIMEPV_FTIME浮點浮點正數正數0 0s sS SPVPV濾波濾波時間常數時間常數1 10 0HI_ALMHI_ALMDS-71DS-71PVPVD D帶時間標簽高報警帶時間標簽高報警1 11 1LO_ALMLO_ALMDS-7lDS-7lPVPVD D帶帶時間時間標簽低報警標簽低報警第9頁/共80頁圖圖2.63 PID2.63 PID控制算法功能塊控制算法功能塊PIDPID的內部結構圖的內部結構圖（2 2）控制塊）控制塊PIDPID控制塊控制塊PID的內部結構的內部結構

12、如圖如圖2.63所示。所示。它提供了比例它提供了比例(P)、積分、積分(I)、微分、微分(D)的運算控制。的運算控制。PID控制功能塊參數表控制功能塊參數表如表如表2.17所列。所列。對最基本且常用的參數進行說明。對最基本且常用的參數進行說明。第10頁/共80頁表表2.17 PID2.17 PID控制功能塊參數表控制功能塊參數表E E：列舉參數；：列舉參數； nana：無單位位串；：無單位位串； RORO：只讀；：只讀； D D：動態；：動態； S S：靜態；：靜態； N N：非易失：非易失索索引引參數參數數據類數據類型型(長度長度)有效范圍有效范圍選項選項默認默認值值單單位位存儲存儲模式模式

13、描述描述1TAG2TARGET3MODE_BLKDS-69OSnaS模式參數4PVDS-65PVDR0IN值經PV濾波器處理后的過程模擬變量5SPDS-65PV_SCAIE10PVN/AUTO模擬設定值?？梢允謩釉O置，也可以通過接口設備或另一現場設備自動設置6OUTDS-65OUT_SCALE10OUTD/MANPID計算的結果輸出值7PV_SCALEDS-680-100PVSMAN對PV和SP參數的高低標定值8OUT_SCALEDS-68O-1000UTSMAN對輸出參數的高低標定值9CONTROL_OPTS位串(2)見功能塊選項OnaS/O/S功能塊選項10INDS-65PVD功能塊的初級

14、輸入值第11頁/共80頁11CAS_INDS-65D遠程塊或DCS來的設定值12GAIN浮點O無SPID的比例系數峰值13RESET浮點正數+INFsSPID的積分系數Tr值14RATE浮點正數0sSPID的微分系數Td值15BKCAL_INDS-65OUTN來 自 下 游 塊 的BKCAL_OUT，用于抗積分飽和和控制回路初始化16BKCAL_OUTDS-65PVDRO提 供 給 上 游 塊 的BKCAL_IN，用于抗積分飽和和控制回路無擾切換第12頁/共80頁17RCAS_IND6-65PVD遠程目標設定值18ROUT_INDS-65OUTD遠程目標輸出19FF_VALDS-65FFD前饋

15、數值和狀態20FF_SCALEDS-68O-100FFS前饋輸入高低標定值21FF_GAIN浮點0無SMAN前饋輸入比例增益22HI_AIMDS-71PVD帶時間標簽高報警第13頁/共80頁(3)(3)模擬輸出塊模擬輸出塊AOAO 模擬輸出塊模擬輸出塊AOAO的內部結構如圖的內部結構如圖2.642.64所示。所示。AOAO功能塊從另一個功能塊接收信號，然后通過內部通道的定義，將計算結果傳遞到一個轉換塊。在傳遞給輸出轉換塊前，它提供了用戶對功能塊從另一個功能塊接收信號，然后通過內部通道的定義，將計算結果傳遞到一個轉換塊。在傳遞給輸出轉換塊前，它提供了用戶對AOAO所期望的功能，如限幅所期望的功能

16、，如限幅, ,正反作用、位置反饋正反作用、位置反饋( (讀回讀回) )、仿真及故障安全輸出等。、仿真及故障安全輸出等。AOAO控制功能塊參數表控制功能塊參數表如表如表2.182.18所列。所列。對最基本且常用的參數進行說明。表中對最基本且常用的參數進行說明。表中E E：列舉參數；：列舉參數； NaNa：無單位位串；：無單位位串；RORO：只讀；：只讀；D D：動態；：動態；S S：靜態；：靜態；N N：非易失：非易失 (4) (4) 計算塊計算塊ARTHARTH計算功能塊計算功能塊ARTH的內部結構的內部結構如圖如圖2.65所示。所示。計算功能塊計算功能塊ARTH提供了多種用途的計算能力，它可

17、以用來執行過程工業控制中最普通的計算，如乘除、平均、求和、流量的壓力和溫度補償，閉口容器液位測量以及比率控制中受控流量設定值的計算等。提供了多種用途的計算能力，它可以用來執行過程工業控制中最普通的計算，如乘除、平均、求和、流量的壓力和溫度補償，閉口容器液位測量以及比率控制中受控流量設定值的計算等。第14頁/共80頁圖圖2.64 2.64 模擬輸出功能塊模擬輸出功能塊AOAO的內部結構圖的內部結構圖第15頁/共80頁索索引引參數參數數據類數據類型型(長度長度)有效范圍有效范圍選項選項默認默認值值單單位位存儲存儲模式模式描述描述1TAG2XD_SCALEXD_SCALE3PVDS-65PVDR0I

18、N值經PV濾波器處理后的過程模擬變量4SPDS-65PV_SCAIE10PVN/AUTO模擬設定值。可以手動設置，也可以通過接口設備或另一現場設備自動設置5OUTDS-65OUT_SCALE10OUTD/MANPID計算的結果輸出值6PV_SCALEDS-680-100PVSMAN對PV和SP參數的高低標定值7INDS-65PVD功能塊的初級輸入值8CAS_INDS-65D遠程塊或DCS來的設定值9SP_RATE_DN浮點正數+INFPV/sS設定值下降變化率限制10RCAS_OUTDS-65返回主機的設定值輸出1lBKCAL_OUTDS-65PVDRO提 供 給 上 游 塊 的BKCAL_I

19、N，用于抗積分飽和和控制回路無擾切換12RCAS_IND6-65PVD遠程目標設定值第16頁/共80頁圖圖2.65 2.65 計算功能塊計算功能塊ARTHARTH的內部結構的內部結構第17頁/共80頁 ARTH ARTH用來計算轉換器用來計算轉換器( (塊塊) )來的信號，而不是用于來的信號，而不是用于控制路徑，所以不支持串級和反饋計算，不需轉換為控制路徑，所以不支持串級和反饋計算，不需轉換為百分比，也不需比例換算，更沒有過程報警。功能塊百分比，也不需比例換算，更沒有過程報警。功能塊有有5 5個輸入端個輸入端( (其中其中3 3個為輔助輸入，一個輸出端。個為輔助輸入，一個輸出端。) ) ART

20、H ARTH功能塊大約功能塊大約3636個參數，常用的參數個參數，常用的參數如表如表2.192.19。表。表2.19ARTH2.19ARTH控制功能塊參數表。表中注釋如下：控制功能塊參數表。表中注釋如下： E E：列舉參數；：列舉參數； nana：無單位位串；：無單位位串； RORO：只讀；：只讀； D D：動態；：動態；S S：靜態；：靜態；N N：非易失。：非易失。第18頁/共80頁表表2.19ARTH控制功能塊參數表控制功能塊參數表索索引引參數參數數據數據類型類型(長度長度)有效范圍有效范圍選項選項默認默認值值單單位位存儲存儲模式模式描述描述1GAIN浮點計算塊增益2PVDS-65PVD

21、R0IN值經PV濾波器處理后的過程模擬變量3PV_UNITS16位無符號數顯示PV的工程單位4OUTDS-65OUT_SCALE10OUTD/MANPID計算的結果輸出值5OUT_UNITS16位無符號數顯示PV的工程單位6BIAS浮點計算塊輸出的偏置值7INDS-65PVD功能塊的初級輸入值8IN_1DS-65輔助輸入19IN_2DS-65輔助輸入210BIAS_IN_1浮點加到IN_1上的常數11GAIN_IN_1浮點乘在(IN_1+BIAS)上的常數第19頁/共80頁(5)(5)輸入選擇塊輸入選擇塊ISELISEL 輸入選擇功能塊輸入選擇功能塊ISELISEL的內部結構圖的內部結構圖如圖

22、如圖2.662.66所所示。示。輸入選擇功能塊提供了最多輸入選擇功能塊提供了最多4 4路輸入的選擇，根路輸入的選擇，根據組態產生一個輸出信號。據組態產生一個輸出信號。 它通常接收來自它通常接收來自AIAI功能塊的數據，可以執行最功能塊的數據，可以執行最大大(MAX)(MAX)、最小、最小(MIN)(MIN)、中間、中間(MID)(MID)、平均、平均(AVG)(AVG)、第、第一好一好(FIRST GOOD)(FIRST GOOD)運算和狀態的信號選擇。功能塊運算和狀態的信號選擇。功能塊的另一個輸出參數是的另一個輸出參數是“選中通道選中通道(SELECTED)(SELECTED)”，它指，它指

23、明了算法明了算法( (由由SE_LECT_TYPESE_LECT_TYPE設定設定) )選中了哪個輸入。選中了哪個輸入。功能塊支持功能塊支持OOSOOS、ManMan和和AutoAuto模式。模式。輸入選擇功能塊輸入選擇功能塊ISELISEL一共有一共有2424個參數，常用參數個參數，常用參數如表如表2.202.20。第20頁/共80頁圖圖2.66 2.66 輸入選擇功能塊輸入選擇功能塊ISELISEL的內部結構圖的內部結構圖第21頁/共80頁表表2.20 ISEL2.20 ISEL控制功能塊參數表控制功能塊參數表 E E：列舉參數；：列舉參數； nana：無單位位串；：無單位位串； RORO

24、：只讀；：只讀； D D：動態；：動態； S S：靜態；：靜態； N N：非易失：非易失索索引引參數參數數 據 類數 據 類型型( (長度長度) )有效有效范圍范圍選項選項默 認默 認值值單單位位存儲存儲模式模式描述描述1 1SELECTEDSELECTEDDS-66DS-66指出被選擇的輸入信號通指出被選擇的輸入信號通道號道號4 4OUTOUTDS-65DS-65OUT_SCALEOUT_SCALE1010OUTOUTD/MAND/MANPIDPID計算的結果輸出值計算的結果輸出值5 5OUT_UNITOUT_UNITS S1616位無位無符號數符號數顯示顯示PVPV的工程單位的工程單位8

25、8IN_1IN_1DS-65DS-65輔助輸入輔助輸入1 19 9IN_2IN_2DS-65DS-65輔助輸入輔助輸入2 2第22頁/共80頁(6)(6)累積塊累積塊INTGINTG INTG INTG功能塊用于對一個變量進行時間累積或者與功能塊用于對一個變量進行時間累積或者與PULPUL塊塊( (脈沖輸入塊脈沖輸入塊) )配合對脈沖輸入進行計數。配合對脈沖輸入進行計數。INTGINTG功能塊也就是功能塊也就是TOTTOT功能塊，通常用來累積流量，即給功能塊，通常用來累積流量，即給出一段時間內物流的總質量或總體積出一段時間內物流的總質量或總體積(kg(kg或或m3)m3)，也可，也可累積一段時

26、間的功率，給出總能量。累積一段時間的功率，給出總能量。 累積方法可以是從零遞增，也可以是從某一設定累積方法可以是從零遞增，也可以是從某一設定值遞減。累積值與預設的觸發設定值進行比較，累積值遞減。累積值與預設的觸發設定值進行比較，累積到達設定值或從設定值遞減到零時產生一個開關信號到達設定值或從設定值遞減到零時產生一個開關信號。累積的復位方式可以是自動的，也可以是周期的，。累積的復位方式可以是自動的，也可以是周期的，還可以是用戶命令的。還可以是用戶命令的。表表2.212.21為為INTGINTG控制功能塊參數控制功能塊參數表。表。第23頁/共80頁表表2.21 INTG2.21 INTG控制功能塊

27、參數表控制功能塊參數表 E E：列舉參數；：列舉參數；nana：無單位位串；：無單位位串；RORO：只讀；：只讀；D D：動態；：動態； S S：靜態；：靜態；N N：非易失：非易失索索引引參數參數數據類數據類型型(長度長度)有效有效范圍范圍選選項項默認默認值值單位單位存儲模存儲模式式描述描述1TAG2TARGET3MODE_BLKDS-69OSNaS模式參數4IN_1DS-65輔助輸入15TIME_UNITS6OUT_UNITS16位無符號數顯示PV的工程單位第24頁/共80頁2.4.32.4.3功能塊的組態功能塊的組態1 1組態組態(Configuration)(Configuration

28、)的含義的含義 組態(Configuration)的含義就是功能模塊的任意組合(或連接)。FF為工業控制應用提供了大量的功能模塊，用戶不需要掌握太多的編程語言技術(甚至不需要編程技術)，利用組態軟件就能很好地完成一個復雜工程所要求的所有功能。 過去，由于控制儀表品種繁多，組態也是五花八門，每遇到一個新的儀表品種，用戶就得重新學習組態，雖然有一些相通之處，但也是給用戶造成不小的麻煩?，F場總線控制系統的出現，將從根本上解決這一問題。凡是遵守現場總線標準的儀表，不論是哪個廠家生產，也不論是什么型號，統統都能在一起工作，而且組態也是一致的。 雖然現場總線控制系統的組態簡單一致，但由于歷史的原因，或為了

29、更好說明組態策略起見，還是出現了三種組態圖，但這三種組態圖差別不大，控制策略的實現是一致的。第25頁/共80頁2 2三種系統組態圖三種系統組態圖 串級控制P&I圖如圖2.67所示。這是一個溫度控制系統，用蒸汽加熱冷流體(產品)，工藝要求經過加熱的熱流體(產品)出口溫度保持一定。若忽略熱損失，當蒸汽帶進的熱量與熱流體帶出的熱量相等時，熱流體出口溫度保持在規定的數值上。由于冷流體(產品)流量、冷流體(產品)入口溫度和蒸汽閥前壓力等因素的波動，將會使出口溫度下降或上升。 為此，設計一個前饋-反饋串級溫度控制系統。 溫度調節主環的輸出作為加熱蒸汽流量的設定值，這是負反饋控制。加熱蒸汽流量與副調

30、節器形成前饋控制，以快速消除蒸汽壓力變化對溫度的影響。前饋-反饋系統具有下列優點：從前饋控制角度看，由乎反饋控制的存在，將降低對前饋控制模型的精度要求，并能對未選作前饋信號的干擾產生校正作用；第26頁/共80頁 從反饋控制角度看，由于前饋控制的存在，對干擾進行了及時的粗調作用，將大大減小了主PID控制的負擔。根據圖2.67繪制出現場總線控制系統的三種組態圖如下。（1 1）現場總線型）現場總線型現場總線型組態圖如圖2.68所示。從物理上講，現場總線只是立對屏蔽雙絞線，但從信息上講它是一個很“粗的通道。由于圖2.68組態圖突出了現場總線“粗”的特點，所以稱這樣的組態圖為現場總線型。 （2 2）方框

31、圓圈型）方框圓圈型 方框圓圈型組態圖如圖2.69所示。這里的虛框代表現場總線儀表，圓圈代表功能塊，所以稱為方框圓圈型。這是推薦畫法，目前版本的SYSCON支持這種畫法，因此，讀者或用戶應熟練掌握。 第27頁/共80頁圖2.67 串級控制P&I圖第28頁/共80頁圖2.68 串級控制功能塊連接組態圖一第29頁/共80頁圖2.69 串級控制功能塊連接組態圖二第30頁/共80頁參數設置：參數設置： PI功能塊(WD)TAG=TT-100MODE_BLK TARGET=AUTO(目標模式=自動)PID功能塊(WD)TAG=TT-100MODE_BLK TARGET=AUTOPV_SCALE=0

32、-600OUT_SCALE=0-200kghAI功能塊(LL) TAG=FT-101MODE_BLK TARGET=AUTOL_TYPE=3(開平方非直接)XD_SCAIE=0-200inH2OOUT_SCALE=0-200 kgh第31頁/共80頁PID功能塊(LL)TAG=FIC-101 MODE_BLK TARGET=CAS(串級)PV_SCALE=0-200 kghOUT_SCALE=0-100AO功能塊(FM)TAG=FCV-102MODE_BLK TARGET=CASPV_SCALE=0-100XD_SCALE=O.02-O.1MPa第32頁/共80頁（3 3）圓圈方框型）圓圈方框

33、型 圓圈方框型組態圖如圖2.70所示。這里的圓圈(有時是虛線圓圈)代表現場總線儀表，方框代表功能塊，所以稱為圓圈方框型。這不是推薦畫法，以前版本的組態軟件支持這種畫法。但這種畫法與推薦畫法沒有本質區別，有時可以不加以區分。圖2.70 串級控制功能塊連接組態圖三第33頁/共80頁2.4.4 2.4.4 一個典型的控制系統組態一個典型的控制系統組態下面以鍋爐汽包水位控制作為典型范例進行分析。1鍋爐汽包水位三沖量控制P&I圖 如圖2.71所示的鍋爐汽包水位三沖量控制P&I圖，是經常被采用的經典控制方案。圖2.71 鍋爐汽包水位三沖量控制P&I圖第34頁/共80頁 保持鍋爐汽包

34、水位在一定范圍內是鍋爐穩定安全運行的主要指標。水位過高造成飽和蒸汽帶水過多、汽水分離差，使過熱器管壁結垢，傳熱效率下降，過熱蒸汽溫度下降，當用于蒸汽透平保持鍋爐汽包水位在一定范圍內是鍋爐穩定安全運行的主要指標。水位過高造成飽和蒸汽帶水過多、汽水分離差，使過熱器管壁結垢，傳熱效率下降，過熱蒸汽溫度下降，當用于蒸汽透平( (汽輪機汽輪機) )的動力源時，會損壞汽輪機葉片，影響運動的安全與經濟性；水位過低造成汽包水量太少，負荷有較大變動時，水的汽化速度過快，而汽包內水的全部汽化將導致水冷壁的損壞，嚴重時會發生鍋爐爆炸。的動力源時，會損壞汽輪機葉片，影響運動的安全與經濟性；水位過低造成汽包水量太少，負

35、荷有較大變動時，水的汽化速度過快，而汽包內水的全部汽化將導致水冷壁的損壞，嚴重時會發生鍋爐爆炸。 單沖量水位控制系統是最簡單和基本的控制系統。單沖量指只有一個被控變量，即汽包水位。鍋爐汽包水位控制系統的操縱變量總是選用給水流量。根據鍋爐水位動態特性分析，該過程具有虛假水位的反向特性，因此，當負荷變化較大時，會造成控制器輸出誤動作，影響控制系統的控制品質。此外，由于蒸汽負荷變化后，要在引起水位變化后才改變給水量，因此控制不及時。單沖量水位控制系統是最簡單和基本的控制系統。單沖量指只有一個被控變量，即汽包水位。鍋爐汽包水位控制系統的操縱變量總是選用給水流量。根據鍋爐水位動態特性分析，該過程具有虛假

36、水位的反向特性，因此，當負荷變化較大時，會造成控制器輸出誤動作，影響控制系統的控制品質。此外，由于蒸汽負荷變化后，要在引起水位變化后才改變給水量，因此控制不及時。第35頁/共80頁考慮到蒸汽負荷的擾動可測但不可控考慮到蒸汽負荷的擾動可測但不可控(因為蒸汽負荷由用戶決定因為蒸汽負荷由用戶決定)，因此，將蒸汽流量作為前饋信號，與汽包水位組成前饋，因此，將蒸汽流量作為前饋信號，與汽包水位組成前饋-反饋控制系統，通常稱為雙沖量水位控制系統。其中，另一個沖量是蒸汽流量。反饋控制系統，通常稱為雙沖量水位控制系統。其中，另一個沖量是蒸汽流量。在圖在圖2.71中，中，FT是蒸汽流量變送器，是蒸汽流量變送器，F

37、Y是加法器，采用的是前饋與反饋相加方式。是加法器，采用的是前饋與反饋相加方式。 考慮到給水流量的擾動影響考慮到給水流量的擾動影響( (例如給水壓力變動器例如給水壓力變動器) )及由于遲延等因素，將給水流量引入到雙沖量控制系統中，由此組成了及由于遲延等因素，將給水流量引入到雙沖量控制系統中，由此組成了圖圖2.712.71所示所示的三沖量水位控制系統。的三沖量水位控制系統。 三沖量汽包水位控制系統是將汽包水位作為主被控變量，給水流量作為副被控變量的串級控制系統與蒸汽流量作為前饋信號的前饋三沖量汽包水位控制系統是將汽包水位作為主被控變量，給水流量作為副被控變量的串級控制系統與蒸汽流量作為前饋信號的前

38、饋- -串級反饋控制系統。串級反饋控制系統。LCLC是主調節器，是主調節器，FCFC是副調節器。因為是副調節器。因為FYFY是非常明顯的電流是非常明顯的電流- -氣壓轉換器，所以在圓圈的右上邊沒有標注氣壓轉換器，所以在圓圈的右上邊沒有標注I/PI/P。 第36頁/共80頁2 2組態圖組態圖 三沖量汽包水位控制系統組態圖三沖量汽包水位控制系統組態圖如圖如圖2.72所示。所示。圖中虛線框表示實際的現場總線儀表；每個圓圈表示圖中虛線框表示實際的現場總線儀表；每個圓圈表示FFFF的功能塊圓圈里標有功能塊的名稱；實線為功能塊輸入、輸出參數的連接線，實線上還標有輸入、輸出參數的名稱。每個功能塊的旁邊還標有

39、功能塊的位號，如的功能塊圓圈里標有功能塊的名稱；實線為功能塊輸入、輸出參數的連接線，實線上還標有輸入、輸出參數的名稱。每個功能塊的旁邊還標有功能塊的位號，如FT-100FT-100、FT-101FT-101、LT-100LT-100、FQ-100FQ-100、LIC-100LIC-100、FQ-101FQ-101、FIC-100FIC-100、FCV-100FCV-100。這些位號與。這些位號與P&IP&I圖中圓圈的位號是一致的，這就是所謂的交叉參考。圖中圓圈的位號是一致的，這就是所謂的交叉參考。 因圖因圖2.712.71中的回路號沒有標上，讀者可根據交叉參考標上。圖中的回路號

40、沒有標上，讀者可根據交叉參考標上。圖2.722.72中各功能塊的連接是在中各功能塊的連接是在Smar 302Smar 302現場總線控制系統采用的組態軟件現場總線控制系統采用的組態軟件SYSCONSYSCON上實現的，再經過參數設置，即可生成控制策略。上實現的，再經過參數設置，即可生成控制策略。流量變送控制器流量變送控制器TAG：LL1；液位變送控制器；液位變送控制器TAG：YW；流量變送控制器；流量變送控制器TAG：LL2。第37頁/共80頁圖圖2.72 2.72 三沖量汽包水位控制系統組態圖三沖量汽包水位控制系統組態圖AI功能塊通過硬件通道與壓力轉換塊相連，它能對轉換塊來的信號進行阻尼、開

41、方和量程調整，因此，三個功能塊通過硬件通道與壓力轉換塊相連，它能對轉換塊來的信號進行阻尼、開方和量程調整，因此，三個AI可分別對汽包液位、給水流量和蒸汽流量的頻繁波動設置阻尼，可通過阻尼時間參數可分別對汽包液位、給水流量和蒸汽流量的頻繁波動設置阻尼，可通過阻尼時間參數PV_FTIME設置阻尼大小。設置阻尼大小。第38頁/共80頁 同樣，通過設置同樣，通過設置L_TYPEL_TYPE參數參數( (置置3)3)就可對差壓進行開方運算，從而得到流量的線性信號。就可對差壓進行開方運算，從而得到流量的線性信號。INTINT是累積功能塊，它能對蒸汽流量和給水流量進行累積或積算，不用額外增添儀表，就可得到兩

42、個非常重要的總量參數。副是累積功能塊，它能對蒸汽流量和給水流量進行累積或積算，不用額外增添儀表，就可得到兩個非常重要的總量參數。副PIDPID有前饋輸入參數有前饋輸入參數FF_VALFF_VAL，它與反饋控制信號相加，取代了，它與反饋控制信號相加，取代了P&IP&I圖的加法器圖的加法器FYFY。 液位變送控制器中的液位變送控制器中的PIDPID是主調節器，閥門定位器是主調節器，閥門定位器( (或閥門控制器或閥門控制器) )中的中的PIDPID是副調節器，兩者構成給水三沖量的串級控制。由是副調節器，兩者構成給水三沖量的串級控制。由FFFF模塊構成的串級控制能實現手動模塊構成的串級

43、控制能實現手動- -自動模式的雙向無擾切換。自動模式的雙向無擾切換。 汽包水位和給水流量兩個調節器構成一個串級控制，汽包水位提供給水流量閉環控制的設定值。蒸汽流量和給水流量構成一個前饋控制通路。蒸汽流量變化時給水流量能及時跟隨變化，而不是靠液位變化來改變，蒸汽流量的增加將調整副調節器模塊的設定點，這將使汽包液位被影響前，給水流量就將增加，因而減小了動態偏差，提高了控制質量。汽包水位和給水流量兩個調節器構成一個串級控制，汽包水位提供給水流量閉環控制的設定值。蒸汽流量和給水流量構成一個前饋控制通路。蒸汽流量變化時給水流量能及時跟隨變化，而不是靠液位變化來改變，蒸汽流量的增加將調整副調節器模塊的設定

44、點，這將使汽包液位被影響前，給水流量就將增加，因而減小了動態偏差，提高了控制質量。第39頁/共80頁第40頁/共80頁 AIAI功能塊功能塊(YW)(YW) TAG=LT-100( TAG=LT-100(模塊位號模塊位號) ) MODE_BLK TARGET=AUTO( MODE_BLK TARGET=AUTO(目標模式目標模式= =自動自動) ) XD_SCALE=-640-140mmH20 XD_SCALE=-640-140mmH20OUT_SCALE=0-100OUT_SCALE=0-100 PIDPID功能塊功能塊(YW)(YW) TAG=LIC-100 TAG=LIC-100 MOD

45、E_BLK TARGET=AUTO MODE_BLK TARGET=AUTO PV_SCALE=0-100 PV_SCALE=0-100 OUT_SCALE=0-150tonOUT_SCALE=0-150tonh hCONTROL_OPTSCONTROL_OPTS作用方向作用方向= =反向反向( (置置0)0) AIAI功能塊功能塊(LL2)(LL2) TAG=FT-101 TAG=FT-101 MODE_BLK TARGET=AUTO MODE_BLK TARGET=AUTO XD_SCALE=0-9500 mmH20 XD_SCALE=0-9500 mmH20第41頁/共80頁 OUT_S

46、CALE=0-150 ton OUT_SCALE=0-150 tonh h L_TYPE=3( L_TYPE=3(開方非直接開方非直接) ) INTINT功能塊功能塊(LL2)(LL2) TAG=FQ-101 TAG=FQ-101 MODE_BLK TARGET=AUTO MODE_BLK TARGET=AUTO TIME_UNITS=HOURS TIME_UNITS=HOURS OUT_UNITS=ton OUT_UNITS=tonAIAI功能塊功能塊(LL1)(LL1) TAG=FT-100 TAG=FT-100 MODE_BLK TARGET=AUTO MODE_BLK TARGET=A

47、UTO L_TYPE=3( L_TYPE=3(開方非直接開方非直接) ) XD_SCALE=0-3500mmH20 XD_SCALE=0-3500mmH20 OUT_SCALE=0-150 m3 OUT_SCALE=0-150 m3h hINTINT功能塊功能塊(LL1)(LL1) TAG=FQ-100 TAG=FQ-100 MODE_BLK TARGET=AUTO MODE_BLK TARGET=AUTO TIME_UNITS=HOURS TIME_UNITS=HOURS OUT_UNITS=3(HOURS) OUT_UNITS=3(HOURS) OUT_UNITS=m3 OUT_UNITS

48、=m3第42頁/共80頁PIDPID功能塊功能塊(FM)(FM)TAG=FIC-100TAG=FIC-100MODE_BLK TARGET=CASMODE_BLK TARGET=CASPV_SCALE=0-150PV_SCALE=0-150h h0UT_SCALE=0-1000UT_SCALE=0-100CONTROL_OPTS=O(CONTROL_OPTS=O(反向反向) )FF_SCALE=-100-+100FF_SCALE=-100-+100FF_GAIN=1FF_GAIN=1AOAO功能塊功能塊(FM)(FM)TAG=FCV-100TAG=FCV-100MODE_BLK TARGET=

49、CASMODE_BLK TARGET=CASPV_SCALEPV_SCALE：0-1000-100XD_SCALE=0.02-0.1MPaXD_SCALE=0.02-0.1MPa 參數設置中的參數設置中的LL1LL1為給水流量變送器，為給水流量變送器，LL2LL2也為蒸汽流量變送器，也為蒸汽流量變送器，YWYW為汽包水位變送器，為汽包水位變送器，FMFM為閥門定位器。這些參數設置只有在組態操作時，通過鍵盤和鼠標輸入給為閥門定位器。這些參數設置只有在組態操作時，通過鍵盤和鼠標輸入給PCPC機，然后下裝給各現場總線儀表，現場總線儀表才具有設計要求的控制策略。機，然后下裝給各現場總線儀表，現場總線儀

50、表才具有設計要求的控制策略。 第43頁/共80頁2.4.5 2.4.5 基金會現場總線工程與設計基金會現場總線工程與設計1 1現場設備要求現場設備要求（1 1）現場總線功能塊）現場總線功能塊 如下是現場總線基金會定義的功能塊。并非所有的現場設備都具有全部功能塊如下是現場總線基金會定義的功能塊。并非所有的現場設備都具有全部功能塊, ,可能其中有些不可用和可能其中有些不可用和/ / 或沒有通過互操作測試。或沒有通過互操作測試。FF-891:FF-891:功能塊第功能塊第2 2 部分部分, ,定義如下定義如下10 10 類標準功能塊類標準功能塊: : AI - AI - 模擬輸入；模擬輸入；AO -

51、 AO - 模擬輸出；模擬輸出；B - B - 偏差；偏差；CS - CS - 控制選擇器；控制選擇器；DI - DI - 離散輸入；離散輸入；DO - DO - 離散輸出；離散輸出；ML - ML - 手動裝載；手動裝載；PD - PD - 比例比例/ / 微分控制；微分控制；PID - PID - 比例比例/ / 積分積分/ / 微分控制；微分控制；RA - RA - 比值。比值。從清單上可以看出從清單上可以看出,功能塊的類型并不能適合于所有儀表。因此功能塊的類型并不能適合于所有儀表。因此,在指定不同現場設備類型的功能塊時在指定不同現場設備類型的功能塊時,有必要慎重考慮。有必要慎重考慮。第

52、44頁/共80頁 由于設備的可用性由于設備的可用性,H1,H1網絡網絡/ /網段上控制器和現場設備中主機可以采用大數功能塊網段上控制器和現場設備中主機可以采用大數功能塊, ,但如下功能塊的應用存在一定的限制但如下功能塊的應用存在一定的限制:AI :AI 用于變送器用于變送器,AO,AO和和PIDPID用于閥門用于閥門,DI/DO,DI/DO用于離散設備。由于今后可能增加一些功能塊用于離散設備。由于今后可能增加一些功能塊, ,定購設備時定購設備時, ,請務必檢驗儀表生產商功能塊的可利用性請務必檢驗儀表生產商功能塊的可利用性, ,從而確保獲得期望的性能。從而確保獲得期望的性能。 為實現控制系統所需

53、的不同功能為實現控制系統所需的不同功能, ,用戶需要根據自己的實際應用需求來選擇功能塊。也就是說用戶需要根據自己的實際應用需求來選擇功能塊。也就是說, ,功能塊就是控制策略。現場總線基金會已經定義了多種設備規范功能塊就是控制策略?，F場總線基金會已經定義了多種設備規范, ,列出對多種類型設備的列出對多種類型設備的“本質本質”要求。根據上述規范使用設備是明智的做法。為實現期望的控制功能要求。根據上述規范使用設備是明智的做法。為實現期望的控制功能,FB ,FB 可根據需要嵌入到設備中。建議用戶在控制策略中盡可能采用標準塊?？筛鶕枰度氲皆O備中。建議用戶在控制策略中盡可能采用標準塊。（2 2）現場設

54、備）現場設備根據設備類型根據設備類型,現場設備可由網段現場設備可由網段(總線總線)供電供電,或是本地供電。如果有可能或是本地供電。如果有可能,所有現場設備均應由總線供電。所有現場設備均應由總線供電。第45頁/共80頁 2 2線制線制 現場設備的回路可由主控制系統供電來實現現場設備的回路可由主控制系統供電來實現2 2線制?，F場總線設備的工作電壓為線制。現場總線設備的工作電壓為9 932 VDC32 VDC。注意，。注意，9 VDC 9 VDC 為最低要求，強烈建議總線末端至少保持為最低要求，強烈建議總線末端至少保持1 V 1 V 的裕量的裕量( (即至少為即至少為10 VDC)10 VDC)。而

55、某些特殊的。而某些特殊的FF FF 非標設備非標設備, ,其工作電壓可能為其工作電壓可能為11 V11 V。對于任何正常工作電壓低于。對于任何正常工作電壓低于15 V 15 V 的網段的網段, ,網段文檔中應包含附加負載的警告。網絡網段文檔中應包含附加負載的警告。網絡/ / 網段文檔中應顯示網段的最低電壓。網段文檔中應顯示網段的最低電壓。 4 4 線制線制 由外部電源供電的基金會現場總線的設備由外部電源供電的基金會現場總線的設備( (如如4 4線制設備線制設備) )應具備外部電源和現場總線信號輸入之間隔離的功能。應具備外部電源和現場總線信號輸入之間隔離的功能。 短路保護短路保護 對于對于40

56、mA 40 mA 限值的設備限值的設備, ,其實際短路保護電流應為其實際短路保護電流應為60 mA60 mA。注意，由于激活短路保護線路大約需要。注意，由于激活短路保護線路大約需要10 mA10 mA電流電流, ,實際應用中實際應用中, ,這意味著所有設備的電流不得超過這意味著所有設備的電流不得超過50 mA50 mA。第46頁/共80頁（3）工作條件）工作條件與傳感器或組件選型相關的其他規范對任何設備的要求與傳感器或組件選型相關的其他規范對任何設備的要求,不得因具體現場總線的狀態而放寬。不得因具體現場總線的狀態而放寬?？倓t總則在在5100Hz范圍內范圍內,設備應能承受的最大振動載荷為設備應能

57、承受的最大振動載荷為1.0g；同樣范圍內；同樣范圍內,5毫秒的振動載荷可為毫秒的振動載荷可為4.0g。在與主系統硬件、現場總線接線盒和現場儀表連接處。在與主系統硬件、現場總線接線盒和現場儀表連接處,網絡、數據和網絡、數據和I/O干線需要采用經認證的電氣絕緣。干線需要采用經認證的電氣絕緣。電氣認證電氣認證(危險區域等級危險區域等級)所有設備都應通過國家認證測試所有設備都應通過國家認證測試,并在其安裝處標明區域等級并在其安裝處標明區域等級(Zone或或Division)。 2 2輔助設備要求輔助設備要求（1 1）主配電電源）主配電電源 24 VDC 24 VDC 主配電電源應采用冗余。主配電電源應

58、采用冗余。FF電源調節器要求輸入電壓范圍為電源調節器要求輸入電壓范圍為2035VDC。第47頁/共80頁除非工廠內有合適的直流電總線除非工廠內有合適的直流電總線,主配電電源負責將主配電電源負責將240/120VAC轉換為轉換為24VDC的供電電源。經調節后的供電電源。經調節后,總線電源的電壓通常約總線電源的電壓通常約19VDC。 主配電電源應采用兩路獨立的供電線路。主配電電源應采用兩路獨立的供電線路。主配電電源可由主配電電源可由UPSUPS供電或主配電電源包含備用電池。供電或主配電電源包含備用電池。FF FF 電源調節器的供電電源應帶有過流保護。電源調節器的供電電源應帶有過流保護。 主配電電源

59、的負極應接地。主配電電源的負極應接地。主配電電源可以是為現場總線網絡專門配置的電源主配電電源可以是為現場總線網絡專門配置的電源, ,或現場總線網絡和傳統或現場總線網絡和傳統I/O I/O 共用的電源。共用的電源。 如果現場有傳統如果現場有傳統4 420 mA20 mA儀表的供電電源儀表的供電電源, ,則該電源可為則該電源可為FFFF電源調節器供電。電源調節器供電。確認供電電源的備用容量符合確認供電電源的備用容量符合FFFF電源調節器的要求。最終用戶代表應以書面方式批準現有供電電源的使用。電源調節器的要求。最終用戶代表應以書面方式批準現有供電電源的使用。第48頁/共80頁（2 2）基金會現場總線

60、電源調節器）基金會現場總線電源調節器(FFPS)(FFPS)1 1 個現場總線電源個現場總線電源每個現場總線網絡每個現場總線網絡/網段都需要電源調節器。網段都需要電源調節器。如果采用常規供電電源為現場總線供電如果采用常規供電電源為現場總線供電,為維持恒定的電壓電平為維持恒定的電壓電平,該電源將吸收信號。由于這個緣故該電源將吸收信號。由于這個緣故,常規電源需經調節后方可以為現場總線供電。一種做法是在供電電源和現場總線接線處安裝電感器常規電源需經調節后方可以為現場總線供電。一種做法是在供電電源和現場總線接線處安裝電感器,將現場總線信號與主配電電源的低阻抗隔離。將現場總線信號與主配電電源的低阻抗隔離。電感器允許線路上的電感器允許線路上的DC電源通過電源通過,但防止