過程控制與自動化儀表第六章過程控制系統掌握簡單控制系統設計方法及參數整定。了解復雜控制系統的主要類型及適用條件。掌握典型控制單元的控制方案。3能分析識別過程控制系統工藝流程圖。124過程控制與自動化儀表26.1過程控制系統工藝流程圖的繪制過程控制系統工藝流程圖是用圖示的方法把流程工業生產的工藝流程和所需的設備、管道、閥門、管件、管道附件及儀表控制點表示出來的一種圖樣，是設備布置和管道布置設計的依據，也是施工、操作、運行及檢修的指南。根據工藝設計的不同階段，工藝流程圖可分為工藝方案流程圖、物料流程圖和施工流程圖。其中施工流程圖又稱為帶控制點的工藝流程圖。過程控制與自動化儀表36.1過程控制系統工藝流程圖的繪制圖6-1物料殘液蒸餾處理系統的施工流程圖過程控制與自動化儀表46.1.1識圖基礎1．設備的畫法及標注6.1過程控制系統工藝流程圖的繪制過程控制與自動化儀表56.1.1識圖基礎各類設備6.1過程控制系統工藝流程圖的繪制過程控制與自動化儀表66.1.1識圖基礎各類設備6.1過程控制系統工藝流程圖的繪制過程控制與自動化儀表76.1.1識圖基礎2．工藝流程線的畫法及標注6.1過程控制系統工藝流程圖的繪制過程控制與自動化儀表86.1.1識圖基礎2．工藝流程線的畫法及標注6.1過程控制系統工藝流程圖的繪制過程控制與自動化儀表96.1.1識圖基礎3．管件的畫法及標注管道上的管件有閥門、管接頭、三通、四通、法蘭等。這些管件可連通、分流、調節、切換管道中的流體。6.1過程控制系統工藝流程圖的繪制閘閥截止閥隔膜閥三通截止閥球閥碟閥四通截止閥四通球閥過程控制與自動化儀表106.1.1識圖基礎4．儀表的畫法及標注6.1過程控制系統工藝流程圖的繪制過程控制與自動化儀表116.1過程控制系統工藝流程圖的繪制6.1.1識圖基礎4．儀表的畫法及標注儀表的位號由字母代號和數字編號兩部分組成，其中字母代號寫在儀表圓圈的上半部，數字編號寫上圓圈的下半部。過程控制與自動化儀表12字母第一位字母后繼字母被測變量修飾詞功能ACDEFIJKLMPQRSTVWXZ分析電導率密度或比重電壓流量電流功率時間或時間程序物位水份或濕度壓力或真空數量或件數放射性速度或頻率溫度黏度重量或力未分類參數位置差比掃描積分、累計安全安全報警控制（調節）檢測元件指示自動-手動操作器指示燈試驗點（接頭）積分、累積記錄或打印開關、聯鎖變送閥、擋板、百葉窗套管未分類驅動、執行或未分類的終端執行機構被測變量和儀表功能的字母代號6.1過程控制系統工藝流程圖的繪制過程控制與自動化儀表13脫乙烷塔的工藝管道及控制流程圖舉例右圖是乙烯生產過程中脫乙烷塔的工藝管道及控制流程圖舉例6.1過程控制系統工藝流程圖的繪制過程控制與自動化儀表146.2簡單控制系統6.2.1簡單控制系統的組成簡單控制系統是指由一個測量元件及變送器、一個控制器、—個控制閥和一個被控對象所構成的閉環負反饋的定值系統。過程控制與自動化儀表15液位控制系統溫度控制系統6.2簡單控制系統6.2.1簡單控制系統的組成過程控制與自動化儀表166.2.2過程控制系統的設計概念準備工作首先要求自動控制系統設計人員在掌握較為全面的自動化專業知識的同時，也要盡可能多地熟悉所要控制的工藝裝置對象；其次，要求自動化專業技術人員與工藝專業技術人員進行必要的交流，共同討論確定自動化方案；第三，一定要遵守行業相關的標準、行規，按科學合理的程序進行。6.2簡單控制系統過程控制與自動化儀表176.2簡單控制系統6.2.2過程控制系統的設計概念1．設計內容1）確定控制方案2）儀表及裝置的選型3）相關工程內容的設計4）工程安裝與儀表調試5）控制器參數工程整定過程控制與自動化儀表186.2簡單控制系統6.2.2過程控制系統的設計概念2．設計步驟1）初步設計初步設計的主要目的是上報審批，并為訂貨做準備。2）施工圖設計是在項目和方案獲批后，為工程施工提供有關內容詳細的設計資料。3）設計文件和責任簽字包括設計、校核、審核、審定、各相關專業負責人員的會簽等，以嚴格把關，明確責任，保持協調。4）參與施工和試車設計代表應該到現場配合施工，并參加試車和考核。5）設計回訪在生產裝置正常運行一段時間后，應去現場了解情況，聽取意見，總結經驗。過程控制與自動化儀表196.2.3簡單控制系統控制方案設計簡單控制系統方案設計的主要內容包括：合理選擇被控參數和控制參數，信息的獲取與變送，控制閥的選擇，控制器參數的整定及控制規律的選取等方面。6.2簡單控制系統過程控制與自動化儀表206.2.3簡單控制系統控制方案設計1．被控變量的選擇1）盡量選擇對產品的產量和質量、安全生產、經濟運行和環境保護具有決定性作用的、可按工藝操作的要求直接測量的工藝參數（如溫度、壓力、流量等）作為被控變量；2）當不能用直接測量的參數作為被控變量時，可選擇一個與直接參數有單值函數關系、滿足工藝的合理性的間接參數作為被控變量；3）被控變量必須具有足夠大的靈敏度且線性度好，滯后要小，以利于得到高精度的控制質量；4）必須考慮工藝流程合理性和自動化儀表及裝置的現狀。6.2簡單控制系統過程控制與自動化儀表216.2.3簡單控制系統控制方案設計1．被控變量的選擇精餾過程示意圖1—精餾塔；2—蒸汽加熱器苯-甲苯溶液的T-x圖苯-甲苯溶液的p-x圖舉例6.2簡單控制系統過程控制與自動化儀表22從工藝合理性考慮，常常選擇溫度作為被控變量。原因

在精餾塔操作中，壓力往往需要固定。只有將塔操作在規定的壓力下，才易于保證塔的分離純度，保證塔的效率和經濟性。在塔壓固定的情況下，精餾塔各層塔板上的壓力基本上是不變的，這樣各層塔板上的溫度與組分之間就有一定的單值對應關系。所選變量有足夠的靈敏度。6.2簡單控制系統過程控制與自動化儀表236.2.3簡單控制系統控制方案設計2．操縱變量的選擇6.2簡單控制系統

在自動控制系統中，把用來克服干擾對被控變量的影響，實現控制作用的變量稱為操縱變量。最常見的操縱變量是介質的流量。操作變量系統的干擾通過工藝分析確定過程控制與自動化儀表246.2.3簡單控制系統控制方案設計2．操縱變量的選擇1）操縱變量必須是工藝上允許調節的變量。2）操縱變量應該是系統中所有被控變量的輸入變量中對被控變量影響最大的一個。控制通道的放大系數K要盡量大一些，時間常數T要適當小些，滯后時間應盡量小。3）不宜選擇代表生產負荷的變量作為操縱變量，以免產量受到波動。6.2簡單控制系統過程控制與自動化儀表25舉例精餾塔流程圖

如果根據工藝要求，選擇提餾段某塊塔板（一般為靈敏板）的溫度作為被控變量。6.2簡單控制系統2．操縱變量的選擇過程控制與自動化儀表26影響提餾段溫度的各種因素示意圖影響提餾段靈敏板溫度T靈的因素主要有：進料的流量（Q入）、成分（x入）、溫度（T入）、回流的流量（Q回）、回流液溫度（T回）、加熱蒸汽流量（Q蒸）、冷凝器冷卻溫度及塔壓等等。

通過工藝分析，選擇蒸汽流量作為操縱變量。

6.2簡單控制系統2．操縱變量的選擇過程控制與自動化儀表276.2簡單控制系統6.2.3簡單控制系統控制方案設計3．控制規律及控制器作用方向的選擇（1）控制規律的選擇1）位式控制器常見的位式控制有雙位和三位兩種。適用于：滯后較小，負荷變化不大也不劇烈，控制質量要求不高，允許被控變量在一定范圍內波動的場合，如恒溫箱、電阻爐等的溫度控制。過程控制與自動化儀表28簡單控制系統簡化方塊圖2）比例控制器

比例控制器是具有比例控制規律的控制器。對于單元組合儀表適用于：

控制通道滯后較小、負荷變化不大、工藝上沒有提出無差要求的系統。

6.2簡單控制系統3．控制規律及控制器作用方向的選擇（1）控制規律的選擇過程控制與自動化儀表29

控制器的輸出與偏差成比例。當負荷變化時，比例控制器克服干擾能力強、控制及時、過渡時間短。在常用控制規律中，比例作用是最基本的控制規律，不加比例作用的控制規律是很少采用的。純比例控制系統在過渡過程終了時存在余差。負荷變化越大，余差就越大。比例控制器特點6.2簡單控制系統過程控制與自動化儀表303．控制規律及控制器作用方向的選擇（1）控制規律的選擇3）比例積分控制器比例積分控制器是具有比例積分控制規律的控制器。可調整參數比例放大系數KC（或比例度δ）和積分時間TI。適用于控制通道滯后較小、負荷變化不大、工藝參數不允許有余差的系統。6.2簡單控制系統過程控制與自動化儀表31

由于在比例作用的基礎上加上積分作用，而積分作用的輸出是與偏差的積分成比例，只要偏差存在，控制器的輸出就會不斷變化，直至消除偏差為止。積分作用會使穩定性降低，雖然在加積分作用的同時，可以通過加大比例度，使穩定性基本保持不變，但超調量和振蕩周期都相應增大，過渡過程的時間也加長。

比例積分控制器特點6.2簡單控制系統過程控制與自動化儀表324）比例積分微分控制器

比例積分微分控制器是具有比例積分微分控制規律的控制器，常稱為三作用（PID）控制器。理想的三作用控制器，存在可調整參數比例放大系數KC（或比例度δ）、積分時間TI和微分時間TD。6.2簡單控制系統3．控制規律及控制器作用方向的選擇（1）控制規律的選擇過程控制與自動化儀表33

微分作用使控制器的輸出與輸入偏差的變化速度成比例，它對克服對象的滯后有顯著的效果。在比例的基礎上加上微分作用能提高穩定性，再加上積分作用可以消除余差。所以，適當調整δ、TI、TD參數，可以使控制系統獲得較高的控制質量。適用于

容量滯后較大、負荷變化大、控制質量要求較高的系統，應用最普遍的是溫度、成分控制系統。6.2簡單控制系統比例積分微分控制器特點過程控制與自動化儀表346.2簡單控制系統3．控制規律及控制器作用方向的選擇（2）控制器作用方向的選擇

控制器的正反作用是關系到控制系統能否正常運行與安全操作的重要問題。要通過改變控制器的正、反作用，以保證整個控制系統是一個具有負反饋的閉環系統。作用的方向輸入變化后，輸出的變化方向。正作用方向反作用方向當某個環節的輸入增加時，其輸出也增加，則稱該環節為“正作用”方向。當環節的輸入增加時，輸出減少的稱“反作用”方向。過程控制與自動化儀表35測量元件及變送器作用方向一般是“正”的。執行器作用方向取決于是氣開閥還是氣關閥。被控對象作用方向隨具體對象的不同而各不相同。控制器

當給定值不變，被控變量測量值增加時，控制器的輸出也增加，稱為“正作用”方向，或者當測量值不變，給定值減小時，控制器的輸出增加的稱為“正作用”方向。反之，如果測量值增加時，控制器的輸出減小的稱為“反作用”方向。6.2簡單控制系統3．控制規律及控制器作用方向的選擇（2）控制器作用方向的選擇過程控制與自動化儀表36舉例一個簡單的加熱爐出口溫度控制系統。

對象加熱爐

操作變量燃料氣流量

被控變量被加熱的原料油出口溫度加熱爐出口溫度控制6.2簡單控制系統過程控制與自動化儀表376.2簡單控制系統

當操縱變量燃料氣流量增加時，被控變量是增加的，故對象是“正”作用方向。如果從工藝安全條件出發選定執行器是氣開閥（停氣時關閉），以免當氣源突然斷氣時，控制閥大開而燒壞爐子。那么這時執行器便是“正”作用方向。為了保證由對象、執行器與控制器所組成的系統是負反饋的，控制器就應該選為“反”作用。舉例過程控制與自動化儀表386.2簡單控制系統舉例過程控制與自動化儀表396.2簡單控制系統舉例選擇被控變量

選擇操縱變量

制定系統控制方案

選擇控制器的控制規律

選擇控制閥

選擇控制器作用方向

過程控制與自動化儀表406.2.4簡單控制系統投運和控制器參數工程整定1．簡單控制系統的投運（1）投入運行前的準備工作管線檢查、儀表檢查設置正反作用方式及PID參數檢查控制閥的開關形式聯動實驗（2）控制系統的投運檢測系統投運閥門手動遙控控制器的投運6.2簡單控制系統過程控制與自動化儀表416.2.4簡單控制系統投運和控制器參數工程整定2．控制器參數的工程整定理論計算整定法工程整定法經驗法衰減曲線法臨界比例度法6.2簡單控制系統過程控制與自動化儀表426.2.4簡單控制系統投運和控制器參數工程整定經驗法6.2簡單控制系統控制對象對象特征δ/%TI/minTD/min流量對象時間常數小，參數有波動，δ要大；TI要短；不用微分40～1000.3～1溫度對象容量滯后較大，即參數受干擾候變化遲緩；δ應小；TI要長；一般需加微分20～603～100.5～3壓力對象的容量滯后一般，不算大，一般不加微分30～700.4～3液位對象時間常數范圍較大。要求不高時，δ可在一定范圍內選取，一般不用微分20～80控制器參數的經驗數據表過程控制與自動化儀表436.2.4簡單控制系統投運和控制器參數工程整定6.2簡單控制系統經驗法整定的步驟（1）先用純比例作用進行湊試，待過渡過程已基本穩定并符合要求后，再加積分作用消除余差，最后加入微分作用是為了提高控制質量。關鍵看曲線，調參數。過程控制與自動化儀表446.2.4簡單控制系統投運和控制器參數工程整定6.2簡單控制系統三種振蕩曲線比較圖比例度過大、積分時間過大時兩種曲線比較圖比例度過小、積分時間過小或微分時間過大，產生的周期性激烈振蕩。如果比例度過大或積分時間過大，過渡過程變化緩慢的情形。經驗法過程控制與自動化儀表456.2.4簡單控制系統投運和控制器參數工程整定6.2簡單控制系統（2）先按控制器參數的經驗數據表中給出的范圍把TI定下來，如要引入微分作用，可取TD＝(1/3～1/4)TI，然后對δ進行湊試，湊試步驟與前一種方法相同。特點方法簡單，適用于各種控制系統。特別是外界干擾作用頻繁，記錄曲線不規則的控制系統，采用此法最為合適。此法主要是靠經驗，在缺乏實際經驗或過渡過程本身較慢時，往往較為費時。經驗法整定的步驟過程控制與自動化儀表46對于同一個系統，不同的人采用經驗湊試法整定，可能得出不同的參數值。在一個自動控制系統投運時，控制器的參數必須整定，才能獲得滿意的控制質量。同時，在生產進行的過程中，如果工藝操作條件改變，或負荷有很大變化，被控對象的特性就要改變，因此，控制器的參數必須重新整定。注意！6.2簡單控制系統過程控制與自動化儀表476.2.4簡單控制系統投運和控制器參數工程整定6.2簡單控制系統臨界比例度法

先通過試驗得到臨界比例度δk和臨界周期Tk，然后根據經驗總結出來的關系求出控制器各參數值。臨界振蕩過程控制作用比例度/%積分時間TI/min微分時間TD/min比例比例+積分比例+微分比例+積分+微分2δk2.2δk1.8δk1.7δk0.85Tk0.5Tk0.1Tk0.125Tk臨界比例度法參數計算公式表過程控制與自動化儀表486.2簡單控制系統6.2.4簡單控制系統投運和控制器參數工程整定衰減曲線法通過使系統產生衰減振蕩來整定控制器的參數值。4∶1和10∶1衰減振蕩過程控制作用δ/%TI/minTD/min比例δs比例+積分1.2δs0.5TS比例+積分+微分0.8δs

0.3TS0.1TS控制作用δ/%TI/minTD/min比例δs′比例+積分1.2δs′2T升比例+積分+微分0.8δs′1.2T升0.4T升4∶1衰減曲線法控制器參數計算表10∶1衰減曲線法控制器參數計算表過程控制與自動化儀表496.2.4簡單控制系統投運和控制器參數工程整定

參數整定找最佳，從小到大順序查。先是比例后積分，最后再把微分加。曲線振蕩很頻繁，比例度盤要放大。曲線漂浮繞大彎，比例度盤往小扳。曲線偏離回復慢，積分時間往下降。曲線波動周期長，積分時間再加長。曲線振蕩頻率快，先把微分降下來。動差大來波動慢，微分時間應加長。理想曲線兩個波，前高后低四比一。一看二調多分析，調節質量不會低。6.2簡單控制系統整定口決過程控制與自動化儀表506.3復雜控制系統復雜控制系統串級控制系統

均勻控制系統比值控制系統分程控制系統

前饋控制系統

選擇控制系統

三沖量控制系統過程控制與自動化儀表51

當對象的滯后較大，干擾比較劇烈、頻繁時，可考慮采用串級控制系統。舉例說明串級控制系統的結構及其工作原理管式加熱爐出口溫度控制系統

可延長爐子壽命，防止爐管燒壞；可保證后面精餾分離的質量。控制好溫度6.3復雜控制系統6.3.1串級控制系統過程控制與自動化儀表526.3.1串級控制系統6.3復雜控制系統在實際生產過程中，特別是當加熱爐的燃料壓力或燃料本身的熱值有較大波動時，該簡單控制系統的控制質量往往很差，原料油的出口溫度波動較大，難以滿足生產上的要求。

根據原油出口溫度的變化來控制燃料閥門的開度

過程控制與自動化儀表536.3.1串級控制系統6.3復雜控制系統

當燃料壓力或燃料本身的熱值變化后，先影響爐膛的溫度，然后通過傳熱過程才能逐漸影響原料油的出口溫度，這個通道容量滯后很大，時間常數約15min左右，反應緩慢，而溫度控制器TC是根據原料油的出口溫度與給定值的偏差工作的。所以當干擾作用在對象上后，并不能較快地產生控制作用以克服干擾被控變量的影響。當工藝上要求原料油的出口溫度非常嚴格時，為了解決容量滯后問題，還需對加熱爐的工藝作進一步分析。原因過程控制與自動化儀表546.3.1串級控制系統6.3復雜控制系統以原料油出口溫度為主要被控變量的爐出口溫度與爐膛溫度的串級控制系統

管式加熱爐出口溫度串級控制系統過程控制與自動化儀表556.3.1串級控制系統6.3復雜控制系統串級控制系統典型方塊圖過程控制與自動化儀表566.3.1串級控制系統6.3復雜控制系統主變量——工藝最終要求控制的被控變量；副變量——為穩定主變量而引入的輔助變量；主對象——表征主變量的生產設備；副對象——表征副變量的生產設備；主控制器——按主變量與工藝設定值的偏差工作，其輸出作為副控制器的外設定值，在系統中起主導作用；副控制器——按副變量與主控制器來的外設定值的偏差工作，其輸出直接操縱控制閥；主測量變送器——對主變量進行測量及信號轉換的變送器；副測量變送器——對副變量進行測量及信號轉換的變送器；主回路——是指由主測量變送器，主、副控制器，執行器和主、副對象構成的外回路，又叫主環或外環；副回路——是指由副測量變送器、副控制器、執行器和副對象構成的內回路，又稱副環或內環。串級控制系統的組成方塊圖。幾個串級控制系統中常用的名詞

過程控制與自動化儀表576.3.1串級控制系統6.3復雜控制系統1.干擾進入副回路F2引起θ2變化，控制器T2C及時進行控制，使其很快穩定下來。如果干擾量小，經過副回路控制后，F2一般影響不到溫度θ1；如果干擾量大，其大部分影響為副回路所克服，波及到被控變量溫度θ1再由主回路進一步控制，徹底消除干擾的影響，使被控變量回復到給定值。過程控制與自動化儀表586.3.1串級控制系統6.3復雜控制系統2.干擾作用于主對象F1變化→θ1↑→T1C輸出↓→T2C設定值↓→T2C輸出↓→恢復給定值

所以，在串級控制系統中，如果干擾作用于主對象，由于副回路的存在，可以及時改變副變量的數值，以達到穩定主變量的目的。過程控制與自動化儀表596.3.1串級控制系統6.3復雜控制系統3.干擾同時作用于副回路和主對象在干擾作用下，主、副變量的變化方向相同。過程控制與自動化儀表606.3.1串級控制系統6.3復雜控制系統3.干擾同時作用于副回路和主對象主、副變量的變化方向相反，一個增加，另一個減小。過程控制與自動化儀表616.3.1串級控制系統6.3復雜控制系統1）主回路為定值控制系統，而副回路是隨動控制系統。2）結構上是主、副控制器串聯，主控制器的輸出作為副控制器的外設定，形成主、副兩個回路，系統通過副控制器操縱執行器。3）副回路對象時間常數小，動作迅速，但控制不一定精確，具有先調、粗調、快調的特點；主回路對象時間常數大，動作滯后，但主控制器能進一步消除副回路沒有克服掉的干擾，具有后調、細調、慢調的特點。4）抗擾動能力強，對進入副回路的擾動抑制力更強，控制精度高，控制滯后小。因此，它特別適用于溫度對象等滯后大的場合。串級控制系統的特點過程控制與自動化儀表626.3.1串級控制系統5．串級控制系統的控制方案設計（1）副變量的選擇串級控制系統中主變量和控制閥的選擇與簡單控制系統的被控變量與控制閥的選用原則相同。副變量的選擇是設計串級控制系統的關鍵，在選擇過程中應考慮以下原則：1）副回路應包括盡可能多的擾動，尤其是主要的擾動。2）盡量不要把純滯后環節包含在副回路中，以提高副回路的快速抗干擾能力。3）主、副對象的時間常數不能太接近。副對象的時間常數應小于主對象的時間常數，一般主、副對象的時間常數之比在3~10之間。6.3復雜控制系統過程控制與自動化儀表63加熱爐出口溫度與燃料油壓力串級控制系統

在本系統中，由于選擇了燃料油壓力作為副變量，副對象的控制通道很短，時間常數很小，因此控制作用非常及時，比起前面的雙溫度控制方案，能更及時有效地克服由于燃料油壓力波動對原料油出口溫度的影響，從而大大提高了控制質量。6.3復雜控制系統6.3.1串級控制系統舉例過程控制與自動化儀表646.3.1串級控制系統5．串級控制系統的控制方案設計（2）主副控制器控制規律的選擇6.3復雜控制系統控制規律是根據控制的要求來進行選擇的。目的為了高精度地穩定主變量。主控制器通常都選用比例積分控制規律，以實現主變量的無差控制。副變量的給定值是隨主控制器的輸出變化而變化的。副控制器一般采用比例控制規律。過程控制與自動化儀表656.3.1串級控制系統5．串級控制系統的控制方案設計（3）主副控制器的正、反作用方式選擇6.3復雜控制系統1）串級控制系統中的副控制器作用方向的選擇：2）串級控制系統中主控制器作用方向的選擇：當主、副變量增加（減小）時，如果由工藝分析得出，為使主、副變量減小（增加），要求控制閥的動作方向是一致的時候，主控制器應選“反”作用；反之，則應選“正”作用。根據工藝安全等要求，選定執行器的氣開、氣關形式后，按照使副控制回路成為一個負反饋系統的原則來確定。過程控制與自動化儀表666.3.1串級控制系統6.3復雜控制系統舉例

主變量θ1或副變量θ2增加時，都要求關小控制閥，減少供給的燃料量，才能使θ1或θ2降下來，所以此時主控制器T1C應確定為反作用方向。↑↑↓↓反過程控制與自動化儀表676.3.1串級控制系統6.3復雜控制系統舉例被冷卻物料出口溫度為主變量，冷劑流量為副變量。分析冷卻器的特性可以知道，當主變量即被冷卻物料出口溫度增加時，需要開大控制閥，而當副變量即冷劑流量增加時，需要關小控制閥，它們對控制閥動作方向的要求是不一致的，因此主控制器TC的作用方向應選用正作用。↑↓↑↑正過程控制與自動化儀表686.3.1串級控制系統6．串級控制系統的參數整定6.3復雜控制系統（1）兩步整定法按照串級控制系統主、副回路的情況，先整定副控制器，后整定主控制器的方法。整定過程1）在工況穩定，主、副控制器都在純比例作用運行的條件下，將主控制器的比例度先固定在100％的刻度上，逐漸減小副控制器的比例度，求取副回路在滿足某種衰減比（如4∶1）過渡過程下的副控制器比例度和操作周期，分別用δ2s和T2s表示。2）在副控制器比例度等于δ2s的條件下，逐步減小主控制器的比例度，直至得到同樣衰減比下的過渡過程，記下此時主控制器的比例度δ1s和操作周期T1s。過程控制與自動化儀表696.3.1串級控制系統6．串級控制系統的參數整定6.3復雜控制系統3）根據上面得到的δ1s、T1s、δ2s、T2s，按下表計算主、副控制器的比例度、積分時間和微分時間。4）按“先副后主”、“先比例次積分后微分”的整定規律，將計算出的控制器參數加到控制器上。5）觀察控制過程，適當調整，直到獲得滿意的過渡過程。調節規律調節參數比例度δ／％積分時間TI微分時間TD/minPδSPI1.2δS0.5TSPID0.8δS0.3TS0.1TS過程控制與自動化儀表706.3.1串級控制系統6．串級控制系統的參數整定6.3復雜控制系統（2）一步整定法

根據經驗將副控制器一次放好，不再變動，然后按一般單回路控制系統的整定方法直接整定主控制器參數。實踐證明

這種整定方法，對于對主變量要求較高，而對副變量沒有什么要求或要求不嚴，允許它在一定范圍內變化的串級控制系統，是很有效的。過程控制與自動化儀表716.3.2均勻控制系統6.3復雜控制系統1.均勻控制的目的前后精餾塔的供求關系甲塔:為了穩定操作需保持塔釜液位穩定，必然頻繁地改變塔底的排出量。乙塔：從穩定操作要求出發，希望進料量盡量不變或少變。甲、乙兩塔間的供求關系出現了矛盾。

為了解決前后工序供求矛盾，達到前后兼顧協調操作，使液位和流量均勻變化，組成的系統稱為均勻控制系統。過程控制與自動化儀表726.3.2均勻控制系統6.3復雜控制系統2.均勻控制的特點（1）兩個變量在控制過程中都應該是緩慢變化的。（2）前后互相聯系又互相矛盾的兩個變量應保持在所允許的范圍內波動。前一設備的液位和后一設備的進料量之關系圖1—液位變化曲線；2—流量變化曲線過程控制與自動化儀表736.3.2均勻控制系統6.3復雜控制系統3.均勻控制方案過程控制與自動化儀表746.3.3比值控制系統6.3復雜控制系統1、概述

實現兩個或兩個以上參數符合一定比例關系的控制系統，稱為比值控制系統。通常為流量比值控制系統。幾個概念主物料、主動量（Q1

、主流量）從物料、從動量（Q2

、副流量）副流量Q2與主流量Q1的比值關系為過程控制與自動化儀表756.3.3比值控制系統6.3復雜控制系統2、比值控制系統的類型(1)單閉環比值控制系統單閉環比值控制單閉環比值控制系統方塊圖過程控制與自動化儀表766.3.3比值控制系統6.3復雜控制系統2、比值控制系統的類型(1)單閉環比值控制系統過程控制與自動化儀表77(2)雙閉環比值控制系統

它是在單閉環比值控制的基礎上，增加了主流量控制回路而構成的。

雙閉環比值控制雙閉環比值控制系統方塊圖6.3復雜控制系統2、比值控制系統的類型過程控制與自動化儀表786.3復雜控制系統6.3.3比值控制系統(2)雙閉環比值控制系統2、比值控制系統的類型過程控制與自動化儀表796.3復雜控制系統6.3.3比值控制系統

要求兩種物料的比值能靈活地隨第三變量的需要而加以調整，這樣就出現一種變比值控制系統，又稱串級比值控制系統。(3)變比值控制系統2、比值控制系統的類型過程控制與自動化儀表806.3.4前饋控制系統6.3復雜控制系統反饋與前饋換熱器的反饋控制換熱器的前饋控制反饋控制與前饋控制方塊圖過程控制與自動化儀表816.3復雜控制系統6.3.4前饋控制系統2．前饋控制的特點控制形式控制所依據的信號檢測信號控制系統組態控制作用發生的時間反饋控制被控變量的偏差大小被控變量閉環偏差出現之后前饋控制干擾量的大小干擾量開環偏差出現之前過程控制與自動化儀表826.3復雜控制系統6.3.4前饋控制系統3．前饋控制的應用場合1）系統中存在頻繁且幅值大的干擾，這種干擾可測但不可控，對被控變量影響比較大，采用反饋控制難以克服，但工藝上對被控變量的要求又比較嚴格，可以考慮引入前饋回路來改善控制系統的品質。2）當采用串級控制系統仍不能把主要干擾包含在副回路中時，采用前饋-反饋控制系統，可獲得更好的控制效果。3）當對象的控制通道滯后大，反饋控制不及時，控制質量差，可采用前饋-反饋控制系統，以提高控制質量。過程控制與自動化儀表836.3復雜控制系統6.3.5其他控制系統1．分程控制系統分程控制系統是通過將一個控制器的輸出分成若干個信號范圍，每一個信號段分別控制一個控制閥，從而實現一個控制器對多個控制閥的開度控制，從而在較大范圍內控制進入被控對象的能量或原料，實現對被控參數的控制。過程控制與自動化儀表846.3復雜控制系統6.3.5其他控制系統2.選擇控制系統在這些大型工藝生產過程中，除了要求控制系統在生產處于正常運行情況下，能夠克服外界干擾，維持生產的平穩運行外，當生產操作達到安全極限時，控制系統應有一種應變能力，能采取相應的保護措施，促使生產操作離開安全極限，返回到正常情況。生產保護性措施有兩類：一類是硬保護措施；一類是軟保護措施。過程控制與自動化儀表856.3復雜控制系統6.3.5其他控制系統2.選擇控制系統選擇性控制系統有兩種類型：被控變量的選擇性控制系統及被控變量測量值的選擇性控制系統。過程控制與自動化儀表866.3復雜控制系統舉例大型合成氨工廠的蒸汽鍋爐過程控制與自動化儀表876.4典型單元的控制方案分析與設計典型生產過程單元按其物理和化學變化實質來分類，有流體力學過程、傳熱過程、傳質過程及化學反應過程四類。流體輸送設備傳熱設備精餾塔化學反應器過程控制與自動化儀表886.4典型單元的控制方案分析與設計6.4.1流體輸送設備的控制方案1．離心泵的控制（1）改變泵的轉速的控制方案過程控制與自動化儀表896.4典型單元的控制方案分析與設計6.4.1流體輸送設備的控制方案1．離心泵的控制（2）改變管路特性的控制方案（3）改變旁路流量的控制方案過程控制與自動化儀表906.4典型單元的控制方案分析與設計6.4.1流體輸送設備的控制方案2．往復泵的控制（1）改變泵的轉速的控制方案（2）改變旁路流量的控制方案過程控制與自動化儀表916.4典型單元的控制方案分析與設計6.4.1流體輸送設備的控制方案3．壓縮機的控制（1）氣量控制系統1）出口節流法通過改變進口導向葉片的角度，主要是改變進口氣流的角度來改變流量。2）改變壓縮機轉速法這種方法最節能，特別是大型壓縮機現在一般都采用蒸汽透平機作為原動機，實現調速較為簡單，應用較為廣泛。3）改變阻力法通過在壓縮機入口管線上設置控制模板，改變阻力實現氣量控制，這種方法過于靈敏，并且壓縮機入口壓力不能保持恒定，所以較少采用。（2）壓縮機入口壓力控制系統（3）防喘振控制系統過程控制與自動化儀表926.4典型單元的控制方案分析與設計6.4.2傳熱設備的控制方案1．兩側無相變換熱器的控制（1）控制載熱體流量過程控制與自動化儀表936.4典型單元的控制方案分析與設計6.4.2傳熱設備的控制方案1．兩側無相變換熱器的控制（2）控制載熱體旁路流量過程控制與自動化儀表946.4典型單元的控制方案分析與設計6.4.2傳熱設備的控制方案1．兩側無相變換熱器的控制（3）將工藝介質分路過程控制與自動化儀表956.4典型單元的控制方案分析與設計6.4.2傳熱設備的控制方案2．蒸汽加熱器的控制（1）控制蒸汽的流量（2）控制蒸汽加熱器傳熱面積過程控制與自動化儀表966.4典型單元的控制方案分析與設計6.4.2傳熱設備的控制方案3．低溫冷卻器的控制（1）控制冷劑的流量（2）控制傳熱面積（3）控制汽化壓力過程控制與自動化儀表976.4典型單元的控制方案分析與設計6.4.2傳熱設備的控制方案4．加熱爐的控制（1）簡單控制方案過程控制與自動化儀表986.4典型單元的控制方案分析與設計6.4.2傳熱設備的控制方案4．加熱爐的控制（2）串級控制方案過程控制與自動化儀表996.4典型單元的控制方案分析與設計6.4.3鍋爐的控制方案過程控制與自動化儀表1006.4典型單元的控制方案分析與設計6.4.3鍋爐的控制方案1．單沖量液位控制2．雙沖量液位控制3．三沖量液位控制單沖量雙沖量三沖量過程控制與自動化儀表1016.4典型單元的控制方案分析與設計6.4.4精餾塔的控制方案過程控制與自動化儀表1026.4典型單元的控制方案分析與設計6.4.4精餾塔的控制方案（1）提餾段溫度控制1）主要控制系統。提餾段溫度控制系統，將塔底溫度作為被控變量，其測溫元件裝在提餾段，塔釜熱劑量作為操作變量。2）輔助控制系統。塔頂回流量的定值控制系統塔頂壓力定值控制系統塔進料定值控制系統塔底液位均勻控制系統回流罐液位均勻控制系統過程控制與自動化儀表1036.4典型單元的控制方案分析與設計6.4.4精餾塔的控制方案（2）精餾段溫度控制1）主要控制系統。精餾段溫度控制系統，被控變量為精餾段溫度，其測溫元件在精餾段，操作變量為回流量。2）輔助控制系統。再沸器加熱量的定值控制回流罐與塔釜液位控制進料量控制過程控制與自動化儀表1046.4.5反應器的控制方案1．反應器的控制要求及被控變量的選擇1）質量指標。使反應達到規定的轉化率，或使產品達到規定的濃度。2）物料平衡和能量平衡。為了使反應器能夠正常運行，必須使反應器在生產過程中保持物料平衡和能量平衡。例如，為了保持熱量平衡，需要及時除去反應熱，以保證反應的正常進行。3）約束條件。對于反應器，要防止工藝變量進入危險區域或不正常工況。例如，在不少催化接觸反應中，溫度過高或進料中某些雜質含量過高，將會引起催化劑中毒或破損。為此，應適當配置一些報警、連鎖或自動選擇性控制系統。6.4典型單元的控制方案分析與設計過程控制與自動化儀表1056.4典型單元的控制方案分析與設計6.4.5反應器的控制方案2．釜式反應器的控制（1）控制進料溫度（2）控制夾套溫度過程控制與自動化儀表1066.4典型單元的控制方案分析與設計6.4.5反應器的控制方案2．釜式反應器的控制（3）串級控制過程控制與自動化儀表107過程控制與自動化儀表第7章過程計算機控制系統掌握集散控制系統體系及軟硬件功能。了解現場總線控制系統主要類型及組成。掌握現場總線控制系統網絡組建的方法。3了解計算機控制系統結構及分類。124過程控制與自動化儀表1097.1計算機控制系統概述

7.1.1計算機控制簡述圖7-1計算機控制系統的典型結構計算機的三個作用：1）實時數據處理。2）實時監督決策。3）實時控制及輸出。過程控制與自動化儀表1107.1計算機控制系統概述7.1.2計算機控制系統的分類計算機巡回檢測和操作指導系統直接數字控制系統監督控制系統集散控制系統現場總線控制系統過程控制與自動化儀表1117.1計算機控制系統概述7.1.2計算機控制系統的分類計算機巡回檢測和操作指導系統過程控制與自動化儀表1127.1計算機控制系統概述7.1.2計算機控制系統的分類直接數字控制系統（DirectDigitalControl，DDC）

過程控制與自動化儀表1137.1計算機控制系統概述7.1.2計算機控制系統的分類監督控制系統（SupervisoryComputerControl，SCC）

過程控制與自動化儀表1147.1計算機控制系統概述7.1.2計算機控制系統的分類集散控制系統（DistributedControlSystem，DCS）

過程控制與自動化儀表1157.1計算機控制系統概述7.1.2計算機控制系統的分類現場總線控制系統（FieldbusControlSystem，FCS）

過程控制與自動化儀表1167.2集散控制系統7.2.1集散控制系統的基本概念DCS的發展1）第一階段是DCS的初創階段，主要依賴于“4C”技術，重點是實現分散控制。2）第二階段是DCS的成熟階段。達到了“4A”目標。把過程控制系統、實時操作網絡和工廠信息網融為一體，推出了TPS全廠一體化的概念。3）第三階段是DCS的擴展階段。向計算機集成制造系統CIMS、計算機集成過程系統CIPS方向發展。

過程控制與自動化儀表1177.2集散控制系統7.2.2集散控制系統的結構1．集散控制系統的體系結構DCS的體系結構通常為三級：第一級為分散過程控制級；第二級為集中操作監控級；第三級為綜合信息管理級。過程控制與自動化儀表1187.2集散控制系統7.2.2集散控制系統的結構2．集散控制系統的物理結構及各部分功能從DCS使用的功能角度來看，可分成現場控制站、操作員站、工程師站、通信系統、接口等。過程控制與自動化儀表1197.2集散控制系統7.2.2集散控制系統的結構2．集散控制系統的物理結構及各部分功能（1）現場控制站–硬件組成1）過程量I/O，包括模擬量輸入輸出，開關量輸入輸出，累積量（計數值）輸入輸出和脈沖寬度輸入輸出等幾種。2）主控單元，即實現處理和計算的主體，其中包括CPU、存儲器、控制軟件。3）電源，分為邏輯電源和現場電源兩種，為過程量I/O接口及主控單元提供電源的為邏輯電源。為現場量I/O提供電源的為現場電源。4）通信網絡，包括根據需要配置的集線器、交換器、路由器等。5）機柜、機架等機械安裝結構件。過程控制與自動化儀表1207.2集散控制系統7.2.2集散控制系統的結構2．集散控制系統的物理結構及各部分功能（1）現場控制站–軟件組成過程量采集軟件：用于對采集的過程量進行工程量轉換，即將采集到的二進制代碼轉換成為工程量表示的浮點數，然后將這些工程量集中存放到現場控制站內存中的實時數據庫中。回路計算軟件：以實時數據庫中的數據為原始數據，根據預先確定的算法進行計算，將計算結果作為輸出對現場實現控制。網絡通信軟件：將系統中各個現場控制站、操作員站、工程師站以及各類功能站聯結在一起，互相交換信息，以實現系統的功能。過程控制與自動化儀表1217.2集散控制系統7.2.2集散控制系統的結構2．集散控制系統的物理結構及各部分功能（2）操作員站操作員站是人和機器的聯系通道。安裝有操作系統、監控軟件和控制器的驅動軟件，顯示系統的標簽、動態流程圖和報警信息。（3）工程師站工程師站的主要工作是組態設計，并將設計結果下載到模塊中執行。主要軟件包括組態軟件和系統運行狀態監視的軟件。（4）通信系統通信網絡把現場控制站、操作員站、工程師站、管理計算機等連成一個系統。過程控制與自動化儀表1227.2集散控制系統7.2.3HOLLiAS—MACS集散控制系統1．HOLLiAS—MACS系統的硬件體系結構由工程師站、操作員站、現場控制站（包括主控單元設備和I/O單元設備）、通信控制站、系統服務器、系統網絡、監控網絡、控制網絡等組成。過程控制與自動化儀表1237.2集散控制系統7.2.3HOLLiAS—MACS集散控制系統1．HOLLiAS—MACS系統的硬件體系結構（1）HOLLiAS—MACS系統中的站1）工程師站。運行相應的組態管理程序，對整個系統進行集中控制和管理。2）操作員站。運行相應的實時監控程序，對整個系統進行監視和控制。3）服務器。運行相應的管理程序，對整個系統的實時數據和歷史數據進行管理。4）現場控制站。運行相應的實時控制程序，對現場進行控制和管理。5）通信站。作為MACS系統與其他系統的通信接口，可以連接企業的ERP系統和實時信息系統RealMIS，或者接入Internet/Intranet/Extranet。過程控制與自動化儀表1247.2集散控制系統7.2.3HOLLiAS—MACS集散控制系統1．HOLLiAS—MACS系統的硬件體系結構（2）HOLLiAS—MACS系統中的網絡1）監控網絡MNET。采用TCP/IP通信協議的冗余高速以太網鏈路，網絡中的各節點包括工程師站、操作員站、服務器等，網絡使用五類屏蔽雙絞線或光纖將各個通信節點連接到中心交換機上。監控網絡上各個節點用固定分配的IP地址進行標識。2）系統網絡SNET。采用HSIE通信協議的冗余高速工業以太網，網絡中的各節點包括服務器、現場控制站等，網絡使用五類屏蔽雙絞線或光纖將各個通信節點連接到中心交換機上。3）控制網絡CNET。位于現場控制站內部，使用Profibus-DP現場總線組網，節點主要有DP主站（主控單元）和DP從站（智能I/O單元）。采用帶屏蔽的雙絞銅線連接各節點，站地址為0~125。主要用于完成實時輸入/輸出數據和從站設備診斷信息的傳送。過程控制與自動化儀表1257.2集散控制系統7.2.3HOLLiAS—MACS集散控制系統2．HOLLiAS—MACS系統的硬件簡介（1）控制機柜（2）控制機籠FM301（3）主控模塊FM801（4）電源模塊FM910/FM920（5）端子模塊FM131A（6）8通道模擬量輸入模塊FM148（7）8通道模擬量輸出模塊FM151（8）16通道開關量輸入模塊FM161（9）16通道開關量輸出模塊FM171過程控制與自動化儀表126表7-1FM系列硬件主要產品產品型號名稱主控機籠FM3012個主控模塊+4個電源模塊FM3052個主控模塊+2個電源模塊主控模塊FM801嵌入式x86處理器，100MHz，16MB內存，8MBDOC，1MBSRAMFM803嵌入式x86處理器，266MHz，128MB內存，16MBDOC，1MBSRAM電源模塊FM910DC24V電源模塊FM920DC48V電源模塊I/O模塊FM1488通道模擬量輸入模塊FM1478通道熱電偶型輸入模塊FM1438通道熱電阻型輸入模塊FM1518通道模擬量輸出模塊FM16116通道開關量輸入模塊FM17116通道開關量輸出模塊FM1628通道脈沖輸入模塊端子模塊FM131A通用端子底座，40位雙排接線端子通信模塊FM1200DP總線冗余控制器FM1201DP總線重復器FM1202DP總線光電收發器過程控制與自動化儀表1277.2集散控制系統7.2.3HOLLiAS—MACS集散控制系統2．HOLLiAS—MACS系統的硬件簡介（1）控制機柜前視圖后視圖主要型號有主控機柜FP040、擴展機柜FP041、FP033等。主控機柜FP040的上方為安裝主控單元組件的控制機籠，機柜的下方正、反面各安裝三列導軌，每列最多可安裝11個模塊，正面最多可有33個安裝位，背面最多可有33個安裝位，一共最多可以安裝66個I/O模塊。過程控制與自動化儀表1287.2集散控制系統7.2.3HOLLiAS—MACS集散控制系統2．HOLLiAS—MACS系統的硬件簡介（2）控制機籠FM301

一個FM301機籠中有8個槽位，每個槽位有一個64針插座，連接相應的模塊。最左邊兩個槽插入兩塊主從冗余主控單元模塊FM801。剩下槽位插入電源模塊，其中1#—4#電源是系統電源，提供24VDC，選用FM910；后面電源是現場電源，提供DC48V/24V，根據不同的電壓要求，選用FM920或FM910。過程控制與自動化儀表1297.2集散控制系統7.2.3HOLLiAS—MACS集散控制系統2．HOLLiAS—MACS系統的硬件簡介（2）控制機籠FM301

FM301機籠的背板上有通信端口、電源輸出端口、電源報警輸出端口、電源輸入端口、站號撥碼開關等。左側為電源模塊接線端，右側為主控單元接線端。右側兩個4針插座是系統電源和DP通信的輸出接口；四個RJ45插座是主控單元系統網（SNET）的輸出接口。過程控制與自動化儀表130主控單元站號設置撥碼開關從下向上依次為第1~6位，用于設置主控單元站號，ON為0，OFF為1，以二進制編碼方式進行地址設置。為確保構成冗余配置，必須保證主從站號設置一致并和實際站號相同。過程控制與自動化儀表1317.2集散控制系統7.2.3HOLLiAS—MACS集散控制系統2．HOLLiAS—MACS系統的硬件簡介（3）主控模塊FM801

FM801型主控模塊為盒式插件結構。FM801的前面板有狀態指示燈、掉電保護開關、復位按鈕、電源指示燈；后面板的64針插頭插在FM301內的64針插座上，實現與FM301的連接；通信接口、站號設置、電源接口位于機籠FM301的背板上。過程控制與自動化儀表132FM801狀態指示燈說明POWER（綠燈）“亮”表示主控單元電源打開STANDBY（黃燈）在雙機系統中“亮”表示從機，“滅”表示主機在單機系統中，該燈是“閃”狀態RUN（綠燈）“亮”表示主控單元處于在線運行狀態“滅”表示主控單元處于離線狀態ERROR（紅燈）“亮”表示主控單元運行錯“閃”表示從機從主機中拷貝工程文件SNET1（黃燈）“亮”表示系統網1（以太網）數據交換正常“滅”表示系統網1（以太網）沒有數據交換，不正常SNET2（黃燈）“亮”表示系統網2（以太網）數據交換正常“滅”表示系統網2（以太網）沒有數據交換，不正常CNET（黃燈）“亮”DP網通信正常“滅”主控單元DP故障“閃”DP網與模塊通信不正常RNET（黃燈）“亮”表示雙機（以太網）備份數據交換正常RESET復位鍵BATTERY數據保持電池。撥碼置于ON，表示FM801處于掉電保護狀態，撥碼置于OFF，表示FM801不處于掉電保護狀態過程控制與自動化儀表1337.2集散控制系統7.2.3HOLLiAS—MACS集散控制系統2．HOLLiAS—MACS系統的硬件簡介（4）電源模塊FM910/FM920（5）端子模塊FM131A

電源模塊是AC-DC轉換設備，采用開關電源技術，實現AC220V到DC24V或DC48V的轉換，為主控制器和I/O模塊等現場設備提供電源，其中FM910輸出電壓為24VDC，FM920輸出電壓為48VDC。FM131A端子模塊是與常規I/O模塊搭配使用的通用端子模塊，用于實現功能模塊與現場信號的連接。過程控制與自動化儀表134FM131A外形及地址設置模塊通信地址為120當撥碼開關位于ON時，對應位的二進制值為0，置于OFF時，則為1。過程控制與自動化儀表1357.2集散控制系統7.2.3HOLLiAS—MACS集散控制系統2．HOLLiAS—MACS系統的硬件簡介（6）8通道模擬量輸入模塊FM148

FM148模塊是8路模擬大信號輸入單元，每一通道可接入0~10V電壓信號或0~20mA電流信號，8路輸入均有輸入過壓保護。FM148A既可接入二線制電流信號，也可接受四線制電流信號。

過程控制與自動化儀表136FM148A端子信號的接線要求每路信號采用+24V屏蔽雙絞線接到FM131A的端子上。注意：在DCS中，為防止多點接地引起信號測量不正常，有二線制電流信號輸入的模塊，嚴禁接入其他類型信號。過程控制與自動化儀表1377.2集散控制系統7.2.3HOLLiAS—MACS集散控制系統2．HOLLiAS—MACS系統的硬件簡介（7）8通道模擬量輸出模塊FM151

FM151模塊是8路4~20mA模擬信號輸出單元，通過現場總線（ProfiBus-DP）與主控單元相連。過程控制與自動化儀表138FM151端子信號的接線FM151模塊與FM131A端子間依靠64針歐式連接器連接，構成完整的I/O單元。輸出到現場的模擬量信號直接由FM131A的雙層端子引出。FM151模塊的每路信號均采用屏蔽電纜與FM131A的端子連接。過程控制與自動化儀表1397.2集散控制系統7.2.3HOLLiAS—MACS集散控制系統2．HOLLiAS—MACS系統的硬件簡介（8）16通道開關量輸入模塊FM161

FM161模塊是智能型16通道開關量輸入模塊，用于處理從現場來的觸點型開關量輸入信號，觸點提供24VDC和48VDC兩種查詢電源選擇，模塊的工作電源為24VDC。過程控制與自動化儀表140FM161端子信號的接線FM161端子信號的接線方式有兩種：無公共端接法和共地端接法。過程控制與自動化儀表141FM161查詢電源的接法為保證與現場設備的隔離性，DC24V查詢電源應使用相對于模塊工作電源獨立的外接查詢電源，同時在查詢電源的輸入端應接入0.2~0.5A的熔斷器。過程控制與自動化儀表1427.2集散控制系統7.2.3HOLLiAS—MACS集散控制系統2．HOLLiAS—MACS系統的硬件簡介（9）16通道開關量輸出模塊FM171

FM171型模塊是智能型16通道DC24V繼電器開關量輸出模塊。用于給現場提供無源觸點型開關量輸出信號，從而實現對現場設備的開關和啟停控制。過程控制與自動化儀表143FM171輸出信號接法過程控制與自動化儀表1447.2集散控制系統7.2.3HOLLiAS—MACS集散控制系統3．HOLLiAS—MACS系統的軟件簡介組態軟件：安裝在工程師站上，可實現數據庫總控、設備組態、數據站算法組態、控制器算法組態、報表組態、圖形組態、工程師在線下裝等功能。操作員站軟件：是安裝在操作員站上的用于完成用戶對人機交互界面監控的軟件。主要包括流程圖、趨勢圖、參數列表、報警、日志的顯示及控制調節、參數整定等操作功能。數據站軟件：是安裝在數據站上的用于完成對系統實時、歷史數據的集中管理和監視的軟件，同時還為各站的數據請求提供服務。控制站軟件：是安裝在現場控制站主控單元中的軟件，主要用于完成數據采集、轉換、控制、運算等功能。過程控制與自動化儀表145MACS系統的組態實施流程圖過程控制與自動化儀表146MACS系統的組態實施過程（1）前期準備工作（2）建立目標工程過程控制與自動化儀表147MACS系統的組態實施過程（3）系統設備組態過程控制與自動化儀表148MACS系統的組態實施過程（4）數據庫組態過程控制與自動化儀表149MACS系統的組態實施過程（5）算法組態過程控制與自動化儀表150MACS系統的組態實施過程（6）圖形、報表組態過程控制與自動化儀表151MACS系統的組態實施過程（6）圖形、報表組態過程控制與自動化儀表152MACS系統的組態實施過程（7）編譯生成（8）系統下裝過程控制與自動化儀表1537.3現場總線控制系統7.3.1現場總線控制系統概述1．現場總線的定義現場總線是安裝在生產過程區域的現場設備/儀表與控制室內的自動控制裝置/系統之間的一種串行、數字式、多點通信的數據總線。基于現場總線構建的控制系統稱為現場總線控制系統（FieldbusControlSystem，簡稱FCS）。2．現場總線控制系統的特點（1）結構方面（2）技術方面（3）經濟方面3．現場總線控制系統的發展過程控制與自動化儀表154與其他控制系統比較——控制功能分散過程控制與自動化儀表155與其他控制系統比較——接線簡單過程控制與自動化儀表1567.3現場總線控制系統7.3.2幾種主要現場總線簡介1．FF現場總線基金會現場總線（FoundationFieldbus，FF）是由國際公認的、唯一不附屬于任何企業的、非商業化的國際標準組織——現場總線基金會提出。基金會現場總線分為低速現場總線H1和高速現場總線HSE兩種通信速率。低速現場總線H1的傳輸速率為31.25kbit/s，高速現場總線HSE的傳輸速率為100Mbit/s，H1支持總線供電和本質安全特性。H1最大通信距離為1900m（如果加中繼器可延長至9500m），每個網段最多可直接連接32個節點。如果加中繼器最多可連接126個節點。通信媒體為雙絞線、光纜或無線電。FF的H1和HSE分別是IEC61158的標準子集1和5。應用領域以過程自動化為主。過程控制與自動化儀表1577.3現場總線控制系統7.3.2幾種主要現場總線簡介2．PROFIBUS現場總線（1）PROFIBUS-FMS主要是用來解決車間級通用性通信任務。可用于大范圍和復雜的通信。總線周期一般小于100ms。（2）PROFIBUS-DP

這是一種經過優化的高速和便宜的通信總線。它的設計是專門為自動控制系統與分散的I/O設備級之間進行通信使用的。總線周期一般小于10ms。（3）PROFIBUS-PA

是專門為過程自動化設計的。它可使傳感器和執行器接在一根共用的總線上，甚至在本質安全領域也可接上。根據IEC1158－2標準，PROFIBUS-PA用雙絞線進行總線供電和數據通信。PROFIBUS主要用于加工制造自動化、過程自動化和樓宇自動化等行業。過程控制與自動化儀表158PROFIBUS現場總線系統圖過程控制與自動化儀表1597.3現場總線控制系統7.3.2幾種主要現場總線簡介3．ControlNet

現場總線（1）網絡帶寬的利用率高采用CTDMA技術，數據一旦發送到網絡，網絡上的其他節點就可同時接收。因此，與主從式傳輸技術比較，不需要重復發送同樣的信息到不同的從站，從而減少在網絡上的通信量。（2）同步性好由于在網絡上的數據可同時被多個節點接收，與主從式傳輸方式比較，各節點可同時接收數據。因此，同步性好。（3）實時性好采用在預留時間段的確定時間內周期重復發送，保證有實時要求的數據能夠正確發送。并且，可根據實時性要求，設置時間片的大小，進行預留，從而保證實時性。（4）避免數據訪問的沖突采用虛擬令牌，只有獲得令牌的節點可發送數據，避免了數據訪問的沖突現象，提高了傳輸效率。（5）高吞吐量傳輸速率5Mbit/s時，網絡刷新速率為2ms。過程控制與自動化儀表1607.3現場總線控制系統7.3.2幾種主要現場總線簡介4．CAN總線

控制器局域網絡（ControllerAreaNetwork，CAN）總線主要應用于汽車制造、公共交通車輛、機器人、液壓系統、分散型I/O。

過程控制與自動化儀表1617.3現場總線控制系統7.3.2幾種主要現場總線簡介5．LonWorks總線LonWorks現場總線是美國Echelon公司開發的現場總線技術。主要應用于工業控制、樓宇自動化、數據采集、SCADA系統等。LonWorks技術的核心是具備通信和控制功能的Neuron（神經元）芯片。它包括一個固化的高級通信協議LonTalk、三個微處理器、一個多任務操作系統和靈活的輸入/輸出方式。LonTalk協議提供了OSI參考模型所定義的全部7層協議，其中1~6層被封裝到Ne