现场总线与工业以太网-现场仪表功能块及常用参数培训资料

1、现场总线与工业以太网-现场仪表功能块及常用参数 每种类型的功能块都有一个不同的内部算法以及几个参数每种类型的功能块都有一个不同的内部算法以及几个参数来执行不同类型的功能。功能块不依靠来执行不同类型的功能。功能块不依靠I IO O硬件，独立运行基硬件，独立运行基本的监测和控制功能。例如，模拟输入模块本的监测和控制功能。例如，模拟输入模块(AI)(AI)提供测量所需提供测量所需基本功能：仿真、推算量程、传递函数、阻尼以及报警。压力基本功能：仿真、推算量程、传递函数、阻尼以及报警。压力变送器中的标准变送器中的标准AIAI模块跟温度变送器中的相同。无论在变送器模块跟温度变送器中的相同。无论在变送器中、

2、定位器中或中央控制器中，无论设备制造商是谁，标准中、定位器中或中央控制器中，无论设备制造商是谁，标准PIDPID模块都相同。共有四类具备不同特性的功能块模块都相同。共有四类具备不同特性的功能块( (图图2.60)2.60)： 输入类输入类(Input Class)(Input Class) 控制类控制类(Control Class)(Control Class) 计算类计算类(Calculate Class)(Calculate Class) 输出类输出类(Output Class)(Output Class)1 1功能块类型功能块类型图图2.60 2.60 功能块种类功能块种类2 2功能块的

3、内部结构与功能块连接功能块的内部结构与功能块连接 功能块应用进程提供了一个通用结构，把实现控制系统功能块应用进程提供了一个通用结构，把实现控制系统所需的各种功能划分为功能模块，使其公共特征标准化，规所需的各种功能划分为功能模块，使其公共特征标准化，规定它们各自的输入、输出、算法、事件、参数与块控制图，定它们各自的输入、输出、算法、事件、参数与块控制图，把按时间反复执行的函数模块化为算法，把输入参数按功能把按时间反复执行的函数模块化为算法，把输入参数按功能块算法转换成输出参数。反复执行意味着功能块是按周期或块算法转换成输出参数。反复执行意味着功能块是按周期或事件发生重复作用的。事件发生重复作用的

4、。 图图2.61表示表示一个功能块的内部结构。可以看到，无论在一一个功能块的内部结构。可以看到，无论在一个功能块内部执行哪一种算法，实现哪一种功能，它们与功个功能块内部执行哪一种算法，实现哪一种功能，它们与功能块外部的连接结构是通用的。分布在图中左、右两边的一能块外部的连接结构是通用的。分布在图中左、右两边的一组输入参数与输出参数是本功能块与其他功能块之间要交换组输入参数与输出参数是本功能块与其他功能块之间要交换的数据和信息，其中输出参数是由输入参数、本功能块的内的数据和信息，其中输出参数是由输入参数、本功能块的内含参数、算法的共同作用而产生的。图中上部的执行控制用含参数、算法的共同作用而产生

5、的。图中上部的执行控制用于在某个外部事件的驱动下，触发本功能块的运行，并向外于在某个外部事件的驱动下，触发本功能块的运行，并向外部传送本功能块执行的状态。部传送本功能块执行的状态。图图2.61 2.61 功能块的内部结构功能块的内部结构 图图2.612.61表示表示一个功能块的内部结构。可以看到，无论在一一个功能块的内部结构。可以看到，无论在一个功能块内部执行哪一种算法，实现哪一种功能，它们与功能个功能块内部执行哪一种算法，实现哪一种功能，它们与功能块外部的连接结构是通用的。分布在图中左、右两边的一组输块外部的连接结构是通用的。分布在图中左、右两边的一组输入参数与输出参数是本功能块与其他功能块

6、之间要交换的数据入参数与输出参数是本功能块与其他功能块之间要交换的数据和信息，其中输出参数是由输入参数、本功能块的内含参数、和信息，其中输出参数是由输入参数、本功能块的内含参数、算法的共同作用而产生的。图中上部的执行控制用于在某个外算法的共同作用而产生的。图中上部的执行控制用于在某个外部事件的驱动下，触发本功能块的运行，并向外部传送本功能部事件的驱动下，触发本功能块的运行，并向外部传送本功能块执行的状态。块执行的状态。3 3常用功能块参数常用功能块参数 资源块、转换块以及功能块都包含内含参数，用于模块设资源块、转换块以及功能块都包含内含参数，用于模块设置和操作以及诊断。功能块还包含输入参数，经

7、模块算法运算置和操作以及诊断。功能块还包含输入参数，经模块算法运算后产生输出参数。一个功能块中总共有三类参数：后产生输出参数。一个功能块中总共有三类参数： 内含参数内含参数(Contained parameter) 输入参数输入参数(Input parameter) 输出参数输出参数(Output parameter)(Output parameter) 例如，例如，PIDPID模块中，过程变量成为输入之一，操作变量是输模块中，过程变量成为输入之一，操作变量是输出之一，整定参数是一些内含参数。参数可以由用户或模块本出之一，整定参数是一些内含参数。参数可以由用户或模块本身设定。输入参数一般从相链

8、接的输出取得数据或由用户设定，身设定。输入参数一般从相链接的输出取得数据或由用户设定，但模块本身不能设定输入数值。但模块本身不能设定输入数值。（1 1）模拟输入块）模拟输入块AIAI 模拟输入功能块模拟输入功能块AIAI的内部结构图如图的内部结构图如图2.622.62所示。所示。AIAI的主要的主要作用是从转换块中取得模拟过程变量作用是从转换块中取得模拟过程变量( (如压力、温度、流量等如压力、温度、流量等) )，并完成通道配置、仿真、标度、线性化、阻尼、报警等功能，并完成通道配置、仿真、标度、线性化、阻尼、报警等功能，它的输出供其他功能块使用。它的输出供其他功能块使用。 AI功能块大约功能块

9、大约36个参数，常用参数如表个参数，常用参数如表2.16。表。表2.16 为为AI控控制功能块参数表。表中注释如下：制功能块参数表。表中注释如下： E：列举参数；：列举参数； Na：无单位位串；：无单位位串；RO：只读：只读 D：动态；：动态； S：静态；：静态； N：非易失：非易失图图2.62 2.62 模拟输入功能块模拟输入功能块AIAI的内部结构图的内部结构图索索引引参数参数数据类型数据类型( (长度长度) )有效范有效范围围选项选项默认默认值值单单位位存储存储模式模式描述描述1 1TAGTAG 2 2TARGETTARGET 3 3XD_SCALEXD_SCALEDS-68DS-68

10、转换器量程转换器量程4 4L_TYPEL_TYPE8 8位无符号位无符号数数 线形化类型线形化类型5 5MODE_BLKMODE_BLKDS-69DS-69 O OS SnanaS S模式参数模式参数6 6PVPVDS-65DS-65 PVPVD DR0R0ININ值经值经PVPV滤波器处理后滤波器处理后的过程模拟变量的过程模拟变量7 7OUTOUTDS-65DS-65OUT_SCAOUT_SCALELE1010 OUTOUTD/MAND/MANPIDPID计算的结果输出值计算的结果输出值8 8OUTOUT_SCALSCALE EDS-68DS-68 O-100O-1000UT0UTS SMA

11、NMAN对输出参数的高低标定对输出参数的高低标定值值9 9PV_FTIMEPV_FTIME浮点浮点正数正数0 0s sS SPVPV滤波滤波时间常数时间常数1010HI_ALMHI_ALMDS-71DS-71 PVPVD D带时间标签高报警带时间标签高报警1111LO_ALMLO_ALMDS-7lDS-7l PVPVD D带带时间时间标签低报警标签低报警图图2.63 PID2.63 PID控制算法功能块控制算法功能块PIDPID的内部结构图的内部结构图 （2 2）控制块）控制块PIDPID 控制块控制块PID的内部结构的内部结构如图如图2.63所示。所示。它提供了比例它提供了比例(P)、积分积

12、分(I)、微分、微分(D)的运算控制。的运算控制。PID控制功能块参数表控制功能块参数表如表如表2.17所列。所列。对最基本且常用的参数进行说明。对最基本且常用的参数进行说明。表表2.17 PID2.17 PID控制功能块参数表控制功能块参数表E E：列举参数；：列举参数； nana：无单位位串；：无单位位串； RORO：只读；：只读； D D：动态；：动态； S S：静态；：静态； N N：非易失：非易失索索引引参数参数数据类数据类型型(长度长度)有效范围有效范围选项选项默认默认值值单单位位存储存储模式模式描述描述1TAG 2TARGET 3MODE_BLKDS-69 OSnaS模式参数4P

13、VDS-65 PVDR0IN值经PV滤波器处理后的过程模拟变量5SPDS-65PV_SCAIE10 PVN/AUTO模拟设定值。可以手动设置，也可以通过接口设备或另一现场设备自动设置6OUTDS-65OUT_SCALE10 OUTD/MANPID计算的结果输出值7PV_SCALEDS-68 0-100PVSMAN对PV和SP参数的高低标定值8OUT_SCALEDS-68 O-1000UTSMAN对输出参数的高低标定值9CONTROL_OPTS位串(2)见功能块选项OnaS/O/S功能块选项10INDS-65 PVD功能块的初级输入值11CAS_INDS-65 D 远程块或DCS来的设定值12G

14、AIN浮点 O无SPID的比例系数峰值13RESET浮点正数+INFsSPID的积分系数Tr值14RATE浮点正数0sSPID的微分系数Td值15BKCAL_INDS-65 OUTN来自下游块的BKCAL_OUT，用于抗积分饱和和控制回路初始化16BKCAL_OUTDS-65 PVDRO提 供 给 上 游 块 的BKCAL_IN，用于抗积分饱和和控制回路无扰切换17RCAS_IND6-65 PVD远程目标设定值18ROUT_INDS-65 OUTD远程目标输出19FF_VALDS-65 FFD前馈数值和状态20FF_SCALEDS-68 O-100FFS前馈输入高低标定值21FF_GAIN浮点

15、 0无SMAN前馈输入比例增益22HI_AIMDS-71 PVD带时间标签高报警(3)(3)模拟输出块模拟输出块AOAO 模拟输出块模拟输出块AOAO的内部结构如图的内部结构如图2.642.64所示。所示。AOAO功能块从另功能块从另一个功能块接收信号，然后通过内部通道的定义，将计算结一个功能块接收信号，然后通过内部通道的定义，将计算结果传递到一个转换块。在传递给输出转换块前，它提供了用果传递到一个转换块。在传递给输出转换块前，它提供了用户对户对AOAO所期望的功能，如限幅所期望的功能，如限幅, ,正反作用、位置反馈正反作用、位置反馈( (读回读回) )、仿真及故障安全输出等。仿真及故障安全输

16、出等。AOAO控制功能块参数表控制功能块参数表如表如表2.182.18所列。所列。对最基本且常用的参数进行说明。表中对最基本且常用的参数进行说明。表中E E：列举参数；：列举参数； NaNa：无单位位串；无单位位串；RORO：只读；：只读；D D：动态；：动态；S S：静态；：静态；N N：非易失：非易失 (4) (4) 计算块计算块ARTHARTH 计算功能块计算功能块ARTH的内部结构的内部结构如图如图2.65所示。所示。计算功能计算功能块块ARTH提供了多种用途的计算能力，它可以用来执行过程提供了多种用途的计算能力，它可以用来执行过程工业控制中最普通的计算，如乘除、平均、求和、流量的压工

17、业控制中最普通的计算，如乘除、平均、求和、流量的压力和温度补偿，闭口容器液位测量以及比率控制中受控流量力和温度补偿，闭口容器液位测量以及比率控制中受控流量设定值的计算等。设定值的计算等。图图2.64 2.64 模拟输出功能块模拟输出功能块AOAO的内部结构图的内部结构图索索引引参数参数数据类数据类型型(长度长度)有效范围有效范围选项选项默认值默认值单位单位存储存储模式模式描述描述1TAG 2XD_SCALEXD_SCALE 3PVDS-65 PVDR0IN值经PV滤波器处理后的过程模拟变量4SPDS-65PV_SCAIE10 PVN/AUTO模拟设定值。可以手动设置，也可以通过接口设备或另一现

18、场设备自动设置5OUTDS-65OUT_SCALE10 OUTD/MANPID计算的结果输出值6PV_SCALEDS-68 0-100PVSMAN对PV和SP参数的高低标定值7INDS-65 PVD功能块的初级输入值8CAS_INDS-65 D 远程块或DCS来的设定值9SP_RATE_DN浮点正数+INFPV/sS设定值下降变化率限制10RCAS_OUTDS-65 返回主机的设定值输出1lBKCAL_OUTDS-65 PVDRO提供给上游块的BKCAL_IN，用于抗积分饱和和控制回路无扰切换12RCAS_IND6-65 PVD远程目标设定值图图2.65 2.65 计算功能块计算功能块ARTH

19、ARTH的内部结构的内部结构 ARTH ARTH用来计算转换器用来计算转换器( (块块) )来的信号，而不是用于来的信号，而不是用于控制路径，所以不支持串级和反馈计算，不需转换为控制路径，所以不支持串级和反馈计算，不需转换为百分比，也不需比例换算，更没有过程报警。功能块百分比，也不需比例换算，更没有过程报警。功能块有有5 5个输入端个输入端( (其中其中3 3个为辅助输入，一个输出端。个为辅助输入，一个输出端。) ) ARTH ARTH功能块大约功能块大约3636个参数，常用的参数个参数，常用的参数如表如表2.192.19。表表2.19ARTH2.19ARTH控制功能块参数表。表中注释如下：控

20、制功能块参数表。表中注释如下： E E：列举参数；：列举参数； nana：无单位位串；：无单位位串； RORO：只读；：只读； D D：动态；：动态；S S：静态；：静态；N N：非易失。：非易失。表表2.19 ARTH控制功能块参数表控制功能块参数表索索引引参数参数数据数据类型类型(长度长度)有效范围有效范围选项选项默认默认值值单单位位存储存储模式模式描述描述1GAIN浮点 计算块增益2PVDS-65 PVDR0IN值经PV滤波器处理后的过程模拟变量3PV_UNITS16位无符号数 显示PV的工程单位4OUTDS-65OUT_SCALE10 OUTD/MANPID计算的结果输出值5OUT_U

21、NITS16位无符号数 显示PV的工程单位6BIAS浮点 计算块输出的偏置值7INDS-65 PVD功能块的初级输入值8IN_1DS-65 辅助输入19IN_2DS-65 辅助输入210BIAS_IN_1浮点 加到IN_1上的常数11GAIN_IN_1浮点 乘在(IN_1+BIAS)上的常数(5)(5)输入选择块输入选择块ISELISEL 输入选择功能块输入选择功能块ISELISEL的内部结构图的内部结构图如图如图2.662.66所示。所示。输入选择功能块提供了最多输入选择功能块提供了最多4 4路输入的选择，根据组路输入的选择，根据组态产生一个输出信号。态产生一个输出信号。 它通常接收来自它通

22、常接收来自AIAI功能块的数据，可以执行最大功能块的数据，可以执行最大(MAX)(MAX)、最小、最小(MIN)(MIN)、中间、中间(MID)(MID)、平均、平均(AVG)(AVG)、第一、第一好好(FIRST GOOD)(FIRST GOOD)运算和状态的信号选择。功能块的运算和状态的信号选择。功能块的另一个输出参数是另一个输出参数是“选中通道选中通道(SELECTED)(SELECTED)”，它指明，它指明了算法了算法( (由由SE_LECT_TYPESE_LECT_TYPE设定设定) )选中了哪个输入。功选中了哪个输入。功能块支持能块支持OOSOOS、ManMan和和AutoAuto

23、模式。模式。输入选择功能块输入选择功能块ISELISEL一共有一共有2424个参数，常用参数如个参数，常用参数如表表2.202.20。图图2.66 2.66 输入选择功能块输入选择功能块ISELISEL的内部结构图的内部结构图 表表2.20 ISEL2.20 ISEL控制功能块参数表控制功能块参数表 E E：列举参数；：列举参数； nana：无单位位串；：无单位位串； RORO：只读；：只读； D D：动态；：动态； S S：静态；：静态； N N：非易失：非易失索索引引 参数参数数 据 类数 据 类型型( (长度长度) )有效有效范围范围选项选项默认默认值值单单位位存储存储模式模式 描述描述

24、1 1SELECTEDSELECTEDDS-66DS-66 指出被选择的输入信号通指出被选择的输入信号通道号道号4 4OUTOUTDS-65DS-65OUT_SCALEOUT_SCALE1010 OUTOUTD/MAND/MANPIDPID计算的结果输出值计算的结果输出值5 5OUT_UNITSOUT_UNITS1616位无位无符号数符号数 显示显示PVPV的工程单位的工程单位8 8IN_1IN_1DS-65DS-65 辅助输入辅助输入1 19 9IN_2IN_2DS-65DS-65 辅助输入辅助输入2 2 (6)(6)累积块累积块INTGINTG INTG INTG功能块用于对一个变量进行时

25、间累积或者与功能块用于对一个变量进行时间累积或者与PULPUL块块( (脉冲输入块脉冲输入块) )配合对脉冲输入进行计数。配合对脉冲输入进行计数。INTGINTG功功能块也就是能块也就是TOTTOT功能块，通常用来累积流量，即给出一功能块，通常用来累积流量，即给出一段时间内物流的总质量或总体积段时间内物流的总质量或总体积(kg(kg或或m3)m3)，也可累积，也可累积一段时间的功率，给出总能量。一段时间的功率，给出总能量。 累积方法可以是从零递增，也可以是从某一设定累积方法可以是从零递增，也可以是从某一设定值递减。累积值与预设的触发设定值进行比较，累积值递减。累积值与预设的触发设定值进行比较，

26、累积到达设定值或从设定值递减到零时产生一个开关信号到达设定值或从设定值递减到零时产生一个开关信号。累积的复位方式可以是自动的，也可以是周期的，。累积的复位方式可以是自动的，也可以是周期的，还可以是用户命令的。还可以是用户命令的。表表2.212.21为为INTGINTG控制功能块参数控制功能块参数表。表。 表表2.21 INTG2.21 INTG控制功能块参数表控制功能块参数表 E E：列举参数；：列举参数；nana：无单位位串；：无单位位串；RORO：只读；：只读；D D：动态；：动态； S S：静态；：静态；N N：非易失：非易失索索引引参数参数数据类数据类型型(长度长度)有效范有效范围围选

27、项选项默认默认值值单位单位存储模存储模式式描述描述1TAG 2TARGET 3MODE_BLKDS-69 OSNaS模式参数4IN_1DS-65 辅助输入15TIME_UNITS 6OUT_UNITS16位无符号数 显示PV的工程单位 2.4.32.4.3功能块的组态功能块的组态1 1组态组态(Configuration)(Configuration)的含义的含义 组态(Configuration)的含义就是功能模块的任意组合(或连接)。FF为工业控制应用提供了大量的功能模块，用户不需要掌握太多的编程语言技术(甚至不需要编程技术)，利用组态软件就能很好地完成一个复杂工程所要求的所有功能。 过去

28、，由于控制仪表品种繁多，组态也是五花八门，每遇到一个新的仪表品种，用户就得重新学习组态，虽然有一些相通之处，但也是给用户造成不小的麻烦。现场总线控制系统的出现，将从根本上解决这一问题。凡是遵守现场总线标准的仪表，不论是哪个厂家生产，也不论是什么型号，统统都能在一起工作，而且组态也是一致的。 虽然现场总线控制系统的组态简单一致，但由于历史的原因，或为了更好说明组态策略起见，还是出现了三种组态图，但这三种组态图差别不大，控制策略的实现是一致的。2 2三种系统组态图三种系统组态图 串级控制P&I图如图2.67所示。这是一个温度控制系统，用蒸汽加热冷流体(产品)，工艺要求经过加热的热流体(产品

29、)出口温度保持一定。若忽略热损失，当蒸汽带进的热量与热流体带出的热量相等时，热流体出口温度保持在规定的数值上。由于冷流体(产品)流量、冷流体(产品)入口温度和蒸汽阀前压力等因素的波动，将会使出口温度下降或上升。 为此，设计一个前馈-反馈串级温度控制系统。 温度调节主环的输出作为加热蒸汽流量的设定值，这是负反馈控制。加热蒸汽流量与副调节器形成前馈控制，以快速消除蒸汽压力变化对温度的影响。前馈-反馈系统具有下列优点： 从前馈控制角度看，由乎反馈控制的存在，将降低对前馈控制模型的精度要求，并能对未选作前馈信号的干扰产生校正作用； 从反馈控制角度看，由于前馈控制的存在，对干扰进行了及时的粗调作用，将大

30、大减小了主PID控制的负担。根据图2.67绘制出现场总线控制系统的三种组态图如下。（1 1）现场总线型）现场总线型现场总线型组态图如图2.68所示。从物理上讲，现场总线只是立对屏蔽双绞线，但从信息上讲它是一个很“粗的通道。由于图2.68组态图突出了现场总线“粗”的特点，所以称这样的组态图为现场总线型。 （2 2）方框圆圈型）方框圆圈型 方框圆圈型组态图如图2.69所示。这里的虚框代表现场总线仪表，圆圈代表功能块，所以称为方框圆圈型。这是推荐画法，目前版本的SYSCON支持这种画法，因此，读者或用户应熟练掌握。 图2.67 串级控制P&I图图2.68 串级控制功能块连接组态图一图2.69

31、 串级控制功能块连接组态图二参数设置：参数设置： PI功能块(WD)TAG=TT-100MODE_BLK TARGET=AUTO(目标模式=自动) PID功能块(WD)TAG=TT-100MODE_BLK TARGET=AUTOPV_SCALE=0-600OUT_SCALE=0-200kgh AI功能块(LL) TAG=FT-101MODE_BLK TARGET=AUTOL_TYPE=3(开平方非直接)XD_SCAIE=0-200inH2OOUT_SCALE=0-200 kghPID功能块(LL)TAG=FIC-101 MODE_BLK TARGET=CAS(串级)PV_SCALE=0-200

32、 kghOUT_SCALE=0-100 AO功能块(FM)TAG=FCV-102MODE_BLK TARGET=CASPV_SCALE=0-100XD_SCALE=O.02-O.1MPa（3 3）圆圈方框型）圆圈方框型 圆圈方框型组态图如图2.70所示。这里的圆圈(有时是虚线圆圈)代表现场总线仪表，方框代表功能块，所以称为圆圈方框型。这不是推荐画法，以前版本的组态软件支持这种画法。但这种画法与推荐画法没有本质区别，有时可以不加以区分。图2.70 串级控制功能块连接组态图三2.4.4 2.4.4 一个典型的控制系统组态一个典型的控制系统组态下面以锅炉汽包水位控制作为典型范例进行分析。1锅炉汽包水

33、位三冲量控制P&I图 如图2.71所示的锅炉汽包水位三冲量控制P&I图，是经常被采用的经典控制方案。图2.71 锅炉汽包水位三冲量控制P&I图 保持锅炉汽包水位在一定范围内是锅炉稳定安全运行的保持锅炉汽包水位在一定范围内是锅炉稳定安全运行的主要指标。水位过高造成饱和蒸汽带水过多、汽水分离差，主要指标。水位过高造成饱和蒸汽带水过多、汽水分离差，使过热器管壁结垢，传热效率下降，过热蒸汽温度下降，当使过热器管壁结垢，传热效率下降，过热蒸汽温度下降，当用于蒸汽透平用于蒸汽透平( (汽轮机汽轮机) )的动力源时，会损坏汽轮机叶片，影的动力源时，会损坏汽轮机叶片，影响运动的安全与经

34、济性；水位过低造成汽包水量太少，负荷响运动的安全与经济性；水位过低造成汽包水量太少，负荷有较大变动时，水的汽化速度过快，而汽包内水的全部汽化有较大变动时，水的汽化速度过快，而汽包内水的全部汽化将导致水冷壁的损坏，严重时会发生锅炉爆炸。将导致水冷壁的损坏，严重时会发生锅炉爆炸。 单冲量水位控制系统是最简单和基本的控制系统。单冲量单冲量水位控制系统是最简单和基本的控制系统。单冲量指只有一个被控变量，即汽包水位。锅炉汽包水位控制系统的指只有一个被控变量，即汽包水位。锅炉汽包水位控制系统的操纵变量总是选用给水流量。根据锅炉水位动态特性分析，该操纵变量总是选用给水流量。根据锅炉水位动态特性分析，该过程具

35、有虚假水位的反向特性，因此，当负荷变化较大时，会过程具有虚假水位的反向特性，因此，当负荷变化较大时，会造成控制器输出误动作，影响控制系统的控制品质。此外，由造成控制器输出误动作，影响控制系统的控制品质。此外，由于蒸汽负荷变化后，要在引起水位变化后才改变给水量，因此于蒸汽负荷变化后，要在引起水位变化后才改变给水量，因此控制不及时。控制不及时。 考虑到蒸汽负荷的扰动可测但不可控考虑到蒸汽负荷的扰动可测但不可控(因为蒸汽负荷由用户因为蒸汽负荷由用户决定决定)，因此，将蒸汽流量作为前馈信号，与汽包水位组成前馈，因此，将蒸汽流量作为前馈信号，与汽包水位组成前馈-反馈控制系统，通常称为双冲量水位控制系统。

36、其中，另一个反馈控制系统，通常称为双冲量水位控制系统。其中，另一个冲量是蒸汽流量。冲量是蒸汽流量。在图在图2.71中，中，FT是蒸汽流量变送器，是蒸汽流量变送器，FY是加是加法器，采用的是前馈与反馈相加方式。法器，采用的是前馈与反馈相加方式。 考虑到给水流量的扰动影响考虑到给水流量的扰动影响( (例如给水压力变动器例如给水压力变动器) )及由于及由于迟延等因素，将给水流量引入到双冲量控制系统中，由此组成迟延等因素，将给水流量引入到双冲量控制系统中，由此组成了了图图2.712.71所示所示的三冲量水位控制系统。的三冲量水位控制系统。 三冲量汽包水位控制系统是将汽包水位作为主被控变量，三冲量汽包水

37、位控制系统是将汽包水位作为主被控变量，给水流量作为副被控变量的串级控制系统与蒸汽流量作为前馈给水流量作为副被控变量的串级控制系统与蒸汽流量作为前馈信号的前馈信号的前馈- -串级反馈控制系统。串级反馈控制系统。LCLC是主调节器，是主调节器，FCFC是副调节器是副调节器。因为。因为FYFY是非常明显的电流是非常明显的电流- -气压转换器，所以在圆圈的右上边气压转换器，所以在圆圈的右上边没有标注没有标注I/PI/P。 2 2组态图组态图 三冲量汽包水位控制系统组态图三冲量汽包水位控制系统组态图如图如图2.72所示。所示。图中虚线图中虚线框表示实际的现场总线仪表；每个圆圈表示框表示实际的现场总线仪表

38、；每个圆圈表示FFFF的功能块圆圈里的功能块圆圈里标有功能块的名称；实线为功能块输入、输出参数的连接线，标有功能块的名称；实线为功能块输入、输出参数的连接线，实线上还标有输入、输出参数的名称。每个功能块的旁边还标实线上还标有输入、输出参数的名称。每个功能块的旁边还标有功能块的位号，如有功能块的位号，如FT-100FT-100、FT-101FT-101、LT-100LT-100、FQ-100FQ-100、LIC-LIC-100100、FQ-101FQ-101、FIC-100FIC-100、FCV-100FCV-100。这些位号与。这些位号与P&IP&I图中圆圈的图中圆圈的位号是一

39、致的，这就是所谓的交叉参考。位号是一致的，这就是所谓的交叉参考。 因图因图2.712.71中的回路号没有标上，读者可根据交叉参考标上。中的回路号没有标上，读者可根据交叉参考标上。图图2.722.72中各功能块的连接是在中各功能块的连接是在Smar 302Smar 302现场总线控制系统采用现场总线控制系统采用的组态软件的组态软件SYSCONSYSCON上实现的，再经过参数设置，即可生成控制上实现的，再经过参数设置，即可生成控制策略。策略。 流量变送控制器流量变送控制器TAG：LL1；液位变送控制器；液位变送控制器TAG：YW ；流量变送控制器；流量变送控制器TAG：LL2。图图2.72 2.7

40、2 三冲量汽包水位控制系统组态图三冲量汽包水位控制系统组态图 AI功能块通过硬件通道与压力转换块相连，它能对转换块功能块通过硬件通道与压力转换块相连，它能对转换块来的信号进行阻尼、开方和量程调整，因此，三个来的信号进行阻尼、开方和量程调整，因此，三个AI可分别对可分别对汽包液位、给水流量和蒸汽流量的频繁波动设置阻尼，可通过汽包液位、给水流量和蒸汽流量的频繁波动设置阻尼，可通过阻尼时间参数阻尼时间参数PV_FTI ME设置阻尼大小。设置阻尼大小。 同样，通过设置同样，通过设置L_TYPEL_TYPE参数参数( (置置3)3)就可对差压进行开方运算，就可对差压进行开方运算，从而得到流量的线性信号。

41、从而得到流量的线性信号。INTINT是累积功能块，它能对蒸汽流量是累积功能块，它能对蒸汽流量和给水流量进行累积或积算，不用额外增添仪表，就可得到两个和给水流量进行累积或积算，不用额外增添仪表，就可得到两个非常重要的总量参数。副非常重要的总量参数。副PIDPID有前馈输入参数有前馈输入参数FF_VALFF_VAL，它与反馈，它与反馈控制信号相加，取代了控制信号相加，取代了P&IP&I图的加法器图的加法器FYFY。 液位变送控制器中的液位变送控制器中的PIDPID是主调节器，阀门定位器是主调节器，阀门定位器( (或阀门控或阀门控制器制器) )中的中的PIDPID是副调节器，两者构成

42、给水三冲量的串级控制。由是副调节器，两者构成给水三冲量的串级控制。由FFFF模块构成的串级控制能实现手动模块构成的串级控制能实现手动- -自动模式的双向无扰切换。自动模式的双向无扰切换。 汽包水位和给水流量两个调节器构成一个串级控制，汽包水汽包水位和给水流量两个调节器构成一个串级控制，汽包水位提供给水流量闭环控制的设定值。蒸汽流量和给水流量构成一位提供给水流量闭环控制的设定值。蒸汽流量和给水流量构成一个前馈控制通路。蒸汽流量变化时给水流量能及时跟随变化，而个前馈控制通路。蒸汽流量变化时给水流量能及时跟随变化，而不是靠液位变化来改变，蒸汽流量的增加将调整副调节器模块的不是靠液位变化来改变，蒸汽流

43、量的增加将调整副调节器模块的设定点，这将使汽包液位被影响前，给水流量就将增加，因而减设定点，这将使汽包液位被影响前，给水流量就将增加，因而减小了动态偏差，提高了控制质量。小了动态偏差，提高了控制质量。 汽包水位汽包水位PID调节有一个较长的时间常数，一方面避免蒸调节有一个较长的时间常数，一方面避免蒸汽流量激烈变化时因气泡而形成的瞬时虚假水位，但从长时间汽流量激烈变化时因气泡而形成的瞬时虚假水位，但从长时间控制周期看，汽包水位控制周期看，汽包水位PID调节可以修正前馈调节所形成的液调节可以修正前馈调节所形成的液位积累误差。而给水流量和给水流量位积累误差。而给水流量和给水流量HD形成一个快速调节回

44、形成一个快速调节回路，当给水压力波动等情况发生时，会在汽包水位变化前得到路，当给水压力波动等情况发生时，会在汽包水位变化前得到修正，使汽包水位不受内扰发生的影响。修正，使汽包水位不受内扰发生的影响。 3 3参数设置参数设置 画出了锅炉汽包水位三冲量控制系统的组态图后，还需要画出了锅炉汽包水位三冲量控制系统的组态图后，还需要对组态图中的功能块的参数进行设置。基金会现场总线功能块对组态图中的功能块的参数进行设置。基金会现场总线功能块有很多参数，这样就非常灵活，基本上可以在任何应用中使用。有很多参数，这样就非常灵活，基本上可以在任何应用中使用。多数情况下，只使用少数参数。用户往往只需设置最通用的参多

45、数情况下，只使用少数参数。用户往往只需设置最通用的参数，例如模式、设定点以及数，例如模式、设定点以及PIDPID功能块的整定参数。对绝大多功能块的整定参数。对绝大多数的参数，可以使用默认值。下面给出的是图数的参数，可以使用默认值。下面给出的是图2.722.72组态图中各组态图中各功能块参数的一般设置。功能块参数的一般设置。 AIAI功能块功能块(YW)(YW) TAG=LT-100( TAG=LT-100(模块位号模块位号) ) MODE_BLK TARGET=AUTO( MODE_BLK TARGET=AUTO(目标模式目标模式= =自动自动) ) XD_SCALE=-640-140mmH2

46、0 XD_SCALE=-640-140mmH20OUT_SCALE=0-100OUT_SCALE=0-100 PIDPID功能块功能块(YW)(YW) TAG=LIC-100 TAG=LIC-100 MODE_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功能块功能块(LL2)(LL2) TAG=FT-101 TAG=FT-1

47、01 MODE_BLK TARGET=AUTO MODE_BLK TARGET=AUTO XD_SCALE=0-9500 mmH20 XD_SCALE=0-9500 mmH20 OUT_SCALE=0-150 ton OUT_SCALE=0-150 tonh h L_TYPE=3( L_TYPE=3(开方非直接开方非直接) ) INTINT功能块功能块(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

48、OUT_UNITS=tonAIAI功能块功能块(LL1)(LL1) TAG=FT-100 TAG=FT-100 MODE_BLK TARGET=AUTO MODE_BLK TARGET=AUTO L_TYPE=3( L_TYPE=3(开方非直接开方非直接) ) XD_SCALE=0-3500mmH20 XD_SCALE=0-3500mmH20 OUT_SCALE=0-150 m3 OUT_SCALE=0-150 m3h hINTINT功能块功能块(LL1)(LL1) TAG=FQ-100 TAG=FQ-100 MODE_BLK TARGET=AUTO MODE_BLK TARGET=AUTO

49、TIME_UNITS=HOURS TIME_UNITS=HOURS OUT_UNITS=3(HOURS) OUT_UNITS=3(HOURS) OUT_UNITS=m3 OUT_UNITS=m3 PIDPID功能块功能块(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_SCA

50、LE=-100-+100FF_GAIN=1FF_GAIN=1 AOAO功能块功能块(FM)(FM)TAG=FCV-100TAG=FCV-100MODE_BLK TARGET=CASMODE_BLK TARGET=CASPV_SCALEPV_SCALE：0-1000-100XD_SCALE=0.02-0.1MPaXD_SCALE=0.02-0.1MPa 参数设置中的参数设置中的LL1LL1为给水流量变送器，为给水流量变送器，LL2LL2也为蒸汽流量变也为蒸汽流量变送器，送器，YWYW为汽包水位变送器，为汽包水位变送器，FMFM为阀门定位器。这些参数设置为阀门定位器。这些参数设置只有在组态操作时，

51、通过键盘和鼠标输入给只有在组态操作时，通过键盘和鼠标输入给PCPC机，然后下装给机，然后下装给各现场总线仪表，现场总线仪表才具有设计要求的控制策略。各现场总线仪表，现场总线仪表才具有设计要求的控制策略。 2.4.5 2.4.5 基金会现场总线工程与设计基金会现场总线工程与设计1 1现场设备要求现场设备要求（1 1）现场总线功能块）现场总线功能块 如下是现场总线基金会定义的功能块。并非所有的现场设如下是现场总线基金会定义的功能块。并非所有的现场设备都具有全部功能块备都具有全部功能块, ,可能其中有些不可用和可能其中有些不可用和/ / 或没有通过互或没有通过互操作测试。操作测试。FF-891:FF

52、-891:功能块第功能块第2 2 部分部分, ,定义如下定义如下10 10 类标准功类标准功能块能块: : AI - AI - 模拟输入；模拟输入；AO - AO - 模拟输出；模拟输出；B - B - 偏差；偏差；CS - CS - 控制控制选择器；选择器；DI - DI - 离散输入；离散输入；DO - DO - 离散输出；离散输出；ML - ML - 手动装载；手动装载；PD - PD - 比例比例/ / 微分控制；微分控制；PID - PID - 比例比例/ / 积分积分/ / 微分控制；微分控制；RA - RA - 比值。比值。 从清单上可以看出从清单上可以看出,功能块的类型并不能适

53、合于所有仪表。功能块的类型并不能适合于所有仪表。因此因此,在指定不同现场设备类型的功能块时在指定不同现场设备类型的功能块时,有必要慎重考虑。有必要慎重考虑。 由于设备的可用性由于设备的可用性,H1,H1网络网络/ /网段上控制器和现场设备中网段上控制器和现场设备中主机可以采用大数功能块主机可以采用大数功能块, ,但如下功能块的应用存在一定的但如下功能块的应用存在一定的限制限制:AI :AI 用于变送器用于变送器,AO,AO和和PIDPID用于阀门用于阀门,DI/DO,DI/DO用于离散设备。用于离散设备。由于今后可能增加一些功能块由于今后可能增加一些功能块, ,定购设备时定购设备时, ,请务必

54、检验仪表请务必检验仪表生产商功能块的可利用性生产商功能块的可利用性, ,从而确保获得期望的性能。从而确保获得期望的性能。 为实现控制系统所需的不同功能为实现控制系统所需的不同功能, ,用户需要根据自己的实际用户需要根据自己的实际应用需求来选择功能块。也就是说应用需求来选择功能块。也就是说, ,功能块就是控制策略。现场功能块就是控制策略。现场总线基金会已经定义了多种设备规范总线基金会已经定义了多种设备规范, ,列出对多种类型设备的列出对多种类型设备的“本质本质”要求。根据上述规范使用设备是明智的做法。为实现期要求。根据上述规范使用设备是明智的做法。为实现期望的控制功能望的控制功能,FB ,FB

55、可根据需要嵌入到设备中。建议用户在控制可根据需要嵌入到设备中。建议用户在控制策略中尽可能采用标准块。策略中尽可能采用标准块。（2 2）现场设备）现场设备 根据设备类型根据设备类型,现场设备可由网段现场设备可由网段(总线总线)供电供电,或是本地供电或是本地供电。如果有可能。如果有可能,所有现场设备均应由总线供电。所有现场设备均应由总线供电。总线供电设备通常要求总线供电设备通常要求101030 mA 30 mA 电流和电流和9 932 V 32 V 电压。设备电压。设备功耗应尽可能小功耗应尽可能小, ,并不会对所需的功能产生负作用。并不会对所需的功能产生负作用。 极性极性 现场总线设备的通信信号应

56、对极性不敏感。一些现场总线设备的通信信号应对极性不敏感。一些老式的老式的FFFF设备对极性敏感设备对极性敏感, ,如果安装不正确如果安装不正确, ,可能引起网络故障。可能引起网络故障。 2 2线制线制 现场设备的回路可由主控制系统供电来实现现场设备的回路可由主控制系统供电来实现2 2线制。线制。现场总线设备的工作电压为现场总线设备的工作电压为9 932 VDC32 VDC。注意，。注意，9 VDC 9 VDC 为最低要为最低要求，强烈建议总线末端至少保持求，强烈建议总线末端至少保持1 V 1 V 的裕量的裕量( (即至少为即至少为10 VDC)10 VDC)。而某些特殊的而某些特殊的FF FF

57、 非标设备非标设备, ,其工作电压可能为其工作电压可能为11 V11 V。对于任何。对于任何正常工作电压低于正常工作电压低于15 V 15 V 的网段的网段, ,网段文档中应包含附加负载的网段文档中应包含附加负载的警告。网络警告。网络/ / 网段文档中应显示网段的最低电压。网段文档中应显示网段的最低电压。 4 4 线制线制 由外部电源供电的基金会现场总线的设备由外部电源供电的基金会现场总线的设备( (如如4 4线线制设备制设备) )应具备外部电源和现场总线信号输入之间隔离的功能。应具备外部电源和现场总线信号输入之间隔离的功能。 短路保护短路保护 对于对于40 mA 40 mA 限值的设备限值的

58、设备, ,其实际短路保护电流应其实际短路保护电流应为为60 mA60 mA。注意，由于激活短路保护线路大约需要。注意，由于激活短路保护线路大约需要10 mA10 mA电流电流, ,实实际应用中际应用中, ,这意味着所有设备的电流不得超过这意味着所有设备的电流不得超过50 mA50 mA。（3）工作条件）工作条件与传感器或组件选型相关的其他规范对任何设备的要求与传感器或组件选型相关的其他规范对任何设备的要求,不得因不得因具体现场总线的状态而放宽。具体现场总线的状态而放宽。 总则总则 在在5100 Hz 范围内范围内,设备应能承受的最大振动载荷为设备应能承受的最大振动载荷为1.0g；同样范围内；同

59、样范围内,5 毫秒的振动载荷可为毫秒的振动载荷可为4.0g。在与主系统硬件。在与主系统硬件、现场总线接线盒和现场仪表连接处、现场总线接线盒和现场仪表连接处,网络、数据和网络、数据和I/O 干线需干线需要采用经认证的电气绝缘。要采用经认证的电气绝缘。 电气认证电气认证(危险区域等级危险区域等级) 所有设备都应通过国家认证测试所有设备都应通过国家认证测试,并在其安装处标明区域等级并在其安装处标明区域等级(Zone或或Division)。 2 2辅助设备要求辅助设备要求（1 1）主配电电源）主配电电源 24 VDC 24 VDC 主配电电源应采用冗余。主配电电源应采用冗余。 FF 电源调节器要求输入

60、电压范围为电源调节器要求输入电压范围为2035 VDC。 除非工厂内有合适的直流电总线除非工厂内有合适的直流电总线,主配电电源负责将主配电电源负责将240/120 VAC 转换为转换为24 VDC 的供电电源。经调节后的供电电源。经调节后,总线电源总线电源的电压通常约的电压通常约19 VDC。 主配电电源应采用两路独立的供电线路。主配电电源应采用两路独立的供电线路。主配电电源可由主配电电源可由UPSUPS供电或主配电电源包含备用电池。供电或主配电电源包含备用电池。FF FF 电源调节器的供电电电源调节器的供电电源应带有过流保护。源应带有过流保护。 主配电电源的负极应接地。主配电电源的负极应接地。主配电电源可以是为现场总线主配电电源可以是为现场总线网络专门配置