第3章DCS的控制站

第3章集散控制系统的控制站第3章DCS的控制站

3.1DCS控制站的硬件

3.2DCS控制站的软件

第3章DCS的控制站★控制站(CS)是DCS的基础★功能：

◆输入 ◆输出

◆运算 ◆控制

◆通信★硬件：

◆输入输出单元(IOU)

◆主控单元(MCU)

◆电源第3章DCS的控制站★软件： ◆系统软件 ◆应用软件

★应用软件的用户表现形式是

功能块：

◆输入块 ◆输出块

◆运算块

◆连续控制块 ◆逻辑控制块

◆顺序控制块第3章DCS的控制站

3.1DCS控制站的硬件√

3.2DCS控制站的软件

3.1DCS控制站的硬件3.1.1DCS控制站的主控单元3.1.2DCS控制站的输入输出单元3.1DCS控制站的硬件★组成：

◆输入输出单元

(IOU)

◆主控单元

(MCU)

◆电源★主控单元(MCU)是 控制站的核心★输入输出单元(IOU)是 控制站的基础图3.1控制站(CS)的硬件结构(a)CS结构(b)CS柜正面(c)CS柜反面主控单元(MCU)输入输出处理板(IOP)信号调整板(SCC)MCUIOUCNET信号端子板(STC)电源电源MCUPOIMCUPOIPOI12456789310STCSCC123456789101112131415161245678931012456789310STCSCC3.1DCS控制站的硬件★硬件组成：◎模板结构◎背面接线●主控单元(冗余MCU)

●电源(冗余)●输入输出单元(IOU)Honeywell3.1DCS控制站的硬件★硬件组成：◎模块结构◎块下接线●电源●输入输出单元(IOU)●主控单元(MCU)Emerson3.1DCS控制站的硬件★硬件组成：◎模块结构●主控单元(冗余MCU)Siemens3.1DCS控制站的硬件★硬件组成：◎模块结构●主控单元(冗余MCU)●输入输出单元(IOU)Siemens3.1DCS控制站的硬件◎模板结构◎背面接线Yokogawa3.1DCS控制站的硬件◎模块结构◎旁边接线Honeywell3.1DCS控制站的硬件◎模块结构◎旁边接线Honeywell3.1DCS控制站的硬件3.1.1DCS控制站的主控单元√

3.1.2DCS控制站的输入输出单元3.1.1DCS控制站的主控单元★主控单元(MCU)是 控制站的核心★组成： ◆控制处理器 ◆输入输出接口处理器 ◆通信处理器 ◆冗余处理器3.1.1DCS控制站的主控单元★冗余： ◆MCU1和MCU2互为备用， ◆一个处于正常工作状态， ◆另一个处于热备用状态， ◆具有自动诊断和自动切换的功能。MCU1MCU23.1.1DCS控制站的主控单元★MCU功能： ◆①控制处理器的功能是 运算、控制和实时数据处理； ◆②输入输出接口处理器与

IOU之间互相通信， 交换输入输出信息；3.1.1DCS控制站的主控单元★MCU功能： ◆③通信处理器是 控制站与CNET之间的通信接口， 实现控制站与

CNET之间的信息交换； ◆④冗余处理器承担

MCU1和MCU2的 故障分析与切换功能。

3.1.1DCS控制站的主控单元★MCU结构： ◆模板

◆模块模板★MCU模板或模块的 物理划分因DCS而异， 可以分为4、3、2块， 甚至合并为1块。模块3.1DCS控制站的硬件3.1.1DCS控制站的主控单元3.1.2DCS控制站的输入输出单元√

3.1.2DCS控制站的输入输出单元★输入输出单元(IOU)是 控制站的基础★组成： ◆模拟量输入(AI) ◆数字量输入(DI) ◆模拟量输出(AO) ◆数字量输出(DO) ◆脉冲量输入(PI) ◆串行接口(SI)★结构： ◆模板或模块 ●模板插在卡笼内，

●模块用DIN导轨连接或 用串行通信线连接。1.输入输出模板(模块)IOP(inputoutputprocessor)SCC(signalconditionercard) STC(signalterminalcard)★IOU组成：

◆输入输出处理板(IOP)：变换

◆信号调整板(SCC)：隔离、放大或驱动

◆信号端子板(STC)：接线★IOU结构：

◆IOP、SCC和STC的结构 因DCS而异， 可以分为3、2、1块模板。模板模块★类型： ◆①模拟量输入板：

4mA~20mADC，0~10mADC；

◆②热电偶输入板：

S，B，R，K，T，E，J，等；

◆③热电阻输入板：

Pt100，Cu50，等； ◆④脉冲输入板： 方波或正弦波，0~20kHz；

1.输入输出模板(模块)★类型： ◆⑤开关量输入板： 接点，电平，等； ◆⑥模拟量输出板：

4mA~20mADC，0~10mADC； ◆⑦开关量输出板： 接点，脉宽，等； ◆⑧通信接口板：

RS-232，RS-422，RS-485，等。1.输入输出模板(模块)1.输入输出模板(模块)★冗余： ◆2块IO同时工作， 具有自动诊断和自动切换的功能。

模块1模块2模板1模板22.MCU和IOU互连★MCU和IOU之间 通过串行输入输出总线(IOBUS)互连，图3.2输入输出总线(IOBUS)AI:模拟量输入TC:热电偶RTD:热电阻PI:脉冲输入DI:数字量输入AO:模拟量输出DO:数字量输出SI:串行接口MCUCNETIOBUS4~20mATCRTDMCUIOUPIAIAIAIDIAODOSI★IOBUS类型：

RS-232，RS-422，RS-485，

PROFIBUS-DP，LON，CAN，等。★冗余IOBUS第3章DCS的控制站

3.1DCS控制站的硬件

3.2DCS控制站的软件√

3.2DCS控制站的软件★软件： ◆系统软件 ◆应用软件

★系统软件： ◆实时操作系统 ◆通信网络软件

★应用软件：

◆输入 ◆输出

◆控制 ◆运算3.2DCS控制站的软件★应用软件的用户表现形式是

功能块：

◆输入块

◆输出块

◆运算块

◆连续控制块

◆逻辑控制块

◆顺序控制块3.2DCS控制站的软件★特点： ◆控制站无磁盘、无键盘、无CRT， ◆由工程师站通过控制网络(CNET)

向其下载

系统软件和应用软件， 一旦装载完毕立即自启动， 并能独立工作。★①在工程师站

组态软件支持下 用功能块构成控制回路， 并形成组态文件；★②在工程师站 将组态文件下装到控制站；★③在控制站

执行控制回路和功能块， 达到控制目的。

3.2DCS控制站的软件3.2DCS控制站的软件★控制回路或功能块的

组态

在工程师站进行，★控制回路或功能块的

执行

在控制站进行。工程师站组态控制站执行CNET组态文件3.2DCS控制站的软件3.2.1DCS控制站的输入输出软件√3.2.2DCS控制站的运算控制软件3.2.1DCS控制站的输入输出软件★输入输出软件的

用户表现形式是 ◆输入(AI，DI)功能块， ◆输出(AO，DO)功能块。★输入输出功能块对应输入输出信号点：AI功能块AI信号点AO功能块AO信号点DI功能块DI信号点DO功能块DO信号点1.A/D转换在实际应用中，一个来自传感器的模拟量物理信号，如电阻信号、非标准的电压及电流信号等，一般先要经过变送器，转换为4mA～20mA、0mA～20mA、1V～5V、0V～10V等标准信号，才能接入到DCS的I/O模块(板)的模拟量输入(AI)通道上。在AI模块(板)上一般都有硬件滤波电路。电信号经过硬件滤波后接到A/D转换器上进行模拟量到数字量的转换。A/D转换后的信号是二进制数字量，数字量的精度与A/D的转换位数相关，如8位的A/D转换完的数值范围即为0～255，16位的A/D转换完的数值范围即为0～65535。之后再由软件对A/D转换后的数据进行滤波和预处理，再经工程量程转换计算，转换为信号的工程量值。转换后的工程值，可以是定点格式数据，也可以是浮点格式数据。目前，一般的CPU中基本都都带有浮点协处理器，且CPU的运算速度已大大提高，为了保证更高的计算精度，采用浮点格式表示数据的更为普遍。2.采样周期TS

对连续的模拟信号，A/D转换按一定的时间间隔进行，采样周期是指两次采样之间的时间间隔。香侬采样定理：采样频率ωS

的必须大于或等于原信号(被测信号)所含的最高频率ωmax

的两倍，数字量才能较好的包含模拟量的信息，即

ωS≥2ωmax对现场信号的采样周期需考虑以下几点。(1)信号变化的频率。频率越高，采样周期应越短。(2)对大的纯滞后对象特性，可选择采样周期大致与纯滞后时间相等。(3)考虑控制质量要求。一般来说，质量要求越高，采样周期应选得越小一些。除上述情况外，采样周期的选择还会对控制算法中的一些参数产生影响，如PID控制算式中的积分时间及微分时间。3.分辨率A/D转换器的转换精度则与A/D的位数有关。位数越高，则转换的精度也越高。A/D转换器的转换精度可用分辨率K来表示。式中，N为A/D转换器的位数。显然，一旦A/D转换器的位数已定，系统的测量精度就不可能高于式(4-2)所示的分辨率，例如，8位A/D转换器的分辨率K是0.39%，而16位A/D转换器的分辨率K则为0.015‰。A/D转换器是将输入的模拟量转换成二进制数字量输出。这种转换称之为模拟量的数字化。现假定输入的模拟量为y,输出的二进制数字量为y'。那么它们之间的关系可用式(4-3)表示式中km为转换器输入量程范围与输出量程范围之比。q为A/D的量化单位,它可按式(4-4)计算：式中M为A/D输入模拟量的量程范围。【例4.1】某温度变送器量程是0℃～100℃，其输出信号为0mA～10mA,试求25℃时经8位A/D转换后，其输出二进制代码应是多少?根据式(4-4)可求得量化单位为

再根据式(4-3)可求得A/D输出的二进制代码为需要指出的是,模拟量转换成二进制数字量时只能是q的整倍数。小于q的模拟量在转换时被舍去。这就是使用二进制数字量表示某一模拟量时会产生误差。其转换的最大误差为q。4.信号采集的预处理1)数字滤波所谓数字滤波,就是用数学方法通过数学运算对输入信号(包括数据)进行处理的一种滤波方法。即通过一定的计算方法，减少噪声干扰在有用信号中的比重，使得送往计算机的信号尽可能是所要求的信号。由于这种方法是靠程序编制来实现的，因此，数字滤波的实质是软件滤波。这种数字滤波的方法不需要增加任何硬件设备，由程序工作量比较小的I/O模块(板)中的CPU来完成。下面介绍10种经典的软件滤波方法。限幅滤波法(又称程序判断滤波法)，是根据经验判断，确定两次采样允许的最大偏差值(设为A)。每次检测到新值时判断：如果本次值与上次值之差＜A，则本次值有效。如果本次值与上次值之差≥A，则本次值无效,放弃本次值,用上次值代替本次值。当|y(n)－y(n－1)|≤A时，则y(n)为有效值；当|y(n)－y(n－1)|＞A时，则y(n－1)为有效值。这种方法的优点是能有效克服因偶然因素引起的脉冲干扰，缺点是无法抑制那种周期性的干扰，平滑度差。(2)中位值滤波法，计算机连续采样N次(N取奇数)。把N次采样值按大小排列。取中间值为本次有效值。

优点是能有效克服因偶然因素引起的波动干扰。对温度、液位的变化缓慢的被测参数有良好的滤波效果。但是对流量、速度等快速变化的参数不宜采用。(3)算术平均滤波法，算术平均滤波法是计算机连续取N个采样值进行算术平均运算。当N值较大时，信号平滑度较高，但灵敏度较低；N值较小时，信号平滑度较低，但灵敏度较高。N值的选取一般按照流量：N=12；压力：N=4；液位：N=4～12；温度：N=1～4。

优点是适用于对一般具有随机干扰的信号进行滤波。这样信号的特点是有一个平均值，信号在某一数值范围附近上下波动。

缺点是对于测量速度较慢或要求数据计算速度较快的实时控制不适用。比较浪费存储器RAM。(4)递推平均滤波法(又称滑动平均滤波法)，连续取N个采样值看成一个队列。队列的长度固定为N。每次采样到一个新数据放入队尾,并扔掉原来队首的一次数据(先进先出原则)。把队列中的N个数据进行算术平均运算，就可获得新的滤波结果。优点：对周期性干扰有良好的抑制作用，平滑度高。适用于高频振荡的系统。缺点：灵敏度低。对偶然出现的脉冲性干扰的抑制作用较差。不易消除由于脉冲干扰所引起的采样值偏差。不适用于脉冲干扰比较严重的场合。比较浪费存储器RAM。(5)中位值平均滤波法(又称防脉冲干扰平均滤波法)，相当于“中位值滤波法”+“算术平均滤波法”。连续采样N个数据，去掉一个最大值和一个最小值。然后计算N－2个数据的算术平均值。N值的选取：3～14。优点：融合了两种滤波法的优点。对于偶然出现的脉冲性干扰，可消除由于脉冲干扰所引起的采样值偏差。缺点：测量速度较慢，和算术平均滤波法一样。比较浪费存储器RAM。(6)限幅平均滤波法，相当于“限幅滤波法”+“递推平均滤波法”。每次采样到的新数据先进行限幅处理，再送入队列进行递推平均滤波处理。优点：融合了两种滤波法的优点。对于偶然出现的脉冲性干扰，可消除由于脉冲干扰所引起的采样值偏差。缺点：比较浪费存储器RAM。(7)一阶滞后滤波法(一阶惯性滤波)(8)加权递推平均滤波法(9)消抖滤波法(10)限幅消抖滤波法2)模拟量数据预处理对A/D转换后的数据经滤波处理，还需要对数据再加工，剔除无效的数据，找出有效数据，在经过工程量的转化，变成控制计算需要的数据，存储在控制器的数据库中，以备调用。通常对数据预处理包括以下几个内容。(1)模拟量近零死区处理。(2)模拟量超量程检查。(3)模拟信号——工程单位变换。(4)模拟量变化率超差检查。此功能用于硬件自检测。系统应包括以下几种工程单位变换类型。①线性变换。线性变换按照工程上下限和电量程上下限由系统自动实现。模拟量线性变换如图4.5所示。图4.5线性变换示意图式中，x1为信号下限(电压值)；x2为信号上限(电压值)；y1为测量下限；y2为测量上限；x为采样值；y为转换后的工程值。【例4.2】某温度变送器量程是0℃～1300℃，其输出信号为4mA～20mA,求当信号为12mA时工程值是多少度？根据题意可知：x1=4、x2=20、y1=0、y2=1300、x=12，代入式(4-12)可得开方变换：模拟量开方变换如图4.6所示。图4.6开方变换示意图其表达式为③非线性变换。非线性变换由组态工具中的计算公式来完成，变量的非线性变换公式，一般由用户通过组态来定义。主要的非线性变换大体包括如下内容：分段计算；流量信号温度压力非线性补偿计算；指数公式；对数公式；多项式计算(公式)。3)开关量数据预处理开关量信号是表示设备状态的信号，通常用1位的“0”和“1”表示。在计算机控制当中，有时也用多位来表示，通过多个数据位排列组合，表示设备不同的工作状态。现场的开关量信号存在抖动成分，如图4.7所示，在采集时需要通过系统自身的软件进行“消抖”。抖动时间一般为4ms～15ms，软件通过延时来消除。图4.7开关量信号波形3.2.1DCS控制站的输入输出软件★输入输出功能块的形成： ◆在工程师站组态软件支持下， 对每个输入输出功能块 进行组态定义， 填写参数表， ◆形成组态文件

再下装到控制站执行。★输入输出功能块的实体： ◆每个功能块对应一张参数表及 输入输出摸板上的一个物理信号点。1.输入功能块

3.2.1DCS控制站的输入输出软件⑴模拟量输入功能块①高电平模拟量输入功能块②热电偶或mV输入功能块③热电阻输入功能块⑵数字量输入功能块2.输出功能块⑴模拟量输出功能块

⑵数字量输出功能块1.输入功能块

★对应：

◆输入功能块对应 输入模板(模块)的信号点，

◆输入模板(模块)的

m个输入信号点， 对应m个输入功能块。★区别：

◆输入模板(模块)是硬件，

◆输入功能块是软件。图4.20模拟量输入信号与模拟量输入功能块AI1模拟量输入板..AI8PT121AIPVLT122AIPVFT128AIPV...模板模块★输入功能块存在的表现形式是 ◆功能块组态图， ◆功能块参数表(表4.2.1)。★输入功能块对来自 输入模板(模块)的物理信号进行处理， 形成实时数据库的数据。1.输入功能块

模板模块图4.20模拟量输入信号与模拟量输入功能块AI1模拟量输入板..AI8PT121AIPVLT122AIPVFT128AIPV...★生成：

◆对输入信号点组态

生成输入功能块。1.输入功能块

★表现：

◆输入信号点的 用户表现形式是

输入功能块，

◆输入功能块 在工程师站表现， 在控制站执行。★输入功能块 与输入模板(模块)信号点一一对应。 ◆如果AI模板有8个信号点， 那就对应8个AI功能块； ◆如果DI模板有16个信号点， 那就对应16个DI功能块。1.输入功能块

图4.20模拟量输入信号与模拟量输入功能块AI1模拟量输入板..AI8PT121AIPVLT122AIPVFT128AIPV...★例如，AI模板有8个输入信号点AI1~AI8， 分别对应了8个模拟量输入功能块

PT121，LT122，…，FT128。

图4.18

连续运算控制功能块组态图流量温度压力补偿块模拟量输出块COV

FC234PV

PIDSVBIVOVPID控制块

FV234INOVBOV

AOPVFI234FTPCFITIPIFI231TI232PI233模拟量输入块流量温度压力★输入功能块 便于图形组态，如图4.18所示。★输入变量名(FI231.PV)

便于编程语言调用。

1.输入功能块

1.输入功能块

⑴模拟量输入功能块①高电平模拟量输入功能块②热电偶或mV输入功能块③热电阻输入功能块⑵数字量输入功能块⑴模拟量输入功能块★模拟量输入功能块对应模拟量输入模板信号点★组成：

◆右侧PV为信号端

◆功能块名或工位号★参数名：

◆工位号.参数名★例如，

◆压力功能块PT121

●压力信号PT121.PV

◆流量功能块FT128

●流量信号FT128.PV图4.20模拟量输入信号与模拟量输入功能块AI1模拟量输入板..AI8PT121AIPVLT122AIPVFT128AIPV...★实体：

◆物理信号点

◆参数表

⑴模拟量输入功能块①高电平模拟量输入功能块②热电偶或mV输入功能块③热电阻输入功能块①高电平模拟量输入功能块★结构(图4.21)分析(见4.2.1节)

：图4.21高电平模拟量输入功能块的结构PVR数字滤波平方根补偿PVCAUTOMANPROPV信号检查无变换线性化量程变换报警检查累加器◆a.数字滤波◆b.信号检查◆c.平方根◆d.线性化◆e.补偿◆f.量程变换◆g.报警检查◆h.累加器◆i.信号源选择●其中c、d、e、h

组态时可选，●其余项是必须的。表4.2.1AI功能块参数表缺省TAGNAMEAI功能块激活I/O模板号00~63，模板内点号00~15项号参数名名称数据及说明功能块号NO100-002工位号8个字符3算法码ALGORITHAIACTIVE4未激活=OFF激活=ONOFF5ATTRIBUTAI功能块属性OPERATOR=OFFPROGRAM=ONOFFPV_MODEPV方式自动AUTO=OFF手动MAN=ONOFF67PV过程变量工程量RL~RH8RHPV量程上限工程量RH>RL–99999.00~+99999.009RLPV量程下限工程量RL<RH–99999.00~+99999.0010EUPV工程单位℃，Pa，m3，(自定义8个字符)11DECIMALPV小数点位数0，1，2，3，4212S_PVPV标准数标准数“0~1”①高电平模拟量输入功能块②热电偶或mV输入功能块TC(Thermocouple)★结构(图3.3)分析：图3.3热电偶或mV输入功能块的结构mV数字滤波信号检查冷端补偿线性化PVCAUTOMANPROPV量程变换报警检查TC◆数字滤波、量程变换和报警检查同前(见4.2.1节)

◆a.信号检查： ●判断热电偶是否断路， 当发生断路时，则将PV值置于 量程高限(PVEH)或量程低限(PVEL)， 依据安全要求在组态时选择其一；

●热电偶断路时， 将断路报警标志IOF置成逻辑“1”②热电偶或mV输入功能块★结构(图3.3)分析：图3.3热电偶或mV

输入功能块的结构mV数字滤波信号检查冷端补偿线性化PVCAUTOMANPROPV量程变换报警检查TC◆b.冷端补偿：

●热电偶分度表是按照 参考端(冷端)为0℃制定的，

●工业用热电偶冷端不为0℃， 一般为室内温度t0，

●被测温度t与实测温度之间存在误差， 应该采取冷端补偿，其公式为E(t，0℃)=E(t，t0)+E(t0，0℃)

(3.2.1)℃0t0t②热电偶或mV输入功能块★结构(图3.3)分析：图3.3热电偶或mV

输入功能块的结构mV数字滤波信号检查冷端补偿线性化PVCAUTOMANPROPV量程变换报警检查TC◆c.线性化：●热电势E(t，0℃)

与被测温度t之间呈非线性关系，必须进行线性化，●用多段折线来近似线性， 线性插值公式为图4.22

输入线性化X0XYY0X1Y1X2Y2XnYnY3Xn-1Yn-1X3②热电偶或mV输入功能块★结构(图3.3)分析：图3.3热电偶或mV输入功能块的结构mV数字滤波信号检查冷端补偿线性化PVCAUTOMANPROPV量程变换报警检查TC◆d.

直流mV输入

无冷端补偿， 其它部分同热电偶。②热电偶或mV输入功能块★结构(图3.3)分析：图3.3

热电偶或mV输入功能块的结构mV数字滤波信号检查冷端补偿线性化PVCAUTOMANPROPV量程变换报警检查TC◆e.信号源选择：

●自动(AUTO)状态： 信号来自热电偶或传感器

●手动(MAN)状态： 手动给信号

●程序(PRO)状态： 信号来自程序③热电阻输入功能块RTD(resistancetemperaturedevice)★结构(图3.4)分析：图3.4热电阻输入功能块的结构数字滤波信号检查线性化PVCAUTOMANPROPV量程变换报警检查RTD◆数字滤波、量程变换和报警检查同前(见4.2.1节)

◆a.信号检查：

●判断热电阻是否断路， 当发生断路时，则将PV值置于 量程高限(PVEH)或量程低限(PVEL)， 依据安全要求在组态时选择其一；

●热电阻断路时， 将断路报警标志IOF置成逻辑“1”③热电阻输入功能块★结构(图3.4)分析：图3.4热电阻输入功能块的结构数字滤波信号检查线性化PVCAUTOMANPROPV量程变换报警检查RTD◆b.线性化：●热电阻与被测温度t之间 呈非线性关系， 必须进行线性化，●用多段折线来近似线性， 线性插值公式为图4.22

输入线性化X0XYY0X1Y1X2Y2XnYnY3Xn-1Yn-1X3◆c.信号源选择：●自动(AUTO)状态： 信号来自热电阻●手动(MAN)状态： 手动给信号●程序(PRO)状态： 信号来自程序图3.4热电阻输入功能块的结构数字滤波信号检查线性化PVCAUTOMANPROPV量程变换报警检查RTD③热电阻输入功能块★结构(图3.4)分析：⑵数字量输入功能块★数字量输入功能块对应数字量输入模板信号点★数字量输入功能块的信号来自开关、按钮或触点★例如，开关输入块SW121

●开关输入信号SW121.PV

开关输入块SW128

●开关输入信号SW128.PV图3.5数字量输入信号与数字量输入功能块DI1数字量输入板..DI8SW121DIPVSW122DIPVSW128DIPV...★组成：

◆右侧PV为信号端

◆功能块名或工位号★参数名：

◆工位号.参数名正方向DI反方向PVCAUTOMANPRO状态锁存累加PVAV锁存

PV状态

PVDIDIt0t1图3.6数字量输入功能块的结构◆a.正方向：

●当接点闭合时， 则状态为ON或逻辑“1”； 反之，则为OFF或“0”。◆b.反方向：

●当接点闭合时， 则状态为OFF或逻辑“0”； 反之，则为ON或“1”。★结构(图3.6)分析：⑵数字量输入功能块★结构(图3.6)分析：⑵数字量输入功能块正方向DI反方向PVCAUTOMANPRO状态锁存累加PVAV锁存

PV状态

PVDIDIt0t1图3.6数字量输入功能块的结构◆c.状态：

●状态变量PV维持ON或OFF的时间

等于原始输入接点DI的状态。◆d.锁存：

●若原始输入接点闭合时间为Δt0， 那么锁存变量PV维持ON的时间为Δt1

●组态时由用户选择Δt1，且Δt1>Δt0

●快速通/断的接点，选用锁存方式。⑵数字量输入功能块正方向DI反方向PVCAUTOMANPRO状态锁存累加PVAV锁存

PV状态

PVDIDIt0t1图3.6数字量输入功能块的结构◆e.累加：

●累加接点通/断的次数， 相当于累加脉冲个数；

●当累加值AV达到目标值SAV时， 则将相应的标志信号AVF置成逻辑“1”；

●累加器命令：

◎起动(START)◎停止(STOP)◎复位(RESET) ●累加方向： ◎增加(UP)，从复位值RAV向上加计数； ◎减少(DOWN)，从复位值RAV向下减计数。★结构(图3.6)分析：2.输出功能块⑴模拟量输出功能块

⑵数字量输出功能块2.输出功能块★对应：

◆输出功能块对应 输出模板(模块)的信号点

◆输出模板(模块)的

m个输出信号点， 对应m个输出功能块。★区别：

◆输出模板(模块)是硬件

◆输出功能块是软件图4.24模拟量输出功能块与模拟量输出信号AO1模拟量输出板..AO8PV121AOOVLV122AOOVFV128AOOV...IVIVIV模板模块★输出功能块存在的表现形式是 ◆功能块组态图， ◆功能块参数表(表4.2.4)。★输出功能块对来自 输出模板(模块)的物理信号进行处理， 形成实时数据库的数据。2.输出功能块图4.24模拟量输出功能块与模拟量输出信号AO1模拟量输出板..AO8PV121AOOVLV122AOOVFV128AOOV...IVIVIV模板模块★生成：

◆对输出信号点组态

生成输出功能块。2.输出功能块★表现：

◆输出信号点的 用户表现形式 是输出功能块

◆输出功能块 在工程师站表现， 在控制站执行。★输出功能块 与输出模板信号点一一对应。 ◆如果AO模板有8个信号点， 那就对应8个AO块； ◆如果DO模板有16个信号点， 那就对应16个DO块。图4.24模拟量输出功能块与模拟量输出信号AO1模拟量输出板..AO8PV121AOOVLV122AOOVFV128AOOV...IVIVIV2.输出功能块★例如，AO模板有8个输出信号点AO1~AO8， 分别对应了8个模拟量输出功能块

PV121，LV122，…，FV128。

2.输出功能块

图4.18

连续运算控制功能块组态图流量温度压力补偿块模拟量输出块COV

FC234PV

PIDSVBIVOVPID控制块

FV234INOVBOV

AOPVFI234FTPCFITIPIFI231TI232PI233模拟量输入块流量温度压力★输出功能块 便于图形组态，如图4.18所示。★输出变量名(FV234.OV)

便于编程语言调用。

2.输出功能块★模拟量输出类型： ◆电流输出 例如，4mA~20mADC，

0~10mADC ◆电压输出， 例如，1V~5VDC，

0~5VDC★数字量输出类型： ◆继电器触点输出(通/断) ◆数字电平输出(0/1)⑴模拟量输出功能块★模拟量输出功能块对应模拟量输出模板信号点★例如，压力功能块PV121

●输出信号为PV121.OV

流量功能块FV128

●输出信号为FV128.OV★组成：

◆左侧为信号输入端IV

◆右侧为信号输出端OV

◆功能块名或工位号★参数名：

◆工位号.参数名图4.24模拟量输出功能块与模拟量输出信号AO1模拟量输出板..AO8PV121AOOVLV122AOOVFV128AOOV...IVIVIV⑴模拟量输出功能块★结构(图4.25)分析(见4.2.2节)

：图4.25模拟量输出功能块的结构IV0~100%MANPRO正方向反方向%mA%mA非线性OVAUTO◆a.信号源选择◆b.正方向或反方向

◆c.非线性

★实体：

◆物理信号点

◆参数表

图4.24模拟量输出功能块与模拟量输出信号AO1模拟量输出板..AO8PV121AOOVLV122AOOVFV128AOOV...IVIVIV表4.2.4AO功能块参数表缺省TAGNAMEAO功能块激活I/O模板号00~63，模板内点号00~15项号参数名名称数据及说明功能块号NO100-002工位号8个字符3算法码ALGORITHAOACTIVE4未激活=OFF激活=ONOFF5ATTRIBUTAO功能块属性OPERATOR=OFFPROGRAM=ONOFFIV_MODEIV方式自动AUTO=OFF手动MAN=ONOFF67IV输入变量标准数“0~1”8OV

输出变量工程量RL~RH9RHOV量程上限工程量RH>RL–99999.00~+99999.0010010RLOV量程下限工程量RL<RH–99999.00~+99999.00011EUPV工程单位%(自定义8个字符)%12S_OVOV标准数标准数“0~1”⑴模拟量输出功能块⑵数字量输出功能块★数字量输出功能块对应数字量输出模板信号点★例如，开关量输出功能块DV121

●输出信号DV121.OV

开关量输出功能块DV128

●输出信号DV128.OV★组成：

◆左侧为信号输入端IV

◆右侧为信号输出端OV

◆功能块名或工位号★参数名：

◆工位号.参数名图4.7数字量输出功能块与数字量输出信号DO1数字量输出板..DO8DV121DOOVDV122DOOVDV128DOOV...IVIVIV⑵数字量输出功能块★结构(图3.8)分析：图3.8数字量输出功能块的结构(a)状态输出(b)脉宽调制输出010正方向反方向AUTMANPRO1100~100%脉宽调制Tc01正方向反方向AUTMANPRO10◆信号源选择：●自动(AUT)状态：

◎信号来自内部变量●手动(MAN)状态：

◎手动给信号●程序(PRO)状态：

◎信号来自程序⑵数字量输出功能块★结构(图37.8)分析：①状态输出◆信号来自内部逻辑变量：

●若为逻辑“1”， 则输出ON状态(接点闭合)；

●若为逻辑“0”， 则输出OFF状态(接点断开)。◆正/反方向：

●对内部逻辑变量 取原/反码状态输出。(a)状态输出010正方向反方向AUTMANPRO110图3.8数字量输出功能块的结构⑵数字量输出功能块★结构(图3.8)分析：②脉宽调制输出图3.8数字量输出功能块的结构(b)脉宽调制输出0~100%脉宽调制Tc01正方向反方向AUTMANPRO10◆输出方式： 在一个周期TC内，

ON/OFF脉冲占宽比与MV成比例；●正方向：●反方向：◆信号来自内部连续变量，例如，PID控制模块的 输出MV(0~100%)⑵数字量输出功能块★结构(图3.8)分析：②脉宽调制输出图3.8数字量输出功能块的结构(b)脉宽调制输出0~100%脉宽调制Tc01正方向反方向AUTMANPRO10

◆例如，PID控制模块采用脉宽调制输出，设MV=20%，TC=120秒，则ON脉冲宽度为●正方向时，PWON+=TC×MV% =120×20%=24秒

●反方向时，PWON-=TC×(100%-MV%) =120×(100%-20%) =96秒3.2DCS控制站的软件3.2.1DCS控制站的输入输出软件3.2.2DCS控制站的运算控制软件√3.2.2DCS控制站的运算控制软件★运算控制软件的 用户表现形式是

运算功能块和控制功能块，★每个运算功能块 对应一种运算算法★每个控制功能块 对应一种控制算法★功能块实体： ◆参数表 ◆算法软件★功能块组成：

◆左侧为信号输入端

◆右侧为信号输出端

◆功能块名或工位号★参数名：

◆工位号.参数名3.2.2DCS控制站的运算控制软件图2.24前馈-反馈PID控制系统模拟量输出块COV

LC1231PV

PIDSVBIVBOV

LV1231AOI

AOAOVBOV（b）功能块组态图OCVDT1232FF1232LT1231

AIAPV

AIAPV

FFCROV前馈补偿块PID控制块X1模拟量输入块模拟量输入块3.2.2DCS控制站的运算控制软件★功能块形成： ◆在工程师站组态软件支持下，

●对每个运算功能块、 控制功能块进行定义， ●填写参数表， ◆形成组态文件， ◆将组态文件下装到控制站执行。工程师站组态控制站执行CNET组态文件3.2.2DCS控制站的运算控制软件1.连续运算功能块⑴代数运算功能块⑵信号选择功能块⑶数据选择功能块⑷数值限制功能块⑸报警检查功能块⑹计算公式功能块⑺传递函数功能块2.控制功能块⑴连续控制功能块⑵逻辑梯形图⑶逻辑功能块⑷逻辑指令表⑸顺序功能块★运算控制功能块类型：1.连续运算功能块★每个运算模块对应一种算法★组成：

◆左侧为信号输入端X

◆右侧为信号输出端Y

◆功能块名或工位号★参数名：

◆工位号.参数名工位号算法名X1X2Y1.连续运算功能块★类型：

●⑴代数运算

●⑵信号选择

●⑶数据选择

●⑷数值限制

●⑸报警检查

●⑹计算公式

●⑺传递函数模块⑴代数运算功能块★类型：

◆加减法、乘法、除法、求绝对值、求平方根， 其算式同4.1.2节中的式(4.1.1)~式(4.1.5)

◆例如，乘法模块的算式为式中K1、K2、K3为系数，

A1、A2、A3为偏置。●X1和X2为信号输入端●Y为运算结果的输出端●工位号为8个字符●算法名为MULTIP(3.2.4)图3.9乘法功能块工位号MULTIPX1X2Y⑵信号选择功能块★从几个输入信号中 选其一输出。★类型：

◆①选最大值

◆②选最小值

◆③选中间值

◆④求平均值

◆⑤双信号选择

◆⑥3×1信号选择①选最大值模块（MAX）②选最小值模块（MIN）(3.2.5)(3.2.6)③选中间值模块（MID）(3.2.7)④求平均值模块（AVE）(3.2.8)⑵信号选择功能块⑤双信号选择模块(DSS)★从信号X1和X2中 选其一或取平均；★选信号的方法：

◆1)按照开关信号SW2和SW1的 状态组合(00，01，10，11)

◆2)依据SW值(0~3)图3.10双信号选择功能块差值DEV检查SWX10213YSW1SW2X2（a）结构图（b）组态图YX1X2工位号DSSSW1SW2ERRSW●组态时任选一种方法★选信号的原理：

◆1)当SW=0或SW2=0、SW1=0时， 则Y=X1(n-1)或X2(n-1)

◆2)当SW=1或SW2=0、SW1=1时，则Y=X1

◆3)当SW=2或SW2=1、SW1=0时，则Y=X2

◆4)当SW=3或SW2=1、SW1=1时，

●若X1与X2之间的差值小于允许差值DEV， 则Y=(X1+X2)/2

●否则，Y保持前一时刻有效值， 并发出故障标志信号ERR=1★用途：

◆重要的信号用双传感器，任选一或取平均。⑤双信号选择模块(DSS)⑥3×1信号选择功能块(TOS)★模拟1档3位开关选择信号：

◆从输入X1、X2、X3中选其一给输出Y★选信号的方法：

◆1)按照开关信号SW2和SW1的 状态组合(00，01，10，11)图3.113×1信号选择功能块（a）结构图（b）组态图SWX10312YSW1SW2X2X3YX1X2工位号TOSSW1SW2SWX3◆2)依据SW值(0~3)●组态时任选一种方法★选信号的原理：

◆①当SW=0或SW2=0、SW1=0时， 则Y=前一时刻所选信号值；

◆②当SW=1或SW2=0、SW1=1时， 则Y=X1

◆③当SW=2或SW2=1、SW1=0时， 则Y=X2

◆④当SW=3或SW2=1、SW1=1时， 则Y=X3⑥3×1信号选择功能块(TOS)⑶数据选择功能块★从几个数据中 选其一输出。★类型：

◆①3×1数据选择

◆②3×3数据选择

◆③设定值曲线★模拟1档3位开关选择数据：

◆从数据D1、D2、D3中选其一给输出Y★选数据的方法：

◆1)按照开关信号SW2和SW1的 状态组合(00，01，10，11)图3.123×1数据选择功能块（a）结构图（b）组态图SWD10312YSW1SW2D2D3工位号TODYSW1SW2SW◆2)依据SW值(0~3)●组态时 任选一种方法①3×1数据选择功能块(TOD)★选数据的原理：

◆①当SW=0或SW2=0、SW1=0时， 则Y=前一时刻所选数据值

◆②当SW=1或SW2=0、SW1=1时，则Y=D1

◆③当SW=2或SW2=1、SW1=0时，则Y=D2

◆④当SW=3或SW2=1、SW1=1时，则Y=D3★区别： 与3×1信号选择模块的区别是， 常数D1、D2、D3在模块内部设置。①3×1数据选择功能块(TOD)②3×3数据选择功能块(TTD)★模拟3档3位开关选择数据：

◆从数据D11、D12、D13中选其一给输出Y1

◆从数据D21、D22、D23中选其一给输出Y2

◆从数据D31、D32、D33中选其一给输出Y3★选数据的方法：

◆1)按照开关信号SW2和SW1的 状态组合(00，01，10，11)

◆2)依据SW值(0~3)

●组态时任选一种方法★选数据的原理：

◆①当SW=0或SW2=0、SW1=0时， 则Y1、Y2、Y3=前一时刻所选数据值；

◆②当SW=1或SW2=0、SW1=1时， 则Y1=D11、Y2=D21、Y3=D31

◆③当SW=2或SW2=1、SW1=0时， 则Y1=D12、Y2=D22、Y3=D32

◆④当SW=3或SW2=1、SW1=1时， 则Y1=D13、Y2=D23、Y3=D33★3×3数据选择模块

相当于3个

3×1数据选择模块。②3×3数据选择功能块(TTD)③设定值曲线功能块(PSV)★产生符合工艺曲线的设定值SV

图3.13设定值曲线功能块EV1EV2EV3EV4t64735K3K12K7K51SV0工位号PSVPVSSEGRUNHLDRSTGHSRRSRHSMANAUTOCAS

SVCSEGTMETMRCSTAGHI

ENDEV1EV2EV3EV4EV5EV6EV7EV8（a）结构图（b）组态图★组成：

◆上升段

◆下降段

◆保持段

◆段事件★参数：

◆斜率Ki

◆段点设定值SVi

◆保持段时间Ti◆PV：过程变量◆SSEG：起始段号1~n， 按指定段号开始工作。◆RUN：当RUN=ON时，使PSV进入运行(Run)状态；

反之，则为停止(Stop)状态。◆HLD：当HLD=ON时，使PSV进入保持(Hold)状态， 停在断点，且保持SV； 一旦HLD为OFF，立即从断点继续工作。◆RST：当RST=ON时，使PSV进入复位(Reset)状态， 返回起始段。★1)输入信号★1)输入信号◆GHS：当GHS=ON时，使PSV进入

确保保持段状态(GHS)。

●当上升段或下降段结束时， 可能出现以下两种情况：

◎PV能较好地跟踪SV(图3.14(a))， 即|PV-SV|≤GHB(确保保持带)， 可以进入保持段，并开始计保持时间；

◎PV不能较好地跟踪SV(图3.14(b))， 即|PV-SV|>GHB(确保保持带)， 发出确保保持段指示GHI=ON， 操作员采取相应措施， 直到PV进入确保保持带GHB， 才开始进入保持段，并开始计保持时间。图3.14设定值曲线功能块的确保保持段(c)GHBGHBtSVGHSPV100tc95SV105计时GHIONOFF(a)PV0SVGHSPV100tc95tSV105计时GHIONOFF(b)ONPV0GHBGHBSVGHSPV100tc95tSV105计时GHIONOFFOFFPV0GHBGHB◆GHS：当GHS=ON时， 可能出现以下两种情况： ●PV能较好地跟踪SV(图3.14(a)) ●PV不能较好地跟踪SV(图3.14(b))★1)输入信号◆GHS：当GHS=OFF时， ●一旦上升段或下降段结束，立即进入保持段， 并开始计保持时间， 而忽略PV是否进入确保保持带GHB， 如图3.14(c)所示。★1)输入信号图3.14设定值曲线功能块的确保保持段(c)GHBGHBtSVGHSPV100tc95SV105计时GHIONOFF(a)PV0SVGHSPV100tc95tSV105计时GHIONOFF(b)ONPV0GHBGHBSVGHSPV100tc95tSV105计时GHIONOFFOFFPV0GHBGHB◆RRS：如果在斜坡段中断后又重新起动时，

●当RRS=ON，则继续执行中断时的斜坡段， 而且初始SV=PV， 使SV逐渐变到下一个设定点；

●当RRS=OFF，则返回到起始段SSEG。◆RHS：如果在保持段中断后又重新起动时，

●当RHS=ON，则返回前一个斜坡段工作， 而且初始SV=PV， 使SV逐渐变到下一个设定点；

●当RHS=OFF，则返回到起始段SSEG。★1)输入信号◆MAN： 当MAN=ON时，使PSV进入手动方式， 停止计时，手动操作SV。◆AUTO： 当AUTO=ON时，使PSV进入自动方式， 从起始段一直工作到结束段， 终了时返回起始段继续工作。★1)输入信号◆SV：程序设定值SV， 可作为PID控制器的设定值；◆CSEG：当前段号1~n。◆TME：本段已用去的时间，在段开始时，TME=0◆TMR：本段剩余的时间，在段结束时，TMR=0◆CSTA：当前PSV的状态指示(0~4) 0—停止状态(Stop)；

1—复位状态(Reset)；

2—运行状态(Run)；

3—保持状态(Hold)；

4—确保保持段状态(GHS)★2)输出信号◆GHI：确保保持段指示， 如果PV不在确保保持带GHB， 即|PV-SV|>GHB， 则GHI=ON。◆END：当PSV工作完毕， 则END=ON。◆EV1~EV8：事件信号， 当进入EVi对应段， 则EVi=ON， 如图3.13所示。★2)输出信号⑷数值限制功能块★类型：

◆高/低限限制，

◆变化率限制，

◆偏差限制模块，

⑸报警检查功能块★类型：

◆高/低限报警，

◆变化率报警，

◆偏差报警，

⑹计算公式功能块★类型：

◆①流量累积

◆②移动平均

◆③累加值平均

◆④计算式①流量累积功能块(FAC)★以一般方式输入的流量F，其公式为

(3.2.9)◆TC为计算周期(秒)◆K1为流量单位变换系数◆K2为流量时间单位系数

★以脉冲方式输入的流量FP

，其公式为

(3.2.10)◆K2为单个脉冲流量，◆P为计算周期内脉冲增量， 其它符号同式(3.2.9)

②移动平均功能块(MAV)★m点采样值

Xn、Xn-1、…、Xn-m+1的平均值， 随着时间前进，

m点采样值也同步平移， 其公式为

(3.2.11)m③累加值平均功能块(AAV)★先计算一个周期TC内的累加值Fa(n)，再计算从开始至今n个周期累加值的平均值。