过程接口单元

第5章

过程接口单元PIUPIU-ProcessInterfaceUnit在具体的DCS中，数据采集装置有两种类型：分离型：数据采集装置是一个独立的单元或工作站，如TDC3000的PIU集中型：系统的过程控制单元（PCU）中，具有数据采集功能，如美国贝雷公司的N-90过程接口单元功能：以扫描方式采集各种过程数据，包括各种模拟量、数字量和脉冲量，经HW送到EOS或上位机以实现操作监视；或者将信号输出至过程进行DDC控制。非控制功能的数据采集任务5.1过程接口单元的分类过程接口单元根据接收信息的电平高低和本质安全要求的不同，分以下3类。

1.高电平过程接口单元(HL-PIU)HL-PIU主要用于采集现场的4-20mA或1-5V的高电平信号。除此以外，也具有数字输入/输出能力。

2.低电平过程接口单元（LL-PIU）

LL-PIU主要用于采集热电偶、热电阻等mV级信号。

3.低能量过程接口单元（LE-PIU）

LE-PIU主要用于本质安全防爆系统，为远程多路传输的高电平或低电平模拟输入提供终端和数据处理。三类PIU的性能比较如表2.12所列5.2过程接口单元的结构高电平过程接口单元和低电平过程接口单元都由通用卡片文件夹（CCFA）和测点卡片文件夹（PCFA）、24VDC电源以及接线端子板、连接电缆等组成，装在一标准机柜内。通用卡文件夹（CCFA）是PIU的控制部分，由它完成对数据的采集、处理、存储、报警和通讯。三种类型的PIU其CCFA部分都类同。PCFA完成采样、隔离、滤波等信息的预处理，使来自现场的模拟量、开关量以及数字频率信号变换成符号CCFA要求的信号。HL-PIU组成方框图端子板AIDI脉冲AODOI/O母线控制A/D变换微处理机p通讯控制（数据）数据高速公路接口HW数据库工作存储器RAM常数表程序存储器PROM冗余数据高速公路CCFAPCFACCFA结构示意图电源调整卡屏蔽板HW接口卡HW（DMA）接口卡PROM/RAM卡微处理机卡I/O控制器卡（多路切换卡）A/D转换器卡LE-PIU组成方框图

LE-PIU由CCFA、安保器及16个多路采样箱组成。LE-PIU与多路切换箱之间的连接见图2.13

循环扫描256点内部装有齐纳二极管安全栅，起隔离保护作用测点卡片输入信号一览表PIU的系统连接框图CCFAPCFACCFAPCFA4500上位机数据公路通信指挥器HTD操作站1234HL-PIU1234LL-PIUCCFA缓冲箱MUX箱1MUX箱16…主电缆备电缆危险区LE-PIU***优先存取线以HL-PIU为例，电源一接通，便接收优先设备下载的基本数据，以建立功能特性。然后进行自诊断，无故障时即进入正常操作。

1.数字输出：瞬时、延时、锁定3种输出方式

2.数字输入：扫描周期0.25s

3.脉冲输入：扫描周期0.25s

4.模拟输出：4路D/A，10bit，4~20mA

5.模拟输入详见教材P595.3PIU的工作原理模拟输入的处理合理化检查检查A/D转换是否在接到指令后进行变换或是否在规定的时间内完成；如不进行或没完成，则PIU状态字就出现A/D故障代码和不合理代码；如A/D过载（超出满量程），不会引起A/D故障报警，只是该读数不作进一步的处理。模拟信号放大A/D转换合理化、规格化、线性化检查、平滑处理等更新数据库模拟输入的处理信号的规格化将输入的电压信号线性地转换成与之相对应的数字量。如线性输入信号1-5V经规格化后的值与247.0~3847.0相对应，则输入信号电压（V）与规格化结果（X）之间存在以下关系：换算成工程单位：上位机将规格化的现时值换算成工程单位值Y。M–数据库量程，正比于过程变量的量程B–数据库零位置，正比于过程变量的零点模拟输入的处理小数点用两位的四种不同编码来表示小数点的位置。D-附加因子确定M和BD代码小数点位置000YYYY0101YYY0Y210YY0YY311Y0YYYSEU-用工程单位表示的过程量程ZEU-用工程单位表示的过程零点工程单位换算举例假定线性输入1V表示100M3/h，5V表示500M3/h，小数点选择为D=1（YYY0Y）M和B的计算如下：M=（500-100）/104-1=400/1000=0.4B=100×3600/104-1=100×3.6=360.0如果传感器输入为3V，规格化的现时值为X=（3-1）×3600/4+247.0=2047.0转换为工程单位：Y=[0.4（2047.0-247.0）+360]/0.36=3000即300.0模拟输入的处理线性化对温度信号的非线性可用四次曲线来校正：

对具有平方型的非线性输入的1-5V模拟输入信号，可进行开方型线性化，校正公式为：T=A0+A1E+A2E2+A3E3+A4E4

E–被校正的读数A–常数，存放在ROM中R–结果值（用%表示）V–输入电压模拟输入的处理平滑处理即用程序规定对测量值进行不同程序的数字滤波，以消除输入信号的抖动。计算公式：当前处理值=当前采样值×n%+前次处理值×（100-n）%平滑系数n的大小由代码设定。报警极限和显著变化限检查模拟输入的处理热电偶开路检查测点在被切换之前，加一小电流通过模拟信号总线、MUX电路和变送器，如果通过外电路的压降超过正常值，表明热电偶处于开路状态。热电偶的冷端补偿补偿热电偶法，用一个专门的热电偶测量冷端温度进行温度补偿。如同多功能控制器一样，应用PIU时亦需要组态，以确定选用的PIU类型，确定所用各类传感器的形式、扫描速率、平滑系数、报警型号以及所需进行的其他输入处理等功能。现以PIU模拟点为例加以说明。

1.PIU模拟点组态字

PIU模拟点组态字分四个，它们分别为CONF、CONFHI、CONFLO、以及CONFHILO。每位数字的代码含义如表2.14所示。

2.PIU模拟点数据表

像MC组态一样，在确定组态字后还需要填写数据表，PIU模拟点数据表如表2.15所示。5.4PIU的组态PIU模拟点组态字实际的滤波时间常数是：TF=Ts（1-Smc）TF：滤波时间Ts：扫描周期Smc：所选平滑系数0.05.................PIU模拟点组态字无输入小数点0–xxxx.1–xxx.x2–xx.xx3–x.xxxHIPIU模拟点组态字无输入报警形式0–PV1–偏差LOPIU模拟点组态字无输入HL-PIU0–℉1–℃HILOLE-PIU，LL-PIU0–允许热电偶开路检查1–不允许热电偶开路检查PIU模拟点数据表PIU模拟点数据表PIU输入敏感元件形式PIU输入敏感元件形式PIU在生产应用中突出的作用是能将采集来的信息报告给系统中的优先设备（上位机或操作站），以供人们对工厂的非控参数进行观察和监视。

1、PIU报告的类型

过程接口单元报告的内容一般分为测点的一般情况、状态变化情况以及报警情况等，所以报告的类型也分为一般报告、变化报告和报警报告。5.5PIU的报告功能

（1）一般报告当PIU接到上位机发来的请求某种一般报告的指令后，就会将一般信息收集到一份报告中，存放于“一般报告缓冲器”中。PIU的一般报告缓冲器中一旦有了信息，它就会响应询问（POLL），作出一定应答，并在被呼叫（CALL-UP）时将报告送到优先设备。一般报告中的内容包括现时模拟输入、模拟输入报警摘要、现时数字输入状态、现时或存储的计数器值、各多路切换箱的冷端摘要、输入跟踪字摘要等。

（2）变化报告变化报告的内容是数字输入点变化、模拟输入点变化、数字点的状态、模拟输入点报警。

（3）报警报告报警报告的内容是来自SOE（事件时序）板的新的数字状态和时间、计数点卡的计数器溢出、点卡上的硬件故障报警、模拟输入点状态改变。2、报告过程PIU在对数据自动进行采集、检查、处理、存储后，等待上位机和操作站对它的询问和呼叫。当上位机发出一专用指令，请求PIU建立一份特殊规格的一般报告或变化报告时（报警报告是自动收集的，故无需请求），PIU的HW接口确认HW通讯，将上位机的请求指令传送到RAM中的请求缓冲器，供CPU服务。同时向HW发一回波表示已作响应。PIU自动建立起所请求的报告，存到RAM中的报告缓冲器。等到高速通路通信指挥器发送询问指令时，PIU检测自身有内容报告时，发出应答脉冲作为响应，通信指挥器则根据响应的优先级逐个发出呼叫指令。PIU确认呼叫字，将PIU状态的数据字送给上位机，上位机的HW接口确认这些信息并送出回波