自动化装置课件

CS3000集散控制系统

一.構成域的定義:一條控制匯流排連接的站的集合(一)一個域的基本構成人機介面站HIS現場控制站FCS控制匯流排Vnet控制匯流排站HISFCSVnet(二)一個域內的系統構成人工介面站HIS現場控制站FCS網路Vnet、Ethernet、RIO匯流排轉換器BCV通信門單元CGW

總數≤64個要求:HIS≤16個

當HIS≥8個，需增設伺服器（用於存放專案數據）DualV-netvPRTEE0101.01FCSControlCabinetRoom控制站HIS62HIS61HIS63EthernetEWS64HIS60PRT0101.01FCS控制站0101.01端子櫃v最大工位數:1,000,000/FCS最大站數:64V-net匯流排(Max):20kmRIO匯流排(max):20kmperFCS1.人機介面站HIS監視操作—系統、自定義等窗口系統維護—系統狀態、系統報警、HIS設置、FCS狀態顯示等窗口數據獲取—報表、趨勢等窗口數據介面—OPC、DDE操作支持—許可權、報警、過程報告、歷史資訊等窗口系統生成—組態軟體虛擬測試—虛擬測試軟體2.現場控制站FCS控制功能—回饋、順序、計算、編程通信輸入輸出功能—利用通信插件與PLC或其他子系統通信通信軟體包FA-M3SiemensDARWINMELSEC-AModbusSYSMACAllen-BradleyGasChromatograph3.網路Vnet、Ethernet、RIO

Vnet功能連接FCS和HIS的通信網絡站點數目64個/域傳輸速率10Mbit/S傳輸介質同軸電纜YCB111同軸電纜YCB141傳輸距離500m185m網路拓撲匯流排結構（多點）Ethernet功能連接上位機和HIS的通信網絡站點數目傳輸速率10Mbit/S傳輸介質同軸電纜傳輸距離185m網路拓撲匯流排結構RIOBus功能連接FCS和NODE的通信網絡節點數目8個/FCU傳輸速率2Mbit/S傳輸介質雙絞線光纖傳輸距離750m20Km網路拓撲匯流排結構4.匯流排轉換器BCV和YEW其他的DCS連接，如CENTUM-CS、μXLCENTUM-CSμXLBCVVnet5.通信門單元CGW從一臺電腦或UNIX工作站獲取或設置FCS的數據UNIX工作站電腦CGWVnet二、現場控制站的構成(一)機櫃1.採用微正壓措施防塵效果較好，適於惡劣環境。2.插件化模件的編址不受插槽位置的影響3.插入式結構插件拔插有導軌和連鎖裝置，防止損壞產生故障4.熱拔插插件可以帶電拔插，且不影響其他模件的正常工作FCS供電單元RIOBUS介面插件

微處理器插件電池單元外部介面單元電池單元FIOBUS介面單元風扇單元(二)現場控制單元FCU電源供給單元RIOBUS介面插件Vnet連接單元電池單元電源分配板外部介面單元供電端子電池單元RIO

BUS連接單元風扇單元微處理器插件1.電源供給單元RW302給現場控制站提供直流電源，可冗餘。2.遠程輸入輸出匯流排介面插件RB301連接RIO匯流排，完成通信功能。3.微處理器插件CP345進行控制運算處理，可冗餘4.Vnet連接單元AIP501連接Vnet的介面5.電池單元提供備用電池，防止停電丟失數據。可冗餘。6.外部介面單元提供介面7.電源分配面板外接交流電源板8.電源輸入輸出端子外接交流電源的端子9.空氣篩檢程式過濾粉塵，淨化空氣。10.風扇單元散熱，可冗餘。11.遠程輸入輸出匯流排連接單元AIP511RIO連接介面(三)遠程輸入輸出匯流排連接現場控制單元和節點的通信網絡。兩者的距離＜750m，可採用雙絞線；兩者的距離≤20km，可採用光纜。FCUNODERIO1.節點介面單元NIU由通信插件和電源插件組成，兩種插件均可以構成雙重化措施。通信插件電源插件電源插件通信插件(四)節點節點介面單元和輸入輸出單元構成節點介面單元NIU輸入輸出單元IOU2.輸入輸出單元輸入輸出單元=輸入輸出插件箱+輸入輸出插件FCUNODENIUIOU(1)輸入輸出插件箱

AMN11AMN31AMN32(2)輸入輸出插件信號類型型號插件類型輸入輸出點數信號連接模擬量輸入輸出插件AAM10電流/電壓輸入插件（簡約型）1端子AAM11電流/電壓輸入插件1AAM21mV、熱電偶、RTS輸入插件1AAM11脈衝輸入插件1AAM50電流輸出插件1AAM51電流/電壓輸出插件1AMC80多點模擬量控制輸入輸出插件8輸入/8輸出接插信號類型型號插件類型輸入輸出點數信號連接繼電器輸入輸出插件ADM15R繼電器輸入插件16端子ADM55R繼電器輸出插件16多點插件AMM12T電壓輸入多點插件16AAM22MmV輸入多點插件16AAM22T熱電偶輸入多點插件16AAM32TRTS輸入多點插件16AMM42T兩線制變送器輸入多點插件16AMM52T電流輸出多點插件16信號類型型號插件類型輸入輸出點數信號連接狀態量輸入輸出插件ADM11T接點輸入插件（16點，端子型）16端子ADM12T接點輸入插件（32點，端子型）32ADM51T接點輸出插件（16點，端子型）16ADM52T接點輸出插件（16點，端子型）32ADM11C接點輸入插件（16點，連接型）16接插ADM12C接點輸入插件（32點，連接型）32ADM51C接點輸出插件（16點，連接型）16ADM52C接點輸出插件（32點，連接型）32信號類型型號插件類型輸入輸出點數信號連接通信插件ACM11RS-232通信插件1ch接插ACM12RS-422/RS-485通信插件1ch端子通信卡ACM21RS-232常用通信插卡1ch接插ACM22RS-422/RS-485常用通信插卡1ch端子3.插件接線方式I/O模件MIL方式：海外流行的低成本接線方式壓夾方式：壓線端子接線與

PLC相同的接線方式KS電纜方式：通過KS電纜與橫河專用端子板連接的接線方式三、現場控制站的功能現場控制站的控制功能回饋控制功能順序控制功能運算控制功能編程控制功能(一)回饋控制功能

1.概念根據偏差的大小進行控制的功能稱為回饋控制功能。調節器對象變送器執行器2.功能模組功能模組是實現回饋控制的基本儀錶，相當於模擬式儀錶。是用C語言編出的一段子程式。

(1)種類種類型號功能輸入指示PVI輸入指示模組PVI-DV帶偏差報警的輸入指示模組調節PIDPID調節模組PI-HLD採樣PI調節模組PID-BSW帶批量開關的PID模組ONOFF兩位置ON/OFF調節模組ONOFF-G三位置ON/OFF調節模組種類型號功能調節PID-TP時間比例ON/OFF調節模組PD-MR帶手動複位的PD調節模組PI-BLEND混和PI調節模組PID-STC自整定PID調節模組手動操作MLD手動操作模組MLD-PVI帶輸入指示的手動操作模組MLD-SW帶輸出開關的手動操作模組MC-2兩位置馬達控制模組MC-3三位置馬達控制模組種類型號功能信號設定RATIO比率設定模組PG-LI313段程式設定模組BSETU-2流量測量的批量設定模組BSETU-3重量測量的批量設定模組信號限幅VELLIM變化速率限幅模組信號選擇SS-H/M/L信號選擇模組AS-H/M/L自動選擇模組SS-LDUA雙信號選擇模組信號分配FOUT串級控制信號發送模組種類型號功能信號分配FFSUM前饋控制信號模組XCPL不相互作用的控制輸出模組SPLIT分離控制信號發送模組脈衝計數PTC脈衝計數輸入模組報警ALM-R報警模組(2)構成SETSUBOUTIN給定信號---其他輸入輸出信號---過程輸出和其他輸出輸入信號---過程輸入和其他輸入補償輸出---過程輸出和其他輸出(3)通用功能①輸入信號處理功能輸入插件無轉換開方轉換通信轉換脈衝轉換輸入信號轉換功能CALBADCALBAD數字濾波功能CALPV積算功能SUMPV超限BAD---無效CAL---校正a.輸入信號轉換功能(a)無轉換變成工程單位的原始數據(b)開方轉換對輸入信號進行開方運算，可以作為差壓變送器或流量變送器的線性化裝置，輸入信號<0.5%時，輸出信號=0(c)脈衝轉換（脈衝/批量集合型脈衝）(d)通信轉換把來自插件的脈衝信號轉換成PV。PV=[P(t)-P(t-TS*DN)]TU/(TS*DN)Ps本次脈衝輸入數據掃描週期緩衝器數目時間單位標度脈衝b.數字濾波對過程輸入信號用一階滯後環節進行濾波，減小雜訊，對功能模組信號和脈衝信號無效。c.積算功能d.校正功能對輸入信號進行積算，SUM=X*TS/TK+SUMn－1。當IOP和非CAL時無積算功能。對變送器進行校驗，若變送器發生故障時可以對輸入信號進行設定。CAL時，HIS使功能模組的輸入信號進行手動設置。輸入信號掃描週期時間刻度轉換係數e.PV超限當輸入信號的數據狀態無效BAD時，PV＞PV設定值或PV＝SH或PV＝SL稱為PV超限②報警處理功能a.報警檢查(a)輸入開路報警檢查(IOP)(b)上上限(HH)下下限(LL)報警檢查功能(c)上下限(PH、PL)報警檢查功能當來自現場的信號<-5.5%或>105.5%時，發出IOP，以便對檢測端或變送器等處發生的故障給予判斷。pvtHHPHPLLL(d)變化率(VL)報警檢查功能(e)偏差(DL)報警檢查功能(f)輸入錯誤報警檢查若輸入值的數據在無效BAD狀態，則報警。產生BAD原因：I/O插件出錯；數據參考模組的模組方式是O/S狀態；輸入值的數據狀態是BAD；輸入開路檢測；輸入值不能通信NCOM。(g)輸出錯誤報警檢查輸出值的數據狀態為錯誤時，報警。(h)輸出開路（OOP）報警檢查功能(i)輸出上下限（MH、ML）報警檢查功能

各輸出插件異常或輸出線路斷線時，可以發出OOP。(J)連接錯誤狀態報警檢查功能模組與I/O連接端出現連接錯誤時，則報警。連接錯誤：輸出信號只有>MH或<ML時，才會發生報警，而當MH=100%或ML=0%時，則不發生MHI和MLO連接端上功能模組處於O/S方式；連接端上功能模組處於線上維護狀態；連接資訊失常，不能進行數據參照或數據設定；連接端上功能模組的數據類型不能轉換成合適的數據類型。b.報警許可權(a)報警輸出旁路(AOF)(b)報警處理級別功能模組處於AOF狀態時，可以進行報警檢驗，但不能向操作站發出報警通知，也不能執行其他動作。高級報警/中級報警/低級報警/紀錄報警(c)報警顯示閃爍動作鎖定型：有報警，閃爍時間不同非鎖定型：有報警，閃爍時間相同自定義型：有報警，自定義是否閃爍(d)重複通知報警由於報警原因還存在的一段時間，不管報警是否確認，仍可重複過程報警資訊。目的：提示操作者主報警狀態仍在繼續。

③輸出信號處理功能輸出速率限幅預置操作輸出輸出限幅MHMLRMVROUTMAN/TRKAUT/CAS/RCAS/PRDTRK輔助輸出SUB輸出信號轉換MVOUTMANTRKAUT/CAS/RCAS/ROUT/PRDTINMVrb輸出回饋值a.輸出限幅功能b.輸出速率限幅功能功能模組處於A狀態時，MV≥MH或MV≤ML，按限幅值對輸出加以限制，同時產生輸出上下限報警c.輸出予置功能d.輸出跟蹤功能使輸出值與目標模組的輸出值或跟蹤的輸入信號一致。如在回饋控制的功能模組中，使輸出值跟蹤外部跟蹤信號端子上的值

輸出預置值由命令開關PSW決定：PSW＝1，輸出＝MSL（MV刻度下限值）；PSW＝2，輸出＝MSH（MV刻度上限值）；PSW＝3，輸出＝PMV（預置操作輸出值）；PMV的值由人機介面站調節或由順序控制功能的模組設置。e.輸出信號轉換功能(a)無轉換直接輸出信號到其他功能模組或到模擬量輸出插件Ⅰ.其他功能模組0~100%的數據量Ⅱ.模擬量輸出插件0~100%的數據量→4~20mA/1~5VDC(b)脈寬轉換MV轉換成脈寬信號

f.輔助輸出3.常用功能模組介紹(1)輸入指示模組(PVI)①用途將I/O插件或其他內部儀錶的信號，經過輸入處理後獲得PV，送給操作站進行顯示。②方框圖INOUTSUBPV，△PV輸入處理功能PV③功能a.輸入信號處理功能有輸入信號轉換b.報警檢查功能無偏差報警檢查功能④應用輸入處理INSUBPVPV,PVNOGNAMEARRAYCOMMENTINSTTAG______________________5LEVEL0LevelIndicatorPVILI-1101A______________________PIDCONTROLLER(cascade)INOUT

OPNCLSCAUSTICFLOW100.080.060.040.020.00.0CASNR4FIC-404

OPNCLSWATERFLOW100.080.060.040.020.00.0AUTNR3FIC-303

OPNCLSTOPOXYGEN100.080.060.040.020.00.0AUTNR5AIC-204

OPNCLSTANKA3LEVEL100.080.060.040.020.00.0AUTNR7LIC-939

OPNCLSACIDFLOW100.080.060.040.020.00.0MANNR6FIC-107

OPNCLSAMINEFLOW100.080.060.040.020.00.0AUTNR1FIC404

OPNCLSCOOLANTFLOW100.080.060.040.020.00.0MANNR8FIC-294

OPNCLSREACTORTEMP100.080.060.040.020.00.0CASNR2TIC-101PVSVMV49.649.649.6PPHPVSVMV49.649.649.6%O2PVSVMV49.649.649.6GPMPVSVMV49.649.649.6FEETPVSVMV49.649.649.6GPHPVSVMV49.649.649.6GPHPVSVMV49.649.649.6DEGFPVSVMV49.649.649.6GPM92.08.1409:25.CG0254254/800CONTROL0254UNDERTEST

92.08.1409:25.TG0312312/3204M1*PAUSEPENMODE38.029.746.866.278.955.753.029.7TIC-101PV+AIRFLOW54.9%TIC-101PV+AIRFLOW54.9%TIC-101PV+AIRFLOW54.9%TIC-101PV+AIRFLOW54.9%TIC-101PV+AIRFLOW54.9%TIC-101PV+AIRFLOW54.9%TIC-101PV+AIRFLOW54.9%TIC-101PV+AIRFLOW54.9%09:2508.1409:2508.1409:2508.1409:2508.1408.1409:25(2)PID調節模組①用途對偏差信號進行PID運算後轉換成4~20mADC輸出。②方框圖INOUTSUBSET輸入處理控制運算輸出處理PVMVPV，△PV，MV，△MVCAS/AUTBINRL1RL2TINTSIINTRAWMANROUTRMVAUT/MANCSVCASRSVRCAS報警處理（VN）（RLV2）（RLV1）（TSW）SVa.端子IN—輸入端子OUT—輸出端子SET—給定端子SUB—補償端子BIN—補償輸入端子RL1/2—積分信號輸入端子TIN—跟蹤信號輸入端子TSI—跟蹤開關輸入端子INT—連鎖開關輸入端子b.資料項目RAW—原始數據PV—

測量值SV—給定值CSV—外給定值RSV—遠程給定值MV—輸出值VN—補償值RL1/2—抗積分飽和值TSW—跟蹤開關值③功能a.輸入信號處理功能具有輸入信號轉換功能輸入信號積算功能輸入信號濾波功能

PV超限功能b.控制運算（a）PID運算式MV(t)=100[e(t)+∫e(t)dt/TI+TDde(t)/dt]/PB進行變型和差分處理後得到:△MVn=100{△en+△Ten/TI+TD△(△En)/△T}/PB

PID演算法：△MVn=KPKS[△en+△Ten/TI+TD△(△en)/△T]I-PD演算法：△MVn=KPKS[△PVn+△Ten/TI+TD△(△PVn)/△T]PI-D演算法：△MVn=KPKS[△en+△Ten/TI+TD△(△PVn)/△T]SV變化對PD均不起作用SV變化對D不起作用演算法P的回應I的回應D的回應PIDenenenI-PDPVen

PVPI-Denen

PV自定義1AUT選I-PD，CAS/RCAS選PI-D自定義2AUT/RCAS選I-PD，CAS選PI-D（b）無擾動切換

CAS→AUT/MANCAS/AUT→MANAUT→MAN均為無平衡無擾動切換因為當前的輸出信號是上次的輸出值+△MV，任何情況下，只有△MV才是變化的。如：AUT時輸出=8mA，切換到MAN時，MAN的輸出=原來的8mA+手動時的輸出變化量（△MV），因此切換一瞬間依舊保持在8mA。(c)正反作用偏差↑，輸出↑→正作用偏差↑，輸出↓→反作用(d)PV跟蹤定義調節器在MAN時，SV和PV保持一致的過程稱為PV跟蹤。功能保證MAN→AUT是無平衡無擾動切換(e)非線性增益調節器的非線性增益就是可變增益，可用於PH值的控制。BS(死區)死區範圍死區範圍Gap（BS)Gap（BS)en’（等效偏差）en（偏差）GG（非線性增益）：1GG（非線性增益）：1/2GG（非線性增益）：1/4GG（非線性增益）：0偏差＝設定值－測量值等效偏差=PID控制運算式的輸入偏差死區範圍：0~100%en=(SV-PV)—偏差en’—等效偏差BS—死區GG—非線性增益在死區範圍(0~100%)內的實際比例帶=PB/GG例如:調節器的比例帶選為100%，GG=1/2，其在死區內的實際比例帶應為100%*2=200%PID運算非線性增益運算△MVKpe等效比例增益En偏差GW死區Kp比例增益Kpc=Kp×KnlKpc=［1－(1－Knl)×GW/|En|］Kp（f）輸入輸出補償Ⅰ.輸入補償輸入補償的概念：補償信號＋PV=PID運算的輸入信號PID控制運算△MVPVnPV＋CK＋＋CVnVNCB＋×PID控制運算△MVⅡ.輸出補償輸出補償的概念:PID運算的輸出信號+補償信號CK＋＋MVnVNCB＋×＋PID控制運算MVnoPVnPV(g)PID參數設定PB=0~1000%(P)TI=0.1~10000s(I)TD=0~10000s(D)c.輸出信號處理功能具有輸出限幅功能變化率限幅功能預置功能跟蹤功能—跟蹤開關輸入TSI時,MV=跟蹤輸入信號的值TIN

信號轉換功能輔助輸出功能(a)輸出限位指針（標記）功能在功能模組的MV刻度上設置OPLO和OPHI兩個限位標記，這個標記設定在MV允許的範圍內，可以在HIS的操作螢幕上的顯示。OPHIOPLO(b)輸出鉗位功能MV≯MV的預先設定範圍，若超出這個範圍，在HIS的儀錶面板上顯示CLP+或CLP-d.報警處理功能具有輸入開路報警檢查輸入錯誤報警檢查功能上上限下下限報警檢查功能上下限報警檢查功能變化率報警檢查功能偏差報警檢查功能輸出開路報警檢查功能輸出錯誤報警檢查功能輸出上下限報警檢查功能無效連接狀態報警檢查功能報警許可權報警顯示閃爍動作重複通知報警報警處理級別報警輸出旁路④應用MVPVSVOUTSETCASAUT/MANCAS/AUTSUBINInputProcessingControlAlgorithmEnAlgorithmMnAlgorithmOutputProcessingCalculationFunctionMANPV,PVMV,MVTI

CLSCAUSTICFLOW100.080.060.040.020.00.0CASNR4FIC-404BINRL1RL2TINTSIINTBIN:補償輸入RL1:積分限值1RL2:積分限值2TIN:跟蹤輸入TSI:跟蹤開關輸入（二）連接功能1.連接形式數據連接/端子連接2.連接方法(1)數據連接包括參照和設定數據參照—從連接目標上讀入數據數據設定—把數據寫入連接目標

a.數據連接的目標目標有3種:過程I/O軟體I/O功能塊(a)和過程I/O的數據連接PIDINOUTSUBSET輸入模件過程輸入輸出模件過程輸出數據設定數據參照過程輸入------屬於數據參照過程輸出------屬於數據設定(b)和軟體I/O的數據連接CALCUINOUT數據參照數據設定內部開關輸入------屬於數據參照CALCU輸出------屬於數據設定內部開關內部開關(c)和功能塊的數據連接LDLAGINOUTPVIPVPIDVN數據參照數據設定把PVI的數據類型PV讀到LDLAG的IN端子------屬於數據參照把CALCU的OUT端子的輸出寫入PID的數據類型VN------屬於數據設定b.數據連接的資訊為了實現數據連接，必須給出功能塊的連接資訊(I/O端子上的)。資訊元素名（工位號、標記名、元素編號或端子編號）資料項目（數據類型）目標元素名資料項目過程I/O工位號、標記名、端子號PV軟體I/O工位號、元素號PV功能塊工位號數據類型例：過程I/O端子號由下列符號組成%Z01uscc端子號插槽號單元號或槽箱號輸入輸出插件號過程輸入輸出插件(2)端子連接a.功能塊之間的連接(a)OUT和SET的端子連接PIDINOUTSUBSETPIDINOUTSUBSET端子連接(b)OUT和IN的端子連接PIDINOUTSUBSETAS-HINOUT端子連接(b)端子連接的資訊為了實現端子連接，必須給出功能塊的連接資訊(I/O端子上的)。資訊元素名（工位號）端子名(三)順序控制功能1.概念根據預先設定的步驟，逐步進行各個階段資訊處理的功能稱為順序控制功能。2.實現的方法順序控制表功能塊、邏輯圖功能塊、順序功能圖功能塊3.順序控制表功能塊(ST16和ST16E)(1)方框圖輸入處理輸出處理邏輯操作J03J02J01J63J64Q01Q02Q03Q63Q64(2)端子輸入端子=Q01~Q64輸出端子=J01~J64端子連接類型連接目標數據參考數據設定連接測試狀態操作端子連接過程I/O軟體I/O功能塊Q01~Q64××●××●●●J01~J64×××●×●●●(3)功能輸入處理(見通用功能)輸出處理(見通用功能)邏輯操作邏輯操作就是順序控制表，它包括：輸入連接資訊條件定義條件規則輸出連接定義操作定義操作規則條件信號操作信號輸入連接資訊條件定義條件規則輸出連接資訊操作定義操作規則啟動方式掃描方式4.順序控制表(1)No（序號）C01~C32，條件信號的序號A01~A32，操作信號的序號(2)TagnameDataItem（工位號.資料項目）①條件信號輸入的連接信號，例FIC0001.ALRM②操作信號輸出的連接信號，本欄目無論條件信號還是操作信號均可用工位號、資料項目表示（3）Data（數據）條件信號的條件規定操作信號的操作規定（4）Comment（注釋）條件信號和操作信號代表含義的說明（5）RuleNumber（規則號）01~32，規則號決定了順序控制表動作的次序①條件規則當條件信號的測試結果成立時，條件規則成立，條件規則用Y或N表示②操作規則當條件滿足時，對輸出信號進行操作。操作規則用Y或N表示（6）Steplabel（步號）最大為100。根據步號完成每一步的順序控制。（7）THENlabel/ELSElabel(目標步號)確定下一次執行的步號THENlabel表示條件成立時，轉向THEN所指的步號。ELSElabel表示條件不成立時，轉向ELSE所指的步號。5.實例(1)工藝注水過程：啟動按鈕第一次接通。(液位上限開關A斷開)打開注入閥A。貯罐的L↑貯罐的L≥L上限時，液位上限開關A接通。關閉注入閥A。貯罐的L達到最大。排水過程：啟動按鈕第二次接通。(液位上限開關A接通)打開排放閥B。貯罐的L↓貯罐的L≤L下限時，液位下限開關B接通，關閉排放閥B。貯罐的L達到最小。（2）注水和排水過程的順序控制編號工位號.資料項目

數據

規則號0102030405注釋步號12C01PB001.PVON啟動按鈕YYC02SWA.PVON開關A(液位上限)NYYC03SWB.PVON開關B(液位下限)NC32A01VLVA.PVH注入閥AYNA02VLVB.PVH排放閥BYNA03A32擴展規則工位號名稱21THENELSE

6.常用順序控制功能模組（1）做條件信號使用功能模組工位號.資料項目數據規則接點輸入Tag/%Znnusmm.PVON/OFFY/N接點輸出Tag/%Znnusmm.PVON/OFFY/N內部開關Tag/%SWnnnn.PVON/OFFY/N計時器Tag.BSTSCTUP/PAUSY/N計數器Tag.BSTSCTUPY/N回饋控制儀錶Tag.MODEAUT/MAN/CASY/NTag.ALRMNR/HH/HI/LO/LLY/N開關儀錶Tag.MODEAUT/MANY/NTag.ALRMNR/ANS+/ANS-Y/N關係運算式Tag.X01~X16EQ/GT/GE/LT/LEY/N（2）做操作信號使用功能模組工位號.資料項目數據規則接點輸出Tag/%Znnusmm.PVH/L/F/PY/N內部開關Tag/%SWnnnn.PVH/LY/N計時器Tag/%TMnnnn.OPSTART/WAITY/N計數器Tag/%CTSnnnn.ACTON/OFFY/N回饋控制儀錶Tag.MODEAUT/MAN/CAS/PRDY/N開關儀錶Tag.MODEAUT/MANY/NTag.CSV01/02Y/N操作指導資訊%OGnnnn.PVNONY/N順序請求資訊%RQnnnn.PVNONY/N報警器Tag/%Annnn.PVH/LY/N四.人工介面站的構成(一)封閉式單顯示器HIS(二)封閉式雙顯示器HIS(三)開放式單顯示器HIS(四)開放式雙顯示器HIS(五)通用PC型HISPC可選用IBMPC/AT相容機PCS必須配備通信插件VF701卡選配操作員鍵盤1.通用PC機2VF701卡及地址置於PCI槽上的控制匯流排介面卡，用於將PC型HIS接入V-net。VF701卡地址域號站號3.

操作員鍵盤防塵防水平面觸摸鍵，9針RS232插頭，可發出7種電子報警音響。連接電纜方式選擇鑰匙功能鍵窗口調用鍵操作控制鍵數據鍵入鍵其他鍵五.人工介面站的功能HIS功能窗口操作監視功能操作支持功能數據獲取功能開放數據介面功能維護功能窗口操作監視功能通過一系列具有操作和監視功能的窗口，對生產過程的運行、控制、監視、操作、報表進行運作。操作支持功能設置HIS、鍵盤、功能塊的安全許可權，防止誤操作。通過生產過程和系統本身的資訊發佈，瞭解過程和系統的狀態和隨時發生的事件。數據獲取功能通過趨勢和報表等手段收集和保存過程數據，可列印也輸出。開放數據介面功能通過DDE和OPC介面把CS3000的各種即時數據送出。維護功能對系統進行診斷和維護。(一)窗口操作監視功能窗口操作監視功能用戶自定義窗口系統窗口流程圖窗口趨勢窗口系統資訊窗口導航窗口功能塊狀態監視窗口資訊窗口幫助窗口縱觀窗口流程圖窗口分組窗口趨勢點窗口調整窗口儀錶面板窗口順控表窗口順序功能圖窗口過程報警窗口操作指導資訊窗口SEBOL窗口1.系統資訊窗口(SystemMessageWindow)2.資源管理器窗口(NavigatorWindow)3.調整窗口(TuningWindow)4.儀錶面板窗口(FaceplateWindow)5.操作指導資訊窗口(OpdratorGuideWindow)6.過程報警窗口(ProcessAlarm)8.順控表窗口(SequenceTableWindow)9.趨勢點(Trend-pointWindow)10.流程圖窗口(GraphicWindow)11.總貌窗口(OverviewWindow)12.控制窗口(ControlWindow)13.趨勢窗口(TrendWindow)14.控制回路窗口(CtrolDrawingWindow)15.過程報告窗口(ProcessReportwindow)16.歷史資訊報告窗口(HistoricalMessageReportWindow)17.系統管理窗口(SystemAdministrationWindow)18.系統報警窗口(SystemAlarmWindow)19.HIS設置窗口(HISSetupWindow)20.FCS狀態顯示窗口(FCSStatusDisplayWindow)21.調整時間對話箱(AdjustTimeDialogBox)22.幫助對話窗口(HelpDialogWindow)

ICE調節器一、方框圖二、輸入電路三、PD電路四、PI電路五、輸出電路六、手動操作電路七、指示電路八、傳遞函數1.輸入電路（掌握為什麼採用偏差、差動輸入、電平移動電路，利用疊加原理推導電路的輸入輸出關係式）2.PD電路和PI電路（掌握電路的定性分析,

即t=0、t>0、t>>0時電路的變化過程）3.雙向無平衡無擾動切換（掌握自動→手動、手動→自動無平無擾切換的原因）一、方框圖測量指示電路輸入電路給定指示電路PD電路軟手動電路PI電路輸出電路硬手動電路Ui1-5VDCUs1-5VDCUo1Uo2Uo3測量指示紅針指示1-5mADC給定指示黑針指示1-5mADC軟M硬HA自輸出指示4-20mARL測量指示/給定指示電路1～5V的測量信號→1～5mADC→表頭用紅針指示，（同時送入輸入電路）

1～5V的給定信號→1～5mADC→表頭用黑針指示，（同時送入輸入電路）表頭指示測量信號和給定信號0～100%的滿刻度，故稱為全刻度指示調節器。輸入電路2(Ui－Us))→Uo1PD電路對Uo1進行PD運算→Uo2PI電路對Uo2進行PI運算→Uo3輸出電路對Uo3進行電壓電流轉換→Io軟手動電路開關打在M時，軟手操電壓對時間的積分和Io有對應關係。硬手動電路當開關打在H時，硬手操電壓和Io有對應關係。

二、輸入電路（一）作用及原理電路

1.作用

2(Ui－Us)0V→10V

2.原理電路Rcm1Ucm1UiR32R33Rcm2Ucm2R39UBR51R52R53Uo1A5－△＋UsR34R35

A5—理想IC

應滿足：差模輸入阻抗＝∞，偏置電流Ib1、Ib2≈0，共模增益＝0

差模增益＝∞

R32、R33—Ui的輸入電阻

R34、R35—Us的輸入電阻

R39、R51—回饋電阻

R52、R53—輸出電阻Rcm1、Rcm2—導線的電阻Ucm1、Ucm2—導線電阻上產生的壓降

UB—基準電壓

UO—輸出電壓（二）工作原理1.為何是偏差？——調節器應接受偏差信號Ui－Us輸入電路的作用是要獲得偏差信號。採用了Ui和Us並聯比較的方式。UiUsR32R33R34R35－＋差模輸入阻抗→∞A5εUiUsR=R32+R33R=R34+R35－＋→∞ε＝UiR/(R＋R)－UsR/(R＋R)ε＝Ui/2－Us/22ε＝Ui－Us偏差信號2.為何是差動？

——消除導線電阻壓降Ucm1和Ucm2的影響

Rcm1Ucm1Ui250ΩIi4-20mADC＋－二線制變送器24VUsRcm14-20mADC＋－二線制變送器24V

A5調節器由於24VDC供電，二線制變送器和調節器的都並聯在24VDC兩端。由於變送器是二線制變送器。測量信號和電源負端公用一根導線。4~20mA流經負載電阻250Ω產生了UiUi＝4~20mA×250Ω＝1~5V信號線和電源線公用2根導線的變送器4~20mA流經導線電阻Rcm1產生了Ucm1Ucm1＝4~20mA×Rcm1Ω＝0~1VUS

＝1~5V或US

＝4~20mA×250Ω＝1~5V調節器的輸入信號＝Ui＋Ucm1

－US

輸入信號引入一個誤差Ucm1

，是不允許的。

分析發現：導線電阻產生的Ucm1作用在IC的兩個輸入端之間，是個差模信號，理想IC對差模信號有放大作用，對共模信號有抑制作用，如果將Ucm1由差模信號轉換成共模信號，利用理想IC對共模信號的抑制作用就可以排除Ucm1的影響。Ui－Us

採用差動輸入的形式後:

Ucm1是個共模信號，不會被放大。

Ui－Us是個差模信號，可以被放大。大小相等、方向相同的形式作用IC兩個輸入端對地之間的信號作用IC兩個輸入端對地之間的信號3.為何是電平移動?——滿足共模輸入電壓範圍的要求。電平移動的定義：

共模輸入電壓範圍的定義：

將電源負端為零電平的信號轉換成以參考電位為基準的信號在保證IC正常工作的情況下，IC的UT或UF的大小。

輸入電路的IC：

型號μpc157A電源24VDC共模輸入電壓範圍2~19.5VDCUF

＝UT≤2~19.5VDC

把以0V為基準的Ui送入IC，它的共模輸入電壓範圍≠2~19.5V，IC不工作。把以？V為基準的Ui送入IC，它的共模輸入電壓範圍＝2~19.5V，保證IC正常工作？

R32R35R33R51UiUcm1Ucm2UFUo1/2UBUcm1UsUcm2UT∵R32>>Rcm1∴Rcm1忽略不計

∵R33>>Rcm1∴Rcm1忽略不計

R35>>Rcm2∴Rcm2忽略不計

R34>>Rcm2∴Rcm2忽略不計R52=R53

R34UBR39∵Ucm1=Ucm2=0～1V∵Us=Ui=1～5V

若UB=0V

則UF=UT≈0.33～2.33V

若UB=10V

則UF=UT≈3.7～5.7V

結論：UB=0V，無電平移動，當Ui=1～5V變化時，IC兩個輸入端的電位均為0.33～2.33V，不在共模輸入電壓範圍2～19.5V之內，∴IC不能正常工作。

若UB=10V，有電平移動,當Ui=1～5V變化時，IC的兩個輸入端電位均為3.7～5.7V，在共模輸入電壓範圍2～19.5V之內，∴IC可以正常工作。

∴必須進行電平移動，把基準電平由0V抬至10V，否則IC不能正常工作。

三、PD電路（一）作用及原理電路

1.作用

Uo1進行PD運算後放大α倍→Uo2

無電平移動

2.原理電路無源PD電路P電路R56C18R549.1KR551KR62Uo1Uo2R7410KR7339ΩA6＋△－R55、R54—微分增益電阻

R56+R62—微分電阻

C18—微分電容

R74+R73—比例電阻

Uo1—輸入信號

Uo2—輸出信號（二）工作原理PD電路無源PD電路P電路R54、R55組成的分壓電路C18(R56+R62)組成的微分電路A6R74+R73組成的比例電路

U01經R54和R55分壓後，在R54上的壓降為

在R55上的壓降為分壓比n=10

U02經R74和R73分壓後，若R74的滑動觸頭在最上端，則

即回饋信號=輸出信號。若R74的滑動觸頭在最下端，則

即回饋信號=部分輸出信號。

∵R74=10K，R73=39Ω

定性分析

Uo1有階躍變化，

t＝t0，電容C18上的電壓不能突變，相當於短路。UT=Uo1t＞t0，R54上的電壓經C18、(R12+R13)形成一個回路對C18充電，隨時間的增長，Uc18越來越大，UT越來越少。

t＝∞，電容C18上充滿了電，相當於開路，UT＝UO1/n，UO2＝αUT＝αUO1/nUC＝ICt/CUo1、UT、Uo2的電路變化過程如圖所示:Uo1Uo1t=toUTUo1Uo1/nUo2αUo1αUo1/n0t0t0t

四、PI電路（一）作用及原理電路

1.作用

UO2進行PI運算→UO3

無電平移動

2.原理電路A7R75R76C20R78R80S4－△＋C21Uo3UB×1×10

R75、R76—分壓電阻

R78+R80—積分電阻

C21—積分電容

C20—比例電容

S4—積分時間換檔開關

S4х10→m=10S4х1→m=1TI的大小與m有關，m不同TI也不同

（二）工作原理PI電路P電路I電路C20、C21、A7組成的電容分壓比例電路A7、R78+R80、C21組成的積分電路

定性分析：

Uo2有階躍變化,t＝t0，C20和C21組成分壓式比例電路，

∴Uo3（t0）＝－C20UO2/C21

∵C20

＝C21

∴

Uo3（t0）＝－UO2A7Uo3Uo21/C20S1/C21S＋－△

t＞t0，Uo2/m→R78+R80→C21→Uo3形成一個回路對C21充電。Uo2/m

＝常量，I1＝I2＝常量恒定電流對C21充電，UC21隨時間線性增長。

A7－△＋R78+R80C21I1Uo2/mI2Uo3Uo2tC20Uo2/C21tUo2toto其輸出曲線為

五、輸出電路（一）作用及原理電路

1.作用

Uo3→Io10V→0V2.原理電路

A8R9340KR9640KR9510K24VUFUTR9910KR100－△＋RL輸出指示表V13I’oIfIoUfUo3UBR93、R96—輸入電阻R95

、R99—回饋電阻

R100—限流電阻

RL—負載電阻

Uo3—輸入信號

UB—基準電平10VIo—輸出電流

24V—電源電壓

（二）工作原理R96R95UB24VUFR93R99Uo3UBUfUT

分析輸出電路的運算關係時，假設Ib

＝If＝0

則Io＝I’o＝Uo3/4R

假設Ib＝0，合理；假設If＝0，不合理。

∵Ib本來就很小，再採用複合放大管，可保證相同輸出的情況下使Ib更小。

If是回饋電流，隨著Io的變化而變化，有不同的輸出就有不同的回饋。

I’o=4mA時，If最大。體現的誤差就最大。

I’o=20mA時，If最小。體現的誤差就最小。

可見I’o=4mA時，If=0.255mA，它占I’o的6%以上，調節器的精度為±0.5%，最大誤差為1%，折合成電流為0.16mA。而0.255mA>0.16mA，上述電路結構超出了誤差允許的範圍。只有採用非對稱差動輸入電路。使Uo3的兩個輸入電阻R93≠R96，當R93=40.25KΩ=4(R95+R101)，就可以獲得精確的轉換關係。

六、手動操作電路（一）作用調節器有故障控制系統有故障系統開車投運時需要手動操作

A7－△＋Uo2R75R76C20R78R80AMHC21RH2Uo3R91RH1RHVHS5AMH－Um＋UmRm1Rm1Rm2Rm2S5-1S5-2S5-3S5-4S6S6→A自動操作比例積分電路實現S6→M軟手動操作積分電路實現S6→H硬手動操作比例電路實現S6→甩空保持浮空電路實現

A7－△＋U03C21(二)保持電路

S6→“M”時，不按動S51～S54，A7的輸入端懸空。C21上的電壓既無充電也無放電。Uc21不變，∵UC21=Uo3

，Uo3不變，導致IO不變。

保持特性定義：

理想狀態下，調節器的輸出信號長期保持不變的特性稱為保持特性Rc≠∞C21通過本身的漏電阻Rc放電rid≠∞C21通過IC的差模輸入阻抗rid放電Ib≠0Ib對C21充電或放電Uos≠0Uos對C21充電或放電

選用帶前置級的IC:Ib=10PA

U0S=10mVrid=1011ΩA7=105C21=10μfRC=1012Ω

若U03=5V時，使U03產生1%的誤差，各個因素所需的時間為：

使UO3產生1%的誤差，漏阻RC和靜態偏流Ib用的時間比較少，對保持特性的影響最嚴重，為獲得比較好的保持特性，選用Ib極小的IC和RC極大的C21。為了滿足保持特性的指標，還要求切斷IC輸出和輸入之間的漏電(地絕緣)。

（三）軟手動電路

S6→“M”，S5按下任一檔，形成軟手動電路－Um＋UmC21RMIRMIC21

A7－△＋U03軟手動電路本質上就是一個積分電路

軟手動定義：

軟手動電路的輸出總是在保持電路的輸出的基礎上再增加(或減少)一個變化量

U03軟=U03保±△U03輸出信號和軟手動操作電壓對時間的積分成正比

軟手動操作有五種狀態:

慢升、快升、慢降、快降、斷慢升→向右輕按軟手操扳鍵S5、

S5-2接通，－UM→RM1→RM2→S5-2→C21→U03，給C21反向充電(放電)，使I0從4mA→20mA用100S，稱之為慢升。

快升→向右重按軟手操扳鍵S5

、S5-1接通－UM→RM1→S5-1→C21→U03，給C21反向充電(放電)，使I0從4mA→20mA用6S，稱之為快升。慢降→向左輕按軟手操扳鍵S5

、S5-4接通,+UM→RM1→RM2→S5-4→C21→U03

，給C21正向充電，使I0從20mA→4mA用100S，稱之為慢降。

快降→向左重按軟手操扳鍵S5，S5-3接通

+UM→RM1→S5-4→C21→U03

，給C21正向充電，使IO從20mA下降到4mA用6S，稱之為快降。小結:+UM→IO↓，－UM→IO↑。(RM1+RM2)→IO變化速度慢，RM1→IO變化速度快。

“斷”就是一鬆手，軟手操扳鍵S5在彈簧作用下，自動彈回到“斷開”位置，即S5的1～4全斷開，電路處於保持狀態，IO不變。

(四)硬手動電路

S6→硬手動時，就變成了硬手動操作電路由於C21和RH2並聯，C21=10μF，RH2=30KΩ，τ=30KΩ×10μF=0.3S，時間常數非常小，故C21可以忽略不計C21

A7U03RH1RH2UH－△＋

硬手動電路本質上就是一個阻性的比例運算電路。硬手動的定義輸出信號和硬手動操作電壓成正比

∵RH1=RH2=30K，∴UH和U03有一一的對應關係，被稱為“硬手動”操作。(二)切換

儘管M→H是有平衡無擾動切換，但是通常稱為雙向無平衡無擾動切換。A無平無擾M有平無擾HA無平無擾M無平無擾H無平衡無擾動切換→兩個信號不需要一個相等的過程，在切換一瞬間輸出信號沒有變化方式切換

原因方式切換

原因方式A無平無擾∵S5沒按下,則C21沒有充放電,形成了保持特性M有平無擾∵Uh接通,則C21有充放電,無保持特性HPI電路I電路P電路A無平無擾∵U02事前儲存在C20中,切換時,C21無充放電,形成保持特性M無平無擾∵S5沒按下,C21無充放電,形成保持特性H

七、指示電路（一）作用及原理電路

1.作用

1～5V→1～5mA0→10V2.原理電路

A2－△＋Ui測量校正S2R8R9R133VV4R4R21R29R28R23R18IoIfU0R15R14I’oUB=10V＋－

（二）工作原理

S2處於“校驗”位置時，3V→3mA，在電流表上指示出標準信號的大小。否則：檢查校驗信號是否準確檢查電流錶的機械零點是否準確

UFR29R23U0UBUBUTR21R28UiUF＝(UO+UB)R29(R29+R23)UT＝UBR28＋UiR21(R21+R28)(R21+R28)∵UF＝UT∵R29

＝R28

＝R23

＝R21∴UO

＝UiIO’＝UO/(R14＋R15)＝Ui/(R14＋R15)∵IO

＝IO’＋If忽略If∴IO＝IO’＝Ui/(R14＋R15)Ui＝1~5VDC，調節R15

，IO＝1~5mA

電流錶應指示I’0，實際卻指示I0。因為表頭內阻會隨溫度的變化而變化，導致轉換精度出現誤差。

八、傳遞函數推導電路的傳遞函數時，利用變換阻抗是一種比較簡單的辦法（一）變換阻抗

電阻電容

U(S)=RI(S)

U(S)=1/CSI(S)RI（S）U（S）1CSI(S)U(S)R1CS變換阻抗的串聯變換阻抗的並聯1CSR

（二）輸入電路的Wi(s)

利用阻容的變換阻抗，根據疊加原理先求

UF(S)=?UT(S)=?

令UF(S)=UT(S)

推出U01(S)

Wi(S)=UO1(S)/[Ui(S)－Us(S)]=－2

（三）PD電路的WPD(s)

利用阻容的變換阻抗，根據疊加原理先求

UF(S)=?UT(S)=?

令UF(S)=UT(S)

推出UO2(S)

WPD(S)=UO2(S)/UO1(S)=

（四）PI電路的WPI(s)

利用阻容的變換阻抗，根據節點電流定律先求流入的兩股電流=流出的一股電流

UO3(S)=A7*UF(S)

推出UO3(S)

WPI(S)=UO3(S)/UO2(S)=

（五）輸出電路的WO(s)

利用阻容的變換阻抗，根據疊加原理先求

UF(S)=?UT(S)=?

令UF(S)=UT(S)

推出IO(S)

WO(S)=IO(S)/UO3(S)=

（六）整機的WPID(s)1.方框圖－2Ui(S)-US(S)U02(S)U03(S)U01(S)I0(S)2.傳遞函數

I0轉換成