第5章FCS控制功能概述.doc

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1、 5. FCS控制功能概述 第五章FCS控制功能概述 本章讲述现场控制站（FCS）的特点和过程的电子控制功能，同时也介绍系统的通讯功能。目 录5.1 关键词条15.2 特点25.3 仪表电气控制功能（IE控制功能）35.3.1 特点35.3.2 控制区45.3.3 控制图45.3.4 功能块65.3.5 子系统的一体化功能75.4 FCS的功能结构95.4.1 基本控制功能115.4.2 批量控制功能115.4.3 用户编程功能115.5 应用容量125.1 关键词条 下列各条为本章中将研究的内容.（1）控制区5.3（2）控制图5.3（3）功能块5.3（4）调节控制块5.3（5）运算块5.3（

2、6）顺序控制块5.3（7）应用容量5.55.2 特点FCS是新一代的控制站，是一种集成化的过程控制系统，计算机系统和指控制系统。FCS的控制功能和硬件有以下特点：l 使用“成对和互备”技术构成容错系统。l 远程I/O单元减少了现场电缆用量。l 与横河的常规系统相比，应用容量和计算能力成倍的增加。l 批控制功能符合ISA SP88标准。图5.1 FCS的功能组成FCS的过程控制功能包括下列内容：l 调节控制功能l 计算功能l 顺序控制功能 组合这些功能就能实现高级控制功能.5.3 仪表电气控制功能（IE控制功能）5.3.1 特点FCS的过程控制功能有以下特点：（1） 组态以结构式和层次式方法实现

3、。FCS的功能为一种分级的结构组合，可分为控制区、控制图和功能块。这可使大规模复杂控制应用时的工程作业变得容易。图5.2显示了控制功能的结构。FCS控制功能的结构可用一个工厂的组织系统来比拟说明，这里FCS代表生产部，控制区就是生产车间，控制图为生产机组，而功能块就为单个的生产设备。每个控制区、控制图或功能块内的功能可以设定、增加或变更。Control area:控制区； Control drawing:控制图； Function block:功能块 图5.2 结构式的控制功能l 控制区 ：控制是一个各种控制功能的集合体，可以认为是FCS中的虚拟控制站，每个控制区工程和维护工作可作为一个独立单

4、元进行。l 控制图：两个或多个功能块组成的较小的功能集合。例如，一台反应器温度的串级控制，燃烧中空气-燃料的比例控制均可定义为一个控制图。l 功能块：功能块是完成控制运算的最小单元。常规控制运算，顺序控制运算(顺控表、逻辑图等)可以用这种方法来说明。（2） 所有信号均可表示为工程单位数据。由于系统中只使用工程单位数据，无需刻度因子，这大大减少了工程作业时间。（3） FCS中 使用浮点运算算法由于数据用浮点运算法处理，能够提高精度，消除运算误差。即便在复杂的校正运算中也如此。5.3.2 控制区所谓控制区指在工厂中一大型需控制的有一定名称的部分（如反应器组，蒸馏塔组，加热炉组等）。一台FCS最多可

5、定义8个控制区。n 工程和维修作业可以以一个控制区为基础完成。下列操作以控制区为单位进行：l 控制功能的装入和贮存l 生成操作l 测试操作l 控制的启动或停止这说明一个控制区内的工程作业并不影响与它没有信号通讯的其他控制区。n 提高了工程作业效率8个控制区的工程作业可独立地同时进行。一个控制区中的应用软件可重复使用。例如，用户为两个蒸馏塔B和创建两控制区，可借助拷贝和部分修改蒸馏塔A的控制区来实现。5.3.3 控制图所谓控制图为两或多个功能块组成的控制功能的一个组合。将过程设备的一部分控制功能划成一个控制图，可简化工程和维护作业。控制图允许用户决定以车间范围和作业种类进行监控（划分报警），也可

6、以设备为基础建立控制系统。控制图的特点归结如下：l 在控制图中调节控制功能块的顺序控制用功能块两者可结合在一起。l 控制图可自由地与其他控制图通讯。一个控制图的功能块中的信号可以自由地与其他控制图的功能块进行I/O连接，就象在当前控制中进行I/O连接一样。l 提高了工程作业的效率一个控制图中的回路组合的功能块组可登记为一个“模式”或“部件”，用拷贝和部分修改的办法用户可重复使用它们。图5.3 控制区和控制图举例5.3.4 功能块 （1）常规控制块常规控制块是这样的一种功能块，它使用一次模拟过程测量值，进行处理运算，实现过程监督和控制。 （2）运算块运算块为完成常规控制或顺序控制功能作用的功能块

7、。有些块也直接用于模拟或接点信号的一般用途的计算。（3）顺序控制块顺序控制块为执行一般目的的、回路设备级水平的顺序控制的功能块，如进行联锁顺序控制、过程监督顺序控制等。5.3.5 子系统的一体化功能当今，可编程序逻辑控制器（PLC）在设备和大型电动机的自动化和监测方面已经有了大量的应用。此外，带有微处理器的分析设备、称重仪器和其他测量仪表比那些使用模拟和接点信号仪的设备具有更好的数据通讯能力。通过与这些子系统的通讯，FCS集成自己的控制功能和子系统，得到一体化的控制。FCS采用公共用途的RS-232C，RS-422或RS-485接口。国际标准的现场总线现在正在标准化研究之中，一旦标准化被通过，

8、它也将为FCS所支持。（1） 与子系统的连接子系统能和FCS节点（在I/O处理部分）的通讯模件相连接。FCS提供了3类通讯模件：l RS-232通讯模件l S-422通讯模件l RS-485通讯模件 现场控制站FCS通讯模件通讯协议 图5.4为FCS与子系统相连接的例子Communication protocol:通讯设备(子系统) chromatograph:气相色谱仪 图5.4 FCS与子系统的连接（2） 通讯软件包FCS有与其他先进制造厂生产的子系统的通讯软件包。使用这类软件包，用户可进行各主要PLS产品与FCS间的通讯，无需任何编程。可提供与下列各子系统的通讯软件包：l 横河生产的PL

9、C（FA500）l 横河生产的GC8系列气相色谱仪l 三菱电机生产的PLCl 安川电机生产的PLCl 立石（欧姆龙）公司生产的PLCl 经MODBUS总线连接的PLC随需要的增加，将提供其他通讯软件包。（3） 电气控制子系统各种电气控制的子系统可连接到电气控制用的远程总线上。这些子系统主要有：l 马达控制中心l 变速电机控制装置l 远程I/O系统等。5.4 FCS的功能结构FCS控制功能结构如下面系统图所示。FCS控制功能的设计方便于最佳控制系统的组态。这种最佳系统应适用于现今广泛领域内的各级水平的控制。图5.5 FCS功能结构FCS能提供三种类型的控制功能。l 基本控制功能l 批量控制功能l

10、 用户编程功能图5.6为ISA SP88生产模式与上述控制功能相配关系图。基本控制功能即为本资料中详细讲述的功能（ISA SP88为批量控制系统，其标准由美国仪表学会提出*）图5.6 FCS控制功能的定位 译注：美国仪表学会（Instrument Society of America)现已改名为美国国际仪表与控制学会（International Society for Measurement & Central）不过仍用ISA标志。5.4.1 基本控制功能基本控制功能为回路设备用的控制功能，它是过程控制的基础。其块式组合可于机组级水平的控制.按控制模式定义，基本控制可分成两种类型：常规调节/离

11、散控制和顺序控制。在基本控制功能中，组成控制系统的基本元件称功能块，每一个功能块都有其表示最小控制单元的特性，自由地组合和连接这些功能块可构成各种调节系统。各种类型的功能块如调节功能块，顺序控制功能块，运算块都 在基本控制的范围内。调节控制和顺序控制均可通过特定结构功能块组合完成。5.4.2 批量控制功能批控制功能完成批管理或配方管理，使用为批量顺序控制应用而开发的SEBOL（Sequence and Batch Oriented language）语言实现的。SEBOL为一种顺序控制和批量控制用的算法，它在编程中有很高的自由度，它能将批量控制功能用在调节控制中，同时它提供了一般顺序控制和批控

12、制功能连接的解决方法。5.4.3 用户编程功能用户编程功能提供了一个一体化的编程环境。在这个环境下，可建立满足用户要求的控制系统。此外，还提供 了运行时间环境，以运行所编程序。编程环境支持用户程序开发任务的全过程，包括设计、调校和试验。用户编程功能有助于完成非常规的控制功能，如一群设备的高级控制，用户自定义控制或与包括编程序逻辑控制器在内的子秕的相关控制。5.5 应用容量表5.1所示为FCS的应用容量.表5.1 应用容量项 目标 准 容 量最 大 容 量AFC/M/S（内存：8/12/16M）AFE（内存，8M）AFM/（内存：12/16M）过程I/O模拟I/O总点数1282561，280接点

13、I/O总点数3847684，096内部状态开关综合开关数量*256256256通用开关数量4，0964，0964，096控 制 区 数118信息输出*信号报警输出信息数量2005001，000输出信息数量1001，0001，000基本控制功能*控制图数30100256功能块数7001，2004000高速趋势数据采集数 *642561，000*表中的数字是位于1号站中可写入的综合开关的最大数量，一个系统最多可设定4,096点。*每一个控制区存贮位置在生成时指定。 l 标准容量：每种应用条件下的标准数量，如一秒钟扫描周期，在标准容量下执行每种功能时的数量。注意过程I/O接点数受I/O模件实装数量的限制。l 最大容量每种控制功能都可以扩展超过其容量至某个最大值，在种情况下，其他功能用量可能受限制，小于他的标准容量。扩展FCS比标准FCS可执行更多的控制功能，但在其他使用能力上，与标准FCS相比, 就有一些限制。 TE 33G1B10-94S 5-12