第3章 DCS的控制站

1、2022-2-42022-2-41 1第第3 3章章 DCS DCS的控制站的控制站2022-2-42022-2-42 2 集散控制系統(tǒng)的一個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)的硬件和軟件都具有靈活的集散控制系統(tǒng)的一個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)的硬件和軟件都具有靈活的組態(tài)和配置能力。組態(tài)和配置能力。DCSDCS的硬件采用積木式結(jié)構(gòu)，通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將不同數(shù)的硬件采用積木式結(jié)構(gòu)，通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將不同數(shù)量的現(xiàn)場控制站、操作員站、工程師站等連接起來，共同完成各種采量的現(xiàn)場控制站、操作員站、工程師站等連接起來，共同完成各種采集、控制、顯示、操作和管理功能。集散控制系統(tǒng)不僅可以靈活地配集、控制、顯示、操作和管理功能。集散控制系統(tǒng)不僅可以靈活

2、地配置成大、中、小型系統(tǒng)，還可以根據(jù)用戶的財(cái)力和生產(chǎn)要求進(jìn)行系統(tǒng)置成大、中、小型系統(tǒng)，還可以根據(jù)用戶的財(cái)力和生產(chǎn)要求進(jìn)行系統(tǒng)的擴(kuò)展和功能的增強(qiáng)。目前，世界上有幾百家的擴(kuò)展和功能的增強(qiáng)。目前，世界上有幾百家DCSDCS制造廠商，不同廠商制造廠商，不同廠商的系統(tǒng)硬件千差萬別。在本章中，我們不對某個(gè)具體的的系統(tǒng)硬件千差萬別。在本章中，我們不對某個(gè)具體的DCSDCS系統(tǒng)硬件做系統(tǒng)硬件做介紹，只介紹一般介紹，只介紹一般DCSDCS系統(tǒng)所共有的硬件組成。系統(tǒng)所共有的硬件組成。一、一、 DCSDCS硬件組成概述硬件組成概述 一套典型的一套典型的 DCS DCS系統(tǒng)的硬件組成如圖系統(tǒng)的硬件組成如圖3.13.1

3、所示，其中各部分的基本所示，其中各部分的基本功能如下所述。功能如下所述。DCS硬件組成概述硬件組成概述第第3 3章章 DCS DCS的控制站的控制站2022-2-42022-2-43 3DCS硬件組成概述硬件組成概述圖圖3.1 典型典型DCS系統(tǒng)的硬件體系結(jié)構(gòu)示意圖系統(tǒng)的硬件體系結(jié)構(gòu)示意圖第第3 3章章 DCS DCS的控制站的控制站2022-2-42022-2-44 41 1、操作員站、操作員站 (Operator Station,OS) (Operator Station,OS)：主要給運(yùn)行操作工使用，作為系統(tǒng)投主要給運(yùn)行操作工使用，作為系統(tǒng)投運(yùn)后日常值班操作的人機(jī)接口（運(yùn)后日常值班操作的

4、人機(jī)接口（Man Machine Interface,MMI)Man Machine Interface,MMI)設(shè)備使用。在設(shè)備使用。在操作員站上，操作人員可以監(jiān)視工廠的運(yùn)行狀況并進(jìn)行少量必要的人工控制。操作員站上，操作人員可以監(jiān)視工廠的運(yùn)行狀況并進(jìn)行少量必要的人工控制。每套每套DCSDCS系統(tǒng)按工藝流程的要求，可以配置多臺操作員站，每臺操作員站供一系統(tǒng)按工藝流程的要求，可以配置多臺操作員站，每臺操作員站供一位操作員使用，監(jiān)控不同的工藝過程，或者多人同時(shí)監(jiān)控相同的工藝過程。位操作員使用，監(jiān)控不同的工藝過程，或者多人同時(shí)監(jiān)控相同的工藝過程。有的操作員站還配置大屏幕顯示。有的操作員站還配置大屏幕

5、顯示。2 2、工程師站、工程師站 (Engineer Station,ES) (Engineer Station,ES)：主要給儀表工程師使用，作為系統(tǒng)設(shè)主要給儀表工程師使用，作為系統(tǒng)設(shè)計(jì)和維護(hù)的主要工具。儀表工程師可在工程師站上進(jìn)行系統(tǒng)配置、計(jì)和維護(hù)的主要工具。儀表工程師可在工程師站上進(jìn)行系統(tǒng)配置、I/O I/O 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)設(shè)定、報(bào)警和打印報(bào)表組態(tài)、操作畫面組態(tài)和控制算法組態(tài)等工作。一般每設(shè)定、報(bào)警和打印報(bào)表組態(tài)、操作畫面組態(tài)和控制算法組態(tài)等工作。一般每套套DCSDCS系統(tǒng)配置一臺工程師站即可。工程師站可以通過網(wǎng)絡(luò)連入系統(tǒng)，在線系統(tǒng)配置一臺工程師站即可。工程師站可以通過網(wǎng)絡(luò)連入系統(tǒng)，在線（On

6、 LineOn Line）使用，比如在線監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行情況，也可以不連入系統(tǒng)，離線）使用，比如在線監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行情況，也可以不連入系統(tǒng)，離線 (Off Line) (Off Line) 做各種組態(tài)工作。在做各種組態(tài)工作。在DCSDCS系統(tǒng)調(diào)試完成投入生產(chǎn)運(yùn)行后，工程師系統(tǒng)調(diào)試完成投入生產(chǎn)運(yùn)行后，工程師站就可以不再連入系統(tǒng)甚至不上電。站就可以不再連入系統(tǒng)甚至不上電。 DCS硬件組成概述硬件組成概述第第3 3章章 DCS DCS的控制站的控制站2022-2-42022-2-45 5DCS硬件組成概述硬件組成概述3 3、系統(tǒng)服務(wù)器、系統(tǒng)服務(wù)器 (System Server): (System Serve

7、r): 一般每套一般每套DCSDCS系統(tǒng)配置一臺或一對冗余的系統(tǒng)配置一臺或一對冗余的系統(tǒng)服務(wù)器。系統(tǒng)服務(wù)器的用途可以有很多種系統(tǒng)服務(wù)器。系統(tǒng)服務(wù)器的用途可以有很多種, ,各個(gè)廠家的定義也有差別。各個(gè)廠家的定義也有差別?？偟膩碚f，系統(tǒng)服務(wù)器可以用做：總的來說，系統(tǒng)服務(wù)器可以用做：(1)(1)系統(tǒng)級的過程實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，存儲系統(tǒng)系統(tǒng)級的過程實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，存儲系統(tǒng)中需要長期保存的過程數(shù)據(jù)。中需要長期保存的過程數(shù)據(jù)。 (2) (2)向企業(yè)管理信息系統(tǒng)向企業(yè)管理信息系統(tǒng)MIS(Management MIS(Management Information System)Information System)提供實(shí)

8、時(shí)的過程數(shù)據(jù)。提供實(shí)時(shí)的過程數(shù)據(jù)。(3)(3)作為作為DCSDCS系統(tǒng)向別的系統(tǒng)提系統(tǒng)向別的系統(tǒng)提供通信接口服務(wù)并確保系統(tǒng)隔離和安全。供通信接口服務(wù)并確保系統(tǒng)隔離和安全。 4 4、現(xiàn)場控制站：、現(xiàn)場控制站：現(xiàn)場控制站是現(xiàn)場控制站是DCSDCS的核心組成部分，集數(shù)據(jù)采集、預(yù)處理、的核心組成部分，集數(shù)據(jù)采集、預(yù)處理、控制運(yùn)算、輸出控制等功能于一體，其硬件組成包括以下幾個(gè)部分。控制運(yùn)算、輸出控制等功能于一體，其硬件組成包括以下幾個(gè)部分。（1）主控單元(Main Control Unit,MCU)：主控單元也就是主控制器，是主控單元也就是主控制器，是DCSDCS中各個(gè)現(xiàn)場控制站的中央處理單元，是中各個(gè)

9、現(xiàn)場控制站的中央處理單元，是DCSDCS的核心設(shè)備。在一套的核心設(shè)備。在一套DCSDCS系統(tǒng)系統(tǒng)中中, ,根據(jù)危險(xiǎn)分散的原則，按照工藝過程的相對獨(dú)立性，每個(gè)典型的工藝段根據(jù)危險(xiǎn)分散的原則，按照工藝過程的相對獨(dú)立性，每個(gè)典型的工藝段應(yīng)配置一對冗余的主控制器，主控制器在設(shè)定的控制周期下，循環(huán)地執(zhí)行以應(yīng)配置一對冗余的主控制器，主控制器在設(shè)定的控制周期下，循環(huán)地執(zhí)行以下任務(wù)：從下任務(wù)：從I/0I/0設(shè)備采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)設(shè)備采集現(xiàn)場數(shù)據(jù) - - 執(zhí)行控制邏輯運(yùn)算執(zhí)行控制邏輯運(yùn)算 - - 向向I/OI/O輸出設(shè)備輸出設(shè)備輸出控制指令輸出控制指令 - - 與操作員站進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。與操作員站進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。 第第3

10、 3章章 DCS DCS的控制站的控制站2022-2-42022-2-46 6DCS硬件組成概述硬件組成概述（2）輸入輸出設(shè)備(Input/ Output,I/O)：用于采集現(xiàn)場信號或輸用于采集現(xiàn)場信號或輸出控制信號出控制信號, ,主要包含模擬量輸入設(shè)備主要包含模擬量輸入設(shè)備(Analog Input,AI)(Analog Input,AI)、模擬量、模擬量輸出設(shè)備輸出設(shè)備(Analog Output,AO)(Analog Output,AO)、開關(guān)量輸入設(shè)備、開關(guān)量輸入設(shè)備(Digital (Digital Input,DI)Input,DI)、開關(guān)量輸出設(shè)備、開關(guān)量輸出設(shè)備(Digital

11、 Output,DO)(Digital Output,DO)、脈沖量輸入設(shè)、脈沖量輸入設(shè)備備(Pulse Input,PI) (Pulse Input,PI) 及一些其他的混合信號類型的輸入輸出設(shè)備及一些其他的混合信號類型的輸入輸出設(shè)備或特殊或特殊I/0I/0設(shè)備。設(shè)備。 （3）電源、轉(zhuǎn)換設(shè)備 ：主要為系統(tǒng)提供電源，主要設(shè)備包含：主要為系統(tǒng)提供電源，主要設(shè)備包含：AC-AC-DCDC轉(zhuǎn)換器和不間斷電源轉(zhuǎn)換器和不間斷電源(UPS)(UPS)等。等。 （4）機(jī)柜：機(jī)柜用于安裝主控制器、機(jī)柜用于安裝主控制器、I/0I/0設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及電源裝設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及電源裝置。置。5 5、通信網(wǎng)絡(luò)及設(shè)備、通信

12、網(wǎng)絡(luò)及設(shè)備（1）控制網(wǎng)絡(luò)及設(shè)備 (Control Network,CNET)：控制網(wǎng)絡(luò)也就是控制網(wǎng)絡(luò)也就是現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)，主要用于將主控制器與現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)，主要用于將主控制器與I/0I/0設(shè)備連接起來，也可用設(shè)備連接起來，也可用于將主控制器和智能儀表、于將主控制器和智能儀表、PLCPLC等設(shè)備連接。其主要設(shè)備包括通信等設(shè)備連接。其主要設(shè)備包括通信線纜線纜( (即通信介質(zhì)即通信介質(zhì)) )、中繼器、終端匹配器、通信介質(zhì)轉(zhuǎn)換器、通信、中繼器、終端匹配器、通信介質(zhì)轉(zhuǎn)換器、通信協(xié)議轉(zhuǎn)換器或其他特殊功能的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。協(xié)議轉(zhuǎn)換器或其他特殊功能的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。第第3 3章章 DCS DCS的控制站的控制站2022-2

13、-42022-2-47 7DCS硬件組成概述硬件組成概述（2）系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)及設(shè)備 (System Network,SNET)：系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)用于將系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)用于將操作員站、工程師站及系統(tǒng)服務(wù)器等操作層設(shè)備和控制層的主控操作員站、工程師站及系統(tǒng)服務(wù)器等操作層設(shè)備和控制層的主控制器連接起來。組成系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的主要設(shè)備有網(wǎng)絡(luò)接口卡（網(wǎng)卡）、制器連接起來。組成系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的主要設(shè)備有網(wǎng)絡(luò)接口卡（網(wǎng)卡）、集線器集線器( ( 或交換機(jī)或交換機(jī)) )、路由器和通信線纜等。、路由器和通信線纜等。第第3 3章章 DCS DCS的控制站的控制站2022-2-42022-2-48 8第第3章章 DCS的的控制站控制站3.1 DCS控制

14、站的控制站的硬件硬件 3.2 DCS控制站的控制站的軟件軟件 第第3 3章章 DCS DCS的控制站的控制站2022-2-42022-2-49 9第第3章章 DCS的的控制站控制站控制站控制站(CS)是是DCS的的基礎(chǔ)基礎(chǔ)功能：功能：輸入輸入輸出輸出運(yùn)算運(yùn)算控制控制通信通信硬件：硬件： 輸入輸出單元輸入輸出單元(IOU) 主控單元主控單元(MCU) 電源電源2022-2-42022-2-410 10第第3章章 DCS的的控制站控制站軟件：軟件：系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件 應(yīng)用軟件的應(yīng)用軟件的用戶表現(xiàn)形式用戶表現(xiàn)形式是是 功能塊功能塊：輸入塊輸入塊輸出塊輸出塊運(yùn)算塊運(yùn)算塊連續(xù)控制塊連續(xù)控制

15、塊邏輯控制塊邏輯控制塊順序控制塊順序控制塊第第3 3章章 DCS DCS的控制站的控制站2022-2-42022-2-411 11第第3章章 DCS的的控制站控制站3.1 DCS控制站的硬件控制站的硬件 3.2 DCS控制站的控制站的軟件軟件 2022-2-42022-2-412 123.1 DCS控制站的控制站的硬件硬件3.1.1 DCS控制站的控制站的主控主控單元單元 3.1.2 DCS控制站的控制站的輸入輸出輸入輸出單元單元 第第3 3章章 DCS DCS的控制站的控制站2022-2-42022-2-413 133.1 DCS控制站的控制站的硬件硬件組成：組成： 輸入輸出單元輸入輸出單元

16、 (IOU) 主控單元主控單元 (MCU) 電源電源主控單元主控單元(MCU)是是 控制站的控制站的核心核心輸入輸出單元輸入輸出單元(IOU)是是 控制站的控制站的基礎(chǔ)基礎(chǔ)圖圖3.1 控制站控制站(CS)的硬件結(jié)構(gòu)的硬件結(jié)構(gòu)(a) CS結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)(b) CS柜正面柜正面(c) CS柜反面柜反面主控主控單元單元(MCU)輸入輸出輸入輸出處理板處理板(IOP)信號調(diào)信號調(diào)整板整板(SCC)MCUIOUCNET信號端信號端子板子板(STC)電源電源電源電源MCUPOIMCUPOIPOI1 24 56 78 9310STCSCC123456789101112131415161 24 56 78 9310

17、1 24 56 78 9310STCSCC第第3 3章章 DCS DCS的控制站的控制站2022-2-42022-2-414 143.1 DCS控制站的控制站的硬件硬件硬件組成：硬件組成：模模板板結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)背面接線背面接線主控單元主控單元 (冗余冗余MCU) 電源電源(冗余冗余)輸入輸出單元輸入輸出單元 (IOU)Honeywell 第第3 3章章 DCS DCS的控制站的控制站2022-2-42022-2-415 153.1 DCS控制站的控制站的硬件硬件硬件組成：硬件組成：模模塊塊結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)塊下接線塊下接線電源電源輸入輸出單元輸入輸出單元(IOU)主控單元主控單元(MCU)Emerson 第第

18、3 3章章 DCS DCS的控制站的控制站2022-2-42022-2-416 163.1 DCS控制站的控制站的硬件硬件硬件組成：硬件組成：模模塊塊結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)主控單元主控單元(冗余冗余MCU)Siemens 第第3 3章章 DCS DCS的控制站的控制站2022-2-42022-2-417 173.1 DCS控制站的控制站的硬件硬件硬件組成：硬件組成：模模塊塊結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)主控單元主控單元(冗余冗余MCU)輸入輸出單元輸入輸出單元(IOU)Siemens 第第3 3章章 DCS DCS的控制站的控制站2022-2-42022-2-418 183.1 DCS控制站的控制站的硬件硬件模模板板結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)背面

19、接線背面接線Yokogawa 第第3 3章章 DCS DCS的控制站的控制站2022-2-42022-2-419 193.1 DCS控制站的控制站的硬件硬件模模塊塊結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)旁旁邊邊接線接線Honeywell 第第3 3章章 DCS DCS的控制站的控制站2022-2-42022-2-420203.1 DCS控制站的控制站的硬件硬件模模塊塊結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)旁旁邊邊接線接線Honeywell C系列系列第第3 3章章 DCS DCS的控制站的控制站2022-2-42022-2-421 213.1 DCS控制站的控制站的硬件硬件3.1.1 DCS控制站的主控單元控制站的主控單元 3.1.2 DCS控制站的控

20、制站的輸入輸出輸入輸出單元單元 第第3 3章章 DCS DCS的控制站的控制站2022-2-42022-2-422223.1.1 DCS控制站的控制站的主控單元主控單元主控單元主控單元(MCU)是是 控制站的控制站的核心核心組成：組成：控制處理器控制處理器輸入輸出接口處理器輸入輸出接口處理器通信處理器通信處理器冗余處理器冗余處理器圖 3.5 一種典型主控單元結(jié)構(gòu)原理圖在在DCSDCS系統(tǒng)中系統(tǒng)中, ,根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)分散的原則根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)分散的原則, ,按照工藝過程的相對獨(dú)立性按照工藝過程的相對獨(dú)立性, ,每個(gè)工藝段通常配置一對冗余的控制器每個(gè)工藝段通常配置一對冗余的控制器, ,并且在設(shè)定的控制周期內(nèi)并且

21、在設(shè)定的控制周期內(nèi), ,循環(huán)地執(zhí)行現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集、控制運(yùn)算、控制指令的輸出和人機(jī)循環(huán)地執(zhí)行現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集、控制運(yùn)算、控制指令的輸出和人機(jī)界面的數(shù)據(jù)交換等任務(wù)。控制器是一個(gè)智能化的可獨(dú)立運(yùn)行的數(shù)界面的數(shù)據(jù)交換等任務(wù)?？刂破魇且粋€(gè)智能化的可獨(dú)立運(yùn)行的數(shù)據(jù)采集與控制的裝置據(jù)采集與控制的裝置, ,作為其核心的控制計(jì)算單元作為其核心的控制計(jì)算單元, ,主要由主要由CPUCPU、存、存儲器、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)接口、控制網(wǎng)絡(luò)接口等部分組成。儲器、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)接口、控制網(wǎng)絡(luò)接口等部分組成。(1) CPU(1) CPU目前各廠家的現(xiàn)場控制站的控制運(yùn)算的主芯片普遍采用高性能目前各廠家的現(xiàn)場控制站的控制運(yùn)算的主芯片普遍采用高性能

22、的的3232位的微處理器，常見的有位的微處理器，常見的有 Inte1486DX Inte1486DX、Intel Intel Pentium133/233/266Pentium133/233/266、PowerPCPowerPC及及MC68030MC68030等，大多為美國摩托等，大多為美國摩托羅拉公司和英特爾公司生產(chǎn)的系列產(chǎn)品。很多系統(tǒng)還配有浮點(diǎn)羅拉公司和英特爾公司生產(chǎn)的系列產(chǎn)品。很多系統(tǒng)還配有浮點(diǎn)運(yùn)算協(xié)處理器，因此數(shù)據(jù)處理能力大大提高，工作周期可縮短運(yùn)算協(xié)處理器，因此數(shù)據(jù)處理能力大大提高，工作周期可縮短到到0.10.1O.2S, O.2S, 并且可執(zhí)行更為復(fù)雜先進(jìn)的控制算法，如自整定并且可

23、執(zhí)行更為復(fù)雜先進(jìn)的控制算法，如自整定、預(yù)測控制、模糊控制等。關(guān)于、預(yù)測控制、模糊控制等。關(guān)于CPUCPU的選擇和評價(jià)，過去曾經(jīng)有的選擇和評價(jià)，過去曾經(jīng)有過只看主頻的錯(cuò)誤傾向。事實(shí)上這樣來評價(jià)過只看主頻的錯(cuò)誤傾向。事實(shí)上這樣來評價(jià)CPUCPU是非常片面的。是非常片面的。一個(gè)主控制器是否性能優(yōu)良，主要是看它在控制軟件的配合下一個(gè)主控制器是否性能優(yōu)良，主要是看它在控制軟件的配合下，能否長期安全可靠地在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定的任務(wù)。一個(gè)，能否長期安全可靠地在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定的任務(wù)。一個(gè)效率低下的軟件，即使在很高的主頻下，也不可能得到很好的效率低下的軟件，即使在很高的主頻下，也不可能得到很好的性能。另

24、外工藝上也是問題，比方說，性能。另外工藝上也是問題，比方說，PentiumPentium芯片的散熱問題芯片的散熱問題就比就比486DX486DX的難解決，如果安裝風(fēng)扇，工業(yè)生產(chǎn)一般連續(xù)的難解決，如果安裝風(fēng)扇，工業(yè)生產(chǎn)一般連續(xù)2424小時(shí)小時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)，這樣風(fēng)扇壽命不過運(yùn)轉(zhuǎn)，這樣風(fēng)扇壽命不過1 12 2 年，又帶來維護(hù)問題。年，又帶來維護(hù)問題。(2) (2) 存儲器存儲器 存儲器是具有記憶功能的半導(dǎo)體電路，一般分為存儲器是具有記憶功能的半導(dǎo)體電路，一般分為ROMROM和和RAMRAM兩大部分。兩大部分。ROMROM中的內(nèi)容中的內(nèi)容一般是一般是DCSDCS制造廠家寫入的系統(tǒng)程序，通常情況下是一套固定的程

25、序，它不僅將系制造廠家寫入的系統(tǒng)程序，通常情況下是一套固定的程序，它不僅將系統(tǒng)啟動、自檢及基本的統(tǒng)啟動、自檢及基本的I/0I/0驅(qū)動程序?qū)懭腧?qū)動程序?qū)懭隦OMROM中，而且將各種控制、檢測功能模塊、中，而且將各種控制、檢測功能模塊、所有固定參數(shù)和系統(tǒng)通信、系統(tǒng)管理模塊全部固化，并且永遠(yuǎn)駐留在所有固定參數(shù)和系統(tǒng)通信、系統(tǒng)管理模塊全部固化，并且永遠(yuǎn)駐留在ROMROM中。中。 DCS DCS啟動后，首先由檢查程序檢查啟動后，首先由檢查程序檢查DCSDCS的各部件操作是否正常，并將檢查的結(jié)果的各部件操作是否正常，并將檢查的結(jié)果顯示給操作人員；然后，編譯程序?qū)⒂脩糨斎氲目刂瞥绦蜃儞Q成由微電腦指令組成顯示

26、給操作人員；然后，編譯程序?qū)⒂脩糨斎氲目刂瞥绦蜃儞Q成由微電腦指令組成的程序，并對用戶程序進(jìn)行語法檢查；最后執(zhí)行監(jiān)測控制程序。在控制器的存儲器的程序，并對用戶程序進(jìn)行語法檢查；最后執(zhí)行監(jiān)測控制程序。在控制器的存儲器中，中，ROMROM占有較大的容量，一般達(dá)到幾百占有較大的容量，一般達(dá)到幾百M(fèi)BMB。有的系統(tǒng)將用戶組態(tài)的應(yīng)用程序也固。有的系統(tǒng)將用戶組態(tài)的應(yīng)用程序也固化在化在ROMROM中，只要一加電，控制站就可正常運(yùn)行，使用更加方便、可靠，但修改組中，只要一加電，控制站就可正常運(yùn)行，使用更加方便、可靠，但修改組態(tài)方式要相對復(fù)雜一些。態(tài)方式要相對復(fù)雜一些。 隨機(jī)存儲器隨機(jī)存儲器RAMRAM為程序運(yùn)行

27、提供了存儲實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與計(jì)算過程中間變量的空間，為程序運(yùn)行提供了存儲實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與計(jì)算過程中間變量的空間，用戶在線操作時(shí)需修改的參數(shù)（如設(shè)定值、手動操作值、用戶在線操作時(shí)需修改的參數(shù)（如設(shè)定值、手動操作值、 PID PID參數(shù)、報(bào)警界限等）參數(shù)、報(bào)警界限等）也需存入也需存入RAMRAM中；當(dāng)前一些較為先進(jìn)的集散系統(tǒng)為用戶提供了在線修改組態(tài)的功能中；當(dāng)前一些較為先進(jìn)的集散系統(tǒng)為用戶提供了在線修改組態(tài)的功能，顯然這一部分用戶組態(tài)應(yīng)用程序也必須存入，顯然這一部分用戶組態(tài)應(yīng)用程序也必須存入RAMRAM中運(yùn)行。由于現(xiàn)場控制站一般不中運(yùn)行。由于現(xiàn)場控制站一般不設(shè)磁盤，上述后兩部分內(nèi)容一般存入具有電池后備系統(tǒng)的設(shè)磁

28、盤，上述后兩部分內(nèi)容一般存入具有電池后備系統(tǒng)的SRAMSRAM中，當(dāng)系統(tǒng)一旦掉電中，當(dāng)系統(tǒng)一旦掉電時(shí)，可有效保持其中的數(shù)據(jù)、程序數(shù)十天不被破壞，這對于事故的查詢及快速恢復(fù)時(shí)，可有效保持其中的數(shù)據(jù)、程序數(shù)十天不被破壞，這對于事故的查詢及快速恢復(fù)系統(tǒng)正常運(yùn)行是很重要的。系統(tǒng)正常運(yùn)行是很重要的。RAMRAM的空間一般為數(shù)百的空間一般為數(shù)百M(fèi)BMB至數(shù)至數(shù)GBGB。 在一些采用了冗余在一些采用了冗余CPUCPU的系統(tǒng)中，還特別設(shè)有一種雙端口隨機(jī)存儲器，其中存的系統(tǒng)中，還特別設(shè)有一種雙端口隨機(jī)存儲器，其中存放有過程輸入放有過程輸入/ /輸出數(shù)據(jù)及設(shè)定值、輸出數(shù)據(jù)及設(shè)定值、PIDPID參數(shù)等；兩塊參數(shù)等；

29、兩塊CPUCPU板可分別對其進(jìn)行讀板可分別對其進(jìn)行讀/ /寫，寫，從而實(shí)現(xiàn)了雙從而實(shí)現(xiàn)了雙CPUCPU間運(yùn)行數(shù)據(jù)的同步，當(dāng)在線的主間運(yùn)行數(shù)據(jù)的同步，當(dāng)在線的主CPUCPU出現(xiàn)故障時(shí)，離線出現(xiàn)故障時(shí)，離線 CPU CPU可立即可立即接替工作，并且對生產(chǎn)過程不會產(chǎn)生任何擾動，可以有效保證生產(chǎn)過程的正?？刂平犹婀ぷ?，并且對生產(chǎn)過程不會產(chǎn)生任何擾動，可以有效保證生產(chǎn)過程的正常控制。 (3) (3) 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)接口系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)接口 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)接口是控制器與操作員站、工程師系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)接口是控制器與操作員站、工程師站等操作層設(shè)備通信的網(wǎng)絡(luò)接口。過去的大多數(shù)站等操作層設(shè)備通信的網(wǎng)絡(luò)接口。過去的大多數(shù)DCSDCS制造廠商

30、的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)都是專用的，并都宣稱專制造廠商的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)都是專用的，并都宣稱專用網(wǎng)絡(luò)安全可靠，根本不允許接進(jìn)另一方的系統(tǒng)用網(wǎng)絡(luò)安全可靠，根本不允許接進(jìn)另一方的系統(tǒng)網(wǎng)路。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，在網(wǎng)路。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，在2020世紀(jì)世紀(jì)9090年年代后期，新推出的代后期，新推出的DCSDCS系統(tǒng)產(chǎn)品中，都采用了工業(yè)系統(tǒng)產(chǎn)品中，都采用了工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)。經(jīng)過長時(shí)間的運(yùn)營和測試，工業(yè)以以太網(wǎng)技術(shù)。經(jīng)過長時(shí)間的運(yùn)營和測試，工業(yè)以太網(wǎng)的安全性和可靠性是完全有保障的，只需要太網(wǎng)的安全性和可靠性是完全有保障的，只需要在軟件的應(yīng)用層上采取一定的保護(hù)措施（如應(yīng)答在軟件的應(yīng)用層上采取一定的保護(hù)措施（如應(yīng)答和重發(fā)）

31、就可以了。采用工業(yè)以太網(wǎng)使得開放性和重發(fā)）就可以了。采用工業(yè)以太網(wǎng)使得開放性的應(yīng)用更為廣泛，并且應(yīng)用成本也比較低，增強(qiáng)的應(yīng)用更為廣泛，并且應(yīng)用成本也比較低，增強(qiáng)了產(chǎn)品的競爭力。了產(chǎn)品的競爭力。4) 4) 控制網(wǎng)絡(luò)接口控制網(wǎng)絡(luò)接口 控制網(wǎng)絡(luò)接口是控制器與控制網(wǎng)絡(luò)接口是控制器與I/OI/O單元進(jìn)行數(shù)單元進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的網(wǎng)絡(luò)接口。由于據(jù)交換的網(wǎng)絡(luò)接口。由于DCSDCS需要進(jìn)行大量需要進(jìn)行大量 的模擬量和數(shù)字量的數(shù)據(jù)傳輸，而且每個(gè)的模擬量和數(shù)字量的數(shù)據(jù)傳輸，而且每個(gè)I/OI/O設(shè)備的數(shù)據(jù)量較大，所以控制網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)備的數(shù)據(jù)量較大，所以控制網(wǎng)絡(luò)接口一般選擇字節(jié)型協(xié)議的通信網(wǎng)絡(luò)，如一般選擇字節(jié)型協(xié)議的通信網(wǎng)絡(luò)

32、，如ProfiBus-DPProfiBus-DP、ModbusModbus等現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)。一等現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)。一般情況下，般情況下，DCS DCS 標(biāo)準(zhǔn)配置都是雙控制網(wǎng)絡(luò)接標(biāo)準(zhǔn)配置都是雙控制網(wǎng)絡(luò)接口冗余運(yùn)行，這大大加強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性和口冗余運(yùn)行，這大大加強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性和安全性。安全性。(5)(5)主從冗余控制邏輯主從冗余控制邏輯 該部分電路用于控制互為備份的兩臺主該部分電路用于控制互為備份的兩臺主控制器的切換。由于過程控制對安全性和可控制器的切換。由于過程控制對安全性和可靠性的特殊要求，幾乎所有的靠性的特殊要求，幾乎所有的DCSDCS系統(tǒng)；其系統(tǒng)；其標(biāo)準(zhǔn)配置都是雙主控制器冗余運(yùn)行，這和普標(biāo)準(zhǔn)配

33、置都是雙主控制器冗余運(yùn)行，這和普通通 PLC PLC 只能是單控制器配置的結(jié)構(gòu)是不同只能是單控制器配置的結(jié)構(gòu)是不同的。該部分電路必須確保任一時(shí)刻有且僅有的。該部分電路必須確保任一時(shí)刻有且僅有一臺主控制器的控制指令被輸出到一臺主控制器的控制指令被輸出到I/0I/0設(shè)備設(shè)備。(6)(6)電源電路電源電路 主控制器的輸入電源一般是主控制器的輸入電源一般是24V24V直流電直流電源，需要將其變換成源，需要將其變換成5V5V直流或直流或3.3V3.3V直流，供直流，供主控制器上的主控制器上的ICIC芯片使用。芯片使用。第第3 3章章 DCS DCS的控制站的控制站2022-2-42022-2-42323

34、3.1.1 DCS控制站的控制站的主控單元主控單元冗余：冗余：MCU1和和MCU2互為備用，互為備用，一個(gè)處于一個(gè)處于正常正常工作狀態(tài)，工作狀態(tài)，另一個(gè)處于另一個(gè)處于熱備用熱備用狀態(tài)，狀態(tài)，具有自動具有自動診斷診斷和自動和自動切換切換的功能。的功能。MCU1MCU2第第3 3章章 DCS DCS的控制站的控制站2022-2-42022-2-424243.1.1 DCS控制站的控制站的主控單元主控單元MCU功能：功能：控制處理器控制處理器的功能是的功能是 運(yùn)算、控制和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理；運(yùn)算、控制和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理；輸入輸出接口處理器輸入輸出接口處理器與與 IOU之間互相通信，之間互相通信， 交換輸入輸出

35、信息；交換輸入輸出信息；第第3 3章章 DCS DCS的控制站的控制站2022-2-42022-2-425253.1.1 DCS控制站的控制站的主控單元主控單元MCU功能：功能：通信處理器通信處理器是是 控制站與控制站與CNET之間的通信接口，之間的通信接口，實(shí)現(xiàn)控制站與實(shí)現(xiàn)控制站與 CNET之間的信息交換；之間的信息交換；冗余處理器冗余處理器承擔(dān)承擔(dān)MCU1和和MCU2的的 故障分析與切換功能。故障分析與切換功能。 第第3 3章章 DCS DCS的控制站的控制站2022-2-42022-2-426263.1.1 DCS控制站的控制站的主控單元主控單元MCU結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：模模板板 模模塊塊模模板

36、板MCU模板或模塊的模板或模塊的 物理劃分因物理劃分因DCS而異，而異， 可以分為可以分為4、3、2塊，塊， 甚至合并為甚至合并為1塊。塊。模模塊塊第第3 3章章 DCS DCS的控制站的控制站2022-2-42022-2-427273.1 DCS控制站的控制站的硬件硬件3.1.1 DCS控制站的控制站的主控主控單元單元3.1.2 DCS控制站的輸入輸出單元控制站的輸入輸出單元 第第3 3章章 DCS DCS的控制站的控制站2022-2-42022-2-428283.1.2 DCS控制站的控制站的輸入輸出單元輸入輸出單元輸入輸出單元輸入輸出單元(IOU)是是 控制站的控制站的基礎(chǔ)基礎(chǔ)組成：組成

37、：模擬量輸入模擬量輸入(AI) 數(shù)字量輸入數(shù)字量輸入(DI)模擬量輸出模擬量輸出(AO) 數(shù)字量輸出數(shù)字量輸出(DO)脈沖量輸入脈沖量輸入(PI) 串行接口串行接口(SI)結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：模板或模塊模板或模塊模板模板插在卡籠內(nèi)，插在卡籠內(nèi)，模塊模塊用用DIN導(dǎo)軌連接或?qū)к夁B接或 用串行通信線連接。用串行通信線連接。 第第3 3章章 DCS DCS的控制站的控制站2022-2-42022-2-429291.輸入輸出模板輸入輸出模板(模塊模塊)IOP (input output processor) SCC (signal conditioner card)STC (signal terminal c

38、ard)IOU組成組成： 輸入輸出處理板輸入輸出處理板(IOP) ：變換：變換 信號調(diào)整板信號調(diào)整板(SCC) ：隔離、放大或驅(qū)動：隔離、放大或驅(qū)動 信號端子板信號端子板(STC) ：接線：接線IOU結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)： IOP、SCC和和STC的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu) 因因DCS而異，而異， 可以分為可以分為3、2、1塊模板。塊模板。模模板板模模塊塊第第3 3章章 DCS DCS的控制站的控制站2022-2-42022-2-43030類型類型：模擬量輸入板：模擬量輸入板：4mA20mA DC，010mA DC； 熱電偶輸入板：熱電偶輸入板：S，B，R，K，T，E，J，等；，等； 熱電阻輸入板：熱電阻輸入板：Pt1

39、00，Cu50，等；，等；脈沖輸入板：脈沖輸入板：方波或正弦波，方波或正弦波，020kHz； 1.輸入輸出模板輸入輸出模板(模塊模塊)第第3 3章章 DCS DCS的控制站的控制站2022-2-42022-2-431 31類型類型：開關(guān)量輸入板：開關(guān)量輸入板：接點(diǎn)，電平接點(diǎn)，電平，等，等；模擬量輸出板：模擬量輸出板：4mA20mA DC，010mA DC；開關(guān)量輸出板：開關(guān)量輸出板：接點(diǎn)，脈寬接點(diǎn)，脈寬，等，等；通信接口板：通信接口板：RS-232，RS-422，RS-485，等。，等。1.輸入輸出模板輸入輸出模板(模塊模塊)第第3 3章章 DCS DCS的控制站的控制站2022-2-4202

40、2-2-432321.輸入輸出模板輸入輸出模板(模塊模塊)冗余冗余：2塊塊IO同時(shí)工作，同時(shí)工作， 具有自動具有自動診斷診斷和自動和自動切換切換的功能。的功能。 模模塊塊1模模塊塊2模模板板1模模板板2第第3 3章章 DCS DCS的控制站的控制站2022-2-42022-2-433332. MCU和和IOU互連互連MCU和和IOU之間之間通過串行輸入輸出總線通過串行輸入輸出總線(IOBUS)互連，互連， 圖圖3.2 輸入輸出總線輸入輸出總線 (IOBUS)AI:模擬量輸入模擬量輸入 TC: 熱電偶熱電偶 RTD: 熱電阻熱電阻 PI:脈沖輸入脈沖輸入 DI:數(shù)字量輸入數(shù)字量輸入 AO:模擬量

41、輸出模擬量輸出 DO:數(shù)字量輸出數(shù)字量輸出 SI: 串行接串行接口口MCUCNETIOBUS420mA TCRTDMCUIOUPIAIAIAIDIAODOSIIOBUS類型：類型：RS-232，RS-422，RS-485，PROFIBUS-DP，LON，CAN，等。，等。 冗余冗余IOBUS 第第3 3章章 DCS DCS的控制站的控制站2022-2-42022-2-43434DCS的現(xiàn)場控制站的現(xiàn)場控制站模擬量輸入設(shè)備（模擬量輸入設(shè)備（AIAI） AI AI設(shè)備是設(shè)備是DCSDCS系統(tǒng)控制常用的數(shù)據(jù)采集設(shè)備，現(xiàn)場傳感器信號多樣，與之相應(yīng)系統(tǒng)控制常用的數(shù)據(jù)采集設(shè)備，現(xiàn)場傳感器信號多樣，與之相應(yīng)

42、也有多種也有多種AIAI接口設(shè)備，如圖接口設(shè)備，如圖3.63.6所示為一種典型的所示為一種典型的8 8路路AIAI模塊接口電路，用于模塊接口電路，用于接收接收4 420mA20mA電流信號或電流信號或O O5V/O5V/O10V10V電壓信號。通過對電壓信號。通過對AIAI電路原理的分析，我們電路原理的分析，我們可以知道不同現(xiàn)場設(shè)備的接線方法，如圖可以知道不同現(xiàn)場設(shè)備的接線方法，如圖3.73.7所示為和利時(shí)公司所示為和利時(shí)公司FM148AFM148A模塊接線圖。模塊接線圖。A/D轉(zhuǎn)換器85VCC24VVC0V0+I0+G0FUSE0通道26通道7通道A/D轉(zhuǎn)換器85VCC24VVC7V7+I7

43、+G7FUSE圖3.6 典型的8路AI模塊接口電路第第3 3章章 DCS DCS的控制站的控制站2022-2-42022-2-43535DCS的現(xiàn)場控制站的現(xiàn)場控制站（a）兩線制電流信號接法 (b)四線制電流信號接法第第3 3章章 DCS DCS的控制站的控制站2022-2-42022-2-43636DCS的現(xiàn)場控制站的現(xiàn)場控制站(C)電壓信號接法圖3.7 FM148A電壓信號、電流信號接線圖第第3 3章章 DCS DCS的控制站的控制站2022-2-42022-2-43737DCS的現(xiàn)場控制站的現(xiàn)場控制站 這些這些AIAI接口設(shè)備在使用時(shí)，除了要了解模擬信號處理的接口設(shè)備在使用時(shí)，除了要了解

44、模擬信號處理的ADAD轉(zhuǎn)換技術(shù)，結(jié)轉(zhuǎn)換技術(shù)，結(jié)合工業(yè)控制的需要，還得了解以下一些內(nèi)容。合工業(yè)控制的需要，還得了解以下一些內(nèi)容。1. 1. 基本的基本的AlAl信號調(diào)理技術(shù)信號調(diào)理技術(shù) AI AI設(shè)備用于將輸入的模擬量值數(shù)字化，用于工業(yè)過程控制的基本設(shè)備用于將輸入的模擬量值數(shù)字化，用于工業(yè)過程控制的基本AIAI設(shè)備設(shè)備有三類：熱電阻有三類：熱電阻(RTD)(RTD)輸入設(shè)備、熱電偶輸入設(shè)備、熱電偶(TC)(TC)輸入設(shè)備和變送器信號輸入設(shè)輸入設(shè)備和變送器信號輸入設(shè)備，它們都統(tǒng)稱為備，它們都統(tǒng)稱為AIAI輸入設(shè)備，其中輸入設(shè)備，其中RTDRTD和和TCTC輸入由于其信號電平較低，可輸入由于其信號電

45、平較低，可以統(tǒng)稱為低電平以統(tǒng)稱為低電平( (或小信號或小信號)AI)AI設(shè)備設(shè)備(Low Level AI),(Low Level AI),而標(biāo)準(zhǔn)變送器的電平值而標(biāo)準(zhǔn)變送器的電平值較高較高(4(420mA/O20mA/O5V/O5V/O10V)10V)，統(tǒng)稱為高電平，統(tǒng)稱為高電平( (或大信號或大信號)AI)AI設(shè)備設(shè)備(High (High Level AI)Level AI)。 為了將各種類型和電平的為了將各種類型和電平的AIAI信號調(diào)整成模數(shù)轉(zhuǎn)換器信號調(diào)整成模數(shù)轉(zhuǎn)換器(Analog to (Analog to Digital Converter, ADC)Digital Converte

46、r, ADC)能夠接受的標(biāo)準(zhǔn)電平，同時(shí)也為了濾除干擾信號，能夠接受的標(biāo)準(zhǔn)電平，同時(shí)也為了濾除干擾信號，需要對這些原始信號進(jìn)行信號調(diào)理需要對這些原始信號進(jìn)行信號調(diào)理(Signal Conditioning)(Signal Conditioning)。這三種基本這三種基本AIAI設(shè)備的信號處理和轉(zhuǎn)換流程如圖設(shè)備的信號處理和轉(zhuǎn)換流程如圖3.83.8所示。所示。第第3 3章章 DCS DCS的控制站的控制站2022-2-42022-2-43838DCS的現(xiàn)場控制站的現(xiàn)場控制站圖3.8 工業(yè)過程的三種基本AI設(shè)備的信號處理流程第第3 3章章 DCS DCS的控制站的控制站2022-2-42022-2-4

47、3939DCS的現(xiàn)場控制站的現(xiàn)場控制站2. 2. 精度精度 首先我們來澄清三個(gè)概念。首先我們來澄清三個(gè)概念。精密度精密度(Precision)(Precision)：表示測量結(jié)果的隨機(jī)表示測量結(jié)果的隨機(jī)( (偶然偶然) )誤差的大小。誤差的大小。 正確度正確度(Correctness)(Correctness)：表示測量結(jié)果的系統(tǒng)誤差大小。表示測量結(jié)果的系統(tǒng)誤差大小。 準(zhǔn)確度準(zhǔn)確度(Accuracy)(Accuracy)：是系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差的綜合，表示測量結(jié)果與真值的一是系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差的綜合，表示測量結(jié)果與真值的一致程度，也稱精確度或精度。致程度，也稱精確度或精度。 這三種概念之間的關(guān)系

48、如圖這三種概念之間的關(guān)系如圖3.93.9所示。所示。圖3.9 正確度、精密度和精確度之間的關(guān)系第第3 3章章 DCS DCS的控制站的控制站2022-2-42022-2-44040DCS的現(xiàn)場控制站的現(xiàn)場控制站用來衡量精度的指標(biāo)有相對誤差、絕對誤差和引用誤差等多種表現(xiàn)形用來衡量精度的指標(biāo)有相對誤差、絕對誤差和引用誤差等多種表現(xiàn)形式，在工業(yè)控制儀表和控制系統(tǒng)領(lǐng)域，最常用的表示方法是引用誤差，式，在工業(yè)控制儀表和控制系統(tǒng)領(lǐng)域，最常用的表示方法是引用誤差，其定義如圖其定義如圖3.103.10所示。所示。圖3.10 引用誤差定義示意圖第第3 3章章 DCS DCS的控制站的控制站2022-2-4202

49、2-2-441 41DCS的現(xiàn)場控制站的現(xiàn)場控制站 引用誤差：滿量程內(nèi)的最大絕對誤差除以滿量程。引用誤差：滿量程內(nèi)的最大絕對誤差除以滿量程。 國家標(biāo)準(zhǔn)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T13283-91GB/T13283-91工業(yè)過程測量和控制用檢測儀表和顯示儀表工業(yè)過程測量和控制用檢測儀表和顯示儀表精確度等級中描述了引用誤差的定義和用法。常見的引用誤差等級有精確度等級中描述了引用誤差的定義和用法。常見的引用誤差等級有0.1%0.1%、0.2% 0.2% 和和 0.5%, 0.5%, 分別簡稱為分別簡稱為0.10.1級、級、0.20.2級和級和0.50.5級儀表或設(shè)備。級儀表或設(shè)備。DCSDCS廠家在表示其系統(tǒng)廠

50、家在表示其系統(tǒng)AIAI的精度時(shí)，如果引用誤差為的精度時(shí)，如果引用誤差為0.1%, 0.1%, 國外廠家通常國外廠家通常表示為表示為“0.1%,F.S.” “0.1%,F.S.” 實(shí)際上指的就是引用誤差，國內(nèi)廠家一般表示為實(shí)際上指的就是引用誤差，國內(nèi)廠家一般表示為“0.1%, “0.1%, 滿量程滿量程”。由于精度還受環(huán)境溫度的影響，該指標(biāo)一般是室溫。由于精度還受環(huán)境溫度的影響，該指標(biāo)一般是室溫(25)(25)下的指標(biāo)。下的指標(biāo)。 最后必須指出的是，最后必須指出的是，AIAI精度是精度是AIAI設(shè)備本身及所處環(huán)境因素的綜合體現(xiàn)，設(shè)備本身及所處環(huán)境因素的綜合體現(xiàn)，這些因素包含溫度漂移、時(shí)間漂移和抗

51、干擾。只看標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境條件下這些因素包含溫度漂移、時(shí)間漂移和抗干擾。只看標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境條件下AIAI的精的精度指標(biāo)，并不能真正反映度指標(biāo)，并不能真正反映AIAI的精度品質(zhì)。的精度品質(zhì)。2. 2. 分辨率分辨率 分辨率分辨率(Resolution)(Resolution)是測量裝置能感知和區(qū)分的最小變化量，對于采是測量裝置能感知和區(qū)分的最小變化量，對于采用用A/DA/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換器的 AI AI設(shè)備而言，分辨率就是采樣數(shù)據(jù)最低位設(shè)備而言，分辨率就是采樣數(shù)據(jù)最低位(LSB,Least (LSB,Least Significant Bit)Significant Bit)所代表的模擬量的值。分辨率以所代表的

52、模擬量的值。分辨率以A/DA/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)和量轉(zhuǎn)換器的位數(shù)和量程程第第3 3章章 DCS DCS的控制站的控制站2022-2-42022-2-44242DCS的現(xiàn)場控制站的現(xiàn)場控制站表示，比如用表示，比如用1212位位A/DA/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換0 05V 5V 信號信號, , 其分辨率為：其分辨率為：5V/4096=1.22mV5V/4096=1.22mV。一般地，。一般地，分辨率分辨率= =信號量程信號量程/2n/2n，其中，其中n n為為A/DA/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)。轉(zhuǎn)換器的位數(shù)。 3. 3. 穩(wěn)定度穩(wěn)定度 穩(wěn)定度分為短時(shí)間穩(wěn)定度和長時(shí)間穩(wěn)定度。其中短時(shí)間穩(wěn)定度用于描述穩(wěn)定度分為短時(shí)間穩(wěn)定度和長時(shí)

53、間穩(wěn)定度。其中短時(shí)間穩(wěn)定度用于描述AIAI設(shè)設(shè)備在噪聲影響下的測量結(jié)果跳動，長時(shí)間穩(wěn)定度用于描述備在噪聲影響下的測量結(jié)果跳動，長時(shí)間穩(wěn)定度用于描述AIAI設(shè)備的時(shí)間漂移。設(shè)備的時(shí)間漂移。 短時(shí)間穩(wěn)定度：在一段短時(shí)間內(nèi)，對于同一被測量值實(shí)施多次測量，測量值的波短時(shí)間穩(wěn)定度：在一段短時(shí)間內(nèi)，對于同一被測量值實(shí)施多次測量，測量值的波動范圍動范圍( (即最大值減最小值即最大值減最小值) )與量程之比，以百分比表示。與量程之比，以百分比表示。 長時(shí)間穩(wěn)定度：對于同一被測量值，相隔較長時(shí)間長時(shí)間穩(wěn)定度：對于同一被測量值，相隔較長時(shí)間( (比如說比如說1 1年年) )用同一測量裝置用同一測量裝置進(jìn)行測量，其

54、引用誤差漂移量與時(shí)間之比，單位為百萬分之一每年進(jìn)行測量，其引用誤差漂移量與時(shí)間之比，單位為百萬分之一每年(ppm/(ppm/年年) )。 4. 4. 溫度漂移溫度漂移 在所有環(huán)境因素中，對在所有環(huán)境因素中，對AIAI設(shè)備的精度構(gòu)成嚴(yán)重威脅的因素是環(huán)境溫度。我們設(shè)備的精度構(gòu)成嚴(yán)重威脅的因素是環(huán)境溫度。我們可以用溫度漂移可以用溫度漂移(Temperature Drift)(Temperature Drift)指標(biāo)來衡量這種影響。指標(biāo)來衡量這種影響。 AIAI設(shè)備精度的溫度漂移的定義是：環(huán)境溫度每上升設(shè)備精度的溫度漂移的定義是：環(huán)境溫度每上升11，AIAI設(shè)備的引用誤差可能設(shè)備的引用誤差可能的最大變

55、化量。溫漂的量綱是：的最大變化量。溫漂的量綱是：ppm/,ppm/,即百萬分之一每攝氏度。由溫度漂移的即百萬分之一每攝氏度。由溫度漂移的定義可知定義可知: : 溫度變化導(dǎo)致的引用誤差的最大變化量溫度變化導(dǎo)致的引用誤差的最大變化量= =溫度變化量溫漂指標(biāo)溫度變化量溫漂指標(biāo) 第第3 3章章 DCS DCS的控制站的控制站2022-2-42022-2-44343DCS的現(xiàn)場控制站的現(xiàn)場控制站例如例如, ,在環(huán)境溫度在環(huán)境溫度2525條件下標(biāo)稱引用誤差為條件下標(biāo)稱引用誤差為0.1%0.1%的儀表的儀表, ,如果其溫漂指標(biāo)為如果其溫漂指標(biāo)為 100ppm/,100ppm/,則當(dāng)環(huán)境溫度變化到則當(dāng)環(huán)境溫度

56、變化到3535時(shí)時(shí), ,其引用誤差將可能達(dá)到其引用誤差將可能達(dá)到: :0.1%+(35-25)0.1%+(35-25)10010010-6=0.2%10-6=0.2%通過上式通過上式, ,提醒我們在閱讀提醒我們在閱讀DCSDCS制造廠的制造廠的AIAI指標(biāo)時(shí)指標(biāo)時(shí), ,不要只看到不要只看到“0.1%,F.S.25”, “0.1%,F.S.25”, 還要留意其溫度漂移指標(biāo)是多大。還要留意其溫度漂移指標(biāo)是多大。5. 5. 輸入阻抗輸入阻抗 對于對于AIAI設(shè)備來說，當(dāng)用于測量電壓信號時(shí)，輸入阻抗的大小也會對測量精設(shè)備來說，當(dāng)用于測量電壓信號時(shí)，輸入阻抗的大小也會對測量精度帶來影響。這是因?yàn)楸粶y量的

57、電壓信號源都存在微小的等效內(nèi)阻，該內(nèi)阻與度帶來影響。這是因?yàn)楸粶y量的電壓信號源都存在微小的等效內(nèi)阻，該內(nèi)阻與AIAI的輸入阻抗是串聯(lián)關(guān)系，當(dāng)?shù)妮斎胱杩故谴?lián)關(guān)系，當(dāng)AIAI的輸入阻抗不足夠大時(shí)，信號源內(nèi)阻上的電壓的輸入阻抗不足夠大時(shí)，信號源內(nèi)阻上的電壓降就不可忽略，降就不可忽略，AIAI設(shè)備輸入端得到的電壓為開路時(shí)信號電壓減去接通時(shí)信號源設(shè)備輸入端得到的電壓為開路時(shí)信號電壓減去接通時(shí)信號源內(nèi)阻上的壓降，比真實(shí)值小。內(nèi)阻上的壓降，比真實(shí)值小。 一般要求一般要求DCSDCS的的AIAI設(shè)備的輸入阻抗在設(shè)備的輸入阻抗在100k100k以上以上(IEC61131-2(IEC61131-2僅要求僅要求1

58、Ok1Ok以以上上), ), 這意味著當(dāng)信號源的內(nèi)阻在這意味著當(dāng)信號源的內(nèi)阻在1O1O以內(nèi)時(shí)，最多引起萬分之一的相對誤差。以內(nèi)時(shí)，最多引起萬分之一的相對誤差。 第第3 3章章 DCS DCS的控制站的控制站2022-2-42022-2-44444DCS的現(xiàn)場控制站的現(xiàn)場控制站6. 6. 電氣隔離電氣隔離 在一些場合，需要對在一些場合，需要對 AI AI 輸入信號進(jìn)行隔離處理，即切斷現(xiàn)場與輸入信號進(jìn)行隔離處理，即切斷現(xiàn)場與DCSDCS系統(tǒng)之系統(tǒng)之間的直接的電氣連接，其目的如下：間的直接的電氣連接，其目的如下：(1)(1)設(shè)備電氣燒毀時(shí)不殃及設(shè)備電氣燒毀時(shí)不殃及DCSDCS設(shè)備。設(shè)備。(2)(2)

59、現(xiàn)場設(shè)備對現(xiàn)場設(shè)備對DCSDCS系統(tǒng)之間存在高壓時(shí)不損壞系統(tǒng)之間存在高壓時(shí)不損壞DCSDCS設(shè)備。設(shè)備。 (3)(3)限制限制DCSDCS局部故障或損壞的擴(kuò)散化。局部故障或損壞的擴(kuò)散化。 (4)(4)切斷現(xiàn)場設(shè)備接地點(diǎn)和切斷現(xiàn)場設(shè)備接地點(diǎn)和DCSDCS系統(tǒng)接地點(diǎn)之間因接地電位差形成的地環(huán)電流，該系統(tǒng)接地點(diǎn)之間因接地電位差形成的地環(huán)電流，該地環(huán)電流導(dǎo)致地環(huán)電流導(dǎo)致AIAI設(shè)備輸入端存在高共模電壓，影響測量精度，有時(shí)甚至導(dǎo)致信號設(shè)備輸入端存在高共模電壓，影響測量精度，有時(shí)甚至導(dǎo)致信號不能通過前端儀表放大器。不能通過前端儀表放大器。(5)(5)當(dāng)現(xiàn)場設(shè)備串入高壓或本身就有高壓時(shí)，對當(dāng)現(xiàn)場設(shè)備串入高壓

60、或本身就有高壓時(shí)，對DCSDCS的維護(hù)人員提供人身保護(hù)。就的維護(hù)人員提供人身保護(hù)。就隔離的程度和范圍來說，現(xiàn)場信號與隔離的程度和范圍來說，現(xiàn)場信號與DCSDCS系統(tǒng)間的隔離可以分為以下幾種。系統(tǒng)間的隔離可以分為以下幾種。 路間隔離。每個(gè)信號通道之間的電氣隔離，且各通道都與控制網(wǎng)絡(luò)隔離。路間隔離。每個(gè)信號通道之間的電氣隔離，且各通道都與控制網(wǎng)絡(luò)隔離。 模塊與模塊間的隔離。模塊與模塊間的隔離。AIAI模塊之間隔離，且各模塊都與控制網(wǎng)絡(luò)隔離，但同一模塊之間隔離，且各模塊都與控制網(wǎng)絡(luò)隔離，但同一模塊內(nèi)的各通道之間不隔離。模塊內(nèi)的各通道之間不隔離。一列模塊與另一列模塊隔離。比方說這一列模塊與另一列模塊隔