過(guò)程接口單元

第5章

過(guò)程接口單元PIUPIU-ProcessInterfaceUnit在具體的DCS中，數(shù)據(jù)采集裝置有兩種類(lèi)型：分離型：數(shù)據(jù)采集裝置是一個(gè)獨(dú)立的單元或工作站，如TDC3000的PIU集中型：系統(tǒng)的過(guò)程控制單元（PCU）中，具有數(shù)據(jù)采集功能，如美國(guó)貝雷公司的N-90過(guò)程接口單元功能：以?huà)呙璺绞讲杉鞣N過(guò)程數(shù)據(jù)，包括各種模擬量、數(shù)字量和脈沖量，經(jīng)HW送到EOS或上位機(jī)以實(shí)現(xiàn)操作監(jiān)視；或者將信號(hào)輸出至過(guò)程進(jìn)行DDC控制。非控制功能的數(shù)據(jù)采集任務(wù)5.1過(guò)程接口單元的分類(lèi)過(guò)程接口單元根據(jù)接收信息的電平高低和本質(zhì)安全要求的不同，分以下3類(lèi)。

1.高電平過(guò)程接口單元(HL-PIU)HL-PIU主要用于采集現(xiàn)場(chǎng)的4-20mA或1-5V的高電平信號(hào)。除此以外，也具有數(shù)字輸入/輸出能力。

2.低電平過(guò)程接口單元（LL-PIU）

LL-PIU主要用于采集熱電偶、熱電阻等mV級(jí)信號(hào)。

3.低能量過(guò)程接口單元（LE-PIU）

LE-PIU主要用于本質(zhì)安全防爆系統(tǒng)，為遠(yuǎn)程多路傳輸?shù)母唠娖交虻碗娖侥M輸入提供終端和數(shù)據(jù)處理。三類(lèi)PIU的性能比較如表2.12所列5.2過(guò)程接口單元的結(jié)構(gòu)高電平過(guò)程接口單元和低電平過(guò)程接口單元都由通用卡片文件夾（CCFA）和測(cè)點(diǎn)卡片文件夾（PCFA）、24VDC電源以及接線(xiàn)端子板、連接電纜等組成，裝在一標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜內(nèi)。通用卡文件夾（CCFA）是PIU的控制部分，由它完成對(duì)數(shù)據(jù)的采集、處理、存儲(chǔ)、報(bào)警和通訊。三種類(lèi)型的PIU其CCFA部分都類(lèi)同。PCFA完成采樣、隔離、濾波等信息的預(yù)處理，使來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)的模擬量、開(kāi)關(guān)量以及數(shù)字頻率信號(hào)變換成符號(hào)CCFA要求的信號(hào)。HL-PIU組成方框圖端子板AIDI脈沖AODOI/O母線(xiàn)控制A/D變換微處理機(jī)p通訊控制（數(shù)據(jù)）數(shù)據(jù)高速公路接口HW數(shù)據(jù)庫(kù)工作存儲(chǔ)器RAM常數(shù)表程序存儲(chǔ)器PROM冗余數(shù)據(jù)高速公路CCFAPCFACCFA結(jié)構(gòu)示意圖電源調(diào)整卡屏蔽板HW接口卡HW（DMA）接口卡PROM/RAM卡微處理機(jī)卡I/O控制器卡（多路切換卡）A/D轉(zhuǎn)換器卡LE-PIU組成方框圖

LE-PIU由CCFA、安保器及16個(gè)多路采樣箱組成。LE-PIU與多路切換箱之間的連接見(jiàn)圖2.13

循環(huán)掃描256點(diǎn)內(nèi)部裝有齊納二極管安全柵，起隔離保護(hù)作用測(cè)點(diǎn)卡片輸入信號(hào)一覽表PIU的系統(tǒng)連接框圖CCFAPCFACCFAPCFA4500上位機(jī)數(shù)據(jù)公路通信指揮器HTD操作站1234HL-PIU1234LL-PIUCCFA緩沖箱MUX箱1MUX箱16…主電纜備電纜危險(xiǎn)區(qū)LE-PIU***優(yōu)先存取線(xiàn)以HL-PIU為例，電源一接通，便接收優(yōu)先設(shè)備下載的基本數(shù)據(jù)，以建立功能特性。然后進(jìn)行自診斷，無(wú)故障時(shí)即進(jìn)入正常操作。

1.數(shù)字輸出：瞬時(shí)、延時(shí)、鎖定3種輸出方式

2.數(shù)字輸入：掃描周期0.25s

3.脈沖輸入：掃描周期0.25s

4.模擬輸出：4路D/A，10bit，4~20mA

5.模擬輸入詳見(jiàn)教材P595.3PIU的工作原理模擬輸入的處理合理化檢查檢查A/D轉(zhuǎn)換是否在接到指令后進(jìn)行變換或是否在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成；如不進(jìn)行或沒(méi)完成，則PIU狀態(tài)字就出現(xiàn)A/D故障代碼和不合理代碼；如A/D過(guò)載（超出滿(mǎn)量程），不會(huì)引起A/D故障報(bào)警，只是該讀數(shù)不作進(jìn)一步的處理。模擬信號(hào)放大A/D轉(zhuǎn)換合理化、規(guī)格化、線(xiàn)性化檢查、平滑處理等更新數(shù)據(jù)庫(kù)模擬輸入的處理信號(hào)的規(guī)格化將輸入的電壓信號(hào)線(xiàn)性地轉(zhuǎn)換成與之相對(duì)應(yīng)的數(shù)字量。如線(xiàn)性輸入信號(hào)1-5V經(jīng)規(guī)格化后的值與247.0~3847.0相對(duì)應(yīng)，則輸入信號(hào)電壓（V）與規(guī)格化結(jié)果（X）之間存在以下關(guān)系：換算成工程單位：上位機(jī)將規(guī)格化的現(xiàn)時(shí)值換算成工程單位值Y。M–數(shù)據(jù)庫(kù)量程，正比于過(guò)程變量的量程B–數(shù)據(jù)庫(kù)零位置，正比于過(guò)程變量的零點(diǎn)模擬輸入的處理小數(shù)點(diǎn)用兩位的四種不同編碼來(lái)表示小數(shù)點(diǎn)的位置。D-附加因子確定M和BD代碼小數(shù)點(diǎn)位置000YYYY0101YYY0Y210YY0YY311Y0YYYSEU-用工程單位表示的過(guò)程量程ZEU-用工程單位表示的過(guò)程零點(diǎn)工程單位換算舉例假定線(xiàn)性輸入1V表示100M3/h，5V表示500M3/h，小數(shù)點(diǎn)選擇為D=1（YYY0Y）M和B的計(jì)算如下：M=（500-100）/104-1=400/1000=0.4B=100×3600/104-1=100×3.6=360.0如果傳感器輸入為3V，規(guī)格化的現(xiàn)時(shí)值為X=（3-1）×3600/4+247.0=2047.0轉(zhuǎn)換為工程單位：Y=[0.4（2047.0-247.0）+360]/0.36=3000即300.0模擬輸入的處理線(xiàn)性化對(duì)溫度信號(hào)的非線(xiàn)性可用四次曲線(xiàn)來(lái)校正：

對(duì)具有平方型的非線(xiàn)性輸入的1-5V模擬輸入信號(hào)，可進(jìn)行開(kāi)方型線(xiàn)性化，校正公式為：T=A0+A1E+A2E2+A3E3+A4E4

E–被校正的讀數(shù)A–常數(shù)，存放在ROM中R–結(jié)果值（用%表示）V–輸入電壓模擬輸入的處理平滑處理即用程序規(guī)定對(duì)測(cè)量值進(jìn)行不同程序的數(shù)字濾波，以消除輸入信號(hào)的抖動(dòng)。計(jì)算公式：當(dāng)前處理值=當(dāng)前采樣值×n%+前次處理值×（100-n）%平滑系數(shù)n的大小由代碼設(shè)定。報(bào)警極限和顯著變化限檢查模擬輸入的處理熱電偶開(kāi)路檢查測(cè)點(diǎn)在被切換之前，加一小電流通過(guò)模擬信號(hào)總線(xiàn)、MUX電路和變送器，如果通過(guò)外電路的壓降超過(guò)正常值，表明熱電偶處于開(kāi)路狀態(tài)。熱電偶的冷端補(bǔ)償補(bǔ)償熱電偶法，用一個(gè)專(zhuān)門(mén)的熱電偶測(cè)量冷端溫度進(jìn)行溫度補(bǔ)償。如同多功能控制器一樣，應(yīng)用PIU時(shí)亦需要組態(tài)，以確定選用的PIU類(lèi)型，確定所用各類(lèi)傳感器的形式、掃描速率、平滑系數(shù)、報(bào)警型號(hào)以及所需進(jìn)行的其他輸入處理等功能。現(xiàn)以PIU模擬點(diǎn)為例加以說(shuō)明。

1.PIU模擬點(diǎn)組態(tài)字

PIU模擬點(diǎn)組態(tài)字分四個(gè)，它們分別為CONF、CONFHI、CONFLO、以及CONFHILO。每位數(shù)字的代碼含義如表2.14所示。

2.PIU模擬點(diǎn)數(shù)據(jù)表

像MC組態(tài)一樣，在確定組態(tài)字后還需要填寫(xiě)數(shù)據(jù)表，PIU模擬點(diǎn)數(shù)據(jù)表如表2.15所示。5.4PIU的組態(tài)PIU模擬點(diǎn)組態(tài)字實(shí)際的濾波時(shí)間常數(shù)是：TF=Ts（1-Smc）TF：濾波時(shí)間Ts：掃描周期Smc：所選平滑系數(shù)0.05.................PIU模擬點(diǎn)組態(tài)字無(wú)輸入小數(shù)點(diǎn)0–xxxx.1–xxx.x2–xx.xx3–x.xxxHIPIU模擬點(diǎn)組態(tài)字無(wú)輸入報(bào)警形式0–PV1–偏差LOPIU模擬點(diǎn)組態(tài)字無(wú)輸入HL-PIU0–℉1–℃HILOLE-PIU，LL-PIU0–允許熱電偶開(kāi)路檢查1–不允許熱電偶開(kāi)路檢查PIU模擬點(diǎn)數(shù)據(jù)表PIU模擬點(diǎn)數(shù)據(jù)表PIU輸入敏感元件形式PIU輸入敏感元件形式PIU在生產(chǎn)應(yīng)用中突出的作用是能將采集來(lái)的信息報(bào)告給系統(tǒng)中的優(yōu)先設(shè)備（上位機(jī)或操作站），以供人們對(duì)工廠(chǎng)的非控參數(shù)進(jìn)行觀(guān)察和監(jiān)視。

1、PIU報(bào)告的類(lèi)型

過(guò)程接口單元報(bào)告的內(nèi)容一般分為測(cè)點(diǎn)的一般情況、狀態(tài)變化情況以及報(bào)警情況等，所以報(bào)告的類(lèi)型也分為一般報(bào)告、變化報(bào)告和報(bào)警報(bào)告。5.5PIU的報(bào)告功能

（1）一般報(bào)告當(dāng)PIU接到上位機(jī)發(fā)來(lái)的請(qǐng)求某種一般報(bào)告的指令后，就會(huì)將一般信息收集到一份報(bào)告中，存放于“一般報(bào)告緩沖器”中。PIU的一般報(bào)告緩沖器中一旦有了信息，它就會(huì)響應(yīng)詢(xún)問(wèn)（POLL），作出一定應(yīng)答，并在被呼叫（CALL-UP）時(shí)將報(bào)告送到優(yōu)先設(shè)備。一般報(bào)告中的內(nèi)容包括現(xiàn)時(shí)模擬輸入、模擬輸入報(bào)警摘要、現(xiàn)時(shí)數(shù)字輸入狀態(tài)、現(xiàn)時(shí)或存儲(chǔ)的計(jì)數(shù)器值、各多路切換箱的冷端摘要、輸入跟蹤字摘要等。

（2）變化報(bào)告變化報(bào)告的內(nèi)容是數(shù)字輸入點(diǎn)變化、模擬輸入點(diǎn)變化、數(shù)字點(diǎn)的狀態(tài)、模擬輸入點(diǎn)報(bào)警。

（3）報(bào)警報(bào)告報(bào)警報(bào)告的內(nèi)容是來(lái)自SOE（事件時(shí)序）板的新的數(shù)字狀態(tài)和時(shí)間、計(jì)數(shù)點(diǎn)卡的計(jì)數(shù)器溢出、點(diǎn)卡上的硬件故障報(bào)警、模擬輸入點(diǎn)狀態(tài)改變。2、報(bào)告過(guò)程PIU在對(duì)數(shù)據(jù)自動(dòng)進(jìn)行采集、檢查、處理、存儲(chǔ)后，等待上位機(jī)和操作站對(duì)它的詢(xún)問(wèn)和呼叫。當(dāng)上位機(jī)發(fā)出一專(zhuān)用指令，請(qǐng)求PIU建立一份特殊規(guī)格的一般報(bào)告或變化報(bào)告時(shí)（報(bào)警報(bào)告是自動(dòng)收集的，故無(wú)需請(qǐng)求），PIU的HW接口確認(rèn)HW通訊，將上位機(jī)的請(qǐng)求指令傳送到RAM中的請(qǐng)求緩沖器，供CPU服務(wù)。同時(shí)向HW發(fā)一回波表示已作響應(yīng)。PIU自動(dòng)建立起所請(qǐng)求的報(bào)告，存到RAM中的報(bào)告緩沖器。等到高速通路通信指揮器發(fā)送詢(xún)問(wèn)指令時(shí)，PIU檢測(cè)自身有內(nèi)容報(bào)告時(shí)，發(fā)出應(yīng)答脈沖作為響應(yīng)，通信指揮器則根據(jù)響應(yīng)的優(yōu)先級(jí)逐個(gè)發(fā)出呼叫指令。PIU確認(rèn)呼叫字，將PIU狀態(tài)的數(shù)據(jù)字送給上位機(jī)，上位機(jī)的HW接口確認(rèn)這些信息并送出回波