过程控制站的功能介绍

3.2.1.1　过程控制站的组成

过程控制站也是DCS的核心部件，相当于一台PC机，主要有CPU、RAM、ROM、EEPROM和通信接口等功能部件。过程控制站有两个通信接口，一个接口向下接入过程控制层网络，与现场设备和I／O单元进行通信，实现过程数据传送；另一个接口向上接入操作管理层网络，与人机界面相连实现过程数据、组态数据和操作管理数据传送。过程控制站的基本组成如图3-4所示。

图3-4　过程控制站的基本组成

1.CPU

CPU按预定的周期和程序对相应的信息进行运算、处理，并对控制站内部的各种功能部件进行操作、控制和故障诊断。

2.RAM

RAM用来保存现场I／O信号、给定值、重要的中间运算结果和最终运算结果，其他单元通过控制管理网发送来的控制命令和文件，以及组态字和控制参数等。另外，RAM的一部分也是被组态好的程序运行的工作区。

3.ROM

ROM用来存放各种控制算法。DCS制造厂商为了满足用户的各种需要，把过程控制中可能用到的各种算法设计成标准化、模块化的子程序，这些子程序被称为标准算法模块或功能块。功能块通常有控制算法（PID、带死区PID和积分分离PID）、算术运算（加、减、乘、除、平方和开方）、逻辑运算（逻辑与、逻辑或、逻辑非和逻辑与非）、函数运算（一次滤波、正弦、余弦、X-Y函数发生器和超前-滞后），以及一些比较先进的算法（如史密斯预估、C语言接口、矩阵加、矩阵乘等）。ROM的功能块越多，用户编写应用程序（即组态）越方便。

4.EEPROM

EEPROM用于存放组态方案。不同的用户有不同的组态方案。组态时，用户根据工艺要求从库中选择出需要的功能块，填写参数后，把功能块连接起来形成控制方案，保存到EEPROM中。

5.通信网络

通信网络的结构形式有总线式、环形和星形。环形网络在逻辑上是环形的，星形网络只适用于小系统，它们一般采用广播式。其他一些协议方式已用得较少。通信网络的速率在10 Mbps和100 Mbps左右。

6.I／O站

I／O站由数块不同类型的I／O板（或模）组成，每一种I／O板有一个或多个I／O通道和与之相对应的端子板，可以视为过程控制站的一个功能部件。I／O板的类型主要有以下几种。(www.xing528.com)

（1）模拟量输入（AI）是4～20 mA的标准信号板和用以读取热电偶的毫伏信号板，占用4～16个通道。

（2）模拟量输出（AO）通常是4～20 mA的标准信号，一般占用4～8个通道。

（3）开关量输入（DI）可接收交流电压、直流电压或无源接点等类型的开关量信号，并具有光电隔离，占用16～32个通道。

（4）开关量输出（DO）可以提供OC门输出、双向可控硅输出、继电输出等开关量输出信号，占用8～16个通道。开关量输入和输出还分不同电压等级的板，如直流24 V、125 V，交流220 V或115 V等。

（5）脉冲量输入（PI）用于连接转速计、涡轮流量计、涡街流量计、罗茨流量计等产生脉冲量的测量仪表，占用4～8个通道。

（6）快速中断输入。

（7）HART协议输入板。

（8）现场总线I／O板。

每一块I／O板都接在I／O总线上。为了信号的安全和完整，信号在进入I／O板以前要进行整修，如上下限的检查、温度补偿、滤波，这些工作可以在端子板上完成，也可以分开完成，完成信号整修的板称为信号调理板。

3.2.1.2　过程控制站的功能

过程控制站具有过程数据采集、过程控制、设备监测、系统测试与诊断、实施安全性和冗余化措施的功能。

（1）过程数据采集是对现场设备的过程参数（模拟量和开关量）及现场设备的状态信息进行快速采集，为系统实现闭环控制、顺序控制、开环控制、设备监测、状态报告等提供必要的输入信息。

（2）过程控制是根据存放在EEPROM中的用户组态策略，对现场设备实施各种控制。

（3）设备检测是对所获得的过程参数和过程信息进行分析、处理和判断，并确定是否向高层传输以及是否对现场设备进行控制。

（4）系统测试与诊断是根据状态信息对计算机系统硬件和控制模件的性能（功能）进行判断，通过操作员站的自诊断画面、机柜及模件的故障指示灯和常规的光字牌显示（常用于DCS重要故障报警）等方式回报诊断信息。自诊断使运行人员和专业维护人员能及时发现DCS各环节的故障，并使故障局限在系统的特定部位，防止故障扩大并提高系统的可靠性。

（5）实施安全性和冗余化方面的技术措施是在发现计算机系统硬件或控制模件有故障时，自动实现备用模件的切换，以保证系统安全运行。