第八讲 DCS控制器中的功能块 DCS不仅能完成原来模拟仪表的功能，而且大大超过模拟仪表。这是因为它采用了先进的计算机技术、通讯技术、CRT技术和控制技术等4C技术.采用数字控制以后，控制器中预先存到ROM中的算法可以说是无限的，每一种算法代表一种功能。这些功能在模拟仪表中是用模拟线路来实现的，它受到模拟线路的漂移、电阻、电容等器件的限制，作一个精度很高的模拟仪表成本很高，甚至几乎是不可能的。而数字控制的算法是用程序实现的。用程序来代替模拟线路所能实现的功能。在理论上是无限的，这是很大的进步。对于各种DCS系统其原理都是一样的。通常称各种算法为功能块。功能块的总成称为功能块库。 DCS的控制器主要是由CPU、ROM、RAM、E2PROM、地址设定开关等组成。CPU完成运算，ROM用来存操作系统、功能块库，功能块在ROM中的排列是确定的，用户是不能改变的。RAM用来存CPU的运算结果和I/O信号。E2PROM存用功能块连成的控制方案。下电时，控制方案是不会丢失的。不仅如此，控制方案不合适，还可以修改。修改采用紫外线照射，抹去E2PROM中的内容。控制器在网络中应该有地址，由这些地址开关来设定。功能块在ROM中的排列有的DCS称这种排列为功能码。码的次序就是功能块在库中的地址。各种厂家的DCS对运算算法的处理有些差异，所以名称也不一样。如有的DCS称这些算法为内部仪表，但其实质都是一段程序，本质是一样的。在运用这些功能块时，应该标明该功能块输入输出之间运算的关系，还有运算所需要的许多参数。在用户根据被控对象，确定控制策略形成控制方案时，在功能块库中选择控制用所需要的功能块，弄清各功能块之间的联接关系，并首先定义它在E2PROM中的地址，和其它功能块的联系也都是用地址来表示的。同时填入所需参数。这些工作称为组态，这是为了区别于用语言编程。组态时，可以用作图的方式，即CAD方式。作CAD有一个软件，可以画出每一个控制回路所需的功能块以及它们之间的连接关系。它称为工程师站。用它给控制器组态。组态时，先画出SAMA图或ISA图。在用小功能块时，画SAMA图、大功能块时，画ISA图。 功能块库中最重要的功能块是PID功能块，它的输出Y(t)和输入X(t)的关系是比例-积分-微分关系，即 它在过程控制中有极其重要的作用。在完成闭环控制时一定要用到PID功能块。闭环控制的一个控制回路和串级控制回路的方框图如图一，图二所示，图三和图四是Infi90的组态图。 含PV-SP的PID功能块是实现过程变量（PV）和设定值（SP）之差进行比例-积分-微分运算，它的参数有设定、过程变量、比例-积分-微分的系数。它的输出通常送到输出板的端子板的地址。最后把输出送给阀门。一般情况下，PID功能块中包括PV-SP的运算。有的PID功能块没有SP和PV的减法运算，这是为了在PID之前还可以加入其它运算。如加死区。在功能块库中另外一个重要功能块是站功能块，它不能用数学公式表示输入和输出的直接关系，它是实现人机交流的功能块，把由人决定的设定值送给控制回路，并送进控制回路何时接入的条件和实现手/自动切换的条件等。 有的DCS的PID功能块几乎是包罗万象的，有100多个参数。1，首先问PV从那里来，要填入PV的地址；PV值来自一块模拟输入模件或端子板；2，SP的地址，SP的地址通常是站的地址；3，有没有死区，没有死区，这一项就不用管了，有死区，要写入死区的宽度和高度；4，要不要积分，要积分，积分常数是多少，5，要不要微分，要微分，微分常数是多少；6，比例是多少；7，要不要死区，如果要，需输入死区宽度，死区的高度。8， 要不要史密斯预估，如果要，就要填写史密斯预估器的参数；9，PID功能块的输出到那里，如输到模拟输出模件或端子板的功能块。其输出是真正到阀门。输出也可以到存储器中，但要规定一个地址。这时PID功能块的输出成为另一块功能块的输入。如串级控制，第一个PID的输出是第二个PID的设定，这时PV有二个，也用二个站功能块，但只有一个站功能块有手/自切换关系。手操站和操作站直接与该功能块通讯，其优先权手操站高于操作站。 算术运算加、减、乘、除，平方、开方等DCS是必不可少的。其次是函数运算，三角几何运算，矩阵运算，C语言接口和Basic语言接口功能块等。与硬件连接的功能块，如读取模拟和开关输入的功能块，模拟和开关输出的功能块，从网上读取模拟量和开关量的功能块，送到网上的模拟量和开关量的功能块。 作为一个DCS控制器，必须具备的功能块有：与硬件连接的功能块通常是4块，这与输入板的类型有关；包括模拟量输入功能块、模拟量输出功能块、开关量输入功能块、开关量输出功能块。每一个功能块必须与特定的端子板连接在一起。如果有接收现场总线的信号，还需要接收现场总线信号的功能块。另外有4块与网络相连的功能块。他们分别是：模拟量网络输入、模拟量网络输出、开关量网络输入、开关量网络输出。其次是PID功能块、站功能块，再其次是算术运算（加、减、乘、除）。然后才是函数运算（一次滤波、超前-滞后、二维曲线等）、三角几何运算（正弦、余弦、正切、余切等）和三维矩阵运算。一些高级运算，如模糊逻辑，模型控制等是可多可少的，但它们是判断DCS系统功能强弱的标准。至于一些行业的被控对象功能必须有一些特殊的硬件支持，如：电厂的SOE功能，必需有快速中断的硬件输入板。 为了增加控制器的I/O点数和增加控制器到现场的距离，可以把现场总线和控制器连接，如lonworks总线，这时控制器内应该有连接lonworks时的功能块。Lonworks总线上的模块有独立的输入输出板和运算板，在运算板中还有少量的功能块。