本章講述現(xiàn)場(chǎng)控制站（FCS）的特點(diǎn)和過(guò)程的電子控制功能，同時(shí)也介紹系統(tǒng)的通訊功能。

目         錄

5.1 關(guān)鍵詞條 1
5.2 特點(diǎn) 2
5.3 儀表—電氣控制功能（IE控制功能） 3
5.3.1 特點(diǎn) 3
5.3.2 控制區(qū) 4
5.3.3 控制圖 4
5.3.4 功能塊 6
5.3.5 子系統(tǒng)的一體化功能 7
5.4 FCS的功能結(jié)構(gòu) 9
5.4.1 基本控制功能 11
5.4.2 批量控制功能 11
5.4.3 用戶編程功能 11
5.5 應(yīng)用容量 12

5.1 關(guān)鍵詞條
    下列各條為本章中將研究的內(nèi)容.
（1）控制區(qū) 5.3
（2）控制圖 5.3
（3）功能塊 5.3
（4）調(diào)節(jié)控制塊 5.3
（5）運(yùn)算塊 5.3
（6）順序控制塊 5.3
（7）應(yīng)用容量 5.5

5.2 特點(diǎn)
FCS是新一代的控制站，是一種集成化的過(guò)程控制系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和指控制系統(tǒng)。FCS的控制功能和硬件有以下特點(diǎn)：
使用“成對(duì)和互備”技術(shù)構(gòu)成容錯(cuò)系統(tǒng)。
遠(yuǎn)程I/O單元減少了現(xiàn)場(chǎng)電纜用量。
與橫河的常規(guī)系統(tǒng)相比，應(yīng)用容量和計(jì)算能力成倍的增加。
批控制功能符合ISA SP88標(biāo)準(zhǔn)。

圖5.1  FCS的功能組成

FCS的過(guò)程控制功能包括下列內(nèi)容：
調(diào)節(jié)控制功能
計(jì)算功能
順序控制功能 
 組合這些功能就能實(shí)現(xiàn)高級(jí)控制功能.

5.3 儀表—電氣控制功能（IE控制功能）
5.3.1 特點(diǎn)
FCS的過(guò)程控制功能有以下特點(diǎn)：
（1）組態(tài)以結(jié)構(gòu)式和層次式方法實(shí)現(xiàn)。
FCS的功能為一種分級(jí)的結(jié)構(gòu)組合，可分為控制區(qū)、控制圖和功能塊。這可使大規(guī)模復(fù)雜控制應(yīng)用時(shí)的工程作業(yè)變得容易。圖5.2顯示了控制功能的結(jié)構(gòu)。
FCS控制功能的結(jié)構(gòu)可用一個(gè)工廠的組織系統(tǒng)來(lái)比擬說(shuō)明，這里FCS代表生產(chǎn)部，控制區(qū)就是生產(chǎn)車間，控制圖為生產(chǎn)機(jī)組，而功能塊就為單個(gè)的生產(chǎn)設(shè)備。每個(gè)控制區(qū)、控制圖或功能塊內(nèi)的功能可以設(shè)定、增加或變更。

Control area:控制區(qū)； Control drawing:控制圖； Function block:功能塊
      圖5.2  結(jié)構(gòu)式的控制功能

控制區(qū) ：控制是一個(gè)各種控制功能的集合體，可以認(rèn)為是FCS中的虛擬控制站，每個(gè)控制區(qū)工程和維護(hù)工作可作為一個(gè)獨(dú)立單元進(jìn)行。
控制圖：兩個(gè)或多個(gè)功能塊組成的較小的功能集合。例如，一臺(tái)反應(yīng)器溫度的串級(jí)控制，燃燒中空氣--燃料的比例控制均可定義為一個(gè)控制圖。
功能塊：功能塊是完成控制運(yùn)算的最小單元。常規(guī)控制運(yùn)算，順序控制運(yùn)算(順控表、邏輯圖等)可以用這種方法來(lái)說(shuō)明。

（2）所有信號(hào)均可表示為工程單位數(shù)據(jù)。
由于系統(tǒng)中只使用工程單位數(shù)據(jù)，無(wú)需刻度因子，這大大減少了工程作業(yè)時(shí)間。

（3）FCS中 使用浮點(diǎn)運(yùn)算算法
由于數(shù)據(jù)用浮點(diǎn)運(yùn)算法處理，能夠提高精度，消除運(yùn)算誤差。即便在復(fù)雜的校正運(yùn)算中也如此。

圖5.3   控制區(qū)和控制圖舉例

5.3.4 功能塊
 （1）常規(guī)控制塊
常規(guī)控制塊是這樣的一種功能塊，它使用一次模擬過(guò)程測(cè)量值，進(jìn)行處理運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)過(guò)程監(jiān)督和控制。

 （2）運(yùn)算塊
運(yùn)算塊為完成常規(guī)控制或順序控制功能作用的功能塊。有些塊也直接用于模擬或接點(diǎn)信號(hào)的一般用途的計(jì)算。

（3）順序控制塊
順序控制塊為執(zhí)行一般目的的、回路設(shè)備級(jí)水平的順序控制的功能塊，如進(jìn)行聯(lián)鎖順序控制、過(guò)程監(jiān)督順序控制等。

Communication protocol:通訊設(shè)備(子系統(tǒng))   chromatograph:氣相色譜儀
                    圖5.4   FCS與子系統(tǒng)的連接

（2）通訊軟件包
FCS有與其他先進(jìn)制造廠生產(chǎn)的子系統(tǒng)的通訊軟件包。使用這類軟件包，用戶可進(jìn)行各主要PLS產(chǎn)品與FCS間的通訊，無(wú)需任何編程。
可提供與下列各子系統(tǒng)的通訊軟件包：
橫河生產(chǎn)的PLC（FA500）
橫河生產(chǎn)的GC8系列氣相色譜儀
三菱電機(jī)生產(chǎn)的PLC
安川電機(jī)生產(chǎn)的PLC
立石（歐姆龍）公司生產(chǎn)的PLC
經(jīng)MODBUS總線連接的PLC
隨需要的增加，將提供其他通訊軟件包。

（3）電氣控制子系統(tǒng)
各種電氣控制的子系統(tǒng)可連接到電氣控制用的遠(yuǎn)程總線上。這些子系統(tǒng)主要有：
馬達(dá)控制中心
變速電機(jī)控制裝置
遠(yuǎn)程I/O系統(tǒng)等。

5.4 FCS的功能結(jié)構(gòu)
FCS控制功能結(jié)構(gòu)如下面系統(tǒng)圖所示。
FCS控制功能的設(shè)計(jì)方便于最佳控制系統(tǒng)的組態(tài)。這種最佳系統(tǒng)應(yīng)適用于現(xiàn)今廣泛領(lǐng)域內(nèi)的各級(jí)水平的控制。

圖5.5 FCS功能結(jié)構(gòu)

FCS能提供三種類型的控制功能。
基本控制功能
批量控制功能
用戶編程功能

圖5.6為ISA SP88生產(chǎn)模式與上述控制功能相配關(guān)系圖?；究刂乒δ芗礊楸举Y料中詳細(xì)講述的功能（ISA SP88為批量控制系統(tǒng)，其標(biāo)準(zhǔn)由美國(guó)儀表學(xué)會(huì)提出*）

圖5.6 FCS控制功能的定位

譯注：美國(guó)儀表學(xué)會(huì)（Instrument Society of America)現(xiàn)已改名為美國(guó)國(guó)際儀表與控制學(xué)會(huì)（International Society for Measurement & Central）不過(guò)仍用ISA標(biāo)志。

5.4.1 基本控制功能
基本控制功能為回路設(shè)備用的控制功能，它是過(guò)程控制的基礎(chǔ)。其塊式組合可于機(jī)組級(jí)水平的控制.按控制模式定義，基本控制可分成兩種類型：常規(guī)調(diào)節(jié)/離散控制和順序控制。
在基本控制功能中，組成控制系統(tǒng)的基本元件稱功能塊，每一個(gè)功能塊都有其表示最小控制單元的特性，自由地組合和連接這些功能塊可構(gòu)成各種調(diào)節(jié)系統(tǒng)。各種類型的功能塊如調(diào)節(jié)功能塊，順序控制功能塊，運(yùn)算塊都 在基本控制的范圍內(nèi)。調(diào)節(jié)控制和順序控制均可通過(guò)特定結(jié)構(gòu)功能塊組合完成。

5.4.2 批量控制功能
批控制功能完成批管理或配方管理，使用為批量順序控制應(yīng)用而開(kāi)發(fā)的SEBOL（Sequence and Batch Oriented language）語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)的。SEBOL為一種順序控制和批量控制用的算法，它在編程中有很高的自由度，它能將批量控制功能用在調(diào)節(jié)控制中，同時(shí)它提供了一般順序控制和批控制功能連接的解決方法。

5.4.3 用戶編程功能
用戶編程功能提供了一個(gè)一體化的編程環(huán)境。在這個(gè)環(huán)境下，可建立滿足用戶要求的控制系統(tǒng)。此外，還提供 了運(yùn)行時(shí)間環(huán)境，以運(yùn)行所編程序。編程環(huán)境支持用戶程序開(kāi)發(fā)任務(wù)的全過(guò)程，包括設(shè)計(jì)、調(diào)校和試驗(yàn)。
用戶編程功能有助于完成非常規(guī)的控制功能，如一群設(shè)備的高級(jí)控制，用戶自定義控制或與包括編程序邏輯控制器在內(nèi)的子秕的相關(guān)控制。

5.5 應(yīng)用容量
表5.1所示為FCS的應(yīng)用容量.

表5.1 應(yīng)用容量

表中的數(shù)字是位于1號(hào)站中可寫入的綜合開(kāi)關(guān)的最大數(shù)量，一個(gè)系統(tǒng)最多可設(shè)定4,096點(diǎn)。
**每一個(gè)控制區(qū)存貯位置在生成時(shí)指定。
 
標(biāo)準(zhǔn)容量：
每種應(yīng)用條件下的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量，如一秒鐘掃描周期，在標(biāo)準(zhǔn)容量下執(zhí)行每種功能時(shí)的數(shù)量。注意過(guò)程I/O接點(diǎn)數(shù)受I/O模件實(shí)裝數(shù)量的限制。

zui大容量
每種控制功能都可以擴(kuò)展超過(guò)其容量至某個(gè)最大值，在種情況下，其他功能用量可能受限制，小于他的標(biāo)準(zhǔn)容量。
擴(kuò)展FCS比標(biāo)準(zhǔn)FCS可執(zhí)行更多的控制功能，但在其他使用能力上，與標(biāo)準(zhǔn)FCS相比, 就有一些限制。