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FCS
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第五章
FCS控制功能概述
5.3.2 控制區
所謂控制區指在工廠中一大型需控制的有一定名稱的部分（如反應器組，蒸餾塔組，加熱爐組等）。一臺FCS最多可定義8個控制區。
工程和維修作業可以以一個控制區為基礎完成。
下列操作以控制區為單位進行：
控制功能的裝入和貯存
生成操作
測試操作
控制的啟動或停止
這說明一個控制區內的工程作業并不影響與它沒有信號通訊的其他控制區。
提高了工程作業效率
8個控制區的工程作業可獨立地同時進行。一個控制區中的應用軟件可重復使用。例如，用戶為兩個蒸餾塔B和創建兩控制區，可借助拷貝和部分修改蒸餾塔A的控制區來實現。
所謂控制圖為兩或多個功能塊組成的控制功能的一個組合。將過程設備的一部分控制功能劃成一個控制圖，可簡化工程和維護作業。控制圖允許用戶決定以車間范圍和作業種類進行監控（劃分報警），也可以設備為基礎建立控制系統。控制圖的特點歸結如下：
在控制圖中調節控制功能塊的順序控制用功能塊兩者可結合在一起。
控制圖可自由地與其他控制圖通訊。一個控制圖的功能塊中的信號可以自由地與其他控制圖的功能塊進行I/O連接，就象在當前控制中進行I/O連接一樣。
提高了工程作業的效率
一個控制圖中的回路組合的功能塊組可登記為一個“模式”或“部件”，用拷貝和部分修改的辦法用戶可重復使用它們。
5.3.5 子系統的一體化功能
當今，可編程序邏輯控制器（PLC）在設備和大型電動機的自動化和監測方面已經有了大量的應用。此外，帶有微處理器的分析設備、稱重儀器和其他測量儀表比那些使用模擬和接點信號儀的設備具有更好的數據通訊能力。通過與這些子系統的通訊，FCS集成自己的控制功能和子系統，得到一體化的控制。FCS采用公共用途的RS-232C，RS-422或RS-485接口。國際標準的現場總線現在正在標準化研究之中，一旦標準化被通過，它也將為FCS所支持。
（1）與子系統的連接
子系統能和FCS節點（在I/O處理部分）的通訊模件相連接。FCS提供了3類通訊模件：
RS-232通訊模件
S-422通訊模件
RS-485通訊模件
圖5.4為FCS與子系統相連接的例子
FCS控制功能概述
本章講述現場控制站（FCS）的特點和過程的電子控制功能，同時也介紹系統的通訊功能。
目 錄
5.1 關鍵詞條 1
5.2 特點 2
5.3 儀表—電氣控制功能（IE控制功能） 3
5.3.1 特點 3
5.3.2 控制區 4
5.3.3 控制圖 4
5.3.4 功能塊 6
5.3.5 子系統的一體化功能 7
5.4 FCS的功能結構 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 應用容量 12
5.1 關鍵詞條
下列各條為本章中將研究的內容.
（1）控制區 5.3
（2）控制圖 5.3
（3）功能塊 5.3
（4）調節控制塊 5.3
（5）運算塊 5.3
（6）順序控制塊 5.3
（7）應用容量 5.5
5.2 特點
FCS是新一代的控制站，是一種集成化的過程控制系統，計算機系統和指控制系統。FCS的控制功能和硬件有以下特點：
使用“成對和互備”技術構成容錯系統。
遠程I/O單元減少了現場電纜用量。
與橫河的常規系統相比，應用容量和計算能力成倍的增加。
批控制功能符合ISA SP88標準。
圖5.1 FCS的功能組成
FCS的過程控制功能包括下列內容：
調節控制功能
計算功能
順序控制功能
組合這些功能就能實現高級控制功能.
5.3 儀表—電氣控制功能（IE控制功能）
5.3.1 特點
FCS的過程控制功能有以下特點：
（1）組態以結構式和層次式方法實現。
FCS的功能為一種分級的結構組合，可分為控制區、控制圖和功能塊。這可使大規模復雜控制應用時的工程作業變得容易。圖5.2顯示了控制功能的結構。
FCS控制功能的結構可用一個工廠的組織系統來比擬說明，這里FCS代表生產部，控制區就是生產車間，控制圖為生產機組，而功能塊就為單個的生產設備。每個控制區、控制圖或功能塊內的功能可以設定、增加或變更。
Control area:控制區； Control drawing:控制圖； Function block:功能塊
圖5.2 結構式的控制功能
控制區 ：控制是一個各種控制功能的集合體，可以認為是FCS中的虛擬控制站，每個控制區工程和維護工作可作為一個獨立單元進行。
控制圖：兩個或多個功能塊組成的較小的功能集合。例如，一臺反應器溫度的串級控制，燃燒中空氣--燃料的比例控制均可定義為一個控制圖。
功能塊：功能塊是完成控制運算的最小單元。常規控制運算，順序控制運算(順控表、邏輯圖等)可以用這種方法來說明。
（2）所有信號均可表示為工程單位數據。
由于系統中只使用工程單位數據，無需刻度因子，這大大減少了工程作業時間。
（3）FCS中 使用浮點運算算法
由于數據用浮點運算法處理，能夠提高精度，消除運算誤差。即便在復雜的校正運算中也如此。
所謂控制區指在工廠中一大型需控制的有一定名稱的部分（如反應器組，蒸餾塔組，加熱爐組等）。一臺FCS最多可定義8個控制區。
工程和維修作業可以以一個控制區為基礎完成。
下列操作以控制區為單位進行：
控制功能的裝入和貯存
生成操作
測試操作
控制的啟動或停止
這說明一個控制區內的工程作業并不影響與它沒有信號通訊的其他控制區。
提高了工程作業效率
8個控制區的工程作業可獨立地同時進行。一個控制區中的應用軟件可重復使用。例如，用戶為兩個蒸餾塔B和創建兩控制區，可借助拷貝和部分修改蒸餾塔A的控制區來實現。
所謂控制圖為兩或多個功能塊組成的控制功能的一個組合。將過程設備的一部分控制功能劃成一個控制圖，可簡化工程和維護作業。控制圖允許用戶決定以車間范圍和作業種類進行監控（劃分報警），也可以設備為基礎建立控制系統。控制圖的特點歸結如下：
在控制圖中調節控制功能塊的順序控制用功能塊兩者可結合在一起。
控制圖可自由地與其他控制圖通訊。一個控制圖的功能塊中的信號可以自由地與其他控制圖的功能塊進行I/O連接，就象在當前控制中進行I/O連接一樣。
提高了工程作業的效率
一個控制圖中的回路組合的功能塊組可登記為一個“模式”或“部件”，用拷貝和部分修改的辦法用戶可重復使用它們。
圖5.3 控制區和控制圖舉例
5.3.4 功能塊
（1）常規控制塊
常規控制塊是這樣的一種功能塊，它使用一次模擬過程測量值，進行處理運算，實現過程監督和控制。
（2）運算塊
運算塊為完成常規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信號的一般用途的計算。
（3）順序控制塊
順序控制塊為執行一般目的的、回路設備級水平的順序控制的功能塊，如進行聯鎖順序控制、過程監督順序控制等。
當今，可編程序邏輯控制器（PLC）在設備和大型電動機的自動化和監測方面已經有了大量的應用。此外，帶有微處理器的分析設備、稱重儀器和其他測量儀表比那些使用模擬和接點信號儀的設備具有更好的數據通訊能力。通過與這些子系統的通訊，FCS集成自己的控制功能和子系統，得到一體化的控制。FCS采用公共用途的RS-232C，RS-422或RS-485接口。國際標準的現場總線現在正在標準化研究之中，一旦標準化被通過，它也將為FCS所支持。
（1）與子系統的連接
子系統能和FCS節點（在I/O處理部分）的通訊模件相連接。FCS提供了3類通訊模件：
RS-232通訊模件
S-422通訊模件
RS-485通訊模件
圖5.4為FCS與子系統相連接的例子
Communication protocol:通訊設備(子系統) chromatograph:氣相色譜儀
圖5.4 FCS與子系統的連接
（2）通訊軟件包
FCS有與其他先進制造廠生產的子系統的通訊軟件包。使用這類軟件包，用戶可進行各主要PLS產品與FCS間的通訊，無需任何編程。
可提供與下列各子系統的通訊軟件包：
橫河生產的PLC（FA500）
橫河生產的GC8系列氣相色譜儀
三菱電機生產的PLC
安川電機生產的PLC
立石（歐姆龍）公司生產的PLC
經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
各種電氣控制的子系統可連接到電氣控制用的遠程總線上。這些子系統主要有：
馬達控制中心
變速電機控制裝置
遠程I/O系統等。
5.4 FCS的功能結構
FCS控制功能結構如下面系統圖所示。
FCS控制功能的設計方便于最佳控制系統的組態。這種最佳系統應適用于現今廣泛領域內的各級水平的控制。
圖5.5 FCS功能結構
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生產模式與上述控制功能相配關系圖。基本控制功能即為本資料中詳細講述的功能（ISA SP88為批量控制系統，其標準由美國儀表學會提出*）
圖5.6 FCS控制功能的定位
譯注：美國儀表學會（Instrument Society of America)現已改名為美國國際儀表與控制學會（International Society for Measurement & Central）不過仍用ISA標志。
5.4.1 基本控制功能
基本控制功能為回路設備用的控制功能，它是過程控制的基礎。其塊式組合可于機組級水平的控制.按控制模式定義，基本控制可分成兩種類型：常規調節/離散控制和順序控制。
在基本控制功能中，組成控制系統的基本元件稱功能塊，每一個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成各種調節系統。各種類型的功能塊如調節功能塊，順序控制功能塊，運算塊都 在基本控制的范圍內。調節控制和順序控制均可通過特定結構功能塊組合完成。
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用而開發的SEBOL（Sequence and Batch Oriented language）語言實現的。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節控制中，同時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一體化的編程環境。在這個環境下，可建立滿足用戶要求的控制系統。此外，還提供 了運行時間環境，以運行所編程序。編程環境支持用戶程序開發任務的全過程，包括設計、調校和試驗。
用戶編程功能有助于完成非常規的控制功能，如一群設備的高級控制，用戶自定義控制或與包括編程序邏輯控制器在內的子秕的相關控制。
5.5 應用容量
表5.1所示為FCS的應用容量.
表5.1 應用容量
表中的數字是位于1號站中可寫入的綜合開關的最大數量，一個系統最多可設定4,096點。
**每一個控制區存貯位置在生成時指定。
標準容量：
每種應用條件下的標準數量，如一秒鐘掃描周期，在標準容量下執行每種功能時的數量。注意過程I/O接點數受I/O模件實裝數量的限制。
zui大容量
每種控制功能都可以擴展超過其容量至某個最大值，在種情況下，其他功能用量可能受限制，小于他的標準容量。
擴展FCS比標準FCS可執行更多的控制功能，但在其他使用能力上，與標準FCS相比, 就有一些限制。