过程接口单元

1、第第5章章 过程接口单元过程接口单元PIUPIU - Process Interface Unit在具体的在具体的DCS中，数据采集装置有两种类型：中，数据采集装置有两种类型：分离型：数据采集装置是一个独立的单元或工作站，如分离型：数据采集装置是一个独立的单元或工作站，如TDC3000的的PIU集中型：系统的过程控制单元（集中型：系统的过程控制单元（PCU）中，具有数据采）中，具有数据采集功能，如美国贝雷公司的集功能，如美国贝雷公司的N-90过程接口单元功能：过程接口单元功能：以扫描方式以扫描方式采集采集各种过程数据，包括各种模拟量、数字各种过程数据，包括各种模拟量、数字量和脉冲量，经量和脉冲

2、量，经HW送到送到EOS或上位机以实现操作监视；或上位机以实现操作监视；或者将信号或者将信号输出输出至过程进行至过程进行DDC控制。控制。非控制功能的数非控制功能的数据采集任务据采集任务5.1 过程接口单元的分类过程接口单元的分类 过程接口单元过程接口单元根据接收信息的电平高低根据接收信息的电平高低和和本质安全要求本质安全要求的不同，分的不同，分以下以下3类。类。 1. 高电平过程接口单元高电平过程接口单元(HL-PIU) HL-PIU主要用于采集现场的主要用于采集现场的4-20mA或或1-5V的高电平信号。的高电平信号。除此以外，也具有数字输入除此以外，也具有数字输入/输出能力。输出能力。

3、2. 低电平过程接口单元（低电平过程接口单元（LL-PIU） LL-PIU主要用于采集热电偶、热电阻等主要用于采集热电偶、热电阻等mV级信号级信号 。 3. 低能量过程接口单元（低能量过程接口单元（LE-PIU） LE-PIU主要用于本质安全防爆系统，为远程多路传输的高电平主要用于本质安全防爆系统，为远程多路传输的高电平或低电平模拟输入提供终端和数据处理。或低电平模拟输入提供终端和数据处理。 三类三类PIU的性能比较如表的性能比较如表2.12所列所列5.2 过程接口单元的结构过程接口单元的结构 高电平过程接口单元和低电平过程接口单元都由高电平过程接口单元和低电平过程接口单元都由通用卡通用卡片文

4、件夹片文件夹（CCFA）和）和测点卡片文件夹测点卡片文件夹（PCFA）、）、24V DC电源电源以及以及接线端子板接线端子板、连接电缆等连接电缆等组成，装在一标准机组成，装在一标准机柜内。柜内。 通用卡文件夹（通用卡文件夹（CCFA）是）是PIU的的控制部分控制部分，由它完成，由它完成对数据的采集、处理、存储、报警和通讯。对数据的采集、处理、存储、报警和通讯。 三种类型的三种类型的PIU其其CCFA部分都类同。部分都类同。 PCFA完成采样、隔离、滤波等信息的完成采样、隔离、滤波等信息的预处理预处理，使来自现，使来自现场的模拟量、开关量以及数字频率信号变换成符号场的模拟量、开关量以及数字频率信

5、号变换成符号CCFA要要求的信号。求的信号。HL-PIU组成方框图组成方框图端子板端子板AIDI脉冲脉冲AODOI/O母线控制母线控制A/D变换变换微处理机微处理机 p通讯控制通讯控制（数据）（数据）数据高速公数据高速公路接口路接口HW数据库数据库工作存工作存储器储器RAM常数表常数表程序存程序存储器储器PROM冗余数据高速公路冗余数据高速公路CCFAPCFACCFA结构示意图结构示意图电电源源调调整整卡卡屏屏蔽蔽板板HW接口接口卡卡HW（DMA）接接口口卡卡PROM/RAM卡卡微微处处理理机机卡卡I/O控制控制器卡器卡（多（多路切路切换卡）换卡）A/D转转换器换器卡卡LE-PIU组组成成方方

6、框框图图 循环扫描循环扫描256点点 内部装有齐纳内部装有齐纳二极管安全栅，二极管安全栅，起隔离保护作用起隔离保护作用测点卡片输入信号一览表测点卡片输入信号一览表PIU的系统连接框的系统连接框图图CCFAPCFACCFAPCFA4500上位机上位机数据公路数据公路通信指挥通信指挥器器HTD操作站操作站1234HL-PIU1234LL-PIUCCFA缓缓冲冲箱箱MUX箱箱1MUX箱箱16主电缆主电缆备电缆备电缆危险区危险区LE-PIU* 优先存取优先存取线线 以以HL-PIU为例，电源一接通，便接收优先设备下载的为例，电源一接通，便接收优先设备下载的基本数据，以建立功能特性。基本数据，以建立功能

7、特性。 然后进行自诊断，无故障时即进入正常操作。然后进行自诊断，无故障时即进入正常操作。 1. 数字输出：瞬时、延时、锁定数字输出：瞬时、延时、锁定3种输出方式种输出方式 2. 数字输入：扫描周期数字输入：扫描周期0.25s 3. 脉冲输入：扫描周期脉冲输入：扫描周期0.25s 4. 模拟输出：模拟输出：4路路D/A，10bit，420mA 5. 模拟输入模拟输入 详见教材详见教材P595.3 PIU的工作原理的工作原理模拟输入的处理模拟输入的处理p合理化检查合理化检查n检查检查A/D转换是否在接到指令后进行变换或是否在规转换是否在接到指令后进行变换或是否在规定的时间内完成；定的时间内完成；n

8、如不进行或没完成，则如不进行或没完成，则PIU状态字就出现状态字就出现A/D故障代故障代码和不合理代码；码和不合理代码；n如如A/D过载（超出满量程），不会引起过载（超出满量程），不会引起A/D故障报警，故障报警，只是该读数不作进一步的处理。只是该读数不作进一步的处理。模拟信号模拟信号放大放大A/D转换转换合理化、规合理化、规格化、线性格化、线性化检查、平化检查、平滑处理等滑处理等更新数更新数据库据库模拟输入的处理模拟输入的处理p信号的规格化信号的规格化n将输入的电压信号线性地转换成与之相对应的数字量。将输入的电压信号线性地转换成与之相对应的数字量。n如线性输入信号如线性输入信号1-5V经规格

9、化后的值与经规格化后的值与247.03847.0相对相对应，则输入信号电压（应，则输入信号电压（V）与规格化结果（）与规格化结果（X）之间存在以下关）之间存在以下关系：系：p换算成工程单位：换算成工程单位：n上位机将规格化的现时值换算成工程单位值上位机将规格化的现时值换算成工程单位值Y。0 .24719000 .247)2473847(41VVX36. 00 .247BXMYM 数据库量程，数据库量程，正比于过程变量的量程正比于过程变量的量程B 数据库零位置，数据库零位置，正比于过程变量的零点正比于过程变量的零点模拟输入的处理模拟输入的处理p小数点小数点n用两位的四种不同编码用两位的四种不同编

10、码来表示小数点的位置。来表示小数点的位置。nD-附加因子附加因子p确定确定M和和BD代码小数点位置000YYYY0101YYY0Y210YY0YY311Y0YYYDDZEUBSEUM4410/360010/SEU-用工程单位表示的过程量程用工程单位表示的过程量程ZEU-用工程单位表示的过程零点用工程单位表示的过程零点工程单位换算举例工程单位换算举例p假定线性输入假定线性输入1V表示表示100M3/h，5V表示表示500M3/h，小数点选择为，小数点选择为D=1（ YYY0Y）pM和和B的计算如下：的计算如下：nM=（500-100）/ 104-1=400/1000=0.4nB=1003600/

11、 104-1=1003.6=360.0p如果传感器输入为如果传感器输入为3V，规格化的现时值为，规格化的现时值为nX=（3-1）3600/4+247.0=2047.0p转换为工程单位：转换为工程单位：nY=0.4（2047.0-247.0）+360 / 0.36=3000即即300.0模拟输入的处理模拟输入的处理p线性化线性化n对温度信号的非线性可用四次对温度信号的非线性可用四次曲线来校正：曲线来校正： n对具有平方型的非线性输入的对具有平方型的非线性输入的1-5V模拟输入信号，可进行模拟输入信号，可进行开方型线性化，校正公式为：开方型线性化，校正公式为：41100%VRT=A0+A1E+A2

12、E2+A3E3+A4E4 E 被校正的读数被校正的读数 A 常数，存放在常数，存放在ROM中中 R 结果值（用结果值（用%表示）表示） V 输入电压输入电压模拟输入的处理模拟输入的处理p平滑处理平滑处理n即用程序规定对测量值进行不同程序的即用程序规定对测量值进行不同程序的数字滤波数字滤波，以消，以消除输入信号的抖动。除输入信号的抖动。n计算公式：计算公式：当前处理值当前处理值=当前采样值当前采样值n%+前次处理值前次处理值（100-n）%n平滑系数平滑系数 n 的大小由代码设定。的大小由代码设定。p报警极限和显著变化限检查报警极限和显著变化限检查模拟输入的处理模拟输入的处理p热电偶开路检查热电

13、偶开路检查n测点在被切换之前，加一小电流通过模拟信号总线、测点在被切换之前，加一小电流通过模拟信号总线、MUX电路和变送器，如果通过外电路的压降超过正常电路和变送器，如果通过外电路的压降超过正常值，表明热电偶处于开路状态。值，表明热电偶处于开路状态。p热电偶的冷端补偿热电偶的冷端补偿n补偿热电偶法，补偿热电偶法，用一个专门的热电偶用一个专门的热电偶测量冷端温度进测量冷端温度进行温度补偿。行温度补偿。 如同多功能控制器一样，应用如同多功能控制器一样，应用PIU时亦需要组态，以确定时亦需要组态，以确定选用的选用的PIU类型，确定所用各类传感器的形式、扫描速率、类型，确定所用各类传感器的形式、扫描速

14、率、平滑系数、报警型号以及所需进行的其他输入处理等功能。平滑系数、报警型号以及所需进行的其他输入处理等功能。现以现以PIU模拟点为例加以说明。模拟点为例加以说明。 1. PIU模拟点组态字模拟点组态字 PIU模拟点组态字分四个，它们分别为模拟点组态字分四个，它们分别为CONF、CONF HI、CONF LO、以及、以及CONF HI LO。每位数字的。每位数字的代码含义如表代码含义如表2.14所示。所示。 2. PIU模拟点数据表模拟点数据表 像像MC组态一样，在确定组态字后还需要填写数据表，组态一样，在确定组态字后还需要填写数据表，PIU模拟点数据表如表模拟点数据表如表2.15所示。所示。5

15、.4 PIU的组态的组态PIU模模拟拟点点组组态态字字实际的滤波时间常数是：实际的滤波时间常数是：TF = Ts（1-Smc）TF：滤波时间：滤波时间Ts：扫描周期：扫描周期Smc：所选平滑系数：所选平滑系数0. 05.PIU模模拟拟点点组组态态字字无输入无输入小数点小数点0 xxxx.1 xxx.x2 xx.xx3 x.xxxHIPIU模模拟拟点点组组态态字字无输入报警形式报警形式0 PV1 偏差偏差LOPIU模模拟拟点点组组态态字字无输入HL-PIU0 1 HILOLE-PIU，LL-PIU0 允许热电偶开路检查允许热电偶开路检查1 不不允许热电偶开路检查允许热电偶开路检查PIU模模拟拟点

16、点数数据据表表PIU模模拟拟点点数数据据表表PIU输输入入敏敏感感元元件件形形式式PIU输入输入敏感敏感元件元件形式形式 PIU在生产应用中突出的作用是能将采集来的信在生产应用中突出的作用是能将采集来的信息报告给系统中的优先设备（上位机或操作站），息报告给系统中的优先设备（上位机或操作站），以供人们对工厂的非控参数进行观察和监视。以供人们对工厂的非控参数进行观察和监视。 1、PIU报告的类型报告的类型 过程接口单元报告的内容过程接口单元报告的内容一般分为一般分为测点的一般测点的一般情况情况、状态变化情况状态变化情况以及以及报警情况报警情况等，所以等，所以报告的报告的类型类型也分为也分为一般报告

17、一般报告、变化报告变化报告和和报警报告报警报告。5.5 PIU的报告功能的报告功能 （1）一般报告）一般报告 当当PIU接到上位机发来的请求某种一般报告的指令后，接到上位机发来的请求某种一般报告的指令后，就会将一般信息收集到一份报告中，存放于就会将一般信息收集到一份报告中，存放于“一般报告缓冲一般报告缓冲器器”中。中。PIU的一般报告缓冲器中一旦有了信息，它就会响的一般报告缓冲器中一旦有了信息，它就会响应询问（应询问（POLL），作出一定应答，并在被呼叫（），作出一定应答，并在被呼叫（CALL-UP）时将报告送到优先设备。）时将报告送到优先设备。 一般报告中的内容包括现时模拟输入、模拟输入报警

18、摘一般报告中的内容包括现时模拟输入、模拟输入报警摘要、现时数字输入状态、现时或存储的计数器值、各多路切要、现时数字输入状态、现时或存储的计数器值、各多路切换箱的冷端摘要、输入跟踪字摘要等。换箱的冷端摘要、输入跟踪字摘要等。 （2）变化报告）变化报告 变化报告的内容是数字输入点变化、模拟输入点变化、变化报告的内容是数字输入点变化、模拟输入点变化、数字点的状态、模拟输入点报警。数字点的状态、模拟输入点报警。 （3）报警报告）报警报告 报警报告的内容是来自报警报告的内容是来自SOE（事件时序）板的新的数字（事件时序）板的新的数字状态和时间、计数点卡的计数器溢出、点卡上的硬件故障报状态和时间、计数点卡

19、的计数器溢出、点卡上的硬件故障报警、模拟输入点状态改变。警、模拟输入点状态改变。 2、报告过程、报告过程PIU在对数据自动进行采集、检查、处理、存储后，等在对数据自动进行采集、检查、处理、存储后，等待上位机和操作站对它的询问和呼叫。待上位机和操作站对它的询问和呼叫。当上位机发出一专用指令，请求当上位机发出一专用指令，请求PIU建立一份特殊规格建立一份特殊规格的一般报告或变化报告时（报警报告是自动收集的，故的一般报告或变化报告时（报警报告是自动收集的，故无需请求），无需请求），PIU的的HW接口确认接口确认HW通讯，将上位机通讯，将上位机的请求指令传送到的请求指令传送到RAM中的请求缓冲器，供中的请求缓冲