現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)與常規(guī)控制系統(tǒng)在系統(tǒng)構(gòu)成、功能和控制策略等方面有許多類似之處。下面以鍋爐汽包水位的三沖量系統(tǒng)為例，介紹現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的設計。
圖6—43所示
的汽包水位的三沖量控制系統(tǒng)方案是經(jīng)常被采用的經(jīng)典控制方案，它把與水位控制相關(guān)的三個主要因素，即水位、給水流量和蒸汽流量，都引入控制系統(tǒng)作為控制計算的依據(jù)。
在系統(tǒng)方案選定后，接下來的設計還有：
1)根據(jù)系統(tǒng)方案選擇必需的現(xiàn)場智能儀表。
該三沖量水位控制系統(tǒng)需要液位、蒸汽流量和給水流量三個變送器和一個給水調(diào)節(jié)閥。現(xiàn)場總線系統(tǒng)中實現(xiàn)阻尼、開方、加減和PID計算等功能完全靠嵌入在現(xiàn)場變送器和執(zhí)行器中的功能軟件實現(xiàn)。
2)選擇計算機與網(wǎng)絡配件。為滿足現(xiàn)場智能設備組態(tài)、運行和操作的需求，一般還需選擇一臺或多臺能與現(xiàn)場總線網(wǎng)段連接的計算機，方法之一是采用插接在PC機總線插槽中的現(xiàn)場總線PcI卡，把現(xiàn)場總線網(wǎng)段直接與Pc機相連。另一種流行的配置方法是設計某種通信控制器，其一側(cè)與現(xiàn)場總線網(wǎng)段連接，另一側(cè)按Pc機聯(lián)網(wǎng)方式，以完成現(xiàn)場總線網(wǎng)段與Pc機間的信息交換。該控制系統(tǒng)兩種方法的硬件配置如圖6—44所示。
為優(yōu)化通信，減少信號的往返傳遞，盡可能將信號相關(guān)的現(xiàn)場設備就近安放在同一總段上。此外，采用PLc時可與現(xiàn)場總線網(wǎng)段接口，使PLc成為現(xiàn)場總線網(wǎng)段的節(jié)點成員。
現(xiàn)場總線網(wǎng)段作為工廠底層網(wǎng)絡，還要考慮與其他層次網(wǎng)段間的連接和數(shù)據(jù)交換。
3)選擇開發(fā)組態(tài)軟件、控制操作的人機接口軟件�，F(xiàn)場總線作為開放系統(tǒng)，希望軟件盡可能擺脫專用軟件的束縛，走上規(guī)范、開放的軟件平臺。鑒于硬件采用了Pc機，因而windows系列的應用軟件資源不可棄之一旁。同時，選擇中要注意人機接口軟件平臺的開放性，要能與多個應用軟件共享數(shù)據(jù)信息。
組態(tài)軟件是現(xiàn)場總線系統(tǒng)中的特色軟件，它要完成下列任務：①在應用軟件的界面上選中所連接的現(xiàn)場總線設備；②對所選設備分配位號；③從設備的功能庫中選擇功能塊；④實現(xiàn)功能塊鏈接；⑤按應用要求為功能塊賦予特征參數(shù)；⑥對現(xiàn)場設備下載組態(tài)信息。組態(tài)軟件一般采用窗口式軟件。
4)根據(jù)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和控制策略所需功能塊以及智能現(xiàn)場設備具備的功能塊庫的條件，分配功能塊所在位置。
具體到三沖量水位控制系統(tǒng)，功能塊分配方案如下：①汽包液位變送器內(nèi)，選用AI模擬輸入功能塊、主調(diào)節(jié)器PID功能塊；②給水流量變送器內(nèi)，選用AI模擬輸入功能塊、求和算法功能塊；③蒸汽流量變送器內(nèi)，選用AI模擬輸入功能塊；④閥門定位器內(nèi)，選用副調(diào)節(jié)器PID功能塊、AO輸出功能塊，并實現(xiàn)現(xiàn)場總線信號一調(diào)節(jié)閥門的氣壓轉(zhuǎn)換。一般，現(xiàn)場總線功能塊的選用可以任意，因此現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的設計具有較大柔性。
5)通過組態(tài)軟件，完成功能塊之間的連接。
按三沖量控制系統(tǒng)框圖和功能塊分配方案，功能塊組態(tài)連接如圖6—45所示。
圖中虛線表示物理設備，實線內(nèi)表示功能塊，實線內(nèi)標有位號和功能塊名稱。其中，水位變送器的位號為FTl01，蒸汽、給水變送器的位號分別為FTl02、FTl03，給水調(diào)節(jié)閥的位號為FAVl01。BK—CAL IN、BK—CAL OUT分別表示閥位反饋信號的輸入與輸出；CAS．IN表示串級輸入。實行組態(tài)時，只需在窗口式圖形界面上選擇相應設備中的功能塊，在功能塊的輸入輸出間簡單連線，便可建立起信號傳遞通道，完成控制系統(tǒng)的連接組態(tài)。
6)通過功能塊的特征化，為每個功能塊確定相應參數(shù)。
圖6—46為給水流量測量變送器的AI功能塊，可通過組態(tài)決定其AI功能塊的特征參數(shù)，如測量輸入范圍、輸出量程、工程單位、濾波時間和是否需要開方處理等。
7)網(wǎng)絡組態(tài)。由于現(xiàn)場總線是工廠底層網(wǎng)絡，網(wǎng)絡組態(tài)的范圍包括現(xiàn)場總線網(wǎng)段，也包括作為人機接口操作界面的Pc機及與其相接的網(wǎng)段。內(nèi)容有分配網(wǎng)絡節(jié)點號，決定鏈路活動主管和后備鏈路活動主管等。
8)組態(tài)的攝后操作是下載組態(tài)信息，即將組態(tài)的信息代碼送到相應的現(xiàn)場設備，并啟動系統(tǒng)運行。
現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)軟件是現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)集成和運行的重要組成部分，它主要由下列內(nèi)容構(gòu)成：
(1)組態(tài)軟件包括通信組態(tài)和控制系統(tǒng)組態(tài)。明確：①系統(tǒng)要完成的控制功能，各控制回路的組成結(jié)構(gòu)，各回路采取的控制方式與策略；②節(jié)點與節(jié)點間的通信關(guān)系。
(2)維護軟件用于對現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)軟硬件的運行狀態(tài)進行監(jiān)測、故障診斷和維護等。
(3)仿真軟件用于對現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的部件，如通信節(jié)點、網(wǎng)段、功能模塊等進行仿真運行，作為對系統(tǒng)進行組態(tài)、調(diào)試和研究的工具。
(4)現(xiàn)場設備管理軟件用于對現(xiàn)場設備進行維護管理的工具。
(5)監(jiān)控軟件這是必備的直接用于生產(chǎn)操作和監(jiān)視的控制軟件包，其功能十分豐富，主要內(nèi)容有：
1)實時數(shù)據(jù)采集。將現(xiàn)場的實時數(shù)據(jù)送人計算機，并置入實時數(shù)據(jù)庫的相應位置。
2)常規(guī)控制算法和數(shù)據(jù)處理，如標準PID，積分分離，超前滯后，比例一階、二階慣性濾波，高選、低選和輸出限位等。
3)優(yōu)化控制。在數(shù)學模型的支持下，完成監(jiān)控層的專家系統(tǒng)、預測控制、模糊控制和人工神經(jīng)網(wǎng)絡控制等。
4)邏輯控制。完成如開、停車等順序啟停過程。
5)報警監(jiān)視。監(jiān)視生產(chǎn)過程的參數(shù)變化，并對信號越限進行相應的處理，如聲光報警等。
6)運行參數(shù)的畫面顯示和報表輸出。
7)操作與參數(shù)修改。實現(xiàn)操作人員對生產(chǎn)過程的人工干預，修改給定值、控制參數(shù)和報警上下限等。
8）文件管理和數(shù)據(jù)庫管理。
9)實時統(tǒng)計質(zhì)量控制軟件。主要包括在線與歷史數(shù)據(jù)預處理、各種統(tǒng)計控制圖、直方圖、事件觸發(fā)采樣、在線報警、過程能力分析和用戶評述記錄。
現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)大都采用工業(yè)控制計算機作為監(jiān)控計算機，因此人機接口部分與普通計算機差異不大。畫面顯示主要采用CRT顯示器、LCD液晶顯示；人機接口主要是鍵盤、鼠標、觸摸屏；輸出接口主要指各種檔次的打印機、聲光報警裝置等。當然，它們都應是適合工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境使用的。為方便和適宜操作，有的裝置在控制室還配備有操作臺，設有各種開關(guān)、旋鈕、指示燈和數(shù)碼顯示。這些人機接口硬件都需要有相應的軟件驅(qū)動，配合工作。
現(xiàn)場總線的出現(xiàn)對傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)帶來的影響將超過20世紀50年代末由舊式模擬儀表向電動或氣動單元組合儀表，以及20世紀80年代從電子模擬儀表轉(zhuǎn)到DCS那樣大的深度。專家預言，常規(guī)4～20mA模擬儀表、數(shù)字儀表，在21世紀將基本上讓位給現(xiàn)場總線，最終完全替代DCS。
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