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第十三章 Ovation分散控制系统
美国西屋电气公司1982推出WDPF，1989年推出WDPF-Ⅱ，1997年推出Ovation。进入21世纪后，西屋电气公司并入艾默生公司，Ovation又经历了几次大的更新，使Ovation始终跟随自动化新技术的发展。Ovation进入火电厂后，不仅带来了开放式的计算机技术，并且又保证了火电机组的安全和经济运营。
Ovation在国内火电机组的应用较多：300/350MW机组重要有平凉l～4号、宝钢1～2号、铁岭1～3号、姚孟1号、胜利油田1～2号、曲靖3～4号、营口1～2号、华能大连1～2号、华能珞璜1号、广安3～4号、浦圻1～2号、榆社1～2号、古交1～2号、嘉峪关1～2号、江油3～4号、河津3～4号等；600MW机组重要有邹县1～2号、托克托1～8号、北仑1～2号、韩城二厂1～2号、汕头3号、太仓3～4号、利港5～8号、宁德1～4号、上都1～2号等。1000MW机组重要有邹县3～4号、玉环1～4号。
第一节 Ovation结构
Ovation的结构包含系统结构和网络结构两个方面，如图13-1所示。图中：服务器/工程师站为编程中心，用于建立数据库和控制逻辑；历史站作为长期点数据的存储（周、月、年），检索操作站/报警站的历史趋势；操作员站为监视和控制的人-机接口；冗余控制器对1～52对火电厂生产过程进行监视和控制；SWITCH为互换机。
一、系统结构及特点
Ovation由数据高速公路和站点两大部分组成。站点涉及两大类，即：①与生产过程接口的Ovation控制器；②人机接口装置，涉及操作员站(OPS)、工程师站(ENG)、历史数据站(HSR)、智能设备管理站(AMS)、OPC SIS接口站等。同时，它还可以和其他的控制系统以及信息系统进行标准化的开放的连接。

Ovation系统的设计具有开放式的思绪，它采用了奔腾解决器、模块化I／O和功能强大的工作站，特点如下：①高速、高容量的主干网络采用商业化的硬件、软件、网络和通信接口，以取代过去有专利性的DCS结构；②基于开放式工业标准，Ovation能把第三方的产品很容易地集成在一起，例如，Ovation可以和ABB公司的可编程控制器(PLC)硬件和软件直接地、实时地集成在一起；③分布式全局数据库将功能分散到每个独立站点，而不是集中在一个中央解决器中；④电子装置具有低功耗可减少控制室通风和空调的费用；⑤从Ovation网络一直到I／O插板的电源装置都可以用冗余组态方式提供，以获得最高的系统可靠性；⑥直观的诊断方法使维护人员能不久地拟定系统在哪里出现了问题；⑦Ovation涉及一套直观的编程工具，使用户组态控制系统安全、方便；⑧通过对几个系统的组合，用户还可以获得一个联合网络，并能保证过程的安全，从而显著地减少工程设计工作；⑨整个系统采用了模块式部件，所有模块在线更换时不需要工具或特殊部件。修理任何系统部件的平均时间少于30min；⑩Ovation网络还采用了市场上买得到的互换器、集线器和路由器。
二、网络结构及特点
网络结构即网络拓扑。WDPF是总线型网络拓扑结构，1997年推出的Ovation是环型网络拓扑结构，2023年Ovation又改为星型网络拓扑结构，它是基于互换技术的、标准的、开放的快速局域网络。Ovation网络采用全冗余和容错技术标准，网络可采用多种通信介质，既可采用光纤电缆，也可采用铜质电缆。网络还能和公共的LAN、WAN以及公司内网连接。新的Ovation网络淘汰了复杂网桥结构，在保证过程控制安全的前提下，使控制功能和公司的信息系统完美的结合起来。Ovation高速通信网络运用ISO／OSI模块可以和任何标准的物理网络层通信。
Ovation网络特点如下：基于先进的互换技术，采用冗余互换机作为网络拓扑设备；通信速率为100Mbps的快速局域网；电缆可采用光纤和铜质电缆组合方式，有UTP型、多模光缆和单模光缆型；站点容错组合能力，检测和诊断犯错信息；串级、多层拓扑；支持500个双附加站点；每秒20万个实时信息；网络光缆总长可达200km；Ovation站点直接和高速公路通信，以便发送和接受实时数据和控制指令；Ovation网络提供具有拟定性的和非拟定性的两种数据传输方式；PLC可成为Ovation数据高速公路的直接站点；除了使用标准的通信协议TCP／IP以及第三方的各种协议和设备外，还可以使用Ovation 0PC等服务器。
Ovation通信网络大体分二层：操作员站、工程师站、历史数据站、过程控制站之间的快速互换式以太网（TCP/IP）；控制器与I/O模块之间的PCI总线或现场总线。
以太网的局限性，其实也是以太网技术自身的局限性。由于以太网采用的是带有冲突检测的载波侦听多路访问（CSMA/CD）技术，当网络负载较重时，冲突增长，会导致效率的减少，冲突的产生减少了以太网的带宽，并且这种情况是不可避免的。所以，当网上的节点越来越多后，冲突的数量将会增长，这可以使用互换机技术来解决。
互换机是重要的网络设备，它提供了站点之间或局域网段之间的点对点连接。以太网互换机的引入，使网络各站点之间可独享带宽，消除了无谓的冲突检测和犯错重发，提高了传输效率，并且由于是点对点传送用户数据，其他节点是不可见的，冲突就可避免。
对于站点较多的控制系统，网络可以采用两层星型网络拓扑；对于站点较少的控制系统，网络可以采用单层星型网络拓扑。
第二节 Ovation控制站
Ovation控制站即过程控制站，重要由机柜、控制器、I／0模块、I／0总线及电源等部分组成，它的核心是控制器。
一、机柜
过程控制站的机柜目前有两种，编号为903的基本控制器机柜，安装解决器与I／O模块，它涉及1个单一或冗余控制器的机架、4个I／O分支、冗余电源及电源分派模块。每个I／O分支最多能包含8个I／O模块，因此，每个903控制器机柜总共可有32个I／O模块。903机柜如图13-2所示。

另一种是编号为904的机柜，装有附加I／O模块，904机柜通过与基本903机柜连接，提供了与控制器连接的扩展空间和安装板。904机柜也有4个I／O分支、冗余电源及电源分派模块。扩展机柜中的每个分支支持最多8个I／O模块，因此，每个904机柜总共可有32个I／O模块。
二、控制器
控制器配有英特尔奔腾解决器，采用多任务实时操作系统(RTOS)解决数据，它的标准PC结构和相应PCI／ISA总线接口，使控制器可以与其他标准PC产品连接和运营。
控制器分别由解决器卡(CPU)、控制器电源卡(PCPS)、闪存、网卡(NIC)、I／0接口卡(IOIC)和无源PCI总线底板组成。控制解决器规范:奔腾解决器主频为266MHz；DRAM为64MB；闪存为32MB；点数为16000；控制内存为3MB；控制页为300。控制器的组成示意图见图13-3。

⒈ 解决器
解决器CPU是Ovation控制器的指挥中心，它在晶振时钟基准、内部定期器、存储器、中断控制器的配合下，负责控制器的总体运营和控制，按预定的周期、程序和条件对相应的信号进行解决、运算，对控制器和I/O模块进行操作控制和故障诊断。
⒉ 闪存
现在DCS已经采用闪存取代ROM。闪存用来存储操作系统、控制算法、控制策略和控制器的工作状态。闪存在掉电后能永久保存数据，其使用方法与硬盘基本同样，可以直接安装于控制器模件的插座上，它的存储容量大于20M。闪存没有可活动部件，和硬盘比较几乎没有磨损，它的可靠性大大提高。
⒊ 网卡
网卡（NIC卡）的作用是实现Ovation控制器与Ovation网络的连接，即与其他站点通信。
⒋ I／0接口卡IOIC
Ovation的控制器机柜仅提供了一层通信网络结构，即控制器与I／O模块之间的通信总线。Ovation的I／O基座通过“Base To Base”（ 基座对基座）连接器首尾相连，即自然形成了I／O通信总线。
IOIC卡包含PCQL、PCRL、PCRR三种选项卡：PCQL卡是控制器与本地Q-Line I/O的接口卡；PCRL卡是控制器与本地Ovation I/O的接口卡；PCRR是控制器与远程Ovation I/O的接口卡。
每个控制器可配2个IOIC卡，每个IOIC卡可带8个I／0分支，每个I／0分支安装8个I／0模块，则一个控制器最多可带128个本地Ovation I／0模块。本地I／0模块配置如图13-4所示。
每个控制器最多可配 2个远程I/O接口，每个 I/O 接口8个节点，每个节点64块I/O模块，则一个控制器最多可带1024远程I／O模块。控制器与节点之间通信速率10Mbps，远程节点间通信速率2 Mbps。与控制器配套，远程I／O模块提供了对整个工厂的各个部位的分散控制。远程I／0模块采用已通过工业现场考验的高速、标准工业化通信技术，这样可以保证远程I／O模块满足大范围工业场合下的控制和信息解决规定。I／0模块放置越靠近现场设备，整个工厂电缆用量的减少就越明显。

在IOIC卡上有8个LED灯，指示控制器8个本地I／O支路、或8个远程I／O节点的状态。
控制器通过IOIC卡，才干实现Ovation控制器与I／O模块的通信,从而完毕控制器的数据采集和控制输出功能，如图13-5所示。图中：LT为液位变送器；FT为流量变送器；RTD为热电阻；其他输入设备为热电偶和输入接点，它们经I/O模块进入控制器的CPU, CPU对输入信号进行解决或运算，一方面通过网卡NIC送往操作员站；一方面通过I/O模块将CPU的运算结果送往现场的输出设备，如调节阀、继电器、电机或指示仪表。Ovation采用冗余控制器对，一个控制器运营，一个控制器备用，一旦运营控制器故障，备用控制器就会接替它。

三、I／O模块
Ovation 的I／O模块用于实现Ovation控制器和生产过程的连接，它的基本作用是对生产过程的模拟量信号、开关量信号、脉冲量信号进行采样、转化，解决成控制器能接受的标准数字信号，或将控制器的运算输出结果转换、还原成模拟量或开关量信号，去控制现场的执行机构。为了保证过程控制的长期可靠，0vation I／O模块设计成外形标准的，带内置故障容错和诊断功能的插入式模块。模块内置的连接器取消了电源和通信之间的连接导线。由于用软件组态模块功能和地址，所以不需要跳接件。I／O模块由模块基座、电子模块和特性模块构成，如图13-6所示。电子模块是将特性模块与I／O控制器外围设备连接的印刷电路板。特性模块涉及一些无源（滤波）部件，是用来连接现场设备的印刷电路板。

㈠基座
⒈标准I／O模块基座
模块基座提供了现场到I／O模块的信号连接的接线端子，是用于安装电子模块、特性模块的插座。I／0基座串行连接在一起就形成了一个I／0分支。基座设计为通用形，它提供DIN导轨、现场连接端子、I／O通信和I／O模块电源。每个基座可容纳两个标准I／0模块，每个标准I／O模块占用一个逻辑地址，每个标准I／O基座占用2个逻辑模块地址。电子模块和相应的特性模块一起安装在基座内。
⒉继电器输出模块基座
继电器输出模块由两部分组成，即基座和继电器输出电子模块，继电器模块涉及带有连接器的继电器输出基座、塑料外壳和DIN导轨夹紧装置，可同时容纳多个与现场接口的继电器。每个继电器输出基座可容纳1个继电器模块，占用1个逻辑地址。由于需要额外的空间容纳继电器，其长度是标准I／O模块的1.5倍。继电器输出电子模块是可在线更换的模块，它提供了继电器输出电路板，电路板线圈驱动接口、I／0总线和总线电源接口。
Ovation提供的I／O模块见表13-1。
表13-1 Ovation的I/O模块
I/O模块名称
范围/种类
信道
电子模块
特性模块
模拟输入模块
±20、50、100mV
8
1C31113G01/2/3
1C31116G01
TC输入模块
±20、50、100mV
8
1C31113G01/2/3
1C31116G04
模拟输入模块
±1、5、10VDC
8
1C31113G04/5/6
1C31116G01
模拟输入模块
0/4～20mA本/外
8
1C31113G05
1C31116G02/3
RTD输入模块
所有（滤波,CE认证）
4
1C31161G01/2
1C31164G01/2
模拟输出模块
0～5/10VDC
4
1C31129G01/2
1C31132G01
模拟输出模块
0～20mA带/不带诊断
4
1C31129G03/4
1C31132G01
接点输入模块
48 VDC卡上备用电源
16
1C31142G01
1C31110G03
紧密型接点输入模块
48 VDC卡上备用电源
16
1C31234G01
1C31238H01
数字输入模块
24/48 VAC /VDC单/双
16
1C31107G01
1C31110G01/2
数字输入模块
125VAC /VDC单/双
16
1C31107G02
1C31110G01/2
紧密型数字输入模块
24/48 VDC/VDC单/双
16
1C31232G01/2
1C31238H01
紧密型数字输入模块
125VAC /VDC双
16
1C31232G03
1C31238H01
顺序事件输入模块
24/48/125VDC单/双
16
1C31157G01/2

1C31110G01/2
顺序事件输入模块
48VDC卡上备用电源
16
1C31157G03
1C31110G03
紧密型顺序事件输
入模块
24/48VDC单/双
16
1C31233G01/2
1C31238H01
紧密型顺序事件输
入模块
125VDC双/48VDC卡上备用电源
16
1C31233G03/4
1C31238H01
数字输出模块
0～60VDC单端
16
1C31122G01
1C31125G01
数字输出模块
继电器板 本/外
16
1C31122G01
1C31125G02/3
数字输出模块
继电器板（AC/ DC）
16
5A22410G01/2

数字输出模块
G2R继电器板(低电源)
16
5A22411G01

数字输出模块
KU继电器板(高电源)
16
5A22412G01/2/3

继电器输出模块
KUEP继电器板(C/X型)
12
1C31219G01
1C31222G01
继电器输出模块
G2R继电器板
16
1C31219G01
1C31223G01
通信控制器模块
RS232 /RS485/422
1
1C31166G01
1C31169G01/2
回路控制模块
0～5/10VDC模入/模出
6
1C31174G01/2
1C31177G01
回路控制模块
4～20mA模入 本/外
4
1C31174G04
1C31177G02/3
脉冲输入模块
24/48V计数/控制
2
1C31147G01
1C31150G01/2/3
伺服驱动器模块
±16V/19VAC(1、3KHz)
6
1C31199G01/2/3
1C31201G01/2
测速模块
16/32比特
8
1C31189G01
1C31192G01
阀门定位模块
17 /23.75 VAC
8
1C31194G01/2
1C31197G01/2/3/4

表中：1C31238H01是一块填充插件，当不需要特性模块时插入；继电器输出模块没有特性模块，不使用标准I／O模块基座，而使用基本单元（继电器输出模块基座）1C31222G01、1C31223G01。5A22412G01/2/3为继电器板元件。
㈡模拟量I/O模块
⒈ 模拟量输入模块AI
AI模块对8个隔离的模拟输入信号进行调理和单独的模拟-数字转换，每个输入通道将输入电压成比例的转换为频率信号，这8个频率信号通过隔离后被当作8个单独计数器的时钟输入，微解决器将计数值转换为13或14位的字来代表输入信号值。微解决器还监视自动补偿、增益校正、偏差报警和控制I/O总线的接口。对所有的电压输入模式，可使用第9通道，这个通道用来测量接线端子温度，以便进行热电偶冷端补偿，该通道也可以用来测量机柜的温度。
AI模块的特点是：单独的隔离输入；每个通道独立的A/D转换；低功率消耗，每个通道≤0.4W；13或14位的分辨率；正常工况下每秒更新10次；对电流输入都装设单独的熔丝；无需平常的维护和调整；
标准LED状态指示器指示的内容为：模块电源OK；通信OK；内部模块故障；每个模拟输入通道的状态。单独的通道 LED指示的内容为：输入超量程；电流回路断开；电流输入模式熔丝的状态；参考信号错误；自动校验读数超量程。
在特性模块的接线端子的一侧有一张接线图，它显示外部连线与接线端子是如何连接的，模拟输入特性模块的接线端子如图13-7所示。图中：A1+～A8+为模拟输入端子正极；A1-～A8-为模拟输入端子负极；P1+～P8+为模拟电流输入端子正极；PS+、PS-为辅助电源正负极；RSV为预留端子，这些端子不允许接线；SH1～SH8为屏蔽端子。

电压或热电偶输入接线图如图13-8所示，现场输入信号由接线端子进入、经特性模块进行滤波解决后送往电子模块。图中SH为Shield(屏蔽)的缩写。跨接器短接时组态为本机接地；跨接器断开时组态为现场接地。

现场 (外部)供电的电流输入接线如图13-9所示，现场输入信号由接线端子进入、经特性模块进行滤波和过流保护解决后送往电子模块。

本机(本地或系统)供电的电流输入接线如图13-10所示，现场输入信号由接线端子进入、经特性模块进行滤波和过流保护解决后送往电子模块。电流流通回路为：本机辅助电源+→1/16A熔丝→P+→接线端子+→变送器+→变送器-→接线端子-→A+→电子模块+→电子模块-→本机辅助电源-。

⒉ RTD输入模块
RTD输入模块将现场测温的热电阻信号转换为与Ovation串口I／O总线匹配的数字量信号。
4个单独隔离的输入通道已被编程，恒流源的电流作为现场RTD的激励电流。激励电流的值定义了输入通道的刻度范围，在微解决器的存贮器中最多可存有256个刻度范围，Ovation 能为每个通道选择合适的刻度范围
流经热电阻的激励电流转换为模块的输入电压，电压-频率转换器输出的频率正比于该输入电压，每个通道的频率信号经光隔离器被储存在模块的双口RAM中，以便由Ovation I/O控制器读取。
模拟量输入模块(RTD)的特点是：4个单独RTD输入通道，通道对地是隔离的；支持RTD的2、3、4线制连接；接受RTD输入范围为5～600Ω；输入刻度范围由软件选择；每个模块支持多种RTD类型；每个通道被单独隔离；不需要电桥或电阻器；高噪声克制能力；电流回路断开或输入开路监测；周期的自校准（每8秒自动完毕增益和零位校准）。RTD输入模块性能指标为：功耗为3.6W（典型）；热耗散12977J／h（典型值）；分辨率12Bits；响应时间为2ms（最大）；采样速度为每秒4次；精度为最大范围值的士O.1％；RTD类型为铂、铜和镍电阻。
2、3、4线制热电阻输入的接线图如图13-11、13-12、13-13所示。图中：SRC为Source(电源) 的缩写,表达电源正极；RTN为Return(返回) 的缩写，表达电源负极；EARTHGND为接地，GND为Ground的缩写；+IN和-IN为信号正负输入端子；SH为屏蔽端子。现场输入信号由接线端子进入、经特性模块进行滤波解决后送往电子模块。

⒊模拟量输出模块AO
AO模块用于将数字信号转换成相相应的模拟信号，并经端子板送有关的执行机构。AO模块有4路输出。模块输出信号可以驱动电压或电流设备。控制器的解决数据通过0vation串行I／O总线送到I／O模块，通过光隔离器再到每个数／模转换器后送到输出放大器。每一通道数/模转换器输出对产生的电流或电压提供放大，这个模拟电压或电流经特性模块后，由接线端子送往现场。
AO模块的特点是：单独的隔离输出；1000V绝缘隔离；12位的分辨率；高速更新；软件组态最后保持的故障安全值或复位值；输出短路保护；软件组态通信空闲时间为62ms～16s；本机或系统供电。
模拟量输出模块的性能指标：功耗为3W（电压输出）和6W（电流输出）；热耗散最大为10798J／h（电压输出）和21586J／h（电流输出）；响应时间最大为2ms（电压和电流输出）；分辨率为12Bits；精度为上限值的士O.10％；每个模块的通道数为4；输出范围为O～5VDC／l～5VDC、0～10VDC、0～20mA／4～20mA；输出转换速度相应输出范围分别为10V／ms、10V／ms、2mA／ms；输出负荷相应输出范围分别为1000Ω(最大10mA)、l000Ω(最大10mA)、 最大750Ω(最小0Ω)。
模拟量输出模块的典型现场接线如图13-14所示。图中：+I为电流输出正极；+V为电压输出正极；SH为屏蔽端子。AO模块的所有接线在进入模块时都要注意屏蔽和接地，进入仪表前要通过二极管保护（过压或反极性）。
㈢数字量I/O模块
⒈数字量输入模块
数字输入模块由电子模块和相应的特性模块组成，它提供16路数字输入的电压检测。高灵活的系统既能解决交流信号，也能解决直流信号，范围从24～125V单端或双端（差动）数字输入。通过本机或外部给接点提供电源。单端数字输入（本机供电）如图13-15所示。若通道1现场接点接通，电流从辅助（本机）电源正极出发，经熔丝FUSE、C1端子、现场接点、B1端子、电阻、桥式整流电路右上臂二极管、通道1状态监视、电流限制、发光二极管、桥式整流电路左下臂二极管，回到辅助电源负极。发光二极管因得电而发光，将现场接点接通信号送往后续电路。

差动（双端）数字输入（外部供电）电路如图13-16所示，假如现场接点接通，其电流的流通过程与单端数字输入相仿。
从接线端子来的现场输入送入电子模块时，由特性模块对16路隔离的差动输入或16路单端输入进行浪涌保护和组态，由电子模块进行光电隔离和转换。对逻辑电平只确认两个状态，即ON或OFF状态，它们送给由I/O控制器使用的I/O串行总线。

数字量输入模块的特点是：单端或差动隔离输入；每一路输入的LED状态显示；现场输入的光电隔离；熔丝接点供电（仅用在单端输入上）；替换低电源；符合IEEE抵抗浪涌的能力；现场电缆长度可达300m。
数字量输入模块的单端输入（本机供电）现场接线如图13-17所示。数字量输入模块的差动输入（外部供电）现场接线如图13-18所示。图中：1+～16+数字输入端子正极；1-～16-数字输入端子负极；PS+、PS-为辅助（隔离）电源端子正负极。

⒉接点（干接点）输入模块
16通道48VDC干接点输入模块电路如图13-19所示。假如通道1的现场接点接通，电流从隔离（查询）电源为48V的正极出发，经电流限制、二极管、电阻、C1端子、现场接点、B1端子回到隔离（查询）电压为48V的负极。与此同时，因通道1的现场接点接通，电流从10V光隔离电源的正极出发，经光电隔离二极管、二极管、电阻、C1端子、现场接点、B1端子回到10V光隔离电源的负极。光电二极管因得电而发光，将现场接点接通信号送往后续电路。48VDC电源与10VDC电源是隔离的，这样才干抗共模干扰。
电路板上装有保险丝的48VDC隔离电源为每一路接点供电，10VDC隔离电源为光电隔离器供电，它们之间由二极管隔离。

接点输入模块的单/双端输入（本机供电）现场接线如图13-20和图13-21所示。X-为公共端子，即1-～16-中的任意一个负极端子。
从接线端子来的现场输入送入电子模块前，由特性模块对16路单端输入进行浪涌保护（RC电路），输入信号由电子模块进行电流限制、光电隔离、滤波、防反跳和转换。对逻辑电平只确认两个状态，即ON或OFF状态，它们送给由I/O控制器使用的I/O串行总线

接点输入模块的特点是：由电路板上的48V供电；每一路输入的LED状态显示；每一路接地故障检测；接地故障的组态功能；故障报告；现场输入的光电隔离；符合IEEE抵抗浪涌的能力。

⒊数字量输出模块
数字量输出模块将数字信号转换为相应的开关量信号，经接线端子送给有关的设备。其特点是：16路单端吸电流输出；范围涉及0～60VDC单端输入；公共端返回；输出状态指示；15V熔丝状态监视；支持继电器模块接口。数字量输出模块有一个电子模块1C31122G01和三个特性模块1C31125G01、1C31125G02、1C31125G03可供选择。
特性模块1C31125G01用于电子模块1C31122G01与设备（负载）直接连接，电源来自I/O底板辅助电源（本机供电）,如图13-22所示。图中：+为数字输出端子正极；-为数字输出端子负极；PS+、PS-为辅助电源；SH为屏蔽端子；V为本机电源。

若电子模块的晶体管闭合，电流从I/O底板辅助电源的正极出发，经保险丝、屏蔽传输线、负载、屏蔽传输线、晶体管，回到I/O底板辅助电源的负极。负载得电，若负载是指示灯，则点亮。
特性模块1C31125G02用于电子模块1C31122G01与设备（执行机构）间接（通过继电器模块）连接，电源来自I/O底板辅助电源,如图13-23所示。继电器Relay与负载得电过程相似。
特性模块1C31125G03用于电子模块1C31122G01与设备（执行机构）间接（通过继电器模块）连接，供电来自远程电源V,如图13-24所示。继电器得电的过程请读者自己分析。
⒋数字量继电器输出模块
数字量继电器输出模块用于大功率开关量输出：带16继电器输出-C型，容量为3A/30VDC、10A/250VAC；带12继电器输出-C型，容量3A/150VDC、l0A/250VAC；带12继电器输出-x型，容量10A/150VDC、10A/250VAC。
㈣脉冲量（PI）输入模块

脉冲量事实上也可理解为开关量。PI采用2通道计数，并将计数值送往控制器，共有3种方式：采用固定期间内的计数脉冲（COUNT），可以测量输入脉冲的速度(如频率)；累积计数，直到由控制器或外部现场控制输入发出停止指令，用此方式可得到总量；测量脉冲的连续时间（占空比）。
㈤HART输入模块
HART输入模块与HART变送器相连接。
㈥HART输出模块
HART输出模块可有与遵循HART协议的执行机构相连接。
㈦事件顺序输入模块
重要用于事故发生前后事件顺序记录，以供事故分析用。
㈧专用I／O模块
专用I／O模块有通信控制器、测速、阀门定位和回路控制等模块。
四、电源
各自独立的主电源和副电源给每个24V电源供电, 24V电源提供应控制器（Controller）和 I/O,PCPS 提供 5VDC 和 +/-12VDC 给控制器,辅助电源通过控制器底板给I/O支线,不同的辅助电压给同一个分支的不同模块,如图13-25所示。
第三节Ovation人机界面
Ovation的人机界面涉及操作员站、工程师站和历史数据记录站等。
一、操作员站
Ovation操作员站既有基于美国Sun公司的Solaris操作系统的工作站，也有基于美国微软公司的Windows操作系统的工作站。下面介绍基于美国微软公司的操作员站。
有效的控制需要简明清楚的过程画面，使用微软的Windows技术和Ovation操作员站软件，为现代控制系统提供了灵活、可靠、高性能的全过程画面显示。
使用高分辨率的窗口显示控制画面、诊断、趋势、报警和状态。通过操作员站引导工具，可获得系统动态点、历史数据、概要信息、标准功能显示、事件记录和一个复杂的报警管理程序。
高速的Ovation通信网络每秒更新一次过程数据，允许对十万动态点的访问。Ovation的安全功能限制了非授权人员对关键控制特性和信息的访问。

操作员站软件能在各种PC平台上运营，具有与第三方组件或软件兼容的能力。操作员站为满足将来工厂需要的升级作了准备。高速实时数据显示、高分辨率的过程画面、报警屏幕、其他图形用户界面工具、简明的历史和动态过程数据的分析与回顾，通过Windows的图标或桌面上的菜单都能容易地访问。
操作员站的画面重要涉及：工艺流程；报警管理；趋势（实时和历史）；点信息；点回顾；点浏览；操作事件告知。
用图形生成器绘制的300MW机组汽水工艺流程图，如图13-26所示。由汽包（DRUM）分离出来的蒸汽，通过热器、高压缸（HPC）、再热器、中压缸（IPC）、低压缸（LPC）后，进入凝汽器（CND）凝结成水，凝结水泵（CNDP）将凝结水打出，经低压加热器8、7、6、5进入除氧器4（DEA）,汽动给水泵TDFP或电动给水泵MDFP将除氧器中的給水打出，经高压加热器3、2、1进入汽包（DRUM），从而完毕了一次汽水循环。过热器的减温水由給水管道引出，高旁的减温水由給水泵引出，低旁的减温水由凝结水管道引出。画面中显示了许多参数，如：主蒸汽压力为16.3MPa；主蒸汽温度为534℃；5号低压加热器水位为166mm；给水泵出口压力为18.2 MPa；给水温度为264℃；汽包水位为+10mm等，它们都能随工况变化动态地显示。
三、历史站
历史站为整个Ovation过程控制系统的过程数据、报警SOE、记录和操作员，提供大容量(20230)的存贮和回复信息。
所有过程数据可以以0.1s或1s的时间间隔扫描和存贮，以备此后恢复和分析。收集的数据可在工程师／操作员站上显示、打印、传输给其他文献或归档。
SOE控制器收集事件顺序数据，并根据时间顺序分类列表，并搜寻列表后首发事件，用于事故分析。

第四节 OVATION的算法模块
一、算法模块库
Ovation算法模块是实现控制器控制策略的基础，从简朴的数学运算、质量检查，到复杂的控制算法，种类繁多，功能丰富。

Ovation算法模块按功能可分为13类，每种算法可以被规定具有下列功能之一或其中几项功能，：Arithmetic（算术运算，执行一个数学功能）；Artificial I/O （人工I／O，给一个数据量分派一个常量值）；Boolean（布尔，执行一个逻辑功能，用数字量来表达）；CRT I／O （是面向操作人员键盘和CRT的接口）；Digital（数字类，重要使用数字量）；Field I/O（现场I／O，面向I／0卡的接口）；High-Level Controller（高级控制器，在一个算法中集成了几种相关的控制功能）；Limiter（限幅装置，限定一个模拟量的值）；Low-Level Controller（低档控制器，执行一个基本的控制功能）；Monitor（监视器，监视一个或者多个数据量，当满足某一条件时输出一个值）；Quality（质量，解决数据量的质量）；Selector（选择器，基于某些条件选择一个模拟量）；Sequencer（序列发生器，实现顺序控制）。
二、跟踪算法
跟踪算法是Ovation算法模块的一个特色，Ovation的许多模块具有跟踪算法，它们是：BALANCER；DIVIDE；FUNCTION；GAINBIAS；GASFLOW；HISELECT； LEADLAG；LOSELECT；MASTATION；MULTIPLY；PID；PIDFF；SETPOIT；SQUAREROOT；SUM；TRANSFER。
一般地说，控制一个过程要定义多个控制模式，比如手动、自动、选择、串级等控制摸式。当在控制模式之间进行切换(比如从手动到自动模式的切换)时，新选择的控制模式需要知道某些信息以保证平滑的切换。这些要知道的值，是从灵活的控制策略中得到的，这种在各控制模式之间的信息互换叫做“跟踪”。
一个控制模式的变化有干扰过程自身的潜在危险，例如，操作员在操作员站上将某个控制回路切为手动模式。手动操作结束后，执行机构（调节阀）的开度为低值，而此时控制器（模块）的运算（自动）输出为高值，假如此时将控制模式由手动模式切到自动模式，则终端元件从低值变为高值，将出现一个“突变”，假如这种变化很大，将会导致生产和控制设备的损坏。为了避免这种突变，算法模块必须具有跟踪功能，当手动操作时，控制器的输出自动跟踪手动输出的数值，一旦控制模式从手动切为自动，终端元件的开度不会改变。这种方法就叫做“无扰动切换”。
再如，某一控制回路既采用流量控制又采用液位控制。当流量控制方案正在控制输出，假如液位控制方案运营在跟踪状态，即液位控制器的输出跟踪流量控制器的输出，当从流量控制切换至液位控制时，它们所控制的终端元件的开度不会变化，实现了无扰切换。
此外一种常用的跟踪是对加法模块的其中一个输入进行跟踪。正常情况下，两个输入的加法模块是将两个输入A和B相加得到输出C，即C=A+B。当算法处在跟踪模式时，C则取决于下游跟踪的规定和其中的一个输入，这个输入也许随着过程状态的变化而连续变化，因此，另一个输入的值，必须由该算法计算，以便使输入的和等于所规定的输出，不是独立的输入必须跟踪输出C和独立的输入B之差，即A=C-B，这样，C=A+B= C-B+B=C。同理，P I D偏差输入的设定点必须跟踪到过程变量输入的值，才干符合零偏差无扰切换的条件。
三、积分饱和
在P I D控制器中都包含了积分作用，积分作用的特点是，只要偏差存在，P I D控制器的输出就不断地变化。在某些场合，假如P I D控制器输入偏差长期存在，P I D控制器的输出值也许达成它的极限值，假如不加限制，P I D控制器的输出值还会在此极限值的基础上继续往上或往下变化，此时称为积分饱和。尽管终端元件的开度不会超过1O0％或低于0%，但是P I D控制器的输出值要回到控制范围，需要花一定的时间，在这段时间里，将会使控制质量严重恶化。为了保持控制的输出值在合适的范围，算法模块必须具有抗积分饱和的功能。
若碰到下述两种情况时，Ovation跟踪功能将会完毕抗积分饱和限定功能：①必须使用Ovation sheet页跟踪规则组态sheet；②算法的“刻度上限”和“刻度下限”参数．必须设立成实际可用的控制器范围内。一个算法处在刻度上限或者下限时将阻止上游算法在“错误”方向上移动太远。若对的配置了算法，将避免积分饱和。
用下述方法可以中止跟踪：①把算法放到一个不同的sheet中，由于自动跟踪只在一张sheet内出现，所以跟踪就会有效地中止；②使用控制生成器从TRIN输入字段清掉跟踪点。
四、算法模块符号
⒈调节符号
调节符号见表13-2。页连接器的一个匹配如图1327所示。
表13-2 调节符号

图中的IN-AN-PC和OT-AN-PC的说明见表13-3。
表13-3 连接器字母符号说明

⒉ 逻辑符号
逻辑符号见表13-4。
表13-4 逻辑符号

五、算法模块格式
⒈说明
介绍算法的运算。
⒉符号
图解说明（用图示形式）算法的运算。
⑴实线、实心箭头 表达需要模拟输入或输出。
⑵实线、空心箭头 表达需要数字或压缩数字的输入或输出。
⑶虚线、实心箭头 表达需要任意的或可选的模拟输入或输出。
⑷虚线、空心箭头 表达任意的或可选的数字或压缩数字