八控制系統(tǒng)組態(tài)功能塊二

基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線控制策略組態(tài)功能塊

第七講

一、通用輸入類功能塊

二、通用控制類功能塊

三、通用計(jì)算類功能塊

四、通用輸出類功能塊

功能塊分類

輸入類功能塊通過(guò)轉(zhuǎn)換塊中的一個(gè)硬件通道來(lái)訪問(wèn)物理測(cè)量參數(shù)。

一、通用輸入類功能塊

輸入類功能塊包括：

●

模擬輸入(AI)

●

離散輸入（DI）實(shí)例：模擬輸入功能塊-AI圖2-20AI模塊功能示意圖

實(shí)例：

模擬輸入功能塊-AI▲最小組態(tài)模擬輸入功能塊-AIAI模塊中，最少如下參數(shù)必須設(shè)置：

●

MOD_BLK(一般設(shè)置為AUTO)

●CHANNEL

●L_TYPE

二、通用控制類功能塊

控制類功能塊從其他功能塊接收輸入并進(jìn)行處理，為其他功能塊產(chǎn)生輸出。

多數(shù)控制功能塊既有設(shè)定點(diǎn)選擇又有輸出選擇，并支持串級(jí)結(jié)構(gòu)。

控制類功能塊包括：

手動(dòng)加載（Manualloader(ML)）偏差和增益(BiasandGain(BG))

控制選擇（ControlSelector(CS)）

PD控制（PDcontrol(PD)）

PID控制（PIDcontrol）比例(Ratio(R))

設(shè)定點(diǎn)發(fā)生器(SetpointGenerator(SPG))

輸出分程（Outputspliter(OS)）控制類功能塊——輸出限制

●

輸出限制:

在默認(rèn)情況下，輸出限制在輸出刻度（OUT_SCALE）參數(shù)范圍之外的±10%。對(duì)多數(shù)控制模塊，輸出可以選擇在更緊縮的高限（OUT_HI_LIM）和低限（OUT_LO_LIM）范圍內(nèi)。這些限制可以用來(lái)避免危機(jī)情況。

控制類功能塊——輸出跟蹤

●

輸出跟蹤（控制類本地超馳）：為了實(shí)現(xiàn)輸出跟蹤（outputtracking），必須首先在控制選項(xiàng)（CONTROL_OPTS）參數(shù)中激活選項(xiàng)“TrackEnable”。一個(gè)外部跟蹤數(shù)值由輸出跟蹤數(shù)值輸入（TRK_VAL）參數(shù)接收。該數(shù)值由跟蹤刻度（TR_SCALE）參數(shù)進(jìn)行標(biāo)度。控制類功能塊——輸出跟蹤

如果離散輸出跟蹤輸入（TRK_IN_D）是“真”（True），則控制模塊的實(shí)際模式將切換為本地超馳，刻度轉(zhuǎn)換后的跟蹤數(shù)值將轉(zhuǎn)換成基于輸出刻度（OUT_SCALE）單位的輸出。

如果模塊處于手動(dòng)模式，則另一個(gè)控制選項(xiàng)“TrackinManual”也必須是真，才能使模塊可以遷移到本地超馳模式?？刂祁惞δ軌K——控制選項(xiàng)●控制選項(xiàng)（CONTROL_OPTS）:

一些控制類功能塊使用一個(gè)或多個(gè)控制選項(xiàng)（CONTROL_OPTS）參數(shù)中的選項(xiàng)，來(lái)定制模塊特性。出于安全考慮，在線組態(tài)時(shí)，這個(gè)參數(shù)只能在模塊處于OOS模式下才能被設(shè)置，而離線組態(tài)時(shí)沒(méi)有如此限制?？刂祁惞δ軌K——控制選項(xiàng)CONTROL_OPTS可以設(shè)置的選項(xiàng)如下：●使能旁路（Enablebypass）●手動(dòng)模式下設(shè)定點(diǎn)跟蹤（SetpointTrackinginManualmode）●本地超馳和初始化手動(dòng)模式下設(shè)定點(diǎn)跟蹤（SPtrackinginLOandIMan）控制類功能塊——控制選項(xiàng)

●

直接動(dòng)作（DirectAction）

●

使能輸出跟蹤（OutputtrackinginManual）

●

對(duì)回算輸出使用過(guò)程變量（UsePVforBKCAL_OUT）實(shí)例：

PID控制功能塊

實(shí)例：

PID控制功能塊

PID功能塊在其輸入（IN）參數(shù)接收受控變量(PV)。

PID控制模塊提供很多用戶對(duì)控制器所期望的功能：如過(guò)濾、設(shè)定點(diǎn)選擇和限幅、PID算法、輸出選擇和限幅、前饋、設(shè)定點(diǎn)跟蹤、輸出跟蹤以及過(guò)程變量和偏差報(bào)警。用戶可以使用PID模塊同其他模塊一起建立常規(guī)的控制策略。

實(shí)例：

PID控制功能塊

①整定（Tuning）參數(shù)：

PID功能塊的核心是PID算法。

PID有三個(gè)整定參數(shù)：比例增益參數(shù)（GAIN，無(wú)量綱），積分時(shí)間參數(shù)（RESET，一個(gè)周期多少秒）和以秒為單位的微分時(shí)間常數(shù)（RATE）。用戶設(shè)置積分時(shí)間為正無(wú)窮大來(lái)禁止積分作用；設(shè)置微分時(shí)間為零來(lái)禁止微分算法。PID控制功能塊——參數(shù)

為使整定常數(shù)無(wú)量綱，用戶必須在過(guò)程刻度（PV_SCALE）參數(shù)中設(shè)置控制量量程。換句話說(shuō)，對(duì)基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線（FF）編程語(yǔ)言，“量程”通常不在變送器（AI模塊）中設(shè)置，而更可能是在控制器（PID模塊）中設(shè)置。

PID控制功能塊——參數(shù)

②控制作用（Action）方向

用戶可以在控制選項(xiàng)（CONTROL_OPTS）參數(shù)中設(shè)置直接或反向控制作用（Action）。

默認(rèn)時(shí)，作用是反向的，但通過(guò)使能“DirectActing”選項(xiàng)，作用轉(zhuǎn)而變成直接的。對(duì)直接作用，過(guò)程變量的增加導(dǎo)致輸出增加。繼而，對(duì)反向作用，過(guò)程變量的減少導(dǎo)致輸出增加。

PID控制功能塊——參數(shù)

③設(shè)定點(diǎn)跟蹤設(shè)定點(diǎn)跟蹤的意思是設(shè)定點(diǎn)（SP）設(shè)置在“類手動(dòng)”（manual-like）模式下跟蹤過(guò)程變量（PV）值。在控制類模塊中，類手動(dòng)模式包括：

●手動(dòng)初始化（IMan）

●本地超馳（LO）

●手動(dòng)（Man）

●遠(yuǎn)程串級(jí)輸出（ROut）

PID控制功能塊——參數(shù)

③設(shè)定點(diǎn)跟蹤通過(guò)在控制選項(xiàng)（CONTROL_OPTS）參數(shù)中使能不同選項(xiàng)，只要模塊處于相應(yīng)模塊下，用戶都可以使設(shè)定點(diǎn)跟蹤過(guò)程變量。用于設(shè)定點(diǎn)跟蹤的控制選項(xiàng)是“SP-PVTrackinMan”，“SP-PVTrackinROut”和“SP-PVTrackinLOorIMan”.

PID控制功能塊——參數(shù)

③設(shè)定點(diǎn)跟蹤從“類手動(dòng)”模式切換到“類自動(dòng)”模式，即使在出現(xiàn)誤差的情況下，也不會(huì)有比例波動(dòng)。

PID控制功能塊——參數(shù)

最好在串級(jí)中的次級(jí)PID模塊中使能設(shè)定點(diǎn)跟蹤，以確保在串級(jí)被打破后平滑的返回正常操作。

④前饋（FF）

PID控制功能塊——參數(shù)

前饋對(duì)PID的作用是疊加在輸出中。前饋信號(hào)由前饋數(shù)值（FF_VAL）參數(shù)接收。前饋信號(hào)的作用被前饋增益（FF_GAIN）參數(shù)操控。為使前饋增益無(wú)量綱，前饋數(shù)值首先使用FF_SCALE標(biāo)度成百分比。前饋增益乘以標(biāo)度后的前饋數(shù)值，然后加上PID算法結(jié)果，變成PID輸出（OUT）。⑤串級(jí)中主PID的輸出刻度轉(zhuǎn)換

PID控制功能塊——參數(shù)

默認(rèn)時(shí)，PID輸出刻度是0-100%。輸出刻度轉(zhuǎn)換使用戶可以為PID模塊輸出安排一個(gè)工程單位。量程取決于輸出刻度（OUT_SCALE）參數(shù)。如果模塊在串級(jí)控制應(yīng)用中作為主PID運(yùn)行，那么模塊輸出是另一個(gè)PID的設(shè)定點(diǎn)。因此，有必要標(biāo)度設(shè)定點(diǎn)（即主PID的輸出）來(lái)匹配次級(jí)PID的過(guò)程變量，比如用流量的單位。⑤串級(jí)中主PID的輸出刻度轉(zhuǎn)換PID控制功能塊——參數(shù)

⑥旁路PID控制功能塊——參數(shù)

當(dāng)串級(jí)中次級(jí)PID模塊的受控變量輸入（IN）是“Bad”時(shí)，次級(jí)PID的PID算法無(wú)法工作?？墒?，它可以被旁路掉，使主PID簡(jiǎn)單的穿過(guò)次級(jí)PID直接控制模擬輸出模塊。

⑥旁路

PID控制功能塊——參數(shù)

因此用戶必須在控制選項(xiàng)（CONTROL_OPTS）參數(shù)中設(shè)置選項(xiàng)“BypassEnable”來(lái)使能旁路特性。默認(rèn)情況下，在線組態(tài)時(shí)旁路功能只有在手動(dòng)或OOS模式下才能被激活，而離線組態(tài)時(shí)沒(méi)有類似限制。⑥旁路

PID控制功能塊——參數(shù)

激活旁路步驟：第一，設(shè)置目標(biāo)模式為手動(dòng)第二，使能旁路（BYPASS）第三，設(shè)置目標(biāo)模式為串級(jí)⑥旁路

PID控制功能塊——參數(shù)

禁止旁路步驟：第一，設(shè)置目標(biāo)模式為手動(dòng)第二，禁止旁路（BYPASS）第三，設(shè)置目標(biāo)模式為串級(jí)⑥旁路PID控制功能塊——參數(shù)

當(dāng)旁路被激活使，設(shè)定點(diǎn)傳遞給輸出，PID算法被旁路。

最好在次級(jí)PID中使能旁路控制選項(xiàng)。便于在與次級(jí)PID相關(guān)的變送器被拆下進(jìn)行維護(hù)或校準(zhǔn)是時(shí)激活旁路。

▲最小組態(tài)PID控制功能塊——參數(shù)

最小組態(tài)時(shí)，如下參數(shù)必須設(shè)置：

●

MOD-BLK，

●

BYPASS，

●

CONTROL_OPTS。

三、

計(jì)算類功能塊

計(jì)算類功能塊從其它功能塊接收輸入并進(jìn)行處理，為其它功能塊產(chǎn)生輸出。計(jì)算類功能塊支持輸出選擇，但不支持串級(jí)結(jié)構(gòu)。

通常，這些模塊總是處于自動(dòng)模式。計(jì)算類功能塊主要包括如下：●

超前\滯后（Lead\lag（LL））●

累加（積分:Itegrator（IT））●

輸入選擇（InputSelecter（IS））●

算術(shù)（Arithmetic（AR））●

計(jì)時(shí)器（Timer（TMR））●

模擬報(bào)警（AnalogAlarm（AAL））

算術(shù)模塊提供多種用途的計(jì)算功能。它可以用來(lái)執(zhí)行過(guò)程工業(yè)中普遍的計(jì)算，如流量的壓力和溫度補(bǔ)償、靜壓罐測(cè)量以及比例控制中受控流量設(shè)定點(diǎn)計(jì)算等，如下圖。

實(shí)例：算術(shù)運(yùn)算功能塊

實(shí)例：算術(shù)運(yùn)算功能塊

圖2-24算術(shù)模塊功能示意圖

實(shí)例：算術(shù)運(yùn)算功能塊

為實(shí)現(xiàn)多種用途，模塊支持幾種不同算法，用戶可以從算術(shù)類型（ARITH_TYPE）參數(shù)中加以選擇。每個(gè)選項(xiàng)有一個(gè)名稱表明其典型應(yīng)用，當(dāng)然它們?nèi)钥梢杂米髌渌?jì)算。

實(shí)例：算術(shù)運(yùn)算功能塊

●

流量補(bǔ)償，線性（受限）●

流量補(bǔ)償，平方根（受限）●

流量補(bǔ)償，近似（受限）●

BTU流量（受限）●

傳統(tǒng)乘除（受限）●

平均（Average）●

傳統(tǒng)加法器（TraditionalSummer）●

四階多項(xiàng)式（Fourth-orderpolynomial）●

簡(jiǎn)單HTG補(bǔ)償液位

算術(shù)功能如下：▲最小組態(tài)最小組態(tài)中，MODE-BLK參數(shù)必須被設(shè)置，通常設(shè)置為AUTO方式。必須為輸入和輸出設(shè)置偏差和增益。

如果保留它們的默認(rèn)值，輸入將不被納入考慮并可能會(huì)導(dǎo)致除數(shù)為零。算術(shù)功能如下：

四、輸出類功能塊

輸出類功能塊從其他功能塊接收設(shè)定點(diǎn)輸入，有可能對(duì)數(shù)值進(jìn)行處理，然后通過(guò)轉(zhuǎn)換塊中的硬件通道傳遞給物理輸出。

設(shè)定點(diǎn)是輸出類模塊中最重要的參數(shù)。輸出類功能塊有設(shè)定點(diǎn)選擇，也可能有輸出選擇，盡管輸出選擇實(shí)際上沒(méi)有被用到。

四、輸出類功能塊

輸出類功能塊包括如下：●

模擬輸出（AnalogOutput(AO)）

●

離散輸出(DiscreteOutput(DO))

模擬輸出模塊（如圖）從另一個(gè)功能塊接收輸入，在通過(guò)一個(gè)硬件通道傳遞給一個(gè)轉(zhuǎn)換塊前，可能會(huì)對(duì)其數(shù)值進(jìn)行處理。比如，這可以是一個(gè)來(lái)自控制類模塊需要的閥門位置。

實(shí)例：模擬輸出功能塊

實(shí)例：模擬輸出功能塊

實(shí)例：

模擬輸出功能塊

①M(fèi)ODE-BLK參數(shù):AO模塊的輸出數(shù)值一般在串級(jí)輸入端（CAS-IN）接收，通常來(lái)自一個(gè)PID控制模塊。因此，AO模塊通常一勞永逸的設(shè)置并保持Cas模式。

模擬輸出功能塊——參數(shù)

②

輸出通道:

就像輸入類模塊中的那樣，每個(gè)輸出模塊的通道（CHANNEL）參數(shù)用來(lái)選擇輸出進(jìn)入的轉(zhuǎn)換塊。多數(shù)輸出設(shè)備只有一個(gè)輸出通道，在這種情況下，通道參數(shù)實(shí)際上只有一個(gè)選項(xiàng)：1。然而，一個(gè)多變量設(shè)備（如傳統(tǒng)信號(hào)轉(zhuǎn)換器）可以有很多選項(xiàng)。