八控制系統(tǒng)組態(tài)功能塊二

基金會現(xiàn)場總線控制策略組態(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

輸入類功能塊通過轉(zhuǎn)換塊中的一個硬件通道來訪問物理測量參數(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）實例：模擬輸入功能塊-AI圖2-20AI模塊功能示意圖

實例：

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)定點選擇又有輸出選擇，并支持串級結(jié)構(gòu)。

控制類功能塊包括：

手動加載（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:

在默認情況下，輸出限制在輸出刻度（OUT_SCALE）參數(shù)范圍之外的±10%。對多數(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)。這些限制可以用來避免危機情況。

控制類功能塊——輸出跟蹤

●

輸出跟蹤（控制類本地超馳）：為了實現(xiàn)輸出跟蹤（outputtracking），必須首先在控制選項（CONTROL_OPTS）參數(shù)中激活選項“TrackEnable”。一個外部跟蹤數(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)進行標度。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。

如果模塊處于手動模式，則另一個控制選項“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●控制選項（CONTROL_OPTS）:

一些控制類功能塊使用一個或多個控制選項（CONTROL_OPTS）參數(shù)中的選項，來定制模塊特性。出于安全考慮，在線組態(tài)時，這個參數(shù)只能在模塊處于OOS模式下才能被設(shè)置，而離線組態(tài)時沒有如此限制。控制類功能塊——控制選項CONTROL_OPTS可以設(shè)置的選項如下：●使能旁路（Enablebypass）●手動模式下設(shè)定點跟蹤（SetpointTrackinginManualmode）●本地超馳和初始化手動模式下設(shè)定點跟蹤（SPtrackinginLOandIMan）控制類功能塊——控制選項

●

直接動作（DirectAction）

●

使能輸出跟蹤（OutputtrackinginManual）

●

對回算輸出使用過程變量（UsePVforBKCAL_OUT）實例：

PID控制功能塊

實例：

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控制器所期望的功能：如過濾、設(shè)定點選擇和限幅、PID算法、輸出選擇和限幅、前饋、設(shè)定點跟蹤、輸出跟蹤以及過程變量和偏差報警。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有三個整定參數(shù)：比例增益參數(shù)（GAIN，無量綱），積分時間參數(shù)（RESET，一個周期多少秒）和以秒為單位的微分時間常數(shù)（RATE）。用戶設(shè)置積分時間為正無窮大來禁止積分作用；設(shè)置微分時間為零來禁止微分算法。PID控制功能塊——參數(shù)

為使整定常數(shù)無量綱，用戶必須在過程刻度（PV_SCALE）參數(shù)中設(shè)置控制量量程。換句話說，對基金會現(xiàn)場總線（FF）編程語言，“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（CONTROL_OPTS）參數(shù)中設(shè)置直接或反向控制作用（Action）。

默認時，作用是反向的，但通過使能“DirectActing”選項，作用轉(zhuǎn)而變成直接的。對直接作用，過程變量的增加導(dǎo)致輸出增加。繼而，對反向作用，過程變量的減少導(dǎo)致輸出增加。

PID控制功能塊——參數(shù)

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

●手動初始化（IMan）

●本地超馳（LO）

●手動（Man）

●遠程串級輸出（ROut）

PID控制功能塊——參數(shù)

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

PID控制功能塊——參數(shù)

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

PID控制功能塊——參數(shù)

最好在串級中的次級PID模塊中使能設(shè)定點跟蹤，以確保在串級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PID的作用是疊加在輸出中。前饋信號由前饋數(shù)值（FF_VAL）參數(shù)接收。前饋信號的作用被前饋增益（FF_GAIN）參數(shù)操控。為使前饋增益無量綱，前饋數(shù)值首先使用FF_SCALE標度成百分比。前饋增益乘以標度后的前饋數(shù)值，然后加上PID算法結(jié)果，變成PID輸出（OUT）。⑤串級中主PID的輸出刻度轉(zhuǎn)換

PID控制功能塊——參數(shù)

默認時，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)。如果模塊在串級控制應(yīng)用中作為主PID運行，那么模塊輸出是另一個PID的設(shè)定點。因此，有必要標度設(shè)定點（即主PID的輸出）來匹配次級PID的過程變量，比如用流量的單位。⑤串級中主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)

當串級中次級PID模塊的受控變量輸入（IN）是“Bad”時，次級PID的PID算法無法工作。可是，它可以被旁路掉，使主PID簡單的穿過次級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（CONTROL_OPTS）參數(shù)中設(shè)置選項“BypassEnable”來使能旁路特性。默認情況下，在線組態(tài)時旁路功能只有在手動或OOS模式下才能被激活，而離線組態(tài)時沒有類似限制。⑥旁路

PID控制功能塊——參數(shù)

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

PID控制功能塊——參數(shù)

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

當旁路被激活使，設(shè)定點傳遞給輸出，PID算法被旁路。

最好在次級PID中使能旁路控制選項。便于在與次級PID相關(guān)的變送器被拆下進行維護或校準是時激活旁路。

▲最小組態(tài)PID控制功能塊——參數(shù)

最小組態(tài)時，如下參數(shù)必須設(shè)置：

●

MOD-BLK，

●

BYPASS，

●

CONTROL_OPTS。

三、

計算類功能塊

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

通常，這些模塊總是處于自動模式。計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））●

計時器（Timer（TMR））●

模擬報警（AnalogAlarm（AAL））

算術(shù)模塊提供多種用途的計算功能。它可以用來執(zhí)行過程工業(yè)中普遍的計算，如流量的壓力和溫度補償、靜壓罐測量以及比例控制中受控流量設(shè)定點計算等，如下圖。

實例：算術(shù)運算功能塊

實例：算術(shù)運算功能塊

圖2-24算術(shù)模塊功能示意圖

實例：算術(shù)運算功能塊

為實現(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。每個選項有一個名稱表明其典型應(yīng)用，當然它們?nèi)钥梢杂米髌渌嬎恪?/p>

實例：算術(shù)運算功能塊

●

流量補償，線性（受限）●

流量補償，平方根（受限）●

流量補償，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）●

四階多項式（Fourth-orderpolynomial）●

簡單HTG補償液位

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值，輸入將不被納入考慮并可能會導(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)定點輸入，有可能對數(shù)值進行處理，然后通過轉(zhuǎn)換塊中的硬件通道傳遞給物理輸出。

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

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）從另一個功能塊接收輸入，在通過一個硬件通道傳遞給一個轉(zhuǎn)換塊前，可能會對其數(shù)值進行處理。比如，這可以是一個來自控制類模塊需要的閥門位置。

實例：模擬輸出功能塊

實例：模擬輸出功能塊

實例：

模擬輸出功能塊

①MODE-BLK參數(shù):AO模塊的輸出數(shù)值一般在串級輸入端（CAS-IN）接收，通常來自一個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，每個輸出模塊的通道（CHANNEL）參數(shù)用來選擇輸出進入的轉(zhuǎn)換塊。多數(shù)輸出設(shè)備只有一個輸出通道，在這種情況下，通道參數(shù)實際上只有一個選項：1。然而，一個多變量設(shè)備（如傳統(tǒng)信號轉(zhuǎn)換器）可以有很多選項。