第五章常用功能块

1、第五章常用功能块第五章常用功能块PID 110PID 110AO 110AO 110现场总线现场总线仪表仪表1 1仪表仪表2 2在现场总线仪表中使用功能块在现场总线仪表中使用功能块实现一个完整控制回路的例子实现一个完整控制回路的例子AI 1105.1 模拟输入块（模拟输入块（AI ）概述概述 模拟输入功能块通过通道号的选择，模拟输入功能块通过通道号的选择，从转换器块接收输入数据，并使其输出成从转换器块接收输入数据，并使其输出成为对其他功能块可用的数据，见图为对其他功能块可用的数据，见图5-1 对输入数据进行处理：通道组态；输对输入数据进行处理：通道组态；输入仿真；标度；线性化；阻尼；报警；自入

2、仿真；标度；线性化；阻尼；报警；自诊断；输入状态选项。诊断；输入状态选项。示意图示意图Schematic 5.1.1输入通道输入通道 AI功能块通过输入通道参数功能块通过输入通道参数CHANNEL连接到转换块，这是一个连接到转换块，这是一个16位无符号数，位无符号数，属于枚举类型参数。很多变送器只有一属于枚举类型参数。很多变送器只有一个集成传感器，这意味着通道参数实际个集成传感器，这意味着通道参数实际上只有一个选项：上只有一个选项：1。 然而，一个多变量变送器，如密度变送然而，一个多变量变送器，如密度变送器，可能既有密度传感器，又有过程温器，可能既有密度传感器，又有过程温度传感器，因而需要两个

3、对应的度传感器，因而需要两个对应的AI功能功能块。每个块。每个AI功能块中的通道参数用来选功能块中的通道参数用来选择该功能块是用来访问密度还是过程温择该功能块是用来访问密度还是过程温度。度。 另外一个需要使用通道参数的例子是具另外一个需要使用通道参数的例子是具备多路输入端子现场仪表，例如两通道备多路输入端子现场仪表，例如两通道(两路温度信号两路温度信号)温度变送器，这时通道参温度变送器，这时通道参数数CHANNEL有两个选项：一个是有两个选项：一个是1，一，一个是个是2。 5.1.2输入仿真输入仿真当输入仿真激活，仿真参数当输入仿真激活，仿真参数SIMULATE将将取代来自转换块的信号，它主要

4、用于系统取代来自转换块的信号，它主要用于系统调试和故障排查。仿真参数的数据结构为调试和故障排查。仿真参数的数据结构为DS-82，如表，如表5-1所列。所列。 通过在仿真元素写入数值或状态，可以安通过在仿真元素写入数值或状态，可以安全地测试系统对故障和难以进行的或有危全地测试系统对故障和难以进行的或有危险的过程条件的反应。险的过程条件的反应。表5-l DS-82浮点数仿真结构元素元素 元素名元素名 数据类型数据类型 字节长字节长 1 仿真状态仿真状态 8位无符号数位无符号数 1 2 仿真数值仿真数值 浮点数浮点数 4 3 转换器状态转换器状态 8位无符号数位无符号数 1 4 转换器数值转换器数值

5、 浮点数浮点数 4 5 仿真使能仿真使能 8位无符号数位无符号数 1 禁止开关禁止开关 仿真元素转换器参数显示来自转换块信号仿真元素转换器参数显示来自转换块信号的数值和状态，可以用来检查功能块是否的数值和状态，可以用来检查功能块是否接收到正确的转换块送来的数值和状态。接收到正确的转换块送来的数值和状态。仿真使能禁止开关是一个仿真使能禁止开关是一个8位无符号数，位无符号数，值为值为l时仿真激活，值为时仿真激活，值为0时仿真禁止。当时仿真禁止。当仿真激活时，模块发布报警，并且可以在仿真激活时，模块发布报警，并且可以在模块错误参数模块错误参数BLOCK_ ERR中看到。中看到。 5.1.3标度标度

6、转换器的标度转换器的标度(刻度刻度)参数参数XD_SCALE将将通道信号值对应为以百分数表示的数值，通道信号值对应为以百分数表示的数值，该数值显示在现场数值参数该数值显示在现场数值参数FIELD_VAL中。实际测量的工程单位和量程设置在中。实际测量的工程单位和量程设置在转换器刻转换器刻 度参数。度参数。 XD_SCALE中，而中，而推算推算(间接间接)测量的工程单位和量程设嚣在测量的工程单位和量程设嚣在输出刻度参数输出刻度参数OUT_ SCAIE中。中。 例例5-1 一个一个10m高的水箱（密度为高的水箱（密度为1000kg/m3)变送器安装在罐下变送器安装在罐下1m处，需处，需要将静压读数转

7、换为米，如何以千帕为单要将静压读数转换为米，如何以千帕为单位设置位设置XD_SCALE？10m0m-1m10m1m 解：水箱水位在解：水箱水位在0m处对应的静压处对应的静压 PL=110009.8=9.8KPa 水箱水位在水箱水位在10m处对应的静压处对应的静压 PU=1110009.8=107.8KPa XD_SCALE将设置为将设置为9.8KPa107.8KPa， OUT_SCALE将设置为将设置为010m。 5.1.4线性化线性化 对多数测量而言，来自转换块的数值被直接使对多数测量而言，来自转换块的数值被直接使用，但在推算用，但在推算(间接间接)测量时，需要应用线性化。测量时，需要应用线

8、性化。所需的线性化类型在线性化类型参数所需的线性化类型在线性化类型参数L_TYPE中设置。线性化有直接、线性中设置。线性化有直接、线性(非直接非直接)、开平、开平方方(非直接非直接)三种类型选项。三种类型选项。 直接意味着数值直接传递到直接意味着数值直接传递到PV，因此，因此OUT_SCALE参数无效；线性参数无效；线性(非直接非直接)是指是指PV值是经过值是经过0UT_SCALE转换过来的转换过来的FIELD_VAL值；开平方值；开平方(非直接非直接)意味着意味着PV值值是经是经0UT_SCALE转换过来的转换过来的FIELD_VAL值值的平方根。的平方根。 当一个压力变送器用来根据静压原理

9、测量液当一个压力变送器用来根据静压原理测量液位时，使用位时，使用L_TYPE参数参数(非直接线性非直接线性)，选项，选项选选l,如图如图5-2所示，就可选择非直接线性。所示，就可选择非直接线性。XD_SCALE将设置为将设置为1.49kPa5.89kPa(容容器中介质密度为器中介质密度为800kgm3)，OUT_SCALE设置为设置为00.56m。 对液位应用，操作员往往更愿意读取百分比读数，对液位应用，操作员往往更愿意读取百分比读数，而不是工程单位。出于这个目的，将而不是工程单位。出于这个目的，将OUT_SCALE组态为组态为0100，当差压变送器用来测量流量时，当差压变送器用来测量流量时，

10、使用使用“开平方开平方(非直接非直接)”选项。开平方是对选项。开平方是对FIELD_VAL(现场数值现场数值)进行的。进行的。 例如，如果流量为例如，如果流量为01970 m3 h，通过孔板产生，通过孔板产生差压差压01000mmH2O，那么，那么XD_SCALE设为设为01000rnmH2O，OUT_SCALE设为设为01970m3h。 出于安全的原因，在线组态时，刻度参数只能在手出于安全的原因，在线组态时，刻度参数只能在手动或动或OOS模式下进行修改。离线组态时没有此限制。模式下进行修改。离线组态时没有此限制。 输入输出选项参数输入输出选项参数IO_OPTS中的位中的位10用用来设置小信号

11、切除功能的使能，它通常来设置小信号切除功能的使能，它通常与开平方配合使用。小信号切除的目的与开平方配合使用。小信号切除的目的是避免低流量导致的高回路增益。低流是避免低流量导致的高回路增益。低流量时切除信息可以使读数更稳定，过程量时切除信息可以使读数更稳定，过程更好控制，还可避免流量累加时的错误更好控制，还可避免流量累加时的错误计数。小流量切除点在小计数。小流量切除点在小(低低)流量切除参流量切除参数数LOW_OUT中设置，它与输出刻度采中设置，它与输出刻度采用同样的工程单位，可以对其进行调整用同样的工程单位，可以对其进行调整以满足应用。以满足应用。 小信号切除功能小信号切除功能 小信号切除的目

12、的是避免低流量导致的小信号切除的目的是避免低流量导致的高回路增益，低流量时切除信息可以使高回路增益，低流量时切除信息可以使读数更稳定，过程更好控制。读数更稳定，过程更好控制。调节器执行器对象变送器PQ01970m3/h0 10KPa Q （m3/h）PQPP=KQ2Q=KP0.4KPa（K Pa）K= Q /P低流量小信号切除功能由LOW_OUT参数实现Q=KPQmax=KPmaxQ/Qmax= P/ PmaxP/ Pmax= (Q/Qmax)2 例例5-2用差压变送器测量流量，如果用差压变送器测量流量，如果流量在流量在01970m3/h,通过孔板产生通过孔板产生的差压变化为的差压变化为0 1

13、0KPa,若若XD_SCALE设置为设置为0 10KPa ，OUT_SCALE设置为设置为01970m3/h， LOW_OUT设置为设置为20%，试求流量，试求流量低于何值时输出为低于何值时输出为0m3/h，对应的，对应的差压是多少千帕？差压是多少千帕？ 解：小流量切除值为解：小流量切除值为 20%1970=394m3/h 根据根据P/ Pmax=(q/qmax)2=(20%)2=0.04 则小流量切除值对应的差压为则小流量切除值对应的差压为 P=0.04 Pmax=0.04 10=0.4KPa 5.1.5 阻尼阻尼 在某些应用中，阻尼被用来过滤掉测量在某些应用中，阻尼被用来过滤掉测量信号中的

14、噪声，以获得过程变量信号中的噪声，以获得过程变量PV和输和输出出OUT。过程变量的阻尼时间参数。过程变量的阻尼时间参数PV_FFIME用来设置以秒为单位的一阶用来设置以秒为单位的一阶滞后时间常数，即数值达到稳定状态值滞后时间常数，即数值达到稳定状态值的的63所需时间，其阶跃响应曲线如同所需时间，其阶跃响应曲线如同自动控制原理中惯性环节的阶跃响应曲自动控制原理中惯性环节的阶跃响应曲线。如果阻尼时间常数设置成零，阻尼线。如果阻尼时间常数设置成零，阻尼被禁止，测量将直接通过，如同经过比被禁止，测量将直接通过，如同经过比例环节，没有惯性滞后。例环节，没有惯性滞后。 5.1.6报警报警AI功能块中的过程

15、变量报警是作用在输功能块中的过程变量报警是作用在输出出0UT参数上，而不是作用在过程变量参数上，而不是作用在过程变量PV参数上的。因此，保持参数上的。因此，保持AI功能块处于功能块处于自动模式是重要的，这也意味着报警限自动模式是重要的，这也意味着报警限值必须设置在输出刻度参数值必须设置在输出刻度参数OUT_SCALE指定的范围内。因此，为指定的范围内。因此，为报警起见，输出刻度参数必须设置，即报警起见，输出刻度参数必须设置，即使它没有用于刻度转换。如果使它没有用于刻度转换。如果AI功能块功能块是控制回路的一部分，则最好在是控制回路的一部分，则最好在PID功能功能块中监测报警，以便减少所要观察的

16、模块中监测报警，以便减少所要观察的模块数量。块数量。过程变量和偏差报警有一个共同的滞后参过程变量和偏差报警有一个共同的滞后参数数ALARM_HYS。它以模块过程变量刻。它以模块过程变量刻度参数度参数PV_SCALE中所设置的百分比来中所设置的百分比来表示，在表示，在AI模块中则是输出刻度的量程模块中则是输出刻度的量程百分比。滞后可以确保当数值接近报警百分比。滞后可以确保当数值接近报警触发限值时，报警不会振荡（快速的触触发限值时，报警不会振荡（快速的触发和消失）。过程变量高限上的报警滞发和消失）。过程变量高限上的报警滞后见图后见图4-13PVHI_LIMALARM_HYS时间激活失效图图4-13

17、 过程变量高限上的报警滞后过程变量高限上的报警滞后 当相关数值高于限值时高报被触发；当相关数值高于限值时高报被触发；而数值低于限值减去报警滞后时，而数值低于限值减去报警滞后时，高报才消失。同样，当相关数值低高报才消失。同样，当相关数值低于限值时低报被触发；而数值高于于限值时低报被触发；而数值高于限值加上报警滞后时，低报才消失。限值加上报警滞后时，低报才消失。当数值处于滞后所设定的带宽内时，当数值处于滞后所设定的带宽内时，报警将保持被激活。滞后可以在报警将保持被激活。滞后可以在0-50%范围内设置，默认为范围内设置，默认为0.5%。 补充习题：试绘出过程变量低限上补充习题：试绘出过程变量低限上的

18、报警滞后图。的报警滞后图。LO_LIMPVt激活失效 4-22 如果过程变量刻度设置为如果过程变量刻度设置为-500Pa3500Pa，0.5的滞后对应为多的滞后对应为多少帕少帕?如果高报警触发限值为如果高报警触发限值为3000Pa，试问在多少帕时才能消除报警试问在多少帕时才能消除报警?解：解： 3500-(-500)=4000Pa 40000.5%=20Pa 3000-20=2980Pa29803000Pa10PV 517 自诊断自诊断AI功能块的块错误表现为以下原因：功功能块的块错误表现为以下原因：功能块处于能块处于OOS模式；仿真被激活；某些模式；仿真被激活；某些输入输出硬件模块故障。引起

19、组态错误输入输出硬件模块故障。引起组态错误的情形有：参数的情形有：参数CHANNEL或或L_TYPE的的值错误；参数值错误；参数XD_SCALE的工程单位或的工程单位或量程与转换块的传感器不相配；参数量程与转换块的传感器不相配；参数CHANNEL与硬件组态不一致。与硬件组态不一致。AI功能功能功支持的模式为功支持的模式为OOS、Man和和Auto。 5.1.8输入状态选项输入状态选项 传感器失效时，传感器失效时，AI输入功能块的输出参数状输入功能块的输出参数状态默认为态默认为“Bad-Non Specific”(坏一非特指坏一非特指)。尽管这足以使控制模块中的模式发生迁移，尽管这足以使控制模块

20、中的模式发生迁移，但只监测但只监测PID模块的主站无法看到发生的原模块的主站无法看到发生的原因。通过设置状态选项参数因。通过设置状态选项参数STATUS_PTS中中位位3为为1，使将错误状态向前传播，使将错误状态向前传播(即向下游即向下游)的功能使能的功能使能(激活激活)，则这个，则这个“Bad-Non Specific”(坏坏-非特指非特指)状态不必产生报警，而状态不必产生报警，而把这个把这个“坏坏-非特指非特指”状态传递给状态传递给OUT。 通过这个选项，用户可以决定是否需要块报通过这个选项，用户可以决定是否需要块报警并向下游传递报警，下游控制功能块可以警并向下游传递报警，下游控制功能块可

21、以指出传感器失效问题，而无需追踪到输入功指出传感器失效问题，而无需追踪到输入功能块。当该状态选项使能后，输入功能块不能块。当该状态选项使能后，输入功能块不产生任何报警。有了这个主要变量输入状态，产生任何报警。有了这个主要变量输入状态，控制功能块将为输人功能块产生模块报警，控制功能块将为输人功能块产生模块报警，即模块中只有一个发布传感器失效报警。因即模块中只有一个发布传感器失效报警。因此，作为控制回路一部分并链接到一个控制此，作为控制回路一部分并链接到一个控制功能块的模拟输入块功能块的模拟输入块AI，最好使能该选项，最好使能该选项，而用于开环监测的模拟输入块而用于开环监测的模拟输入块AI，最好应

22、禁，最好应禁止该选项。止该选项。 AI功能块大约功能块大约36个参数，它们是：个参数，它们是： ST_REV(静态版本静态版本)； TAG_DESC(位号说明位号说明)； STRATEGY(策略策略)； ALERT_KEY(警键警键)； MODE_BLK(块模式块模式)； BLOCK_ERR(块错误块错误)； PV(DS-65，过程变量，过程变量)； OUT(DS-65，功能块执行结果值，功能块执行结果值)； SIMULATE(DS-82，仿真参数，仿真参数)； XD_SCALE(DS-68，转换器量程，转换器量程)； OUT_SCALE(DS-68，输出量程，输出量程)； GRANT_DEN

23、Y(DS-70，允许禁止，允许禁止)； IO_OPTS(2字节位串，输入输出选项字节位串，输入输出选项)； STATUS_OPTS(2字节位串，块状态选项字节位串，块状态选项)； CHANNEL(16位无符号数，转换块通道值位无符号数，转换块通道值)； L_TYPE(8位无符号数，线性化类型位无符号数，线性化类型)； LOW_CUT(浮点，小信号切除浮点，小信号切除)； PV-FTIME(浮点，浮点，PV信号滤波时间常数信号滤波时间常数)； FIELD_VAL(DS-65，现场值，现场值)； UPDATE_EVT(DS-73，更新发生的事件，更新发生的事件)； BLOCK_ALM(DS-72，

24、块报警，块报警)； ALARM_SUM(DS-74，报警总貌，报警总貌)； ACK-OPTION(2字节位串，自动确认选项字节位串，自动确认选项)； ALARM_HYS(浮点报警期间的浮点报警期间的PV值值)； HI_HI_PRI(8位无符号数，高位无符号数，高-高报警优先级高报警优先级)； HI_HI_LIM(浮点，高浮点，高-高报警限高报警限)； HI_PRI(8位无符号数，高报警优先级位无符号数，高报警优先级)； HI_LIM(浮点，高报警限浮点，高报警限)； LO_PRI(8位无符号数，低报警优先级位无符号数，低报警优先级)； LO _LIM (浮点，低报警限浮点，低报警限)； LO_

25、LO_PRI(8位无符号数，低位无符号数，低-低报警优先级低报警优先级)； LO_LO_ LIM (浮点，低浮点，低-低报警限低报警限)； HI_HI_ALM(DS-71，高，高-高报警高报警)； HI _LIM (DS-71，高报警，高报警)； LO_ALM(DS-7l，低报警，低报警)； LO_LO_ ALM (DS-71，低，低-低报警低报警)。 枚举参数枚举参数 8位无符号二进制数可以有位无符号二进制数可以有28=256个个有效枚举状态。有效枚举状态。 位枚举参数位枚举参数 位枚举是指每个比特（位）都代表位枚举是指每个比特（位）都代表一个含义，在任意时刻可以同时指一个含义，在任意时刻可

26、以同时指示示n（位）个状态，而枚举参数在任（位）个状态，而枚举参数在任意时刻只能指示一个状态。意时刻只能指示一个状态。5.2 控制块控制块PID控制块控制块PID的内部结构如图的内部结构如图5-3所示。所示。它提供了比例它提供了比例(P)、积分、积分(I)、微分、微分(D)的运算控制。的运算控制。PID控制功能块参数表控制功能块参数表如表如表4-1所列。所列。 5.2.1设定值限制设定值限制(SP LIMlTS) SP为模拟设定值，可以由操作员为模拟设定值，可以由操作员OPERATOR手动设定，也可以通过接口设手动设定，也可以通过接口设备或另一现场仪表自动设定。仅仅在自动模备或另一现场仪表自动

27、设定。仅仅在自动模式下，设定值才被限制在式下，设定值才被限制在SP_HI_LIM(设定值设定值高限参数高限参数)和和SP_LO_LIM(设定值低限参数设定值低限参数)的范围之内。此外，如果控制选项参数的范围之内。此外，如果控制选项参数CONTROL OPTS中位中位12的功能没有被禁止的功能没有被禁止的话，即在的话，即在Cas和和RCas模式下允许对模式下允许对SP实实行限制的条件下，行限制的条件下，SP同样受到限制。同样受到限制。 但是，设定值变化率限制只应用在自动模式但是，设定值变化率限制只应用在自动模式下。设定值变化率不能太大或太小，如果不下。设定值变化率不能太大或太小，如果不加以限制可

28、能给生产造成事故，如在火电厂加以限制可能给生产造成事故，如在火电厂中对加减负荷设定速率的限制就是这样。设中对加减负荷设定速率的限制就是这样。设定值变化率由定值变化率由SP_RATE_UP(增加设定值变增加设定值变化率化率)和和SP_RATE_DN(减少设定值变化率减少设定值变化率)两两参数设定。如果用户设置变化率限值为零，参数设定。如果用户设置变化率限值为零，设定值变化率限制就被禁止，那么设定值的设定值变化率限制就被禁止，那么设定值的变化速度将不受限制。变化速度将不受限制。 5.2.2设定值选择设定值选择(SP SELECTOR) SP SELECTOR是本机设定、远程设定、是本机设定、远程设

29、定、PV设定的选择开关，它由块模式参数确设定的选择开关，它由块模式参数确定。在自动、手动和定。在自动、手动和OOS模式下，可以模式下，可以直接手动设定直接手动设定SP；在；在Cas模式下，接受模式下，接受CAS_IN的设定，的设定，CAS_IN来自上游模块来自上游模块或接口设备；在或接口设备；在LO或或IMan模式下模式下SP跟跟踪踪PV。 5。23过程变量及滤波过程变量及滤波(PV_FTIME)过程变量过程变量PV的数值和状态是主要输入变量的数值和状态是主要输入变量IN的映的映像，或者是多输入变量的计算结果。在像，或者是多输入变量的计算结果。在PID功能块功能块中，中，PV就是就是IN值滤波

30、后的结果。过程变量状态是值滤波后的结果。过程变量状态是输入变量状态的拷贝，如果有多个输人变量，则是输入变量状态的拷贝，如果有多个输人变量，则是它们中最坏一个的状态。不管功能块的模式如何，它们中最坏一个的状态。不管功能块的模式如何，过程变量的数值是主要输入变量的数值或它们计算过程变量的数值是主要输入变量的数值或它们计算的结果。除非输入变量是不可用的，这时过程变量的结果。除非输入变量是不可用的，这时过程变量PV的数值保持在最后的可用值上。过程变量滤波的数值保持在最后的可用值上。过程变量滤波时间常数时间常数PV_FFIME的含义，是对阶跃的输入变量，的含义，是对阶跃的输入变量，输出达到最终值的输出达

31、到最终值的63.2所需的时间，单位是秒。所需的时间，单位是秒。如果如果PVFTIME是是0，意味着没有滤波。，意味着没有滤波。 524 PID运算及整定(PID) PID控制算法为注意：注意：BIAS_A/MBIAS_A/M从内部从内部BIASBIAS运算转换为自动模运算转换为自动模式（式（RCAS.CAS.AUTO)RCAS.CAS.AUTO)：假设微分增益等于：假设微分增益等于0 0.13.13. 式中：式中：BIAS_AM为切换到自动方式为切换到自动方式(RCas、Cas、Auto)时的内部偏置；时的内部偏置；a=013(微分增益微分增益)；GAIN为为PID的比例的比例增益增益P(无量

32、纲无量纲)；RESET为积分为积分I的积分的积分时间常数时间常数(单位为秒单位为秒)；RATE为微分为微分D的的微分时间常数微分时间常数(单位为秒单位为秒)；E为偏差为偏差(SP_PV)；PV为过程变量；为过程变量；S为拉氏变为拉氏变换算子。换算子。 PID运算是非迭代或运算是非迭代或ISA(国际标准协会国际标准协会)标准标准算法。在这种运算算法体系中，算法。在这种运算算法体系中，GAIN被作用被作用在在PID的各项上，比例和积分仅作用在偏差上，的各项上，比例和积分仅作用在偏差上，微分运算作用在微分运算作用在PV值上值上(微分先行）。功能块微分先行）。功能块在自动模式时，由于微分的运算只是针对

33、在自动模式时，由于微分的运算只是针对PV，所以用户改变所以用户改变SP值不会引起输出量的微分响值不会引起输出量的微分响应。只要偏差存在，应。只要偏差存在，PID功能将对偏差进行积功能将对偏差进行积分运算，即将输出向减少偏差的方向进行。分运算，即将输出向减少偏差的方向进行。 HD功能块的核心是功能块的核心是PID算法。为使整定常数算法。为使整定常数无量纲，用户必须在过程变量刻度参数无量纲，用户必须在过程变量刻度参数PV_SCAIE中设置控制量程。工程单位不起中设置控制量程。工程单位不起作用，只有量程数值被用到。对作用，只有量程数值被用到。对FF来说，来说，“量程量程”通常不在变送器的通常不在变送

34、器的AI中，更多更可中，更多更可能是在能是在PID功能块中设置。有三个整定参数：功能块中设置。有三个整定参数：比例增益参数比例增益参数GAIN，积分时间常数，积分时间常数RESET，微分时间常数微分时间常数RATE 。用户应该设置积分时。用户应该设置积分时间为正无穷大间为正无穷大(+Inf)来禁止或取消积分作用，来禁止或取消积分作用，设置微分时间为零来禁止或取消微分作用。设置微分时间为零来禁止或取消微分作用。 5.2.5前馈前馈(FF) 在前馈在前馈FF(FEED FORWARD)控制中，控制中，扰动或负荷被测量并用来计算操纵变量扰动或负荷被测量并用来计算操纵变量来抵消扰动或负荷对过程的影响。

35、前馈来抵消扰动或负荷对过程的影响。前馈最普通的应用是在串级回路为次级最普通的应用是在串级回路为次级(副副)流流量控制器计算其设定点上的物料或能量量控制器计算其设定点上的物料或能量平衡。前馈对平衡。前馈对PID的作用叠加在输出中，的作用叠加在输出中，因此，它应该在主控制因此，它应该在主控制 器中完成，以便操纵串级中次级器中完成，以便操纵串级中次级(副副)控制控制器的设定点。前馈信号由前馈数值参数器的设定点。前馈信号由前馈数值参数FF_VAL接收，它可以是来自任何功能块接收，它可以是来自任何功能块的输入，但通常是的输入，但通常是AI功能块。前馈信号功能块。前馈信号的作用强度由前馈增益参数的作用强度

36、由前馈增益参数FF_GAIN调调整。为使前馈增益无量纲，前馈数值首整。为使前馈增益无量纲，前馈数值首先使用前馈刻度参数先使用前馈刻度参数FF_SCALE标度成标度成百分比，然后再乘以前馈增益得到前馈百分比，然后再乘以前馈增益得到前馈数值，最后再与数值，最后再与PID控制算法相加，成为控制算法相加，成为输出输出OUT。 当输出受限时，前馈信号也被考虑进去，当输出受限时，前馈信号也被考虑进去，这将会减少由于前馈信号的引入而使输这将会减少由于前馈信号的引入而使输出过大的风险。同样，在初始化手动出过大的风险。同样，在初始化手动IMan模式下的输出初始化时，也将前馈模式下的输出初始化时，也将前馈信号考虑

37、了进去，以确保不需外部计算信号考虑了进去，以确保不需外部计算来使模式无扰切换。来使模式无扰切换。 5.2.6输出刻度输出刻度0UT_SCALE 默认时，输出刻度是默认时，输出刻度是0100。输出刻度转换。输出刻度转换使用户可以为使用户可以为PID功能块输出安排一个工程单功能块输出安排一个工程单位。量程取决于输出刻度参数位。量程取决于输出刻度参数OUT_SCALE。如果模块在串级控制应用中作为主如果模块在串级控制应用中作为主PID运行，运行，那么模块输出是另一个那么模块输出是另一个PID的设定点。因此，的设定点。因此，有必要标度那个设定点有必要标度那个设定点(即主即主PID的输出的输出)来匹来匹

38、配副配副PID的过程变量，比如用流量单位。的过程变量，比如用流量单位。 对对多数应用，输出刻度参数多数应用，输出刻度参数OUT_SCALE设置为设置为0100。可是，对串级中的副。可是，对串级中的副PID，输出刻，输出刻度通常以工程单位设置，一般与副度通常以工程单位设置，一般与副PID的控制的控制变量量程相同。变量量程相同。 5.2.7输出选择输出选择 OUT_SELECTOR为输出选择开关，它由块模为输出选择开关，它由块模式参数控制。式参数控制。ROut模式下，输出模式下，输出OUT和远程和远程输入参数输入参数ROUT_IN与接口设备构成一个无扰与接口设备构成一个无扰动方式的串级；动方式的串

39、级；Auto模式下，输出模式下，输出0UT为为PID运算输出；运算输出；LO模式下，输出模式下，输出OUT为为TRK_VAL值值(该数值经过该数值经过TRK_SCALE和和OUT_SCALL标标度度)；IMan模式下，主模式下，主PID的输出为的输出为BKCAL_IN的数值。即在串级结构中主的数值。即在串级结构中主PID的的输出跟随一个来自下游功能块的输出跟随一个来自下游功能块的BKCAL_OUT，用于抗积分饱和控制回路初始化，以保证副用于抗积分饱和控制回路初始化，以保证副PID切回切回Cas模式下，设定点数值不发生变化。模式下，设定点数值不发生变化。 5.2.8输出跟踪输出跟踪 有时，希望驱

40、使控制输出到某种形式的安全有时，希望驱使控制输出到某种形式的安全数值。如果发生紧急情况，则可以通过某种数值。如果发生紧急情况，则可以通过某种简单的本地设备简单的本地设备(仪表仪表)进行操作。该控制器可进行操作。该控制器可能是一个备份，通常被一个控制器超弛能是一个备份，通常被一个控制器超弛(即功即功能块输出不是算法自动输出，而是需要跟踪能块输出不是算法自动输出，而是需要跟踪某一类似手动某一类似手动(如在本地设备手操如在本地设备手操)输出输出)，用，用户可以超弛输出。多数户可以超弛输出。多数PID功能块支持这种功功能块支持这种功能。为了实现输出跟踪，必须首先在控制选能。为了实现输出跟踪，必须首先在

41、控制选项项CONTROL_OPTS参数中激活选项跟踪使参数中激活选项跟踪使能能(位位7设置为设置为1)。一个外部跟踪数值由跟踪数。一个外部跟踪数值由跟踪数值输入参数值输入参数TRK_VAL接收，该数值由跟踪刻接收，该数值由跟踪刻度参数度参数TRK_SCALE上进行标度。上进行标度。 如果离散跟踪输入参数如果离散跟踪输入参数TRK_IN_D是是“真真”，则控制块则控制块PID的实际模式将切换为本地超弛模的实际模式将切换为本地超弛模式，刻度转换后的跟踪数值将转换成基于输出式，刻度转换后的跟踪数值将转换成基于输出刻度参数刻度参数OUT_SCALE所设定的单位输出。可所设定的单位输出。可是，如果是，如

42、果PID功能块处于手动模式，则另一个功能块处于手动模式，则另一个控制选项控制选项“在手动时跟踪在手动时跟踪”被使能被使能(位位8设置为设置为1)，才能使，才能使PID功能块迁移到本地超弛模式。功能块迁移到本地超弛模式。一旦处于本地超弛模式，输出状态的限制条件一旦处于本地超弛模式，输出状态的限制条件部分就会变成部分就会变成“常数常数”，即使输出数值仍然在，即使输出数值仍然在动态跟随跟踪数值。这时，回算、远程串级以动态跟随跟踪数值。这时，回算、远程串级以及远程输出参数的状态变成及远程输出参数的状态变成“未被邀请未被邀请”。这。这确保上游控制模块进人确保上游控制模块进人 IMan,模式，不会因为开路

43、而饱和。其机模式，不会因为开路而饱和。其机制与串级模式初始化一样。离散跟踪输制与串级模式初始化一样。离散跟踪输出可能从离散输入出可能从离散输入DI功能块接收或是基功能块接收或是基于报警条件的模拟报警功能块的一个外于报警条件的模拟报警功能块的一个外部信号。部信号。 所谓输出跟踪，即为跟踪开关所谓输出跟踪，即为跟踪开关TRK_ID_D为为“真真”时，允许时，允许PID输出强输出强制改变为跟踪值，即跟踪制改变为跟踪值，即跟踪BKCAL_IN的的数值。数值。 为了激活输出跟踪功能，为了激活输出跟踪功能，PID功能块应满足的条件功能块应满足的条件为：为：CONTROL_OPTS中的位中的位7必须为必须为

44、1；目标模式；目标模式为为Auto、Cas、RCas或或ROut；TRK_VAL和和TRK_IN_D状态为可用，即状态是好或不确定也作状态为可用，即状态是好或不确定也作为好；为好；TRK_IN_D的值是激活的。如果目标模式为的值是激活的。如果目标模式为Man时，除上述时，除上述4个条件仍需要外，个条件仍需要外，CONTROL_OPTS中的位中的位8必须为必须为1。 在输出跟踪作用时，在输出跟踪作用时，OUT将被将被OUT_SCALE转换过转换过的的TRK_VAL代替，输出限位状态变为常数，现实代替，输出限位状态变为常数，现实模式为模式为LO。 若若TRK_IN_D或或TRK_VAL状态为不可用

45、时，输出跟状态为不可用时，输出跟踪功能将关闭，踪功能将关闭，PID功能块状态将回到正常操作状功能块状态将回到正常操作状态。态。 5.2.9输出限制输出限制OUT LIMITS 在默认情况下，输出限制在输出刻度参数在默认情况下，输出限制在输出刻度参数OUT_SCALE范围之外的范围之外的10。对多数应。对多数应用，输出刻度保留在默认数值用，输出刻度保留在默认数值0100，代，代表阀门的全关和全开或泵的停止和最高转速。表阀门的全关和全开或泵的停止和最高转速。这种情况下，输出因而限制在量程的这种情况下，输出因而限制在量程的-10+110。可是，对某些应用，如串级中的主。可是，对某些应用，如串级中的主

46、PID，输出刻度可以设置成另外一个量程，以，输出刻度可以设置成另外一个量程，以匹配接收功能块中过程变量。匹配接收功能块中过程变量。 对对PlD控制功能块，输出可以选择限制在更紧控制功能块，输出可以选择限制在更紧缩的输出高限参数缩的输出高限参数OUT_HI_LIM和输出低限和输出低限参数参数OUT_LO_LIM范围内。输出限值可以设范围内。输出限值可以设定为输出刻度范围外的定为输出刻度范围外的10。这些限制可以。这些限制可以用来避免危急情况。默认时，输出限制也应用来避免危急情况。默认时，输出限制也应用于手动模式。然而，通过设置控制选项用于手动模式。然而，通过设置控制选项CON-TROL_OPTS

47、中的位中的位13为为1(使能或激活使能或激活手动模式下没有输出限制的功能手动模式下没有输出限制的功能)，手动模式，手动模式下可以不应用输出限制。当然，这意味着由下可以不应用输出限制。当然，这意味着由操作员来判断输出的数值是否安全。操作员来判断输出的数值是否安全。 当输出达到限值，输出状态参数的限制条件当输出达到限值，输出状态参数的限制条件部分会指示部分会指示“高限高限”或或“低限低限”。在。在Auto、Cas和和RCas模式下，限制条件也会指示在回模式下，限制条件也会指示在回算输出参数算输出参数BKCAL_OUT中。限制条件由上中。限制条件由上游模块的回算输人参数游模块的回算输人参数BKCAL

48、_IN接收，如接收，如在串级控制回路中，则从副在串级控制回路中，则从副PID到主到主PID。 PID功能块有一个特殊滞后参数功能块有一个特殊滞后参数BKCAL_HYS，用来防止由一个不稳定的控制器输出接近输用来防止由一个不稳定的控制器输出接近输出限值时所引起的噪声带来的偏离出限值时所引起的噪声带来的偏离(振荡振荡)。 5.2.10旁路旁路 当串级中副当串级中副PID功能块的受控变量功能块的受控变量IN是是“坏坏”时，副时，副PID的的PID算法无法工作。算法无法工作。可是，它可以旁路掉，使主可是，它可以旁路掉，使主PID简单地穿简单地穿过副过副PID直接控制模拟输出功能块。不是直接控制模拟输出

49、功能块。不是所有控制方案在旁路时都稳定，因此，所有控制方案在旁路时都稳定，因此，用户必须在控制选项参数用户必须在控制选项参数CONTROL_OPTS中的位中的位0设置为设置为1，使，使能旁路功能。旁路用旁路参数能旁路功能。旁路用旁路参数BYPASS激活，激活，BYPASS是枚举类型参数；值是枚举类型参数；值l或或01H(8位一字节，无符号位一字节，无符号)为关闭旁路功为关闭旁路功能；值能；值2或或02H为打开旁路功能。为打开旁路功能。 当旁路参数当旁路参数BYPASS设置为打开时，设设置为打开时，设定值定值SP(百分比百分比)将直接传递给输出。默将直接传递给输出。默认情况下，在线组态时旁路功能

50、只有在认情况下，在线组态时旁路功能只有在手动或中止服务模式下才被激活，而离手动或中止服务模式下才被激活，而离线组态时没有类似限制。然而，如果用线组态时没有类似限制。然而，如果用户在资源块中使能特征选择户在资源块中使能特征选择FEATURE_SEL，选项，允许旁路功能，选项，允许旁路功能在自动模式下被激活。在自动模式下被激活。 当旁路工作时，设定值当旁路工作时，设定值SP将不通过将不通过PID计算直接转换为计算直接转换为OUT输出。当串级副输出。当串级副PID的的PV状态为坏时，副状态为坏时，副PID就使用旁路就使用旁路工作方式。工作方式。 旁路运行的条件为旁路运行的条件为CONTROL_OPT

51、S中中的位的位0为为1，BYPASS的数值为的数值为2。没有前馈的没有前馈的PI运算运算有前馈的有前馈的PI运算运算P控制器PI控制器PID控制器INININOUTOUTOUT算法算法主PID副PIDOUTOUTSPPVCAS-INPVSPCASAutoBKCAL-INBKCAL-OUT手动自动TRK-VALPIDAO5.3 模拟输出块模拟输出块AO概述概述模拟输出功能块是一个在控制回路中当模拟输出功能块是一个在控制回路中当作输出元件使用的设备，如阀、执行器作输出元件使用的设备，如阀、执行器、定位器等。、定位器等。 AO功能块从另一个功能功能块从另一个功能块接收信号，然后通过内部通道的定义块接

52、收信号，然后通过内部通道的定义，将计算结果传递到一个输出转换器块，将计算结果传递到一个输出转换器块。 模拟输出块模拟输出块AO的内部结构如图的内部结构如图5-4所示。所示。AO功能块从另一个功能块接收信号，然功能块从另一个功能块接收信号，然后通过内部通道的定义，将计算结果传后通过内部通道的定义，将计算结果传递到一个转换块。在传递给输出转换块递到一个转换块。在传递给输出转换块前，它提供了用户对前，它提供了用户对AO所期望的功能，所期望的功能，如限幅、正反作用、位置反馈如限幅、正反作用、位置反馈(读回读回)、仿、仿真及故障安全输出等。真及故障安全输出等。 5.3.1设定选择器设定选择器 SP SE

53、LECTOR是设定选择器。是设定选择器。AO功能功能块可在不同模式下工作，因而块可在不同模式下工作，因而SP可来自可来自不同的方面。在不同的方面。在Cas模式下，模式下，CAS_IN接接收上游模块收上游模块(如如PID功能块功能块)的输出，作为的输出，作为SP；在；在RCAS模式下，选择器接通模式下，选择器接通RCas_IN作为作为SP；在；在Man模式下，选择模式下，选择器接通操作员键人信号作为器接通操作员键人信号作为SP; 5.3.2故障安全值故障安全值 故障安全值故障安全值FSTATEVAL(或或FSAFE_VAL)为为错误错误(故障故障)状态下状态下SP选择的值。为提高系统的选择的值。

54、为提高系统的安全性，安全性，AO功能块的故障状态下的安全阀位功能块的故障状态下的安全阀位值在时值在时FATE VAL中设置，它用于时间响应快中设置，它用于时间响应快速性要求高的场合。如果串级设定输入参数通速性要求高的场合。如果串级设定输入参数通信丢失的时间周期大于故障安全时间参数信丢失的时间周期大于故障安全时间参数FSTATE_TIME的时间周期，则的时间周期，则AO功能块进入功能块进入LO模式。默认条件下，当故障状态被激活时，模式。默认条件下，当故障状态被激活时，设定点将冻结在其最后数值上，这使得过程得设定点将冻结在其最后数值上，这使得过程得以在其最后位置上继续工作，但不会进一步操以在其最后

55、位置上继续工作，但不会进一步操纵输出。由于过程不被扰动，该功能满足了安纵输出。由于过程不被扰动，该功能满足了安全性要求。全性要求。 该选项由该选项由IO_OPTS参数中位参数中位6置置l来设定。来设定。根据过程和用户使用的执行机构，这个根据过程和用户使用的执行机构，这个选项可以驱使执行机构进入一个已知的选项可以驱使执行机构进入一个已知的安全数值，并中断控制回路。安全数值，并中断控制回路。 5.3.3刻度刻度 过程变量刻度参数过程变量刻度参数PV_SCALE和转换器和转换器刻度参数刻度参数XD_SCALE用来把设定点转换用来把设定点转换为转换块可以接收的数值。用于过程变为转换块可以接收的数值。用

56、于过程变量刻度的工程单位不会影响功能块运行。量刻度的工程单位不会影响功能块运行。通常用转换器刻度单位来设置相关的转通常用转换器刻度单位来设置相关的转换块工程单位，以消除任何不一致性以换块工程单位，以消除任何不一致性以及由此引起的模块错误。及由此引起的模块错误。 控制阀门定位器通常运行在控制阀门定位器通常运行在O100，代表阀门行程的全开和全关。然而，电代表阀门行程的全开和全关。然而，电流和气动信号转换器输出需要把它们自流和气动信号转换器输出需要把它们自己的转换器刻度设置为合适的运行范围己的转换器刻度设置为合适的运行范围和单位。例如，现场总线到气动信号转和单位。例如，现场总线到气动信号转换器中，

57、换器中，PV_SCALE可以设置成可以设置成0100，而，而XD_SCALE为为20kPa100kPa。 5.3.4正反作用正反作用 用户可以在用户可以在IO_OPTS中设置增加对应关中设置增加对应关作用还是减少对应关作用。默认时，是作用还是减少对应关作用。默认时，是减少对应关作用减少对应关作用(相当于正作用相当于正作用)，经常用，经常用于气关于气关(故障故障-开开)执行机构。然而，通过执行机构。然而，通过使能使能IO_OPTS参数中位参数中位5为为1选项，转而选项，转而变成增加对应关作用变成增加对应关作用(相当于反作用相当于反作用)，用，用于气开于气开(故障故障-关关)执行机构。对执行机构。

58、对“增加对增加对应关作用应关作用”而言，而言，PID输出输出(由由AO设定点设定点接收接收)的一个增加导致阀门关系。相应地，的一个增加导致阀门关系。相应地，对对“减少对应关作用减少对应关作用”而言，而言，PID输出的输出的一个减少导致阀门关小。一个减少导致阀门关小。 根据所使用的执行机构类型根据所使用的执行机构类型(如是气开阀如是气开阀还是气关阀还是气关阀)，既可以在，既可以在PID功能块中也功能块中也可以在可以在AO功能块设置正反作用。如果功能块设置正反作用。如果100有时意味着阀门全关，有时意味着有时意味着阀门全关，有时意味着阀门全开，那么就存在不一致和混淆的阀门全开，那么就存在不一致和混

59、淆的风险。为了生产过程所有回路实施的一风险。为了生产过程所有回路实施的一致性，完成控制策略时，致性，完成控制策略时，PID功能块输出功能块输出100最好总是意味着阀门全开，而不管最好总是意味着阀门全开，而不管执行机构是气开还是气关。还可以通过执行机构是气开还是气关。还可以通过根据执行机构组态根据执行机构组态AO功能块和根据过程功能块和根据过程特性组态特性组态PID功能块来实现。功能块来实现。 AO功能块中功能块中IO_OPTS选项选项“增加对应增加对应关关”用于气关执行机构。用于气关执行机构。PID功能块中功能块中CONTROL_OPTS选项选项“直接作用直接作用(正作正作用用)”用于如下过程

60、：过程变量增加需要用于如下过程：过程变量增加需要控制输出增加。例如火电厂过热汽温控控制输出增加。例如火电厂过热汽温控制系统中，当过热汽温增加，为使过热制系统中，当过热汽温增加，为使过热汽温保持规定值，必须增加减温水量。汽温保持规定值，必须增加减温水量。又如，当过热蒸汽压力减少时，为了保又如，当过热蒸汽压力减少时，为了保持过热蒸汽压力在规定值，必须增加进持过热蒸汽压力在规定值，必须增加进人炉膛的燃料量，这时，人炉膛的燃料量，这时，CONTROL_OPTS选项选项“直接作用直接作用”应应禁止，即位禁止，即位5取取0，才能实现反作用，才能实现反作用(非直非直接作用接作用)。 5.3.5输出输出OUT