六fcs控制系统的组态设置三

1、基金会现场总线控制策略组态设置(三) 第六讲 H1网络有3种类型的设备： 基本设备、链路主站和网桥，如图。 一、 网络组态 组态一个设备包括选择被使用设备的过程，以及对资源块和转换器模块的配置及参数设定。 二、设备组态 三、控制策略组态 功能块编程语言是基金会现场总线(FF）的一个有机部分。 过去，理想的做法是能够在某种程度上隔离物理设备组态和控制策略组态。可是网络、设备以及控制策略组态紧密相关没，因此组态最好能够在相同的、单一的软件中完成。 基金会现场总线(FF）组态工具的一个重要的特点是它具备预先建立设备和控制策略组态模块。 1 . 相关术语和基本知识(1) 功能块 每种类型的功能块都有一

2、个不同的内部算法以及几个参数来执行不同类型的功能。 功能块不依靠I/O硬件，独立运行基本的监测和控制功能。 共有四类具备不同特性的功能块，如图。 输入类功能块 计算类功能块 控制类功能块 输出类功能块运算 输入类模块利用硬件通道通过一个输入转换块连接到传感器。 控制类模块执行闭环控制和回算（back-caculation）功能以实现无扰模式切换等。 计算类模块执行或检测所需的辅助功能，但他们不支持回算机制。 输出类模块利用硬件通道通过输出转换块连接到执行机构硬件并支持回算机制。 (2) 功能块参数 资源块、转换块以及功能块都包含内含参数，用于模块设置和操作以及诊断。功能块还包含输入参数，经模算

3、法块运算后产生输出参数。 一个功能块中总共有三类参数： 内含参数 输入参数 输出参数(2) 功能块参数 例如: PID模块中， 过程变量为输入参数之一; 操作变量是输出参数之一， 整定参数是一些内含参数。内含参数可以由用户或模块本身设定。 输入参数一般从相链接的模块输出取得数据或由用户设定，但模块本身不能设定输入数值。(3)功能块链接(3)功能块链接 从一个模块的输出参数到另一个模块的输入参数，功能块彼此链接。 一个输出参数可以连接到任何数目的输入。 不同设备间功能块的链接通过网络通信实现。同一设备上功能块的链接不需要通过总线进行通信，因而会立刻完成并且不占用网络带宽。 因此，如果希望减少设备

4、间通信量，可以尽可能地将功能块安排在一个设备中，使链路存在设备内部，从而提高回路响应时间。 (3)功能块链接 输入参数也可以链接到另一个输入参数，但仅局限于同一个设备内。 组态时的习惯做法是在一个设备内将多个输入链接起来，而不是从一个设备的一个输出分别链接到另一个设备的两个或多个输入。这样可以减少外部链路数量。 组态工具通常会检查控制策略中不必要的外部链接，并把它转换成内部链。(3)功能块链接 所有带外部链的输出参数会在网络上“发布”（publish)，意味着该输出对所有需要使用它的输入有效。带外部链接的输入分别“接收”（subscribe)输出。 离散输出只能链接到离散输入。同样，模拟输出只

5、能链接到模拟输入。 用户可以对没有链接的输入参数进行写入，但不可以对链接了的输入参数进行写入。(3)功能块链接三种链接方式如下： 非串级(向前)（Noncascade(forward)） 串级向前（Cascade forward） 串级向后（Cascade backward）(3)功能块链接 现场总线术语中，作为向前链路源头的模块被称为“高端”（higher）或“上游”（upstream）模块。相应地，接收向前链路的模块被称为“低端”（lower）或“下游”(downstream)模块。 传统的控制策略中，串级（cascade）术语的意思是：主PID控制器的输出作为次级PID控制器的设定点（仅

6、限于串级PID回路）。 基金会现场总线中串级（cascade）有着更广泛的意义：从其它功能块接收设定点的任何类型的功能块都可具备串级连接。 例如，在单回路控制中，PID模块的输出（OUT）连接到一个模拟输出（AO）的串级输入（CAS_IN）端并成为其设定点，继而用于控制阀门开度的伺服装置。 虽然初次听起来，这种更广泛意义的串级连接方式似乎很奇怪，但很快就会顺理成章了。 与传递上游模块输出到下游模块串级设定点的向前串级链路相关的，是从下游模块返回到设定点源头的向后反馈链路。 反馈链路起自于下游模块的回算输出（BKCAL_OUT），中止于上游模块的回算输入（BKCAL_IN），用来提供若干实用的联

7、锁和无扰切换功能。 向前向后串级链路统称为串级结构，如图所示。 向前向后串级链路统称为串级结构，如图所示。 基本PID回路的链接双PID回路的链接IN 回算输出，且只有回算输出，可以链接到回算输入。一个回算输出应该链接到一个，且只能是一个回算输入。离散输出应该只能链接到离散输入，而模拟输出只能接到模拟输入。 第一个链路从AI模块输出（OUT）到PID模块主要输入（IN），用于过程变量。 第二个链路从PID模块输出（OUT）到AO模块串级设定点输入（CAS-IN）。最后一个链路从AO模块回算输出（BKCAL-OUT）返回到PID模块回算输入（BKCAL-IN）。 这样，PID和AO模块间的链接就

8、构成了一个串级结构，同两个PID间的链接一样如图。 2 . 功能块共有特性(1) 模块模式 模块模式（MODE_BLK）参数的主要目的是决定模块设定点（SP）和基本输出（OUT）的来源。这两个选择被结合在一个单一参数中（如图2-16）。 2 . 功能块共有特性 模块模式参数指挥模块设定点和模块输出来源25262728293024(1) 模块模式 设定点或输出的来源可能是操作员（通过主站）、另一个模块、模块本身或某个非功能块应用软件。根据模块种类，设定点的选择，或者输出的选择可能是无效的。 基本上，输入类模块没有设定点选择，输出类模块没有输出来源选择。 表2-2列出了所有模式以及设定点和输出来源

9、，共有八种模式。对实际模式元素，在一个时间段内只能有其中一个模式占主导。 表2-2 (1) 模块模式 (1) 模块模式 中止服务（OOS）模式： 模块不再运行。 在这种模式下，设定点和输出保持在其最后设置，或者趋于安全状态（输出类模块）。它始终是所有模块支持的允许模式（Permitted mode）。 如果资源块处于OOS模式，则设备中所有模块的实际模式(Actual mode)都是OOS，即整个设备处于保持状态(hold)。 (1) 模块模式 初始化手动（IMan）模式：操作员不可以选择该模式作为目标模式（Target mode）。 它由回算输入(BKCAL_IN)的某种状态激活，凌驾于操作

10、员设置的任何模式以及本地超驰模式（LO）之上。 模块输出（OUT）初始化到回算输入(BKCAL_IN) 。 设定点是通过设定点选择或追踪过程变量来决定的。 (1) 模块模式 控制类模块的本地超驰（LO）： 操作员不能选择该模式为目标模式。 一般在“输出跟踪”（Output_TRK）方案中由离散跟踪输入（TRK_IN_D）激活。该模式凌驾于除手动模式之外的所有操作员设定模式之上。 模块输出（OUT）跟踪数值输入(TRK_VAL）。如果模式种类支持该模式，则它总是被允许的。 设定点可以通过设定点选择或追踪过程变量确定。 (1) 模块模式 输出类模块的本地超驰（LO）（ Local setpoint

11、 override）： 操作员不能选择该模式为标准模式。 通常，它由“故障安全”方案中串级设定点输入的某种状态或可能由硬件上的“手动操作”开关激活。该模式凌驾于操作员所设置的任何模式之上。 设定点（SP）会冻结在故障安全数值(FSAFE_VAL）上。(1) 模块模式 手动（Man）模式： 操作员设定模块输出（OUT）。 设定点可以通过设定点选择或跟踪过程变量来确定 自动（Auto）模式： 操作员设定设定点（SP）。 模块本身计算模块输出（OUT） (1) 模块模式 串级（Cas）模式： 通过串级设定点输入（CAS-IN）从另一个功能块接受设定点。模块本身计算模块输出（OUT）。 远程串级(RC

12、as): 通过远程串级设定点输入（RCAS-IN）参数从另一个应用程序接受设定点。模块本身计算模块输出（OUT）。 远程输出（Rout）： 通过远程输出输入（ROUT-IN）从另一个应用程序接收模块输出（OUT）。设定点取决于设定点选择或跟踪过程变量。 (1) 模块模式 多数模块被设置并保持一种操作模式。 PID模块中的模块模式参数是唯一例外的。用户使用该模式参数来设置回路模式为手动、自动或串级，因而它被频繁操作。 通常让输入、计算以及控制类模块处于自动模式，输出类模块处于串级模式。 远程模式（远程串级和远程输出）很少用到。它们可以让不采用基金会现场总线（FF）编程语言的应用“链接”到远程设定

13、点或输出的功能块。(2) 刻度转换 多数模块中，模拟参数与以_SCALE结尾的刻度参数相关。 控制、计算以及输出类模块一般有针对输入的过程变量刻度（PV_SCALE）参数。 输入、控制和计算类模块一般有针对输出的输出刻度（OUT_SCALE）参数。 输出和输入类参数有针对I/O硬件通道数值的转换器刻度（XD_SCALE）参数。 因为模块更多的使用工程单位数值，而不是百分比刻度进行操作，所以很多模块中刻度参数除了用于选择单位外没有其他用途。(2) 刻度转换 刻度参数有四个元素，具体如下： 上限量程值(EU_100%) 下限量程值(EU_0%) 单位 ( Unit ) 可显示的小数点位数（Numb

14、er of decimal places to be display）(3) 串级初始化机制 串级（Cas）是串级控制回路中次级PID模块的正常运行模式。 因此，次级PID的设定点（SP）通过其串级设定点输入（CAS_IN）参数，从主PID的输出（OUT）中接收（如图）。 然而，次级PID可能处于自动模式（例如，在启动或其他特殊条件下），此时，操作员转而直接设置设定点（SP）参数。换句话说，主PID的输出没有用作设定点。当次级PID处于Auto时，称串级被打破，就仿佛主PID到最终控制单元的路径不存在了。(3) 串级初始化机制 图2-17 串级回路各功能块的正常运行模式(3) 串级初始化机制

15、当次级PID的模式从自动切换到串级时，重要的是主PID的输出（OUT）跟次级PID的设定点（SP）要一致，以确保模式切换时设定点数值不会经历波动（无扰切换）。 例如，如果操作员设定次级PID的设定点是40%，则主PID的输出也必须是40%，从而提供平滑的模式切换。如果主PID的输出是某个其他数值，如30%，则将存在10%的扰动，会干扰过程控制。 功能块具备内置的初始化机制来防止此类波动，即提供无扰切换。(3) 串级初始化机制 在串级结构中，次级PID的设定点数值通过反向路径反馈到主PID。即这种串级结构就是指从次级PID的回算输出（BKCAL_OUT）到主PID的回算输入（BKCAL_IN）的链接。 当次级PID不处于串级模式（例如，处于自动模式），BKCAL_OUT的子状态会是“Not Invited”（未被邀请）。当“Not Invited”子状态被主PID的BKCAL_IN接收到后，他的实际模式将变成IMan。(3) 串级初始化机制 IMan模式时，主PID输出（OUT）初始化为BKCAL_IN的数值，即与次级PID的设定点数值相同。接着，次级PID的串级设定点输入（CAS_IN）与自己的