八控制系统组态功能块二

基金会现场总线控制策略组态功能块

第七讲

一、通用输入类功能块

二、通用控制类功能块

三、通用计算类功能块

四、通用输出类功能块

功能块分类

输入类功能块通过转换块中的一个硬件通道来访问物理测量参数。

一、通用输入类功能块

输入类功能块包括：

●

模拟输入(AI)

●

离散输入（DI）实例：模拟输入功能块-AI图2-20AI模块功能示意图

实例：

模拟输入功能块-AI▲最小组态模拟输入功能块-AIAI模块中，最少如下参数必须设置：

●

MOD_BLK(一般设置为AUTO)

●CHANNEL

●L_TYPE

二、通用控制类功能块

控制类功能块从其他功能块接收输入并进行处理，为其他功能块产生输出。

多数控制功能块既有设定点选择又有输出选择，并支持串级结构。

控制类功能块包括：

手动加载（Manualloader(ML)）偏差和增益(BiasandGain(BG))

控制选择（ControlSelector(CS)）

PD控制（PDcontrol(PD)）

PID控制（PIDcontrol）比例(Ratio(R))

设定点发生器(SetpointGenerator(SPG))

输出分程（Outputspliter(OS)）控制类功能块——输出限制

●

输出限制:

在默认情况下，输出限制在输出刻度（OUT_SCALE）参数范围之外的±10%。对多数控制模块，输出可以选择在更紧缩的高限（OUT_HI_LIM）和低限（OUT_LO_LIM）范围内。这些限制可以用来避免危机情况。

控制类功能块——输出跟踪

●

输出跟踪（控制类本地超驰）：为了实现输出跟踪（outputtracking），必须首先在控制选项（CONTROL_OPTS）参数中激活选项“TrackEnable”。一个外部跟踪数值由输出跟踪数值输入（TRK_VAL）参数接收。该数值由跟踪刻度（TR_SCALE）参数进行标度。控制类功能块——输出跟踪

如果离散输出跟踪输入（TRK_IN_D）是“真”（True），则控制模块的实际模式将切换为本地超驰，刻度转换后的跟踪数值将转换成基于输出刻度（OUT_SCALE）单位的输出。

如果模块处于手动模式，则另一个控制选项“TrackinManual”也必须是真，才能使模块可以迁移到本地超驰模式。控制类功能块——控制选项●控制选项（CONTROL_OPTS）:

一些控制类功能块使用一个或多个控制选项（CONTROL_OPTS）参数中的选项，来定制模块特性。出于安全考虑，在线组态时，这个参数只能在模块处于OOS模式下才能被设置，而离线组态时没有如此限制。控制类功能块——控制选项CONTROL_OPTS可以设置的选项如下：●使能旁路（Enablebypass）●手动模式下设定点跟踪（SetpointTrackinginManualmode）●本地超驰和初始化手动模式下设定点跟踪（SPtrackinginLOandIMan）控制类功能块——控制选项

●

直接动作（DirectAction）

●

使能输出跟踪（OutputtrackinginManual）

●

对回算输出使用过程变量（UsePVforBKCAL_OUT）实例：

PID控制功能块

实例：

PID控制功能块

PID功能块在其输入（IN）参数接收受控变量(PV)。

PID控制模块提供很多用户对控制器所期望的功能：如过滤、设定点选择和限幅、PID算法、输出选择和限幅、前馈、设定点跟踪、输出跟踪以及过程变量和偏差报警。用户可以使用PID模块同其他模块一起建立常规的控制策略。

实例：

PID控制功能块

①整定（Tuning）参数：

PID功能块的核心是PID算法。

PID有三个整定参数：比例增益参数（GAIN，无量纲），积分时间参数（RESET，一个周期多少秒）和以秒为单位的微分时间常数（RATE）。用户设置积分时间为正无穷大来禁止积分作用；设置微分时间为零来禁止微分算法。PID控制功能块——参数

为使整定常数无量纲，用户必须在过程刻度（PV_SCALE）参数中设置控制量量程。换句话说，对基金会现场总线（FF）编程语言，“量程”通常不在变送器（AI模块）中设置，而更可能是在控制器（PID模块）中设置。

PID控制功能块——参数

②控制作用（Action）方向

用户可以在控制选项（CONTROL_OPTS）参数中设置直接或反向控制作用（Action）。

默认时，作用是反向的，但通过使能“DirectActing”选项，作用转而变成直接的。对直接作用，过程变量的增加导致输出增加。继而，对反向作用，过程变量的减少导致输出增加。

PID控制功能块——参数

③设定点跟踪设定点跟踪的意思是设定点（SP）设置在“类手动”（manual-like）模式下跟踪过程变量（PV）值。在控制类模块中，类手动模式包括：

●手动初始化（IMan）

●本地超驰（LO）

●手动（Man）

●远程串级输出（ROut）

PID控制功能块——参数

③设定点跟踪通过在控制选项（CONTROL_OPTS）参数中使能不同选项，只要模块处于相应模块下，用户都可以使设定点跟踪过程变量。用于设定点跟踪的控制选项是“SP-PVTrackinMan”，“SP-PVTrackinROut”和“SP-PVTrackinLOorIMan”.

PID控制功能块——参数

③设定点跟踪从“类手动”模式切换到“类自动”模式，即使在出现误差的情况下，也不会有比例波动。

PID控制功能块——参数

最好在串级中的次级PID模块中使能设定点跟踪，以确保在串级被打破后平滑的返回正常操作。

④前馈（FF）

PID控制功能块——参数

前馈对PID的作用是叠加在输出中。前馈信号由前馈数值（FF_VAL）参数接收。前馈信号的作用被前馈增益（FF_GAIN）参数操控。为使前馈增益无量纲，前馈数值首先使用FF_SCALE标度成百分比。前馈增益乘以标度后的前馈数值，然后加上PID算法结果，变成PID输出（OUT）。⑤串级中主PID的输出刻度转换

PID控制功能块——参数

默认时，PID输出刻度是0-100%。输出刻度转换使用户可以为PID模块输出安排一个工程单位。量程取决于输出刻度（OUT_SCALE）参数。如果模块在串级控制应用中作为主PID运行，那么模块输出是另一个PID的设定点。因此，有必要标度设定点（即主PID的输出）来匹配次级PID的过程变量，比如用流量的单位。⑤串级中主PID的输出刻度转换PID控制功能块——参数

⑥旁路PID控制功能块——参数

当串级中次级PID模块的受控变量输入（IN）是“Bad”时，次级PID的PID算法无法工作。可是，它可以被旁路掉，使主PID简单的穿过次级PID直接控制模拟输出模块。

⑥旁路

PID控制功能块——参数

因此用户必须在控制选项（CONTROL_OPTS）参数中设置选项“BypassEnable”来使能旁路特性。默认情况下，在线组态时旁路功能只有在手动或OOS模式下才能被激活，而离线组态时没有类似限制。⑥旁路

PID控制功能块——参数

激活旁路步骤：第一，设置目标模式为手动第二，使能旁路（BYPASS）第三，设置目标模式为串级⑥旁路

PID控制功能块——参数

禁止旁路步骤：第一，设置目标模式为手动第二，禁止旁路（BYPASS）第三，设置目标模式为串级⑥旁路PID控制功能块——参数

当旁路被激活使，设定点传递给输出，PID算法被旁路。

最好在次级PID中使能旁路控制选项。便于在与次级PID相关的变送器被拆下进行维护或校准是时激活旁路。

▲最小组态PID控制功能块——参数

最小组态时，如下参数必须设置：

●

MOD-BLK，

●

BYPASS，

●

CONTROL_OPTS。

三、

计算类功能块

计算类功能块从其它功能块接收输入并进行处理，为其它功能块产生输出。计算类功能块支持输出选择，但不支持串级结构。

通常，这些模块总是处于自动模式。计算类功能块主要包括如下：●

超前\滞后（Lead\lag（LL））●

累加（积分:Itegrator（IT））●

输入选择（InputSelecter（IS））●

算术（Arithmetic（AR））●

计时器（Timer（TMR））●

模拟报警（AnalogAlarm（AAL））

算术模块提供多种用途的计算功能。它可以用来执行过程工业中普遍的计算，如流量的压力和温度补偿、静压罐测量以及比例控制中受控流量设定点计算等，如下图。

实例：算术运算功能块

实例：算术运算功能块

图2-24算术模块功能示意图

实例：算术运算功能块

为实现多种用途，模块支持几种不同算法，用户可以从算术类型（ARITH_TYPE）参数中加以选择。每个选项有一个名称表明其典型应用，当然它们仍可以用作其他计算。

实例：算术运算功能块

●

流量补偿，线性（受限）●

流量补偿，平方根（受限）●

流量补偿，近似（受限）●

BTU流量（受限）●

传统乘除（受限）●

平均（Average）●

传统加法器（TraditionalSummer）●

四阶多项式（Fourth-orderpolynomial）●

简单HTG补偿液位

算术功能如下：▲最小组态最小组态中，MODE-BLK参数必须被设置，通常设置为AUTO方式。必须为输入和输出设置偏差和增益。

如果保留它们的默认值，输入将不被纳入考虑并可能会导致除数为零。算术功能如下：

四、输出类功能块

输出类功能块从其他功能块接收设定点输入，有可能对数值进行处理，然后通过转换块中的硬件通道传递给物理输出。

设定点是输出类模块中最重要的参数。输出类功能块有设定点选择，也可能有输出选择，尽管输出选择实际上没有被用到。

四、输出类功能块

输出类功能块包括如下：●

模拟输出（AnalogOutput(AO)）

●

离散输出(DiscreteOutput(DO))

模拟输出模块（如图）从另一个功能块接收输入，在通过一个硬件通道传递给一个转换块前，可能会对其数值进行处理。比如，这可以是一个来自控制类模块需要的阀门位置。

实例：模拟输出功能块

实例：模拟输出功能块

实例：

模拟输出功能块

①MODE-BLK参数:AO模块的输出数值一般在串级输入端（CAS-IN）接收，通常来自一个PID控制模块。因此，AO模块通常一劳永逸的设置并保持Cas模式。

模拟输出功能块——参数

②

输出通道:

就像输入类模块中的那样，每个输出模块的通道（CHANNEL）参数用来选择输出进入的转换块。多数输出设备只有一个输出通道，在这种情况下，通道参数实际上只有一个选项：1。然而，一个多变量设备（如传统信号转换器）可以有很多选项。