基于分散控制系统AO模件的特色设计.doc

基于分散控制系统AO模件的特色设计【摘 要】 本文分析了分散控制系统中AO模件设计时容易忽略的问题并给出了合理化解决方案。【关键词】分散控制系统 过程控制站 扰动1、 引言由于420mA电流环良好的抗干扰性能，因此在分散控制系统（DCS）中，420mA电流输出模件（AO模件）被大量使用，广泛应用于阀门开度控制、执行机构控制以及变频调速等多种场合，其重要性不言而喻。2、 存在的问题在分散控制系统电缆连接结束后，应在线调试控制系统的准确性和可靠性，其中首先要做的就是硬点联调。对于AO模件联调主要有两个目的，一是检查接线是否正确；二是调校阀门，经过调校后，使得阀门开度与AO输出比例保持特定的线性关系。由于分散控制系统使用场合的复杂性以及恶劣环境，电缆损坏以及模件故障等情况是经常发生的。在故障发生后，首要任务是快速的报告故障，其次是定位故障产生原因，最后是排除故障。分散控制系统中通常使用的故障监测实现方式见图一， AO模件接收到过程控制站的指令，输出电流信号，通过电缆传输到被控对象，被控对象接收到电流信号后执行对应操作，同时通过系统中的另外一个AI模件监测被控对象的动作结果并反馈到过程控制站，过程控制站将反馈结果与目标要求比较是否符合要求，符合则继续下一轮控制周期，不符合则产生故障报警信息。故障原因有如下可能：AO模件输出故障、信号电缆故障或者被控对象自身故障等。当故障产生后，需要解开AO模件的输出电缆并接入电流表，根据电流表的测量数据来区别是AO模件故障还是后续设备故障。 在确认AO模件故障的情况下，需要使用备件来更换，在新的AO模件接入系统时，在接收到过程控制站发出的输出指令之前，AO模件的输出信号为零，当接受到正确的输出指令后，AO模件才能输出正确的电流信号，在此期间，被控对象会有一段控制电流瞬间为零并恢复的过程，这个过程持续时间虽然较短（基本在一个控制周期内，典型值200ms）但是对过程控制仍然会带来一定的扰动，因此在更换AO模件时必须避免这种情况的发生。图一：系统故障监测实现方式示意图3、 特色设计基于上述问题的存在，故本系统在AO模件设计时，增加了如下特色设计。第一，因为AO模件输出电流始终在4mA以上，因此在输出电路中增加一过零比较电路，当AO模件正常输出电流且负载正常的情况时，比较电路输出低电平；当AO模件正常输出电流但负载断线时，比较电路输出高电平。AO模件内置CPU监测到此电平信号并将此状态信息主动上传到过程控制站同时点亮模件前面板的LED状态指示灯。此特色设计可以使调试人员在调试阶段可以方便的通过前面板指示灯状态来检测AO模件的运行状态。同时此功能也可以快速的向系统反馈故障状态并且方便的定位故障产生位置。第二，AO模件从上电到接收到正确控制指令期间输出零电流是不允许的，故在输出回路中串入一模拟开关，当AO模件上电时，此开关断开；当AO模件接收到正常指令后，连通此模拟开关，输出正常电流。 此特色设计可以避免在正常过程控制中因为更换AO模件时而引起的被控设备扰动。具体电路设计框图见图2。图二