第五章常用功能块.ppt

第五章常用功能块,AI110,PID110,AO110,现场总线,仪表1,仪表2,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,5.1模拟输入块AI-AnalogInputOverview概述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，并使其输出成为对其他功能块可用的数据，见图5-1,示意图Schematic,描述AI功能块通过CHANNEL参数连接到转换器块，通道参数必须与下面的转换器块参数相匹配：对TT302为SENSOR_TRANSDUCER_NUMBER参数对IF302为TERMINAL_NUMBER参数,TheCHANNELparametermustbesetto1(one)iftheAIblockisrunningintheLD302,andnoconfigurationisnecessaryinthetransducerblocktoconnectittotheAIblock.如果AI块在LD302中运行，CHANNEL参数必须设置为1，不必对从转换块到AI块的连接进行组态。,转换器的标定(刻度）参数XD_SCALE将通道信号值对应为以百分数表示的FIELD_VAL参数。XD_SCALE参数的工程单位索引及量程必须与连接到AI功能块的传感器相配，否则块报警将指示发生组态错误。,L_TYPE参数决定转换器块传递的数值在功能块中如何被使用，它的选项是：Direct（直接），传感器块的数值直接传递到PV，因此OUT_SCALE参数无用。,Indirect（非直接，线性）PV值是FIELD_VAL值经OUT_SCALE转换过的值。IndirectwithSquareRoot（开平方）PV值是FIELD_VAL值的平方根经OUT_SCALE转换过的值。,PVandOUTalwayshaveidenticalscalingbasedonOUT_SCALE.PV和OUT总是具有相同的刻度，是基于OUT_SCALE的。,LOW_CUT参数是可选（的）特性，它用来消除流量传感器零附近的噪声。LOW_CUT参数在IO_OPTS位串中有相应的“Lowcutoff”选项。如果选项位为真，则所有计算出的低于小信号切除值(LOW_CUT)的输出将变为零。,BLOCK_ERR（块错误）TheBLOCK_ERRoftheAIblockwillreflectthefollowingcauses:AI块的块错误将反映以下原因：BlockConfigurationError（块组态错误）theconfigurationerroroccurswhenoneormoreofthefollowingsituationsoccur:当有下列情形发生时引起组态错误：,当CHANNEL或L_TYPE参数有一个无效值。当XD_SCALE的工程单位或量程与转换器块的传感器不匹配。当CHANNEL参数与HC组态(DFI302）不相容。,SimulateActive仿真激活WhentheSimulateisactive.当仿真激活时InputFailure输入故障I/Omodulefailure(DFI302)I/O模件故障(DFI302)OutofService中止服务WhentheblockisinO/Smode.当块在O/S模式SupportedModes支持模式O/S,MANandAUTO.,StatusHandling状态处理TheAIblockdoesnotsupportcascadepath.Then,Theoutputstatushasnotacascadesub-status.AI块不支持串级路径，因此，输出状态没有串级子状态（如初始化请求，确认等）WhentheOUTvalueexceedstheOUT_SCALErangeandnoworseconditionexistsintheblockthentheOUTstatuswillbe“uncertain,EURangeViolation”.当OUT值超出参数OUT_SCALE规定的量程且功能块不存在更坏的条件时，OUT的状态为“不确定，违背工程单位量程”,ThefollowingoptionsfromSTATUS_OPTSapply,whereLimitedreferstothesensorlimits:(seeintheFunctionblockoptionstomoredetailsabouteachoption)参数STATUS_OPTS适合下列选项，此处的极限查阅传感器极限：（见功能块选项有关每个选项更详细）PropagateFaultForward向前传递错误UncertainifLimited如果被限制，则为不确定BADifLimited如果限制则为坏UncertainifManmode如果是手动模式，则为不确定,Legend图注:EEnumeratedparameter枚举参数;naAdmensionalparameter无单位位串;ROReadonly只读;Ddynamic动态参数;Nnon-volatile非易失性的;Sstatic静态参数GrayBackgroundLine灰底线:CustomParameters定制参数,IfBEHAVIORparameteris“Adapted”如果特性参数是合适的:ThedefaultvalueofCHANNEListhelowestavailablenumber.CHANNEL的缺省值是最小的可用数字ThedefaultvalueofL_TYPEisdirect.L_TYPE的缺省值是directTherequiredmodeforwritingistheactualmode,regardlessthetargetmode:OUT需要写的模式是实际模式，不管目标模式：OUT,例5-1一个10m高的水箱（密度为1000kg/m3)变送器安装在罐下1m处，需要将静压读数转换为米，如何以千帕为单位设置XD_SCALE？,10m,0m,-1m,10m,1m,解：水箱水位在0m处对应的静压PL=110009.8=9.8KPa水箱水位在10m处对应的静压PU=1110009.8=107.8KPaXD_SCALE将设置为EU100%:107.8KPaEU0%:9.8KPa单位索引：1133小数点：1OUT_SCALE将设置为EU100%:10；EU0%:0；单位索引：1010；小数点：1,小信号切除功能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读数更稳定，过程更好控制。,调节器,执行器,对象,变送器,P,Q,01970m3/h,010KPa,Q（m3/h）,P,Q,P,P=KQ2,Q=KP,0.4KPa,（KPa）,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5-2用差压变送器测量流量，如果流量在01970m3/h,通过孔板产生的差压变化为010KPa,若XD_SCALE设置为010KPa，OUT_SCALE设置为01970m3/h，LOW_OUT设置为20%，试求流量低于何值时输出为0m3/h，对应的差压是多少千帕？,解：小流量切除值为20%1970=394m3/h根据P/Pmax=(q/qmax)2=(20%)2=0.04,则小流量切除值对应的差压为P=0.04Pmax=0.0410=0.4KPa,枚举参数8位无符号二进制数可以有28=256个有效枚举状态。位枚举参数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示n（位）个状态，而枚举参数在任意时刻只能指示一个状态。,5.2控制块PID,PID/EPID-PIDControl/Enhanced（增强）PIDControlOverview概述ThePIDblockoffersalotofcontrolalgorithmsthatusetheProportional,integralandderivativeterms.PID功能块提供了比例、积分和微分形式的算法控制,描述PID算法是非迭代或ISA（国际标准协会）算法。在这种算法体系中，GAIN作用在PID的各项上，比例和积分作用在偏差上，微分作用在PV上。功能块在自动模式时，用户改变SP值将不会因微分项引起输出量的突变。,只要偏差存在，PID功能将对偏差进行积分运算，即输出向减小偏差方向移动，当主要过程变量测量和次要过程变量测量的时间常数不同时，如果需要，PID块可以构成串级。更详细的看PV和SP运算章节。,DirectandReverseActing正作用和反作用通过选项参数CONTROL_OPTS中的“DirectActing”（正作用）位来设置选择控制的正反作用：如果“Directacting”位为真，那么偏差为PV减SP，即Error（误差）=(PVSP),如果“Directacting”位为假，即选择控制的反作用，那么偏差为SP减PV，即Error（误差）=(SPPV)“Directacting”位的缺省值为假（0），即为控制的反作用。,FeedforwardControl前馈控制PID功能块支持前馈算法。FF_VAL输入由外部提供，该值与控制回路中的某些干扰成比例。此值FF_SCALE和OUT_SCALE参数转换为输出刻度，此值与FF_GAIN相乘后加到PID算法的输出上。,没有前馈的PI运算,有前馈的PI运算,P控制器,PI控制器,PID控制器,IN,IN,IN,OUT,OUT,OUT,如果FF_VAL的状态是坏的，最后的可用值将被使用。当状态返回好时，FF_VAL值的差值需与BIAS_A/M相减，以免输出变动。,PID常数GAIN(Kp)，RESET(Tr),和RATE(Td)是比例P，积分I和微分D运算的调整参数，其中GAIN是无量纲数，RESET和RATE是用秒来表示的时间常数。许多现有的控制器有些或所有的参数是用相反值进行调整的，例如“比例带”、每分钟重现次数（积分速率或积分强度）等，人机接口对这些参数，一般都能适应用户的选择喜好。,Bypass旁路当旁路方式激活，SP值将不通过PID计算直接转换为OUT的输出。当PV是坏的时，旁路使用在副串级控制器（副PID）中。旁路使用的条件：CONTROL_OPTS中的“BypassEnable”（旁路使能）位必须是真。,算法,算法,主PID,副PID,OUT,BKCAL_OUT,SP,PV,CAS-IN,PV,SP,CAS,Auto,BKCAL-IN,OUT,手动,自动,TRK-VAL,PID,AO,OPERATORENTRY,OUT,旁路参数ON/OFF开关控制旁路切换。默认情况下，只有在块模式为Man或O/S才可以切换，一般地，当资源块的FEATURES_SEL中的“在自动模式旁路的切换”位为真时，则允许块的BYPASS开关也切换到自动模式。,为了避免输出突变，旁路参数中有ON/OFF特殊处理方式，当旁路开关切至ON时，SP接收以OUT_SCALE的百分数表示的OUT值，当旁路切至OFF时，SP接收PV值。,以下是旁路在PID作为串级副环控制中的应用实例,旁路切换过程,动作,SP接受输出值OUT，并OUT_SCALE标定,步骤1-IN状态为无效，因此PID运行现实模式为Man（手动）步骤2-为了写BYPASS（旁路方式），目标模式改为Man（手动）步骤3-用户设置BYPASS为ON，OUT通过刻度转换为SP。步骤4-用户改变目标模式为Cas。,步骤5-无论IN状态如何，PID模块达到Cas模式。步骤6-IN状态变为有效。步骤7-目标模式改为Man（手动）以写BYPASS（旁路模式）步骤8-用户设置BYPASS为OFF，PV转换为SP。,OutputTracking输出跟踪ThePIDblocksupportstheoutputtrackalgorithm,whichallowstheoutputtobeforcedtoatrackingvaluewhenthetrackingswitchison.PID块支持输出跟踪算法，在跟踪开关为on时，允许输出强制改变位跟踪值,为了激活输出跟踪功能，模块应伴随以下功能：CONTROL_OPTS中的“TrackEnable”位必须为真。目标模式为自动（自动、串级和远程串级）模式。TRK_VAL和TRK_IN_D状态为可用的，它的意义是状态是好的或用STATUS_OPTS表示不确定状态也作为好的用。“UseUncertainasgood”位必须是真。TRK_IN_D的值是激活的。,IfthetargetmodeisMan,itisnecessarybesidestheaboveconditions:如果目标模式为Man（手动）除以上条件外还需要：The“TrackinManual”bitinCONTROL_OPTSmustbetrue;CONTROL_OPTS中的“TrackinManual”位必须是真,Whentheoutputtrackingisactive,theoutputOUTwillbereplacedbytheTRK_VALconvertedtoOUT_SCALE.TheoutputlimitstatusbecomesconstantandtheactualmodegoestoLO;当输出跟踪激活时，输出OUT将由被OUT_SCALE转换过的TRK_VAL代替。输出限位状态变为常数，现实模式转变为LO。,IftheTRK_IN_DorTRK_VALstatusisunusable,theOutputtrackingwillbeoffandthePIDwillreturntothenormaloperation.若TRK_IN_D和TRK_VAL状态不可用，输出跟踪功能将关闭，PID状态将回到正常操作状态。,增强PID功能块提供了以下附加特性：1-从手动模式到自动模式切换的不同类型BUMPLESS_TYPE参数提供了从手动模式到自动模式切换四种类型：,a.bumpless:这是默认值，执行标准的PID功能块功能，由最后一次“手动”模式值开始计算。b.Last+proportional：功能块才上一次手动值加比例因子开始计算。,c.Bias:TheblockstartstocalculatefromtheBIASparameter.c.Bias:模块由BIAS参数开始计算。d.Bias+proportional:TheblockstartstocalculatefromtheBIASparameterplustheproportionalterm.d.Bias+proportional:模块由BIAS参数加比例因子开始计算。,2-.SpecialtreatmenttoOutputTracking输出跟踪的特殊处理Specialtreatmentismadewhentheoutputtrackingisenabled:ThealgorithmgeneratesanIFSstatusintheoutputinthefollowingsituations:当输出跟踪有效时将进行特殊处理。在以下情况计算方法在输出产生IFS（初始化错误状态）状态。,WhenTRK_IN_Dhasanunusablestatusandthe“IFSifBadTRK_IN_D”bitinPID_OPTSistrue.当TRK_IN_D有一个不可用状态，且PID_OPTS中“IFSifBadTRK_IN_D”位为真。WhenTRK_VALhasanunusablestatusandthe“IFSifBadTRK_VAL”bitinPID_OPTSistrue.当TRK_VAL有一个不可用状态，且PID_OPTS中“IFSifBadTRK_VAL”位为真。,当跟踪输入在以下几种方式不可用时模式切换为Man当TRK_IN_D不可用，且PID_OPTS中“ManifBadTRK_IN_D”位为真，则模式为Man，OUT为最后值。如果PID_OPTS中“targettoManifBadTRK_IN_D”位为真，则目标模式也变为Man,当TRK_VAL不可用，且PID_OPTS中“ManifBadTRK_VAL”位为真，则模式为Man，OUT为最后可用值。如果PID_OPTS中“targettoManifBadTRK_VAL”位为真，则目标模式也变为Man,IftheadditionalparametersofEPIDblockisconfiguredwiththedefaultvalues,theblockworksasthestandardPIDblock.如果EPID模块的附加参数用默认值设定，模块将工作在标准PID模块下。BLOCK_ERR块错误TheBLOCK_ERRofthePIDblockwillreflectthefollowingcauses:PID模块的错误反映了以下原因：,BlockConfigurationErrortheconfigurationerroroccurswhentheBYPASSandSHED_OPTparametershaveaninvalidvalue;块组态错误当BYPASS和SHED_OPT参数为无效值时，组态错误发生。OutofServiceitoccurswhentheblockisinO/Smode.中止服务当块在O/S模式时发生。SupportedModes支持模式O/S,IMAN,LO,MAN,AUTO,CAS,RCASandROUT.,控制算法,注意：BIAS_A/M从内部BIAS运算转换为自动模式（RCAS.CAS.AUTO)：假设微分增益等于0.13.,IfBEHAVIORparameteris“Adapted”:ThedefaultvalueofBYPASSisOFF.ThedefaultvalueofSHED_OPTisNormalShed/NormalReturn.Therequiredmodeforwritingistheactualmode,regardlessthetargetmode:SPandOUT.,5.3模拟输出块AO,AO-AnalogOutput模拟输出块Overview概述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、定位器等。AO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，将计算结果传递到一个输出转换器块。,Description描述AO功能块通过CHANNEL参数与转换器块连接，CHANNEL参数必须与下面的转换器块参数相匹配：对FI302是TERMINAL_NUMBER,TheCHANNELparametermustbesetto1(one)iftheAOblockisrunningintheFY302orFP302,andnoconfigurationisnecessaryinthetransducerblocktoconnectittotheAOblock.如果AO块在FY302和FP302运行通道参数必须设置为1，此时，与AO块连接的转换器块不需要进行通道组态。,TreatmentofInputValues输入值的处理TheSPvaluemaybecontrolledautomaticallythroughacascadeorremotecascadecontrolormanuallybyanoperator.ThePV_SCALEandXD_SCALEareusedtodothescalingconversionoftheSP.SP值可以通过串级或远程串级自动控制或由操作员手动控制，PV_SCALE和XD_SCALE用于SP的刻度转换。,TreatmentofOutputValues输出值的处理XD_SCALE刻度转换（参数）用来转换量程的百分数为由转换器使用的数，这就能使SP的部分量程引起输出满量程的工作。,OUT=SP%*(EU_100%-EU_0%)+EU_0%XD_SCALE在IO_OPTS中“IncreasetoClose”（增-关）位允许输出相对于输入值量程的反向变化。例如，如果SP是100,(PV_SCALE=0-100%;XD_SCALE=3-15Psi):Ifthe“IncreasetoClose”bitinIO_OPTSisclear,SPconvertedtoOUT_SCALEwillbe15psi.Thereforetheactuatortypewillbe“airtoopen”.如果IO_OPTS中“IncreasetoClose”位是清除（假或未选），SP经OUT_SCALE转换后将为15psi。因此执行器的类型为“气开”,Ifthe“IncreasetoClose”bitinIO_OPTSistrue,SPconvertedtoOUT_SCALEwillbe3psi.Thereforetheactuatortypewillbe“airtoclose”.如果IO_OPTS中“IncreasetoClose”位是真，SP经OUT_SCALE转换后将是3psi，因此执行器的类型将是“气关”或“气闭”。,Simulate仿真TheSIMULATEparameterisusedforthediagnosticsandcheckoutpurposes.Whenitisactive,thetransducervalueandstatuswillbeoverriddenbythesimulatevalueandstatus.TheSIMULATEcanbedisabledeitherbysoftwareintheSIMULATEparameterorhardwarethroughthejumper.,SIMULATE参数用于诊断和调试目的，当它被激活时，转换器的值和状态被仿真数值和状态取代，仿真或者由软件SIMULATE参数或硬件通过跳线来禁止。,TheSIMULATEstructureiscomposedbythefollowingattributes:SimulateValueandStatusTransducerValueandStatusSimulateEnable/Disable仿真结构（参数）由下列属性构成：仿真值和状态转换器值和状态仿真使能/禁止,TheTransducerValue/StatusattributesofSIMULATEparameterarealwaysshowingthevaluethattheAOblockreceivesfromthecorrespondingtransducerblock.参数SIMULATE中转换器的数值/状态属性总是反映了AO功能块从相应的转换器块接收的值。,有一硬件跳线以禁止SIMULATE参数，如果跳线置于关的位置，那么仿真将被禁止，在这种情况下，用户不能改变使能/禁止属性。当跳线置于开的位置，它将引起资源块的块错误中“SimulateActive”（仿真激活）属性为真。,Thesimu