第五章常用功能块.ppt

1、第五章常用功能块,AI 110,PID 110,AO 110,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 - Analog Input Overview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,The CHANNEL parame

2、ter must be set to 1 (one) if the AI block is running in the LD302, and no configuration is necessary in the transducer block to connect it to the AI block. 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

3、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。 Indirect with Square Root （开平方）PV值是FIELD_VAL值的平方根经OUT_SCALE转换过的值。,PV and OUT always have identical scaling based on OUT_SCALE. PV和OUT总是具有相同的刻度，是基于OUT_SCAL

4、E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 “Low cutoff” 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） The BLOCK_ERR of the AI block will reflect the following causes: AI块的块错误将反映以下原因： Block Configuration Error （块组态错误） the configuration error occurs when one or mor

5、e of the following situations occur: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。, Simulate Active 仿真激活 When the Simulate is active.当仿真激活时 Input Failure输入故障 I/O module failure (DFI302) I/O模件故障(DFI302) Out of Service中止服务 When the block is in O/S

6、mode.当块在O/S模式 Supported Modes 支持模式 O/S, MAN and AUTO.,Status Handling状态处理 The AI block does not support cascade path. Then, The output status has not a cascade sub-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）When the OUT value exceeds the OUT_SCALE range and no worse condition exists in the block t

7、hen the OUT status will be“uncertain, EU Range Violation”.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”,The following options from STATUS_OPTS apply, where Limited refers to the sensor limits: (see in the Function block options to more details about each option)参数STATUS_OPTS适合下列选项，此处的

8、极限查阅传感器极限：（见功能块选项有关每个选项更详细） Propagate Fault Forward向前传递错误 Uncertain if Limited如果被限制，则为不确定 BAD if Limited如果限制则为坏 Uncertain if Man mode如果是手动模式，则为不确定,Legend图注: E Enumerated parameter枚举参数; na Admensional parameter无单位位串; RO Read only只读; D dynamic动态参数; N non-volatile非易失性的; S static静态参数 Gray Background Lin

9、e灰底线: Custom Parameters定制参数,If BEHAVIOR parameter is “Adapted”如果特性参数是合适的: The default value of CHANNEL is the lowest available number. CHANNEL的缺省值是最小的可用数字 The default value of L_TYPE is direct. L_TYPE的缺省值是direct The required mode for writing is the actual mode, regardless the target mode : OUT 需要写的模

10、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=107.8KPa XD_SCALE将设置为 EU100%: 107.8KPa EU0%:9.8KPa 单位索引：1133 小数点：1 OUT_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

11、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,0 10KPa,Q （m3/h）,P,Q,P,P=KQ2,Q=KP,0.4KPa,（K Pa）,K= Q /P,低流量小信号切除功能 由LOW_OUT参数实现,Q=KP Qmax=KPmax Q/Qmax= P/ Pmax P/ 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0 10KPa,若XD_SCALE设置为0 10KPa ，OUT_SCALE设置为01970m3/h， LOW

12、_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=0.04 Pmax=0.04 10=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 - PID Control/Enhanced（增强） PID Control Ove

13、rview概述 The PID block offers a lot of control algorithms that use the Proportional, integral and derivative terms. 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

14、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。,Direct and Reverse Acting正作用和反作用 通过选项参数CONTROL_OPTS中的 “Direct Acting” （正作用）位来设置选择控制的正反作用：如果“Direct acting” 位为真，那么偏差为PV减SP，即Error（误差） = (PV SP), 如果“Direct acting” 位为假，即选择控制的反作用，那么偏差为SP 减PV ，即Error（误差） = (SP PV) “Direct acting”位的缺省值为假（0） ，即为控制的反作用。,Feedforwa

15、rd Control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

16、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“Bypass Enable” （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

17、,BKCAL-IN,OUT,手动,自动,TRK-VAL,PID,AO,OPERATOR ENTRY,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_S

18、CALE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。,Output Tracking输出跟踪 The PID block supports the output track algor

19、ithm, which allows the output to be forced to a tracking value when the tracking switch is on. 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“Track Enable” 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。 “Use Uncertain as good” 位必须

20、是真。 TRK_IN_D的值是激活的。, If the target mode is Man, it is necessary besides the above conditions: 如果目标模式为Man （手动）除以上条件外还需要： The “Track in Manual” bit in CONTROL_OPTS must be true; CONTROL_OPTS中的“Track in Manual”位必须是真, When the output tracking is active, the output OUT will be replaced by the TRK_VAL con

21、verted to OUT_SCALE. The output limit status becomes constant and the actual mode goes to LO; 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。, If the TRK_IN_D or TRK_VAL status is unusable, the Output tracking will be off and the PID will return to the normal operation.若TRK_IN_D 和 TRK_

22、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: The block starts to calculate from the BIAS parameter. c. Bias:模块由BIAS参数开始计算。 d. Bia

23、s + proportional: The block starts to calculate from the BIAS parameter plus the proportional term. d. Bias + proportional:模块由BIAS参数加比例因子开始计算。,2-.Special treatment to Output Tracking输出跟踪的特殊处理 Special treatment is made when the output tracking is enabled: The algorithm generates an IFS status in the

24、output in the following situations: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。, When TRK_IN_D has an unusable status and the “IFS if Bad TRK_IN_D” bit in PID_OPTS is true. 当TRK_IN_D有一个不可用状态，且PID_OPTS中“IFS if Bad TRK_IN_D” 位为真。 When TRK_VAL has an unusable status and the “IFS if Bad TRK_VAL” bit i

25、n PID_OPTS is true. 当TRK_VAL有一个不可用状态，且PID_OPTS中“IFS if Bad TRK_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“Man if Bad TRK_IN_D” 位为真，则模式为Man ， OUT为最后值。如果PID_OPTS中“target to Man if Bad TRK_IN_D”位为真，则目标模式也变为Man,当TRK_VAL不可用，且PID_OPTS中“Man if Bad TRK_VAL” 位为真，则模式为Man ， OUT为最后可用值。如果PID_OPTS

26、中“target to Man if Bad TRK_VAL”位为真，则目标模式也变为Man,If the additional parameters of EPID block is configured with the default values, the block works as the standard PID block. 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 The BLOCK_ERR of the PID block will reflect the following causes: PID模块的错误反映了以下

27、原因：, Block Configuration Error the configuration error occurs when the BYPASS and SHED_OPT parameters have an invalid value;块组态错误当BYPASS和SHED_OPT参数为无效值时，组态错误发生。 Out of Service it occurs when the block is in O/S mode.中止服务当块在O/S模式时发生。 Supported Modes支持模式 O/S,IMAN, LO, MAN, AUTO, CAS, RCAS and ROUT.,控制

28、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.,If BEHAVIOR parameter is “Adapted”: The default value of BYPASS is OFF. The default value of SHED_OPT is Normal Shed/Normal Return. The required mode for writing is the actual mode, regardless the target mode: SP and OUT.,5.3 模拟输出块AO,AO - A

29、nalog Output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,The CHANNEL parameter must be set to 1 (one) if the AO block is running in the FY302 or FP302,

30、and no configuration is necessary in the transducer block to connect it to the AO block. 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。,Treatment of Input Values输入值的处理 The SP value may be controlled automatically through a cascade or remote cascade control or manually by an operator. The P

31、V_SCALE and XD_SCALE are used to do the scaling conversion of the SP. 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。,Treatment of Output Values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“Increase to Close” （增-关

32、）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): If the “Increase to Close” bit in IO_OPTS is clear, SP converted to OUT_SCALE will be15 psi. Therefore the actuator type will be “air to open”. 如果IO_OPTS 中“Increase to Close” 位是清除（假或未选）， SP经OUT_SCALE转换后将为15 psi。因此执行器的类型为“气开”,If t

33、he “Increase to Close” bit in IO_OPTS is true, SP converted to OUT_SCALE will be 3 psi. Therefore the actuator type will be “air to close”. 如果IO_OPTS中“Increase to Close” 位是真， SP经OUT_SCALE转换后将是3 psi，因此执行器的类型将是“气关”或“气闭”。,Simulate仿真 The SIMULATE parameter is used for the diagnostics and checkout purpos

34、es. When it is active, the transducer value and status will be overridden by the simulate value and status. The SIMULATE can be disabled either by software in the SIMULATE parameter or hardware through the jumper.,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。,The SIMULA

35、TE structure is composed by the following attributes: Simulate Value and Status Transducer Value and Status Simulate Enable/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,The Transducer Value/Status attributes of SIMULATE parameter are always showing the value that the AO block receives from the corresponding transducer block. 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“Simulate Active” （仿真激活）属性为真。,T