控制算法.docx
- 文档编号:6481902
- 上传时间:2023-01-06
- 格式:DOCX
- 页数:55
- 大小:546.55KB
控制算法.docx
《控制算法.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《控制算法.docx(55页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
控制算法
第七章I/O功能与控制算法
PM是系统中用于过程控制的设备,具有I/O功能和控制功能。
I/O功能由I/O子系统中的I/O处理器(IOP)完成,IOP中的数据点对现场所有I/O进行输入输出处理,I/O数据点的处理功能不依赖控制功能。
PM的I/O点包括:
模拟量输入点(AnalogInput,AI)、模拟量输出点(AnalogOutput,AO)、数字量输入点(DigitalInput,DI)和数字量输出点(DigitalOutput,DO),这4种I/O点的算法覆盖了所有类型IOP具有的功能。
PM的控制功能由PMM中的控制处理器(ControlProcessor)实现。
其控制功能主要包括针对数字量和逻辑运算的数字复合点(DigatalComposite,DC)、逻辑点(Logic,LOGIC)以及针对模拟量的常规PV点(ReguratoryPV,REGPV)、常规控制点(ReguratoryControl,REGCTL)等。
1.模拟量输入点
AI点把从现场传感器接收的模拟PV信号转换成工程单位信号,供PM的其它数据点和系统使用。
为实现此目标,模拟量输入点要完成模/数转换、PV特性、量程检查与PV滤波、PV源选择和报警检测等处理,因此AI点的处理程序也就由上述功能块构成,如图7-1所示。
从现场变送器来的模拟量输入信号经过D/A转换后,按照处理流程,首先需要进行PV特性处理(PVCharacterization)。
1.1PV特性处理
●参数:
输入的PV信号首先转换成PV原值(PVRAW),为对该参数进行特性处理,需要在组态时输入以下参数:
SENSRTYPE,传感器类型,决定PVRAW的单位是%,比率,毫伏,微伏还是毫殴。
PVCHAR,PV特性处理方法,共有Linear(线性)、Sqrroot(平方根)、RTD和Therm(热电偶)等方法,表7-1所示为不同IOP可选用的处理方式。
表7-1单位换算方式
IOP类型
HLAI
LLAI
LLMUX
转换方式
线性
线性
线性
方根
方根
RTD
热偶
热偶(带冷端补偿)
热偶(带冷端补偿)
滑线
PVTEMP,温度信号的单位,如果输入的是温度信号,则通过次参数选择温度单位,有四种单位可选:
DegreesC、DegreesF、DegreesK和DegreesR。
TCRNGOPT,热电偶范围选择,用于确定温度补偿时采用的范围类型,可选Extended(扩展)或Normal(正常)。
PVEULO/PVEUHI,PV工程单位的下限值和上限值。
图7-1AI点处理流程
INPUTDIR,输入方向,有Direct(正向)和Reverse(反向)之分。
正向处
理时,PVRAW值越大,转换结果PVCALC值也越大;反向处理时,PVRAW值越大,转换结果PVCALC值越小。
PV特性处理的输出参数有两个,一个是已转换成工程单位的PVCALC,另一个是热电偶开路检测状态OTD。
●线性处理:
将PVRAW从PVRAW的上下限(PVRAWLO/PVRAWHI或0/100)范围内线性地映射到PVEULO/PVEUHI范围内,映射值即为PVCALC。
以0-5V,0.4-2V,和1-5V传感器为例,PVCALC的计算式为:
INPTDIR为正向时:
INPTDIR为反向时:
●平方根转换
平方根转换是先对PVRAW做平方根运算,然后将方根值映射到PVEULO和PVEUHI规定的范围内,从而转换成工程单位。
具体转换如下:
如果PVRAW0.0且INPTDIR为正向:
如果PVRAW<0.0且INPTDIR为正向:
如果PVRAW0.0且INPTDIR为反向:
如果PVRAW<0.0且INPTDIR为反向:
●温度信号转换
可对热电偶和RTD输入类型进行温度的线性化处理。
模拟输入点支持下列热电偶:
Btherm,Jtherm,Rtherm,Stherm,Etherm,Ktherm,Rptherm和Ttherm。
与LLAI或LLMUX配合使用的热电偶类型,通过选择TCRNGOPT=Extended可以对其范围进行扩展。
模拟输入点支持以下3线式RTD:
PtDinRTD,PtJisRTD,NicklRTD和CopprRTD。
关于热电偶和RTD补偿的具体算式,请参见有关手册。
1.2PV范围检查和滤波
这部分功能是对PVCALC进行范围检查和滤波处理,处理结果存放在PVAUTO(PV自动值)参数中。
在某些情况下,PVCALC可能超出PVEULO(PV扩展工程单位下限)和PVEUHI(PV扩展工程单位上限)规定的范围(正常限),但不允许超出PVEXEULO和PVEXEUHI规定的范围(扩展限)。
如果PVCALC超出了正常限,但只要在扩展限内,仍能从该参数读到一个值。
如果PVCALC超出了扩展限,则PVAUTO的值需结合PVCLAMP(PV钳制)参数来确定。
PVCALC经一阶滤波处理变为PVAUTO。
滤波时间常数为TF(单位为分钟),如果TF>0,则对PVCALC进行滤波处理;如果TF=0.0,则不执行滤波处理,此时PVAUTO与PVCALC相等。
如果经范围检查和滤波的值小于由LOCUTOFF(低值切除)参数指定的值,PVAUTO的最终输出被强制为PVEULO。
1.3PV源选择
只有当AI点为全点(PNTFORM=Full)时,才有PV源选择功能。
PVSOURCE参数允许操作员为该数据点选择PV源。
如图7-1所示,可以通过范围检查和滤波电路提供PV(当PVSOURCE为Auto时),可以手动输入PV(当PVSOURCE为Man时),也可以来由程序写入PV(当PVSOURCE为Sub时)。
另外,PV源选择参数(PVSRCOPT)确定是否允许把PV源改为除Auto以外的其它源。
PVSRCOPT有两个状态:
Auto和All。
All状态允许该数据点的PV手动输入。
1.4PV状态
PV在不同情况下的状况用PVSTS参数来描述,其含义如下:
如果PVSTS=Normal,PVSOURCE=Auto,则PVAUTOST=Normal,PV在PVEULO和PVEUHI范围之内;
如果PVSTS=Uncertn,
当PVSOURCE=Man或Sub时,PV值不等于NaN;
当PVSOURCE=Auto时,PVAUTOST=Uncertn;
当PVSOURCE=Auto时,PVAUTO超出扩展范围且被钳位;
如果PVSTS=Bad,则PV值为NaN,原因为下述情况之一:
1)PVSOURCE=Auto,PVAUTO=NaN;
2)PVSOURCE=Auto,PVAUTO的值超出扩展范围,且未被钳位;
3)PVSOURCE=Sub或Man,PV被存储为NaN。
1.5报警
报警功能只在全点(PNTFORM=Full)中提供。
AI点把PV与各种阈值进行比较,把报警记录在数据点的数据库中,然后由过程管理器模块(PMM)发布。
在AI点内与报警相关的参数如下:
ALENBSTPVALDBPVHIPRPVLOTP
BADPVFLPVALDBEUPVHITPPVROCNFL
BADPVPRPVEXHIFLPVLLFLPVROCNPR
CONTCUTPVEXLOFLPVLLPRPVROCNTP
EIPPCODEPVHHFLPVLLTPPVROCPFL
HIGHALPVHHPRPVLOFLPVROCPPR
HIGHALPRPVHHTPPVLOPRPVROCPTP
PTINALPVHIFL
AO
2.模拟量输出点
AO处理器把AO点的输出值(OP)转换成0-20mA输出信号,用于操作最终控制元件,例如现场的阀和执行机构。
AO点算法包括操作方式、正/反向输出功能和非线性输出特性三个部分,如图7-2。
图7-2AO点功能图
2.1操作方式
AO操作方式与OP来源密切相关,OP参数可以有多个来源,当AO点为全点时,其OP值可以来自AM常规点、操作员或CL/PM程序,此时AO点根据操作方式(MODE)参数选择来源。
如果AO点要输出PM控制点的输出结果,则AO点必须为半点。
2.2正/反向输出
参数OPTDIR允许指定AO点的输出为正向输出还是反向输出,默认方式为正向输出。
OPTDIR=Direct,正向输出,OP为100%对应于输出电流20mA,OP为-6.9%作为0mA.处理。
OPTDIR=Reverse,反向输出,OP为0%对应于输出电流20mA,OP为106.9%产生0mA的实际输出。
AO点的这一特性可用于控制回路反馈特性的设置,就象PID控制中的控制方向参数一样。
2.3输出特性
AO点提供由6个坐标对定义一个5段线性化的非线性输出特性。
5段线性化的起点(-6.9%,-6.9%)和终点(106.9%,106.9%)是固定的,以保证非线性处理的结果在正反向输出的情况下都不会超出-6.9%~106.9%的范围。
其它4个点的坐标由用户按照单调增加的原则自行设定。
这4个点的坐标在OPOUT1-4和OPIN1-4参数中给出。
如图7-3所示。
输出特性处理的输入参数为OP,输出参数为OPFINAL(最终OP)。
输出特性是可选功能,可以通过把OPCHAR(输出特性)参数置为ON来实现。
参见图7-2。
图7-3AO点的输出特性
2.4校准补偿
AO点的最终输出处理是校准补偿。
在数据点内用内部偏移量和比例常数进行校准补偿,然后通过相应的FTA把OPFINAL送到现场。
如果发生AO模块级软故障,一个或多个点向现场输出的连接将被中断,常规控制点将启动“坏输出”警报。
如果驱动该AO点的常规控制点的所有输出连接被中断,该常规控制点开始初始化。
3.数字输入点
DI点把从现场收到的数字PVRAW信号转换成能被PM和系统中其它数据点使用的PV信号。
DI点的功能图见图7-4。
图7-4DI点的功能图
PVRAW经正/反向转换后得到PVAUTO,然后根据不同的输入类型进行不同的处理。
DI点的输入类型有三种:
状态输入、锁定输入和计数输入。
3.1状态输入
状态输入用于记录现场信号的状态,在US组画面和细目画面上,PV的当前状态用上下两个框表示,这两个框的亮或暗取决于PVRAW的当前状态和输入方向。
状态输入类型有PV源选择及报警处理功能。
PV源(PVSOURCE)参数的选项确定状态输入点的PV源。
PV源可以是来自现场的PV输入(PVauto)、操作员(PVman)输入,也可以由用户程序(PVsub)提供。
如果PVSOURCE是PVauto,PV跟踪PVRAW。
状态输入类型有PV偏离正常状态(Offnorml)和状态改变(ChngOfSt)两种,由报警选择(ALMOPT)参数选定。
如果选择Offnorml报警,当输入PV状态与用PVNORMAL(PV正常状态)参数指定的正常状态不一致,且保持时间超过由DLYTIME(延迟时间)参数指定的延时(0-60秒)时,PVNORMFL变为On,DI点产生PV偏离正常状态报警。
如果选择ChngOfSt报警,当输入状态发生改变,且保持时间超过由DLYTIME指定的时间时,产生状态改变报警。
在DI点中,虽然给ALMOPT选择了报警类型,但系统是否能发出报警信息还取决于ALENBST(报警许可)参数。
ALMOPT=Enable(许可)时,系统会检测有关报警状态,一旦发生报警,就将根据报警级别发布报警信息;
ALMOPT=Disable(不许可)时,系统会检测有关报警状态,但发生报警时不会发布报警信息;
ALMOPT=Inhibit(禁止)时,系统不会检测有关报警状态,也不会发布该点的报警信息。
状态输入类型在发生PV状态改变时,还可以将该改变事件通知系统内的某个数据点,记录其事件序列。
事件记录方式由参数EVTOPT(事件选项)确定,该参数有四个可选值:
None,EIP,SOE,和EIPSOE。
EIP需要用户提供记录事件的数据点位号,而SOE表示给事件加时间戳,以建立事件顺序。
3.2锁定输入类型
要捕获瞬间发生的数字输入(比如来自按钮的输入),需要把DI点组态为锁定输入类型。
DITYPE参数选为Latched表示DI点为锁定输入类型。
当DI点组态为锁定输入类型时,可以把一个最小40毫秒的脉冲输入锁定其脉冲持续1.5秒,这就保证了需要检测该事件的任何控制功能有足够的时间作出反应。
锁定输入类型的PV状态改变可计入事件序列。
EVTOPT两种可能的选项:
None和EIP。
3.3计数输入类型
计数输入类型用于累计现场信号的状态翻转次数。
DITYPE参数输入Accum表示DI点为计数输入类型。
累计计算能增能减,这取决于为COUNTDWN(反向计数)参数的值。
如果为该参数为Off,该点将随现场信号的状态翻转而递增;若项目为On,则递减。
计数值存放在参数AV(累积值)中。
累计计算由操作员启动、停止或复位。
操作员发出Reset(复位)命令时,AV被置为与RESETVAL(复位值)相等,原有的累计值存放到OLDAV(原有累计值)参数中。
RESETVAL由操作员给定。
操作员发出Start(启动)命令时,AV从RESETVAL开始进行累计。
当AV达到AVTV(累计目标值)时,参数AVTVFL(累计目标值标志)被置为On。
累计器复位时,AVTVFL被置为Off。
如果累计值AV发生溢出(AV>999999),OVERFLOW(溢出)参数被置为On。
DO
4.数字输出点
DO点实现向现场传送输出一个状态输出(SO)。
DO点只能根据传送来的信号来输出,没有任何操作模式。
图7-5为DO点的功能图。
图7-5DO点的功能图
DO点有两种输出类型:
脉冲宽度调制(PWM)输出和状态输出。
输出类型由参数DOTYPE(DO类型)确定。
PWM输出时,DO接受常规控制算法的输出,并提供与OP成比例的周期性脉冲输出。
状态型输出时,DO点通常组态为接受数字复合点或逻辑点的输出。
4.1脉冲宽度调制(PWM)输出类型
PWM输出型接受PM常规控制点(例如PID算法)的输出OP,并输出周期性的脉冲信号。
脉冲的宽度根据OP参数计算确定。
如图7-6所示。
因为OP用百分数表示,因此其百分值就代表了脉冲宽度时间占输出周期时间的百分数。
输脉冲周期参数为PERIOD,其取值范围为1~120秒。
图7-6PWM输出时序
DO的PWM输出可通过OPTDIR(输出方向)参数选择正向输出或反向输出,其输出脉冲的延续时间计算方法如下:
正作用:
OP%±PERIOD
脉冲延续时间=─────────
100
反作用:
100%—OP%±PERIOD
脉冲延续时间=────────────
100
如果OP值小于0%,被钳位到0%;如果大于100%,则钳位到100%。
4.2状态输出型
状态输出型的输出信号可以来自DC点、逻辑点或RegCtl点(如PosProp)的输出。
状态输出有两种方式:
把上游点的输出接到SO参数可输出状态信号;把上游点的输出接到ONPULSE(上升沿脉冲)或OFFPULSE(下降沿脉冲)参数可输出定宽脉冲信号。
图7-7定宽脉冲输出
定宽脉冲输出示意图如图7-7所示。
ONPULSE参数把SO置为On,达到指定的持续时间,脉冲结束时,SO被置为Off。
如果ONPULSE被指定为0.0,SO被立即置为Off。
这也适用于OFFPULSE,OFFPULSE把SO置为Off除外。
如果SO来自逻辑点,数字输出点的SO输出跟踪逻辑点提供的SO输出。
4.3初始化请求标记
对于DO点,发生以下情况时,DO处于初始化状态,并发出初始化请求:
(1)组态为PWM型输出;
(2)组态为状态型输出,并且
该点为非激活状态;
该点所在的IOP未工作;
该点发生未工作之类的软故障。
初始化请求参数为INITREQ。
发出初始化请求时,INITREQ被置为ON,此时该DO点的输出不能改变。
如果INITREQ为ON的DO点的上游点为DC点或RegCtl点的POSPROP(位置比例)算法,那么该DC点或RegCtl点将自动被强制初始化。
5.数字复合点
数字复合(DigitalComposite)点是多输入/多输出点,用于向分立设备提供操作接口,例如电机、泵、电磁阀及电动阀等。
该点具有处理联锁的内部结构,支持在组画面、细目画面和图形显示画面上显示联锁条件。
另外,数字复合点可以与逻辑点和其他数字点配合实现复杂的联锁方案。
数字复合点的某些特点如下:
(1)输入和输出数据点的状态相互完全独立,可以按用户应用要求组态。
点的输入和输出可以连接到PM内的I/O点或布尔型变量。
(2)支持二态或三态设备(电动阀、可逆电机等等),可以临时定义特殊状态。
(3)提供处理联锁功能的结构化方法。
5.1点状态
DC点有正常状态、瞬间状态和移动/坏状态三类。
●正常状态
DC点可以有两个或三个正常状态,因此可以连接有两个或三个工作状态的设备。
DC点的状态如下:
状态1:
第一个激活状态;
状态0:
非激活(中间)状态,也是安全状态;
状态2:
第二个激活状态。
只有当DC点有三个状态时,状态2才可用。
在组画面和细目画面中,上述三种状态分别各由一个独立的方框表示,状态1由上面的框表示,状态0中间的框表示,状态2由下面的框表示。
如果DC点只有二个状态,则不显示下面的框。
如图7-8所示。
每个框内部分三个部分,顶部显示最多8字符的状态描述信息,三个状态的描述分别由参数STATETXT(0),STATETXT
(1)和STATETXT
(2)指定。
每个框的下部一分为二,左边表示输入PV状态,右边是输出状态。
引起左框点亮的条件根据输入值确定,引起右框点亮的条件由命令状态OP确定。
图7-8DC点状态显示
●瞬间状态
用MOMSTATE参数可以把DC点的状态组态为瞬间状态。
命令状态为瞬间状态的效果就象门铃,一按开关,状态就一直保持。
MOMSTATE参数不同取值的含义如下:
Mom_1状态1为瞬间状态。
当解除该状态时,PV将跳回状态0。
Mom_0状态0为瞬间状态。
当解除该状态时,PV将跳回状态1。
只有当NOSTATES=2时才能选择Mom_0。
Mom_2状态2为瞬间状态。
当解除该状态时,PV将跳回状态0。
只有当NOSTATES=3时才能选择Mom_2。
Mom_1_2状态1和2为瞬间状态。
当解除其中的任一状态时,PV将跳回状态0。
只有当NOSTATES=3时才能选择Mom_1_2。
●移动/坏状态
数字复合点有两个标准状态,分别代表设备状态是“坏”(不确定)或“移动”(从一个状态到另一个状态)时的状况。
当过程的PV输入信号处于不一致的状态时(例如,阀的打开和关闭限位开关同时同时为on),会产生坏状态。
当设备从一个状态转到另一个状态时(例如,慢慢把阀从打开状态改变到关闭状态),会碰到移动状态。
这两个状态分别用参数BADPVTXT和MOVPVTXT描述,其缺省值在建立PM设备数据点时输入。
如果不想使用缺省的状态描述,则可以在DC点组态期间重新输入描述文本。
5.3方式属性
数字复合点仅支持方式属性(NMODATTR)为操作员(Operator)和程序(Program)的属性方式,见图7-9。
如果方式属性是操作员,只有操作员才能提供输出命令状态。
另一方面,如果方式属性是程序,则只有用户程序才能提供输出命令状态。
图7-9DC点输出功能示意图
MODEPERM(方式改变许可)参数可用于对普通操作员(相对于值班长或工程师)改变方式属性的操作进行限制,MODEPERM=PERMIT表示普通操作员可以改变点的操作方式。
5.4联锁
在DC点的输出部分提供允许和超驰两种联锁。
这两种联锁状态一般由逻辑点把输出到允许联锁参数P0-P2或超驰联锁参数I0-I2来控制。
另外,还提供不能被旁路的安全超驰联锁(SI0)。
●允许联锁
允许联锁参数P0-P2一般受逻辑点输出控制,允许联锁确定是否允许来自操作员和用户程序的DC点某一命令状态输出。
缺省时P0,P1和P2均为ON,即所有状态都允许输出。
如果不允许某一命令状态输出,相应的允许联锁参数必须置为Off。
例如,如果逻辑点输出已把参数P1置为Off,则DC点不能输出命令状态1。
●超驰联锁
超驰联锁参数I0-I2也受逻辑点输出控制。
当任何超驰联锁参数为On时,DC点不会接受操作员或用户程序给定的输出状态。
当逻辑点输出把参数I0置为On时,命令输出状态被强制为状态0(不考虑参数I1和I2的状态)。
当参数I0为Off且I1为On时,命令输出被强制为状态1(不考虑参数I2)。
同样,I0和I1为Off,I2为On时,命令输出被强制为状态2。
可以在DC点的LOGICSRC(逻辑源)参数指定驱动该点联锁的逻辑点的位号,这样,该LOGICSRC中的填入的位号将出现在DC点的组画面上,操作员可以方便地调出该逻辑点的细目画面,查找相应的联锁关系。
每个超驰联锁(I0-I2)有一个八字符的报警描述信息,当超驰联锁被发生时,该信息将显示在细目画面上。
●可组态联锁旁路
在某些情况下,操作员必须能够旁路DC点的允许联锁和超驰联锁。
为此,OROPT(超驰选择)参数必须首先置为On,然后操作员可以从US操作BYPASS(旁路)参数以决定是否旁路联锁。
注意,当BYPASS为On时,NMODATTR参数不能改变。
联锁旁路信息将会在组画面上显示。
5.5命令状态(OP)
DC点的输出命令将导致输出信号送往现场,并使该DC点驱动的设备进入命令要求的状态。
命令状态由DC点的OP参数表示,当输出连接个数(NODOPTS)大于0时,命令状态可以是状态1(ST1),状态0(ST0)或状态2(ST2)。
DC点最多可以有3个状态3个输出,每一个输出在不同的状态下都有各自的取值,因此3个命令状态对应的实际输出情况应是最多九个STx_Opy(其中x为状态数,y为输出数)形式的布尔变量的组合。
组态时,必须规定每个输出在每个命令状态下的值(On或Off)。
在适当的方式属性下,LOGIC点或CL程序(PM或AM)可以通过SOCMD(i)(状态输出命令)参数向DC点发出命令。
SOCMD(i)对应于状态(i)(其中i=0,1,或2)。
即把相应的SOCMD(i)标记从Off变为On来把实际输出(OP)切换到需要的状态。
5.6数字输出
用户可以通过可组态输出连接为DC点指定锁存或脉冲输出类型。
●锁存输出
指定除ONPULSE或OFFPULSE以外的任何参数都可以把DC点组态为锁存输出。
●脉冲输出
通过把ONPULSE或OFFPULSE参数作为输出目标点的办法,可以将DC点组态为脉冲输出。
DC数据点的脉冲宽度由PULSEWTH(脉冲宽度)参数确定,其范围为0到60秒。
5.7输出连接
DC点的输出目标(和输出类型)由用户通过DODSTN(i)(数字输出目标)(i=1,2,3)参数指定。
可以指定的目标类别如下:
(1)数字输出点—锁存输出
(2)数字输出点—脉冲输出
(3)逻辑点标记
(4)PM设备标记点
(5)过程模块点标记
所有这些输出目标必须是与DC点在同一个的PM设备中。
●数字输出点—锁存输出
用户可以在DODSTN(i)参数输入以下输出连接之一:
Tagname.SO
或:
!
DOmmSss.SO
其中:
Ta
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 控制 算法