此主题包括
PID功能块将所有必要的逻辑联合起来,以实现模拟量输入通道处理,为非线性控制(包含平方误差和锯齿增益)的比例-积分-微分(PID)控制,还有模拟量输出通道处理。
PID功能块支持模式控制,信号缩放和限制,前馈控制,超驰跟踪,报警检测,还有信号状态传播。您可以使能仿真来支持测试。这允许测量值和状态以手动或另一个功能块经由SIMULATE_IN输入来提供。
串级(Cas)模式下,设定值(SP)由主控制器调整。自动(Auto)模式下,SP可以由操作员调整。在这两种模式下,输出是由标准或者级数PID方程形式来计算的。手动(Man)模式下,功能块输出由操作员设置。PID功能块也有两种远程模式,远程串级和远程输出。这些模式和串级还有手动模式相似,只是SP和OUT由远程监督程序提供。
PID功能块可以直接连接到过程I/O(在DeltaV里面,不过不适合现场总线设备)。它也可以通过IN和OUT参数连接到其它功能块来实现串级或其它复杂控制策略。
把BKCAL_IN和下游功能块的BKCAL_OUT连接起来可以防止积分饱和并提供无扰动传递。
连接跟踪输入(TRK_VAL)来实现外部控制输出跟踪。
PID功能块
BKCAL_IN是来自下游功能块的BKCAL_OUT作为一个功能块无扰动传递的输出的值和状态。如果PID在串级里是另一个控制器的主回路,这个连接很重要。没有这个连接,副回路控制器不转换到CAS并且主PID不会激活。
CAS_IN是来自另一个功能块的远程SP值。
FF_VAL是前馈控制输入值和状态。
IN是到来自另一个功能块过程变量(PV)的连接。
SIMULATE_IN是功能块用来在仿真使能时替代模拟测量值的输入值和状态。
TRK_IN_D初始化外部跟踪功能。
TRK_VAL是缩放后应用到OUT的值。
BKCAL_OUT是送到上游功能块来防止积分饱和,提供闭环控制无扰动传递的值和状态。
OUT是功能块输出的值和状态。
原理图-PID功能块
下图显示了PID功能块的内部结构。参数可能在扩展功能块中稍有不同。
PID功能块原理图
功能块执行-PID功能块
PID功能块提供比例(P)+积分(I)+微分(D)控制。该功能块支持两种PID方程式:两种形式支持外部积分和前馈:标准形式是这样的离散运行:
级数形式是这样的离散运行:
当L=OUT (等价于OUT不受限制)并且P=D=E的时候方程降低为:
一个常规标准前馈PID,
还有有微分滤波器的级数PID,只适用于微分作用,带前馈。
其中:
E(s)是偏差(SP-PV)
±反作用+,正作用-(CONTROL_OPTS中的Direct_Acting)
KNL是用在P+I上而没用在D上的非线性增益。非线性作用在FRSIPID_OPTS里通过选择
Use_Nonlinear_Gain_Modification来激活。
P(s)是应用比例作用的变量,由STRUCTURE和BETA(设置比例作用对SP变化的权重系数)参数决定。
D(s)是应用微分作用的变量,D(s)是由STRUCTURE和GAMMA(设置微分作用对SP变化的权重系数)参数决定的。
L(s)是来自BKCAL_IN或OUT的外部积分输入。
是以秒计的积分时间(参数积分)
是以秒计的微分时间(参数比率)
GAIN a是把参数GAIN从PV缩放到OUT之后的标称增益(DeltaV系统在工程单位的环境下工作,所以有必要缩放参数GAIN
来保持标称输入的意义)。
F(s)是前馈作用。
下图显示了非线性整定参数是如何用来计算KNL的。
KNL的计算
其中:
NL_MINMOD是在误差的绝对值低于NL_GAP时应用的增益。要得到死区动作,设置NL_MINMOD为0。
NL_GAP是控制盲区。当误差绝对值低于NL_GAP时,KNL = NL_MINMOD。
NL_TBAND是KNL作为误差函数线性校正的转换带宽。
NL_HYST是一个滞后值。直到误差绝对值超过NL_GAP + NL_HYST,KNL = NL_MINMOD。一旦误差绝对值超出NL_GAP +
NL_HYST,误差绝对值必须在KNL返回NL_MINMOD的值之前返回到小于NL_GAP的值。如果NL_GAP为0,那么NL_HYST的值没有意义(通常假设为0)。
您可以组态I/O选项,信号转换和滤波,前馈计算,跟踪变量,设定值和输出限制,PID方程结构,功能块输出动作,来选择具体功能块执行。功能块模式决定设定值和输出选项。
I/O选择
当组态PID功能块的时候,选择输入值的来源是来自连接的功能块还是过程输入通道。
输入来自另一个功能块(Input from Another Block)–当您想让输入来自另一个功能块的时候,输入来源(通常是另一个功能块的输出值)是连接到PID功能块的IN连接器的。有现场总线扩展,到IN的连接必须来自另一个功能块。
输入来自过程输入通道(Input from a Process Input Channel)–当您想让输入来自过程输入通道的时候,组态IO_IN参数里期望通道的设备信号标签(DST)。现场总线扩展里没有IO_IN参数。
注意当IO_IN组态并且IN连接,IO_IN引用的I/O输入通道优先而IN忽略。
您可以组态去假信号滤波,NAMUR限值检测,还有超范围/欠范围检测通道参数。请查阅I/O组态这一主题来获得关于这些能力的信息。
仿真
您可以使能仿真来支持测试。这允许测量值和状态由另外一个功能块提供或者手动输入。
组态过程中,要决定模拟值/状态是操作过程中手动输入还是使用来自另一个功能块的。
当值是手动输入的时候:
●操作员首先选择SIMULATE参数来使能仿真,并设置仿真使能/禁用栏的仿真使能复选框。
●如果SIMULATE_IN没有连接(状态=坏:未连接),操作员输入SIMULATE参数仿真值栏使用的值。在线操作时,操作员就可以在
仿真状态栏输入仿真状态值。
注意如果您想手动输入SIMULATE_IN值和状态,确保该参数没有连接。当SIMULATE_IN值未连接,来自SIMULATE_IN值栏的值用作仿真值。
当使用来自另一个功能块的值/状态时:
●组态过程中,连接SIMULATE_IN到期望的功能块输出或参数。不要在SIMULATE_IN输入的仿真值栏输入值;功能块自动使用连接
值。
●操作过程中,操作员通过选择SIMULATE参数并设置仿真使能/禁用栏的仿真使能对话框来使能仿真。
注意 不要给SIMULATE_IN参数输入值。如果输入了并且SIMULATE_IN的状态不是坏:未连接,SIMULATE_IN手动输入的值将超驰在SIMULATE中输入的值。
现场总线里没有SIMULATE_IN。
信号转换
选择线性化类型参数(L_TYPE)的直接,间接,或者间接平方根信号转换。
直接信号调节(Direct signal conditioning)–经过从I/O通道访问的值(或者是仿真使能时的仿真值)。
间接信号调节(Indirect signal conditioning)–转换访问通道输入值(或者是仿真使能时的仿真值)到PV参数(PV_SCALE)使用的范
围和单位。
间接平方根信号调节(Indirect square root signal conditioning)–转换访问通道输入值(或者是仿真使能时的仿真值),通过取值的平方根并缩放到PV参数(PV_SCALE)使用的范围和单位。
您可以通过FIELD_VAL参数查看访问值(以百分比计)。
当转换输入值低于LOW_CUT参数指定的限值并且小信号切除I/O选项(IO_OPTS)使能(真)时,0.0值就用作转换值(PV)。这个选
项在基于零点的测量设备很有用,如流量计。
您可以选择下面的I/O选项来为故障开执行器考虑选择反的范围来转换。一块操
增加到关闭(Increase to Close)–这个选项对IO_OUT里组态的设备信号标签有影响。增加到关闭导致模拟量输出通道的毫安信号在手动模式(还有自动模式)下反转。也就是说,OUT的全范围值会导致通道有4mA信号。当IO_OUT组态好,OUT值就是暗含的阀门位置,在增加到关闭为真的时候不反转。
注意您只有在离线模式才能设置I/O选项。
请查阅I/O选项这一主题来获得关于支持的I/O选项的详细信息。
前馈计算
您可以用FF_ENABLE参数来激活前馈函数。当FF_ENABLE参数为真时,前馈值(FF_VAL)缩放(FF_SCALE)到一个公共的范围,与输出范围(OUT_SCALE)相对应。这里引入一个增益值(FF_GAIN)来实现完全前馈补偿。
跟踪
您可以指定控制选项和参数的输出跟踪。不过,您只能在离线模式下设定控制选项。
跟踪使能选项(CONTROL_OPTS)必须为真才能使跟踪功能运作。当手动跟踪(Track in Manual)的控制选项为真的时候,当功能块是手动模式时,跟踪就被激活并维持。当手动跟踪(Track in Manual)为假的时候,手动模式禁用跟踪。激活跟踪功能会导致功能块的实际模式变成本地超驰(LO)。
当跟踪功能使用时,跟踪值参数(TRK_VAL)确定被缩放的值并跟踪到输出。跟踪缩放参数(TRK_SCALE)指定TRK_VAL的范围。
当跟踪控制参数为真的时候并且跟踪使能控制选项为真,TRK_VAL输入重新缩放到适合的值输出使用OUT_SCALE的单位
设定值和输出限值约束
下装期间,OUT_HI_LIM、OUT_LO_LIM、SP_HI_LIM和SP_LO_LIM按它们的组态值进行设置。如果您未更改缺省值,那么这些数值在功能块首次执行时设置如下:
●OUT_HI_LIM设定为OUT_SCALE(EU100)
●OUT_LO_LIM设定为OUT_SCALE(EU0)
●SP_HI_LIM设置为PV_SCALE(EU100)
●SP_LO_LIM设置为PV_SCALE(EU0)
运行期间,限制约束如下:
●OUT_HI_LIM限制为OUT_SCALE(EU100)+0.1 *(OUT_SCALE(EU100)-OUT_SCALE(EU0))。
●OUT_LO_LIM限定为OUT_SCALE(EU0)-0.1 *(OUT_SCALE(EU100)-OUT_SCALE(EU0))。
●SP_HI_LIM限定为PV_SCALE(EU100)+0.1 *(PV_SCALE(EU100)-PV_SCALE(EU0))。
●SP_LO_LIM限定为PV_SCALE(EU0)-0.1 *(PV_SCALE(EU100)-PV_SCALE(EU0))。
SP和OUT参数不随着限值或者范围的变化而变化。然而,如果OUT触犯新限制,在下次执行功能块时,OUT将强制在限制之内。
设定值的选择和限值
设定值的选择是由模式决定的。下图显示选择设定值的方法。
PID功能块设定值的选择
您可以组态SP_HI_LIM和来SP_LO_LIM参数限制设定值。串级模式下,设定值来自CAS_IN输入。自动模式下,设定值由操作员调整。组态SP_RATE_UP和SP_RATE_DN参数来限制设定值的变化比例。
输出选择和限值
输出选择由模式决定。自动,串级,还有远程串级模式下,输出由PID控制方程计算。手动或远程输出模式下,输出可以手动输入。
注意如果IO_OUT参数定义为直接输出,只能将OUT的连接作为计算用途(例如,到计算功能块的输入)。
您可以组态OUT_HI_LIM和OUT_LO_LIM参数来限制输出。
无扰动传递和设定值跟踪