第4 章 DCS的软件系统.ppt

(3) 进行控制组态时，也要顺便考虑到将来调试和整定方便。有些系统支持的在线整定功能较强，如可以在线显示和整定大部分的控制算法的参数，而有些系统差些。但完全可以通过增加一些可显示的中间变量来满足大多数需要在线调整的需求。 (4) 在控制组态时，还应注意的一点是，实际工业过程控制中安全因素是第一的。因此在系统中每一算法的输出(特别是直接输出到执行机构之前)，一定要有限幅监测和报警显示。 4.5 DCS 的控制方案 4.5.1 控制器中的PID 控制算法及应用 4.5.2 控制器中的功能块 4.5.1 控制器中的PID 控制算法及应用 DCS系统以完成常规控制为主要目的。常规控制以简单的单回路定值控制系统为最基本、最常用的控制方案。先进控制也是控制器在原来常规控制的基础上，再加上先进的控制策略。先进的控制策略是基于各种算法和用组态的方法来实现的，如串级、前馈、滞后补偿与实现多变量解藕等都可以组态。至于与上游、下游工艺有关的协调通常由人机界面中的优化控制来实现。控制策略的形成都是由工程师软件来生成的。这些软件各不相同，所以生成的方法也不相同。在控制器中的功能块虽然也各不相同但总的包含内容是大同小异的。 图4.30 单回路控制系统 位置算法：将传统PID算式改称数字算法，得到 （4-15）或（4-16） (2) 增量算法：PID 控制增量算法是相邻两次采样时刻所计算的位置值之差式(4-17)就是理想PID 控制增量算法，其输出表示阀位的增量，控制阀每次只按增量大小动作。 (3) 速度算法：速度算法是增量算式除以采样周期TS，即 2. 积分分离算法 图4.31 积分分离PID 和常规PID 过渡过程 在e的值小于某一值，即控制接近于设定值时，才把积分引入，其余情况，把积分去掉，只作比例和微分运算，降低超调，缩短过渡过程时间，克服积分饱和 3. 带有不灵敏区的PID 控制算法 对于某些要求控制作用尽量少变的场合，在偏差小于某一值时，没有控制作用，偏差大于某一个值时，有控制作用，以避免过程变量出现低幅高频率的抖动。并且，这样的控制作用在通常情况下，对控制品质的要求不是很高，在PID 控制器之前，加上死区。带死区的PID 算法如图4.32 所示。图中SP为给定值，PV为过程值。 图4.32 带死区的PID 控制 4. 二维PID 控制 为了使控制系统能对设定值变化和扰动变化都有较好的控制品质，在DCS 中采用两种形式的二维PID 控制。图4.33 是二维PID 控制系统的框图，G(s)为被控对象的传递函数。 图4.33 二维PID 控制系统 5. 选择性控制 通常的自动控制系统在遇到不正常工况或特大扰动时，会无法适应。在这种情况下，只能从自动改为手动。 图4.34 选择性控制原理框图 6. 串级控制 串级控制是一个PID 控制器的输出成为另一个回路的设定。两个控制器都有各自的测量输入，但只有主控制器有设定值，副控制器的输出信号送给执行机构。控制框图如图4.35所示。组成串级控制时，第一个回路称为主回路，也称为外环或主环，第二个回路称为副环或内环。 图4.35 串级控制回路 7. 具有逻辑规律的比值控制 图4.36 逻辑规律的比值控制回路 在化工、炼油及其他工业生产过程中，工艺上常需要两种或两种以上的物料保持一定的比例关系，比例一旦失调，将影响生产或造成事故。 实现两个或两个以上参数符合一定比例关系的控制系统，称为比值控制系统。 4.5.2 控制器中的功能块 图4.37 功能块表示形式 1. 算法名 用来描述该类功能模块所完成的运算功能，如加法、PID调节等。算法名由系统规定，一般最多用四个汉字表示。 2. 算法标识名 在功能块图中每增加一个功能模块，即在系统中定义了一个模块实体。该模块实体才是可以执行的，相当于函数的调用语句。 3. 输入端与输出端 4. 参数表 本 章 小 结 DCS的软件系统按功能划分包括：控制层软件、监控层软件和组态软件。 (1) 控制软件特指运行在现场控制站上的软件，主要完成各种控制功能，包括PID 回路控制、逻辑控制、顺序控制以及这些控制所必须针对现场设备连接的I/O 处理；监控软件是运行于操作员站或工程师站上的软件，主要完成运行操作人员所发出的各个命令的执行、图形与画面的显示、报警信息的显示处理、对现场各类检测数据的集中处理等；组态软件则主要完成系统的控制层软件和监控软件的组态功能，安装在工程师站中。 (2) 在控制软件中，对现场的数据要采集，A/D转换，数据预处理，将有效数据存储在现场控制站中以备系统共享和控制计算使用，控制计算的结果由I/O 驱动程序执行外部输出，控制现场仪表。 (3) DCS 的控制软件模型符合IEC 61131-3 标准，控