第7章常规控制块.doc

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1、 7. 常规控制块第七章常规控制块 本章讲述常规控制块，它是最基本的控制块之一。目 录7.1 关键词条27.2 常规控制块37.3 常规控制块的功能57.3.1 内部处理框图67.3.2 常规控制块77.4 PID控制块的信号范围87.4.1 信号范围87.4.2 控制块的结构97.4.3 数据项107.4.4 标尺107.5.1 输入信号处理127.5.2 输入信号的获取137.5.3 输入信号转换137.5.4 数字滤波器137.5.5 积算器137.5.6 PV超限功能137.5.7 校验147.5.8 非稳定状态下信号的处理147.6 PID控制块的控制动作157.6.1 控制和运算处

2、理157.6.2 PID控制167.6.3 控制周期187.6.4 输入跟踪197.6.5. 设定限制器197.6.6 设定值的互备207.6.7 无扰动切换217.6.8 非线性增益237.6.9 重置限定器247.6.10 死区动作247.6.11 I/O补偿257.6.12 初始化手动功能（IMAN）277.6.13 控制保持277.6.14 手动后备277.6.15 自动后备277.6.16 计算机故障277.6.17 工作方式的转换联锁287.6.18 PID控制算法287.7 PID控制块的输出信号处理307.7.1 输出信号处理307.7.2 输出值限制器317.7.3 输出速度

3、限制器317.7.4 输出箝制327.7.5 预置操作输出337.7.6 输出跟踪337.7.7 输出范围跟踪347.7.8 操作输出标志347.7.9 模拟输出347.7.10 时间比例ON/OFF输出357.7.11 ON/OFF输出357.7.12 脉宽输出357.7.13 辅助输出367.8 报警处理377.8.1 报警处理377.8.2 输入开路检查387.8.3 输入错误检查387.8.4 高/低限报警检查功能397.8.5 高-高限/低-低限报警检查功能397.8.6 速度报警检查功能407.8.7 偏差报警检查功能417.8.8 输出开路检查417.8.9 输出故障检查417.

4、8.10 操作变量输出高/低限检查功能427.8.11 连接故障检查427.8.12 报警的优先权427.8.13 报警检查规则447.8.14 报警屏蔽规则（报警OFF）447.8.15 重复警告报警447.8.16 报警状态457.9 块工作方式467.9.1 基本块方式467.9.2 复合工作方式477.9.3 块工作方式的转换487.10 回路连接功能517.10.1 连接端子517.10.2 连接方法537.11 培训练习用的回路系统图557.11.1 培训练习用的显示画面和系统图557.11.2 输入指示器块567.11.3 13区程序设定块（PG-L13）567.1 关键词条下列

5、各条为本章中要研究的内容.（1）扫描周期和采样7.2（2）常规控制块和方式名称7.3（3）常规控制块的信号流程7.4（4）数据项7.4（5）校正功能7.5（6）控制参数设定范围（P.I.D）7.6（7）控制周期和积分时间7.6（8）输出跟踪7.7（9）CLP7.7（10）紧关功能7.7（11）模拟输出方向7.7（12）输入开路检查7.8（13）输入高和低限检查，报警设定7.8（14）输入高-高限和低-低限检查，报警设定7.8 (15) AOF7.8(16)输出开路检查7.8（17）PRD7.9（18）IMAN7.9（19）端子连接和数据连接7.107.2 常规控制块（1）FCS的过程控制FCS

6、反馈控制如图7.1.在CENTUM 系统中信息命令站执行常规调节器的指示器功能，控制运算功能则由现场控制站执行。 Information Command Station:信息命令站; Set-point:给定点; Field control station：现场控制站; Process variable:过程变量; Output:输出; valve:阀站; steam:蒸汽; Tank:贮槽. 图7.1 FCS的过程控制（2）采样FCS中的微处理器处理很多功能块。所有的功能块不可能同时控制。控制按顺序执行：读（“扫描”）输入执行控制运算更新控制输出。这个过程说明于图7.2一个回路这样的循环（扫

7、描 和报警检/运算/更新输出）之间的时间间隔称该回路的“扫描周期”在现场控制站中，扫描周期为“1秒”，与大部分过程反应时间相比1秒足够快，可认为控制是连续的.Signal:信号 Continuous:连续; Not continuous:不连续; Communication:通讯; Control computation:控制运算; Data: 数据. 图7.2 采样（3）常规控制块常规模拟仪表 ，如调节器的功能是由现场控制站拉微处理器C软件完成的。这些软件称“常规控制块”图7.3为调节功能块和相对应的在CRT上显示的回路调整画面， 两者彼此相配。FCS模拟的所有回路的调整画面均可在CRT上显

8、示。 调节画面（ICS）Regulatory control block:常规控制块图7.3 CENTUM 反馈控制仪表7.3 常规控制块的功能这一节讲述常规控制块的功能，它们是基本控制功能的一部分。图7.4 常规控制块常规控制块是这样的一种功能块，它主要输入过程变量，执行处理运算，以实现对过程的监视和控制。表7.1给出了常规控制块的类型和名称。7.3.1 内部处理框图 在常规控制块内产生的内部运算处理可以分成以下几部分：l 输入信号处理l 控制和运算处理l 输出信号处理l 报警处理输入信号处理功能，输出信号处理功能和报警处理功能具有常规控制块的公共功能。用PID控制块作为例子，下面将说明控制

9、处理和运算处理。块的工作方式，手动（MAN）、自动（AUTO）、串级（CAS）和工作方式间的转换将在7.9节中介绍，常规控制块和其他功能块间的连接将在7.10节中说明。7.3.2 常规控制块 表7.1 常规控制块块类型型 号名 称输入指示器PVI输入指示块PVI-DV带偏差报警的输入指示块调节器PIDPID调节器块PI-HLD采样PI调节器块PID-BSW带批量开关的PID调节器块ONOFF两位式ON-OFF调节器块ONOFF-G三位式ON-OFF调节器块PID-TP时间比例：ON-OFF调节器块PD-MR带手动重定位的PD调节器块PI-BLEND混合PI调节器块PID-STC自整定PID调节

10、器块手操器MLD手动操作器块MLD-PVI带输入指示器的手动操作器块MLD-SW自动/手动切换器块MC-2二位式电动机控制块MC-3三位式电动机控制块信号设定器RATIO比例设定块PG-L1313段程序设定块BSETU-2流量测量批量设定块BSETU-3重量测量批量块信号限制器VELLETIM速度限制器块信号选择器AS-H/M/L自动选择器块SS-H/M/L信号选择器块SS-DUAL双信号选择器块信号分配器FOUT串级控制信号分配块FFSUM前馈控制信号加入块XCPL非干扰控制输加入块SPLIT分程控制信号分配块报警器ALM-R代表报警器YS80仪表SLCDYS指示调节器块SLPCYS可编程序

11、指示调节器块SLMCYS带脉冲宽度输出的可编程指示调节器块SMST-111YS自动/手动切换块（带设定点设定按钮）SMST-121YS自动/手动切换块（带操作变量输出滑杆）SMRTYS比率设定块SBSDYS批量设定单元块SLCCYS混合调节器单元块SLBCYS批量调节器块STLDYS累加器块YS100仪表SLPCYS可编程序调节器块7.4 PID控制块的信号范围如表7.1示，存在多种类型的调节控制器。本节将以PID控制块的为例说明常规控制块的信号流图。7.4.1 信号范围来自现场的模拟信号进入某功能块前，在过程输入模件中转换成工程单位数据。在各功能块之间和在各站之间转递的数据，以及提交给功能块

12、运算的数据，都是工程单位数据。过程输出为0100%数据。图7.6为数据在内部的流向图。7.4.2 控制块的结构PID控制块的结构见图7.7。图7.7上常规控制块外侧的小方块代表各个I/O连接端子，内侧的每个方块代表一种处理功能，圆圈和括号中的符号表示主要的数据项，开关符号表明进入指定的块工作方式时该数据项是可以选择的。各个数据项的意义如下： PV：过程变量 MV：操作变量 SV：设定变量 CSV：串级设定变量 RSV：远程设定变量 VN：I/O补偿值 RLV1：重置限位器值1 RLV2：重置限位器值2 TSW：跟踪开关值0或1）DPV为过程变量的变化量，其意义为：本次采样和上次采样间过程变量的

13、差值（DPVn=PVn-PVn-1 ）。DMV为操作变量的变化，其意义为本次采样和上次采样间操作变量间的差值（DMVn=MV-MVn-1） 。上述提到的数据项的值，除跟踪开关值（TSW）外，均为工程单位数据。7.4.3 数据项一套符号代码用来表示每种CENTUM 代表的“数据项”。例如“PV”表示过程变量,“SV”表示给定值。对控制系统的工人和工程师来讲，这些符号是很容易理解的。数据项及取值均显示在每种CENTUM仪表的回路调节画面上。作为例子，表7.2列出了PID调节器的各数据项。7.4.4 标尺每种有PV数据项的CENTUM仪表均有一个标尺，用它在CRT画面上显示工程单位表示的过程变量。任

14、何以工程单位表示的数据，如PV值，报警设定值均可用这个标尺显示。当按下软键增加或减小仪表面板图上的给定值（SV）时，数据以最小增量变化。图7.8为流量指示调节器FIC111-1的回路调节画面。“FIC111-1”称为位号（调节器名称 ）。符号代码，如在画面上显示的PV、SV和MV为数据项。这个调节器的标尺为0.0到50.0M3/H（立方米/小时）。等号（=）的数据项可在ICS上设定。（但PV仅在校验状态可以设定）。图7.8 回路调节画面 表7.2 PID调节器块数据项一览表数据项数 据 名 称进入方式数据范围缺省值MODE块工作模式-O/S(MAN)ALRM报警状态-NRAFLS报警闪光状态-

15、OAF报警检出条件-OFOFS报警屏蔽条件-OPV过程变量DPV工程单位值SLRAW原始输入数据D以连接对象处的单位表示的值-SUM累计器值 工程单位值OSV设定变量D与PV相同的工程单位表示的值SLCSV串级设定变量与PV相同的工程单位表示的值SLRSV远程设定变量与PV相同的工程单位表示的值SLDV控制偏差-与PV相同的工程单位表示的值OVNI/O补偿值-OMV操作变量DMV工程单位值MSLRMV远程操作变量与MV相同的工程单位表示的值MSLRLV1重置限位器值1-与MV相同的工程单位表示的值MSLRLV2重置限位器值2-与MV相同的工程单位表示的值MSLHH高-高报警点设定值SL-SHS

16、HLL低-低报警点设定值SL-SHSLPH高报警设定值SL-SHSHPL低报警设定值SL-SHSLVL速度报警设定值-（SH-SL）SH-SLDL偏差报警设定值-（SH-SL）SH-SLMH操作变量高限设定值MSL-MSHMSHML操作变量低限设定值MSL-MSHMSLSVH设定变量高限值SL-SHSHSVL设定变量低限值SL-SHSLP比例范围01000%100%I积分时间0.1-10，000秒20秒D微分时间0-10，000秒0秒GW间隙宽度0-（SH-SL）0.0DB死区宽0-（SH-SL）0.0CK补偿增益-10.00010.0001.000CB补偿偏置量-0.000PMV预设操作变量

17、值MSL-MSHMSLTSW跟踪开关0，1OCSW控制开关0，1OPSW预设MV开关0，1，2，3ORSW脉冲重置开关0，1OBSW反馈开关0，1OOPHI操作变量高限值指针MSL-MSHMSHOPLO操作变量低限值指针MSL-MSHMSLOPMK操作标志0-255OSAID系统应用ID（标识）OUAID用户应用ID（标识）OO O：允许无条件进入 ； D：允许有条件进入 ； -：不允许进入。7.4 PID控制块的输入信号处理7.5.1 输入信号处理图7.9为常规控制块内的输入信号处理流程框图。 表7.3 输入信号处理功 能说 明输入信号处理输入信号的获取模拟输入参数数据和其他功能来的输入输入

18、信号的转换不进行转换模拟信号的开方运算脉冲列输入转换数字滤波积算器（8位有效数字，可设定输入切除）PV超限功能（在PV低于0或超过100%时，状态“坏”-BAD校验功能（手动输入PV值）7.5.2 输入信号的获取调节控制块根据控制图生成时设定在它的输入端子上的接线信息判定输入目标，并从端子上读取输入信号。之后,常规控制块解译输入来向处的状态码,以决定自己的过程变量（PV）的数据状态。7.5.3 输入信号转换有三种输入信号转换方式可以选用：不转换，模拟输入开方运算和脉冲列输入转换。使用控制图组态在这三种方法中选择，缺省值为不转换。（1）不转换输入信号不经任何变化送至下一级。（2）开平方运算输入信

19、号的切除等于或小于5%量程的小信号输入后（这称低输入切除），进行开平方运算，然后送往下一级。（3）脉冲列输入转换例如： 正位移式流量计，每1升流量输出1个脉冲，本功能将这样的脉冲每个周期内的信号脉冲数转换成流量值。输入信号取自于脉冲列输入卡（A9M11）。7.5.4 数字滤波器 数字滤波器的功能为对过程输入信号进行一阶滞后滤波以减小噪声的影响。7.5.5 积算器信号处理后的输入信号可以进行积算。7.5.6 PV超限功能当PV进入BAD（坏）状态时 ，PV值将保持在BAD状态发生前一瞬间的正常值上。如果PV超限功能在控制体生成时设定在“Overshoot”上，不管怎样,只要PV高于或低于显示范围

20、限定值，PV将进入BAD（坏）状态。7.5.7 校验校验功能允许变送器故障,或校正时手动设定输入信号作为PV值。校验功能只在从信息命令站（ICS）上将过程变量设定在CAL数据状态时才有效。当“校验”功能起作用时：l 在ICS屏上的位号标记或PV棒图显示为兰绿色。l PV值可以手动设定。l 连续使用PV值积算。l PV报警检查旁路。l 控制功能块进入MAN工作方式。7.5.8 非稳定状态下信号的处理在非稳定(NONSTEADY)工作状态下输入信号的处理说明于下：表7.4 非稳定工作状态和异常状态下输入信号的处理 输入信号处理非稳定和异常状态输 入 信 号 处 理输入信号的获取输入信号的转换数字滤

21、波器积算器PV超限功能PV BADDPV CALD输入连接开路输入端子连接断开未定义的输入连接D：如果数据参照起作用,则读数据来更新数据状态.：继续输入信号处理.：停止输入信号处理.7.6 PID控制块的控制动作7.6.1 控制和运算处理 图7.10所示为PID调节器块的控制和运算处理过程的系统一览。下表列出了PID调节器块提供的控制和运算功能。 表7.5 PID调节器块的控制和运算处理。动 作 名 称（）控制算法（PID控制运算）（）非线性增益（间隙作用，偏差平方作用）（c）控制输出形式（速度型，位置型）（d）控制动作方向（正作用或反作用切换）（e）积分限制器（f）死区作用（g）控制周期（调

22、节控制用，间歇控制用）（h）I/O补偿（I）输入跟踪（j）给定值限制器（k）给定值返回（l）无扰动切换（m）初始化手动操作（n）控制保持（o）退回自动方式（强制进入MAN状态）（p）退回自动方式（强制进入AUT状态）（q）计算机后备（r）方式转换联锁7.6.2 PID控制（1）PID控制运算 PID控制运算是过程控制运算中最基本的形式，它由三种控制动作,即：比例、积分和微分组合而成。图7.11 为PID控制算法框图.n PID控制算法细则PID调节器块有4种不同的PID控制算法可供选用，见表7.6。 计算表达式中的比例项、积分项和微分项的输入变量随所采用的PID控制算法而变。从4种控制算法中进

23、行选择由控制体组态功能完成。缺省值为自动选择。表7.6 PID控制算法和输入变量PID控制算法输 入 变 量比例作用微分作用积分作用PIDEnEnEnI-PIPVPVEnPI-DEnPVEn自动选择当在AUT方式时与I-PD相似；当在CS/RCAS工作方式时与PI-D相似.下表列出了4种PID控制算法设定参数的范围.表7.7 设定参数范围设定参数设定范围比例带（P）0-1000% (注1)积分时间（I）0.1-10,000秒微分时间（D）0-10,000秒 （注2）注1：当设定P=0时，仅有积分起作用，比例和微分不起作用注2：设定D=0，表示微分动作不工作(2)控制输出的形式由PID控制运算得

24、到的操作变量的变化值(DMV)是控制周期每一周期时间上计算得到的增量。将操作变量的变化值变成实际的操作变量MV，有两种方案可供选用：速度式(VEL)和位置(POS)。在速度式输出形式中，操作变量定为输出终端上当前值加上操作变量变化值：MVn=MVrb+DMVn式中，MVrb+:输出实时回读值.在位置式输出形式中,操作变量由输出方向上前一次的值加上本次的变化量决定：MVn= MVn-1 +DMVnl 速度式输出和位置式输出功能在调节控制的应用中整体上讲是相同的。l 如后所述,使用位置式输出形式时,应用1个重置限位器是有益的。(3)控制动作的方向(正向或反向作用的切换)控制动作的形式为，MV随PV

25、的增加而增加，或者MV随PV的减小而减小，这种控制动作称为正向作用。控制动作的形式为，MV随PV的增加而减小，或者MV随PV的减小而增加，这种控制动作称为反向作用。由于关系式：偏差(DV)=过程变量(PV)-设定变量(SV)当DV为正值时,在正向作用方式下MV值增加,而在反向作用下MV值减小(见表7.8)。 表7.8控制动作的方向作 用 方 式DV 的 正 负操 作 变 量 的 增 减正 作 用+增 加-减 小反 作 用+增 加-减 小7.6.3 控制周期PID调节器块在每一个扫描间隔都执行输入处理,而下列操作则在一个控制周期才执行一次，控制周期常为扫描周期的整数倍：l 控制运算l 在设定为任

26、何自动工作方式(AUT,CAS或RCAS)时,PID调节器块执行的输出信号处理.除常规的调节动作外,在控制周期设定为“间歇式”时,PID调节器可执行间歇控制动作,具体见下页所述。n 常规控制动作PID调节器块在每一个控制图组态生成时规定的控制周期间隔时间内完成控制运算,自动工作方式时还完成输出信号处理(见图7.12)。使用组态软件,在1,2,4,8,16,32和64秒内选择1个固定的控制周期,或者规定控制周期为自动选择(缺省值为自动选择)。 表7.9 控制周期的自动选择积分时间（秒）控制周期（秒）使用常规扫描周期时使用高、中速扫描周期时1-311同扫描周期32-63264-2554256-10

27、2381024-2047162048-1000032n 间歇控制动作间歇控制动作方式时，PID调节器块仅在控制开关（CSW）变成ON，同时它又处在某种自动方式（AUT，CAS或RCAS）下，才执行控制运算和输出信号处理。之后，PID调节器块将CSW变成OFF。CSW可由另一功能块如控制块设定为ON（图7.13）。7.6.4 输入跟踪当控制块的工作方式由手动方式(MAN)转为自动方式(AUT)时,不希望产生大的偏差(1pv-sv1),因为它最终会加大操作变量的变化。如果PID调节器块在MAN方式时,给定变量(SV)保持等于过程变量(PV),则转向AUT方式时,突变的控制动作将可避免,这称为输入跟

28、踪(设定值等于测量值)。7.6.5. 设定限制器设定值限制器使设定值(SV)不超过高限值或低限值,即：使设定值为高限值或低限值，或高限值和低限值以下。在操作方式，如在AUT或MAN方式下,操作者可以给出设定值，设定限值器按如下方式工作：如果操作者企图使设定变量高于设定变量的高限设定值（SVH）或高限报警设定值（PH），或者企图使设定值低于设定变量的低限设定值（SVL）或低限报警设定值（PL），这时设定限制器将产生一个再确认请求信息，通知操作者。进行确认操作后，它将允许操作者设定的SV值高于SVH 和PH或低于SVL和PL。7.6.6 设定值的互备PID调节器块可设定数据的有设定变量(SV),串

29、级设定变量(CSV)和远程设定变量(RSV).设定值互备功能将使SV,CSV和取同样的值。7.6.7 无扰动切换PID调节器块对自身工作方式的转换或下游回路输出变化的响应，均可实现无扰动切换，即它的操作输出不会产生突发性的变化。l 在速度型输出中，由控制运算决定的操作变量变化值（DMVn）加到去往输出终端的当前值上，所以PID调节器块切换时，不会改变它的操作变量，即使块工作方式转换或串级开关位置改变也如此。l 在位置型输出中，由于下游回路状态而使调节器块工作于方式或控制作用停止时，这时调节器块会使其输出变量保持跟踪输出端的当前值。所以当块工作方式切换或开关位置变化后，控制动作恢复时PID调节器

30、可实现无扰动切换l 串级控制中的下游回路，在没有更下一级回路的条件下，从AUT方式切换到CAS方式时，其上游回路将进行无扰动处理，以允许下游回路进行无扰动切换。上游回路的无扰动处理方法是：在下游回路串级开路时设定其操作变量为下游回路的设定变量。l 如果下游有两个或多个回路，经过串级控制信号均分块、控制信号配置块或信号选择器，将一个上游回路的操作变量作为设定变量接收（见图7.16），则下游回路设定变量的扰动将是不可避免的。在这种情况下，下游回路在紧跟AUT至CAS工作方式转换后的第一个控制周期内，旁路其控制运算将是合适的，这样避免了由于设定值的突然变化引起的操作变量的突然变化。7.6.8 非线性

31、增益非线性增益功能借助由偏差大小改变比例增益的方法,在偏差和操作变量的变化值之间产生一种非线性关系。这种功能用于控制一种希望值附近较高的过程增益，或用于保持在一个水平。例如，象缓冲槽的液位那样,进料流量在可能的范围内，保持液面在某个限定位置内,而不是使液面保持不变。间隙动作 间隙动作是当偏差在预设定的间隙宽度内,减小比例增益以求有和缓的控制。平方偏差动作 平方偏差动作是当偏差在预设定的范围内时，按偏差大小的平方成比例的改变比例增益。7.6.9 重置限定器重置限定器是一种抗积分饱和功能，它限制由于积分控制作用产生的输出增加或减小。当采用位置型输出时，在下列情况下将发生输出超范围或积分项饱和： 由

32、于超出操作变量的高限或低限设定点（MH或ML），计算值将被限制。 使用自选器或类似的仪表向故障控制元件的输出被切换时 在基本负荷控制上引入前馈控制进行精确调整时，PID调节器块的操作输出与前馈累加作为输出时。上述情况下，当发生积分饱和时，控制结果易产生超调，所以规定使用位置式输出形式时，重置限值器功能对阻止积分饱是有效的。7.6.10 死区动作死区动作是一种非线性控制功能：当偏差在预设的死区宽度内时，关闭控制。图7.19说明了死区动作是如何工作的。死区动作中，当偏差下降到小于一个迟滞值(HYS)(或更小)的死区带宽(DB)时,操作变量变化值(DMVn)降至0. 当偏差上升，超过DB，DMVn被

33、设定为DMVno的输入值。死区宽度在操作时可像设定参数一样改变。7.6.11 I/O补偿PID调节器块可实现输入或输出补偿, 如下所述。n 输入补偿输入补偿为：在PID运算的输入信号中加入一个额外提供的I/O补偿值（VN）(参见图7.20)。输入补偿(如史密斯死时补偿)常用来提高长死时过程的可控性。例如，将死时补偿块(DLAY-C)来的信号引入PID控制动作,减少过程的变化以改善可控性(见图7.21)。n 输出补偿输出补偿为：在PID运算的操作输出中加上一个额外提供的I/O补偿值（VN）(参见图7.22)。输出补偿被使用的一个例子是完成前馈控制,在操作输出上加入一个表示给料速度的过程变量。另一

34、个例子是，在操作输出上加入一个干扰(控制)回路的输出信号，以实现非干扰控制(见图7.23)。7.6.12 初始化手动功能（IMAN）初始化手动操作功能是一种差错处理操作，它置PID调节器块于IMAN工作方式（初始化的手动操作），以暂时停止其控制动作。只有当输出终端处发生传送差错时，这种功能才起作用。当差错清理后，如串级控制中输出终端处串级开路处理后，当没有问题时，控制将自动恢复。7.6.13 控制保持控制保持功能是一种差错处理动作，它临时冻结（停止）控制动作而不退出当时执行的工作方式。它和初始化手动操作（IMAN）不同，输出动作不受影响。控制保持功能只有在PID调节器块在某一种自动工作方式（A

35、UT，CAS，PRD，RCAS或ROUT）下，且有下列条件成立时才起作用。当条件不再存在时，控制动作即恢复。 “PLEASE PROVIDE TEXT TO TYPE”。输入端（IN）的连接没有定义（没有连接）。与输入端子（IN）连接的端点开路（如端点没有被信号选择器之类选）。与输入端子（IN）连接的端点或与该端点连接的前一级端点是一个过程输入，并一时没有响应（如临时电源故障）。 与输入端子相连接的端点数据的状态为NFP（没有过程源）、CAL（校正）或NEFV（无效数据）之一。7.6.14 手动后备手动后备是一种差错处理动作，它使 PID调节器块切换至手动（MAN）工作方式而强制它的控制动作停

36、止。这个功能只有在发生的差错没有人为干预就不可能纠正的情况下才有效。这例子如过程输入I/O故障。PV数据损坏（BAD状态）。7.6.15 自动后备自动后备是一种差错处理动作，它迫使运行在CAS或PRD工作方式的PID调节器块进入AUT工作方式，并使用操作者给出的设定值继续控制动作。这个功能在选到已被破坏的串级设定变量的任何时刻均起作用。7.6.16 计算机故障当PID调节器块使用监控计算机来的设定变量，工作在RCAS或ROUT工作方式时， 如果它检测到监控计算机故障，则进入控制图生成时设定的一种工作方式（MAN，AUT或CAS）。7.6.17 工作方式的转换联锁由于工厂故障或任何异常条件，而使

37、连续自动操作已不可能进行时，需要终止当前处于自动操作中的控制回路的控制动作，防止新的回路受到自动操作的影响，即使这些回路当时处于停止状态也如此。当联锁开关输入端子（INT）相接端的开关变为ON时，工作方式转换联锁功能发挥作用。l 工作方式转换联锁功能设定PID调节器块于MAM方式。l 向任何自动工作方式（AUT，CAS，PRD，RCAS和ROUT）的转换被跨越。7.6.18 PID控制算法理想的模拟（调节）控制系统的PID计算表达式可由方程式（1）说明:式中:MV(t) : 操作变量E(t) ：偏差E(t)=PV（t）-SV(t)PV（t）: 过程变量SV(t) ：设定变量PB ：比例带TI

38、：积分时间TD ：微分时间方程式（1）使用控制周期每一间隔取得的采样值来表示，进一步可变为差分运算表达式（2）:式中：DMVn: 操作变量变化值En : 偏差En=PVn-SVnPVn : 过程变量SVn ：设定变量DEn ：偏差的变化值DEn= En-En-1 DT : 控制周期下标n或n-1表示以一个完整的控制周期进行一次采样时的第n次和第n-1次采样。解方程式（2）可得到要求的操作变量变化值（需要的校正量），将操作变量变化值(DMVn)加到前一次计算所得值,就可得到本次的操作变量（速度型）。下面讲述4个控制算法。 PID基于这种原则的PID控制算法的运算可由（3）式代表：En=PVn-S

39、VnKp=100/PBKs=(MSH-MSL)/(SH-SL)上列式中Ks ：标尺转换系数PVn:过程变量（工程单位）SVn:设定变量（工程单位）SH：PV标尺上限、SL：PV标尺下限MSH：MV标尺上限MSL：MV标尺下限控制运算中使用的PV和SV为工程单位值。为了计算用工程单位表示的DMV值，可用标尺转换系数Ks完成标尺范围转换运算。这种基于偏差工作的比例、积分、微分动作，即考虑设定值变化的PID控制算法，适用于诸如使用13段程序设定单元（PG-L13）输出更新设定值的PID调节器块。其他的过程时间常数很长,以至要求有一种跟上设定值变化能力的使用场合。 I-PD基于这种原则的PID控制算法

40、的运算可由公式（4）来表示：式中：DPVn: 过程变量的变化值, DPVn =PVn-PVn-1 , 这种PID控制算法,由于它的比例和微分动作对设定值的变化不作响应，所以即使在数字量设定引起的设定值突然变化时，稳定的特性变化时，负荷变化时，扰动发生时，均能提供满意的可控性能。这种PID控制称比例先行的PID控制（I-PD）。PI-D基于这种原则的PID控制算法的运算可由（5）式表示：使用这种PID算法，比例和微分都对设定值变化作响应。它提供了跟随设定值变化的良好能力，这样的例子如串级控制系统调节器回路。这种PID 控制叫做微分前行的PID控制（PI-D）。自动选择当PID 调节器块在CAS或

41、RCAS工作方式时，控制运算使用PI-D控制算法完成，以跟踪设定值的变化；当工作在AUT方式时，控制运算使用I-PD控制算法完成，以避免输出值的突然变化。它可能是使用数字设定值时产生的设定值的突然变化所至。7.7 PID控制块的输出信号处理7.7.1 输出信号处理图7.24为对所有调节控制都适用的输出信号处理流程框图。表7.10 输出信号处理输出信号处理输出速度限制器输出值限制器（可扩范围的高、低限）输出限制预设操作输出输出跟踪输出范围跟踪操作输出指数输出信号转换模拟输出ON/OFF输出脉冲宽度输出至其他功能块的数据设置和输出校正输出（PV/DPV/MV/DMV）由于控制运算得到的计算值在输出信号处理时受输出值限制器的限制，进一步受输出速度限制的限制以防止输出的跳跃，之后便是一个经处理过的操作变量（MV）。操作变量（MV）经输出信号转换后变成适当的数据格式如模拟输出或脉冲宽度输出，从OUT端子上输出。7.7.2 输出值限制器输出值器限制操作变量在高限和低限设定值之间，说明如下。l 当常规控制块工作于某一自动方式（CAS，AUT，RCAS，ROUT或PRD）时,输出值限制器工