【正文】 22 第 5 章 監(jiān)控軟件 及組態(tài)設(shè)計(jì) 監(jiān)控軟件 CIMPLICITY HMI 簡 介 GE Fanuc 是美國第一批在滿足了由國際標(biāo)準(zhǔn)化組織指定的最全面最嚴(yán)格的所有ISO9。若已設(shè)置超馳低位控制字（ %Ref+14） 至 1，緊接的 4 位控制字必須設(shè)置為控制 PID 模塊輸入觸點(diǎn) ， 內(nèi)部 SP 和 PV必須設(shè)置。一般情況下用戶不需進(jìn)行修改。其意義是如果用戶即將進(jìn)入到手動(dòng)方式的 Manual Command， CV 輸出不會(huì)改變最小轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間速率的限制內(nèi)容，也不會(huì)高過或低于 CV 上限幅值或 CV 下限幅值。 21 這種 Automatic 方式下 Manual Command 跟蹤 CV 和 Manual 方式之間進(jìn)行無振動(dòng)（ bump less） 傳送操作。 保留 （ 2939） 留作 GE、 FANUC 使用，對(duì)其它用 途不能用。 降低范圍 （ 27） SP、 PV用于面板顯示的降低范圍。對(duì)該存貯單元不進(jìn)行寫入。該存貯單元不進(jìn)行寫入。該存貯單元不進(jìn)行寫入。該存貯單 元不進(jìn)行寫入。如果已選可逆，且輸出極性置為 1，則該值將等于 CV 輸出的負(fù)值。 輸出 （ 18） 這是一個(gè)帶符號(hào)字的值，以表示任選可逆應(yīng)用之前，功能模塊的輸出。 CV（ 16） 是一個(gè)表示功能模塊的 CV 輸出的帶符號(hào)字的值。它們可由外部源進(jìn)行處置。 手動(dòng) /上升 /下降：這三個(gè)位將表示當(dāng)前超馳位為 0 時(shí)的三個(gè)邏輯 (布 爾 )輸入的姿態(tài)。此外，由于 SP 是不更新的，幫操作裝置接口單元，也可設(shè)置超馳并進(jìn)行設(shè)置點(diǎn)控制。如果超馳位置位，則功能模塊將不更新 SP 的值，而將根據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中 SP 的值執(zhí)行。 20 控制字 （ 14） 控制字為一數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其中用前 5 位定位如下格式： 0=超馳； 1=自動(dòng) /手動(dòng)； 2=使能 （ 允許操作 ） ； 3=上升； 4=降低 超馳：當(dāng)超馳位置 1，則功能模塊根據(jù)升速、減速和手動(dòng)的當(dāng)前值執(zhí)行，這些數(shù)值將不用離散輸入寫入功能模件。所有保留位都應(yīng)為 0。當(dāng)這一位置 0，則微分作用將加于誤差項(xiàng)。當(dāng)這一位置 1，則 CV輸出將表示 PID 計(jì)算的輸 出負(fù)值。當(dāng)這一位置 1，則CV 輸出將表示 PID 計(jì)算輸出的負(fù)值。 0=誤差項(xiàng)。旋轉(zhuǎn)速率的限制對(duì)滿行程給定以秒計(jì)量。如果不要求限制旋轉(zhuǎn)速率。該項(xiàng)將限制如何快速地使輸出從 0 變到 100%。積分項(xiàng)被調(diào)成保持輸出限幅值的一個(gè)數(shù)值 。 CV 偏置 /輸出（ 08） 用以設(shè)置偏置項(xiàng)一帶符號(hào)字的數(shù)值，以計(jì)數(shù)單位計(jì)量。 （ 采樣周期為零 ） 。顯示為帶 3 位有效數(shù)字 。 Kd 可用于提高低速回路響應(yīng)但對(duì) PV 輸入噪音很敏感。鍵入代表 10ms 的低位時(shí)間，則顯示為 秒，且隱含有效數(shù)字兩位。 Kp 為調(diào)節(jié) PID 回路時(shí)的主要增益。 43 PID 組態(tài)參數(shù)詳細(xì)說明 （ 續(xù) ） 數(shù)據(jù)項(xiàng) 說 明 比例增益 Kp（ 05） 即 INT 數(shù)，在 ISA版中稱為控制器增益， Kp 用于確定 CV 值的變化。如果 PID 誤差 （ SP— PV） 或 （ PV— SP） 介于死區(qū) （ +） 和死區(qū) （ ） 之間，則功能塊將用零誤差解決 19 PID 計(jì)算。 死區(qū) （ +/） （ 03/04） INT 值定義 PV 值的上、下死區(qū)限。該功能作用可補(bǔ)償實(shí)際逝去時(shí)間為 100us 之內(nèi)。切記， 9030 不會(huì)使用低于 10ms 的應(yīng)答時(shí)間。如果為零，則功能塊被調(diào)用 （ 參考下一節(jié) PID 模塊計(jì)劃表 ） 。如，以 10 為 100ms 采樣周期。 ISA 算法定義為算法，而獨(dú)立算法則定義為算法 2。該參數(shù)是操作員接口設(shè)備所定義的一個(gè)無符號(hào)整數(shù)，可為 PLC 提供一個(gè)公用標(biāo)志若操作邏輯由 Logic master 9030/30/Micro 軟件監(jiān)控，則回路數(shù)可在模塊地址下加以顯示。這種防復(fù)位 （ antireset）終結(jié)功能意味著即使誤差試圖使 CV 高于 （ 或低于 ） 限幅值一段時(shí)間， CV 輸出將在誤差內(nèi)改變限幅值。 如果定義了一個(gè)正最小轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間 （ Minimum Slew Time） ，則可用來限制 CV 輸出的修改速率。在 Automatic 方式下，輸出 CV 置于手動(dòng)命令參數(shù) %Ref+13 中。 該模塊即把當(dāng)前 PLC 逝去時(shí)鐘與上次貯存在內(nèi)部 RefArray 的 PID 解答時(shí)間進(jìn)行比較。 一旦選定不合適的 PID 值，就應(yīng)定義為 BLKMOV 的常數(shù)項(xiàng)，以便必須時(shí)可用作重裝 （ reload） 缺省 PID 用戶參數(shù)。用戶可用 0 作為多數(shù)缺少值，但不包括 CV 上限幅值， PID模塊的操作 CV 上限幅值應(yīng)大于 CV 下限幅值。應(yīng)確保該數(shù)組不擴(kuò)充至超出內(nèi)存。由 PLC 設(shè)置 不可組態(tài) %Ref+0027 的低范圍 PV值 32020 至 32020（ %Ref+28） 輸出限 %Ref+0028 的高范圍 PV值 32020 至 32020（ %Ref+28） 輸出限 %Ref+0029 %Ref+0039 留作內(nèi)部使用 N/A 值 不可組態(tài) RefArray數(shù)組應(yīng)為 90TM30 PLC 上的 %R 寄存器。由 PLC 設(shè)置 不可組態(tài) %Ref+0023 %Ref+0024 %Ref+0025 時(shí)鐘 （ 最末次執(zhí)行時(shí)間 ） N/A。由 PLC 設(shè)置 不可組態(tài) %Ref+0020 %Ref+0021 內(nèi)部項(xiàng)存貯 N/A。由 PLC 設(shè)置 不可組態(tài) %Ref+0018 輸出 N/A。由 PLC 設(shè)置 不可組態(tài) %Ref+0016 內(nèi) CV N/A。各參數(shù)詳細(xì)說明如表 43 所列。例如，如果 RefArray從 %R100 開始，則 %R113即為手動(dòng)命令 ，用于設(shè)置控制變量 （ CV） 和手動(dòng)方式的積分功能。 表 42 所列的 %Ref 與圖 42 所示 PID 模塊底部的 RefArray Address相同。這些參數(shù)必須在調(diào)用模塊之前設(shè)置好。 CV CV 為控制 變量輸出，為 %AQ 模擬輸出。 OK 如果當(dāng)功能模塊正確無誤地執(zhí)行時(shí)，則 OK 輸出便接通。 Address 地址為 PID 控制模塊信息的存貯單元。 UP 當(dāng) UP 接通時(shí)，如果處于手動(dòng)狀態(tài)，則 CV 輸出值可上調(diào)。 MAN 當(dāng) MAN 接通時(shí)， PID 功能模塊是處于手動(dòng)狀態(tài)。置位用 PV值， PID 調(diào)節(jié)輸出 CV，使 PV與 SP 匹配。 表 41 PID 調(diào)節(jié)器功能模塊參數(shù)說明 參數(shù) 說明 enable 當(dāng)通過一觸點(diǎn)使能時(shí)，使執(zhí)行 PID 功能 。 PV 和 CV值可從 32020 或 0 至匹配的模擬換算值 32020，或從 0 至 10000，顯示變量為 %至 %PV 和 CV 值可有不同的定標(biāo)，此時(shí)換算因子已包含在 PID 增益當(dāng)中。因均為 16 位整數(shù)，所以必須定義成PV 計(jì)量單位或 CV 計(jì)量單位。例如： LICA101 調(diào)節(jié)器功能模塊編程圖如圖 42 所示。全部參數(shù)均為 16 位整數(shù)字， 具有 16 位模擬變量兼容性。 Series 90 PID 功能模塊可對(duì)比過程變量反饋 （ RVF）和期望過程設(shè)置 （ desired process Set Point） 并以誤差為準(zhǔn)進(jìn)行控制變量輸出更新。此意即 Manual Command 不能改變大于 CV 上箝位和小于 CV下箝位的值，并且輸出不能象最小旋轉(zhuǎn)時(shí)間所允許的快速改變。 如果模塊處于 Automatic 模式，則最終 CV 置于 Manual Command%Ref+13。如果速率或幅值限超出修改的 CV 值，則內(nèi)部積分器值會(huì)調(diào)整至與該限值匹配以避免重置終結(jié) （ reset Windup） 最后模塊會(huì)檢驗(yàn)輸出極性 （ 配置字 %Ref+12 的第二位 ） 并如果位為 1 的話，改變輸出的符號(hào)。 CV 輸出然后與 CV 上、下箝位值對(duì)比。例如，若最小旋轉(zhuǎn)時(shí)間為 100 秒，則速率極限為 320CV 值 /秒。該 PID 運(yùn)算可限制輸出控制變量的幅值和變化速率。 圖 41 PID ISA 方塊圖 標(biāo)準(zhǔn) ISA PID 算法 （ PID ISA） ，對(duì)每個(gè)比例、微分、積分項(xiàng)加入的比例增益，該算法實(shí)際就是理想模擬 PID 控制算式 （ 如式 41 所示 ） 的具體應(yīng)用，并增加了死區(qū)、 CV限幅、 CV 值變化速率極限等功能模塊。 汽包水位 PID 調(diào)節(jié)器、給水流量 PID 調(diào)節(jié)器子程序模塊：采用增強(qiáng)型 CPU360 模板 ，CPU 內(nèi)裝 PID 標(biāo)準(zhǔn)的 ISA PID 算法 （ PID ISA） ，通過編程實(shí)現(xiàn)。 自適應(yīng)控制和最優(yōu)化控制方法是建立在精確數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上的 ， 在實(shí)時(shí)過程控制中 ，由于控制對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型難于建立，系統(tǒng) 參數(shù)經(jīng)常發(fā)生變化， 運(yùn)用控制理論分析綜 14 合要花費(fèi)很大的代價(jià)，同時(shí)由于所得到的數(shù)學(xué)模型過于復(fù)雜，難于實(shí)現(xiàn)，因此在目前的過程控制系 統(tǒng)中較少采用這種方法。 第 4 章 PID 控制算法及 PLC 編程 PID控制算法 在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中， PLC 的 CPU 模塊 相當(dāng)于常規(guī)控制系統(tǒng)中的控制器，它對(duì)過程變量的實(shí)測值和設(shè)定值之間的誤差信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算 ， 稱為控制算法或控制法則。 表 32 I/O 地址分配表 序號(hào) 儀表位號(hào) 量程 單位 寄存器 變量名 通道 模塊 輸入 說 明 1 TIR101 0～ 150 ℃ 812R %R1000 7 3 熱電阻 鍋爐給水調(diào)節(jié)閥前溫度 2 TI102 0～ 1200 ℃ 800R %R1002 1 2 熱電偶 鍋爐沸騰層下層溫度 3 TI103 0～ 1200 ℃ 801R %R1004 2 2 熱電偶 鍋爐沸騰層下層溫度 4 TI104 0～ 1200 ℃ 802R %R1006 3 2 熱電偶 鍋爐沸騰層下層溫度 5 TI105 0～ 1200 ℃ 803R %R1008 4 2 熱電偶 鍋爐沸騰層下層溫度 6 TI106 0～ 1200 ℃ 804R %R1010 5 2 熱電偶 鍋爐沸騰層中層溫度 7 TI107 0～ 1200 ℃ 805R %R1012 6 2 熱電偶 鍋爐沸騰層中層溫度 8 TI108 0～ 1200 ℃ 806R %R1014 7 2 熱電偶 鍋爐沸騰層上層溫度 9 TI109 0～ 1200 ℃ 807R %R1016 8 2 熱電偶 鍋爐沸騰層上層溫度 10 TI110 0～ 1000 ℃ 808R %R1018 9 2 熱電偶 爐膛出口煙氣溫度 11 TI111 0～ 1000 ℃ 809R %R1020 10 2 熱電偶 爐膛出口煙氣溫度 12 TI112 0～ 1000 ℃ 810R %R1022 11 2 熱電偶 對(duì)流管束煙氣溫度 13 TI113 0～ 1000 ℃ 811R %R1024 12 2 熱電偶 對(duì)流管束煙氣溫度 14 TI114 0～ 300 ℃ 813R %R1026 18 3 熱電阻 省煤器入口煙氣溫度 15 TI115 0～ 300 ℃ 814R %R1028 19 3 熱電阻 省煤器入口煙氣溫度 16 TI116 0～ 250 ℃ 815R %R1030 20 3 熱電阻 省煤器出口煙氣溫度 17 TI117 0～ 250 ℃ 816R %R1032 21 3 熱電阻 省煤器出口煙氣溫度 18 TIA118 0～ 200 ℃ 817R %R1034 22 3 熱電阻 省煤器出口水溫 19 PIA101 0～ MPa 818R %R1036 23 4 4～ 20mA 給水調(diào)節(jié)閥前壓力 12 20 PIRA102 0～ Mpa 819R %R1038 24 4 4～ 20mA 飽和蒸汽壓力 21 PIC103 0～ 30 KPa 820R %R1040 25 4 4～ 20mA 除氧器蒸汽壓力 22 PI104 0～ Mpa 821R %R1042 26 4 4～ 20mA 除氧器調(diào)節(jié)閥前壓力 23 PI105 0～ Mpa 822R %R1044 27 4 4～ 20mA 給水泵出口水壓力 24 PI106 0～ Mpa 823R %R1046 28 4 4～ 20mA 給水泵出口水壓力 25 PI107 0～ 20