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基金会现场总线功能块原理及应用
jiang_0514 发表于 2009/3/31 12:22:27 913 查看 0 回复 [上一主题] [下一主题]
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1 量程标定参数
现场总线控制系统从输入设备得到测量数据经过运算后由输出设备执行，其中有些环节使用工程单位比较方便，但有些环节使用百分数比较方便。基金会制定的标定参数决定了变量的量程范围、工程单位及小数点右边显示几位。例如浮点数标定参数有DS-68的数据结构（见表1）。
表1 浮点数标定参数的数据结构DS-68
标定参数分布在输入、输出功能块及转换器块和计算功能块中，如表2。
PID功能块使用PV_SCALE参数将误差信号转换成百分比，通过计算得出同样是百分比的输出信号，同时可以使用OUT_SCALE参数将它转换回工程单位数值；AI功能块使用XD_SCALE参数决定从输入转换器块得到的数值的工程单位；AO功能块使用XD_SCALE参数将SP值转换成输出转换器块得到的工程单位的数值，同时它也是反馈读出值的工程单位。表2是和标定有关的参数分布。
表2 有关标定的参数分布
注1：*、**：取值需要互相匹配的参数对。
注2：有连接关系的参数双方也必须有相同的标定范围。
2 错误状态的参数处理和激活
当功能块被检查出不正常情况，例如有不能使用的输入信号或在指定的时间内通信仍然不能完成；或用户在资源块设定了错误状态，于是模块将进入一种特殊的状态，此时输出块可能采取一些安全的动作，这种特殊的状态称“错误状态”。它有三种产生的途径：
(1) 由功能块自身检查出的错误
某些功能块可以组态成为当发现一个不能使用的输入（如上讲中质量“坏”的数据）时或在指定的时间（FSTATE_TIME）内仍然不能完成通信就送出一个初始的错误状态（IFS）。
(2) 传递初始的错误状态（错误产生在上游的功能块）
支持串级控制的功能块有一个特殊的处理，就是把错误状态传递到下游的功能块直到输出块。
(3) 使用资源块激活错误状态
资源块的错误状态参数可以强制所有该设备内的输出功能块立刻进入错误状态。
当错误状态激活后输出功能块可以被组态为“冻结”在错误状态发生前的最后值或预先设置的某个值（如全开或全关）。这些功能说明，基金会现场总线不仅能对系统和设备进行随时自诊断，而且在它发现错误时可以自动采取必要的安全保护动作。
3 报警和事件参数
报警和更新事件称作警报，它表达检测到功能块应用内部重要的事件发生。功能块可以把这个事件报告接口设备或其他现场设备。报警不仅指变量和极限之间的比较，还包括功能块执行时发现的软件硬件故障引起的块报警。
更新事件表示一个静态参数被改变，仅此时接口设备才读这个静态参数，和动态参数相比，这类参数极少改变。
有关报警的参数有：
(1) 报警参数(X_ALM)
浮点数报警参数数据结构为DS-71，见表3。
表3 浮点数报警参数数据结构DS-71
(2) 报警极限参数X_LIM
当数值达到或大于极限时，一个模拟报警发生了。报警状态一直维持到数值小于极限值减去报警回差。只要设定报警极限值是正负无穷（INF）就等于关闭了报警。
(3) 报警回差参数ALARM_HYS
为清除报警条件，PV和OUT要小于报警极限一定的值称报警回差。报警回差以PV/OUT的量程的百分比来表示。
(4) 警报优先权参数X_PRI
警报优先权参数指一个报警或事件的重要性优先权。优先权可以是：
0-1=该警报不作为公告发布，自动确认。优先权大于1属于较重要警报，则必须报告。
(5) 报警摘要参数ALARM_SUM
这个参数摘要同一个功能块的多达16个报警状态。
(6) 块报警参数BLOCK_ALM
块报警被用于组态、硬件、连接错误或块内的系统问题。因为它是字符串，所以可以表示多种错误。
(7) 更新事件参数UPDATE_EVT
功能块更新事件参数是为捕捉向功能块内一个静态参数写入的动态信息。静态参数每改变一次，本参数值加1，和ST_REV参数类似。
4 仿真参数
所有输入输出功能块都有仿真参数SIMULATE或SIMULATE_D（开关量）、SIMULATE_P（脉冲）。它们包括值、状态和一个使能（激活）开关。这个开关在I/O功能块、转换器块和硬件通道间起切换作用。这使得现场总线系统可以在操作站对系统进行仿真调式，大大节省了系统调试工作量。
当仿真条件开关使能，转换器块或输入（出）通道被切断。仿真的值和状态被送给输入功能块（或回读参数）。状态可以用来仿真转换器错误。仿真使能时资源块在块错误状态。这提示系统处在不能进行按照正常算法的运行条件下。
表4 仿真使能和禁止时的作用
浮点数仿真参数有DS-82数据结构见表5。
表5 浮点数仿真参数数据结构DS-82
为了满足对系统各种复杂性能的组态需要，有些参数无法用简单的表达来确定，这些参数包括一系列可选的值用来表达不同的含义。人们称之为选项参数。其中有些选项参数为许多功能块共同使用，它们是：
(1) IO_OPTS选项参数
此参数用于I/O特性的设置，例如是否将输入输出离散变量进行逻辑反相、错误状态时输出要达到的值、AI功能块的小信号切除功能被使能、一旦错误状态激活，设定目标模式是手动（Man）等。
(2) CONTROL_OPTS选项参数
此参数用于控制特性的设置，例如可以设定旁路，旁路时控制策略不能实现闭环控制、允许设定值SP跟踪过程变量PV、当目标和现实模式是手动（Man）不对输出进行限制等。
(3) STATUS_OPTS选项参数
此参数用于对参数状态（质量）的处理，例如原始输入参数（IN）的状态如果是坏（BAD），设定输出参数（OUT）是初始错误状态、把有“不确定”状态参数用作“好”或“坏”值、如果IN坏，目标模式到手动、如果传感器信号被高或低限制，设它输出的状态为“坏”等。
选项参数都是两个字节的“位串”，各位分别表达不同的选择。还有一些选项参数仅仅用于某一个功能块，再此就不予以详细介绍。
6 通道组态参数
通道组态参数用于多通道I/O设备，它和设备特性有关，例如：
(1) 固定I/O设备
如变送器、多通道温度输入模块、开关量模块等。可参考有关设备厂商使用手册。
(2) 可组态I/O设备
主要指插卡模块结构的控制设备，它们的I/O卡件的种类和数量都不是固定的。可参考有关设备厂商使用手册。
7 功能块和参数表达
功能块一般的表达首先是一个逻辑框图，逻辑图有可连接的输入输出端子（参数）并形象地用图形表示信号的连接关系和处理算法。功能块除了上面提到的参数外还有各自特有算法的有关参数，所以将有一段对功能块算法的描述。参数表前6项见表6。
表6 功能块参数列表形式
（E：列举参数；na：无单位位串；RO：只读；D：动态；S：静态；N：非易失）
上面列举的6个参数被规定为通用参数，对每个块都适用，所以后面介绍功能块参数时将省略这6个参数以节省篇幅。这里先对它们做如下介绍：
ST_REV 本功能块相关静态数据版本级别，每当静态参数属性被改变或重写一次，此参数值将被加1。它起跟踪静态参数属性改变的作用。
TAG_DESC 为用户描述功能块的用途方便，最长32个字符，不参与功能块运行。
STRATEGY 用于方便识别块的分组（0-65535），此数据也不被块检查和处理。
ALERT_KEY 这是一个工厂辨识号码（1-255），这个信息用于主系统对报警进行分类等等，不影响功能块运行。
MODE_BLK 块模式参数，用户最常用的重要参数，见第一讲内容。
BLOCK_ERR 表示多种块的软硬件相关的错误状态，它们是：0=其他（低位LSB）；1=块组态错误；2=连接组态错误；3=仿真激活；4=本地跨越LO；5=设备失效安全设定；6=设备需要立刻维护；7=输入错误/PV有坏状态；8=输出错误；9=存储器错误；10=失去静态数据；11=失去NV数据；12=回读检查错误；13=设备现在需要维护；14=上电；15=O/S（高位MSB）。