CN114609997A

CN114609997A - 一种过程控制站模拟量输入变化速率保护实现方法

Info

Publication number: CN114609997A
Application number: CN202210224685.2A
Authority: CN
Inventors: 张明惠; 吴胜华; 周建玉; 许天骄; 吴科
Original assignee: Nanjing Guodian Nanzi Weimeide Automation Co ltd
Current assignee: Nanjing Guodian Nanzi Weimeide Automation Co ltd
Priority date: 2022-03-07
Filing date: 2022-03-07
Publication date: 2022-06-10
Anticipated expiration: 2042-03-07
Also published as: CN114609997B

Abstract

本发明公开了一种过程控制站模拟量输入变化速率保护实现方法，设置大于模拟量卡件通道采集周期的时间跨度，用数组存储通道采集数据。计算模拟量采集周期与控制器中计算周期的比值。数组长度为整数，向上取整比值。每个模拟量输入获取新的数据即放入数组中，数组将前一个数赋值给后一个数，计算的输入变化速率即为数组两头数据之差/时间跨度。计算所得输入变化速率供后续速率保护逻辑使用。本发明的方法更为合理准确，不受控制器中输入变化速率逻辑计算周期与单通道采集周期不一致的影响，从而使得模拟量输入变化速率保护逻辑实现更为可靠。

Description

一种过程控制站模拟量输入变化速率保护实现方法

技术领域

本发明涉及一种过程控制站模拟量输入变化速率保护实现方法，属于工业DCS自动控制技术领域。

背景技术

在工业生产过程中，因为要防止由于检测信号回路的故障导致误操作情况的发生，所以常常需要对特定的关键模拟量信号进行检测。例如在DCS（Distributed ControlSystem，即分散控制系统）中，热电阻、热电偶信号在断线的瞬间，可能会导致显示温度的虚假升高，有时甚至会超过设备的报警值，从而引起设备的误动作。为了解决这类问题，DCS设置了信号速率保护逻辑，对关键模拟量信号进行检测，当关键模拟量信号的变化速率超过设定值时，就判定为信号异常。

速率保护逻辑设定值设置应适当。若设置的过低，当实际信号快速升高时，会导致信号保护逻辑误判为信号异常，从而导致后续逻辑拒动。若设置的过高，当信号已经异常时以为只是信号快速升高，从而导致后续逻辑误动。

一般的实时控制系统中均设置了信号速率保护逻辑，对关键模拟量信号进行检测，当关键模拟量信号的变化速率超过设定值时，就判定为信号异常。模拟量卡件采集到模拟量信号后送入控制器，由控制器对信号变化速率进行计算。当前的问题在于模拟量卡件的采集周期往往大于控制器逻辑的计算周期，从而导致计算出的模拟量信号变化速率偏差较大。采集周期越大于控制器逻辑计算周期，偏差越大。故而需要找到一种更可靠准确的过程控制站模拟量输入变化速率保护实现方法。

发明内容

目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种过程控制站模拟量输入变化速率保护实现方法，目的在于找到过程控制站模拟量输入变化速率保护逻辑实现方法。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种过程控制站模拟量输入变化速率保护实现方法，包括步骤如下：

步骤1：确定模拟量的采集周期为P2。

步骤2：设置控制器采集数组时间跨度T，T=n*P0，n为⌈P2/P0⌉，其中， ⌈P2/P0⌉为P2/P0比值向上取整，P0为控制器的计算周期。

步骤3：设置采集数组长度为n+1，在当前时间跨度T内的第一个P0周期的上升沿，控制器获取当前采集周期P2输入的模拟量，存入采集数组IN[0]。

步骤4：第二个P0周期的上升沿，控制器获取当前采集周期P2输入的模拟量，存入采集数组IN[0]，原采集数组IN[0]中模拟量赋值给IN[1]。

步骤5：以此类推，第n个P1周期的上升沿，控制器获取当前采集周期P2输入的模拟量，存入采集数组IN[0]，原采集数组IN[0]至IN[n-2]中模拟量依次赋值给IN[1]至IN[n-1]。

步骤6：在下一个时间跨度T内的第一个P1周期的上升沿，控制器获取下一个采集周期P2输入的模拟量，存入采集数组IN[0]，原采集数组IN[0]至IN[n-1]中模拟量依次赋值给IN[1]至IN[n]。

步骤7：计算(IN[0]-IN[n])/T的变化速率。

作为优选方案，还包括步骤8：将变化速率与速率保护逻辑设定值比较，若超过速率保护逻辑设定值，则模拟量输入信号异常，过程控制站进行告警。

作为优选方案，所述模拟量的采集周期为模拟量输入卡件的采集周期。

作为优选方案，所述控制器的计算周期为CPU的计算周期。

作为优选方案，所述模拟量输入卡件与CPU之间相通讯。

作为优选方案，所述模拟量的采集周期为模拟量输入卡件的A/D转换模块的采集周期。

作为优选方案，所述控制器的计算周期为模拟量输入卡件的算法模块的计算周期。

有益效果：本发明提供的一种过程控制站模拟量输入变化速率保护实现方法，设置大于模拟量卡件通道采集周期的时间跨度，用数组存储通道采集数据。计算模拟量采集周期与控制器中计算周期的比值。数组长度为向上取整比值加1的整数。每个模拟量输入获取新的数据即放入数组中，数组将前一个数赋值给后一个数，计算的输入变化速率即为数组两头数据之差/时间跨度。计算所得输入变化速率供后续速率保护逻辑使用。

本方法的模拟量输入变化速率计算方法更为合理准确，不受控制器中输入变化速率逻辑计算周期与单通道采集周期不一致的影响，从而使得模拟量输入变化速率保护逻辑实现更为可靠。

附图说明

图1为第一种实施例模拟量输入变化速率保护系统结构示意图。

图2为第一种实施例CPU中计算输入变化速率示意图。

图3为第二种实施例模拟量输入卡件组成结构示意图。

图4为第二种实施例模拟量输入卡算法模块中计算输入变化速率示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作更进一步的说明。

一种过程控制站模拟量输入变化速率保护实现方法，具体实施步骤如下：

步骤1：确定模拟量的采集周期为P2。

步骤7：计算(IN[0]-IN[n] )/T的变化速率。

步骤8：将变化速率与速率保护逻辑设定值比较，若超过速率保护逻辑设定值，则模拟量输入信号异常，过程控制站进行告警。

实施例1：

如图1所示，第一种实施例一种过程控制站模拟量输入变化速率保护实现系统采用CPU与模拟量采集装置组成的架构，包括：控制处理单元（Control Processing Unit-CPU），模拟量输入卡件、输出卡件，模拟量输入卡件、输出卡件均与CPU之间建立通讯。

控制处理单元根据模拟量输入卡件输入数据进行逻辑计算并控制输出。

模拟量输入卡件可为直流模拟信号采集模件（AI）、热电阻信号测量模件（RTD）、热电偶信号测量模件TC。模拟量输入卡件通过AD转换将实际模拟信号转为数字信号。

输出卡件可为数字量输出信号检测模件（DO）、直流模拟信号输出模件（AO）。

CPU与模拟量输入卡件和输出卡件之间有通讯总线相连。

CPU内运行的模拟量输入模块、速率保护模块、输出模块均按周期运行，周期可配置。

模拟量输入卡件的采集就地信号数据也按周期采集，采集周期往往大于CPU内模块运行周期。

CPU中的模拟量输入模块按周期获取模拟量输入卡件采集数据，当模拟量输入卡件的单通道采集周期（P2）比CPU中的模拟量输入模块运算周期（P1）长时，即P2>P1，CPU中的模拟量输入模块在P2时间内多次取到相同的数据。

模拟量输入卡件的单通道采集周期为P2，相邻两次采集的值分别为X1和X2，则P2时间内实际输入变化速率为（X2-X1）/P2。而控制器内输入变化速率逻辑计算周期为P1，当P1<P2时，假设P2/P1=5，则在6个P1周期内控制器采集到输入值为X1、X1、X1、X1、X1、X2，则同样的T1时间内逻辑计算速率为0、0、0、0、（X2-X1）/P2，则在假设情况下逻辑计算速率为实际输入变化速率的5倍。其他情况逻辑计算速率大于实际输入变化速率的原理一致。

如图2所示，CPU选择大于模拟量输入卡件单通道采集周期P2的时间跨度T1，T1为P1的整数倍，T1=n*P1。模拟量输入模块每获取一个数据即放入IN数组的IN[0]，其他数据按IN[n]=IN[n-1]将前一个数赋值给后一个数，IN数组共有n+1个数，计算的输入变化速率=(IN[0]-IN[n])/T1。CPU内模拟量输入模块每获取一次数据，便重新计算一次输入变化速率。计算所得输入变化速率供后续保护逻辑和输出使用。此种方法P1设置的越小，准确率越高。

实施例2：

如图3所示，第二种实施例，一种过程控制站模拟量输入变化速率保护实现系统采用模拟量采集装置内置计算芯片的架构，直接获得模拟量输入变化速率，并将模拟量输入变化速率上传给上位机，以控上位机进行信号情况的判断。

模拟量输入卡件用于采集模拟量，并计算模拟量输入变化速率，输出计算结果。包括：A/D转换模块、算法模块和通讯模块。

如图4所示，A/D转换模块定时将采集到的模拟信号转换为数字信号，单通道定时向A/D转换模块取数据的周期为P2。

算法模块的计算周期为P3。

选择大于单通道采集周期P2的时间跨度T3，T3为P3的整数倍，T3=m*P3。A/D转换模块每获取一个数据即放入算法模块A数组的A[0]，其他数据按A[m]=A[m-1]将前一个数赋值给后一个数，A数组共有m+1个数，算法模块计算的输入变化速率=(A[0]-A[m])/T3。

A/D模块每提供一次数据，便重新计算一次输入变化速率。计算过程在算法模块中实现。而后将输入变化速率和通道值均通过通讯模块传到上位机中。

实施例3：

速率保护模块根据通道输入变化速率和速率设定值进行逻辑判断。当输入变化速率超过速率设定值时，输出信号异常。当输入变化速率没超过速率设定值时，输出信号正常。后续逻辑根据输出信号情况进行不同的计算或输出。

本发明着重解决采集与计算周期不一致的影响。可以在控制器中以优化算法计算输入变化速率。也可以将输入变化速率逻辑计算与数据采集均在模拟量输入卡件中计算。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种过程控制站模拟量输入变化速率保护实现方法，其特征在于：包括步骤如下：

步骤1：确定模拟量的采集周期为P2；

步骤2：设置控制器采集数组时间跨度T，T=n*P0，n为⌈P2/P0⌉，其中， ⌈P2/P0⌉为P2/P0比值向上取整，P0为控制器的计算周期；

步骤3：设置采集数组长度为n+1，在当前时间跨度T内的第一个P0周期的上升沿，控制器获取当前采集周期P2输入的模拟量，存入采集数组IN[0]；

步骤4：第二个P0周期的上升沿，控制器获取当前采集周期P2输入的模拟量，存入采集数组IN[0]，原采集数组IN[0]中模拟量赋值给IN[1]；

步骤5：以此类推，第n个P1周期的上升沿，控制器获取当前采集周期P2输入的模拟量，存入采集数组IN[0]，原采集数组IN[0]至IN[n-2]中模拟量依次赋值给IN[1]至IN[n-1]；

步骤6：在下一个时间跨度T内的第一个P1周期的上升沿，控制器获取下一个采集周期P2输入的模拟量，存入采集数组IN[0]，原采集数组IN[0]至IN[n-1]中模拟量依次赋值给IN[1]至IN[n]；

步骤7：计算(IN[0]-IN[n] )/T的变化速率。

2.根据权利要求1所述的一种过程控制站模拟量输入变化速率保护实现方法，其特征在于：还包括步骤8：将变化速率与速率保护逻辑设定值比较，若超过速率保护逻辑设定值，则模拟量输入信号异常，过程控制站进行告警。

3.根据权利要求1或2所述的一种过程控制站模拟量输入变化速率保护实现方法，其特征在于：所述模拟量的采集周期为模拟量输入卡件的采集周期。

4.根据权利要求3所述的一种过程控制站模拟量输入变化速率保护实现方法，其特征在于：所述控制器的计算周期为CPU的计算周期。

5.根据权利要求4所述的一种过程控制站模拟量输入变化速率保护实现方法，其特征在于：所述模拟量输入卡件与CPU之间相通讯。

6.根据权利要求1或2所述的一种过程控制站模拟量输入变化速率保护实现方法，其特征在于：所述模拟量的采集周期为模拟量输入卡件的A/D转换模块的采集周期。

7.根据权利要求6所述的一种过程控制站模拟量输入变化速率保护实现方法，其特征在于：所述控制器的计算周期为模拟量输入卡件的算法模块的计算周期。