工业自动化DCS中智能位置调整模块的设计

2.2.1PAT模块控制方案设计

电动执行机构在控制过程中，一般有3种控制方案可以采用：第1种方案是采用连续的长脉冲控制，第2种采用全程的步进调节控制，第3种就是长脉冲控制和短脉冲步进驱动相结合的控制方式。

第1种方案的优点是可以快速的调节，控制算法简单，只要判断阀位设定值Sv和阀位的反馈值Pv之间的差值与死区DeadZoon之间的关系：

Pv－Sv＜DeadZoon/2时，输出增脉冲驱动电动执行机构正转；

Pv－Sv＞DeadZoon/2时，输出减脉冲驱动电动执行机构反转。

采用这种控制方案要消除振荡现象只能靠降低灵敏度增大死区DeadZoon，而且这里的DeadZoon已经不是实际意义的死区，其包含了惯性的成分。现场的控制对灵敏度有一定的要求，因而这种方案的缺陷是很明显的，建议不予采用。

第2种方案是在电机的转动过程中插入了暂停阶段，使调速系统降速，从而降低系统的惯性，采用这种控制方式，可以很好地消除振荡现象，控制精度得到很大的提高，但是如果全程采用这种步进驱动的控制方式进行调节，调节时间也将大大加长，这在工业使用过程中的很多场合绝对不允许。

第3种控制方案（图2）综合了第1种和第2种控制方案的优点。当实际阀位值Pv和设定值Sv两者之差的绝对值大于En时模块采用长脉冲驱动；当两者之差介于阈值En和二分之一死区DeadZoon用短脉冲步进的控制方式，即模块输出Ton时间的短脉冲等待Toff时间，直到阀位值和设定值之差绝对值小于二分之一死区，即达到控制精度时停止输出，完成一次控制过程。PAT模块采用上述控制方案充分利用了系统的惯性和电动执行机构的特性，有效地克服了电动执行机构控制过程中出现的过冲和振荡现象，提高了控制精度。En、Ton、Toff的设定要合适，以不超过2～3个短脉冲为最佳，这样可以加快调节时间。

2.2.2　PAT模块自适应功能设计

一般电动执行机构说明书中提到的技术性能参数，除了死区、回差、滞后以及工作电压等外特性外，Ton、Toff、Smin等内特性参数没有任何介绍。通过PAT模块自学习功能可得到这些电动执行机构的特性参数，为合理设定特性参数提供有力的支持。

自学习功能的设计是基于人工神经网络原理，采用了反向传播算法。这一设计主要源于电动执行机构的特性参数在不同的负载和不同的阀位段下面会有所改变，PAT模块判断出电动执行机构的控制效果，并根据控制效果及时修正特性参数，从而达到最佳控制。当负载较大时，相应的死区和阈值比空载的情况要小，Ton较空载情况要长一些，而Toff则要较空载的情况短一些。在这种情况下，PAT模块能智能地判断设定参数的合理性（见图2，Ton脉冲过长的智能处理类似，不再作详细说明）并及时调整，保证达到最优控制。

2.2.3　PAT模块增强功能设计

在实际应用中，意外和特殊情况时有发生，象有的阀门没有阀位极限限位开关，这时PAT模块的极限连锁保护功能就失去了作用。通过判断模块正在进行输出驱动时，阀位是否有相应的变化，判断出电动执行机构是否已达到极限或处于堵转状态从而可以及时截断输出，防止电机烧毁。

电动执行机构的阀门定位器也是易损器件，阀位反馈线断线时有发生。这些意外情况都会导致PAT模块采集的阀位不能反映实际的阀位值。在实际使用中，电动执行机构的阀位值作为内环的被控量，而控制的气体流量或者液体流量等则作为外环被控量，此时内环处于开路状态，PAT模块将自动的闭环控制切换到硬手操状态，用户可以依据外环被控量通过PAT模块实现对电动执行机构的硬手操，从而保证整个回路的正常工作。

3　结束语

PAT模块作为浙大中控JX－300XDCS中的一种重要智能模块，其稳定性、可靠性、功能的完备性以及良好的控制效果，已经在实际应用中得到了充分的证明，特别在钢铁行业和发电行业应用，其性能得到用户的认可。