PCS 7中如何使用APL的DoseL功能块

1 DoseL功能概述
在工业领域，尤其是流程工业中，大量存在原料、中间产品等的给料定量控制需求，APL的DoseL功能正是面向这种控制任务的高级功能块。
除了可以实现正常的给料控制之外，还可以实现如下功能：
- 管道泄漏量补充（Dribbling）
通过定义修正因子，可以实现动态修正管道残料泄漏量对于定量控制影响；
- 补充给料（Post Dosing）
如果出现给料不足的现象，根据功能块的设置，可以实现后期的补充给料。给料过程按照设定的时间来执行。
- 粗给料（Coarse Dosing）和精细给料（Fine Dosing）
整个下料过程可以分为粗给料和精细给料两部分，具体工艺体现可以是两个不同管径的阀门控制，或者是两个不同设定值的流量控制。以此来提高定量的准确性。
DoseL功能的工作过程如下图所示：

图 1 DoseL功能块工作流程图

通过面板上的“Start”按钮（或者“Resume”）进入给料过程，其中：
阶段1：实际给料量达到或者超过设定值；
阶段2：实际给料量达到设定值和上次泄漏量的差值，以此进入泄漏累计阶段；
阶段3：如果在Feature中设置自动泄漏累计，则累计结束之后会自动进入给料过程；
阶段4：联锁条件激活；
阶段5：联锁条件消失，或者给料不足时，点击Continue继续进行补充给料过程；
阶段6：泄漏量累计阶段之后，如果还是给量不足，则进入OFF状态；
阶段7：暂停之后，联锁条件激活，也进入OFF状态；
阶段8、9和10：给料过程被取消，结束给料。
需要注意的是，OFF只是表示给料过程停止，而非结束。End表示给料结束。

2 DoseL块的应用
根据给料具体的控制方式，DoseL块的使用主要有如下几种方式：
- 给料流量PID控制
DoseL块配合管道上的一个给料流量PID回路来实现定量；
- 给料双流量PID控制
给料通过两个不同管径的管道，每个管道上分别设置一个流量控制，来实现粗、精细配合给料；
- 给料阀门开度控制
在给料管道上安装一个模拟阀门，通过DoseL来控制阀门开度。
- 给料双阀门控制
给料通过两个不同管径的管道，每个管道上分别设置一个阀门，DoseL块通过两个阀门的打开/关闭，来实现粗/细两种给料。
各种应用方式在编程和OS操作上有所不同，后续内容详细介绍每种方式下的特点和组态。
2.1 给料流量PID控制

图 2 给料流量PID控制流程图

如上图所示，A罐为原料罐，B罐为目标罐。在由A到B的下料管路上配置一个流量控制回路。DoseL块的输出作为流量PID的设定值来实现。

图 3 给料流量PID控制程序示意图

如上图，流量变送器送出来的流量信号，一路接入PID控制块，作为过程值反馈；另一路接入到Dose块的“PV”管脚，进行累计计算之后得到给料定量值。主要注意的是，DoseL块的PV管脚也可以连接称重仪表送过来的原料罐/目标罐的重量。PID的输出通过驱动块控制流量调节阀门。
完成程序/画面组态以及相关编译之后，在OS上的操作和配置流程如下：

2.1.1 设置PID的模式

图 4 流量PID模式设置

在使用给量控制之前，首先需要将流量PID的模式切换到自动（Automatic），并根据CFC中的组态，选择设定值为外部给定（External）。

2.1.2 配置DoseL参数
DoseL块的基本参数均可以在操作面板上进行设置，参数都根据类别分处在不同的面板视图中。
- 标准面板

图 5 DoseL标准面板

在标准面板中可以设置手/自动模式、定量设定值来源等等。示例中直接采用手动方式，设置定量目标位30升。
- 限制值面板

图 6 DoseL限制值面板

在限制值面板（Limit）中，可以设置粗（coarse）/细（fine）流量设定值的高低限。其中“Overdosing”和“Underdosing”分别指的是给量过量和给量不足的上下限。例如在本例中，最终的实际给量值在28~30L，则不会触发报警，否则会产生过量或不足的报警。
- 参数面板

图 7 DoseL参数面板

这个面板上可以设置如下给料相关的参数：
（1） 内部设定值跟踪外部设定值；
（2） 补充给料时间设置（Postdose time）
如果出现给料不足的情况，通过在标准面板中点击“Continue”进入补充给料阶段。此阶段中，按照精细给料的方式继续，持续时间为此处的设置值。待时间耗尽，会再次加入泄漏量累计。
（3） 泄漏量累计时间设置（Dribbling time）
精细给料，或者补充给料结束之后，会累计管道中的泄漏量。累计过程以此处的时间为限。在时间耗尽之后，即使泄漏还未结束，整个给料过程都会结束。
（4） 泄漏量设置（Dribbling quantity）
通过此参数可以人为指定管道中的泄漏量，在本例中，泄漏量设置为10L，给料设定值为30L，这表示在实际给料量达到20L时，流量控制回路会关闭调节阀门，DoseL块会在接下来的泄漏量累计时间（Dribbling time）里累计泄漏量。
（5） 自动泄漏量修正（Automatic dribbling quantity）
在多数情况下，管道的泄漏量并不可知，为此，DoseL块提供了自动修正功能。修正在每次给料过程完成时进行，具体算法是：
泄漏量=上次泄漏量 - （给料设定值 – 实际给料值） * 修正因子 /100
其中修正因子即面板上的“Weighting Factor”。
- 粗/细设定面板

图 8 粗/细设定面板

此面板主要用以设置粗/细给料阶段的划分。通过一个精细给料因子（DQ SP fine factor）来确定何时进入精细给料阶段。本例中，给料设定值时30L，如果精细给料因子配置为20%，即表示有6L的量需要通过精细给料来下，那么具体的给料过程是这样的：先通过粗给料下24L，然后进入精细给料阶段。
- 流量设置值面板

图 9 流量设定值面板

给料阶段是分为粗/细两个部分，对于单流量控制回路而言，具体体现就是不同的流量设定值。在此面板上可以设置粗/细两种给料时分别的流量设定值。
至此，DoseL下的参数设置完成，可以切换模式激活给料过程。

2.1.3 给料过程
在标准面板上触发给料：

图 10 激活给料

如果上次给料过程未被复位，则可能无法进入“Command”切换窗口，此时需要先点击“Reset dose quantity”，然后在如上图所示的窗口中点击“Start”开始给料。

图 11 粗给料阶段

给料都是从粗给料（Coarse dosing）阶段开始的，此时流量回路的设定值也被设置成粗给料对应的设置：

图 12 粗给料下的PID设定值

在粗给料结束之后，会自动进行精细给料。如果实际给料量和设定值的偏差小于泄漏量时，则会进入泄漏累计阶段（Dribbling）：

图 13 泄漏量累计阶段

在泄漏量累计阶段，流量PID回路的设定值被设置为0，DoseL块的实际给料值会继续累计泄漏量，直到时间耗尽。

图 14 给料不足停止

在泄漏量累计结束后如果还是未达到给料设定值的下限（给料设定值 – underdosing限制值），则给料过程停止（Off，非End）。此时可以在“Command”中点击“Continue”进入补充给料阶段（postdose），或者点击“Ack. underdose”确认给料不足，并结束给料过程（End）。
补充给料和精细给料一样，但有一定时间限制。在补充给料结束后会再次进行泄漏量累计。如果还是给料不足，可以再进行补充给料。

2.2 给料双流量PID控制

图 15 双流量PID控制

和单流量PID控制方式不同，原料罐A到目标罐B有两条管路，其中各自存在一个流量控制回路。DoseL块的输出直接用作两个PID回路的设定值。

图 16 双流量PID回路CFC示意图

CFC编程中，利用DoseL块的SP1和SP2两个设定值输出分别作为两个PID的外部设定值，同时使用Ctrl2来选择激活流量PID的过程反馈值作为DoseL的PV值，用于给料量累计运算。
在具体使用上，双PID回路和单回路一样，只是粗、细两种给料方式由不同的回路来执行。DoseL块的SP1就是粗给料时的流量设定值，SP2是精细给料的设定值。Ctrl1管脚在粗给料阶段时会为1，相对应地，Ctrl2在精细给料阶段是为1。

2.3 给料阀门控制

图 17 给料阀门开度控制

通过一个带定位器的阀门来调节下料速度，DoseL的输出作为阀门的开度设定值：

图 18 阀门开度控制CFC示意图

和单流量控制回路一样，DoseL的SP输出连接到模拟阀门块VlvAnL的外部开度设定值。OS层面的操作一致。

2.4 给料双阀门控制

图 19 双阀门控制

在多数情况下，粗细两个下料管路中都分别只有开关阀，DoseL为此也提供Ctrl1和Ctrl2两个数字量输出来控制两个阀门。
本例中，使用一个三通阀门来实现两条下料路径，具体编程如下所示：

图 20 三通阀给料CFC示意图

程序中，DoseL的两个输出分别对应三通阀的两个位置，这两个位置对应原料罐出口的两个不同管径的管道。
需要注意的是，这种应用环境中，必须要使用称重传感器来获取给料量。根据传感器的安装位置，分为减重给料和增重给料两种方式。在减重给料中，传感器安装在原料罐；增重给料中，传感器安装在目标罐。两种方式需要在DoseL中指定，参数“MeterType”中，“1”表示是减重给料，“0”表示是增重给料。
在OS面板上，流量设定值、限制值等参数都会被隐藏。

关键词
定量给料，APL，称重，PCS 7

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