DCS控制系统中的滤波器、控制方法及DCS控制系统与流程

dcs控制系统中的滤波器、控制方法及dcs控制系统
技术领域
1.本发明涉及滤波器技术领域，具体而言，涉及一种dcs控制系统中的滤波器、控制方法及dcs控制系统。


背景技术：

2.在现有分散控制系统(distributed control system，dcs)中，会使用总线技术对现场压力、流量等测量值进行传输，但总线系统的弊端是传输不稳定，在无任何故障的前提下依然可能出现测量值突变，后突然恢复，对设备稳定运行及系统自动调节产生巨大影响。
3.现有对测量突变值的过滤方式，无法达到有效剔除测量突变值的影响。


技术实现要素：

4.为解决上述问题，本发明提供一种dcs控制系统中的滤波器，包括滤波逻辑模块，所述滤波逻辑模块包括第一延时读取子模块、第二延时读取子模块、切换子模块、比较子模块、延时关闭子模块及数据输出子模块；所述第一延时读取子模块用于读取与当前时刻间隔第一预设时长的第一历史测量值；所述第二延时读取子模块用于读取与所述当前时刻间隔第二预设时长的第二历史测量值；所述比较子模块用于判断所述第一历史测量值与所述当前时刻的实测值的差值是否大于跳变阈值，在所述差值大于所述跳变阈值的情况下触发所述切换子模块执行切换模式；所述切换子模块用于执行正常模式或切换模式；在正常模式下，所述切换子模块用于将所述实测值发送至所述数据输出子模块，在被触发执行切换模式后，所述切换子模块用于将所述第二历史测量值发送至所述数据输出子模块；所述延时关闭子模块用于在所述切换子模块执行切换模式持续第三预设时长后，触发所述切换子模块执行正常模式；所述数据输出子模块用于输出所述实测值或所述第二历史测量值。
5.可选地，所述比较子模块包括减法单元、绝对值单元及比较单元；所述减法单元用于计算所述实测值与所述第一历史测量值的差值；所述绝对值单元用于计算所述差值的绝对值；所述比较单元用于比较所述绝对值与所述跳变阈值，在所述绝对值大于所述跳变阈值的情况下触发所述切换子模块执行切换模式。
6.可选地，所述滤波器的数据输入端与所述第一延时读取子模块、所述第二延时读取子模块、所述比较子模块、所述切换子模块分别连接；所述第一延时读取子模块、所述比较子模块、所述延时关闭子模块依次连接，所述延时关闭子模块与所述切换子模块连接；所述第一延时读取子模块与所述切换子模块连接；所述切换子模块与所述数据输出子模块连接。
7.可选地，所述第一预设时长等于所述实测值的采样周期。
8.可选地，所述第二预设时长大于或等于所述第一预设时长。
9.可选地，所述第三预设时长大于跳变持续平均时长。
10.本发明提供一种dcs控制系统中的滤波器的控制方法，其特征在于，应用于上述滤波器，所述方法包括：获取当前时刻的实测值以及所述当前时刻的第一预设时长之前的第
一历史测量值；判断所述实测值与所述第一历史测量值的差值是否大于跳变阈值；若是，则执行切换模式以输出所述当前时刻的第二预设时长之前的第二历史测量值；若否，则执行正常模式以输出所述当前时刻的实测值。
11.可选地，所述方法还包括：在执行所述切换模式持续第三预设时长后，重新执行正常模式。
12.可选地，所述第一预设时长等于所述实测值的采样周期，或，所述第二预设时长大于或等于所述第一预设时长，或，所述第三预设时长大于跳变持续平均时长。
13.本发明实施例采用历史测量值与当前时刻的实测值进行比较确定是否出现突变，在确定出现突变的情况下执行切换模式以历史测量值替代实测值输出，在持续一定时长后恢复至正常模式以输出实测值，从而实现对偶发波动过滤，滤波效果良好，有效剔除测量突变值的影响，且依然具有基于实测值的保护机制。
附图说明
14.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
15.图1为现有采用延时模块减小跳变影响的效果示意图；
16.图2为本发明实施例中滤波逻辑模块的结构示意图；
17.图3为本发明实施例中滤波逻辑模块减小跳变影响的效果示意图；
18.图4为本发明实施例提供的一种dcs控制系统中的滤波器的控制方法的流程示意图。
具体实施方式
19.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
20.现有技术中为剔除这种非故障情况下的测量坏点，通常采用加入延时模块的方式减小跳变影响。图1示出了采用延时模块减小跳变影响的效果示意图。
21.当使用该模块时，下侧曲线为实际模拟量信号，上侧曲线为经过延时模块处理过的模拟量信号。如图1所示，实际模拟量信号发生突变时，即下侧曲线的a、b、c、d、e标识出的突降，在上侧曲线相应位置也存在向下的小突降，即上侧曲线的1、2、3、4、5标识出的图像。因此，现有的延时模块有一定效果，但不能让曲线平滑，曲线依然存在向下的小突降。由于依然存在上述突降波动，影响自动调节，或引起保护动作。本发明实施例提供的滤波器，可以使曲线平滑，实现完全滤波，避免扰动。
22.本发明实施例提供了一种dcs控制系统中的滤波器，包括滤波逻辑模块。该滤波器可以运用在测量值实际波动较小的偶发波动测量逻辑回路，用于实现对偶发波动过滤，滤波效果良好，测量数据曲线平滑。
23.该滤波逻辑模块包括第一延时读取子模块、第二延时读取子模块、切换子模块、比
较子模块、延时关闭子模块及数据输出子模块。
24.其中，第一延时读取子模块用于读取与当前时刻间隔第一预设时长的第一历史测量值；第二延时读取子模块用于读取与上述当前时刻间隔第二预设时长的第二历史测量值。在该滤波逻辑模块中可以存储有历史时刻的历史测量值，也可以在其他存储设备中存储上述历史测量值，由滤波逻辑模块根据需要进行读取。
25.比较子模块用于判断第一历史测量值与当前时刻的实测值的差值是否大于跳变阈值，在差值大于跳变阈值的情况下触发切换子模块执行切换模式。在与上述当前时刻间隔第一预设时长的历史时刻，其对应的第一历史测量值，用于作为判断当前时刻的实测值是否发生了跳变的比较基础。由于本实施例针对的是测量值实际波动较小的测量场景，正常情况下不存在较大跳变，而由于传输不稳定等原因会导致出现较大跳变，因此可以基于实际测量场景的测量值的波动范围确定该跳变阈值，该跳变阈值大于测量值的正常波动范围且小于跳变范围，从而有效区分是否出现测量值跳变。该第一预设时长可以是一个或者数个实测值的采样周期，以得到该历史时刻的历史测量值。示例性地，该第一预设时长等于实测值的采样周期。
26.切换子模块用于执行正常模式或切换模式；在正常模式下，切换子模块用于将实测值发送至数据输出子模块，在被触发执行切换模式后，切换子模块用于将第二历史测量值发送至数据输出子模块。与上述当前时刻间隔第二预设时长的历史时刻，该第二预设时长大于或等于上述第一预设时长，其历史测量值还未出现跳变，以该历史测量值替代当前时刻的实测值。通过近值替代，实现有效滤波。
27.延时关闭子模块用于在切换子模块执行切换模式持续第三预设时长后，触发切换子模块执行正常模式。考虑到测量值跳变会持续一定时长，在该时长内切换子模块需要持续执行切换模式，即输出上述第二历史测量值，而且在该持续时长后需要恢复至正常模式运行，避免由于采用近值替代导致后续保护逻辑失效。因此，该第三预设时长可以大于跳变持续平均时长，且不宜过大，从而兼顾避开跳变值的滤波效果以及在实际发生故障的情况下降低保护延时。可以理解的是，上述保护延时为上述第二预设时长或第三预设时长，具体可以是两者中较小的时长。
28.数据输出子模块用于输出实测值或第二历史测量值。
29.本发明实施例提供的dcs控制系统中的滤波器，采用历史测量值与当前时刻的实测值进行比较确定是否出现突变，在确定出现突变的情况下执行切换模式以历史测量值替代实测值输出，在持续一定时长后恢复至正常模式以输出实测值，从而实现对偶发波动过滤，滤波效果良好，有效剔除测量突变值的影响，且依然具有基于实测值的保护机制。
30.示例性地，比较子模块包括减法单元、绝对值单元及比较单元；该减法单元用于计算实测值与第一历史测量值的差值；该绝对值单元用于计算差值的绝对值；该比较单元用于比较绝对值与跳变阈值，在绝对值大于跳变阈值的情况下触发切换子模块执行切换模式。
31.示例性地，滤波器的数据输入端与第一延时读取子模块、第二延时读取子模块、比较子模块、切换子模块分别连接，测量得到的实测值分别输入第一延时读取子模块、第二延时读取子模块、比较子模块。第一延时读取子模块、比较子模块、延时关闭子模块依次连接，延时关闭子模块与切换子模块连接；第一延时读取子模块与切换子模块连接；切换子模块
与数据输出子模块连接。
32.图2示出了本发明实施例中滤波逻辑模块的结构示意图。其中示出了，模拟量数值分别输入第一延时读取子模块、第二延时读取子模块、比较子模块及切换子模块。该比较子模块包括依次连接的减法单元、绝对值单元及比较单元，该比较单元与延时关闭子模块连接。延时关闭子模块、第二延时读取子模块均与切换子模块连接。
33.在本发明实施例中新建滤波逻辑模块，替换原有延时模块。该新建逻辑块使用条件为，在正常运行工况下模拟量值波动较小，历史曲线较为平滑，无骤减骤增情况。
34.滤波逻辑模块功能：可以将较短时间内的非正常干扰值剔除，使该时间段内的测量数值极度接近真实值。
35.例如，测量值前后变化幅度较小，且故障时间段较短(一般1秒左右)，且故障频率不高(故障最小间隔10分钟以上)，故取该值故障前3-5秒的测量值来代替故障时刻的测量值，基本无变化。
36.延时读取逻辑块实时读取要滤波的模拟量参数3秒前测量值，发送至模拟量切换逻辑块，该模拟量切换逻辑块实现切换实测值或3秒前测量值送模拟量采集块。该切换条件为：实测值减去一个采样周期前的测量值(通常采样周期为0.4秒或0.8秒)的差值的绝对值大于某阈值，则认为该实测值发生跳变故障，那么触发切换条件，输出该3秒前测量值。切换2秒钟后恢复(一般跳变时间在1秒内，2秒可以保证避开跳变值)。
37.且上述设计依然保持了设备的保护机制，一旦设备确实发生故障，测量值实际突变发生变化，那么该设计会在3-5秒延时后保护动作，对设备影响较小。
38.上述时长及比较值均可以根据实际工况及取样点性质不同灵活选用其他设定值。
39.图3示出了本发明实施例中滤波逻辑模块减小跳变影响的效果示意图。图3中下侧曲线为实际模拟量信号，上侧曲线为经过滤波逻辑模块处理过的模拟量信号。如图3所示，实际模拟量信号发生突变时，即下侧曲线的a、b、c、d、e标识出的突降，在上侧曲线相应位置无突变，经过处理后的数值曲线平滑，滤波效果良好，不影响之后的保护及计算逻辑。
40.图4为本发明实施例提供的一种dcs控制系统中的滤波器的控制方法的流程示意图，应用于上述滤波器，该方法包括以下步骤：
41.s402，获取当前时刻的实测值以及当前时刻的第一预设时长之前的第一历史测量值。
42.s404，判断实测值与第一历史测量值的差值是否大于跳变阈值；若是，则执行s406；若否，则执行s408。
43.s406，执行切换模式以输出当前时刻的第二预设时长之前的第二历史测量值。
44.s408，执行正常模式以输出当前时刻的实测值。
45.进一步，上述方法还可以包括以下步骤：在执行切换模式持续第三预设时长后，重新执行正常模式。
46.本发明实施例提供的dcs控制系统中的滤波器的控制方法与前述的dcs控制系统中的滤波器的控制逻辑类似，在此不再赘述。
47.当然，本领域技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程度来指令控制装置来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取的存储介质中，所述程序在执行时可包括如上述各方法实施例的流程，其中所述的存储介质可为存
储器、磁盘、光盘等。
48.在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
49.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
50.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。