二阶控制器 (SOC)

此信息适用于

CompactLogix

5370、

ControlLogix

5570、

Compact GuardLogix

5370、

GuardLogix

5570、

CompactLogix

5380、

ControlLogix

5580 和 ControlLogix 5590 控制器。

SOC 指令专用于闭环控制系统中，与 PI 指令的工作方式相似。SOC 指令具有增益项、一阶滞后和二阶超前。

可用语言

梯形图

此指令不可用于梯形图中。

功能块

结构化文本

SOC(SOC_tag);

操作数

功能块

操作数	类型	格式	说明
SOC tag	SEC_ORDER_CONTROLLER	结构	SOC 结构

SEC_ORDER_CONTROLLER 结构

输入参数	数据类型	说明
EnableIn	BOOL	启用输入。如果此参数清零，指令不会执行，也不会更新输出。默认置位。
In	REAL	指令的模拟信号输入。有效值 = 任意浮点值默认值 = 0.0
Initialize	BOOL	指令初始化命令。置位时，Out 和内部积分器设为等于 InitialValue 的值。默认清零。
InitialValue	REAL	输入初始值。Initialize 置位时，Out 和积分器设为 InitialValue 的值。使用 HighLimit 和 LowLimit 来限制 InitialValue 的值。有效值 = 任意浮点值默认值 = 0.0
Gain	REAL	指令的比例增益。如果值超出范围，指令会对值进行限制，并置位 Status 中的相应位。有效值 = 大于 0.0 的任意浮点数。默认值 = 最小正浮点值
WLag	REAL	一阶滞后截止频率，单位为弧度/秒。如果值超出范围，指令会对值进行限制，并置位 Status 中的相应位。有效值 = 有关有效范围，请参阅下面的“说明”部分默认值 = 0.0
WLead	REAL	二阶超前截止频率，单位为弧度/秒。如果值超出范围，指令会对值进行限制，并置位 Status 中的相应位。有效值 = 有关有效范围，请参阅下面的“说明”部分默认值 = 0.0
ZetaLead	REAL	二阶超前阻尼系数。如果值超出范围，指令会对值进行限制，并置位 Status 中的相应位。有效值 = 0.0 至 10.0 默认值 = 0.0
HighLimit	REAL	上限值。这是 Out 的最大值。如果 HighLimitLowLimit，则指令将设置 HighAlarm 和 LowAlarm，将 Status 中的相应位置位，并将 Out 设置为 LowLimit。有效值 = LowLimit < HighLimit 最大正浮点值默认值 = 最大正浮点值
LowLimit	REAL	下限值。这是 Out 的最小值。如果 HighLimit LowLimit，则指令会将 HighAlarm 和 LowAlarm 置位，将 Status 中的相应位置位，并设置 Out = LowLimit。有效值 = 最大负浮点值 LowLimit < HighLimit 默认值 = 最大负浮点值
HoldHigh	BOOL	保持高位命令。置位时，不允许内部积分器的值增大。默认清零。
HoldLow	BOOL	保持低位命令。置位时，不允许内部积分器的值减小。默认清零。
TimingMode	DINT	选择时序执行模式。 0 = 周期性模式 1 = 过采样模式 2 = 实时采样模式有关时序模式的更多信息，请参见“功能块属性”部分。有效值 = 0 至 2 默认值 = 0
OversampleDT	REAL	过采样模式的执行时间。有效值 = 0 到 4194.303 秒默认值 = 0
RTSTime	DINT	实时采样模式的模块更新周期有效值 = 1 至 32,767 ms 默认值 = 1
RTSTimeStamp	DINT	实时采样模式的模块时戳值。有效值 = 0 至 32,767 ms 默认值 = 0

输出参数	数据类型	说明
EnableOut	BOOL	指示指令是否处于启用状态。如果 Out 溢出，则设置为假。
Out	REAL	计算所得的算法输出。
HighAlarm	BOOL	上限报警指示器。当 Out 的计算值 HighLimit 且输出强制设为 HighLimit 时置位。
LowAlarm	BOOL	下限报警指示器。当 Out 的计算值 LowLimit 且输出强制设为 LowLimit 时置位。
DeltaT	REAL	两次更新间隔的时间。控制算法计算过程输出所用的时间（秒）。
Status	DINT	功能块的状态。
InstructFault (Status.0)	BOOL	该指令检测到以下执行错误之一。这不是轻微或严重的控制器错误。检查其他状态位以确定发生的情况。
GainInv (Status.1)	BOOL	增益 < 最小正浮点值。
WLagInv (Status.2)	BOOL	WLag > 最大值或 WLag < 最小值。
WLeadInv (Status.3)	BOOL	WLead > 最大值或 WLead < 最小值。
ZetaLeadInv (Status.4)	BOOL	ZetaLead > 最大值或 ZetaLead < 最小值。
HighLowLimsInv (Status.5)	BOOL	HighLimit LowLimit。
TimingModeInv (Status.27)	BOOL	计时模式无效。有关时序模式的更多信息，请参见“功能块属性”部分。
RTSMissed (Status.28)	BOOL	仅用于实时采样模式。当 ABS \| DeltaT - RTSTime \| > 1（0.001 秒）时置位。
RTSTimeInv (Satus.29)	BOOL	RTSTime 值无效。
RTSTimeStampInv (Status.30)	BOOL	RTSTimeStamp 值无效。
DeltaT (Status.31)	BOOL	DeltaT 值无效。

结构化文本

操作数	类型	格式	说明
SOC tag	SEC_ORDER_CONTROLLER	结构	SOC 结构

有关结构化文本中表达式语法的更多信息，请参见“结构化文本语法”部分。

说明

SOC 指令具有增益项、一阶滞后和二阶超前。滞后的频率可以调整，并且超前的频率和阻尼也可以调整。二阶超前零点对可以是复数（阻尼小于 1）或实数（阻尼 Greater than or equal to

1）。SOC 指令专用于恒速扫描的任务中。

SOC 指令使用以下拉普拉斯变换方程。

参数限制

以下 SOC 参数对有效值具有以下限值。

参数	Limit
WLead	其中，DeltaT 以秒为单位。
WLag	其中，DeltaT 以秒为单位。
ZetaLead	下限 = 0.0 上限 = 10.0

一旦计算出的输出值无效 (NAN)，指令会将 Out 设为无效值。内部参数不会更新。在每次的后续扫描过程中，都会使用上一次扫描（输出有效）的内部参数计算输出。

限制

该指令基于 Hold 输入的状态停止积分饱和。

若：	则：
HoldHigh 置位且 Integrator > Integrator _n-1	Integrator = Integrator_n-1
HoldLow 置位且 Integrator < Integrator_n-1	Integrator = Integrator_n-1

指令还会根据 HighLimit 和 LowLimit 值停止积分器的积分饱和。

若：	则：
Integrator > IntegratorHighLimit	Integrator = IntegratorHighLimit
Integrator < IntegratorLowLimit	Integrator = IntegratorLowLimit

其中：

指令还会根据 HighLimit 和 LowLimit 值限制 Out 值。

若：	则：
HighLimit LowLimit	Out = LowLimit Integrator = IntegratorLowLimit HighLowLimsInv 已设置 HighAlarm 置位 LowAlarm 置位
Out HighLimit	Out = HighLimit IntegratorLowLimit_n-1 HighAlarm 置位
Out LowLimit	Out = LowLimit Integrator = Integrator_n-1 LowAlarm 置位

影响数学状态标志

否

严重/轻微故障


在以下情况下发生轻微故障	故障类型	故障代码
功能已启用并检测到溢出。	4	4

有关操作数相关的故障，请参阅通用属性。

执行

提醒事项: 在结构化文本中，EnableIn 在普通扫描期间始终为真。因此，如果指令处于由逻辑激活的控制路径中，指令将会执行。有关所有功能块指令的更多详细信息（包括定义和常规行为），请参阅出版物 1756-RM006G-EN-P《高级过程控制和驱动器指令》。

条件/状态	执行的操作
预扫描	不执行任何操作。
后扫描	不执行任何操作。

条件仅在普通扫描模式期间才会出现

条件/状态	执行的操作
指令首次运行	内部参数和 Out 设置为 0。强制重新计算公式系数。不执行主算法，但是会验证输入参数。
指令首次扫描	内部参数和 Out 设置为 0。强制重新计算公式系数。不执行主算法，但是会验证输入参数。
EnableIn 为假	.EnableOut 位设置为假。
EnableIn 为真	.EnableOut 位设置为真。将执行指令的主算法，并更新输出。

结构化文本

条件/状态	执行的操作
预扫描	请参见“功能块”表中的“预扫描”行。
正常执行	请参见“功能块”表中的“Tag.EnableIn 为真”行。
后扫描	请参见“功能块”表中的“后扫描”行。

示例

SOC 指令是一个专用的功能块，用于在两个区域之间通过弹簧质点系统传递能量的应用中。在这类应用中，过程本身的频率响应通常表示为如下所示的波德图（图 A）：

SOC 指令用于实现一阶滞后滤波器，后跟 PID 控制器，从而实现包含积分、二阶零点（超前）和一阶极点（滞后）的传递函数。使用该指令可简化 PID 调谐，因为调节项的组织方式可以确保 WLead 和 ZLead （而非 Kp、Ki 和 Kd 值）作为 SOC 指令的输入。SOC 指令的传递函数如下：

其相应的波特图如图 B 所示。

SOC 指令可用于扭矩或张力调节应用中，其中采用测力传感器作为反馈，调节系统的输出直接作用于驱动器的扭矩（电流）次回路。在诸多此类应用中，从机械角度而言受控系统都是欠阻尼的，并且具有一个固有频率，由于系统本身会通过反馈设备发生反射，因此难以稳定。

使用 SOC 指令可简化 PID 调节，因为调节项的组织方式可以确保 WLead 和 ZLead （而非 Kp、Ki 和 Kd 值）作为 SOC 指令的输入。通过这种方式，可以更轻松地根据实际过程调整和设置控制器/调节器的截止频率。启动期间，可根据经验预估或在现场测量系统的固有频率和阻尼系数。然后，可以根据过程的特征调整调节器的参数，从而对最终过程进行更多增益以及更加稳定的控制。