DCS控制系統中的濾波器、控制方法及DCS控制系統與流程
dcs控制系統中的濾波器、控制方法及dcs控制系統
技術領域
1.本發明涉及濾波器技術領域，具體而言，涉及一種dcs控制系統中的濾波器、控制方法及dcs控制系統。
背景技術：
2.在現有分散控制系統(distributed control system，dcs)中，會使用總線技術對現場壓力、流量等測量值進行傳輸，但總線系統的弊端是傳輸不穩定，在無任何故障的前提下依然可能出現測量值突變，后突然恢復，對設備穩定運行及系統自動調節產生巨大影響。
3.現有對測量突變值的過濾方式，無法達到有效剔除測量突變值的影響。
技術實現要素：
4.為解決上述問題，本發明提供一種dcs控制系統中的濾波器，包括濾波邏輯模塊，所述濾波邏輯模塊包括第一延時讀取子模塊、第二延時讀取子模塊、切換子模塊、比較子模塊、延時關閉子模塊及數據輸出子模塊；所述第一延時讀取子模塊用于讀取與當前時刻間隔第一預設時長的第一歷史測量值；所述第二延時讀取子模塊用于讀取與所述當前時刻間隔第二預設時長的第二歷史測量值；所述比較子模塊用于判斷所述第一歷史測量值與所述當前時刻的實測值的差值是否大于跳變閾值，在所述差值大于所述跳變閾值的情況下觸發所述切換子模塊執行切換模式；所述切換子模塊用于執行正常模式或切換模式；在正常模式下，所述切換子模塊用于將所述實測值發送至所述數據輸出子模塊，在被觸發執行切換模式后，所述切換子模塊用于將所述第二歷史測量值發送至所述數據輸出子模塊；所述延時關閉子模塊用于在所述切換子模塊執行切換模式持續第三預設時長后，觸發所述切換子模塊執行正常模式；所述數據輸出子模塊用于輸出所述實測值或所述第二歷史測量值。
5.可選地，所述比較子模塊包括減法單元、絕對值單元及比較單元；所述減法單元用于計算所述實測值與所述第一歷史測量值的差值；所述絕對值單元用于計算所述差值的絕對值；所述比較單元用于比較所述絕對值與所述跳變閾值，在所述絕對值大于所述跳變閾值的情況下觸發所述切換子模塊執行切換模式。
6.可選地，所述濾波器的數據輸入端與所述第一延時讀取子模塊、所述第二延時讀取子模塊、所述比較子模塊、所述切換子模塊分別連接；所述第一延時讀取子模塊、所述比較子模塊、所述延時關閉子模塊依次連接，所述延時關閉子模塊與所述切換子模塊連接；所述第一延時讀取子模塊與所述切換子模塊連接；所述切換子模塊與所述數據輸出子模塊連接。
7.可選地，所述第一預設時長等于所述實測值的采樣周期。
8.可選地，所述第二預設時長大于或等于所述第一預設時長。
9.可選地，所述第三預設時長大于跳變持續平均時長。
10.本發明提供一種dcs控制系統中的濾波器的控制方法，其特征在于，應用于上述濾波器，所述方法包括：獲取當前時刻的實測值以及所述當前時刻的第一預設時長之前的第
一歷史測量值；判斷所述實測值與所述第一歷史測量值的差值是否大于跳變閾值；若是，則執行切換模式以輸出所述當前時刻的第二預設時長之前的第二歷史測量值；若否，則執行正常模式以輸出所述當前時刻的實測值。
11.可選地，所述方法還包括：在執行所述切換模式持續第三預設時長后，重新執行正常模式。
12.可選地，所述第一預設時長等于所述實測值的采樣周期，或，所述第二預設時長大于或等于所述第一預設時長，或，所述第三預設時長大于跳變持續平均時長。
13.本發明實施例采用歷史測量值與當前時刻的實測值進行比較確定是否出現突變，在確定出現突變的情況下執行切換模式以歷史測量值替代實測值輸出，在持續一定時長后恢復至正常模式以輸出實測值，從而實現對偶發波動過濾，濾波效果良好，有效剔除測量突變值的影響，且依然具有基于實測值的保護機制。
附圖說明
14.為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據提供的附圖獲得其他的附圖。
15.圖1為現有采用延時模塊減小跳變影響的效果示意圖；
16.圖2為本發明實施例中濾波邏輯模塊的結構示意圖；
17.圖3為本發明實施例中濾波邏輯模塊減小跳變影響的效果示意圖；
18.圖4為本發明實施例提供的一種dcs控制系統中的濾波器的控制方法的流程示意圖。
具體實施方式
19.為使本發明的上述目的、特征和優點能夠更為明顯易懂，下面結合附圖對本發明的具體實施例做詳細的說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
20.現有技術中為剔除這種非故障情況下的測量壞點，通常采用加入延時模塊的方式減小跳變影響。圖1示出了采用延時模塊減小跳變影響的效果示意圖。
21.當使用該模塊時，下側曲線為實際模擬量信號，上側曲線為經過延時模塊處理過的模擬量信號。如圖1所示，實際模擬量信號發生突變時，即下側曲線的a、b、c、d、e標識出的突降，在上側曲線相應位置也存在向下的小突降，即上側曲線的1、2、3、4、5標識出的圖像。因此，現有的延時模塊有一定效果，但不能讓曲線平滑，曲線依然存在向下的小突降。由于依然存在上述突降波動，影響自動調節，或引起保護動作。本發明實施例提供的濾波器，可以使曲線平滑，實現完全濾波，避免擾動。
22.本發明實施例提供了一種dcs控制系統中的濾波器，包括濾波邏輯模塊。該濾波器可以運用在測量值實際波動較小的偶發波動測量邏輯回路，用于實現對偶發波動過濾，濾波效果良好，測量數據曲線平滑。
23.該濾波邏輯模塊包括第一延時讀取子模塊、第二延時讀取子模塊、切換子模塊、比
較子模塊、延時關閉子模塊及數據輸出子模塊。
24.其中，第一延時讀取子模塊用于讀取與當前時刻間隔第一預設時長的第一歷史測量值；第二延時讀取子模塊用于讀取與上述當前時刻間隔第二預設時長的第二歷史測量值。在該濾波邏輯模塊中可以存儲有歷史時刻的歷史測量值，也可以在其他存儲設備中存儲上述歷史測量值，由濾波邏輯模塊根據需要進行讀取。
25.比較子模塊用于判斷第一歷史測量值與當前時刻的實測值的差值是否大于跳變閾值，在差值大于跳變閾值的情況下觸發切換子模塊執行切換模式。在與上述當前時刻間隔第一預設時長的歷史時刻，其對應的第一歷史測量值，用于作為判斷當前時刻的實測值是否發生了跳變的比較基礎。由于本實施例針對的是測量值實際波動較小的測量場景，正常情況下不存在較大跳變，而由于傳輸不穩定等原因會導致出現較大跳變，因此可以基于實際測量場景的測量值的波動范圍確定該跳變閾值，該跳變閾值大于測量值的正常波動范圍且小于跳變范圍，從而有效區分是否出現測量值跳變。該第一預設時長可以是一個或者數個實測值的采樣周期，以得到該歷史時刻的歷史測量值。示例性地，該第一預設時長等于實測值的采樣周期。
26.切換子模塊用于執行正常模式或切換模式；在正常模式下，切換子模塊用于將實測值發送至數據輸出子模塊，在被觸發執行切換模式后，切換子模塊用于將第二歷史測量值發送至數據輸出子模塊。與上述當前時刻間隔第二預設時長的歷史時刻，該第二預設時長大于或等于上述第一預設時長，其歷史測量值還未出現跳變，以該歷史測量值替代當前時刻的實測值。通過近值替代，實現有效濾波。
27.延時關閉子模塊用于在切換子模塊執行切換模式持續第三預設時長后，觸發切換子模塊執行正常模式。考慮到測量值跳變會持續一定時長，在該時長內切換子模塊需要持續執行切換模式，即輸出上述第二歷史測量值，而且在該持續時長后需要恢復至正常模式運行，避免由于采用近值替代導致后續保護邏輯失效。因此，該第三預設時長可以大于跳變持續平均時長，且不宜過大，從而兼顧避開跳變值的濾波效果以及在實際發生故障的情況下降低保護延時。可以理解的是，上述保護延時為上述第二預設時長或第三預設時長，具體可以是兩者中較小的時長。
28.數據輸出子模塊用于輸出實測值或第二歷史測量值。
29.本發明實施例提供的dcs控制系統中的濾波器，采用歷史測量值與當前時刻的實測值進行比較確定是否出現突變，在確定出現突變的情況下執行切換模式以歷史測量值替代實測值輸出，在持續一定時長后恢復至正常模式以輸出實測值，從而實現對偶發波動過濾，濾波效果良好，有效剔除測量突變值的影響，且依然具有基于實測值的保護機制。
30.示例性地，比較子模塊包括減法單元、絕對值單元及比較單元；該減法單元用于計算實測值與第一歷史測量值的差值；該絕對值單元用于計算差值的絕對值；該比較單元用于比較絕對值與跳變閾值，在絕對值大于跳變閾值的情況下觸發切換子模塊執行切換模式。
31.示例性地，濾波器的數據輸入端與第一延時讀取子模塊、第二延時讀取子模塊、比較子模塊、切換子模塊分別連接，測量得到的實測值分別輸入第一延時讀取子模塊、第二延時讀取子模塊、比較子模塊。第一延時讀取子模塊、比較子模塊、延時關閉子模塊依次連接，延時關閉子模塊與切換子模塊連接；第一延時讀取子模塊與切換子模塊連接；切換子模塊
與數據輸出子模塊連接。
32.圖2示出了本發明實施例中濾波邏輯模塊的結構示意圖。其中示出了，模擬量數值分別輸入第一延時讀取子模塊、第二延時讀取子模塊、比較子模塊及切換子模塊。該比較子模塊包括依次連接的減法單元、絕對值單元及比較單元，該比較單元與延時關閉子模塊連接。延時關閉子模塊、第二延時讀取子模塊均與切換子模塊連接。
33.在本發明實施例中新建濾波邏輯模塊，替換原有延時模塊。該新建邏輯塊使用條件為，在正常運行工況下模擬量值波動較小，歷史曲線較為平滑，無驟減驟增情況。
34.濾波邏輯模塊功能：可以將較短時間內的非正常干擾值剔除，使該時間段內的測量數值極度接近真實值。
35.例如，測量值前后變化幅度較小，且故障時間段較短(一般1秒左右)，且故障頻率不高(故障最小間隔10分鐘以上)，故取該值故障前3-5秒的測量值來代替故障時刻的測量值，基本無變化。
36.延時讀取邏輯塊實時讀取要濾波的模擬量參數3秒前測量值，發送至模擬量切換邏輯塊，該模擬量切換邏輯塊實現切換實測值或3秒前測量值送模擬量采集塊。該切換條件為：實測值減去一個采樣周期前的測量值(通常采樣周期為0.4秒或0.8秒)的差值的絕對值大于某閾值，則認為該實測值發生跳變故障，那么觸發切換條件，輸出該3秒前測量值。切換2秒鐘后恢復(一般跳變時間在1秒內，2秒可以保證避開跳變值)。
37.且上述設計依然保持了設備的保護機制，一旦設備確實發生故障，測量值實際突變發生變化，那么該設計會在3-5秒延時后保護動作，對設備影響較小。
38.上述時長及比較值均可以根據實際工況及取樣點性質不同靈活選用其他設定值。
39.圖3示出了本發明實施例中濾波邏輯模塊減小跳變影響的效果示意圖。圖3中下側曲線為實際模擬量信號，上側曲線為經過濾波邏輯模塊處理過的模擬量信號。如圖3所示，實際模擬量信號發生突變時，即下側曲線的a、b、c、d、e標識出的突降，在上側曲線相應位置無突變，經過處理后的數值曲線平滑，濾波效果良好，不影響之后的保護及計算邏輯。
40.圖4為本發明實施例提供的一種dcs控制系統中的濾波器的控制方法的流程示意圖，應用于上述濾波器，該方法包括以下步驟：
41.s402，獲取當前時刻的實測值以及當前時刻的第一預設時長之前的第一歷史測量值。
42.s404，判斷實測值與第一歷史測量值的差值是否大于跳變閾值；若是，則執行s406；若否，則執行s408。
43.s406，執行切換模式以輸出當前時刻的第二預設時長之前的第二歷史測量值。
44.s408，執行正常模式以輸出當前時刻的實測值。
45.進一步，上述方法還可以包括以下步驟：在執行切換模式持續第三預設時長后，重新執行正常模式。
46.本發明實施例提供的dcs控制系統中的濾波器的控制方法與前述的dcs控制系統中的濾波器的控制邏輯類似，在此不再贅述。
47.當然，本領域技術人員可以理解實現上述實施例方法中的全部或部分流程，是可以通過計算機程度來指令控制裝置來完成，所述的程序可存儲于一計算機可讀取的存儲介質中，所述程序在執行時可包括如上述各方法實施例的流程，其中所述的存儲介質可為存
儲器、磁盤、光盤等。
48.在本文中，諸如第一和第二等之類的關系術語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關系或者順序。而且，術語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設備中還存在另外的相同要素。
49.本說明書中各個實施例采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。
50.對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。
技術特征：
1.一種dcs控制系統中的濾波器，其特征在于，包括濾波邏輯模塊，所述濾波邏輯模塊包括第一延時讀取子模塊、第二延時讀取子模塊、切換子模塊、比較子模塊、延時關閉子模塊及數據輸出子模塊；所述第一延時讀取子模塊用于讀取與當前時刻間隔第一預設時長的第一歷史測量值；所述第二延時讀取子模塊用于讀取與所述當前時刻間隔第二預設時長的第二歷史測量值；所述比較子模塊用于判斷所述第一歷史測量值與所述當前時刻的實測值的差值是否大于跳變閾值，在所述差值大于所述跳變閾值的情況下觸發所述切換子模塊執行切換模式；所述切換子模塊用于執行正常模式或切換模式；在正常模式下，所述切換子模塊用于將所述實測值發送至所述數據輸出子模塊，在被觸發執行切換模式后，所述切換子模塊用于將所述第二歷史測量值發送至所述數據輸出子模塊；所述延時關閉子模塊用于在所述切換子模塊執行切換模式持續第三預設時長后，觸發所述切換子模塊執行正常模式；所述數據輸出子模塊用于輸出所述實測值或所述第二歷史測量值。2.根據權利要求1所述的濾波器，其特征在于，所述比較子模塊包括減法單元、絕對值單元及比較單元；所述減法單元用于計算所述實測值與所述第一歷史測量值的差值；所述絕對值單元用于計算所述差值的絕對值；所述比較單元用于比較所述絕對值與所述跳變閾值，在所述絕對值大于所述跳變閾值的情況下觸發所述切換子模塊執行切換模式。3.根據權利要求1所述的濾波器，其特征在于，所述濾波器的數據輸入端與所述第一延時讀取子模塊、所述第二延時讀取子模塊、所述比較子模塊、所述切換子模塊分別連接；所述第一延時讀取子模塊、所述比較子模塊、所述延時關閉子模塊依次連接，所述延時關閉子模塊與所述切換子模塊連接；所述第一延時讀取子模塊與所述切換子模塊連接；所述切換子模塊與所述數據輸出子模塊連接。4.根據權利要求1所述的濾波器，其特征在于，所述第一預設時長等于所述實測值的采樣周期。5.根據權利要求1所述的濾波器，其特征在于，所述第二預設時長大于或等于所述第一預設時長。6.根據權利要求1所述的濾波器，其特征在于，所述第三預設時長大于跳變持續平均時長。7.一種dcs控制系統中的濾波器的控制方法，其特征在于，應用于權利要求1-6任一項所述的濾波器，所述方法包括：獲取當前時刻的實測值以及所述當前時刻的第一預設時長之前的第一歷史測量值；判斷所述實測值與所述第一歷史測量值的差值是否大于跳變閾值；若是，則執行切換模式以輸出所述當前時刻的第二預設時長之前的第二歷史測量值；若否，則執行正常模式以輸出所述當前時刻的實測值。
8.根據權利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法還包括：在執行所述切換模式持續第三預設時長后，重新執行正常模式。9.根據權利要求7所述的方法，其特征在于，所述第一預設時長等于所述實測值的采樣周期，或，所述第二預設時長大于或等于所述第一預設時長，或，所述第三預設時長大于跳變持續平均時長。10.一種dcs控制系統，其特征在于，包括權利要求1-6任一項所述的濾波器。
技術總結
本發明提供一種DCS控制系統中的濾波器、控制方法及DCS控制系統，采用歷史測量值與當前時刻的實測值進行比較確定是否出現突變，在確定出現突變的情況下執行切換模式以歷史測量值替代實測值輸出，在持續一定時長后恢復至正常模式以輸出實測值，從而實現對偶發波動過濾，濾波效果良好，有效剔除測量突變值的影響，且依然具有基于實測值的保護機制。且依然具有基于實測值的保護機制。且依然具有基于實測值的保護機制。
