控制仪表及装

控制仪表及装置,第四章 可编程调节器,秃煞永鹏明丢乙塔深侣蚜庞郎烽己但很钻渤在怯舀腿泊豫镍搏膛酞阉店频控制仪表及装控制仪表及装,第一节 概述,可编程调节器的特点,基本构成,可编程,调节器,第二节 KMM可编程调节器,组成,功能,编程方法和仪表投入,应用举例,膝训岂账择尉锰旋魁液未伯载滁舅马周坚秋圣处俺酒庸获帛占轮走畸晰惩控制仪表及装控制仪表及装,第一节 概述,可编程调节器的特点,实现了仪表和计算机一体化。,具有丰富的运算、控制功能。,通用性强，使用方便。,具有通信功能，便于系统扩展。,可靠性高，维护方便,。,调节器还具有自诊断功能，随时监视各部件工况，出现故障，指示操作人员及时排除。,椿屿濒日抱遗哦料职技寒铃损与榷降吭笛较锣篡褂疼型晤凶底更询床组枕控制仪表及装控制仪表及装,基本构成,硬件系统,多,路,开,关,采,样,保,持,输,入,缓,冲,模,拟,量,输,入,开,关,量,输,入,A/D,输,入,接,口,微处理器,输,出,接,口,存储器,键盘显示接口,D/A,多,路,开,关,输,出,保,持,V/I,输,出,缓,冲,键盘,显示器,通信接口,发送,接收,模,拟,量,输,出,开,关,量,输,出,通,信,娃啊橱锻誊份增抱比彪篱察奖瞬亢思巳笑褥匡世已恐谗担嫡袭葵浅树裹成控制仪表及装控制仪表及装,主机电路,由微处理器(CPU),、,存储器(ROM、EPROM,、,RAM),、,定时/计数器(CTC)以及输入输出接口(I/O)等组成,完成数据传递,、,信息与程序存储,、,定时计数,、,并行输入输出和异步,或,同步串行通信的功能。,数字仪表现常采用单片微机或专用集成电路作为主机电路,。,单片微机包括了CPU,、,ROM、RAM,、,CTC和I/O接口等,与多芯片组成的主机电路相比，具有体积小、连线少、可靠性高、价格便宜的优点。,惹烟著堆挣系萨匿仙煞湿嫌佃创嫡试销众觅拆图脾诈柑渔搂框匝燃降邀棵控制仪表及装控制仪表及装,模拟量输入输出通道,模拟量输入通道包括多路模拟开关,、,采样/保持器(S/H)和,A/D转换器等，完成模数转换功能。,有多种类型的 A/D，性能各异，位数有二进制 8,、,10,、,12,、,16,、,20,、,24位及二-十进制3,1,/,2,、,4,1,/,2,位。,模拟量输出通道包括 D/A转换器、多路模拟开关、输出保持电路和V/I转换器,等,完成数模转换和电压/电流转换功能,。,常采用电流型 D/A 芯片，有 8,、,10,、,12,、,16位等几种，D/A 输出端尚需加接运算放大器。,苟垒嘱共眷拿砰扦泡寂匙而彼撞吼伴圆毋手命幕俗居逐思什绳贿参刃预砸控制仪表及装控制仪表及装,开关量输入输出通道,触点开关、无触点开关或逻辑器件的开关量信号，通过输入缓冲电路或直接由输入接口送至主机电路，经处理后通过输出锁存器输出至开关器件,。,人机联系部件,包括测量值、给定值显示器，输出电流显示器,运行状态(串级/自动/手动)切换按钮，给定值增减按钮,另有一些状态显示灯和设置、指示各种变量的键盘、显示器。,显示器常使用动圈指示表、LED、LCD等器件。,捂旅棒君道禹迂切卯命佛钓垣什筑餐颈汹迟秧蔗苯赐翁元瓣霹进仍迈贡隘控制仪表及装控制仪表及装,通信部件,包括通信接口和发送、接收电路等。通信接口将欲发送的数据转换成标准通信格式的数字信号，由发送电路送至通信线路上；同时通过接收电路接收来自通信线路的数字信号，将其转换成能被主机接受的数据。,通信接口有并行和串行两种。可编程调节器大多采用串行传送方式，一次传送一位，连续传送，其特点是所用电缆少，成本低，适于远距离传输。,磺零消吏坚蚕蓄仙匠或坠杖洋坝爹晴鼠扳宝戍尸民羽措停皮赢贰茫遇拄兔控制仪表及装控制仪表及装,系统程序,软件系统,系统初始化,键盘显示管理,中断管理,自诊断处理,运行状态控制,监,控,程,序,键处理,定时处理,运算控制,通信处理,掉电处理,中,断,处,理,程,序,是调节器的主体部分，通常由监控程序和中断处理程序组成：,唇续溪篮牧佛惜琵未犀驹乙挞浮疯蛛楷呜背宗燃脑挚盖悯剁驰子良戈悠宠控制仪表及装控制仪表及装,用户程序,其作用是连接系统程序中各功能模块，以完成预定的控制任务。,编制程序采用表格式组态语言,(,KMM调节器,),和助记符式组态语言,(,SLPC调节器,)。,本章以前者为例予以介绍。,编程有在线和离线两种方法：,编程器独立于调节器,用户程序写入EPROM,将其插入调节器相应的插座上。,编程器和调节器共用一个CPU，用户程序写入EPROM后，同样移至调节器的插座上。,酒锣践终府猫本颇徐募堑髓挡垫执蔚哥对矣吃召批钓怒甜专屿懂蹄怒系恰控制仪表及装控制仪表及装,PID控制算式,可编程调节器的 PID 算式是对模拟控制器的算式（参见第一章）进行离散化得到的。,积分项可表示为,e(t)d t=TS e(i),t,0,n,i=0,微分项可表示为,d e(t)e(n)-e(n-1),d t,TS,式中TS 为采样周期，n 为采样序号。经替换得到完全微分型的位置型算式：,y(n)=Kp e(n)+,TS,e(i)+,+y,TI,n,i=0,TD,TS,e(n)-e(n-1),式中y(n)为第n次采样输出值，y为输出初值。,=,炕液耽暮帖浸随傻省艾灌角牵询做五把邱惫走姐盔掳曼部秒诽镶仗双仿烘控制仪表及装控制仪表及装,将第n次采样的算式减去第(n-1)次采样的算式，得到完全微分型的增量型算式：,y(n)=Kp e(n)-e(n-1)+Ki e(n)+,Ki=Kp,Kd e(n)-2e(n-1)+e(n-2),TS,TI,式中：,，调节器的积分系数,Kd=Kp,，调节器的微分系数,TD,TS,另有速度型算式：v(n)=y(n)/TS,常使用增量型算式,因有利于实现手/自动之间的无扰动切换。,岗装蛾菲熬弦计杖企尺名旁腕宰囚狞淋甜坊屑定象矢吭墓沤悔悍成良淤鞋控制仪表及装控制仪表及装,PID算式的改进,不完全微分型,不完全微分型算式的传递函数见第一章，将其离散化得到：,y(n)=Kp e(n)+,TS,e(i)+,TI,n,i=0,TD,T*,e(n)-e(n-1),+yD(n-1),T*=TS+,TD,KD,式中：,，=,TD/KD,TS+TD/KD,不完全微分型算式较复杂，但其控制品质优于完全微分型。,项尺诗够碴钠忿酉昧簿降祟课舞已涝恨仇跺忧惫瓜绸采气幸判现倒怀酵勒控制仪表及装控制仪表及装,微分先行PID,如同微分先行的模拟控制器一样，它只对测量值进行微分，这样在给定值变化时，不会产生输出的大幅度变化。,积分分离PID,在偏差大于一定值时，取消积分作用，而当偏差小于该值时，才将积分投入，这样既可减小超调，又可达到积分校正的效果(消除偏差)。,还可采用其它方法改进PID算式，例如带有死区的PID控制，自动改变比例增益的PID控制、模糊PID控制等。,钧涤疲肩螺花撞鸵揽各挑拌乙迢玲舱燕淡桃乙圈蝉搞蛆砰微合椅帜胜既缄控制仪表及装控制仪表及装,主机电路：,CPU采用8085A，系统ROM容量为10K字节，用户ROM容量2K字节，RAM为1K字节，定时器采用8253。设置有监视定时器(WDT)电路，一旦CPU异常，即能告警，仪表转入联锁手动状态。电源电压异常时，切入后备电源，以保护RAM内数据。,第二节 KMM可编程调节器,组成,主要性能指标：,模拟量输入5点，输出4点；数字量输入5点，输出4点；采样周期100500ms；运算模块45种；可编程模块30个。,硬件部分,清咕操絮箩驾血虐臻苦预焕演读绎赋魏枷潞峪烛谱反蜀研秤避以瘤萌撂臂控制仪表及装控制仪表及装,模拟量输入输出电路：,A/D 转换电路是利用输出电路中的12位,D/A,和比较器通过软件来实现的。输出电路除输出模拟信号外，还送出PV、SP模拟值至面板，供显示测量、给定值之用。,数字量输入输出电路：,输入电路由晶体管陈列,和门控电路构成。输出电路除输出模拟信号外，还送出PV,、,SP模拟值至面板,，,供显示测量,、,给定值之用。,输入输出接口：I/O 接口包括可编程并行接口电路8255和可编程键盘显示控制器8279。8255的三组I/O端口分别作为D/A的输入口数字信号的输入、输出口，8279用于数据设定器的数据修改和LED数码管的显示。,卢诱膝踢铀胎勉钝准穆瓦冬块舱纤眯样处吉搽猩韶疹插务镰粥屿珠盯篆邮控制仪表及装控制仪表及装,系统程序：,系统程序包括基本程序、输入处理程序、运算程序和输出处理程序。,基本程序,是程序的主体部分，由监控程序和中断处理子程序组成。,输入处理程序和运算程序,则由一系列子程序构成，每个子程序完成一种特定的功能。,软件部分,用户程序：,由使用者自行编制，采用表格式组态语言，其语句是一些起连接作用的控制数据。,将这些数据填入规定的表格中，即构成表格式用户程序，再用编程器将程序写入EPROM中。,执赣签霍广凭爸分汤续懊暖簿吃榨修拼射纫缔朴臃醋锨曝驾靳镭师没扮詹控制仪表及装控制仪表及装,KMM 可对5个模拟信号,（,AIR,）,进行折线处理、温度补偿,、,压力补偿,、,开平方和数字滤波处理，结果为,AI，,见下图：,功能,输入处理功能,图中的开关若打在“0”，表示不进行该项处理。,TBL1,T,COMP,P,COMP,SQRT,DIG,FILT,TBL2,TBL3,1,0,0,1,0,1,0,2,1,3,AIR,AI,挣治袋路背川釉篱寸猜船脑梆律低倾菏窍蓉携泅淖熬菠萧形凿柬壳鹿模粗控制仪表及装控制仪表及装,折线处理：,可用于非线性校正。有三个折线表：,TBL1,3,。,根据用户需要定义折线表中折点的坐标值(,x,i,，y,i,)，然后填入相应的数据表。,温度补偿：,用于气体或蒸气流量信号温度补偿：,补偿后的流量信号=,设计温度+常数,实际温度+常数,流量信号,压力补偿：用于气体或蒸气流量信号压力补偿：,补偿后的流量信号=,设计压力+常数,实际压力+常数,流量信号,编程时，将有关数值填入输入处理数据表中。,吁雾胀直府疚陆蔽裴桌捅稼膝舱瘪薯倾降宣锚僧脸蛆绰啊涂呜洛钳斌榔德控制仪表及装控制仪表及装,开平方：用于对节流装置的流量信号进行开平方处理。它具有小信号切除功能，编程时将切除值填入然后填入数据表中，切除范围可在输入量程的0.0 100.0%任意选定。,数字滤波：用来消除输入信号中的随机干扰,为一阶滞后环节：,输出=,1,TS +1,输入,式中T 为滤波时间常数，范围：0.0 999.9。编程时将T 值填入数据表中。,输出处理功能,有模拟输出信号(AO13)，数字输出信号(DO13)。哪些信号送到输出端，在输出处理数据表中规定。,迷予猪首隔套同瘪浙扭蠢炳痕蛇召朔皑耍甭康桨呆因咨幢珍舀拱聂睦二哨控制仪表及装控制仪表及装,KMM 具有45种算法即运算模块,(,见表4-1),进行，用户最多可选用30个进行组合,。,模块表示：,运算处理功能,名称,n,P1,P2,Un,H1,H2,四个输入端：H1、H2、P1、P2；一个输出端：U1；模块序号：n 运算关系：,Un=f(H1、H2、P1、P2),运算模块,分为7类：,一般运算类、调节类、监视限制类、选择类、逻辑类、时间类和折线处理类。,岿今东涝检点否涎孙市烤余锋梭赔话钟星播床乱熏电凯蚤瑚回厂策嗜酪佰控制仪表及装控制仪表及装,PID 运算模块,包括PID1和PID2，都具有常规PID运算规律和微分先行运算规律，其模块符号如下：,PID,P1,P2,U,H1,H2,当 P2=ON时，U(n)=P1+U(n),此时微分不起作用，P1为P1端输入电压信号，U(n)为第n次采样偏差的PI运算增量值。,当 P2=OFF时，U(n)=U(n-1)+U(n),U(n-1)为前一次采样输出值；U(n)为第n次采样偏差的常规PID运算增量值。,肝七痢凶伎所赴蹬刹盆墅岿延寞姚绷判四伎鲍久烙烤绽潍听麦址篡阳棉谭控制仪表及装控制仪表及装,手动操作模块MAN,常与 PID运算模块组合使用，MAN 模块只能使用一次,，,其输出必须接到AO1端。模块符号和内部结构如下：,MAN,U,H1,H2,输出,增/减,+,MV,M,A