工业自动化仪表及过程控制之数字调节器25295.pptx

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1、工业自动化仪表及过程控制工业自动化仪表及过程控制(5-2)Industrial Automation Instrumentations and Process Control数字控制算法数字调节器:数字式控制仪表。数字调节的优点:运算、控制功能丰富;具有数字通信功能;可靠性好,使用维护方便数字调节器主要输入输出量输出值:VM(MV:Manipulated Variable)设定值:VS(SV:Setpoint variable)测量值:VP(PV:Process Variable)e=VS-VP 若:x(t)=e,y(t)=VMy(t)=f(x(t)数字系统的离散信号x0,x1,x2.,xny

2、0,y1,y2.,yn也记做:x(0),x(1),x(2),x(n)y(0),y(1),y(2),y(n)数字PID算法(Digital PID Algorithm)基本PID离散表达式位置式PID算法位置式数字PID算法的原理增量式数字PID算法节省内存空间和运算时间减少累计误差误差动作影响小增量式PID算法原理算法框图位置式PID算法框图PID程序获得方法三种常用PID程序编程语言性能对照功能开发时间通用性价格针对性调试汇编语言一般长差低强难高级语言强中中中强中组态软件很强短好高一般易不完全微分的PID算法 由于理想的微分动作对高频干扰过于敏感,不能使用,为抑制干扰的影响,数字调节器仿效模

3、拟调节器,将理想的微分改为不完全微分,也称为有限制的微分不完全微分的PID算法易引起振荡易引起振荡和超调和超调冲击小,冲击小,系统稳定系统稳定不完全微分PID结构框图采样周期(Sample Time)Ts的选择采样定理系统动态指标对象动态特性干扰信号的频谱控制回路数计算精度常见被调量的经验采样周期数字 PID 控制的改进算法充分应用计算机控制软件算法实现方便的优点,在基本PID的基础上,对其算法进行各种改进,使其达到更好的控制效果。常见的改进算法有:积分分离PID微分先行PID抗积分饱和PID带死区PID消除积分不灵敏PID混合过程PID采样PID批量PID等变形的PID算法(Advanced

4、 PID Control)微分先行算法微分先行算法比例先行算法比例先行算法微分先行PID算法混合PID算法需要将几种中间产品按一定比例混合后作为最终产品。混合PID控制可以保证累计流量的控制。数字PID调节器(Digital PID Controller)数字调节器例DCS/DDC/SCADA/FCS系统中控室:仪表盘和控制台过程控制实验台单回路可编程调节器特点:与模拟仪表兼容控制运算功能丰富组成结构:微处理器、内存输入输出通道串口、编程接口显示表头调整键盘、操作键SLPC可编程控制器SLPC可编程控制器YS170 YS170(回路/趋势/报警/调整画面)单回路可编程控制器功能框图单回路可编程

5、控制器组成:主机 CPU通常采用8位微处理器,通过内部总线与接口和其他部件相连,ROM存放系统软件;EPROM存放用户程序;RAM存放输入数据、显示数据、运算中间值和运算结果等.单回路可编程控制器组成:I/O 输入通道:模拟量通道信号一般为15V的直流电压输入信号;(X1-X5);开关量通道通常采用光电耦合器件进行信号隔离传输;(DI01-06).输出通道:模拟量输出分别为15V或420mA的直流信号,(Y1-Y3);开关量输出通道一般采用光电耦合器件进行隔离传输,(DO01-06).单回路可编程控制器组成:接口 人机接口:正面设置了测量值、给定值和输出值显示表;自动/串级/手动切换按钮;给定

6、值增减按钮;手动操作按钮和状态显示灯。侧面板上有设置和指示各种数据的键盘、显示器等。通信接口:数字信号由驱动电路送出(串/并行)。单回路可编程调节器功能示意图例:YS80 SLPCSLPC单回路可编程调节器模拟输入:1-5V 5路模拟输出:1-5V 2路,4-20mA 1路数字输入输出:6点比例度:6.3%-999.9%积分时间:1-9999s微分时间:1-9999s控制功能:基本控制,串级控制,选择控制控制算法:标准PID,采样PID,批量PID控制器工作节拍循环扫描工作方式,由内部定时器和计数器控制。每个定时脉冲10ms,每次循环20个脉冲。每200ms完成一次循环。(图2-33)可编程调

7、节器程序例SLPC用户程序例1:把两个变量的值相加后输出。LD X1 LD X2 +ST Y1 END 注意:用户程序最多可以有用户程序最多可以有99步指令步指令可编程调节器程序例例2:状态量运算 LD DI1 LD DI2 OR ST DO3 END 例3:最简单控制运算 LD X1 BSC ST Y1 END PV基本控制:基本PID运算MV运算寄存器工作原理LD X1LD X2+ST Y1END 五个运算寄存器S1-S5:组成的先入后出堆栈SLPC数据结构16位二进制数组成;1位符号位:1/0(+/-)3位整数位:000111(0 7)12位小数位:2-12 1-2 12 (2.4410

8、-4 0.9998)内部数据范围:-7.999+7.999 (1111111111111110111111111111111)其中:0.0001.000对应420mA注意:数字量/模拟量/工程量的对应关系SLPC数据结构例例有数据如下:(3400h)符号位0:正数整数:011B3D小数:0.01B1/22=0.25D3400H3.25D运算模块SLPC的所有运算指令(表2-1)不同厂家的产品编程方法和指令会有很大的不同。学习时主要了解指令的表示方法和操作数的位置。例:一阶惯性运算模块LAGnLDX1 取输入值LDP1 取时间常数LAG1一阶惯性运算STY1 结果输出例:程序设定模块PGM1LD

9、p93 取起始值LDDi1 取启动信号LD Di2 取复位信号PGM1 程序输出运算STA1 结果输出 KMM单回路可编程控制器CPU:8位位采样周期:采样周期:100-500msAI:5路路AO:4路路DI:5点点DO:4点点控制运算模块:控制运算模块:45个个表格式组态语言表格式组态语言 KMM单回路可编程控制器控制数据结构例:例:F003:PID数据数据01:PID105:比例度比例度1000:100.0%SLPC内部寄存器SLPC内部寄存器(16+1=17种)运算寄存器:S1-S5模拟输入寄存器:X1-X5模拟输出寄存器:Y1-Y3开关量输入寄存器:Di1-Di6开关量输出寄存器:Do

10、1-Do6参阅P.92SLPC控制模块及编程典型控制组态程序典型控制组态程序LDX1BSCLDY2SLPC控制模块基本控制模块:BSC串级控制模块:CSC选择控制模块:SSCBSC SLPC控制模块的功能扩展寄存器大部分程序可访问大部分有默认值提供外给、补偿、切换、报警等功能例:FL11:A/M切换,FL11=1:A,FL11=0:MB1:PID比例度参数A4:输出补偿,控制输出MVA4FL1:输入上限报警,若eB6,则FL1=1B6:报警上限设定值 SLPC应用实例缓冲容器选择控制系统 SLPC应用实例缓冲容器选择控制系统SPRG Programmer第2章 调节器练习增量式PID运算具有许

11、多优点,但使用时必须具有下列哪项条件?a.不等周期采样场合 b.执行器须带有积分或累加功能 c.需要无扰动切换的场合 e.偏差较小的系统答:b第2章 调节器练习已知数字积分运算:积分时间Ti=0.1s,采样周期T=0.2s,输入采样值x(0)=2,x(1)=2,x(2)=1,x(3)=1,求k=3时刻的数字积分运算结果。第2章 调节器练习已知数字积分运算:积分时间Ti=0.1s,采样周期T=0.2s,输入采样值x(0)=2,x(1)=2,x(2)=1,x(3)=1,求k=3时刻的数字积分运算结果。解:Y(3)=(0.2/0.1)(2+2+1+1)=12第2章 调节器练习SLPC可编程调节器的主要外部连接特征包括下列哪几项:A:模拟量输入/输出B:开关(状态)量输入/输出C:双向串行数据接口D:SPRG编程器接口第2章 调节器练习SLPC可编程调节器的主要外部连接特征包括下列哪几项:A:模拟量输入/输出B:开关(状态)量输入/输出C:双向串行数据接口D:SPRG编程器接口答:ABCD第2章 调节器 小结重点掌握PID调节规律的原理及其应用;基本理解PID模拟电路的结构原理;理解数字PID算法基本表达式及其原理;初步了解工业现场常用模拟和数字调节器的基本结构及其应用。第2章 调节器 作业p116:2-1,2-4,2-8演讲完毕,谢谢观看!

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