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1、第3章过程控制仪表上本讲稿第一页，共五十二页本章要点本章要点1 1）熟悉调节器的功能要求，掌握基本调节规律的数学表示及其响应）熟悉调节器的功能要求，掌握基本调节规律的数学表示及其响应特性；特性；2 2）熟悉）熟悉 DDZ-DDZ-型调节器的基本构成、电路原理及其应用特点；型调节器的基本构成、电路原理及其应用特点；3 3）了解智能调节器的硬件和软件构成；）了解智能调节器的硬件和软件构成；4 4）掌握）掌握SLPCSLPC可编程控制器的硬件构成及工作原理；可编程控制器的硬件构成及工作原理；5 5）熟悉）熟悉SLPCSLPC可编程控制器的模块指令及编程方法；可编程控制器的模块指令及编程方法；6 6）
2、了解各类执行器的组成原理和使用特点，熟悉气动执行器的应用特点；）了解各类执行器的组成原理和使用特点，熟悉气动执行器的应用特点；7 7）了解电）了解电/气转换器与阀门定位器的工作原理气转换器与阀门定位器的工作原理8 8）熟悉智能式电动执行器的功能特点；）熟悉智能式电动执行器的功能特点；9 9）熟悉安全栅的基本类型及构成原理。）熟悉安全栅的基本类型及构成原理。本讲稿第二页，共五十二页3.1 过程控制仪表概述过程控制仪表概述 过程仪表的定义及作用过程仪表的定义及作用1 1 调节器的功能调节器的功能（1）偏差显示）偏差显示 调节器的输入电路接收测量信号和给定信号，两者相减后的偏差信号由偏差显示调节器的
3、输入电路接收测量信号和给定信号，两者相减后的偏差信号由偏差显示仪表显示其大小和正负。仪表显示其大小和正负。（2）输出显示）输出显示 调节器输出信号的大小由输出显示仪表显示，习惯上显示仪表也称阀位调节器输出信号的大小由输出显示仪表显示，习惯上显示仪表也称阀位表。阀位表不仅显示调节阀的开度，而且通过它还可以观察到控制系统受干表。阀位表不仅显示调节阀的开度，而且通过它还可以观察到控制系统受干扰影响后的调节过程。扰影响后的调节过程。（3）内、外给定的选择）内、外给定的选择 当调节器用于定值控制时，给定信号常由调节器内部提供，称为当调节器用于定值控制时，给定信号常由调节器内部提供，称为内给定内给定；而在
4、随；而在随动控制系统中，调节器的给定信号往往来自调节器的外部，则称为动控制系统中，调节器的给定信号往往来自调节器的外部，则称为外给定外给定。内、外给定。内、外给定信号由内、外给定开关进行选择或由软件实现。信号由内、外给定开关进行选择或由软件实现。本讲稿第三页，共五十二页（4）正、反作用的选择）正、反作用的选择 工程上，通常将调节器的输出随反馈输入的增大而增大时，称为工程上，通常将调节器的输出随反馈输入的增大而增大时，称为正作正作用调节器用调节器；而将调节器的输出随反馈输入的增大而减小时，称为；而将调节器的输出随反馈输入的增大而减小时，称为反作用调节反作用调节器器。（5）手动切换操作）手动切换操
5、作 在控制系统投入运行时，往往先进行手动操作改变调节器的输出，待系统基本稳定在控制系统投入运行时，往往先进行手动操作改变调节器的输出，待系统基本稳定后再切换到自动运行状态；当自动控制时的工况不正常或调节器失灵时，必须切换到后再切换到自动运行状态；当自动控制时的工况不正常或调节器失灵时，必须切换到手动状态以防止系统失控。通过调节器的手动手动状态以防止系统失控。通过调节器的手动/自动双向切换开关，可以对调节器进行自动双向切换开关，可以对调节器进行手动手动/自动切换，而在切换过程中，又希望切换操作不会给控制系统带来扰动，即要求自动切换，而在切换过程中，又希望切换操作不会给控制系统带来扰动，即要求无扰
6、动切换。无扰动切换。（6）其它功能）其它功能 如抗积分饱和、输出限幅、输入越限报警、偏差报警、软手动抗漂移、停电如抗积分饱和、输出限幅、输入越限报警、偏差报警、软手动抗漂移、停电对策等，所有这些附加功能都是为了进一步提高调节器的控制性能对策等，所有这些附加功能都是为了进一步提高调节器的控制性能 本讲稿第四页，共五十二页2 2 执行器的作用执行器的作用 执行器在过程控制中的作用是接受来自调节器的控制信号，改变其阀门开执行器在过程控制中的作用是接受来自调节器的控制信号，改变其阀门开度，从而达到控制介质流量的目的。执行器直接与控制介质接触，是过程控制度，从而达到控制介质流量的目的。执行器直接与控制介
7、质接触，是过程控制系统的最薄弱环节。系统的最薄弱环节。若执行器是采用电动式的，则无需电若执行器是采用电动式的，则无需电/气转换器；若执行器是采用气转换器；若执行器是采用气动式的，则电气动式的，则电/气转换器是必不可少的。气转换器是必不可少的。3 3 安全栅安全栅 安全栅是构成安全火花防爆系统的关键仪表，其作用一方面保证信号的安全栅是构成安全火花防爆系统的关键仪表，其作用一方面保证信号的正常传输；另一方面则控制流入危险场所的能量在爆炸性气体或爆炸性混合正常传输；另一方面则控制流入危险场所的能量在爆炸性气体或爆炸性混合物的点火能量以下，以确保过程控制系统的安全火花性能。物的点火能量以下，以确保过程
8、控制系统的安全火花性能。本讲稿第五页，共五十二页3.2 DDZ-DDZ-型模拟式调节器型模拟式调节器 3.2.2 DDZ-型基型调节器型基型调节器 模拟式控制器用模拟电路实现控制功能。其发展经历了模拟式控制器用模拟电路实现控制功能。其发展经历了型（用电子管）、型（用电子管）、型（用晶体管）和型（用晶体管）和型（用集成电路）。型（用集成电路）。本讲稿第六页，共五十二页2.2.根据过程特性选择控制器的控制规律根据过程特性选择控制器的控制规律 目目前前工工业业上上常常用用的的控控制制器器有有三三种种控控制制规规律律：比比例例、比比例例积积分分和和比比例例积积分分微微分分控制规律，分别简写为：控制规律
9、，分别简写为：P、PI、PD、PID。控制器控制规律的选择控制器控制规律的选择本讲稿第七页，共五十二页ey KPe t ty-y-控制器的输出控制器的输出;e-e-控制器的输入控制器的输入;K KP-P-比例增益，比例增益，比例控制的特点是有差调节比例控制的特点是有差调节比例控制器的阶跃响应特性比例控制器的阶跃响应特性比例控制的输出与输入的关系为比例控制的输出与输入的关系为yKP e通常习惯用比例度表示控制器的输入与输出之间的比例关系以及比例作用通常习惯用比例度表示控制器的输入与输出之间的比例关系以及比例作用的强弱。单元组合仪表比例度可表示为的强弱。单元组合仪表比例度可表示为 =1/K=1/K
10、P P100%100%越大，比例控制作用越弱，越大，比例控制作用越弱，越小，比例控制作用越强越小，比例控制作用越强。比例控制比例控制本讲稿第八页，共五十二页比例控制比例控制ISO/ISA 标准：标准：压力：压力：3 15 psi；电流：电流：4 20 mA；电压：电压：0 10 VDC理想状态的比例控制理想状态的比例控制（直线的斜率（直线的斜率=Kc）实际工作状态的比例控制实际工作状态的比例控制本讲稿第九页，共五十二页比例控制比例控制比例作用的强弱的表示比例作用的强弱的表示 比比例例度度与与放放大大倍倍数数Kp都都可可以以用用来来表表示示比比例例调调节节作作用用的的强强弱弱。只只不不过过放放大
11、大倍倍数数Kp越越大大，表表示示比比例例控控制制作作用用越越强强；而而越越大大，表表示示控控制制作用越弱。作用越弱。在在单单元元组组合合式式仪仪表表中中，控控制制器器和和变变送送器器的的输输出出信信号号都都是是统统一一的的标标准信号，则比例度准信号，则比例度与放大倍数与放大倍数Kp互为倒数关系，即互为倒数关系，即本讲稿第十页，共五十二页比比例例度度对对控控制制过过程程的的影影响响比例控制比例控制 对对于于比比例例控控制制系系统统来来说说，由由于于对对象象特特性性的的不不同同及及比比例例控控制制器器的的比比例例度度不不同同，得得到到的的过渡过程形式也不同。过渡过程形式也不同。总总之之，比比例例控
12、控制制特特性性比比较较简简单单，控控制制比比较较及及时时；一一旦旦有有偏偏差差出出现现，输输出出立立刻刻成成比比例例的的产产生生相相应应的的控控制制作作用用。偏偏差差越越大大，控控制制作作用用越越强强。所所以以说说比比例例控控制制特特性性是是最最基基本本的的调调节节特特性性，适适用用于于干干扰扰不不大大、被被控控对对象象滞滞后后较较小小,负负荷荷变变化化不不大大、控控制制精精度度要要求求不不高高的的场场合合。如如储储槽槽液液位位控控制制，压压缩缩机机储储气罐的压力等。气罐的压力等。本讲稿第十一页，共五十二页1.积分作用数学表达式为积分作用数学表达式为t te yT TI I-积分常数，表示积分
13、速度的快慢和积分常数，表示积分速度的快慢和积分作用的强弱。积分作用的强弱。积分调节器的输出不仅与偏差的大小有关，还与偏差存在的时间长短有积分调节器的输出不仅与偏差的大小有关，还与偏差存在的时间长短有关。只要偏差存在，控制器输出就会变化，控制机构就要动作；只有当关。只要偏差存在，控制器输出就会变化，控制机构就要动作；只有当偏差消除时（即偏差消除时（即e e0 0），输出信号才不再变化，调节机构停止动作，系统），输出信号才不再变化，调节机构停止动作，系统达到稳定状态。达到稳定状态。积分控制的特点是无差调节积分控制的特点是无差调节积分控制积分控制积分控制器的阶跃响应特性积分控制器的阶跃响应特性本讲稿
14、第十二页，共五十二页积分控制积分控制2.比例积分控制（比例积分控制（PI调节）特性与积分时间调节）特性与积分时间 由由于于积积分分控控制制器器的的输输出出变变化化速速度度与与偏偏差差e及及KI成成正正比比，而而其其控控制制作作用用是是随随着着时时间间的的积积累累才才逐逐渐渐增增强强的的，所所以以控控制制动动作作缓缓慢慢（响响应应慢慢），控控制制不不及及时时，当当被被控控对对象象惯惯性性较较大大时时，被被控控变变量量的的超超调调量量会较大，过渡过程时间也延长。会较大，过渡过程时间也延长。考考虑虑到到比比例例控控制制的的特特点点，即即输输出出信信号号与与输输入入偏偏差差成成比比例例、响响应应快快、
15、但但有有余余差差；而而积积分分控控制制虽虽然然作作用用慢慢，但但可可消消除除余余差差。因因此此，吸吸取取两两者者的的优优点点，常常常常将将比比例例和和积积分分两两种种控控制制特特性性组组合合起起来来，既既做做到到控控制制及及时时，又又能能消消除除余余差，已成为生产上常用的控制规律，用字母差，已成为生产上常用的控制规律，用字母PI表示，也称为表示，也称为PI调节特性。调节特性。本讲稿第十三页，共五十二页积分控制积分控制 积积分分时时间间越越短短，积积分分速速度度越越大大，积积分分作作用用越越强强；反反之之，积积分分时时间间越越长长，积积分分速速度度越越小小，积积分分作作用用越越弱弱。若若积积分分
16、时时间间为为无无穷穷大大，则则失失去去积积分分作作用用，就就成成为为纯比例的控制器了。纯比例的控制器了。积积分分时时间间对对过过渡渡过过程程的的影影响响具具有有两两重重性性。当当缩缩短短积积分分时时间间，加加强强积积分分作作用用时时：有有利利的的一一面面是是克克服服余余差差的的能能力力增增加加，不不利利的的一一面面是是使使过过程程振振荡荡加加剧剧，稳稳定定性性降降低。低。本讲稿第十四页，共五十二页1.1.比例积分控制规律比例积分控制规律比比例例积积分分控控制制器器适适用用的的场场合合：控控制制通通道道滞滞后后较较小小、负负荷荷变变化化不不大大、工工艺艺参参数数不不允允许许有有余余差差的的系系统
17、统。例例如如流流量量、压压力力和和要要求求严严格格的的液液位位控控制系统。制系统。比例积分控制比例积分控制本讲稿第十五页，共五十二页微分控制微分控制 比比例例和和积积分分控控制制都都是是根根据据已已出出现现的的偏偏差差进进行行的的调调节节，对对于于滞滞后后大大、惯惯性性大大的的被被控控对对象象，常常常常希希望望能能够够根根据据被被控控变变量量变变化化的的快快慢慢来来控控制制。比比如如在在人人工工控控制制温温度度时时，当当看看到到温温度度上上升升很很快快，虽虽然然这这时时的的偏偏差差还还很很小小，但但是是估估计计很很快快就就会会有有很很大大的的偏偏差差。根根据据经经验验，为为了了防防止止温温度度
18、迅迅速速增增加加，就就预预先先过过分分的的改改变变冷冷却却阀阀门门的的开开度度降降温温，这这就就是是按照偏差的变化速度来进行控制。按照偏差的变化速度来进行控制。微微分分作作用用具具有有一一种种抓抓住住“苗苗头头”预预先先调调节节的的性性质质，这这是一种是一种“超前超前”性质。性质。本讲稿第十六页，共五十二页微分作用数学表达式为微分作用数学表达式为et0t0tt微分输出的大小与偏差变化速度及微分时间微分输出的大小与偏差变化速度及微分时间成正比。微分时间越成正比。微分时间越大，微分作用越强。大，微分作用越强。微分控制微分控制理想微分控制器的阶跃响应特性理想微分控制器的阶跃响应特性yy微分控制器的阶
19、跃响应特性微分控制器的阶跃响应特性本讲稿第十七页，共五十二页比例微分控制规律比例微分控制规律比比例例微微分分控控制制器器适适用用的的场场合合：控控制制通通道道的的时时间间常常数数或或容容量量滞滞后后较较大大的的场场合合，如如温温度度或或成成份份控控制制。对对于于纯纯滞滞后后较较大大，测测量量信信号号有有噪噪声声或周期性干扰的系统，则不宜采用微分控制。或周期性干扰的系统，则不宜采用微分控制。比例微分控制器的特点：比例微分控制器的特点：提高系统的稳定性，减少动态偏差。提高系统的稳定性，减少动态偏差。比例微分控制比例微分控制本讲稿第十八页，共五十二页比例积分微分控制器（比例积分微分控制器（PIDPI
20、D三作用控制器）三作用控制器）比比例例积积分分微微分分控控制制器器，它它在在比比例例控控制制的的基基础础上上引引入入积积分分，可可以以消消除除余余差差，再再加加入入微微分分作作用用，加加快快系系统统的的动动作作速速度度，减减少少调调节节时时间间，是是一一种种较较理理想想的的控控制制器器。适适用用于于控控制制通通道道的的时时间间常常数数或或容容量量滞滞后后较较大大，控控制制要要求求较高的场合。较高的场合。比例积分微分控制比例积分微分控制本讲稿第十九页，共五十二页PID控制控制反馈控制系统中的典型响应反馈控制系统中的典型响应在连续扰动下被控系统的响应在连续扰动下被控系统的响应。例如，扰动变量的阶跃
21、变化；例如，扰动变量的阶跃变化；y 0 本讲稿第二十页，共五十二页1-双针垂直指示器双针垂直指示器2-外给定指示灯外给定指示灯3-内给定设定轮内给定设定轮4-自动自动软手动软手动硬手动硬手动 切换开关切换开关5-硬手动操作杆硬手动操作杆6-输出指示器输出指示器7-软手动操作板键软手动操作板键本讲稿第二十一页，共五十二页1 DDZ-型仪表的特点及外形型仪表的特点及外形特点：特点：测量信号：测量信号：15V.DC；外给定信号：外给定信号：420mA.DC；内给定信号：内给定信号：15V.DC；测量与给定信号的指示精度：测量与给定信号的指示精度：1；输入阻抗影响：输入阻抗影响：满刻度的满刻度的0.1
22、；输出保持特性：输出保持特性：0.1（每小时）；（每小时）；输出信号：输出信号：420mA.DC；调节精度：调节精度：0.5；负载电阻：负载电阻：250750。本讲稿第二十二页，共五十二页DDZ-DDZ-基型调节器由控制单元和指示单元组成。控制单元包括输入电路、基型调节器由控制单元和指示单元组成。控制单元包括输入电路、PDPD与与PIPI电路、输出电路、软手动与硬手动操作电路；指示单元包括输入信号指示电路电路、输出电路、软手动与硬手动操作电路；指示单元包括输入信号指示电路和给定信号指示电路。和给定信号指示电路。全刻度指示调节器的构成框图 2 全刻度指示调节器的构成原理全刻度指示调节器的构成原理
23、 本讲稿第二十三页，共五十二页 全刻度指示调节器的线路实例全刻度指示调节器的线路实例本讲稿第二十四页，共五十二页输入电路的主要作用一是用来获得与输入信号输入电路的主要作用一是用来获得与输入信号Vi和给定信号和给定信号Vs之差成比例之差成比例的偏差信号；二是将偏差信号进行电平移动。的偏差信号；二是将偏差信号进行电平移动。求偏差求偏差 e：V01=-2(Vi Vs)1 输入电路输入电路本讲稿第二十五页，共五十二页ID 2、PD电路分析电路分析 本讲稿第二十六页，共五十二页 当当 S8 置置于于“断断”时时，微微分分被被切切除除，A2只只作作比比例例运运算算。有有 2、PD电路分析电路分析 本讲稿第
24、二十七页，共五十二页 3、PI电路分析电路分析 本讲稿第二十八页，共五十二页可以精确获得关系：可以精确获得关系：4 输出电路输出电路本讲稿第二十九页，共五十二页5 调节器的整机传递函数调节器的整机传递函数 输输入入电电路路、及及运运算算电电路路、输输出出电电路路的的传传递递函函数数皆皆已已获获得得，整整个调节器的结构框图个调节器的结构框图 整机传递函数可表示为整机传递函数可表示为:本讲稿第三十页，共五十二页6 手动操作电路及无扰切换手动操作电路及无扰切换通通过过切切换换开开关关S1可可以以选选择择自自动动调调节节“A”、软软手手动动操操作作“M”、硬手动操作、硬手动操作“H”三种控制方式。三种
25、控制方式。AM无冲击无冲击1)A、M间的切换间的切换S1从从A切换到切换到M时时：断开断开A3的输入的输入CM无放电回路无放电回路VO3保持不变保持不变本讲稿第三十一页，共五十二页S42闭合闭合-VM接入接入按按TI=100s的时间积分的时间积分 S41闭合闭合-VM接入接入按按TI=6s的时间积分的时间积分同理，同理，S43（或（或S44）闭合）闭合+VM接入接入反向积分反向积分 用这种手用这种手动操作来改变动操作来改变调节器输出，调节器输出，信号变化比较信号变化比较缓和，称为缓和，称为 “软手动软手动”。本讲稿第三十二页，共五十二页2)A、H间的切换间的切换vAH前，须先前，须先调调RPH
26、与当时的与当时的VO3一致，才能一致，才能做到无扰动切换。做到无扰动切换。MH也同样。也同样。本讲稿第三十三页，共五十二页3)M、HA间的切换间的切换 S1由由A切向切向M或或H时，联动开关同时将积分电容时，联动开关同时将积分电容CI接接VB，使，使VCI始终等于始终等于V02。当。当S1再由再由H、M切回切回A时，由时，由于电压没有突变，切换也是无扰动的。于电压没有突变，切换也是无扰动的。自动（自动（A）软手动（软手动（M）无扰无扰 无扰无扰硬手动（硬手动（H）无扰无扰有扰有扰总结：总结：本讲稿第三十四页，共五十二页7 指示电路指示电路 现以输入信号指示电路为例进行讨论。现以输入信号指示电路
27、为例进行讨论。调节器采用双针指示式电表，全量程地指示测量值与给调节器采用双针指示式电表，全量程地指示测量值与给定值。偏差大小由两个指针间的距离反映，当两针重合时，偏差定值。偏差大小由两个指针间的距离反映，当两针重合时，偏差为零。为零。S5切换到切换到“标定标定”时，可进行示值标定。时，可进行示值标定。流过动圈表头的电流为流过动圈表头的电流为本讲稿第三十五页，共五十二页3.3 数字式控制器数字式控制器 过程仪表的定义及作用过程仪表的定义及作用3.3.1 数字式控制器的基本构成数字式控制器的基本构成 模拟式调节器的局限性越来越明显：模拟式调节器的局限性越来越明显：1）功能单一，灵活性差；）功能单一
28、，灵活性差；2）信息分散，所用仪表多，且监视操作不方便；）信息分散，所用仪表多，且监视操作不方便；3）接线过多，系统维护难度大。）接线过多，系统维护难度大。数字式控制器的硬件电路由主机电路、过程输入通道、过程输出通道、人/机接口电路以及通信接口电路等构成。1.数字式控制器的硬件电路数字式控制器的硬件电路 本讲稿第三十六页，共五十二页YS100单回路调节器单回路调节器 本讲稿第三十七页，共五十二页数字式控制器的硬件电路 本讲稿第三十八页，共五十二页（1 1）主机电路）主机电路 主要由微处理器主要由微处理器CPUCPU、只读存储器、只读存储器ROMROM和和EPROMEPROM、随机存储器随机存储
29、器RAMRAM、定时、定时/计数器计数器CTCCTC以及输入以及输入/输出接口等组成，它是输出接口等组成，它是数字控制器的核心，用于数据运算处理和各组成部分的管理。数字控制器的核心，用于数据运算处理和各组成部分的管理。（2 2）过程输入通道）过程输入通道 包括模拟量输入通道和开关量输入通道两部分，包括模拟量输入通道和开关量输入通道两部分，其中模拟量输入通道主要由多路模拟开关、采样其中模拟量输入通道主要由多路模拟开关、采样/保持器和保持器和A/DA/D转换器转换器等组成，其作用是将模拟量输入信号转换为相应的数字量；而开关量等组成，其作用是将模拟量输入信号转换为相应的数字量；而开关量输入通道则将多
30、个开关输入信号通过输入缓冲器将其转换为能被计算输入通道则将多个开关输入信号通过输入缓冲器将其转换为能被计算机识别的数字信号。机识别的数字信号。（3 3）过程输出通道）过程输出通道 主要包括模拟量输出通道和开关量输出主要包括模拟量输出通道和开关量输出通道两部分，其中模拟量输出通道由通道两部分，其中模拟量输出通道由D/AD/A转换器、多路模拟开转换器、多路模拟开关输出保持器和关输出保持器和V/IV/I转换器等组成，其作用是将数字信号转换转换器等组成，其作用是将数字信号转换为为1 15V5V模拟电压或模拟电压或4 420mA20mA模拟电流信号。开关量输出通道模拟电流信号。开关量输出通道则通过输出缓
31、冲器输出开关量信号，以便控制继电器触点或则通过输出缓冲器输出开关量信号，以便控制继电器触点或无触点开关等。无触点开关等。本讲稿第三十九页，共五十二页（4）人）人/机联系部件机联系部件 主要包括显示仪表或显示器、手动操主要包括显示仪表或显示器、手动操作装置等，它们被分别置于数字式控制器的正面和侧面。正作装置等，它们被分别置于数字式控制器的正面和侧面。正面的设置与常规模拟式控制器相似，有测量值和设定值显示面的设置与常规模拟式控制器相似，有测量值和设定值显示表、输出电流显示表、运行状态切换按钮、设定值增表、输出电流显示表、运行状态切换按钮、设定值增/减按钮、减按钮、手动操作按钮等。侧面则有设置和指示
32、各种参数的键盘、显手动操作按钮等。侧面则有设置和指示各种参数的键盘、显示器等。示器等。（5）通信部件）通信部件 主要包括通信接口、发送和接收电路等。通信主要包括通信接口、发送和接收电路等。通信接口将发送的数据转换成标准通信格式的数字信号，由发送电路接口将发送的数据转换成标准通信格式的数字信号，由发送电路送往外部通信线路，再由接收电路接收并将其转换成计算机能接送往外部通信线路，再由接收电路接收并将其转换成计算机能接收的数据。数字通信大多采用串行方式。收的数据。数字通信大多采用串行方式。本讲稿第四十页，共五十二页（1）系统管理软件）系统管理软件 主要包括监控程序和中断处理程序两部主要包括监控程序和
33、中断处理程序两部分，它们是控制器软件的主体。监控程序又包含系统初始化、分，它们是控制器软件的主体。监控程序又包含系统初始化、键盘和显示管理、中断管理、自诊断处理及运行状态控制等键盘和显示管理、中断管理、自诊断处理及运行状态控制等模块；中断处理程序则包含键处理、定时处理、输入处理和模块；中断处理程序则包含键处理、定时处理、输入处理和运算控制、通信处理和掉电处理等模块。运算控制、通信处理和掉电处理等模块。（2）用户应用软件）用户应用软件 用户应用软件由用户自行编制，采用户应用软件由用户自行编制，采用用POL(面向过程语言面向过程语言)编程，因而设计简单、操作方便。编程，因而设计简单、操作方便。在可
34、编程控制器中，这些应用软件以模块或指令的形式在可编程控制器中，这些应用软件以模块或指令的形式给出，用户只要将这些模块或指令按一定规则进行连接给出，用户只要将这些模块或指令按一定规则进行连接（亦称组态）或编程，即可构成用户所需的各种控制系（亦称组态）或编程，即可构成用户所需的各种控制系统。统。2.数字式控制器的软件数字式控制器的软件 本讲稿第四十一页，共五十二页3.3.2 数字式控制器实例数字式控制器实例 目前广泛使用的产品有DK系列的KMM数字调节器、YS-80系列的SLPC数字调节器、FC系列的PMK数字调节器以及Micro760/761数字调节器等，由于它们的运算与控制功能是靠组态或编程实
35、现的，且只控制一个回路，所以又常将它们称为单回路可编程数字调节器。以SLPC数字调节器为例。1.SLPC可编程数字调节器的硬件构成可编程数字调节器的硬件构成 具有基本的PID、微分先行PID、采样PI、批量PID、带可变滤波器设定的PID等多种控制功能，还可构成串级、选择性、非线性等多种复杂的过程控制系统，并具有自整定、自诊断、通信等许多特殊功能 本讲稿第四十二页，共五十二页SLPC可编程控制器的硬件电路 本讲稿第四十三页，共五十二页各部分电路的具体构成及其功能简述如下：（1）主机电路主机电路 主机电路中的CPU采用8085AHC芯片,时钟频率为10MHz；系统ROM为64KB,用于存放监控程
36、序和各种功能模块；用户ROM为2KB,用于存放用户程序;RAM为16KB。（2）过程输入过程输入/输出通道输出通道 具有如下特点：1）输入通道中有5路模拟量输入和6路开关量输入。模拟量输入由RC滤波器、多路开关、PC648D型高速12位D/A转换器和比较器等组成，通过CPU反馈编码，实现比较型模/数转换。2）输出通道中有3路模拟量输出和6路开关量输出。模拟量输出中有1路输出为420mA.DC直流电流，可驱动现场执行器；另两路输出为15V.DC直流电压，提供给控制室的其它模拟仪表。3）用一片PC648D型12位高速D/A芯片，将CPU输出的数字量转换为模拟量输出，在CPU的程序支持下，通过比较器
37、将模拟量输入转换成数字量输出；开关量输入与开关量输出共用同一通道，其选择由使用者用程序确定；所有开关量输入/输出通道与内部电路之间均用高频变压器隔离。本讲稿第四十四页，共五十二页 4）在过程输入）在过程输入/输出通道中分别设计了输出通道中分别设计了“故障故障/保持保持/软手动软手动”功能。功能。模拟输入信号经滤波后分为两路，一路经模数转换后进入模拟输入信号经滤波后分为两路，一路经模数转换后进入CPU;另一路则另一路则送往故障送往故障/PV开关。当仪表工作不正常时，由开关。当仪表工作不正常时，由CPU的自检程序通过的自检程序通过WDT电电路发出故障报警信号，并自动将路发出故障报警信号，并自动将“
38、故障故障/PV”开关切换到故障位置，直接开关切换到故障位置，直接显示被控量；与此同时，故障输出信号则将模拟量输出中的输出电流切换显示被控量；与此同时，故障输出信号则将模拟量输出中的输出电流切换成保持状态，以便进行软手动操作。成保持状态，以便进行软手动操作。（3）人）人/机联系部件机联系部件 SLPC的人的人/机联系部件的正面面板与模拟式调节器类机联系部件的正面面板与模拟式调节器类似，其不同之处是测量值与给定值显示器有模拟动圈式和数字式两种；此外，似，其不同之处是测量值与给定值显示器有模拟动圈式和数字式两种；此外，还设置了给定值增还设置了给定值增/减按键、串级减按键、串级/自动自动/软手动切换软
39、手动切换/操作按键、故障显示和报操作按键、故障显示和报警显示灯等。它的侧面面板设置有触模式键盘和数字显示器、正警显示灯等。它的侧面面板设置有触模式键盘和数字显示器、正/反作用开关反作用开关以及编程器和写入程序的芯片插座等，可以很方便地进行数据修改、参数整定以及编程器和写入程序的芯片插座等，可以很方便地进行数据修改、参数整定等操作。等操作。（4）通信接口电路）通信接口电路 SLPC的通信接口电路由的通信接口电路由8251型可编程通信接口芯片型可编程通信接口芯片和光电隔离电路组成。该电路采用半双工、串行异步通信方式，一方面将和光电隔离电路组成。该电路采用半双工、串行异步通信方式，一方面将发送信号转
40、换成标准通信格式的数字信号，另一方面则将外部通信信号转发送信号转换成标准通信格式的数字信号，另一方面则将外部通信信号转换成换成CPU能接受的数据能接受的数据.本讲稿第四十五页，共五十二页为为便便于于用用户户编编程程，SLPC为为用用户户提提供供的的是是采采用用面面向向问问题题、面面向向过过程程的的“自自然然语语言言”编编程程平平台台。生生产产商商预预先先将将常常用用的的运运算算控控制制功功能能编编制制成成标标准准程程序序模模块块，以以指指令令命命名名。使使用用时时将将所所需需运运算算模模块块和和控控制制模模块块“组组态态”，实实现现控控制制功功能。能。SLPC的用户的用户基本指令共基本指令共4
41、6种分三类种分三类数据传输类指令两种：数据传输类指令两种：LD，ST结束指令：结束指令：END功能指令：功能指令：43种种2.SLPC可编程数字调节器的软件可编程数字调节器的软件 本讲稿第四十六页，共五十二页1)基本运算模块基本运算模块 11个个 有有运运算算；、E运运算算（小小信信号号切切除除点点固固定定的的开开方方、小小信信号号切切除除点点可可变变的的开开方方）；取取绝绝对对值值运运算算；高选、低选；高、低限幅。高选、低选；高、低限幅。2)函数运算模块函数运算模块 13个个折折线线函函数数、一一阶阶惯惯性性、微微分分运运算算、纯纯滞滞后后运运算算、变变化化率率运运算算、变变化化率率限限幅幅
42、、移移动动平平均均运运算算、状状态态变变化化监监测测、计计时、程序设定、脉冲计数、积算脉冲输出。时、程序设定、脉冲计数、积算脉冲输出。本讲稿第四十七页，共五十二页3)条件判断运算模块条件判断运算模块 14个个上上下下限限报报警警、逻逻辑辑运运算算、转转移移指指令令、转转子子指指令令、子子程程序块、比较指令、信号切换序块、比较指令、信号切换4)运算寄存器位移指令运算寄存器位移指令 CHG ROD 5)控制模块控制模块 3种种（1）基本控制模块基本控制模块BSC内内含含1个个调调节节单单元元CNT1，相相当当于于模模拟拟仪仪表表中中的的1台台PID调调节节器器，其其功功能能框框图图如如图图所所示。
43、示。本讲稿第四十八页，共五十二页（2）串级控制模块串级控制模块CSC 内内含含两两个个调调节节单单元元CNT1和和CNT2，根根据据串串级级开开关关状状态态，CNT2可可接接受受CNT1的的输输出出作作为为设设定定信信号号，组组成成双双回回路路串串级级控控制制系系统统，也也可可直直接接接接受受另另一一设设定定信信号号SV2，实实现现副副回回路路的的单单独独控控制。制。本讲稿第四十九页，共五十二页（3）选择控制模块选择控制模块SSC内部包含两个并行工作的内部包含两个并行工作的PID调节单元调节单元CNTI和和CNT2，另有一自，另有一自动选择单元动选择单元CNT3。CNT3的控制规律为三选一：的
44、控制规律为三选一：CNT3=0 为低选为低选CNT3=1 为高选为高选本讲稿第五十页，共五十二页编程举例：编程举例：例例1 把两个输入变量把两个输入变量X1、X2相加后，从相加后，从Y1端口端口 输输出。出。程序：程序：LD X1 （读入（读入X1 数据）数据）LD X2 （读入（读入X2数据）数据）+（对（对X1、X2求和）求和）ST Y1 (将结果送往将结果送往Y1)END (结束程序结束程序)本讲稿第五十一页，共五十二页用户程序的写入和调试用户程序的写入和调试1)利用编程器逐句健入用户程序：利用编程器逐句健入用户程序：移入移入ROM插座插座主程序（主程序（MPR）子程序（子程序（SBP）指定指定DIO功能功能指定控制字指定控制字CNT1CNT5其它参数其它参数END2)程序的调试程序的调试仿真调试仿真调试 真实对象调试真实对象调试 写入写入EPROM本讲稿第五十二页，共五十二页