第五章：数字调节器原理PPT课件

第二部分 数字调节器与集散控制系统 郑辑光电信学院 自动控制研究所2020年4月23日星期四 综合自动化系统 CIMS CIPS 第五章 单回路数字调节器 基本教学要求掌握单回路数字调节器SLPC的基本硬件组成 工作原理 系统软件设计思想 以及常用控制功能的编程 实现方法等 单回路数字可编程调节器SLPC SLPC正面板布置图 SLPC侧面板布置图 调节器 编程器的连接 编程器SPRG的内部结构 数字调节器的发展 日本横河公司 Yokogawa DCS发展历史 代 1975年 大规模CENTUM 32回路 站 可挂32站 1979年 中小规模YEWPACK 8回路 站 可挂8单元 1980年 YS 80 A单回路调节仪表 代 1983年 NewModelCENTUM 冗余 备用 1984年 YEWPACKMARK 彩显 1986年 YS 80 E型 代 1988年 CENTUM XL 控制功能增强 控制站为双屏 1988年 XL中小型集散控制系统 1991年 YS 100液晶显示画面 代 1994年 CENTUM CS 1997年 CS3000大规模系统 1997年 CENTUMCS1000 中小规模系统 通用PC机 WINDOWNT4 0 1996年 现场总线仪表 单回路数字调节器 单回路调节器 只有一路采取4 20mA直流电流信号输出 即原则上只能控制一个执行器 特性 单回路控制器具有丰富和灵活可变的运算控制功能 即具有连续控制功能 也具有一定的顺序控制及处理批量生产过程的能力 具有通信功能 能与集中监视操作站及上位计算机交互信息 构成集散控制系统 具有自诊断功能 有助于系统维护 一 SLPC硬件组成及通信模式 输入AI电路 数字调节器的硬件组成 输出AO电路 数字调节器的硬件组成 看门狗 电路 数字调节器的硬件组成 模数转换电路 数字调节器的DCS通信模式 YS80 SLPC 100采用20mA电流环通信原理图通信接口电路 通信编码 异步 串行 半双工通信 LCS发送 SLPC接收 SLPC通信处理 不作要求 异步 串行 电流环通信方式 通信周期480ms 波特率15 625kb s 每个周期由上位机通信卡LCS发起通信 属于1对1 主从式通信 与控制周期无关独立进行 通信内容 见下页 通信数据内容 SLPC与上位机的通信 其它数据传输方式 RS232不平衡式数据传输 其它数据传输方式 RS485平衡式数据传输 数字调节器的RS485通信模式 YS100采用RS485构成的多机通信原理图 二 SLPC管理程序及工作时序 SLPC定周期工作时间图 图4 14 SLPC的过程控制运算 输入处理 AI 控制运算 PID 输出处理 AO 输入通道自检及相关处理 输入通道自检 数据规范化处理 抗温度漂移 过程报警与系统报警 三 控制功能实现及用户程序编制 SLPC常用寄存器 SLPC寄存器结构及信息流程 SLPC的用户程序编制 程序编制举例 SLPC的用户程序编制 1 基本运算模块 等等 2 带编号的运算模块 LAGn DEDn 等 为何要带编号 3 控制模块 BSC SSC CSC SLPC的指令表 1 SLPC的指令表 2 SLPC的用户程序编制 一阶惯性环节运算模块 LAG1 8 SLPC的用户程序编制 纯滞后环节运算模块 DED1 3 SLPC的用户程序编制 十段折线函数 FX1 FX2任意折线函数FX3 FX4 控制模块及其编程 SLPC内的控制模块有三种功能结构 可用来组成不同类型的控制回路 基本控制模块BSC 内含1个调节单元CNT1 相当于模拟仪表中的l台PID调节器 可用来组成各种单回路调节系统 串级控制模块CSC 内含2个互相串联的调节单元CNTl CNT2 可组成串级调节系统 选择控制模块SSC 内含2个并联的调节单元CNTl CNT2和1个单刀三掷切换开关CNT3 可组成选择控制系统 控制模块及其编程 以下三种控制模块在使用时 每台SLPC只能选用其中的1种 而且在编程时只能使用一次 控制模块及其编程 基本控制模块BSC的功能框图 扩展功能寄存器的应用 模块BSC的回路连接 SLPC控制回路连接及控制策略 设定值滤波器 SVF的运算式 其中 三 SLPC的用户程序编制 采用面向问题的POL语言 预先按照一般控制 运算要求编制好各种标准功能程序模块 由用户根据特定控制应用要求从中选取 并通过编程用户程序进行模块连接 组成完整的控制系统 完成 组态 任务 SLPC编程举例 例一 SLPC编程实现最基本的PID控制算法 SLPC编程举例 例二 SLPC编程实现一阶惯性加纯滞后对象模型 SLPC编程举例 例三 反应罐温度控制系统 变增益控制 增益自适应控制 为保持同样的增益欲度 相对稳定性 对象的静态增益增大 控制器中的比例增益需要相应降低 反应罐温度控制系统 变增益控制 SLPC编程举例 带批量开关的PID控制算法 PID BSW CNT1 3 控制应用于批量控制 开关控制与连续控制相结合 采样PI控制 PI HLD CNT1 2 控制器 类似手动控制 适用于大纯滞后对象 或对超调要求严格的场合 Smith补偿控制算法 Smith补偿控制器的预测控制器结构 Smith补偿控制算法 标准Smith补偿控制器的数字调节器实现 Smith补偿控制算法 Smith补偿算法的编程实现 1 LDY18 LDP12 LDY19 3 LDP210 STA24 DED111 LDX15 12 BSC6 LDP313 STY17 LAG114 END其中 P1 P2 P3分别存放K L T 对象仿真程序 1 LDY15 LAG22 LDP046 LDP053 7 DED24 LDP068 STY2其中 P4 P5 P6分别存放K0 L0 T0 同时检查接线 输出Y1要短路 Y2输出要反馈给输入X1 另外 当P4 P5 P6与P1 P2 P3不同时 可做Smith补偿算法的鲁棒性分析 MODE方式字设置 程序输入方法 用对象的仿真模型进