数字控制器的原理

1、控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置 广东石油化工学院自动化系 上页上页下页下页 目目 录录 1 丰富的运算控制功能丰富的运算控制功能 通过软件实现所需功能通过软件实现所需功能 带有自诊断功能带有自诊断功能 带有数字通讯功能带有数字通讯功能 具有和模拟控制器相同的外特性具有和模拟控制器相同的外特性 保持常规模拟式控制器的操作方式保持常规模拟式控制器的操作方式 2.3.数字式控制器数字式控制器 Digital Controller 控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置 广东石油化工学院自动化系 上页上页下页下页 目目 录录 2 数字式控制器类型数字式控制器类型 ： 定程序

2、控制器定程序控制器 可编程控制器可编程控制器 混合控制器混合控制器 批量控制器批量控制器 控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置 广东石油化工学院自动化系 上页上页下页下页 目目 录录 3 2.3.1.数字式控制器构成原理数字式控制器构成原理 数字式控制器组成数字式控制器组成:二大部分二大部分 软软 件件包括系统程序和用户程序包括系统程序和用户程序 硬件电路硬件电路以微处理器以微处理器CPU为核心为核心 控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置 广东石油化工学院自动化系 上页上页下页下页 目目 录录 4 2.3.1.1. 数字式控制器的硬件电路数字式控制器的硬件电路 控制仪表

3、和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置 广东石油化工学院自动化系 上页上页下页下页 目目 录录 5 用于实现仪表数据运算处理，用于实现仪表数据运算处理， 各组成部分之间的管理各组成部分之间的管理 CPU完成数据传递、算术逻辑运算、转移控制等功能完成数据传递、算术逻辑运算、转移控制等功能; CTC的定时功能用来确定控制器的采样周期，并产生的定时功能用来确定控制器的采样周期，并产生 串行通信接口所需的时钟脉冲；串行通信接口所需的时钟脉冲； 计数功能主要用来对外部事件进行计数。计数功能主要用来对外部事件进行计数。 主机电路主机电路 ROM存放系统程序存放系统程序; EPROM存放用户程序存放用户程

4、序; RAM 存放输入数据、显示数据、运算的中间值和结果值。存放输入数据、显示数据、运算的中间值和结果值。 控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置 广东石油化工学院自动化系 上页上页下页下页 目目 录录 6 I IO O接口接口是是CPUCPU同过程输入、输出通道等进同过程输入、输出通道等进 行数据交换的器件，行数据交换的器件， 它有并行接口和串行接口它有并行接口和串行接口 两种两种: : 并行接口具有数据输入、输出双向传送和位并行接口具有数据输入、输出双向传送和位 传送的功能，用来连接过程输入、输出通道，或传送的功能，用来连接过程输入、输出通道，或 直接输入、输出开关量信号。直接输

5、入、输出开关量信号。 串行接口具有异步或同步传送串行数据的功能，串行接口具有异步或同步传送串行数据的功能， 用来连接可接收或发送串行数据的外部设备用来连接可接收或发送串行数据的外部设备 控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置 广东石油化工学院自动化系 上页上页下页下页 目目 录录 7 过程输入通道过程输入通道 模拟量输入通道模拟量输入通道 将多个模拟量输入信号分别转换为将多个模拟量输入信号分别转换为CPU所接所接 受的数字量。受的数字量。 多路模拟开关将多个模拟量输入信号分别连接到采多路模拟开关将多个模拟量输入信号分别连接到采 样保持器。样保持器。 采样保持器具有暂时存储模拟输入信号

6、的作用采样保持器具有暂时存储模拟输入信号的作用 AD转换器的作用是将模拟信号转换为相应的数字量。转换器的作用是将模拟信号转换为相应的数字量。 利用利用DA转换器与电压比较器，按逐位比较原理来实现转换器与电压比较器，按逐位比较原理来实现 模数转换的。模数转换的。 控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置 广东石油化工学院自动化系 上页上页下页下页 目目 录录 8 开关量输入通道开关量输入通道 将多个开关输入信号转换成能被计算机将多个开关输入信号转换成能被计算机 识别的数字信号。识别的数字信号。 开头量指的是在控制系统中电接点的通与断，或者逻开头量指的是在控制系统中电接点的通与断，或者逻

7、辑电平为辑电平为“1”与与“0”这类两种状态的信号。这类两种状态的信号。 开关量输入通道常采用电耦合器件作为输入电路进行开关量输入通道常采用电耦合器件作为输入电路进行 隔离传输。隔离传输。 控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置 广东石油化工学院自动化系 上页上页下页下页 目目 录录 9 过程输出通道过程输出通道 模拟量输出通道模拟量输出通道 依次将多个运算处理后的数字信号进行数模转换依次将多个运算处理后的数字信号进行数模转换 DA转换器起数模转换作用。转换器起数模转换作用。 UI转换器将转换器将15V的模拟电压信号转换成的模拟电压信号转换成420mA的的 电流信号。电流信号。 控制

8、仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置 广东石油化工学院自动化系 上页上页下页下页 目目 录录 10 开关量输出通道开关量输出通道 通过锁存器输出开关量（包括数字、脉冲量）通过锁存器输出开关量（包括数字、脉冲量） 信号，以便控制继电器触点和无触点开关的接通与释放，信号，以便控制继电器触点和无触点开关的接通与释放， 也可控制步进电机的运转。也可控制步进电机的运转。 采用光电耦合器件作为输出电路进行隔离传输采用光电耦合器件作为输出电路进行隔离传输 控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置 广东石油化工学院自动化系 上页上页下页下页 目目 录录 11 人机联系部件人机联系部件 正面板正

9、面板测量值和给定值显示器，输出测量值和给定值显示器，输出 电流显示器，运行状态（自动串级电流显示器，运行状态（自动串级 手动）切换按钮、给定值增减按钮和手动）切换按钮、给定值增减按钮和 手动操作按钮等，还有一些状态显示灯。手动操作按钮等，还有一些状态显示灯。 侧面板侧面板有设置和指示各种参数的键盘有设置和指示各种参数的键盘 、显示器。、显示器。 控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置 广东石油化工学院自动化系 上页上页下页下页 目目 录录 12 通信接口电路通信接口电路 将欲发送的数据转换成标准通信格将欲发送的数据转换成标准通信格 式的数字信号，经发送电路送至通信线路（数式的数字信号

10、，经发送电路送至通信线路（数 据通道）上；同时通过接收电路接收来自通信据通道）上；同时通过接收电路接收来自通信 线路的数字信号，将其转换成能被计算机接受线路的数字信号，将其转换成能被计算机接受 的数据的数据。 通信接口有并行和串行两种：通信接口有并行和串行两种： 并行传送是以位并行、字节串行形式并行传送是以位并行、字节串行形式 串行传送为串行形式，即一次传送一位，连续传送串行传送为串行形式，即一次传送一位，连续传送 控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置 广东石油化工学院自动化系 上页上页下页下页 目目 录录 13 2.3.1.2.数字式控制器的软件数字式控制器的软件 数字式控制器的

11、软件分为系统程序和用户数字式控制器的软件分为系统程序和用户 程序两大部分程序两大部分 系统程序系统程序: 系统程序是控制器软件的主体部分，通常由监控系统程序是控制器软件的主体部分，通常由监控 程序和功能模块两部分组成程序和功能模块两部分组成 。 控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置 广东石油化工学院自动化系 上页上页下页下页 目目 录录 14 系统程序系统程序 监控程序使控制器各硬件电路能正常工作并实现所监控程序使控制器各硬件电路能正常工作并实现所 规定的功能，同时完成各组成部分之间的管理。其主规定的功能，同时完成各组成部分之间的管理。其主 要完成的任务有：要完成的任务有： 系统初

12、始化系统初始化 中断管理中断管理 自诊断处理自诊断处理 键盘、显示管理键盘、显示管理 定时处理定时处理 通信处理通信处理 掉电处理掉电处理 运行状态控制运行状态控制 键处理键处理 控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置 广东石油化工学院自动化系 上页上页下页下页 目目 录录 15 功能模块功能模块提供了各种功能，用户可以选择提供了各种功能，用户可以选择 所需要的功能模块以构成用户程序，使控制器所需要的功能模块以构成用户程序，使控制器 实现用户所规定的功能。控制器提供的功能模实现用户所规定的功能。控制器提供的功能模 块主要有块主要有 : 数据传送数据传送 控制方式切换控制方式切换 高值

13、选择和低值选择高值选择和低值选择 上限幅和上限幅上限幅和上限幅 四则运算四则运算 逻辑运算逻辑运算 开平方运算开平方运算 取绝对值运算取绝对值运算 脉冲输入计数与积算脉冲输出脉冲输入计数与积算脉冲输出 折线逼近法函数运算折线逼近法函数运算 一阶惯性滞后处理一阶惯性滞后处理 纯滞后处理纯滞后处理 移动平均值运算移动平均值运算 PID运算运算 控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置 广东石油化工学院自动化系 上页上页下页下页 目目 录录 16 用户程序用户程序 用户程序是用户根据控制系统要求，在系用户程序是用户根据控制系统要求，在系 统程序中选择所需要的功能模块，并将它们按统程序中选择所

14、需要的功能模块，并将它们按 一定的规则连接起来的结果，其作用是使控制一定的规则连接起来的结果，其作用是使控制 器完成预定的控制与运算功能。使用者编制程器完成预定的控制与运算功能。使用者编制程 序实际上是完成功能模块的连接，也即组态工序实际上是完成功能模块的连接，也即组态工 作作 。 用户程序的编程通常采用面向过程用户程序的编程通常采用面向过程POL语言语言 (Procedure-Oriented Language)。 控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置 广东石油化工学院自动化系 上页上页下页下页 目目 录录 17 控制器的编程工作是通过专用的编程器进行的，控制器的编程工作是通过专

15、用的编程器进行的， 有有“在线在线”和和“离线离线”两种编程方法两种编程方法： 在线在线: 编程器与控制器通过总线连接共用一个编程器与控制器通过总线连接共用一个CPU 离线离线: 编程器自带一个编程器自带一个CPU构成一台独立的仪表构成一台独立的仪表 控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置 广东石油化工学院自动化系 上页上页下页下页 目目 录录 18 2.3.2. SLPC可编程控制器可编程控制器 SLPC可编程控制器是一种有代表性的、可编程控制器是一种有代表性的、 功能较为齐全的可编程控制器，它具有基本功能较为齐全的可编程控制器，它具有基本 PID、串级、选择、非线性、采样、串级、

16、选择、非线性、采样PI、批量、批量 PID等控制功能，并具有自整定功能，可使等控制功能，并具有自整定功能，可使 PID参数实现最佳整定。用户只需使用简单的参数实现最佳整定。用户只需使用简单的 编程语言，即可编制各种控制与运算程序，使编程语言，即可编制各种控制与运算程序，使 控制器具有规定的控制运算功能。控制器具有规定的控制运算功能。 控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置 广东石油化工学院自动化系 上页上页下页下页 目目 录录 19 SLPC可编程控制器可编程控制器 SLPC还具有通信功能，可与上位计算机联还具有通信功能，可与上位计算机联 系起来构成集散型控制系统；具有可变型给定系起

17、来构成集散型控制系统；具有可变型给定 值平滑功能，能够改善给定值变更的响应特性；值平滑功能，能够改善给定值变更的响应特性； 具有自诊断功能，在输入输出信号、运算控制具有自诊断功能，在输入输出信号、运算控制 回路、备用电池及通信出现异常情况时，进行回路、备用电池及通信出现异常情况时，进行 故障处理并进行故障显示故障处理并进行故障显示 控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置 广东石油化工学院自动化系 上页上页下页下页 目目 录录 20 2.3.2.2. SLPC可编程控制器的硬件电路可编程控制器的硬件电路 控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置 广东石油化工学院自动化系 上页上

18、页下页下页 目目 录录 21 控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置 广东石油化工学院自动化系 上页上页下页下页 目目 录录 22 (1) 主机电路主机电路 CPU采用采用8085AHC，时钟频率为，时钟频率为10MHz。 ROM分为系统分为系统ROM和用户和用户ROM 系统系统ROM采用两片采用两片27256型型EPROM，32KB， 用于存放监控程序和各种功能模块；用户用于存放监控程序和各种功能模块；用户ROM采采 用一片用一片2716型型EPROM，用于存放用户程序。，用于存放用户程序。 RAM采用两片采用两片PD4464C低功耗低功耗CMOS存储器，存储器， 8KB。 控制仪

19、表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置 广东石油化工学院自动化系 上页上页下页下页 目目 录录 23 (2) 过程输入通道过程输入通道 SLPC控制器共有控制器共有5个模拟量输入通道，个模拟量输入通道， AD转换器是利用转换器是利用PC648D型高速型高速12位位 DA转换器和比较器，转换器和比较器，X1输入通道具有输入通道具有 备用方式备用方式 ，正常工作时的信息途径之外，正常工作时的信息途径之外， 发生故障时，进行测量值指示发生故障时，进行测量值指示 。 控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置 广东石油化工学院自动化系 上页上页下页下页 目目 录录 24 (3) 过程输出通道

20、过程输出通道 SLPC控制器共有控制器共有3个模拟量输出通道，其中一路个模拟量输出通道，其中一路 Y1为为420mADC电流输出，两路电流输出，两路Y2、Y3为为15VDC 电压输出，相互间也不隔离电压输出，相互间也不隔离 。 控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置 广东石油化工学院自动化系 上页上页下页下页 目目 录录 25 过程输出通道过程输出通道 MVU 1 21 II 32 UU 3 II O 11 1 1 R MV R U I 2 2 2 R UU I CC )/( 122 RRMVUU CC 3 3 3 R UU I CC 250 )/( 31 2 3 12 0 MV R

21、R R MV R RRMVUU I CCCC 控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置 广东石油化工学院自动化系 上页上页下页下页 目目 录录 26 过程输出通道过程输出通道 P点输出电压用于判断是否有断线故障点输出电压用于判断是否有断线故障 电流输出具有备用方式电流输出具有备用方式 工作时，工作时，为为D DA A转换器输出的电压转换器输出的电压 故障时，故障时，软手动操作输出软手动操作输出 控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置 广东石油化工学院自动化系 上页上页下页下页 目目 录录 27 (4) 开关量输入和输出通道开关量输入和输出通道 SLPC控制器有六个开关量输入和

22、输出控制器有六个开关量输入和输出 通道，它们既可以当作输入也可以当作通道，它们既可以当作输入也可以当作 输出，由使用者设定。开关量输入输出输出，由使用者设定。开关量输入输出 通道都经过高频变压器隔离通道都经过高频变压器隔离 控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置 广东石油化工学院自动化系 上页上页下页下页 目目 录录 28 (5) 人机联系部件人机联系部件 侧面板有触摸式键盘和数字显示器，侧面板有触摸式键盘和数字显示器， 用以显示或修改输入、输出数据、用以显示或修改输入、输出数据、PID 参数和其他数据，显示的项目由键操参数和其他数据，显示的项目由键操 作来选择作来选择 正面板的布置

23、类似于模拟式控制器，正面板的布置类似于模拟式控制器， 显示器可显示主被控变量的测量值、给显示器可显示主被控变量的测量值、给 定值，控制器输出值，故障显示灯和报定值，控制器输出值，故障显示灯和报 警灯警灯 控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置 广东石油化工学院自动化系 上页上页下页下页 目目 录录 29 (6) 通信接口电路通信接口电路 采用半双工、串行异步通讯方式采用半双工、串行异步通讯方式 控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置 广东石油化工学院自动化系 上页上页下页下页 目目 录录 30 2.3.2.3. SLPC可编程控制器的软件部分可编程控制器的软件部分 包括系统

24、程序和功能模块: 系统程序用于保证整个控制器正常运 行，这部分用户是不能调用的 功能模块提供了各种功能，用户可以 根据需要选用，以构成用户程序，功能 模块以指令形式提供 控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置 广东石油化工学院自动化系 上页上页下页下页 目目 录录 31 程序的构成程序的构成功能模块功能模块 连接语句连接语句 解释说明解释说明 LODE STORE END 信号流程信号流程 输入：输入： 各种参数自动转换成内部数据存入相应的寄存器各种参数自动转换成内部数据存入相应的寄存器 运算：运算：启动用户程序，完成符合需要的运算和控制。启动用户程序，完成符合需要的运算和控制。 输

25、出：输出：进入寄存器的数据自动转换成模拟或状态信号进入寄存器的数据自动转换成模拟或状态信号 主程序最多主程序最多240步，子程序最多步，子程序最多99步。步。 控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置 广东石油化工学院自动化系 上页上页下页下页 目目 录录 32 指令对各种寄存器进行操作，寄存器 实际上是对应于随机读写存储器RAM中 各个不同的存储单元，只是为了使用和 表示方便，才特地定义了不同的名称和 符号 。 指令都与五个运算寄存器S1S5有关。 这五个运算寄存器以堆栈方式构成. 功能模块-以指令形式提供 控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置 广东石油化工学院自动化系

26、上页上页下页下页 目目 录录 33 输入寄存器输入寄存器模拟：模拟： 数字：数字： Xn n=15 DIn n=16 输出寄存器输出寄存器 模拟：模拟： Yn n=16 数字：数字： 其中：其中： Y1 电流输出，电流输出， Y2_ Y3电压输出，电压输出， Y4 Y5 Y6 用于通讯，无对应端子。用于通讯，无对应端子。 DOn n=116 其中：其中： n=16 对应有输出端子，但与输入端总数不能超过，对应有输出端子，但与输入端总数不能超过， 编程时由编程时由DIOn的设定值决定的设定值决定 如：如： DIOn =端子作输出用端子作输出用 DIOn = 端子作输人用端子作输人用 n=编号编号

27、 端 端 n=16无对应端子，存输出变量。无对应端子，存输出变量。 DIO = 对应对应DO4 DIO =0 对应对应DI4 各寄存器功能各寄存器功能 控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置 广东石油化工学院自动化系 上页上页下页下页 目目 录录 34 可变参数寄存器可变参数寄存器Pn n=139 存各种整定参数，存各种整定参数， 运行中可修改。运行中可修改。 固定常数寄存器固定常数寄存器 Kn n=116存固定参数，存固定参数， 运行中不可修改。运行中不可修改。 中间参数寄存器中间参数寄存器 Tn n=116存中间运算结果存中间运算结果 功能扩展寄存器功能扩展寄存器 An n=11

28、6 Bn n=139 FLn n=132 模拟量模拟量 整定参数整定参数 状态量状态量 运算寄存器运算寄存器 Sn n=15 完成各种运算和控制功能，具有堆栈结构。完成各种运算和控制功能，具有堆栈结构。 控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置 广东石油化工学院自动化系 上页上页下页下页 目目 录录 35 加算加算 X1 X2 Y1 1、LDX1 2、LDX2 3、 4、STY1 控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置 广东石油化工学院自动化系 上页上页下页下页 目目 录录 36 输入、输出信号与内部数据的变换输入、输出信号与内部数据的变换 输入输入15V0.0001.000

29、 ( 0%100% ) 误差误差0.2% 输出输出420mA 0.0001.000 ( 0%100% ) 16位寄存器的运算范围位寄存器的运算范围 运算范围：运算范围： -7.999 +7.999 控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置 广东石油化工学院自动化系 上页上页下页下页 目目 录录 37 指令类型指令类型 指令有指令有4种类型种类型 1、信号读取指令、信号读取指令LD用于把输入或输出等数据用于把输入或输出等数据S1 2、信号存储指令、信号存储指令ST用于把用于把S1中的数据中的数据有关寄存器有关寄存器 3、程序结束指令、程序结束指令END将控制无条件地转移出用户程将控制无条

30、件地转移出用户程 序，结束本控制周期内的一切运算序，结束本控制周期内的一切运算 控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置 广东石油化工学院自动化系 上页上页下页下页 目目 录录 38 指令类型指令类型 4、功能指令、功能指令完成各种指定功能完成各种指定功能 基本运算基本运算 +、-、 等等 带设备编号的运算带设备编号的运算 十段折线函数运算十段折线函数运算等等 条件判断条件判断 上下限报警、逻辑运算、转移跳转上下限报警、逻辑运算、转移跳转等等 寄存器移位寄存器移位 S寄存器交换、寄存器交换、S寄存器循环移位寄存器循环移位 控制功能控制功能 BSC、CSC、SSC 控制仪表和计算机控制装

31、置控制仪表和计算机控制装置 广东石油化工学院自动化系 上页上页下页下页 目目 录录 39 运算指令运算指令 控制指令控制指令 基本运算基本运算 带设备号运算带设备号运算 逻辑运算逻辑运算 寄存器移位寄存器移位 1、基本运算、基本运算 四则运算四则运算 “”：S2 S1 S1 “”：S2 S1 S1 开方运算开方运算 E符号：符号： 切除点切除点 运算指令运算指令 输入输入切除点切除点输出输出=0 输入输入切除点切除点输出输出 = 如小信号不切除如小信号不切除 输入输入1%输出输出=10输入输入 输入输入1%输出输出 = 程序程序 控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置 广东石油化工学

32、院自动化系 上页上页下页下页 目目 录录 40 程序程序X1 2、 1 X 4、CMP 3、LDK01 1、 LDX1 K01 1 X S1S2说明说明 K01=0.1 0/11 X1 X0.1，S1置置1 1 X0.1，S1置置0 5、GIF 11 1 X 6、 LDX1X1 1 X 7、LDK02K02=2.000 8、 9、LDK03K03=5.000 10、 K02X1 2X1 K032X1 10X1 11、STY110X1 1 X 控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置 广东石油化工学院自动化系 上页上页下页下页 目目 录录 41 绝对值绝对值ABS 选择选择 限幅限幅 H

33、SL 高值高值LSL 低值低值 HLM 上限限幅上限限幅LLM 下限限幅下限限幅 练习：练习：1 2 112 )( Y K KXX 没被选中的信号消失没被选中的信号消失 利用限幅可使调节器的输出利用限幅可使调节器的输出 被钳制在一定范围内，克服被钳制在一定范围内，克服 积分饱和。积分饱和。 控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置 广东石油化工学院自动化系 上页上页下页下页 目目 录录 42 2 2、带设备号运算、带设备号运算 一阶惯性一阶惯性 LAGnn=18 )( 1 1 )(sX S sY S sX 1 )( )()1 ()(tXetY t S1 X1 S2 结果结果 S1 =0

34、100S对应内部数据对应内部数据 0%100% 微分微分LEDnn=12 )( 1 )(sX ST ST sY d d d T t eXtY 1 )( 微分微分+ 一阶惯性一阶惯性完全微分：完全微分： 实际微分：实际微分：)( 1 1 )( 1 sX S ST KsY d d d K T 微分时间常数微分时间常数 控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置 广东石油化工学院自动化系 上页上页下页下页 目目 录录 43 十段折线函数十段折线函数FXnn=12 用折线逼近曲线。用折线逼近曲线。 将输入将输入10等份，设定出对应的输出值等份，设定出对应的输出值 输入、输出必须为单值函数输入、输

35、出必须为单值函数 F1F11F2任意折线函数任意折线函数 FXnn=34 将输入任意分将输入任意分10段，输入、输出都需设定段，输入、输出都需设定 纯滞后纯滞后 DEDn n=13 11 XeY S =01000S 对应内部数据对应内部数据 0%100% 输入输入 输出输出 纯滞后指令可连续使用三次。纯滞后指令可连续使用三次。 控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置 广东石油化工学院自动化系 上页上页下页下页 目目 录录 44 移动平均运算移动平均运算 MAVnn=13 )( 20 1 1901 XXY X0 现在值现在值 X1X19 设定时间设定时间 设定时间设定时间01000S

36、变化率运算变化率运算 VELnn=13 Y(t)=现在输入现在输入秒后的输入秒后的输入 =X(t) X(t)e -s =X(t ) （1 e -s ） =01000S 对应内部数据对应内部数据 0%100% 秒前的输入秒前的输入 现在输入现在输入 输出输出 控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置 广东石油化工学院自动化系 上页上页下页下页 目目 录录 45 变化率限幅变化率限幅 VLMnn=16 状态变化检出状态变化检出 CCDnn=18 当输入当输入DI1由由01时，输出时，输出DO1为为1 当输入当输入DI1由由10或不变时，输出或不变时，输出DO1为为0 DI1 DO1 控制周

37、期控制周期 3、逻辑运算、逻辑运算 逻辑运算逻辑运算 AND() OR() NOT() （条件）转移（条件）转移 条件：条件： GIFnn S1 =1，转向，转向nn步步 S1 =0，顺序执行，顺序执行 指令后指令后S1内容消失内容消失 S2 S5上弹上弹 无条件：无条件： GOnn 无条件转向无条件转向nn步步 指令后指令后S1内容不变内容不变 控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置 广东石油化工学院自动化系 上页上页下页下页 目目 录录 46 比较比较CMP S2S1 ，S1=1 S2S1 ，S1=0 指令后指令后S1内容消失内容消失 S2不变不变 报警报警 HALnn=14 上

38、限报警上限报警 LALnn=14 下限报警下限报警 滞区宽度滞区宽度 正常正常0 异常异常1 上限设定上限设定下限设定下限设定 PF键、键、PF灯灯 用用PF键产生状态信号控制键产生状态信号控制PF灯灯 PF键键 PF灯灯 程序程序 控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置 广东石油化工学院自动化系 上页上页下页下页 目目 录录 47 4、寄存器移位、寄存器移位 E A B C D S寄存器交换寄存器交换 CHG CHG E B A C D S寄存器移位寄存器移位 E A B C D ROT ROT E A B C D 5、子程序、子程序 GIF SUBn GO SUBn RNT 返回

39、返回 n=130，不可编写控制功能，总步长，不可编写控制功能，总步长 控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置 广东石油化工学院自动化系 上页上页下页下页 目目 录录 48 基本运算指令与带设备号运算指令的区别基本运算指令与带设备号运算指令的区别 1、在总步许可范围内、在总步许可范围内 基本运算指令基本运算指令 可多次重复使用，可多次重复使用， 带设备号运算指令带设备号运算指令 受使用次数的限制受使用次数的限制 2、参加运算的信号在、参加运算的信号在 S中位置固定中位置固定 运算在运算在S内进行内进行 结果结果 S1 输入输入 S2， ， 时间常数时间常数 S1 结果结果 S1 控制仪

40、表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置 广东石油化工学院自动化系 上页上页下页下页 目目 录录 49 控制功能指令的基本功能控制功能指令的基本功能 n 基本控制指令基本控制指令BSC：内含一个控制单元：内含一个控制单元CNT1， 相当于模拟仪表中的一台相当于模拟仪表中的一台PID控制器；控制器； 串级控制指令串级控制指令CSC：内含两个串联的控制单：内含两个串联的控制单 元元CNT1、CNT2，可组成串级控制系统，可组成串级控制系统 选择控制指令选择控制指令SSC：内含两个并联的控制单：内含两个并联的控制单 元元CNT1、CNT2和一个单刀三掷切换开关和一个单刀三掷切换开关CNT3， 可组

41、成选择控制系统可组成选择控制系统 每台每台SLPC控制器只能选用其中的一种，控制器只能选用其中的一种， 且同一应用程序中只能使用一次且同一应用程序中只能使用一次 控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置 广东石油化工学院自动化系 上页上页下页下页 目目 录录 50 控制功能指令的基本功能控制功能指令的基本功能 控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置 广东石油化工学院自动化系 上页上页下页下页 目目 录录 51 模块模块BSCBSC的回路连接的回路连接 输 入 寄 存 器 理处入输 n X X1 LD 输 出 寄 存 器 n Y 1 A 12 A/DD/A 理处出输 算运制控

42、Y1 ST 系统管理程序执行系统管理程序执行 用户程序执行 /AUT CAS MAN MV 1 S PV 1 S CNT1 CSV SV PVMV 3 SV AG SET BSC 模块 SLPCSLPC控制回路连接及控制策略控制回路连接及控制策略 控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置 广东石油化工学院自动化系 上页上页下页下页 目目 录录 52 控制功能指令的基本功能控制功能指令的基本功能 被控变量接到模拟量输入通道X1，实 现单回路PID控制的程序如下 (1)LD X1 读入测量值读入测量值X1 (2)BSC 基本控制基本控制 (3)ST Y1 控制输出控制输出MV送送Y1 (4

43、)END 控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置 广东石油化工学院自动化系 上页上页下页下页 目目 录录 53 组成组成 功能模块：功能模块：BSC CSC SSC 控制要素：控制要素：CNT1CNT5 功能扩展寄存器：功能扩展寄存器：A B FL 控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置 广东石油化工学院自动化系 上页上页下页下页 目目 录录 54 I-PD（定值控制）（定值控制） KPV S K T ST DV ST PV P MV D D D I ) 1 1 ( 100 当给定变化时，输出不会发生急剧变化。当给定变化时，输出不会发生急剧变化。 定值控制定值控制 PI-D

44、 （偏差控制）（偏差控制） KPV S K T ST DV ST DV P MV D D D I ) 1 1 ( 100 偏差控制偏差控制 当给定变化时，输出迅速响应。当给定变化时，输出迅速响应。 给定给定 控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置 广东石油化工学院自动化系 上页上页下页下页 目目 录录 55 控制功能指令的功能扩展控制功能指令的功能扩展 基本控制指令BSC的功能扩展的功能扩展 BSC指令的主要作用是把运算寄存器S1里的 数据与设定值相减，得到偏差，再经过由CNT1 所决定的控制算法运算后，把结果再存入S1。 BSC指令的功能还需要进行扩展 控制仪表和计算机控制装置控制

45、仪表和计算机控制装置 广东石油化工学院自动化系 上页上页下页下页 目目 录录 56 基本控制指令BSC的功能扩展的功能扩展 1. A寄存器(模拟量功能扩展寄存器) 提供八种功能； 2.FL寄存器(状态量功能扩展寄存器) 提供七种功能 。 （a）实现内、外给定的切换实现内、外给定的切换 （b）输出跟踪输出跟踪 （c）自动、手动切换自动、手动切换 （d）输入报警或偏差报警输入报警或偏差报警 （e）输入和输出补偿输入和输出补偿 （f）引入可变增益引入可变增益 控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置 广东石油化工学院自动化系 上页上页下页下页 目目 录录 57 （1）BSC控制控制 2、基本

46、控制功能、基本控制功能 使用使用CNT1 （2）功能扩展）功能扩展 外部串级设定外部串级设定A01 输入补偿输入补偿A02 输出补偿输出补偿A04 可变增益可变增益A03 输出跟踪输出跟踪A09 FL09 切换切换FL10 FL11 报警报警FL01 FL04 控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置 广东石油化工学院自动化系 上页上页下页下页 目目 录录 58 例：用例：用BSC要求实现外部串级设定要求实现外部串级设定X2， ，输出补偿 输出补偿X3， ，输入上下限报警 输入上下限报警 程序：程序： 1、LD X2 2、STA01 3、 LD X3 4、STA04 5、LD X1 6

47、、BSC 7、STY1 8、LDFL01 9、STDO01 10、LDFL02 11、STDO02 12、END 控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置 广东石油化工学院自动化系 上页上页下页下页 目目 录录 59 （3）运转方式及切换）运转方式及切换 运转方式运转方式 C A M 串级串级 自动自动 手动手动 给定方式给定方式 C： A： M： A01的值的值 上位机上位机 MODE2=1 MODE2=2 SET键键 SET键键 方式之间的切换方式之间的切换 手动手动 程序程序 上位机上位机 C A M 除除M向向C切换应先切换应先 切换到切换到A再到再到C外，外， 其余可直接进行

48、其余可直接进行 FL10 = 0 1 A方式方式 C方式方式 FL11 = 0 1 M方式方式 C/A方式方式 上位上位 机机 程程 序序 手手 动动 优先顺序：优先顺序： 控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置 广东石油化工学院自动化系 上页上页下页下页 目目 录录 60 3、串级控制功能、串级控制功能 （1）CSC控制控制 使用使用CNT1, CNT2 （2）功能扩展）功能扩展 外部串级设定外部串级设定A01 输入补偿输入补偿A02 A06 输出补偿输出补偿A04 A08 可变增益可变增益A03 A07 输出跟踪输出跟踪A09 FL09 切换切换FL10 FL11 报警报警FL0

49、1 FL04 FL05 FL08 控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置 广东石油化工学院自动化系 上页上页下页下页 目目 录录 61 1. CSC的基本功能的基本功能 指令：指令：CSC，由，由CNT1、CNT2构成构成 CNT1主调节器主调节器，有三种规律可选，有三种规律可选 CNT2副调节器，副调节器，有二种规律可选有二种规律可选 CNT1、2的正反作用、的正反作用、PID参数，侧盘设定参数，侧盘设定 运算前；运算前；PV1S2 SV1=LSV 或或 A01 PV2S1 SV2=MV1 或或SV2 侧盘设定侧盘设定 MODE1=0（1、2）决定）决定A/C方式，方式，CSV M

50、ODE3=0（1） 决定决定SV2=MV1或或SV2内内 运算后：运算后：MV2S1 例：加热炉温度串级控制系统。例：加热炉温度串级控制系统。 控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置 广东石油化工学院自动化系 上页上页下页下页 目目 录录 62 加热炉温度控制系统加热炉温度控制系统 CSC构成简图构成简图 步序步序指指 令令S1S1S2S2说说 明明 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 LD X1 LD X1 LD X2 LD X2 CSC CSC ST Y1 ST Y1 END END X1X1 X2X2 MVMV MVMV MVMV X1X1 读取读取PV1PV1 读取读取P

51、V2PV2 CSCCSC控制运算控制运算 MVMV输出到电流输出端输出到电流输出端Y1Y1 程序结束程序结束 用户程序用户程序 控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置 广东石油化工学院自动化系 上页上页下页下页 目目 录录 63 2. CSC的运转方式的运转方式 1 1、串级闭合：、串级闭合：“C C方式方式” 2 2、串级开路：、串级开路：“O O方式方式” 3 3、CSCCSC的运转方式的设定方法的运转方式的设定方法 侧盘设定（和侧盘设定（和 MODE3MODE3） 用户程序设定（用户程序设定（FL12=0/1 C/OFL12=0/1 C/O） 控制仪表和计算机控制装置控制仪表和

52、计算机控制装置 广东石油化工学院自动化系 上页上页下页下页 目目 录录 64 串级控制功能的运行方式 MODE3 MODE3 运运 行行 方方 式式 主主 回回 路（路（CNT1CNT1）副副 回回 路（路（CNT2CNT2） 给给 定定 值值测测 量量 值值 操操 作作 输输 出出给给 定定 值值测测 量量 值值 操操 作作 输输 出出 0 0C CA1A1的信号的信号在在 正正 面面 盘盘 指指 示示 自动控制（自动控制（A A）CNT1CNT1的输出的输出 （串级闭合）（串级闭合） M MA A A A用用SETSET键给定键给定自动控制自动控制A A M M用用SETSET键给定键给定

53、跟踪跟踪CNT2CNT2的测量值的测量值M M 1 1C CA1A1的信号的信号跟踪跟踪CNT2CNT2的测量值的测量值用侧面盘上的用侧面盘上的 SV2SV2给定（开给定（开 环）环） A A A A用用SETSET键给定键给定 M M用用SETSET键给定键给定 控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置 广东石油化工学院自动化系 上页上页下页下页 目目 录录 65 3. CSC的扩展功能的扩展功能 可利用可利用An、Bn、FLn寄存器寄存器 来进行来进行CSC控制功能的扩展控制功能的扩展 控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置 广东石油化工学院自动化系 上页上页下页下页 目

54、目 录录 66 2.3.2.4. SLPC可编程控制器的应用可编程控制器的应用 带温压补偿的气体流量控制系统带温压补偿的气体流量控制系统 控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置 广东石油化工学院自动化系 上页上页下页下页 目目 录录 67 带温压补偿的气体流量控制系统带温压补偿的气体流量控制系统 己知仪表参数如下 ： 孔板设计压力 Pd=600 kPa 孔板设计温度 Td =300 流量测量范围 08000 Nm3/h 压力变送器量程 01000 kPa 温度变送器量程 0500 差压变送器量程 032 kPa 控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置 广东石油化工学院自动化

55、系 上页上页下页下页 目目 录录 68 3. 确定温差补偿运算的数学模型 P TP PT KQ d d 1. 确定控制器应承担的任务 ，PID运算和温差补 偿运算 2. 确定控制功能和控制算法 ，采用基本控制指 令BSC，控制算法采用CNT1=1的标准PID算法 控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置 广东石油化工学院自动化系 上页上页下页下页 目目 录录 69 4. 数学模型的规格化 设设PS、TS 、 PS分别为压力变送器、温度变分别为压力变送器、温度变 送器和差压变送器的量程，送器和差压变送器的量程， QS为换算为标准为换算为标准 状态下的流量量程，状态下的流量量程， Pmin

56、 、Tmin分别为用分别为用绝对绝对 压力和压力和绝对绝对温度表示的压力变送器和温度变送温度表示的压力变送器和温度变送 器的下限值，器的下限值， X1、X2、X3和和Y2分别为差压信分别为差压信 号、压力信号、温度号、压力信号、温度 信号和补偿后的流量信号信号和补偿后的流量信号 （X、Y 信号范围均为信号范围均为0 1）, 且因差压和流量且因差压和流量 测量范围下限值均为零，因此有下列关系测量范围下限值均为零，因此有下列关系 ： P = PS X1 P = PS X2 Pmin T= TS X3 Tmin Q = QS Y2 控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置 广东石油化工学院自动化系 上页上页下页下页 目目 录录 70 根据 可以得到设计状态下的 系数K为 ： S S p Q K 1 min 3 min 2 2 X T T X T T p p X p p KY dd S dd S 设设K1= 、K2= 、K3= 、K4= d S p p d p pmin d S T T d T Tmin P TP PT KQ d d 控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置 广东石油化工学院自动化系 上页上页下页下页 目目 录录 71 信号规格化后的温差补偿运算数学模型为信号规格化后的温差补偿运算数学模型为 1 433 221 2 X