合肥工业大学化工仪表 第5章 自动控制仪表

1、第五章 自动控制仪表控制器是控制系统的核心。控制器是控制系统的核心。控制器的作用：控制器的作用：控制执行器，改变操纵变量，使被控变量符合生产要求。控制执行器，改变操纵变量，使被控变量符合生产要求。 控制器在闭环控制系统中将检测变送环节传送过来的信息与被控变控制器在闭环控制系统中将检测变送环节传送过来的信息与被控变量的设定值比较后得到偏差，然后根据偏差按照一定的量的设定值比较后得到偏差，然后根据偏差按照一定的控制规律控制规律进行运进行运算，最终输出控制信号作用于执行器上。算，最终输出控制信号作用于执行器上。 控制器的分类控制器的分类控制器一般可按能源形式、信号类型和结构形式进行分类。控制器一般可

2、按能源形式、信号类型和结构形式进行分类。按能源形式：按能源形式：气动气动电动电动气动控制仪表的特点气动控制仪表的特点：结构简单，性：结构简单，性能稳定可靠，维护方便，价格便宜，能稳定可靠，维护方便，价格便宜，并且具有本质安全防爆性能，特别适并且具有本质安全防爆性能，特别适用于石油、化工等有爆炸危险的场所。用于石油、化工等有爆炸危险的场所。目前采用的控制器以目前采用的控制器以电动控制电动控制器占绝大多数器占绝大多数电动控制仪表的特点电动控制仪表的特点：可以实现无滞后的远距离传送，同时又具有能源简单、便于和计可以实现无滞后的远距离传送，同时又具有能源简单、便于和计算机配合的特点。由于采取安全火花防

3、爆措施解决了防爆问题，算机配合的特点。由于采取安全火花防爆措施解决了防爆问题，电动仪表同样也能应用于易燃易爆的危险场所，因此在工业生产电动仪表同样也能应用于易燃易爆的危险场所，因此在工业生产过程中得到越来越广泛的应用。过程中得到越来越广泛的应用。控制器的分类控制器的分类 信号制及供电方式信号制及供电方式 信号制信号制-指在成套仪表系列中，各个仪表的输入输出间指在成套仪表系列中，各个仪表的输入输出间 采用何种统一联络信号来进行信号传输的问题采用何种统一联络信号来进行信号传输的问题。气动控制仪表气动控制仪表：0.020.020.1MPa0.1MPa 电动控制仪表电动控制仪表，0 010mA10mA

4、（DCDC）电流信号作为电动电流信号作为电动型仪表型仪表 4 420mA20mA（DCDC）电流信号电流信号 1 15V5V（DCDC）电压信号电压信号 电动电动型仪表型仪表传输方式传输方式：进出控制室的传输信号采用电流信号，：进出控制室的传输信号采用电流信号， 控制室内部各仪表间联络信号采用电压信号控制室内部各仪表间联络信号采用电压信号 模拟式模拟式 传输信号通常为连续变化的模拟量，其线路简单，传输信号通常为连续变化的模拟量，其线路简单， 操作方便，价格较低操作方便，价格较低概概 述述 p一般与检测装置、显示装置一起组一般与检测装置、显示装置一起组装在一个整体之内装在一个整体之内p同时具有检

5、测、控制与显示的功能同时具有检测、控制与显示的功能p结构简单、价格低廉、使用方便结构简单、价格低廉、使用方便p通用性差，信号不易传递通用性差，信号不易传递p一般应用于简单控制系统中。一般应用于简单控制系统中。 基地式仪表基地式仪表概概 述述 单元组合式仪表仪表单元组合式仪表仪表按各组成环节的不同功能和使用要求，将整套仪表分为若干单元，按各组成环节的不同功能和使用要求，将整套仪表分为若干单元，各单元能独立实现某种功能，使用时可以按生产工艺的不同要求各单元能独立实现某种功能，使用时可以按生产工艺的不同要求挑选需要的单元加以组合，其特点是应用灵活，通用性强，使用挑选需要的单元加以组合，其特点是应用灵

6、活，通用性强，使用维护方便，特别适用于中、小企业的过程控制系统；维护方便，特别适用于中、小企业的过程控制系统； 数数 字字 式式它以微型计算机为核心，功能完善，它以微型计算机为核心，功能完善，性能优越，能解决模拟式仪表难以解决的性能优越，能解决模拟式仪表难以解决的问题，满足现代生产过程的高质量控制要问题，满足现代生产过程的高质量控制要求。它可实现连续生产过程、断续生产过求。它可实现连续生产过程、断续生产过程的控制，也可以通过在程的控制，也可以通过在PLCPLC中加入中加入PIDPID等等控制功能，实现批量控制。控制功能，实现批量控制。概概 述述 基本概念基本概念控制规律的定义：控制规律的定义：

7、是指控制器的是指控制器的输出信号输出信号与与输入信号输入信号之间的关系。之间的关系。控制规律就是控制器的输出信号控制规律就是控制器的输出信号p(t)p(t)随输入信号随输入信号e(t)e(t)变化的规律。变化的规律。控制器执行器对象测量变送器+SPxzepqyf( )( )( )0e tx tz t PIDPID控制器的一般形式为：控制器的一般形式为：p pf(e) f(e) 几种常用控制规律的微分方程表达式可分别表示为：几种常用控制规律的微分方程表达式可分别表示为：eKpP比例作用（比例作用（P P） )1(0edtTeKptIP比例积分作用（比例积分作用（PIPI） )(dtdeTeKpD

8、P比例微分作用（比例微分作用（PDPD） )1(0dtdeTedtTeKpDtIP比例积分微分作用（比例积分微分作用（PIDPID）K KP P控制器的比例增益；控制器的比例增益； T TI I控制器的积分时间；控制器的积分时间； T TD D控制器的微分时间控制器的微分时间； 控制规律的表示形式控制规律的表示形式理想的理想的maxmaxminmin,0,0,0,0pepepppepe或图5-1 理想双位控制特性图5-2 双位控制示例实际实际为了降低控制机构的开关频率，延长控制系统中运动部件的使用寿命。为了降低控制机构的开关频率，延长控制系统中运动部件的使用寿命。给双位控制系统增加了中间区，当

9、偏差在中间区内变化时，控制机构不给双位控制系统增加了中间区，当偏差在中间区内变化时，控制机构不会动作。会动作。maxmaxmaxminmaxminmin,peepppeepeemin保持或不变,e图5-3 实际的双位控制规律图5-4 具有中间区的双位控制过程双位控制过程中一般采用双位控制过程中一般采用振幅振幅与与周期周期作为品质指标作为品质指标 结论结论被控变量波动的上、下限在允许范围内，使被控变量波动的上、下限在允许范围内，使周期长周期长些比较有利。些比较有利。 双位控制器双位控制器结构简单结构简单、成本较低成本较低、易于实现易于实现，因而，因而应用很普遍。应用很普遍。 bpeapKe bp

10、ae根据相似三角形原理，有：Kp放大倍数（比例增益）KpKp越大，越大，控制器的输出信号控制器的输出信号p与输入信号与输入信号eKpKp（比例增益）比例增益）衡量比例控制作用强弱的变量。在实际中，衡量比例控制作用强弱的变量。在实际中，习惯上使用比例度习惯上使用比例度 表示比例控制作用的强弱。表示比例控制作用的强弱。比例度比例度 定义：控制器输入的变化相对值与相应的输出变化相对值之比的百分数，定义：控制器输入的变化相对值与相应的输出变化相对值之比的百分数，表达式为表达式为maxminmaxmin100%exxppp其中：其中：e e为控制器输入信号的变化量，即偏差信号；为控制器输入信号的变化量，

11、即偏差信号； (x (xmaxmax-x -xminmin) )为控制器输入为控制器输入信号的变化范围，即量程；信号的变化范围，即量程； p p为控制器输出信号的变化量，即控制命令；为控制器输出信号的变化量，即控制命令；( (p pmaxmax-p-pminmin) )为控制器输出信号的变化范围。为控制器输出信号的变化范围。例题例题：一台比例作用的温度控制器，其温度的变化范围为：一台比例作用的温度控制器，其温度的变化范围为400800400800，控，控制器的输出范围是制器的输出范围是420mA420mA。当温度从。当温度从600600变化到变化到700700时，控制器相应时，控制器相应的输出

12、从的输出从8mA8mA变为变为12mA12mA，试求该控制器的比例度。，试求该控制器的比例度。解：解：maxminmaxmin700600800400100%100%100%128204exxppp这说明在这个比例度下，温度全范围变化（相当于这说明在这个比例度下，温度全范围变化（相当于400 400 ）时，控制器的）时，控制器的输出从最小变为最大，在此区间内，输出从最小变为最大，在此区间内， p p 和和e e是成一一对应比例关系。是成一一对应比例关系。可以看出比例度的具体意义为：使控制器的输出变化满刻度时，相应的控制可以看出比例度的具体意义为：使控制器的输出变化满刻度时，相应的控制器输入变化

13、量占输入信号变化范围的百分数。即要使输出做全范围变化，输器输入变化量占输入信号变化范围的百分数。即要使输出做全范围变化，输入信号必须改变全量程的百分之几。入信号必须改变全量程的百分之几。左图是比例度的示意图，当比例度分左图是比例度的示意图，当比例度分别为别为50%50%、100%100%、200%200%时，只要偏时，只要偏差差e e的变化占输入信号变化范围的的变化占输入信号变化范围的50%50%、100%100%、200%200%时，控制器的输时，控制器的输出就可以由最小出就可以由最小p pminmin 变为最大变为最大p pmaxmax。maxminmaxmin(/) 100%epxxpp

14、比例度的定义式可改写为比例度的定义式可改写为maxminmaxminmaxminmaxmin11100%100%100%ppexxppCpKxxKppC C为控制器输出信号的变化范围与输入信号的变化范围之比，称为为控制器输出信号的变化范围与输入信号的变化范围之比，称为仪表仪表系数系数。对于单元组合仪表，有对于单元组合仪表，有maxminmaxmin()()xxpp所以所以1100%pK结论：比例度结论：比例度 与放大倍数与放大倍数K Kp p成反比。比例度成反比。比例度 越小，放大倍数越小，放大倍数K Kp p越大，越大，它将偏差（控制器输入）放大的能力越强，反之亦然。它将偏差（控制器输入）放

15、大的能力越强，反之亦然。为何会有余差为何会有余差 ？图图5-75-7简单水槽的比例控制过程简单水槽的比例控制过程液位开始下降液位开始下降作用在控制阀上的信号作用在控制阀上的信号进水量增加进水量增加偏差的变化曲线偏差的变化曲线在在t=tt=t0 0时，系统外加一个干扰作时，系统外加一个干扰作用用下图为简单水槽的比例控制系统的过渡过程。下图为简单水槽的比例控制系统的过渡过程。 在扰动即设定值变化时在扰动即设定值变化时有余差存在。有余差存在。 比例度比例度 愈大，过渡过程曲线愈平稳，愈大，过渡过程曲线愈平稳，余差也愈大。比例度愈小，余差也愈小，余差也愈大。比例度愈小，余差也愈小，过渡过程曲线振荡愈厉

16、害。当比例度过渡过程曲线振荡愈厉害。当比例度 减减小到某一数值时，系统会出现等幅振荡，小到某一数值时，系统会出现等幅振荡，此时的比例度称为此时的比例度称为临界比例度临界比例度 k k。 图5-8 比例度对过渡过程的影响PP K, K余 差小或一对矛盾 要统筹兼顾稳定性高或输出输出p p与输入与输入e e的关系为：的关系为：0tIpKedt其中其中K KI I表示积分速度。表示积分速度。 输出信号的大小不仅与偏差信号的大小有关，而且与偏差信号存在的时输出信号的大小不仅与偏差信号的大小有关，而且与偏差信号存在的时间长短有关。只有在偏差信号间长短有关。只有在偏差信号e e 等于零的情况下，控制器的输

17、出才能相对等于零的情况下，控制器的输出才能相对稳定。因此，稳定。因此，力图消除余差是积分控制作用的重要特性力图消除余差是积分控制作用的重要特性。积分控制作用的积分控制作用的输出信号输出信号p p与偏差信号与偏差信号e e的的积分成正比。积分成正比。积分控制规律积分控制规律阶跃偏差下的开环输出特性：阶跃偏差下的开环输出特性： 在幅度为在幅度为A A的阶跃偏差作用下，积分控的阶跃偏差作用下，积分控制器的开环输出特性为制器的开环输出特性为0tIIpKAdtK At如右图所示，这是一条斜率不变的直线，如右图所示，这是一条斜率不变的直线，直到控制器的输出达到最大值或最小值直到控制器的输出达到最大值或最小

18、值而无法再进行积分为止，输出直线的斜而无法再进行积分为止，输出直线的斜率即输出的变化速度正比于控制器的积率即输出的变化速度正比于控制器的积分速度分速度K KI I，即，即 dp/dt=Kdp/dt=KI IA A。 p e O O t A t KIAt 是比例作用和积分作用的合成，输出是比例作用和积分作用的合成，输出p p与输入与输入e e的关系为：的关系为：00( )1()tpItpIpKeKe t dtKeedtTT TI I称为积分时间，称为积分时间，T TI I=1/K=1/KI I积分控制的特点积分控制的特点（1 1）能消除余差）能消除余差（2 2）动作缓慢，调节不及时，一般不能单独

19、使用）动作缓慢，调节不及时，一般不能单独使用在幅度为在幅度为A A的阶跃输入下，比例输出的阶跃输入下，比例输出立即跳变到立即跳变到K Kp pA A，然后积分输出随时，然后积分输出随时间线性增长。输出特性是一根截距为间线性增长。输出特性是一根截距为K Kp pA A、斜率为、斜率为K Kp pA/TA/TI I的直线。的直线。开环输出特性：开环输出特性：积分时间积分时间T TI I越大，直线越平坦，说明积越大，直线越平坦，说明积分作用越弱；分作用越弱；T TI I越小，直线越陡峭，说越小，直线越陡峭，说明积分作用越强。明积分作用越强。ppIKpK AAtTKITITIp积分作用越强积分作用越强

20、积分时间积分时间TITI定义定义：在阶跃偏差作用下，：在阶跃偏差作用下，控制器的输出达到比例输出的两倍所控制器的输出达到比例输出的两倍所经历的时间，就是积分时间经历的时间，就是积分时间TI TI 。积分时间积分时间TI测定测定：将比例度将比例度置于置于100%100%的刻度上，然的刻度上，然后对控制器输入一个幅度为后对控制器输入一个幅度为A A的阶跃的阶跃偏差，测出控制器的输出跳变值，偏差，测出控制器的输出跳变值，同时按秒表计时，等到积分输出与同时按秒表计时，等到积分输出与比例输出相同时所经历的时间就是比例输出相同时所经历的时间就是积分时间积分时间TITI。TI图5-11 积分时间对过渡过程的

21、影响结论：结论： 在比例控制系统中引入在比例控制系统中引入积分作用的优点是能够消除余差，然而降低了积分作用的优点是能够消除余差，然而降低了系统的稳定性系统的稳定性；若要保持系统原有的衰减比，必须相应加大控制器的比例度，这会使系若要保持系统原有的衰减比，必须相应加大控制器的比例度，这会使系统的其它控制指标下降。因此，如果余差不是主要的控制指标，就没有统的其它控制指标下降。因此，如果余差不是主要的控制指标，就没有必要引入积分作用。必要引入积分作用。 由于比例积分控制器具有比例和积分控制的优点，有比例度由于比例积分控制器具有比例和积分控制的优点，有比例度 和和T TI I两个两个参数可供选择，因此适

22、用范围比较宽广，多数控制系统都可以采用。参数可供选择，因此适用范围比较宽广，多数控制系统都可以采用。例题分析对一台比例积分控制器作开环试验。已知对一台比例积分控制器作开环试验。已知K Kp p=2=2，T TI I= 0.5min= 0.5min。若输入偏差如图所示若输入偏差如图所示, ,试画出该控制器的输出信号变化曲线。试画出该控制器的输出信号变化曲线。输入偏差信号变化曲线例题分析例题分析图图 输出曲线图输出曲线图edtpI4当当K KC C = 2 , = 2 , T TI I = 0. 5min = 0. 5min时时31430244dtdtpI3184dtpI 在在t t=0=01mi

23、n1min期间期间, ,由于由于e e=0 ,=0 ,故输出为故输出为0 0。在在t t=1=13min3min期间期间, ,由于由于e e=1,=1,所以所以t t=3min=3min时时, ,其输出其输出 在在t t=3=34min4min期间期间, ,由于由于e e=-2,=-2,故故t t=4min=4min时时, ,其积分总输出其积分总输出 故故p pI I输出波形如图输出波形如图9-22 (b)9-22 (b)所示。所示。 将图将图 (a) (a)、(b)(b)曲线叠加曲线叠加, ,便可得到便可得到PIPI控制器的输出控制器的输出, ,如图如图9 (c)9 (c)所示。所示。 微分

24、控制规律微分控制规律deDdtpTTD-微分时间微分时间按偏差变化速度进行控制，理想的微分控制规律，其输出信号按偏差变化速度进行控制，理想的微分控制规律，其输出信号p p正比于输入正比于输入信号信号e e对时间的导数：对时间的导数： 理想微分器在阶跃偏差信号作用下的开环输理想微分器在阶跃偏差信号作用下的开环输出特性是一个幅度无穷大、脉宽趋于零的尖出特性是一个幅度无穷大、脉宽趋于零的尖脉冲，输出只与偏差的变化速度有关，而与脉冲，输出只与偏差的变化速度有关，而与偏差的存在与否无关，即偏差固定不变时，偏差的存在与否无关，即偏差固定不变时，不论其数值有多大，微分作用都无输出。纯不论其数值有多大，微分作

25、用都无输出。纯粹的微分控制是无益的，因此常将微分控制粹的微分控制是无益的，因此常将微分控制与比例控制结合在一起使用与比例控制结合在一起使用。阶跃偏差下的开环输出特性：阶跃偏差下的开环输出特性：理想的比例微分控制规律的数学表达式为理想的比例微分控制规律的数学表达式为比例微分控制规律比例微分控制规律()pDdepKeTdt理想的比例微分控制器的开环输理想的比例微分控制器的开环输出特性如右图所示出特性如右图所示t0pet理想比例微分开环输出特性理想比例微分开环输出特性理想的比例微分控制器在制造上是困难的，理想的比例微分控制器在制造上是困难的，工业上都是用实际比例微分规律的控制器。工业上都是用实际比例

26、微分规律的控制器。实际比例微分控制规律的数学表达式为实际比例微分控制规律的数学表达式为 (1)exp()DppDDKpK AK A KtTKD为微分增益（微分放大倍数）为微分增益（微分放大倍数）0 ,(0 ),( )0.368(1),( )pDDpDpDptpK K ATtTp TK A KK AKtpK A 动态特性分析动态特性分析实际比例微分控制器在幅度为实际比例微分控制器在幅度为A的阶跃偏差作用的阶跃偏差作用下的开环输出特性，见下图。下的开环输出特性，见下图。KPAKPKDApe阶跃偏差作用下实际比例微分开环输出特性阶跃偏差作用下实际比例微分开环输出特性在偏差跳变瞬间，输出跳变幅在偏差跳

27、变瞬间，输出跳变幅度为比例输出的度为比例输出的KD倍，即倍，即KDKpA,然后按指数规律下降，然后按指数规律下降，最后当最后当t趋于无穷大时，仅有趋于无穷大时，仅有比例输出比例输出KpA。因此决定微分。因此决定微分作用的强弱有两个因素：一个作用的强弱有两个因素：一个是开始跳变幅度的倍数，用微是开始跳变幅度的倍数，用微分增益分增益KD来衡量，另一个是来衡量，另一个是降下来所需要的时间，用微分降下来所需要的时间，用微分时间时间TD来衡量。输出跳得越高，来衡量。输出跳得越高，或降得越慢，表示微分作用越或降得越慢，表示微分作用越强。强。 微分增益微分增益KD是固定不变的，是固定不变的，只与控制器的类型

28、有关。电只与控制器的类型有关。电动控制器的动控制器的KD一般为一般为510。如果如果KD =1，则此时等同于纯，则此时等同于纯比例控制。比例控制。 KD 1，称为，称为正微正微分分。KD 1的，称为的，称为反微分器反微分器，它的控制作用反而减弱。这它的控制作用反而减弱。这种反微分作用运用于噪音较种反微分作用运用于噪音较大的系统中，会起到较好的大的系统中，会起到较好的滤波作用。滤波作用。KPAKPKDApe微分时间微分时间TD越大，微分作用越强。由于微分在输入偏差变化的越大，微分作用越强。由于微分在输入偏差变化的瞬间就有较大的输出响应，因此微分控制被认为是超前控制。瞬间就有较大的输出响应，因此微

29、分控制被认为是超前控制。微分时间微分时间TD的测定：的测定：先测定阶跃信号先测定阶跃信号A作用下比作用下比例微分输出从例微分输出从KDKpA下降到下降到KpA+0.368KpA(KD-1)所经历的所经历的时间时间t，此时，此时t=TD/KD，再将，再将该时间该时间t乘以微分增益乘以微分增益KD即即可。可。KPAKPKDApe0.368KpA(KD -1)例如，当例如，当Kp=1，KD=5时，输入偏差变化时，输入偏差变化e=A=2mA,则则KDKpA=10mA， KpA+0.368KpA(KD-1) 5mA。测定输出从测定输出从10mA下降到下降到5mA所经历的时间所经历的时间t，则则TD= t

30、 KD1()pDIdepKeedtTTdt由于由于PID控制器有比例度控制器有比例度、积分时间、积分时间TI、微分时、微分时间间TD三个参数可供选择，三个参数可供选择，因而适用范围广，在温因而适用范围广，在温度和成分分析控制系统度和成分分析控制系统中得到更为广泛的应用。中得到更为广泛的应用。 各类化工过程常用的控制规律如下：各类化工过程常用的控制规律如下：液位：液位：一般要求不高，用一般要求不高，用P或或PI控制规律；控制规律；流量流量：时间常数小，测量信息中杂有噪音，用：时间常数小，测量信息中杂有噪音，用PI或或加反微分控制规律；加反微分控制规律；压力：压力：介质为液体的时间常数小，介质为气

31、体的时介质为液体的时间常数小，介质为气体的时间常数中等，用间常数中等，用P或或PI控制规律；控制规律；温度：温度：容量滞后较大，用容量滞后较大，用PID控制规律。控制规律。 6.3.1模拟式控制器基本结构模拟式控制器基本结构 模拟式控制器所传送的信号形式为连续的模拟信号，其基本结构包模拟式控制器所传送的信号形式为连续的模拟信号，其基本结构包括比较环节、反馈环节、放大器三部分。括比较环节、反馈环节、放大器三部分。6.3 模拟式控制器模拟式控制器 比较环节比较环节: :将被控变量的测量值与设定值进行比较得到偏差。电动控制器是在将被控变量的测量值与设定值进行比较得到偏差。电动控制器是在输入电路中进行

32、电压或电流信号的比较。输入电路中进行电压或电流信号的比较。 反馈环节反馈环节: :控制器的控制器的PIDPID控制规律是通过反馈环节进行的。输出的电信号通过控制规律是通过反馈环节进行的。输出的电信号通过电阻和电容构成的无源网络反馈到输入端。电阻和电容构成的无源网络反馈到输入端。放大器放大器 : : 放大器实质上是一个稳态增益很大的比例环节。在电动控制器中可放大器实质上是一个稳态增益很大的比例环节。在电动控制器中可采用高增益的集成运算放大器。采用高增益的集成运算放大器。 6.3.2 6.3.2 DDZ-DDZ-型电动单元控制器型电动单元控制器 是模拟式控制器中较为常见的一种，它以来自变送器或转换

33、器的是模拟式控制器中较为常见的一种，它以来自变送器或转换器的1 15 5V V直流测量信号作为输入信号，与直流测量信号作为输入信号，与1 15 5V V直流设定信号相比较得到偏差信号，直流设定信号相比较得到偏差信号，然后对此信号进行然后对此信号进行PIDPID运算后，输出运算后，输出1 15 5V V或或4 42020mAmA直流控制信号，以实现直流控制信号，以实现对工艺变量的控制。对工艺变量的控制。 电气零点不是从零开始，且不与机械零点重合，这不但利用了晶体管的线性段，而且容易识别断电、断线等故障。 本信号制的电流-电压转换电阻为250。 由于联络信号为15V DC，可采用并联信号制，因此干

34、扰少，连接方便。 由于集成运算放大器均为差分放大器，且输入对称性好，漂移小，仪表的稳定性得到提高。 由于集成运算放大器有高增益，因而开环放大倍数很高，这使仪表的精度得到提高。 由于采用了集成电路，焊点少，强度高，大大提高了仪表的可靠性。 各单元省掉了电源变压器，没有工频电源进入单元仪表，既解决了仪表发热问题，又为仪表的防爆提供了有利条件。 在工频电源停电时备用电源投入，整套仪表在一定时间内仍可照常工作，继续进行监视控制作用，有利于安全停车。 （ （ 基型控制器基型控制器 当控制器处于当控制器处于“自动自动”状态状态时，测量信号与设定信号通过输入电时，测量信号与设定信号通过输入电路进行比较，由比

35、例微分电路、比例积分电路对其偏差进行路进行比较，由比例微分电路、比例积分电路对其偏差进行PDPD和和PIPI运算后，运算后，再经过电路转换为再经过电路转换为4 42020mAmA直流电流，作为控制器的输出信号，去控制执行直流电流，作为控制器的输出信号，去控制执行器。器。 当控制器处于当控制器处于“保持保持”状态（即它的输出保持切换前瞬间的数值）状态（即它的输出保持切换前瞬间的数值）时，若同时将控制器切换到时，若同时将控制器切换到“软手动软手动”状态，输出可按快或慢两种速度线状态，输出可按快或慢两种速度线性地增加或减小，以对工艺过程进行手动控制。当控制器处于性地增加或减小，以对工艺过程进行手动控

36、制。当控制器处于“硬手动硬手动”状态时，控制器的输出与手操电压成比例，即输出值与硬手动操作杆的位状态时，控制器的输出与手操电压成比例，即输出值与硬手动操作杆的位置一一对应。置一一对应。 控制器的工作状态有控制器的工作状态有“自动自动”、“软手动软手动”、“硬手动硬手动”及及“保持保持”四种四种控制器中将偏差控制器中将偏差e e定义为测量值与设定值之差（定义为测量值与设定值之差（e=X-Ze=X-Z），），若测量值大于若测量值大于设定值，称为正偏差；若测量值小于设定值，称为负偏差。设定值，称为正偏差；若测量值小于设定值，称为负偏差。当控制器置当控制器置于于“正正”作用时，控制器的输出随着正偏差的

37、增加而增加；置于作用时，控制器的输出随着正偏差的增加而增加；置于“反反”作用时，控制器的输出随着正偏差的增加而减小。作用时，控制器的输出随着正偏差的增加而减小。若是负偏差，其控制若是负偏差，其控制器在器在“正正”、“反反”作用下的输出刚好与正偏差的情况相反。作用下的输出刚好与正偏差的情况相反。 控制器还设有控制器还设有“正正”、“反反”作用开关供选择，以满足作用开关供选择，以满足控制系统的控制要求控制系统的控制要求 使用基型控制器时有几点应注意：使用基型控制器时有几点应注意： 正确设置内、外设定开关正确设置内、外设定开关 “内内”设定时，设定电压信号由控制器内部的设定电路产生，操作设定时，设定

38、电压信号由控制器内部的设定电路产生，操作者通过设定值拨盘确定设定信号大小。者通过设定值拨盘确定设定信号大小。在定值控制系统中，控制器应置于在定值控制系统中，控制器应置于“内内”设定。设定。 “ “外外”设定时，由外部装置提供设定值信号。设定时，由外部装置提供设定值信号。在随动控制系统中，在随动控制系统中，控制器应置于控制器应置于“外外”设定。设定。如串级控制系统中的副控制器设定值由主控制器如串级控制系统中的副控制器设定值由主控制器的输出值提供；比值控制中的从动量控制器设定值由主动量测量值提供。的输出值提供；比值控制中的从动量控制器设定值由主动量测量值提供。 正确设置正确设置P P、I I、D

39、D参数。控制器上的参数。控制器上的PIDPID参数不能任意设置，必须通过参参数不能任意设置，必须通过参数整定，选择一组合适的数整定，选择一组合适的PIDPID参数，这样才能保证控制器在控制系统中发参数，这样才能保证控制器在控制系统中发挥作用。挥作用。 一般在刚刚开车或控制工况不正常时采用手动控制，待系统正常稳一般在刚刚开车或控制工况不正常时采用手动控制，待系统正常稳定运行时无扰动切换到自动控制。定运行时无扰动切换到自动控制。 控制器控制器“正正”、“反反”作用开关不能随意选择，要根据工艺要求及作用开关不能随意选择，要根据工艺要求及控制阀的气开、气关情况来决定，保证控制系统为负反馈。控制阀的气开

40、、气关情况来决定，保证控制系统为负反馈。 17图5-18 DTL-3110型调节器正面图1自动-软手动-硬手动切换开关；2双针垂直指示器；3内给定设定轮；4输出指示器；5硬手动操作杆；6软手动操作板键；7外给定指示灯；8阀位指示器；9输出记录指示；10位号牌；11输入检测插孔；12手动输出插孔 数字式控制器模拟式控制器构成原理数字技术模拟技术所用器件以微处理机为核心部件以运算放大器等模拟电子器件为基本部件仪表总的功能和输入输出关系基本一致。 n 一、概述一、概述6.4.2 数字式控制器的基本构成数字式控制器的基本构成 硬件部分硬件部分 主机电路主机电路过程输入输出通道过程输入输出通道人人-机联

41、系部件机联系部件通讯部件通讯部件ROMROM存放系统程序。存放系统程序。EPROMEPROM存放用户程序存放用户程序 . .RAM RAM 存放输入数据、显示数据、运算的中间值、结果存放输入数据、显示数据、运算的中间值、结果CTCCTC的定时功能用来确定调节器的采样周期等等的定时功能用来确定调节器的采样周期等等 多为单片机多为单片机 是数字式调节器的核心，用于实现仪表数是数字式调节器的核心，用于实现仪表数据运算处理，各组成部分之间的管理。据运算处理，各组成部分之间的管理。 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CPUCPU所接受的数字量。所接受的数字量。 多路模拟开关将多

42、个模拟量输入信号分别连接到采样保持器。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。 采样保持器具有暂时存储模拟输入信号的作用采样保持器具有暂时存储模拟输入信号的作用 A AD D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D DA A转换器与电压比较器，按逐位比较原理来实现模数转换的。转换器与电压比较器，按逐位比较原理来实现模数转换的。 开关量输入通道将多个开关输入信号转换成能被计算机识别的数字信号。开关量输入通道将多个开关输入信号转换成能被计算机识别的数字信号。 开关量指的是在控制系统中电接点的通与断，或者逻辑电平为开关量指的是

43、在控制系统中电接点的通与断，或者逻辑电平为“1”1”与与“0”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隔离传输。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。 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D/AD/A转换器起数模转换作用。转换器起数模转换作用。 V VI I转换器将转换器将15V15V的模拟电压信号转换成的模拟电压信号转换成420mA420mA的电流信号。的电流信号。 开关量输出通道通过锁存器输出开关量（包括数字、脉冲量）信号，以便控开关量输出通道通过锁存器输出开关量（包括数字、脉冲量）信号，以便控制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。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。 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 主要有主要有 以位并以位并行、字行、字节