《过程控制基础》第八讲 控制器基础

1、控制器基础2022/9/2222控制器的地位及作用 1.1 常用控制规律 1.2 先进控制策略2. 模拟量控制器 2.1 模拟量控制器分类 2.2 DDZ-III型控制器 2.3 举例3. 数字量控制器 3.1 组成 3.2 分类 3.3 原理 3.4 PLC可编程控制器本讲内容2022/9/22331.控制器的地位及作用控制器执行器被控对象变送器单回路控制系统方框图控制系统心脏控制器在自动化控制系统中起控制作用。它将来自变送器的测量信号与给定值相减以得到偏差信号，然后对偏差信号按一定的控制规 律进行运算，运算结果为控制信号，输出至执行器。习惯上，单元组合仪表和单个仪表形式的控制器常称调节器，

2、分为模拟量控制器(电气式)与数字量控制器（电子式）。2022/9/2241.1 常用P、I、D控制规律（回顾） 比例控制规律（P）：能较快地克服扰动的影响，使系统稳定下来，但有余差；比例积分控制规律（PI）：应用最广泛； 比例积分控制规律（PI）：调节通道滞后较小，余差要求苛刻，但系统稳定性降低；比例微分控制规律（PD）：对改善系统的动态性能指标，有显著的效果。不适用于纯滞后较大，测量信号有噪声或周期性扰动的系统； 比例积分微分控制规律（PID）：是一种理想的控制规律，但参数整定困难。2022/9/2251.2 先进过程控制策略 目前配置在过程控制计算机中的先进控制策略及相应软件主要有：多变量

3、预测控制自适应控制（包括自适应PID控制）模糊控制及故障诊断神经元网络等。采用先进控制可以克服由于系统本身的时变性、非线性和外扰的随机性等带来的问题。 2022/9/2262.模拟量控制器2.1 基本构成比较环节将测量值与设定值进行比较（电流、电压、气压相减），产生偏差信号。放大器将偏差信号、反馈信号、载波信号叠加后进行放大。反馈环节将输出信号通过一定的运算关系反馈到放大器的输入端，以实现比例、积分、微分等控制规律。给定信号比较环节测量信号偏差放大器输出信号反馈环节-2022/9/2272.2 DDZ电动控制2.2.1 仪表的特点采用国际电工委员会（IEC）推荐的统一标准信号：420mA DC

4、 或 15V DC，信号电流与电压的转换电阻为250。高度集成化，可靠性高，维修量少。全系统统一采用24V DC电源供电，单元仪表无须单独设置电源。功能齐全，结构合理。具有本安（本质安全）性能。2022/9/2282.2.2 基本功能控制功能自动控制：针对偏差，按PID规律自动调整输出。手动控制：由人工直接设定输出值遥控执行器。软手动：输出随时间按一定的速度增加或减小。硬手动：瞬间直接改变输出值。显示功能输入显示、设定值显示、手动给定显示、输出显示、（输出）限位报警。调整功能给定输入调整：控制参数整定：2022/9/2292.2.3 结构原理输入电路 PD电路 PI 电路输出电路软手动电路硬手

5、动电路显示电路内给定 电路给定显示外给定值测量信号输出信号2022/9/22102.2.4. 外形结构仪表整体为长方体，伸入控制箱（盘）内部PID参数设定位于仪表内部，拉开整个仪表，可用螺丝刀调整变阻器。炉温控制2022/9/22112.3 举例例12022/9/2212例22022/9/2213例32022/9/2214例42022/9/2215例52022/9/22162022/9/2217 3.数字式控制器 数字式控制器具有丰富的运算控制功能和数字通讯功能、灵活而方便的操作手段、形象而直观的数字或图形显示、高度的安全可靠性 ，实现了仪表和计算机的一体化，比模拟控制器能更方便有效地控制和管

6、理生产过程，因而在工业生产过程自动控制系统中得到了越来越广泛的应用。2022/9/22183.1 数字量控制器的分类单回路数字控制器为适应DDZ系列单元模式（功能、外形）而设计的简易计算机控制系统。PLC控制器具有大量I/O接口的专用计算机系统，通常使用专门的编程语言。商用计算机基于高性能商用CPU的计算机系统，可使用多种高级语言，具有普通家用计算机的全部功能。2022/9/22193.2 数字式控制器构成原理模拟控制器只是由硬件（模拟元器件）构成，它的功能也完全是由硬件构成形式所决定，因此控制功能比较单一；而数字控制器由以处理器（CPU）为核心构成的硬件电路和由系统程序、用户程序构成的软件两

7、大部分组成，其主要是由软件所决定，因此可以实现各种不同的控制功能。 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部分组成，其构成框图如下页图所示。 3.3 数字式控制器的特点 （1）运算控制功能强； （2）通过软件实现所需功能； （3）带有自诊断功能； （4）带有数字通讯功能； （5）具有和模拟控制器相同的外特性； （6）保持常规模拟式控制器的操作方式。 2022/9/2220数字式控制器的硬件电路2022/9/22213.4 可编程逻辑控制器（PLC） 可编程逻辑控制器（programmable logic controller：PLC）是一种

8、数字式的电子装置，早期专用于顺序逻辑和程序控制。使用可编程序的存储器来存储指令，实现逻辑运算、顺序控制、计数、计时和算术运算等功能，用来对各种机械或生产过程进行控制。 2022/9/22223.4.1 PLC特点高可靠性和较强的适应恶劣环境的能力；结构紧凑；速度快；功能强；灵活通用；编程容易；维护方便。2022/9/22233.4.2 SLPC可编程调节器 SLPC可编程调节器是一种代表性、功能较为完全的小型可编程调节器， 它具有基本PID、串级、选择、非线性、采样PI、批量PID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 的编程语言，即可编制各种控制与运

9、算程序，使调节器具有规定的控制 运算功能。 3.4.3 SLPC可编程调节器的硬件电路SLPC可编程调节器的硬件电路原理图如下页图所示，包括以下部分 （1）主机电路； （2）过程输入通道； （3）过程输出通道； （4）开关量输入输出通道； （5）人/机联系部件；（6）通讯接口电路。2022/9/2224 2022/9/22252022/9/2226SLPC可编程调节器的硬件电路原理图2022/9/22273.4.4 SLPC可编程调节器的软件部分 SLPC可编程调节器的软件由系统程序和功能模块两部分构成，系统 程序用于保证整个调节器正常运行，这部分用户是不能调用的。 SLPC可 编程调节器的功能模块是以指令形式提供的。 SLPC可编程调节器指令有以下4种类型：信号读取指令LD、信号存 储指令ST、程序结束指令END