过程控制与自动化仪表培训教材

1、自动化仪表的组成及工作原理概述自动化仪表包括过程变量检测与传输、显示与控制等自动化控制系统中使用的各种仪表单元和系统，包括工业企业广泛使用的热工仪表；用于温度、压力、流量、液位和成分等测量。由于计算机和网络技术的发展，自动化仪表和工厂自动化控制系统已成为一个不可分割的完整系统，已完全集成在许多现代控制装置中。其发展过程分为以下几个阶段：早期（1970年代之前）：自动化仪表分为各种标准功能单元，可根据需要组合成各种控制系统。中期（1970 年代后）：1、控制仪表集中在控制室，生产现场的参数通过统一的模拟信号送到控制室。操作员可以从控制室监控整个生产过程的状况。2、适用于生产规模较大的多回路控制系

2、统。3.分布式控制阶段。4、计算机的出现大大简化了控制功能的实现。最初设想用计算机代替所有电路的控制仪表，实现直接数字控制（ DDC ， Direct Digital Control ）。5.然而， DDC系统的故障风险高度集中。一旦计算机出现故障，所有控制回路都将瘫痪，这将增加生产过程的风险。因此， DDC系统并未得到广泛使用。目前（从1980年代初开始），随着计算机性能的提高和体积的减小，出现了配备CPU的数控仪表。本着“集中管理、分散控制”的理念，在数字控制仪表和计算机及网络技术的基础上，开发了集中和分散的分布式控制系统（ DCS ， Distributed Control System

3、 ）。 DCS系统采用分层结构，分散控制失效风险，集中管理功能。被广泛使用的。随着CPU进入检测仪器和执行器，自动化仪器已经完全实现了数字化和智能化。在控制系统中，也出现了由智能仪表组成的现场总线控制系统（ FCS ， Fieldbus Control System） 。 FCS系统将控制功能完全下放到现场，依靠现场智能仪表实现对生产过程的检测和控制。并利用开放、标准化的通讯网络现场总线，连接分散在现场的控制系统的通讯，实现信息的集中管理。在自动化程度高的现代工业企业中，随着网络技术的发展和大量虚拟仪器的使用，控制系统与检测仪器的界限正在进一步缩小。按照传统仪表的概念，自动化仪表可分为检测与传

4、输仪表、控制仪表和执行控制单元三部分。检测传输仪表用于将现场过程变量值转换成标准过程信号，提供给控制仪表，实现各种控制功能； PID控制、比例控制、智能控制等。执行器将控制单元的信号转换成特定的控制动作，最终完成自动调节的控制功能。早期的DDZ系列控制仪表就是这样的控制单元。虽然它的应用在逐渐缩小，但在控制原理和控制理念上却是一种更好的材料。检测传输仪表要控制生产过程，首先必须实时检测生产过程中的相关参数。如温度、压力、流量、液位等。用于检测这些参数的工具称为检测仪表，包括测量指示仪表和将测量参数转换成标准信号输出的测量变送器。一、检测仪器基本技术指标测试仪器有很多种，但目的是快速准确地测量出

5、一定的物理量。因此，对检测仪器的性能有一套通用的评价指标。(1)。绝对误差检测仪器的示值X与实测真值Xt之差称为绝对误差。表示为：= XXt由于真值是无法获得的理论值。在实际计算中，可以用精度更高的标准表测得的标准值X0来代替真实值Xt，表示为：= XX 0仪器刻度周围各点读数的绝对误差中的最大绝对误差称为最大绝对误差max。2 .基本错误基本误差是一种简化的相对误差，也称为引用误差或相对百分比误差。定义为：并且：仪表量程=测量上限-测量下限仪器的基本误差是指仪器在规定的工作条件下测量时的最大允许误差。3.准确度（精密度）为了便于数值的传递，国家规定了仪器的准确度（精密度）等级系列。如0.5级

6、、1.0级、1.5级等。确定仪器精度的方法：从仪器基本误差中去掉“ ”和“ % ”数字，设置成规定的仪器精度等级系列。例如某仪器的基本误差为1.0%，则确认该仪器的精度等级符合1.0级；如果某台仪器的基本误差为 1.3 %，则该仪器的精度等级符合1.5级。例1某测温仪表的测温范围为-100 700 ，校准仪表时全量程的最大绝对误差为+ 5解决方法：仪表的基本误差为：“十”符号和“ % ”符号从该表的增量中去除，其值为0.625 。因为在国家规定的精度等级中没有0.625级仪器，所以仪器的误差超过了0.5级仪器允许的最大绝对误差。因此：本测温仪的精度等级为1.0 。目前，我国生产的仪器常用的精度

7、等级有0.005、0.02、0.05、0.1、0.2、0.4、0.5、1.0、1.5、2.5等。 _ _ _ _ _ _ _精度等级的数值越小，仪器的精度等级越高，仪器的准确度就越高。以上的仪表常用作标准仪表；大多数工业领域使用的测量仪器的精度都在0.5以下。仪器的精度等级一般在仪表盘上用符号标出。喜欢三、压阻式压力传感器应用实例利用半导体材料的压阻效应将压力转换为电信号。压阻效应-受到压力时电阻率的变化。图 1-1扩散硅压力传感器传感元件如图1-1所示，为扩散硅压力传感元件。四个长条形电阻沿一定的晶轴方向和位置扩散。当半导体扩散电阻受到应力时，材料部分的晶格间距发生变化，使得禁带宽度随着载流

8、子浓度和迁移率的变化而变化，导致半导体材料的电阻率发生强烈变化，其灵敏度大约是金属应变电阻的100倍左右。这种传感器称为扩散硅压力传感器。当硅膜片上下两侧存在压力差时，膜片内就会产生应力，从而改变扩散电阻的阻值。实验表明，当圆形硅膜片受压变形时，中心区和边缘区的力学性能不同。以63.2%的半径为边界，中心区域受拉应力，边缘区域受压应力。拉高时，扩散电阻的阻值增加；按下时，扩散电阻的阻值减小。四个电阻可以组成一个全桥电路。图 1-2 满量程指示调节器框图图1-2（a）是由四个长条形电阻组成的电路形式。四个阻值相等的电阻在硅膜片上扩散，连接形成全桥输出电路，不仅可以提高电桥的灵敏度，还可以得到温度

9、补偿，抵消了半导体变化带来的误差电阻与温度。图1-2(b)是隔膜表面应力分布示意图。一般检测仪器都附有发射器。除高温和腐蚀性气体和液体外，尽量使变送器尽可能靠近检测单元，以防止信号干扰。变送器的作用是将检测信号转换成标准的4-20mA电流信号或1-5V电压信号，也可以通过网络致检测信号，实现信号的可靠传输和隔离。图1-3是压力传感器和变送器的电路原理图。应变电阻的电压信号经过放大转换成标准的4-20mA电流信号输出。图 1-4 是 AD590 温度变送器的电路原理图。图 1-3 扩散硅压力传感器变送器电路图1-4 AD590温度变送器电路原理图三、调整控制仪表一、 DDZ -型调压器介绍调节仪

10、表分为传统仪表，如DDZ -型调节器。主要由模具准监管机构的组成。监管机构的作用调节器将来自变送器的测量信号与调节器的参考或外部参考进行比较比较信号以获得它们的偏差，即然后调节器按照一定的规律计算出偏差信号，并输出调节信号来控制执行器的动作，从而实现对温度、压力、流量或液位等受控参数的自动控制。图 1-5 满量程指示调节器框图如图 1-6 所示。图 1-6 满量程指示调节器示意图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、 PD和PI运算电路、 V/I转换电路、软手动操作和硬手动操作电路；指示单元包括测量信号指示和给定信号指示电路。2.改进的调节器随着生产过程的复杂性和严格要求，出现了

11、各种复杂的调节系统，使用基本型调节器往往达不到生产过程所要求的控制指标。因此，需要在基本调节器的基础上进一步扩展调节器的功能。这是通过在基本调节器部分添加各种附加单元以提高其性能来实现的。抗饱和调节器差分前瞻PID调节器比例微分前瞻PID调节器非线性PID调节器3.数字调节器数字稳压器的优点：（1）开发周期短，性价比高；(2)具有自检、自诊断的异常报警功能和通讯功能；(3)控制精度高、性能稳定、工作可靠；(4) 易于使用和维护。数字调节器已广泛应用于各行各业的自动控制系统。数字调节器以微机为核心，进行与控制律有关的运算，控制律的所有运算都是周期性地进行的，即数字调节器是一个离散系统。因此，连续

12、系统的PID控制律必须先离散化，然后才能应用于数字调节器。控制算法：完整的微分PID算法（理想PID算法）不完全微分PID算法（实际PID算法）实现形式：位置型、增量型、速度型、偏差型(1) 完整的微分PID算法位置类型：增加的：速度型：偏置类型：全微分PID算法：微分动作过于敏感，微分动作持续时间短，容易引起控制系统振荡，降低控制质量；阀门开启时间与调节器输出信号时间不对应。(2) 不完全微分PID算法不完整的微分PID调节器：一阶惯性环节串联在完整的微分PID 的输出端，如图 1-7 所示。PID算法调节器原理框图不完全微分PID位置型算法：不完全差分PID增量算法：(3) 反积分饱和算法

13、数字稳压器最简单的抗积分饱和方法是积分分离法。基本原理是偏差小的时候加积分作用；偏差较大时取消积分作用。这样就降低了积分累加的饱和度，从而达到反积分饱和的目的。PID算法的增量形式：首先判断偏差的绝对值是否趋于预设的偏差极限值A ，然后判断是否使用积分作用，即：四、数字稳压器的组成数字稳压器的组成如图1-8所示，其核心器件是CPU单元，图1-8数字调节器框图整定调节器示意图图1-10虚拟调节器示意图五、现代智能调节器的组成现代智能调节器在数字调节器（测量仪器）的基础上增加了通讯功能。不同厂家的仪表使用不同的通讯协议，如HART协议、PROFIBUS协议等。6 、检测传输仪表检测和传输单元实际上

14、包括两部分，首先是检测被控参数，然后致器将其转换成统一的标准信号。由于单元组合仪表可以方便灵活地组成各种难度的过程控制系统，因此在过程控制系统中得到广泛应用。单元组合仪表有气动单元组合仪表和电动单元组合仪表两大系列。表1-1是DDZ- 和DDZ -仪表的性能对比。表1-1 DDZ- 和DDZ -仪表性能对比系列DDZ- DDZ- 信号，转移方式，供电信号直流0 10mADC 4至20mA , DC 1至5V转移方式串联系统（电流发射电流接收）并联系统（电流传输电压收到）四线制三线制供电AC 220V单独供电DC 24V集中供电和断开备用电源防爆型和电气元素开关防爆型防爆安全火花型安全围栏没有任

15、何有电气元件离散组件集成组件结构与电路设计和功能双杠杆机构媒介代理无线电路带线性化电路调节器偏差指示硬手册手动-自动切换需要先平衡无保持电路一般功能满量程指示和偏差指示硬手册和软手册软手动-自动切换可直接切换带保持电路多才多艺的系统组件一般来说灵活的与电脑一起使用兼容性差兼容性好D 从使用的角度来看，变送器跨度调整、零点调整和零点偏移的概念非常重要。量程调整或满量程调整，其目的是使变送器输出信号的上限值（或满量程值）与输入测量信号的上限值相对应。跨度调整相当于改变变送器的灵敏度，即输入输出特性的斜率，如图1-11所示。图 1-11 变送器量程调整变送器调零的目的是使输出信号的下限与输入信号的下

16、限相对应，见图1 -12a。将变送器的测量起点从零点偏移到正值或负值称为零点偏移。零点迁移有正迁移和负迁移之分，见图1-12b和图(a) 调零 (b) 正零偏移 (c) 负零偏移图1-12 变送器调零及零位迁移八、常用检测变送器介绍1 DDZ- 差压变送器采用两线制信号传输系统，如图1-13所示。图1-13型变送器两线制示意图安全火花防爆也是DDZ- 型变送器的主要特点之一。实现安全火花性能的主要措施如下：一是采用低压24V直流集中电源，限制点火能量；其次，尽量少使用L 、 C储能元件。为储能元件提供放电通路，限制储能元件两端的电压；第三，采取限压限流措施，限制点火能量，使其不超过安全火花的能

17、量。因此DDZ- 型变送器与安全栅配合使用，可在任何易燃易爆场所使用，扩大了变送器的适用范围。例如：差动电容差压变送器；图 1-14 为差动电容差压变送器的差动电容结构示意图。图1-14差分电容结构示意图基于扭矩平衡原理的差压（压力）变送器由于采用扭矩传递机构，体积和重量大，零点和跨度调节相互干扰。而基于差动电容的差压（压力）变送器，由于没有机械传动机构，只有差动电容和电子放大电路两部分组成，所以体积小、重量轻、零点和范围调整不相互干扰。其性能优越，应用广泛。差动电容差压变送器的转换放大电路的作用是提取电容比值，转换成直流4 20mA输出。1151电容式差压变送器是这类变送器的典型产品。转换电

18、路的框图如图1-15所示。图 1-15 转换电路框图2 EJA系列变送器介绍采用高科技微电子加工（MEMS）传感器直接输出频率信号，简化了与数字系统的接口。精度高，一般为0.075% ；高稳定性和可靠性。连续10万次过压试验，影响量0.03%/16Mpa 。连续工作五年无需调零。BRAIN/HART/FF现场总线三种通讯协议可供选择。完善的自诊断和远程设置通讯功能。无需三阀组，可直接安装使用；基本产品的接液膜片材质为：哈氏合金C-276（小标准3.9kg） 。外部零位/跨度调整原理：差压和压力信号由单晶硅谐振传感器上的两个H形振动梁转换成频率信号，送到脉冲计数器，然后将两个频率的差值直接传送到

19、用于数据处理的 CPU。 D/A转换器将输入信号对应的420mADC的输出信号进行转换，在模拟信号上叠加一个BRAIN/HART数字信号进行通讯。胶囊组件中的特性校正存储器存储传感器的环境温度、静压和输入/输出特性校正数据。 CPU运行后，变送器可以获得优良的温度特性、静压特性和输入/输出特性。特征。通过 I/O 口与外部设备（如手持智能终端 BT200 或 275 与 DCS 中具有通讯功能的 I/O 卡）进行数字通讯方式，即高频 2.4kHz（BRAIN 协议） ）或1.2kHz（HART协议）数字信号叠加在420mA一、结构原理（需要传感器原理结构图的可以联系我）单晶硅谐振传感器的核心部

20、分，即单晶硅芯片采用微机电加工技术（MEMS )，分别在其表面上。将谐振腔的中心和边缘做成两个形状和尺寸完全相同的H形谐振梁（H形谐振腔有两个谐振梁），置于微真空腔内，使其不在与填充液接触，也保证振动不受空气阻尼的影响。2、谐振梁的振动原理 硅谐振梁处于永磁体提供的磁场中，与变压器、放大器等形成正反馈回路，使谐振梁在环路中振荡。3、应力条件单晶硅片上下表面受压形成压力差时，会发生变形。中心受压，边缘受力，所以两根异形振梁分别承受不同的应变。结果是中央共振梁的频率因压缩力而降低，而侧面共振梁的频率差则对应不同的压力信号。EJA系列变送器属于智能（嵌入式、单片机控制）传输仪表，是现代仪表的代表。主

21、要有以下特点：微机在变送器中的应用是变送器数字化和整个控制系统数字化的基础。在传统的控制系统中，多采用标准电流（如420mA.DC ）进行远程信号传输，形成各种控制系统。具有数字通讯、数字显示等多种信号接触方式；功能更强大，如自动调零和增益校正、非线性校正、自动温度补偿、自动消除交叉灵敏度影响、自动量程切换、自检、自诊断和图像处理功能等。变送器具有强大的智能功能。9. 执行器和安全屏障1. 执行器执行器是自动控制系统的重要组成部分。它将控制器发出的控制信号转化为执行动作，从而操纵进入设备的能量，使受控变量保持在要求值或一定范围内。执行器包括自动调节阀、自动电压调节器、自动电流调节器和控制电机。

22、其中，自动调节阀是最常见的执行机构，种类繁多。自动调节阀可分为：电动调节阀：电源配备方便，信号传输速度快，损耗小，可远距离传输；但推力很小。气动调节阀：结构简单、可靠、维修方便、防火防爆；但气源不方便。液压调节阀：通过液压传递动力，推力最大；但安装维护麻烦，用处也不多。工业上使用最多的是气动控制阀和电动控制阀。2、电动调节阀电动调节阀接受来自调节器的电流信号，阀门开度连续可调。电磁阀也接受来自调节器的电流信号，但阀门开度是位置调节。电动调节阀也是由执行器和阀门组成：(1)执行器是调节阀的驱动装置，它将输入信号转换成相应的动力，驱动控制机构动作。(2)阀门是调节阀的控制机构，与气动调节阀的阀门通

23、用。(3) 调试和维护的手动调节机构。图1-16 电动调节阀结构电动执行器以控制电机为动力装置。输出形式为：角行程：电机经过减速机后旋转输出。直行程：电机转动经减速机减速，转换成直线位移输出。多转型：角度输出大，功率比较大。主要用于控制闸阀、截止阀等多回转阀门。这几种执行器在电气原理上基本相同，只是减速器不同。图1-17是电动执行器的控制原理图。伺服放大器可由比例放大器和比例积分放大器组成，通过位置反馈信号形成闭环，提高控制精度。图1-17 电动执行器控制系统示意图3.安全围栏安全栅（又称防爆栅）是防止危险电能从控制系统的信号线进入现场仪表的安全保护装置。（一）安全防爆的基本概念在大气条件下，

24、气体蒸气、雾气、粉尘或纤维状易燃物质与空气混合，点燃后会遍及整个外壳燃烧的混合物称为爆炸性混合物。含有爆炸性混合物的环境称为爆炸性环境。根据爆炸性混合物的危险频率、持续时间和危险程度，可将危险场所划分为不同级别的危险区域。不同的危险等级对电气设备的防爆要求不同。煤矿用电气设备属于类设备；有爆炸性气体的工厂使用的电气设备属于第二类设备；有爆炸性粉尘的工厂使用的电气设备属于类设备。对于II类电气设备，当电路电压限制在30VDC时，各种爆炸性混合物按最小爆炸电流分为三个等级。如表1-1所示。表 1-1爆炸性混合物的最小爆炸电流等级最小爆震电流（ mA ）爆炸性混合物的类型我120甲烷、乙烷、汽油、甲

25、醇、乙醇、丙酮、氨、一氧化碳二70我120乙烯、乙醚、丙烯腈等我70氢气、乙炔、二硫化碳、市政煤气、水煤气、焦炉煤气等(2) 安全火花防爆系统电表有电路点火的可能。如果从电路设计上考虑防爆，将电路在短路、开路、误操作等各种状态下可能产生的火花限制在爆炸性气体的点火能量范围内，该仪表称为安全仪表。火花防爆仪表。安全火花防爆仪表只能保证仪表内不产生危险火花，不能保证其他仪表通过信号线传输的能量的安全。如果在与其他仪表的电路连接之间设置安全屏障，防止危险能量进入，则完全实现安全火花爆炸。构成安全火花防爆系统的两个要素：危险场所使用的仪表必须是安全火花防爆仪表（本质安全仪表）。现场仪表与危险场所的电路

26、连接必须通过安全栅（防爆栅），如图1-18所示。图1-18 安全栅现场应用示意图安全屏障的工作原理安全栅是传递正常信号并阻止危险能量通过的安全装置。如果在信号通路上串联一定的电阻来限制电流，就可以称为电阻式安全栅。缺点是正常信号也有衰减，防爆等级低。图1-19是齐纳安全栅的电路原理图，它是安全场所和危险场所之间的一道屏障。图1-19 齐纳安全栅电路示意图基本思路：用二极管VD1和VD2限压，用电阻R 1 、 R 2和保险丝F限流。存在的问题：R 1和R 2仍会影响仪器的正常工作。阻值太大会影响仪表的恒流特性，阻值太小则无法限流。接地点多于两个，会导致信号通过短路或产生干扰（除安全栅接地外，连接

27、的仪表也接地）改进后的安全栅如图1-20所示：用晶体管限流电路代替固定电阻。 VT3工作在零偏置电压下，作为恒流源为VT1提供充足的基极电流，保证信号在4 20mA左右处于饱和状态。由VD1VD4和F1F2 组成。背靠背稳压管中点接地，保护时由直接接地改为接地。工作原则正常情况下， VT1饱和导通 VR 1 = 0.1 0.5VVT2不流动时， VR 1 0.6VVT2导通，分流VT3的电流VT1去饱和Vce 1 呈现更高的阻值, 过电压 当VD 1 VD 4至少有一个被击穿时，电压被限制并接地。需要快速熔断器熔断时间=27ms错误的9周期：=时间2.0SAMPLE TIME，采样时间，两次b

28、lock调用之间的时间，取值范围=20ms0.010SP_INT :=真实的6INTERNAL SETPOINT ，部分设定值输入，取值范围为100.0%或物理值0.011PV_IN :=真实的10PROCESS VARIABLE IN，浮点格式的过程变量输入0.012PV_PER :=单词14PROCESS VARIABLE PERIPHERY，外部设备输入的 I/O 格式的过程变量值16#000013男人：=真实的16MANUAL VALUE ，操作界面输入的手动值，取值范围为100.0%或物理值0.014增益：=真实的20PROPORTIONAL GAIN，比例增益输入，用于设置控制器的

29、增益2.015德州仪器：=时间24RESET TIME，积分时间输入，积分器对应时间，取值范围=CYCLET#20S16TD :=时间28DERIVATIVE TIME，微分时间输入，微分器对应时间T#10S17TM_LAG :=时间32微分运算的时间滞后，微分运算的延迟时间输入T#2S18DEADB_W :=真实的36DEAD BAND WIDTH，死区宽度，误差变量的死区大小，=0.0或物理值0.019LMN_HLM :=真实的40MANIPULATED VALUE HIGH LIMIT，控制器输出的上限，取值范围从LMN_LLM到100.0%或物理值100.020LMN_LLM :=真实

30、的44MANIPULATED VALUE LOW LIMIT，控制器输出的下限，范围从-100.0%到LMN_LLM或物理值0.0二十一PV_FAC :=真实的48过程变量系数，输入过程变量的系数1.0二十二PV_OFF :=真实的52PROCESS VARIABLE OFFSET，输入的过程变量的偏移量1.023LMN_FAC :=真实的56MANIPULATED VALUE FACTOR，控制器输出系数1.024LMN_OFF :=真实的60MANIPULATED VALUE OFFSET，控制器输出的偏移量0.025I_ITLVAL:=真实的64INTIALIZATION VALUE O

31、F THE INTEGRAL ACTION，积分运算的初始值0.026DISV :=真实的680.0SFB41的输出参数1LMN :=真实的72MANIPULATED VALUE，浮点格式的控制器输出值0.02LMN_PER :=单词76MANIPULATED VALUE PERIPHERY I/O，I/O 格式的控制器输出值16#00003QLMN_HLM:=布尔值78.0HIGH LIMIT OF MANIPULATED VALUE REACHED，控制器输出超过上限错误的4QLMN_LLM:=布尔值78.1LOW LIMIT OF MANIPULATED VALUE REACHED，控制

32、器输出小于下限错误的5LMN_P :=真实的80PROPORTIONALITY COMPONENT，控制器输出值中的比例分量0.06LMN_I :=真实的84INTEGRAL COMPONENT，控制器输出值中的积分分量0.07LMN_D :=真实的88DERIVATIVE COMPONENT，控制器输出值中的微分分量0.08光伏：=真实的92PROCESS VARIABLE，格式化的过程变量输出0.09呃：=真实的960.0使用 FB41 编程时的注意事项：、FB41“CONT_C”块应在循环中断OB（OB35）中调用。 “CYCLE”参数对应于CPU扫描时间，程序块调用之间的间隔时间必须分

33、配给该参数。默认状态为手动模式 (MAN_ON=true)。自动循环中断，在MAN参数下输出控制值。为了保证手动和自动之间的无扰动切换，在手动模式下保证至少两次块调用的输出时间。当 CPU 重新启动时，参数“COM_RST”=true 将指导块的执行。参数“COM_RST”中断 PID 控制器的执行。(3)STEP7中的PID编程如图 7.4 所示，STEP7 中的 PID 编程需要在初始化程序 OB100 中设置循环扫描时间，这个时间应该对应 CPU 的 OB35 块定义的时间。如图 7.5 所示。图 7.4 STEP7 下的 PID 编程图片7.5 选择 CPU 中 OB35 的循环扫描时

34、间OB100 的编程调用“CONT_C”，DB41COM_RST :=真MAN_ON :=PVPER_ON:=假P_SEL :=I_SEL :=假INT_HOLD:=I_ITL_ON:=D_SEL :=假周期 :=T#100MSSP_INT :=PV_IN :=PV_PER :=男人：=增益：=德州仪器：=TD :=TM_LAG :=DEADB_W :=LMN_HLM :=LMN_LLM :=PV_FAC :=PV_OFF :=LMN_FAC :=LMN_OFF :=I_ITLVAL:=DISV :=LMN :=LMN_PER :=QLMN_HLM:=QLMN_LLM:=LMN_P :=LMN

35、_I :=LMN_D :=光伏：=呃：=OB35的编程（ PID系统功能块的调用主要在OB35中完成）A run /PID运行条件JNB j001/ 一个“simlinc”/ JC j002L PIW 256 /运行模拟器不执行此操作兆瓦 50/ JU j003 /无条件跳转/j002: L MW 40/T MW 50NOP 0调用“CONT_C”，DB41COM_RST :=MAN_ON :=PVPER_ON:=P_SEL :=I_SEL :=INT_HOLD:=I_ITL_ON: =D_SEL：=周期：=T#100MSSP_INT: = sp_intPV_IN: = pv_inPV_PER

36、：=男：=增益：=“通过”TI：=TD：=TM_LAG：=DEADB_W: = deadb_wLMN_HLM：=LMN_LLM：=PV_FAC：=PV_OFF: =LMN_FAC：=LMN_OFF: =I_ITLVAL: =DISV：=LMN：=“lmn”LMN_PER：=QLMN_HLM:=QLMN_LLM:=LMN_P :=LMN_I :=LMN_D :=光伏：=呃：=j001：NOP 0错误处理功能块的调用如图7.6所示图 7.6 错误处理功能块的调用系统功能块的调用如图 7.7 所示。图 7.7 系统功能块 FB41（PID）的调用完成FB41的调用后，还需要为FB41指定背景数据块。

37、用于保存此块的临时数据。程序结构中增加了FC2子程序，用于系统调试，完成一些数据操作功能。如图 7.8 所示。图 7.8 FC2 子程序所有的子程序和程序块都需要在主程序OB1中调用，在主程序OB1中也对输入输出过程变量进行校准和去校准。可以调用系统的校准和去校准块实现。程序如下：放= Q 12.0一个（O“开始”O“跑”)一个“停止”=“运行”一场“奔跑”= Q 12.1一次“奔跑”= Q 12.0一场“奔跑”JNB jm01CALL“读取模拟值 464-2”输入：=MW50HI_LIM :=5.000000e+000LO_LIM :=0.000000e+000双极：=假RET_VAL:=T

38、i_intg输出：=“pv_in”jm01：NOP 0一场“奔跑”JNB jm02呼叫“取消缩放”在 :=lmnHI_LIM :=5.000000e+000LO_LIM :=0.000000e+000双极：=假RET_VAL:=MW22输出：=MW130jm02：NOP 0/ 一个“simlinc”/ JC jm03分子量 130T“UF_OUT”/jm03：NOP 0一场“奔跑”JNB jm04L“价值”国际贸易发展署DTRT MD 34呼叫“取消缩放”输入：=MD34HI_LIM :=5.000000e+000LO_LIM :=0.000000e+000双极：=假RET_VAL:=MW24

39、输出 :=Value_OP/ 一个“simlinc”/ JC jm04L“价值_OP”T PQW 274jm04：NOP 0致电“DigitalDisply”ProCheck：=“pv_in”内部输出 :=MD60一个“simlinc”JC jm05大号 MD 60T PQW 272jm05：NOP 0主程序编译完成后，为了调试程序，方便与监控软件（WinCC）的接口，也用到了变量表，系统中用到的开关（控制）和过程如图所示7.9 系统变量表要定义的变量。如图 7.9 所示。以上程序和编程思路仅供编程参考。3、PID系统参数的选择与调试PIDPID调节器原理图e(t)输出 y(t) 0 10 m

40、A R(t)m(t)+_y(t) = Pe(t) + Ie(t) dt + D de(t)/dtWc (s) = P +I /s +Ds图 7.10 PID 数学模型及参数根据自动控制和过程控制理论，在系统固有参数固定的情况下，通过配置不同的比例、积分和微分（PID）参数，可以提高系统的控制性能。图 7.10 中的 PID 参数对应 FB41 中的相应参数。当然，改变系统结构也可以起到同样的效果，比如尽可能缩短水泵出口到水箱的距离，改变系统固有的延迟时间，从固有的不稳定优化系统结构为稳定的结构。在实际调试中，除了采用经验法选择系统参数外，工程中主要采用临界比例法确定系统参数。临界比力法是在系统

41、闭环条件下进行的，该方法简单、应用广泛，其具体步骤如下：图 7.11 系统临界振荡曲线表 7.2 使用临界比力法设置参数(1)调节器置于纯比例位置，比力设置为最大值。此时，没有积分（Ti=）和微风（TD=0）效应，使系统进入闭环运行。(2) 系统稳定后，对给定值施加适当幅度的阶跃扰动，逐渐减小比力，直至出现如图所示的等幅振荡，即临界振荡，并记录。当比力K时，K称为临界比力。临界振荡周期 TK 的值可以在图中的记录曲线上找到。(3) 根据K和TK，按表中公式计算调节器参数P、I、D的值。由于有些系统不允许在临界状态下工作，所以也可以采用临界比力法。 （请参考相关资料）五、培训要求1、根据说明书的要求，PLC编程应采用结构化编程的方法完成。2、PID参数的选择应结合实际经验和理论计算来实现。3、优化系统参数后，系统的动态指标可以满足实际应用的需要。六、思考题1、控制系统的比力与系统的放大倍数有什么关系？2、如果系统的比力太小，对系统有什么影响？3、在什么情况下限制使用临界比例法？培训项目八 Wi