第4章可编程调节器

•可编程调节器•可编程控制器•智能变送器•集散控制系统•现场总线控制系统第2篇数字式控制仪表及装置第4章可编程调节器4.1概述可编程调节器是一种新型数字控制仪表，通常一台仪表控制一个乃至几个回路。控制一个回路的可编程调节器通常又称为单回路调节器。可编程调节器与模拟式调节器在构成原理和所用器件上有着很大区别。前者采用数字技术，以微型计算机（简称微机）为核心部件；而后者采用模拟技术，以运算放大器等模拟电子器件为基本部件。4.1.1.数字调节器的特点实现了模拟仪表与计算机一体化将CPU引入控制器，使其功能得到来很大的增强，提高了性能价格比。同时考虑到人们长期以来的习惯，数字控制器在外形结构、面板布置、操作方式等方面保留了模拟调节器的特征。运算控制功能强数字控制器具有比模拟调节器更丰富的运算控制功能，一台数字控制器既可实现简单PID控制，也可以实现串级控制、前馈控制、变增益控制和史密斯补偿控制；既可以进行连续控制，也可以进行采样控制、选择控制和批量控制。此外，数字控制器还可对输入信号进行处理，如线性化、数据滤波、标度变换、逻辑运算等。通过软件实现所需功能数字控制器的运算控制功能是通过软件实现的。在可编程调节器中，软件系统提供了各种功能模块，用户选择所需的功能模块，通过编程将它们连接在一起，构成用户程序，便可实现所需的运算与控制功能。具有和模拟调节器相同的外特性尽管数字控制器内部信息均为数字量，但为了保证数字式控制器能够与传统的常规仪表相兼容，数字控制器模拟量输入输出均采用国际统一标准信号（4～20mADC，1～5VDC），可以方便地与DDZ－III型仪表相连。同时数字控制器还有数字量输入输出功能。具有通讯功能，便于系统扩展数字控制器除了用于代替模拟调节器构成独立的控制系统之外，还可以与上位计算机一起组成DCS控制系统。数字控制器与上位计算机之间实现串行双向的数字通讯，可以将手、自动状态、PID参数及输入/输出值等信息送到上位计算机，必要时上位计算机也可对控制器施加干预，如工作状态的变更，参数的修改等。可靠性高，维护方便在硬件方面，一台数字式控制器可以替代数台模拟仪表，同时控制器所用硬件高度集成化，可靠性高。在软件方面，数字式控制器的控制功能主要通过模块软件组态来实现，具有多种故障的自诊断功能，能及时发现故障并采取保护措施。通用性强，使用方便——模拟量输入输出信号采用统一标准信号。它还可输入输出数字信号，进行开关量控制。用户程序使用“面向过程语言”（PROCEDURE-ORIENTEDLANGUAG，简称POL语言）来编程，易于学习、掌握。4.1.2.数字调节器构成原理以微处理器（CPU）为核心构成的硬件电路由系统程序、用户程序构成的软件数字调节器的主要功能由软件决定模拟调节器：硬件决定一切，功能单一硬件部分数字式调节器的硬件电路构成框图主机电路ROM存放系统程序。EPROM存放用户程序.RAM存放输入数据、显示数据、运算的中间值、结果CTC的定时功能用来确定调节器的采样周期等等多为单片机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。过程输入通道将多个模拟量输入信号分别转换为CPU所接受的数字量。多路模拟开关将多个模拟量输入信号分别连接到采样／保持器。采样／保持器具有暂时存储模拟输入信号的作用A／D转换器的作用是将模拟信号转换为相应的数字量。利用D／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。模拟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“1”与“0”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。开关量输入通道过程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D/A转换器起数／模转换作用。V／I转换器将1~5V的模拟电压信号转换成4~20mA的电流信号。模拟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）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。采用光电耦合器件作为输出电路进行隔离传输开关量输出通道HMI(HumanMachineInterface)正面板：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／手动）切换按钮给定值增／减按钮和手动操作按钮等状态显示灯侧面板：有设置和指示各种参数的键盘、显示器通信接口电路主要有以位并行、字节串行位串行，即一次传送一位，连续传送功能：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的数据。并行和串行两种工业控制网络及仪表的通信方式基本上都采用：原因：实施方便成本低适于远距离传输软件部分系统程序:系统程序是调节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。数字式调节器的软件分为系统程序和用户程序两大部分用户程序: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，并将它们按一定的规则连接起来的结果。作用是使调节器完成预定的控制与运算功能。监控程序·系统初始化·中断管理·自诊断处理·键处理·定时处理·通信处理·掉电处理·运行状态控制一般来说，数字调节器需要完成以下一些任务监控程序使调节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。功能模块·数据传送用户可以选择所需要的功能模块以构成用户程序，使调节器实现用户所规定的功能。调节器提供的功能模块主要有·PID运算·四则运算·逻辑运算·开平方运算·取绝对值运算·脉冲输入计数与积算脉冲输出·高值选择和低值选择·上限幅和上限幅·折线逼近法函数运算·一阶惯性滞后处理·纯滞后处理·移动平均值运算·控制方式切换输入、输出以及基本传送命令基本功能如：流量积算选择性控制如热电偶信号的线性化等等输入信号的软件滤波均值计算收自动切换用户程序用户程序的编程通常采用面向过程POL语言(Procedure-OrientedLanguage)。编程方式简单易学。用户根据控制系统要求，选择所需要的功能模块，并按一定的规则连接起来，使调节器完成预定的控制与运算功能。用户程序的编制过程也称为“组态”。调节器的编程工作是通过专用的编程器进行的，有“在线”和“离线”两种编程方法。专用编程器→组态→用户程序写入EPROM→EPROM安装到数字调节器上特点总结运算控制功能强通过软件实现所需功能带有自诊断功能带有数字通讯功能具有和模拟调节器相同的外特性保持常规模拟式调节器的操作方式简单易学，功能介于常规模拟调节器和计算机控制系统之间4、2SLPC可编程调节器SLPC可编程调节器是一种有代表性的、功能较为齐全的可编程调节器·具有基本PID、串级、选择、非线性、采样PI、批量PID等控制功能·具有自整定功能，可使PID参数实现最佳整定·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，使调节器具有规定的控制运算功能。4、2、1概述4.2.2SLPC的主要性能模拟量输入1~5V（DC）5点。模拟量输出1~5V（DC）2点，负载电阻＞3kΩ。4~20mA（DC）1点，负载电阻=0~750Ω。数字量输入接点或电压电平与数字量输出6点共用。数字量输出晶体管接点。故障状态输出晶体管接点1点。运算周期0.2s和0.1s。比例度6.3℅~999.9℅积分时间1~9999s微分时间0~9999s控制功能基本控制功能；串级控制功能；选择控制功能。控制算法标准PID；采样值PI；批量PID供电电源交直流两种（100V规格和200V规格）(一)正面板•工位号牌•故障指示灯•报警指示灯•测量信号指针•给定信号指针•给定信号调整按键•运行方式切换开关•输出指示表•手动操作杆•调节阀动作标记•PF指示灯•可编程功能键工位号牌——标明被测变量、仪表功能、工段代号、序号故障指示灯——调节器的运算、控制回路有故障时灯亮报警指示灯——调节器的输入、输出异常和运算溢出时故障灯亮测量信号指针——单回路控制时指示被测变量的测量值，串级和选择控制时指示主被测变量的测量值给定信号指针——单回路控制时指示被测变量的给定值，串级和选择控制时指示主被测变量的给定值给定值调整按键——调节给定值大小，，按▲给定值↑，按给定值↓，同时按▲给定值不变运行方式切换按钮——按键上带指示灯，按下后灯亮，表明所处的状态A——自动M——手动C——串级调节阀动作标记——调节阀分为气关式、气开式，在输出=4mA时，可定义气开，也可定义气关；在输出=20mA时，可定义气开，也可定义气关，根据工艺要求确定。可编程功能键——该键的功能由用户的程序确定PF指示灯——由用户程序决定是点亮或熄灭输出指示表——指示输出信号4-20mA，左为4mA，右为20mA。输出限位指针——表示输出限幅的位置手动操作杆——M时，可以调整手操信号大小，向左信号↓，向右信号↑。慢速——40s/全刻度；快速——4s/全刻度（二）侧面盘（调整板）侧面盘（调整板）PROGRAMMABLECONTROLLERMODELSLPCSV1800NTUNINGDIDOMODECHECKALARMPVSVDVPHPLXNYNSCALEDLVLVTPIDSTCENMVMHMLPNTNNON-LINEARBATCHSAMPLEPROGAMMERTUNINGACTIONENABLERSV2RSV1DIR1DIR2INHIBITROM键盘调整开关——为了防止误操作而设置的开关。当开关置于禁止（INHIBIT）时，键盘不能操作。当开关置于允许（ENABLE）时，键盘可以操作。正反作用开关——确定调节器的正（DIR）反（RVS）作用。正反作用开关有两个，因为内部构造相当于二台调节器。ROM插座——用于安装EPROM。当卡爪在“ON”位置时，ROM被固定；当爪卡在“OFF”位置时，ROM可脱落连接编程器的插座——用于连接编程器。SLPC的硬件电路指示HMIA/MAO通信接口主机部分AIDI、DO(1)主机部分CPU采用8085AHC，时钟频率为10MHz。ROM分为系统ROM和用户ROM系统ROM：两片27256型EPROM（每片32KB）用于存放监控程序和各种功能模块；用户ROM：一片2716型EPROM（2KB）用于存放用户程序。RAM采用两片μPD4464C低功耗CMOS存储器，8KB。(2)AISLPC调节器有5个模拟量输入通道。关键点：2点X1输入通道具有备用方式，正常工作时的信息途径之外，发生故障时，进行测量值指示。A/D转换器：是利用高速12位D/A转换器和比较器实现的X1经RC滤波后分为两路，一路经输入多路开关接到比较器，被A/D转换后进入CPU(正常的信息途径)。一路经电压跟随器送到故障／PV开关。CPU正常时，指示器接受的是由CPU和D／A转换送来的测量信号。发生故障时，CPU的自检程序或WDT电路发出的故障输出信号，使故障／PV开关切换到故障位置，面板上的指示器直接接受从X1来的信号，进行测量值指示。(3)AO3个模拟量输出通道，Y1为4～20mADC电流输出，Y2、Y3为1～5VDC电压输出相互间也不隔离。如何分析上述电路的特性？MVV121II32VV3IIO1I2I)/(122RRMVVVCC333RVVICC250)(3123120MVRRRMVRRRMVVVICCCC111VMVRR22CCVVR参见上页电路图P点用于判断是否有断线故障外接负载的阻值正常时，P点电压不超过6V如果使用中负载电路断线，则电容C被过多地充电，以致P点电压超过6V所以定期检测此点的电压便可判断是否有断线故障。参见前页电路图(4)开关量输入和输出通道SLPC调节器有六个开关量输入和输出通道，它们既可以当作输入