化工儀表及自動(dòng)化第4章

1、化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 化工儀表及自動(dòng)化化工儀表及自動(dòng)化第五章第五章 自動(dòng)控制儀表自動(dòng)控制儀表 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 內(nèi)容提要內(nèi)容提要n 概述概述n 基本控制規(guī)律及其對(duì)系統(tǒng)過渡過程的影響基本控制規(guī)律及其對(duì)系統(tǒng)過渡過程的影響n雙位控制雙位控制n比例控制比例控制n積分控制積分控制n微分控制微分控制n 模擬式控制器模擬式控制器n基本構(gòu)成原理及部件基本構(gòu)成原理及部件nDDZ-DDZ-型電動(dòng)控制器型電動(dòng)控制器1化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 內(nèi)容提要內(nèi)容提要n 數(shù)字式控制器數(shù)字式控制器n

2、數(shù)字式控制器的主要特點(diǎn)數(shù)字式控制器的主要特點(diǎn)n數(shù)字是控制器的基本構(gòu)成數(shù)字是控制器的基本構(gòu)成nKMMKMM型可編程序調(diào)節(jié)器型可編程序調(diào)節(jié)器n 可編程序控制器可編程序控制器n概論概論n可編程序控制器的基本組成可編程序控制器的基本組成n可編程序控制器的編程語言可編程序控制器的編程語言nOMRON C OMRON C 系列系列 PLCPLCn應(yīng)用實(shí)例應(yīng)用實(shí)例2化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述3 基地式控制儀表基地式控制儀表 單元組合式儀表中的控制單元單元組合式儀表中的控制單元 以微處理器為基元的控制裝置以微處理器為基元的控制裝置化學(xué)工業(yè)出版社化

3、學(xué)工業(yè)出版社 n 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第二節(jié)第二節(jié) 基本控制規(guī)律及其對(duì)系統(tǒng)過渡過程的影響基本控制規(guī)律及其對(duì)系統(tǒng)過渡過程的影響4控制器的控制規(guī)律是指控制器的控制規(guī)律是指 控制器的輸出信號(hào)與輸入信號(hào)之間的關(guān)系?？刂破鞯妮敵鲂盘?hào)與輸入信號(hào)之間的關(guān)系。 xzfefp即即 經(jīng)常是假定控制器的輸入信號(hào)經(jīng)常是假定控制器的輸入信號(hào)e e是一個(gè)階躍信號(hào)，是一個(gè)階躍信號(hào)，然后來研究控制器的輸出信號(hào)然后來研究控制器的輸出信號(hào)p p隨時(shí)間的變化規(guī)律。隨時(shí)間的變化規(guī)律。 在研究控制器的控制規(guī)律時(shí)在研究控制器的控制規(guī)律時(shí)化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第二節(jié)第二節(jié) 基本控

4、制規(guī)律及其對(duì)系統(tǒng)過渡過程的影響基本控制規(guī)律及其對(duì)系統(tǒng)過渡過程的影響 位式控制位式控制（其中以雙位控制比較常用）、（其中以雙位控制比較常用）、比比例控制例控制（P P）、）、積分控制積分控制（I I）、）、微分控制微分控制（D D）及它們的組合形式，如及它們的組合形式，如比例積分控制比例積分控制（PIPI）、）、比比例微分控制例微分控制（PDPD）和）和比例積分微分控制比例積分微分控制（PIDPID）。）。 5化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n n 一、雙位控制一、雙位控制00,)0(0,minmaxeepeepp或或6理想的雙位控制器其輸出理想的雙位控制器其輸出

5、p p與輸入偏差額與輸入偏差額e e之間的關(guān)系為之間的關(guān)系為圖5-1 理想雙位控制特性圖5-2 雙位控制示例化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 7 將上圖中的測(cè)量裝置及繼電器線路稍加改變，便可成為一個(gè)具有中間區(qū)的雙位控制器，見下圖。由于設(shè)置了中間區(qū)，當(dāng)偏差在中間區(qū)內(nèi)變化時(shí)，控制機(jī)構(gòu)不會(huì)動(dòng)作，因此可以使控制機(jī)構(gòu)開關(guān)的頻繁程度大為降低，延長(zhǎng)了控制器中運(yùn)動(dòng)部件的使用壽命。 圖5-3 實(shí)際的雙位控制特性圖5-4 具有中間區(qū)的雙位控制過程化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 雙位控制過程中一般采用雙位控制過程中一般采用振幅振幅與與周期周期作為

6、品質(zhì)指標(biāo)作為品質(zhì)指標(biāo) 結(jié)論結(jié)論被控變量波動(dòng)的上、下限在允許范圍內(nèi)，使被控變量波動(dòng)的上、下限在允許范圍內(nèi)，使周期長(zhǎng)周期長(zhǎng)些比較有利。些比較有利。 雙位控制器雙位控制器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低成本較低、易于實(shí)現(xiàn)易于實(shí)現(xiàn)，因而，因而應(yīng)用很普遍。應(yīng)用很普遍。8化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第二節(jié)第二節(jié) 基本控制規(guī)律及其對(duì)系統(tǒng)過渡過程的影響基本控制規(guī)律及其對(duì)系統(tǒng)過渡過程的影響n 二、比例控制二、比例控制9 在雙位控制系統(tǒng)中，被控變量不可避免地會(huì)產(chǎn)生持續(xù)在雙位控制系統(tǒng)中，被控變量不可避免地會(huì)產(chǎn)生持續(xù)的的等幅振蕩過程等幅振蕩過程，為了避免這種情況，應(yīng)該使控制閥的開，為

7、了避免這種情況，應(yīng)該使控制閥的開度與被控變量的偏差成比例，根據(jù)偏差的大小，控制閥可度與被控變量的偏差成比例，根據(jù)偏差的大小，控制閥可以處于不同的位置，這樣就有可能獲得與對(duì)象負(fù)荷相適應(yīng)以處于不同的位置，這樣就有可能獲得與對(duì)象負(fù)荷相適應(yīng)的操縱變量，從而使被控變量趨于穩(wěn)定，達(dá)到平衡狀態(tài)。的操縱變量，從而使被控變量趨于穩(wěn)定，達(dá)到平衡狀態(tài)。 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 圖5-5 簡(jiǎn)單的比例控制系統(tǒng)示意圖eabpepab?,eKpP比例控制的放大倍數(shù)比例控制的放大倍數(shù)K KP P是一個(gè)重要的系數(shù)，是一個(gè)重要的系數(shù)，它決定了比例控制作用的強(qiáng)弱。它決定了比例控制作用的強(qiáng)

8、弱。（5-4）10化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n %100/minmaxminmaxpppxxe11是指控制器輸入的變化相對(duì)值與相應(yīng)的輸出變化相對(duì)是指控制器輸入的變化相對(duì)值與相應(yīng)的輸出變化相對(duì)值之比的百分?jǐn)?shù)。值之比的百分?jǐn)?shù)。 圖5-6 比例度示意圖（5-5）化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 12舉例DDZ-DDZ-型比例作用控制，溫度刻度范圍為型比例作用控制，溫度刻度范圍為400400800800，控制器輸出工作范圍是，控制器輸出工作范圍是0 010mA10mA。當(dāng)指示指。當(dāng)指示指針從針從600600移到移到700700，此

9、時(shí)控制器相應(yīng)的輸出從，此時(shí)控制器相應(yīng)的輸出從4mA4mA變?yōu)樽優(yōu)?mA9mA，其比例度的值為，其比例度的值為 %50%10001049/400800600700 對(duì)于這臺(tái)控制器，溫度變化全量程的對(duì)于這臺(tái)控制器，溫度變化全量程的5050（相當(dāng)于（相當(dāng)于200200），控制器的輸出就能從最小變?yōu)樽畲螅诖藚^(qū)間內(nèi)，），控制器的輸出就能從最小變?yōu)樽畲?，在此區(qū)間內(nèi)，e e和和p p是成比例的。是成比例的。 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 13將式將式（5-45-4）的關(guān)系代入式的關(guān)系代入式（5-55-5），經(jīng)整理后可得，經(jīng)整理后可得%1001minmaxminmaxx

10、xppKP 比例度比例度 與放大倍數(shù)與放大倍數(shù)K KP P成反比。成反比。 控制器的控制器的比例度比例度 越小越小，它的放大倍數(shù)，它的放大倍數(shù)K KP P就越大，就越大，它將偏差（控制器輸入）放大的能力越強(qiáng)，反之亦它將偏差（控制器輸入）放大的能力越強(qiáng)，反之亦然。然。結(jié)論化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 14左下圖表示圖左下圖表示圖5-5的液位比例控制系統(tǒng)的過渡過程。的液位比例控制系統(tǒng)的過渡過程。圖5-7 比例控制系統(tǒng)過渡過程在在t=tt=t0 0時(shí)，系統(tǒng)外加一個(gè)干時(shí)，系統(tǒng)外加一個(gè)干擾作用擾作用液位開始下降液位開始下降作用在控制閥上的信作用在控制閥上的信號(hào)號(hào)進(jìn)水

11、量增加進(jìn)水量增加偏差的偏差的變化變化曲線曲線圖5-8 比例度對(duì)過渡過程的影響化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第二節(jié)第二節(jié) 基本控制規(guī)律及其對(duì)系統(tǒng)過渡過程的影響基本控制規(guī)律及其對(duì)系統(tǒng)過渡過程的影響：反應(yīng)快，控制及時(shí)反應(yīng)快，控制及時(shí)：存在余差存在余差 若對(duì)象的滯后較小、時(shí)間常數(shù)較大以及放大倍若對(duì)象的滯后較小、時(shí)間常數(shù)較大以及放大倍數(shù)較小時(shí)，控制器的比例度可以選得小些，以提高數(shù)較小時(shí)，控制器的比例度可以選得小些，以提高系統(tǒng)的靈敏度，使反應(yīng)快些，從而過渡過程曲線的系統(tǒng)的靈敏度，使反應(yīng)快些，從而過渡過程曲線的形狀較好。反之，比例度就要選大些以保證穩(wěn)定。形狀較好。反之，

12、比例度就要選大些以保證穩(wěn)定。 結(jié)論結(jié)論15化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n n 三、積分控制三、積分控制16 當(dāng)對(duì)控制質(zhì)量有更高要求時(shí)，就需要在比例控制的當(dāng)對(duì)控制質(zhì)量有更高要求時(shí)，就需要在比例控制的基礎(chǔ)上，再加上能消除余差的積分控制作用?；A(chǔ)上，再加上能消除余差的積分控制作用。 積分控制作用的輸出變化量積分控制作用的輸出變化量p p與輸入偏差與輸入偏差e e的積分成正比，即的積分成正比，即 AtKAdtKpII圖5-9 積分控制器特性當(dāng)輸入偏差是常數(shù)當(dāng)輸入偏差是常數(shù)A A時(shí)時(shí) edtKpI化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n ed

13、tTeKpedtKeKpIPIP117把比例與積分組合起來，這樣控制把比例與積分組合起來，這樣控制既及時(shí)，又能消除余差。既及時(shí)，又能消除余差。圖5-10 比例積分控制器特性圖5-11積分時(shí)間對(duì)過渡過程的影響比例積分控制規(guī)律可用下式表示比例積分控制規(guī)律可用下式表示 AtTKAKpPP1或或若偏差是幅值為若偏差是幅值為A A的階躍干擾的階躍干擾化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 比例積分控制器對(duì)于多數(shù)系統(tǒng)都可采用，比例積分控制器對(duì)于多數(shù)系統(tǒng)都可采用，兩個(gè)參數(shù)均可調(diào)整。兩個(gè)參數(shù)均可調(diào)整。 當(dāng)對(duì)象滯后很大時(shí)，可能控制時(shí)間較長(zhǎng)、最大偏差也當(dāng)對(duì)象滯后很大時(shí)，可能控制時(shí)間較長(zhǎng)

14、、最大偏差也較大；較大； 負(fù)荷變化過于劇烈時(shí)，由于積分動(dòng)作緩慢，使控制作負(fù)荷變化過于劇烈時(shí)，由于積分動(dòng)作緩慢，使控制作用不及時(shí)，此時(shí)可增加微分作用。用不及時(shí)，此時(shí)可增加微分作用。 18化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n n 四、微分控制四、微分控制dtdeTpD19在自動(dòng)控制時(shí)，控制器具有微在自動(dòng)控制時(shí)，控制器具有微分控制規(guī)律分控制規(guī)律圖5-12 理想微分控制器特性具有超前控制功能。具有超前控制功能。 它的輸出不能反映偏差的大小，假如它的輸出不能反映偏差的大小，假如偏差固定偏差固定，即使數(shù)，即使數(shù)值很大，微分作用也沒有輸出，因而控制結(jié)果不能消除值很大，微分作用也

15、沒有輸出，因而控制結(jié)果不能消除偏差，所以不能單獨(dú)使用這種控制器，它常與比例或比偏差，所以不能單獨(dú)使用這種控制器，它常與比例或比例積分組合構(gòu)成比例微分或三作用控制器。例積分組合構(gòu)成比例微分或三作用控制器。化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n dtdeTeKpDPdtdeTedtTeKpDIP120圖5-13 比例微分控制器特性圖5-14 微分時(shí)間對(duì)過渡過程的影響圖5-15 三作用控制器特性化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第三節(jié)第三節(jié) 模擬式控制器模擬式控制器n 一、基本構(gòu)成原理及部件一、基本構(gòu)成原理及部件21在模擬式控制器中，所傳

16、送的信號(hào)形式為在模擬式控制器中，所傳送的信號(hào)形式為。目前應(yīng)用的模擬式控制器主要是目前應(yīng)用的模擬式控制器主要是。 圖5-16 控制器基本構(gòu)成將給定信號(hào)與測(cè)量信號(hào)進(jìn)行將給定信號(hào)與測(cè)量信號(hào)進(jìn)行比較，產(chǎn)生一個(gè)與它們的偏比較，產(chǎn)生一個(gè)與它們的偏差成比例的偏差信號(hào)。差成比例的偏差信號(hào)。 是一個(gè)穩(wěn)態(tài)增益很大的比例環(huán)節(jié)。是一個(gè)穩(wěn)態(tài)增益很大的比例環(huán)節(jié)。通過正、負(fù)反饋來實(shí)現(xiàn)比例、積分、微分等控制規(guī)律。通過正、負(fù)反饋來實(shí)現(xiàn)比例、積分、微分等控制規(guī)律?；瘜W(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n n 二、二、DDZ-型電動(dòng)控制器型電動(dòng)控制器22DDZ-DDZ-型儀表的特點(diǎn)型儀表的特點(diǎn) 電氣零點(diǎn)不

17、是從零開始，且不與機(jī)械零點(diǎn)重合，這不但利電氣零點(diǎn)不是從零開始，且不與機(jī)械零點(diǎn)重合，這不但利用了晶體管的線性段，而且容易識(shí)別斷電、斷線等故障。用了晶體管的線性段，而且容易識(shí)別斷電、斷線等故障。 只要改變轉(zhuǎn)換電阻阻值，控制室儀表便可接收其他只要改變轉(zhuǎn)換電阻阻值，控制室儀表便可接收其他1:51:5的電的電流信號(hào)。流信號(hào)。 因?yàn)樽钚⌒盘?hào)電流不為零，為現(xiàn)場(chǎng)變送器實(shí)現(xiàn)兩線制創(chuàng)造因?yàn)樽钚⌒盘?hào)電流不為零，為現(xiàn)場(chǎng)變送器實(shí)現(xiàn)兩線制創(chuàng)造了條件?，F(xiàn)場(chǎng)變送器與控制室儀表僅用兩根導(dǎo)線聯(lián)系（圖了條件?，F(xiàn)場(chǎng)變送器與控制室儀表僅用兩根導(dǎo)線聯(lián)系（圖5-5-3737），既節(jié)省了電纜線和安裝費(fèi)用，還有利于安全防爆。），既節(jié)省了電纜線

18、和安裝費(fèi)用，還有利于安全防爆。 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第三節(jié)第三節(jié) 模擬式控制器模擬式控制器23 由于集成運(yùn)算放大器均為差分放大器，且輸入由于集成運(yùn)算放大器均為差分放大器，且輸入對(duì)稱性好，漂移小，儀表的穩(wěn)定性得到提高。對(duì)稱性好，漂移小，儀表的穩(wěn)定性得到提高。 由于集成運(yùn)算放大器有高增益，因而開環(huán)放大由于集成運(yùn)算放大器有高增益，因而開環(huán)放大倍數(shù)很高，這使儀表的精度得到提高。倍數(shù)很高，這使儀表的精度得到提高。 由于采用了集成電路，焊點(diǎn)少，強(qiáng)度高，大大由于采用了集成電路，焊點(diǎn)少，強(qiáng)度高，大大提高了儀表的可靠性。提高了儀表的可靠性。 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)

19、出版社 n 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第三節(jié)第三節(jié) 模擬式控制器模擬式控制器 各單元省掉了電源變壓器，沒有工頻電源進(jìn)入各單元省掉了電源變壓器，沒有工頻電源進(jìn)入單元儀表，既解決了儀表發(fā)熱問題，又為儀表的單元儀表，既解決了儀表發(fā)熱問題，又為儀表的防爆提供了有利條件。防爆提供了有利條件。 在工頻電源停電時(shí)備用電源投入，整套儀表在在工頻電源停電時(shí)備用電源投入，整套儀表在一定時(shí)間內(nèi)仍可照常工作，繼續(xù)進(jìn)行監(jiān)視控制作一定時(shí)間內(nèi)仍可照常工作，繼續(xù)進(jìn)行監(jiān)視控制作用，有利于安全停車。用，有利于安全停車。 24化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第三節(jié)第三節(jié) 模擬式控制器模擬

20、式控制器25 基型控制器有全刻度指示控制器和偏差指示控制器兩基型控制器有全刻度指示控制器和偏差指示控制器兩個(gè)品種，指示表頭為個(gè)品種，指示表頭為100mm100mm刻度縱形大表頭，指示醒目，刻度縱形大表頭，指示醒目，便于監(jiān)視操作。便于監(jiān)視操作。 自動(dòng)、手動(dòng)的切換以無平衡、無擾動(dòng)的方式進(jìn)行，并自動(dòng)、手動(dòng)的切換以無平衡、無擾動(dòng)的方式進(jìn)行，并有硬手動(dòng)和軟手動(dòng)兩種方式。面板上設(shè)有手動(dòng)操作插孔，有硬手動(dòng)和軟手動(dòng)兩種方式。面板上設(shè)有手動(dòng)操作插孔，可和便攜式手動(dòng)操作器配合使用。可和便攜式手動(dòng)操作器配合使用?；瘜W(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n n 結(jié)構(gòu)形式適于單獨(dú)安裝和高密度安裝

21、。結(jié)構(gòu)形式適于單獨(dú)安裝和高密度安裝。n 有內(nèi)給定和外給定兩種給定方式，并設(shè)有外給定指示燈，有內(nèi)給定和外給定兩種給定方式，并設(shè)有外給定指示燈，能與計(jì)算機(jī)配套使用，可組成能與計(jì)算機(jī)配套使用，可組成SPCSPC系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)監(jiān)督控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)監(jiān)督控制，也可組成制，也可組成DDCDDC控制的備用系統(tǒng)?？刂频膫溆孟到y(tǒng)。 26化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 27圖5-17 DDZ-型控制器結(jié)構(gòu)方框圖 主要由輸入電路、給定電路、主要由輸入電路、給定電路、PIDPID運(yùn)算電路、自動(dòng)運(yùn)算電路、自動(dòng)與手動(dòng)（包括硬手動(dòng)和軟手動(dòng)兩種）切換電路、輸出電與手動(dòng)（包括硬手動(dòng)和軟手動(dòng)兩種

22、）切換電路、輸出電路及指示電路等組成。路及指示電路等組成。 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 28圖5-18 DTL-3110型調(diào)節(jié)器正面圖11自動(dòng)自動(dòng)- -軟手動(dòng)軟手動(dòng)- -硬手動(dòng)切換開關(guān)；硬手動(dòng)切換開關(guān)；22雙針垂直指示器；雙針垂直指示器；33內(nèi)給定設(shè)定輪；內(nèi)給定設(shè)定輪；44輸出指示器；輸出指示器；55硬手動(dòng)操作桿；硬手動(dòng)操作桿；66軟手動(dòng)操作板鍵；軟手動(dòng)操作板鍵；77外給定指示外給定指示燈；燈；88閥位指示器；閥位指示器；99輸出記錄指示；輸出記錄指示；1010位號(hào)牌；位號(hào)牌；1111輸入檢測(cè)插孔；輸入檢測(cè)插孔；1212手動(dòng)輸出插孔手動(dòng)輸出插孔化學(xué)工業(yè)出

23、版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第四節(jié)第四節(jié) 數(shù)字式控制器數(shù)字式控制器29 數(shù)字式控制器數(shù)字式控制器模擬式控制器模擬式控制器構(gòu)成原理構(gòu)成原理數(shù)字技術(shù)數(shù)字技術(shù)模擬技術(shù)模擬技術(shù)所用器件所用器件以微處理機(jī)為核以微處理機(jī)為核心部件心部件以運(yùn)算放大器等模擬以運(yùn)算放大器等模擬電子器件為基本部件電子器件為基本部件儀表總的功能和輸入輸出關(guān)系基本一致。儀表總的功能和輸入輸出關(guān)系基本一致。 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n n 一、數(shù)字式控制器的主要特點(diǎn)一、數(shù)字式控制器的主要特點(diǎn)30 1. 1. 實(shí)現(xiàn)了模擬儀表與計(jì)算機(jī)一體化。實(shí)現(xiàn)了模擬儀表與計(jì)算機(jī)一體化

24、。 2. 2. 具有豐富的運(yùn)算控制功能。具有豐富的運(yùn)算控制功能。 3. 3. 使用靈活方便，通用性強(qiáng)。使用靈活方便，通用性強(qiáng)。 4. 4. 具有通訊功能，便于系統(tǒng)擴(kuò)展。具有通訊功能，便于系統(tǒng)擴(kuò)展。 5. 5. 可靠性高，維護(hù)方便可靠性高，維護(hù)方便 ?；瘜W(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n n 二、數(shù)字式控制器的基本構(gòu)成二、數(shù)字式控制器的基本構(gòu)成31圖5-19 數(shù)字式控制器的硬件電路化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 32 主機(jī)電路是數(shù)字式控制器的核心，用于實(shí)現(xiàn)儀表數(shù)據(jù)運(yùn)算處理及各組成部分之間的管理。 過程輸入通道包括模擬量輸入通道和開

25、關(guān)量輸入通道，模擬量輸入通道用于連接模擬量輸入信號(hào)，開關(guān)量輸入通道用于連接開關(guān)量輸入信號(hào)。 過程輸出通道包括模擬量輸出通道和開關(guān)量輸出通道，模擬量輸出通道用于輸出模擬量信號(hào)，開關(guān)量輸出通道用于輸出開關(guān)量信號(hào)?；瘜W(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第四節(jié)第四節(jié) 數(shù)字式控制器數(shù)字式控制器 人機(jī)聯(lián)系部件一般置于控制器的正面和側(cè)面。 通信接口將欲發(fā)送的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)通信格式的數(shù)字信號(hào)，經(jīng)發(fā)送電路送至通信線路（數(shù)據(jù)通道）上；同時(shí)通過接收電路接收來自通信線路的數(shù)字信號(hào)，將其轉(zhuǎn)換成能被計(jì)算機(jī)接收的數(shù)據(jù)。 33化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 3

26、4 系統(tǒng)程序是控制器軟件的主體部分，通常由和兩部分組成。 用戶程序是用戶根據(jù)控制系統(tǒng)的要求，在系統(tǒng)程序中選擇所需要的功能模塊，并將它們按一定的規(guī)則連接起來的結(jié)果。 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第四節(jié)第四節(jié) 數(shù)字式控制器數(shù)字式控制器使控制器完成預(yù)定的控制與運(yùn)算功能。 用戶程序的編程通常采用。通常有組態(tài)式和空欄式語言兩種，組態(tài)式又有表格式和助記符式之分?？刂破鞯木幊坦ぷ魇峭ㄟ^專用的編程器進(jìn)行的，有“在線”和“離線”兩種編程方法。 35化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n n 三、三、KMMKMM型可編程序調(diào)節(jié)器型可編程序調(diào)節(jié)器3

27、6是一種單回路的數(shù)字控制器。圖5-20 KMM型調(diào)節(jié)器正面布置圖17指示燈；8，9按鈕；1013指針 可以接收五個(gè)模擬輸入信號(hào)，四個(gè)數(shù)字輸入信號(hào)，輸出三個(gè)模擬信號(hào)，輸出三個(gè)數(shù)字信號(hào)。 功能強(qiáng)大；能用于單回路的簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)與復(fù)雜的串級(jí)控制系統(tǒng)；控制精度高、使用方便靈活；有自我診斷的功能，維修方便；可與電子計(jì)算機(jī)聯(lián)用。 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 37（1）調(diào)節(jié)器在啟動(dòng)前，要預(yù)先將“后備手操單元”的“后備正?！边\(yùn)行方式切換開關(guān)扳到“正?！蔽恢?。另外，還要拆下電池表面的兩個(gè)止動(dòng)螺釘，除去絕緣片后重新旋緊螺釘。（2）使調(diào)節(jié)器通電，調(diào)節(jié)器即處于“聯(lián)鎖手動(dòng)”

28、運(yùn)行方式，聯(lián)鎖指示燈亮。（3）用“數(shù)據(jù)設(shè)定器”來顯示、核對(duì)運(yùn)行所必需的控制數(shù)據(jù)，必要時(shí)可改變PID參數(shù)。（4）按下“R”鍵（復(fù)位按鈕），解除“聯(lián)鎖”。這時(shí)就可進(jìn)行手動(dòng)、自動(dòng)或串級(jí)操作。化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第五節(jié)第五節(jié) 可編程序控制器可編程序控制器n 一、概述一、概述38 1969年美國(guó)研制出了第一臺(tái)可編程序控制器。 可編程序控制器初期主要用于順序控制，稱為可編程邏輯控制器，簡(jiǎn)稱PLC。 可編程序控制器的出現(xiàn)是基于微計(jì)算機(jī)技術(shù)，用來解決工藝生產(chǎn)中大量的開關(guān)控制問題。 可編程序控制器最大特點(diǎn)是在于可編程序，可通過改變軟件來改變控制方式和邏輯規(guī)律， P

29、LC在國(guó)內(nèi)已廣泛應(yīng)用于石油、化工、電力、等各行各業(yè)，目前已廣泛應(yīng)用于連續(xù)生產(chǎn)過程的閉環(huán)控制。 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 39（1）小型PLCIO點(diǎn)總數(shù)一般為20128點(diǎn)。 邏輯運(yùn)算、定時(shí)計(jì)數(shù)、移位處理等，采用專用簡(jiǎn)易編程器。 （2）中型PLC其IO點(diǎn)總數(shù)通常為129512點(diǎn)，內(nèi)存在K以下，適合開關(guān)量邏輯控制和過程變量檢測(cè)及連續(xù)控制。 除有小型PLC的功能外，還有算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理及AD、DA轉(zhuǎn)換、聯(lián)網(wǎng)通信、遠(yuǎn)程IO等功能，可用于比較復(fù)雜過程的控制。 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 40（3）大型PLC其IO點(diǎn)總數(shù)在5

30、13點(diǎn)以上。除了具有中小型PLC的功能外，還具有PLD運(yùn)算及高速計(jì)數(shù)等功能，用于機(jī)床控制時(shí)，具有增加刀具精確定位、機(jī)床速度和閥門控制等功能，配有CRT顯示及常規(guī)的計(jì)算機(jī)鍵盤，與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)相似。 編程可采用梯形圖、功能表圖及高級(jí)語言等多種方式。 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 41（1 1）整體式）整體式PLCPLC 它將PLC各組成部分集裝在一個(gè)機(jī)殼內(nèi)，輸入、輸出接線端子及電源進(jìn)線分別在機(jī)箱的上、下兩側(cè)，并有相應(yīng)的發(fā)光二極管顯示輸入輸出狀態(tài)。面板上留有編程器的插座、EPROM存儲(chǔ)器插座、擴(kuò)展單元的接口插座等。 優(yōu)點(diǎn)具有這種結(jié)構(gòu)的可編程序控制器結(jié)構(gòu)緊湊、體

31、積小、價(jià)格低。 圖5-21 SIMENS SIMATIC S7-200的外形圖化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 42（2）模塊式）模塊式PLC輸入輸出點(diǎn)數(shù)較多的大型、中型和部分小型PLC采用模塊式結(jié)構(gòu)。其優(yōu)點(diǎn)為：圖5-22 SIMENS SIMATIC S7-300的外形圖 采用積木搭接的方式組成系統(tǒng)，便于擴(kuò)展，其CPU、輸入、輸出等都是獨(dú)立的模塊，有的PLC的電源包含在CPU模塊之中。 品種多，硬件配置靈活，更換模塊方便。 （3）疊裝式）疊裝式PLC 它吸收了整體式和模塊式PLC的優(yōu)點(diǎn)，其基本單元、擴(kuò)展單元等高等寬，它們不用基板，僅用扁平電纜連接，緊密拼裝后

32、組成一個(gè)整齊的體積小巧的長(zhǎng)方體，而且輸入、輸出點(diǎn)數(shù)的配置也相當(dāng)靈活。 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n n 二、可編程序控制器的基本組成二、可編程序控制器的基本組成43圖5-23 PLC的基本組成框圖化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 44 解釋并執(zhí)行用戶及系統(tǒng)程序，通過運(yùn)行用戶及系統(tǒng)程序完成所有控制、處理、通信以及所賦予的其他功能，控制整個(gè)系統(tǒng)協(xié)調(diào)一致地工作。 主要有通用微處理器、單片機(jī)和雙極型位片機(jī)。 RAM、ROM、EPROM和E2PROM，外存常用盒式磁帶或磁盤等圖5-24 簡(jiǎn)化的存儲(chǔ)映像化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n

33、 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 45IO模塊是可編程序控制器與生產(chǎn)過程相聯(lián)系的橋梁。 PLC連接的過程變量按信號(hào)類型可分為開關(guān)量（即數(shù)字量）、模擬量和脈沖量等，相應(yīng)輸入輸出模塊可分為開關(guān)量輸入模塊、開關(guān)量輸出模塊、模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊和脈沖量輸入模塊等。 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 編程器是PLC必不可少的重要外部設(shè)備。 編程器將用戶所希望的功能通過編程語言送到PLC的用戶程序存儲(chǔ)器。 編程器不僅能對(duì)程序進(jìn)行寫入、讀出、修改，還能對(duì)PLC的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，同時(shí)也是用戶與PLC之間進(jìn)行人機(jī)界面。 46化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 化學(xué)工

34、業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 47 編程器與PLC上的專用插座相連，或通過專用接口相連，程序可直接寫入PLC的用戶程序存儲(chǔ)器中，也可先在編程器的存儲(chǔ)器內(nèi)存放，然后再下裝到PLC中。 編程器先不與PLC相連，編制的程序先存放在編程器的存儲(chǔ)器中，程序編寫完畢，再與PLC連接，將程序送到PLC存儲(chǔ)器中。 便攜式編程器和通用計(jì)算機(jī)。 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n n 三、可編程序控制器的編程語言三、可編程序控制器的編程語言48 梯形圖語言在類似于繼電器的控制電路，它從上至下按行編寫，每一行則按從左至右的順序編寫,CPU將按自左到右、從上而下的順序執(zhí)行程序。 梯形圖的

35、豎直線稱為,其左側(cè)安排輸入觸點(diǎn)和中間繼電器觸點(diǎn)，最必須是輸出元素。 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 49 圖5-25（a）為實(shí)現(xiàn)這一功能的一種梯形圖程序（OMRON PLC），它是由若干個(gè)梯級(jí)組成的，每一個(gè)輸出元素構(gòu)成一個(gè)梯級(jí)，而每個(gè)梯級(jí)可由多條支路組成。圖5-25 梯形圖程序化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 50它又稱命令語句表達(dá)式語言，常用一些助記符來表示PLC的某種操作。 助記符語言類似微機(jī)中的匯編語言，但比匯編語言更直觀易懂。 圖5-25（b）為梯形圖對(duì)應(yīng)的用助記符表示的指令表。 不同廠家生產(chǎn)的PLC所使用的助記符各

36、不相同，因此同一梯形圖寫成的助記符語句不相同。用戶在梯形圖轉(zhuǎn)換為助記符時(shí)，必須先弄清PLC的型號(hào)及內(nèi)部各器件編號(hào)、使用范圍和每一條助記符的使用方法。 注意！注意！化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n n 四、四、OMRON C 系列系列 PLC51OMRON C 系列PLC有微型、小型、中型和大型四大類十幾種型號(hào)。 以C20P和C40H為代表，是整體結(jié)構(gòu)，IO容量為幾十點(diǎn)，最多可擴(kuò)至120點(diǎn)。 分為C120和C200H兩種，C120最多可擴(kuò)展256點(diǎn)IO，是緊湊型整體結(jié)構(gòu)。 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 有C500和C1000

37、H兩種，I0容量分別為512點(diǎn)和1024點(diǎn)。 有C2000H，IO點(diǎn)數(shù)可達(dá)2048點(diǎn)，同時(shí)多處理器和雙冗余結(jié)構(gòu)使得C2000H不僅功能全、容量大，而且速度快，由于也是模塊化結(jié)構(gòu)，外形與C200H相近。52化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 圖5-26 SYSMAC C28H外形示意圖圖5-27 CPM1A C * * A外觀圖圖5-28 C200H 外觀示意圖53化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 指令大多數(shù)是按照，個(gè)別指令按照。按位尋址的地址編號(hào)為：通道號(hào)。位號(hào)，如0.00表示0通道的第0位，位的表示采用十進(jìn)制數(shù)，范圍為015。

38、 小型整體PLC的輸入、輸出編號(hào)是固定不變的，使用者可以按照PLC主機(jī)標(biāo)注編號(hào)編程；對(duì)于模塊式PLC則根據(jù)輸入或輸出模塊安裝位置決定其編號(hào)。54化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 表示指令要完成的功能。：指出了要操作的對(duì)象。 55化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n LD和LD NOT指令 OUT和OUT NOT指令 AND和AND NOT指令 OR和OR NOT指令圖5-29 OMRON PLC的基本指令應(yīng)用示例 AND LD指令 OR LD指令 END指令 56化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n

39、57 它執(zhí)行繼電器保持操作，可保持為ON或OFF狀態(tài)，直到它的兩個(gè)輸入端之一使它復(fù)位或置位。 圖5-30 電機(jī)啟動(dòng)控制程序圖化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 58 微分指令在執(zhí)行條件滿足后第一次掃描時(shí)才執(zhí)行，且只執(zhí)行一次；若執(zhí)行條件解除后再次滿足，則再執(zhí)行。DIFU是上升沿微分指令，DIFD是下降沿微分指令。 圖5-31 微分指令應(yīng)用示例化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 59 定時(shí)器為遞減型，有低速TIM和高速TIMH（15）兩種。定時(shí)器的操作數(shù)包括定時(shí)器編號(hào)（N）和設(shè)定值（SV）兩個(gè)數(shù)據(jù)。 計(jì)數(shù)器包括單向遞減型CNT和雙向可逆型CNTR（12）兩種，其操作數(shù)包括計(jì)數(shù)器編號(hào)和設(shè)定值兩個(gè)數(shù)據(jù)。 圖5-32 計(jì)數(shù)包裝控制程序化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n n 五、應(yīng)用實(shí)例五、應(yīng)用實(shí)例60 為了保證水箱液位保持在一定范圍，分別在控制的上限和下限設(shè)置檢測(cè)傳感器，用PLC控制注入水電磁閥。 當(dāng)液位低于下限時(shí)，下限檢測(cè)開關(guān)斷開，打開電磁閥開始注水；當(dāng)注水達(dá)到上限位置時(shí)，上限檢測(cè)開關(guān)閉合，切斷電磁閥。 PLC采用OMRON的CPM2A-60CDR。工藝要求如圖5-33所示。 輸入