數字控制器的原理

1、控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置廣東石油化工學院自動化系上頁上頁下頁下頁目目 錄錄1豐富的運算控制功能豐富的運算控制功能 通過軟件實現所需功能通過軟件實現所需功能 帶有自診斷功能帶有自診斷功能 帶有數字通訊功能帶有數字通訊功能 具有和模擬控制器相同的外特性具有和模擬控制器相同的外特性 保持常規(guī)模擬式控制器的操作方式保持常規(guī)模擬式控制器的操作方式 2.3.數字式控制器數字式控制器Digital Controller控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置廣東石油化工學院自動化系上頁上頁下頁下頁目目 錄錄2數字式控制器類型數字式控制器類型 ：定程序控制器定程序控制器 可編程

2、控制器可編程控制器 混合控制器混合控制器批量控制器批量控制器控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置廣東石油化工學院自動化系上頁上頁下頁下頁目目 錄錄32.3.1.數字式控制器構成原理數字式控制器構成原理 數字式控制器組成數字式控制器組成:二大部分二大部分軟軟 件件包括系統(tǒng)程序和用戶程序包括系統(tǒng)程序和用戶程序 硬件電路硬件電路以微處理器以微處理器CPU為核心為核心控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置廣東石油化工學院自動化系上頁上頁下頁下頁目目 錄錄4 2.3.1.1. 數字式控制器的硬件電路數字式控制器的硬件電路 控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置廣東石油化工

3、學院自動化系上頁上頁下頁下頁目目 錄錄5 用于實現儀表數據運算處理，用于實現儀表數據運算處理，各組成部分之間的管理各組成部分之間的管理 CPU完成數據傳遞、算術邏輯運算、轉移控制等功能完成數據傳遞、算術邏輯運算、轉移控制等功能; CTC的定時功能用來確定控制器的采樣周期，并產生的定時功能用來確定控制器的采樣周期，并產生串行通信接口所需的時鐘脈沖；串行通信接口所需的時鐘脈沖； 計數功能主要用來對外部事件進行計數。計數功能主要用來對外部事件進行計數。 主機電路主機電路ROM存放系統(tǒng)程序存放系統(tǒng)程序;EPROM存放用戶程序存放用戶程序;RAM 存放輸入數據、顯示數據、運算的中間值和結果值。存放輸入數

4、據、顯示數據、運算的中間值和結果值?？刂苾x表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置廣東石油化工學院自動化系上頁上頁下頁下頁目目 錄錄6 I IO O接口接口是是CPUCPU同過程輸入、輸出通道等進同過程輸入、輸出通道等進行數據交換的器件，行數據交換的器件， 它有并行接口和串行接口它有并行接口和串行接口兩種兩種: : 并行接口具有數據輸入、輸出雙向傳送和位并行接口具有數據輸入、輸出雙向傳送和位傳送的功能，用來連接過程輸入、輸出通道，或傳送的功能，用來連接過程輸入、輸出通道，或直接輸入、輸出開關量信號。直接輸入、輸出開關量信號。 串行接口具有異步或同步傳送串行數據的功能，串行接口具有異步或同步傳

5、送串行數據的功能，用來連接可接收或發(fā)送串行數據的外部設備用來連接可接收或發(fā)送串行數據的外部設備 控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置廣東石油化工學院自動化系上頁上頁下頁下頁目目 錄錄7 過程輸入通道過程輸入通道 模擬量輸入通道模擬量輸入通道 將多個模擬量輸入信號分別轉換為將多個模擬量輸入信號分別轉換為CPU所接所接受的數字量。受的數字量。 多路模擬開關將多個模擬量輸入信號分別連接到采多路模擬開關將多個模擬量輸入信號分別連接到采樣保持器。樣保持器。 采樣保持器具有暫時存儲模擬輸入信號的作用采樣保持器具有暫時存儲模擬輸入信號的作用 AD轉換器的作用是將模擬信號轉換為相應的數字量。轉換器

6、的作用是將模擬信號轉換為相應的數字量。 利用利用DA轉換器與電壓比較器，按逐位比較原理來實現轉換器與電壓比較器，按逐位比較原理來實現模數轉換的。模數轉換的。 控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置廣東石油化工學院自動化系上頁上頁下頁下頁目目 錄錄8開關量輸入通道開關量輸入通道 將多個開關輸入信號轉換成能被計算機將多個開關輸入信號轉換成能被計算機識別的數字信號。識別的數字信號。 開頭量指的是在控制系統(tǒng)中電接點的通與斷，或者邏開頭量指的是在控制系統(tǒng)中電接點的通與斷，或者邏輯電平為輯電平為“1”與與“0”這類兩種狀態(tài)的信號。這類兩種狀態(tài)的信號。 開關量輸入通道常采用電耦合器件作為輸入電路進

7、行開關量輸入通道常采用電耦合器件作為輸入電路進行隔離傳輸。隔離傳輸。 控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置廣東石油化工學院自動化系上頁上頁下頁下頁目目 錄錄9 過程輸出通道過程輸出通道 模擬量輸出通道模擬量輸出通道依次將多個運算處理后的數字信號進行數模轉換依次將多個運算處理后的數字信號進行數模轉換DA轉換器起數模轉換作用。轉換器起數模轉換作用。 UI轉換器將轉換器將15V的模擬電壓信號轉換成的模擬電壓信號轉換成420mA的的電流信號。電流信號。 控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置廣東石油化工學院自動化系上頁上頁下頁下頁目目 錄錄10 開關量輸出通道開關量輸出通道 通過

8、鎖存器輸出開關量（包括數字、脈沖量）通過鎖存器輸出開關量（包括數字、脈沖量）信號，以便控制繼電器觸點和無觸點開關的接通與釋放，信號，以便控制繼電器觸點和無觸點開關的接通與釋放，也可控制步進電機的運轉。也可控制步進電機的運轉。 采用光電耦合器件作為輸出電路進行隔離傳輸采用光電耦合器件作為輸出電路進行隔離傳輸 控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置廣東石油化工學院自動化系上頁上頁下頁下頁目目 錄錄11人機聯系部件人機聯系部件 正面板正面板測量值和給定值顯示器，輸出測量值和給定值顯示器，輸出電流顯示器，運行狀態(tài)（自動串級電流顯示器，運行狀態(tài)（自動串級手動）切換按鈕、給定值增減按鈕和手動）切

9、換按鈕、給定值增減按鈕和手動操作按鈕等，還有一些狀態(tài)顯示燈。手動操作按鈕等，還有一些狀態(tài)顯示燈。 側面板側面板有設置和指示各種參數的鍵盤有設置和指示各種參數的鍵盤、顯示器。、顯示器。控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置廣東石油化工學院自動化系上頁上頁下頁下頁目目 錄錄12通信接口電路通信接口電路 將欲發(fā)送的數據轉換成標準通信格將欲發(fā)送的數據轉換成標準通信格式的數字信號，經發(fā)送電路送至通信線路（數式的數字信號，經發(fā)送電路送至通信線路（數據通道）上；同時通過接收電路接收來自通信據通道）上；同時通過接收電路接收來自通信線路的數字信號，將其轉換成能被計算機接受線路的數字信號，將其轉換成能被

10、計算機接受的數據的數據。 通信接口有并行和串行兩種：通信接口有并行和串行兩種： 并行傳送是以位并行、字節(jié)串行形式并行傳送是以位并行、字節(jié)串行形式 串行傳送為串行形式，即一次傳送一位，連續(xù)傳送串行傳送為串行形式，即一次傳送一位，連續(xù)傳送 控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置廣東石油化工學院自動化系上頁上頁下頁下頁目目 錄錄132.3.1.2.數字式控制器的軟件數字式控制器的軟件 數字式控制器的軟件分為系統(tǒng)程序和用戶數字式控制器的軟件分為系統(tǒng)程序和用戶程序兩大部分程序兩大部分 系統(tǒng)程序系統(tǒng)程序: 系統(tǒng)程序是控制器軟件的主體部分，通常由監(jiān)控系統(tǒng)程序是控制器軟件的主體部分，通常由監(jiān)控程序和

11、功能模塊兩部分組成程序和功能模塊兩部分組成 ?？刂苾x表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置廣東石油化工學院自動化系上頁上頁下頁下頁目目 錄錄14 系統(tǒng)程序系統(tǒng)程序 監(jiān)控程序使控制器各硬件電路能正常工作并實現所監(jiān)控程序使控制器各硬件電路能正常工作并實現所規(guī)定的功能，同時完成各組成部分之間的管理。其主規(guī)定的功能，同時完成各組成部分之間的管理。其主要完成的任務有：要完成的任務有：系統(tǒng)初始化系統(tǒng)初始化 中斷管理中斷管理 自診斷處理自診斷處理 鍵盤、顯示管理鍵盤、顯示管理 定時處理定時處理 通信處理通信處理掉電處理掉電處理 運行狀態(tài)控制運行狀態(tài)控制鍵處理鍵處理 控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算

12、機控制裝置廣東石油化工學院自動化系上頁上頁下頁下頁目目 錄錄15 功能模塊功能模塊提供了各種功能，用戶可以選擇提供了各種功能，用戶可以選擇所需要的功能模塊以構成用戶程序，使控制器所需要的功能模塊以構成用戶程序，使控制器實現用戶所規(guī)定的功能。控制器提供的功能模實現用戶所規(guī)定的功能?？刂破魈峁┑墓δ苣K主要有塊主要有 :數據傳送數據傳送控制方式切換控制方式切換高值選擇和低值選擇高值選擇和低值選擇上限幅和上限幅上限幅和上限幅四則運算四則運算邏輯運算邏輯運算開平方運算開平方運算取絕對值運算取絕對值運算脈沖輸入計數與積算脈沖輸出脈沖輸入計數與積算脈沖輸出折線逼近法函數運算折線逼近法函數運算一階慣性滯后處

13、理一階慣性滯后處理純滯后處理純滯后處理 移動平均值運算移動平均值運算 PID運算運算控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置廣東石油化工學院自動化系上頁上頁下頁下頁目目 錄錄16用戶程序用戶程序 用戶程序是用戶根據控制系統(tǒng)要求，在系用戶程序是用戶根據控制系統(tǒng)要求，在系統(tǒng)程序中選擇所需要的功能模塊，并將它們按統(tǒng)程序中選擇所需要的功能模塊，并將它們按一定的規(guī)則連接起來的結果，其作用是使控制一定的規(guī)則連接起來的結果，其作用是使控制器完成預定的控制與運算功能。使用者編制程器完成預定的控制與運算功能。使用者編制程序實際上是完成功能模塊的連接，也即組態(tài)工序實際上是完成功能模塊的連接，也即組態(tài)工作作

14、 。用戶程序的編程通常采用面向過程用戶程序的編程通常采用面向過程POL語言語言(Procedure-Oriented Language)。 控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置廣東石油化工學院自動化系上頁上頁下頁下頁目目 錄錄17 控制器的編程工作是通過專用的編程器進行的，控制器的編程工作是通過專用的編程器進行的，有有“在線在線”和和“離線離線”兩種編程方法兩種編程方法：在線在線: 編程器與控制器通過總線連接共用一個編程器與控制器通過總線連接共用一個CPU 離線離線: 編程器自帶一個編程器自帶一個CPU構成一臺獨立的儀表構成一臺獨立的儀表 控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控

15、制裝置廣東石油化工學院自動化系上頁上頁下頁下頁目目 錄錄182.3.2. SLPC可編程控制器可編程控制器 SLPC可編程控制器是一種有代表性的、可編程控制器是一種有代表性的、功能較為齊全的可編程控制器，它具有基本功能較為齊全的可編程控制器，它具有基本PID、串級、選擇、非線性、采樣、串級、選擇、非線性、采樣PI、批量、批量PID等控制功能，并具有自整定功能，可使等控制功能，并具有自整定功能，可使PID參數實現最佳整定。用戶只需使用簡單的參數實現最佳整定。用戶只需使用簡單的編程語言，即可編制各種控制與運算程序，使編程語言，即可編制各種控制與運算程序，使控制器具有規(guī)定的控制運算功能?？刂破骶哂幸?guī)

16、定的控制運算功能。 控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置廣東石油化工學院自動化系上頁上頁下頁下頁目目 錄錄19SLPC可編程控制器可編程控制器 SLPC還具有通信功能，可與上位計算機聯還具有通信功能，可與上位計算機聯系起來構成集散型控制系統(tǒng)；具有可變型給定系起來構成集散型控制系統(tǒng)；具有可變型給定值平滑功能，能夠改善給定值變更的響應特性；值平滑功能，能夠改善給定值變更的響應特性；具有自診斷功能，在輸入輸出信號、運算控制具有自診斷功能，在輸入輸出信號、運算控制回路、備用電池及通信出現異常情況時，進行回路、備用電池及通信出現異常情況時，進行故障處理并進行故障顯示故障處理并進行故障顯示 控

17、制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置廣東石油化工學院自動化系上頁上頁下頁下頁目目 錄錄202.3.2.2. SLPC可編程控制器的硬件電路可編程控制器的硬件電路控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置廣東石油化工學院自動化系上頁上頁下頁下頁目目 錄錄21控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置廣東石油化工學院自動化系上頁上頁下頁下頁目目 錄錄22 (1) 主機電路主機電路 CPU采用采用8085AHC，時鐘頻率為，時鐘頻率為10MHz。ROM分為系統(tǒng)分為系統(tǒng)ROM和用戶和用戶ROM 系統(tǒng)系統(tǒng)ROM采用兩片采用兩片27256型型EPROM，32KB，用于存放監(jiān)控程序和各

18、種功能模塊；用戶用于存放監(jiān)控程序和各種功能模塊；用戶ROM采采用一片用一片2716型型EPROM，用于存放用戶程序。，用于存放用戶程序。RAM采用兩片采用兩片PD4464C低功耗低功耗CMOS存儲器，存儲器，8KB。 控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置廣東石油化工學院自動化系上頁上頁下頁下頁目目 錄錄23 (2) 過程輸入通道過程輸入通道 SLPC控制器共有控制器共有5個模擬量輸入通道，個模擬量輸入通道，AD轉換器是利用轉換器是利用PC648D型高速型高速12位位DA轉換器和比較器，轉換器和比較器，X1輸入通道具有輸入通道具有備用方式備用方式 ，正常工作時的信息途徑之外，正常工作

19、時的信息途徑之外，發(fā)生故障時，進行測量值指示發(fā)生故障時，進行測量值指示 ?？刂苾x表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置廣東石油化工學院自動化系上頁上頁下頁下頁目目 錄錄24 (3) 過程輸出通道過程輸出通道 SLPC控制器共有控制器共有3個模擬量輸出通道，其中一路個模擬量輸出通道，其中一路Y1為為420mADC電流輸出，兩路電流輸出，兩路Y2、Y3為為15VDC電壓輸出，相互間也不隔離電壓輸出，相互間也不隔離 。控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置廣東石油化工學院自動化系上頁上頁下頁下頁目目 錄錄25 過程輸出通道過程輸出通道MVU 121II 32UU 3IIO1111RMV

20、RUI222RUUICC)/(122RRMVUUCC333RUUICC250)/(3123120MVRRRMVRRRMVUUICCCC控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置廣東石油化工學院自動化系上頁上頁下頁下頁目目 錄錄26過程輸出通道過程輸出通道 P點輸出電壓用于判斷是否有斷線故障點輸出電壓用于判斷是否有斷線故障電流輸出具有備用方式電流輸出具有備用方式 工作時，工作時，為為D DA A轉換器輸出的電壓轉換器輸出的電壓 故障時，故障時，軟手動操作輸出軟手動操作輸出控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置廣東石油化工學院自動化系上頁上頁下頁下頁目目 錄錄27 (4) 開關量輸

21、入和輸出通道開關量輸入和輸出通道 SLPC控制器有六個開關量輸入和輸出控制器有六個開關量輸入和輸出通道，它們既可以當作輸入也可以當作通道，它們既可以當作輸入也可以當作輸出，由使用者設定。開關量輸入輸出輸出，由使用者設定。開關量輸入輸出通道都經過高頻變壓器隔離通道都經過高頻變壓器隔離 控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置廣東石油化工學院自動化系上頁上頁下頁下頁目目 錄錄28 (5) 人機聯系部件人機聯系部件 側面板有觸摸式鍵盤和數字顯示器，側面板有觸摸式鍵盤和數字顯示器，用以顯示或修改輸入、輸出數據、用以顯示或修改輸入、輸出數據、PID參數和其他數據，顯示的項目由鍵操參數和其他數據，

22、顯示的項目由鍵操作來選擇作來選擇 正面板的布置類似于模擬式控制器，正面板的布置類似于模擬式控制器，顯示器可顯示主被控變量的測量值、給顯示器可顯示主被控變量的測量值、給定值，控制器輸出值，故障顯示燈和報定值，控制器輸出值，故障顯示燈和報警燈警燈 控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置廣東石油化工學院自動化系上頁上頁下頁下頁目目 錄錄29 (6) 通信接口電路通信接口電路 采用半雙工、串行異步通訊方式采用半雙工、串行異步通訊方式 控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置廣東石油化工學院自動化系上頁上頁下頁下頁目目 錄錄30 2.3.2.3. SLPC可編程控制器的軟件部分可編程控

23、制器的軟件部分 包括系統(tǒng)程序和功能模塊: 系統(tǒng)程序用于保證整個控制器正常運行，這部分用戶是不能調用的 功能模塊提供了各種功能，用戶可以根據需要選用，以構成用戶程序，功能模塊以指令形式提供 控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置廣東石油化工學院自動化系上頁上頁下頁下頁目目 錄錄31程序的構成程序的構成功能模塊功能模塊連接語句連接語句解釋說明解釋說明LODESTOREEND信號流程信號流程輸入：輸入：各種參數自動轉換成內部數據存入相應的寄存器各種參數自動轉換成內部數據存入相應的寄存器運算：運算：啟動用戶程序，完成符合需要的運算和控制。啟動用戶程序，完成符合需要的運算和控制。輸出：輸出：進

24、入寄存器的數據自動轉換成模擬或狀態(tài)信號進入寄存器的數據自動轉換成模擬或狀態(tài)信號主程序最多主程序最多240步，子程序最多步，子程序最多99步。步?？刂苾x表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置廣東石油化工學院自動化系上頁上頁下頁下頁目目 錄錄32 指令對各種寄存器進行操作，寄存器實際上是對應于隨機讀寫存儲器RAM中各個不同的存儲單元，只是為了使用和表示方便，才特地定義了不同的名稱和符號 。 指令都與五個運算寄存器S1S5有關。這五個運算寄存器以堆棧方式構成.功能模塊-以指令形式提供控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置廣東石油化工學院自動化系上頁上頁下頁下頁目目 錄錄33輸入寄存器輸

25、入寄存器模擬：模擬：數字：數字：Xn n=15DIn n=16輸出寄存器輸出寄存器 模擬：模擬： Yn n=16數字：數字：其中：其中： Y1 電流輸出，電流輸出， Y2_ Y3電壓輸出，電壓輸出， Y4 Y5 Y6 用于通訊，無對應端子。用于通訊，無對應端子。DOn n=116其中：其中： n=16 對應有輸出端子，但與輸入端總數不能超過，對應有輸出端子，但與輸入端總數不能超過，編程時由編程時由DIOn的設定值決定的設定值決定如：如：DIOn =端子作輸出用端子作輸出用DIOn =端子作輸人用端子作輸人用n=編號編號 端端n=16無對應端子，存輸出變量。無對應端子，存輸出變量。DIO = 對

26、應對應DO4 DIO =0對應對應DI4 各寄存器功能各寄存器功能控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置廣東石油化工學院自動化系上頁上頁下頁下頁目目 錄錄34可變參數寄存器可變參數寄存器Pn n=139存各種整定參數，存各種整定參數，運行中可修改。運行中可修改。固定常數寄存器固定常數寄存器Kn n=116存固定參數，存固定參數，運行中不可修改。運行中不可修改。中間參數寄存器中間參數寄存器 Tn n=116存中間運算結果存中間運算結果功能擴展寄存器功能擴展寄存器An n=116Bn n=139FLn n=132模擬量模擬量整定參數整定參數狀態(tài)量狀態(tài)量運算寄存器運算寄存器Sn n=15完

27、成各種運算和控制功能，具有堆棧結構。完成各種運算和控制功能，具有堆棧結構。控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置廣東石油化工學院自動化系上頁上頁下頁下頁目目 錄錄35加算加算X1X2Y11、LDX12、LDX23、4、STY1控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置廣東石油化工學院自動化系上頁上頁下頁下頁目目 錄錄36輸入、輸出信號與內部數據的變換輸入、輸出信號與內部數據的變換輸入輸入15V0.0001.000( 0%100% )誤差誤差0.2%輸出輸出420mA0.0001.000( 0%100% )16位寄存器的運算范圍位寄存器的運算范圍運算范圍：運算范圍： -7.999

28、 +7.999 控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置廣東石油化工學院自動化系上頁上頁下頁下頁目目 錄錄37 指令類型指令類型 指令有指令有4種類型種類型 1、信號讀取指令、信號讀取指令LD用于把輸入或輸出等數據用于把輸入或輸出等數據S1 2、信號存儲指令、信號存儲指令ST用于把用于把S1中的數據中的數據有關寄存器有關寄存器 3、程序結束指令、程序結束指令END將控制無條件地轉移出用戶程將控制無條件地轉移出用戶程 序，結束本控制周期內的一切運算序，結束本控制周期內的一切運算 控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置廣東石油化工學院自動化系上頁上頁下頁下頁目目 錄錄38 指令類

29、型指令類型 4、功能指令、功能指令完成各種指定功能完成各種指定功能 基本運算基本運算 +、-、 等等 帶設備編號的運算帶設備編號的運算 十段折線函數運算十段折線函數運算等等 條件判斷條件判斷 上下限報警、邏輯運算、轉移跳轉上下限報警、邏輯運算、轉移跳轉等等 寄存器移位寄存器移位 S寄存器交換、寄存器交換、S寄存器循環(huán)移位寄存器循環(huán)移位 控制功能控制功能 BSC、CSC、SSC 控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置廣東石油化工學院自動化系上頁上頁下頁下頁目目 錄錄39運算指令運算指令控制指令控制指令基本運算基本運算帶設備號運算帶設備號運算邏輯運算邏輯運算寄存器移位寄存器移位1、基本運

30、算、基本運算四則運算四則運算“”：S2 S1 S1“”：S2 S1 S1開方運算開方運算E符號：符號：切除點切除點運算指令運算指令輸入輸入切除點切除點輸出輸出=0輸入輸入切除點切除點輸出輸出 =如小信號不切除如小信號不切除輸入輸入1%輸出輸出=10輸入輸入輸入輸入1%輸出輸出 = 程序程序控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置廣東石油化工學院自動化系上頁上頁下頁下頁目目 錄錄40程序程序X12、1X4、CMP3、LDK011、 LDX1K011XS1S2說明說明K01=0.10/11X1X0.1，S1置置11X0.1，S1置置05、GIF 111X6、 LDX1X11X7、LDK02

31、K02=2.0008、 9、LDK03K03=5.00010、 K02X12X1 K032X1 10X1 11、STY110X1 1X控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置廣東石油化工學院自動化系上頁上頁下頁下頁目目 錄錄41絕對值絕對值ABS選擇選擇限幅限幅HSL 高值高值LSL 低值低值HLM 上限限幅上限限幅LLM 下限限幅下限限幅練習：練習：12112)(YKKXX沒被選中的信號消失沒被選中的信號消失利用限幅可使調節(jié)器的輸出利用限幅可使調節(jié)器的輸出被鉗制在一定范圍內，克服被鉗制在一定范圍內，克服積分飽和。積分飽和?？刂苾x表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置廣東石油化工學

32、院自動化系上頁上頁下頁下頁目目 錄錄422 2、帶設備號運算、帶設備號運算一階慣性一階慣性LAGnn=18)(11)(sXSsYSsX1)()()1 ()(tXetYt S1 X1 S2 結果結果 S1 =0100S對應內部數據對應內部數據 0%100%微分微分LEDnn=12)(1)(sXSTSTsYdddTteXtY1)(微分微分+ 一階慣性一階慣性完全微分：完全微分：實際微分：實際微分：)(11)(1sXSSTKsYdddKT微分時間常數微分時間常數控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置廣東石油化工學院自動化系上頁上頁下頁下頁目目 錄錄43十段折線函數十段折線函數FXnn=12

33、用折線逼近曲線。用折線逼近曲線。將輸入將輸入10等份，設定出對應的輸出值等份，設定出對應的輸出值輸入、輸出必須為單值函數輸入、輸出必須為單值函數F1F11F2任意折線函數任意折線函數FXnn=34將輸入任意分將輸入任意分10段，輸入、輸出都需設定段，輸入、輸出都需設定純滯后純滯后DEDnn=1311XeYS =01000S對應內部數據對應內部數據 0%100%輸入輸入輸出輸出純滯后指令可連續(xù)使用三次。純滯后指令可連續(xù)使用三次。控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置廣東石油化工學院自動化系上頁上頁下頁下頁目目 錄錄44移動平均運算移動平均運算 MAVnn=13)(2011901XXYX

34、0現在值現在值X1X19設定時間設定時間設定時間設定時間01000S變化率運算變化率運算VELnn=13Y(t)=現在輸入現在輸入秒后的輸入秒后的輸入=X(t) X(t)e -s=X(t ) （1 e -s ） =01000S對應內部數據對應內部數據 0%100%秒前的輸入秒前的輸入現在輸入現在輸入輸出輸出控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置廣東石油化工學院自動化系上頁上頁下頁下頁目目 錄錄45變化率限幅變化率限幅 VLMnn=16狀態(tài)變化檢出狀態(tài)變化檢出CCDnn=18當輸入當輸入DI1由由01時，輸出時，輸出DO1為為1當輸入當輸入DI1由由10或不變時，輸出或不變時，輸出DO

35、1為為0DI1DO1控制周期控制周期3、邏輯運算、邏輯運算邏輯運算邏輯運算 AND() OR() NOT()（條件）轉移（條件）轉移條件：條件： GIFnnS1 =1，轉向，轉向nn步步S1 =0，順序執(zhí)行，順序執(zhí)行指令后指令后S1內容消失內容消失S2 S5上彈上彈無條件：無條件： GOnn無條件轉向無條件轉向nn步步指令后指令后S1內容不變內容不變控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置廣東石油化工學院自動化系上頁上頁下頁下頁目目 錄錄46比較比較CMPS2S1 ，S1=1S2S1 ，S1=0指令后指令后S1內容消失內容消失 S2不變不變報警報警HALnn=14上限報警上限報警LAL

36、nn=14下限報警下限報警滯區(qū)寬度滯區(qū)寬度 正常正常0異常異常1上限設定上限設定下限設定下限設定PF鍵、鍵、PF燈燈用用PF鍵產生狀態(tài)信號控制鍵產生狀態(tài)信號控制PF燈燈PF鍵鍵PF燈燈程序程序控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置廣東石油化工學院自動化系上頁上頁下頁下頁目目 錄錄474、寄存器移位、寄存器移位 E A B C DS寄存器交換寄存器交換CHGCHG E B A C DS寄存器移位寄存器移位 E A B C DROTROT E A B C D5、子程序、子程序GIF SUBnGO SUBnRNT 返回返回n=130，不可編寫控制功能，總步長，不可編寫控制功能，總步長控制儀

37、表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置廣東石油化工學院自動化系上頁上頁下頁下頁目目 錄錄48基本運算指令與帶設備號運算指令的區(qū)別基本運算指令與帶設備號運算指令的區(qū)別1、在總步許可范圍內、在總步許可范圍內基本運算指令基本運算指令可多次重復使用，可多次重復使用，帶設備號運算指令帶設備號運算指令受使用次數的限制受使用次數的限制2、參加運算的信號在、參加運算的信號在 S中位置固定中位置固定運算在運算在S內進行內進行結果結果 S1輸入輸入 S2，時間常數時間常數 S1結果結果 S1控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置廣東石油化工學院自動化系上頁上頁下頁下頁目目 錄錄49控制功能指令的基本

38、功能控制功能指令的基本功能 n 基本控制指令基本控制指令BSC：內含一個控制單元：內含一個控制單元CNT1， 相當于模擬儀表中的一臺相當于模擬儀表中的一臺PID控制器；控制器； 串級控制指令串級控制指令CSC：內含兩個串聯的控制單：內含兩個串聯的控制單 元元CNT1、CNT2，可組成串級控制系統(tǒng)，可組成串級控制系統(tǒng) 選擇控制指令選擇控制指令SSC：內含兩個并聯的控制單：內含兩個并聯的控制單 元元CNT1、CNT2和一個單刀三擲切換開關和一個單刀三擲切換開關CNT3， 可組成選擇控制系統(tǒng)可組成選擇控制系統(tǒng) 每臺每臺SLPC控制器只能選用其中的一種，控制器只能選用其中的一種，且同一應用程序中只能使

39、用一次且同一應用程序中只能使用一次 控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置廣東石油化工學院自動化系上頁上頁下頁下頁目目 錄錄50控制功能指令的基本功能控制功能指令的基本功能控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置廣東石油化工學院自動化系上頁上頁下頁下頁目目 錄錄51模塊模塊BSCBSC的回路連接的回路連接輸入寄存器理處入輸 nXX1 LD輸出寄存器nY1A12A/DD/A 理處出輸 算運制控 Y1 ST系統(tǒng)管理程序執(zhí)行系統(tǒng)管理程序執(zhí)行用戶程序執(zhí)行/AUTCASMANMV1SPV1SCNT1CSVSVPVMV3SVAGSETBSC 模塊SLPCSLPC控制回路連接及控制策略控制

40、回路連接及控制策略 控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置廣東石油化工學院自動化系上頁上頁下頁下頁目目 錄錄52控制功能指令的基本功能控制功能指令的基本功能 被控變量接到模擬量輸入通道X1，實現單回路PID控制的程序如下 (1)LD X1 讀入測量值讀入測量值X1(2)BSC 基本控制基本控制(3)ST Y1 控制輸出控制輸出MV送送Y1(4)END控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置廣東石油化工學院自動化系上頁上頁下頁下頁目目 錄錄53組成組成 功能模塊：功能模塊：BSC CSC SSC控制要素：控制要素：CNT1CNT5功能擴展寄存器：功能擴展寄存器：A B FL控制

41、儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置廣東石油化工學院自動化系上頁上頁下頁下頁目目 錄錄54I-PD（定值控制）（定值控制）KPVSKTSTDVSTPVPMVDDDI)11(100當給定變化時，輸出不會發(fā)生急劇變化。當給定變化時，輸出不會發(fā)生急劇變化。定值控制定值控制 PI-D （偏差控制）（偏差控制）KPVSKTSTDVSTDVPMVDDDI)11(100偏差控制偏差控制 當給定變化時，輸出迅速響應。當給定變化時，輸出迅速響應。給定給定 控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置廣東石油化工學院自動化系上頁上頁下頁下頁目目 錄錄55 控制功能指令的功能擴展控制功能指令的功能擴展

42、基本控制指令BSC的功能擴展的功能擴展 BSC指令的主要作用是把運算寄存器S1里的數據與設定值相減，得到偏差，再經過由CNT1所決定的控制算法運算后，把結果再存入S1。 BSC指令的功能還需要進行擴展 控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置廣東石油化工學院自動化系上頁上頁下頁下頁目目 錄錄56基本控制指令BSC的功能擴展的功能擴展 1. A寄存器(模擬量功能擴展寄存器) 提供八種功能； 2.FL寄存器(狀態(tài)量功能擴展寄存器) 提供七種功能 。（a）實現內、外給定的切換實現內、外給定的切換 （b）輸出跟蹤輸出跟蹤 （c）自動、手動切換自動、手動切換 （d）輸入報警或偏差報警輸入報警或偏

43、差報警 （e）輸入和輸出補償輸入和輸出補償 （f）引入可變增益引入可變增益 控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置廣東石油化工學院自動化系上頁上頁下頁下頁目目 錄錄57（1）BSC控制控制2、基本控制功能、基本控制功能使用使用CNT1（2）功能擴展）功能擴展外部串級設定外部串級設定A01輸入補償輸入補償A02輸出補償輸出補償A04可變增益可變增益A03輸出跟蹤輸出跟蹤A09 FL09切換切換FL10 FL11報警報警FL01 FL04控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置廣東石油化工學院自動化系上頁上頁下頁下頁目目 錄錄58例：用例：用BSC要求實現外部串級設定要求實現外部

44、串級設定X2，輸出補償輸出補償X3，輸入上下限報警輸入上下限報警程序：程序：1、LD X22、STA013、 LD X34、STA045、LD X16、BSC7、STY18、LDFL019、STDO0110、LDFL0211、STDO0212、END控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置廣東石油化工學院自動化系上頁上頁下頁下頁目目 錄錄59（3）運轉方式及切換）運轉方式及切換運轉方式運轉方式CAM串級串級自動自動手動手動給定方式給定方式C：A：M：A01的值的值上位機上位機MODE2=1MODE2=2SET鍵鍵SET鍵鍵方式之間的切換方式之間的切換手動手動程序程序上位機上位機C A

45、M除除M向向C切換應先切換應先切換到切換到A再到再到C外，外，其余可直接進行其余可直接進行FL10 =01A方式方式C方式方式FL11 =01M方式方式C/A方式方式上位上位 機機 程程 序序 手手 動動 優(yōu)先順序：優(yōu)先順序：控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置廣東石油化工學院自動化系上頁上頁下頁下頁目目 錄錄603、串級控制功能、串級控制功能（1）CSC控制控制使用使用CNT1, CNT2（2）功能擴展）功能擴展外部串級設定外部串級設定A01輸入補償輸入補償A02 A06輸出補償輸出補償A04 A08可變增益可變增益A03 A07輸出跟蹤輸出跟蹤A09 FL09切換切換FL10

46、FL11報警報警FL01 FL04 FL05 FL08控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置廣東石油化工學院自動化系上頁上頁下頁下頁目目 錄錄611. CSC的基本功能的基本功能 指令：指令：CSC，由，由CNT1、CNT2構成構成CNT1主調節(jié)器主調節(jié)器，有三種規(guī)律可選，有三種規(guī)律可選CNT2副調節(jié)器，副調節(jié)器，有二種規(guī)律可選有二種規(guī)律可選CNT1、2的正反作用、的正反作用、PID參數，側盤設定參數，側盤設定運算前；運算前；PV1S2 SV1=LSV 或或 A01 PV2S1 SV2=MV1 或或SV2 側盤設定側盤設定 MODE1=0（1、2）決定）決定A/C方式，方式，CSVM

47、ODE3=0（1） 決定決定SV2=MV1或或SV2內內運算后：運算后：MV2S1例：加熱爐溫度串級控制系統(tǒng)。例：加熱爐溫度串級控制系統(tǒng)?？刂苾x表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置廣東石油化工學院自動化系上頁上頁下頁下頁目目 錄錄62加熱爐溫度控制系統(tǒng)加熱爐溫度控制系統(tǒng) CSC構成簡圖構成簡圖 步序步序指指 令令S1S1S2S2說說 明明1 12 23 34 45 5 LD X1 LD X1 LD X2 LD X2 CSC CSC ST Y1 ST Y1 END END X1X1X2X2MVMVMVMVMVMVX1X1讀取讀取PV1PV1讀取讀取PV2PV2CSCCSC控制運算控制運算M

48、VMV輸出到電流輸出端輸出到電流輸出端Y1Y1程序結束程序結束用戶程序用戶程序 控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置廣東石油化工學院自動化系上頁上頁下頁下頁目目 錄錄632. CSC的運轉方式的運轉方式1 1、串級閉合：、串級閉合：“C C方式方式” 2 2、串級開路：、串級開路：“O O方式方式”3 3、CSCCSC的運轉方式的設定方法的運轉方式的設定方法 側盤設定（和側盤設定（和 MODE3MODE3） 用戶程序設定（用戶程序設定（FL12=0/1 C/OFL12=0/1 C/O）控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置廣東石油化工學院自動化系上頁上頁下頁下頁目目 錄錄

49、64串級控制功能的運行方式MODE3 MODE3 運運行行方方式式主主 回回 路（路（CNT1CNT1）副副 回回 路（路（CNT2CNT2）給給 定定 值值測測量量值值操操 作作 輸輸 出出給給 定定 值值測測量量值值操操作作輸輸出出0 0C CA1A1的信號的信號在在正正面面盤盤指指示示自動控制（自動控制（A A）CNT1CNT1的輸出的輸出（串級閉合）（串級閉合）M MA AA A用用SETSET鍵給定鍵給定自動控制自動控制A AM M用用SETSET鍵給定鍵給定跟蹤跟蹤CNT2CNT2的測量值的測量值M M1 1C CA1A1的信號的信號跟蹤跟蹤CNT2CNT2的測量值的測量值用側面盤

50、上的用側面盤上的SV2SV2給定（開給定（開環(huán)）環(huán)）A AA A用用SETSET鍵給定鍵給定M M用用SETSET鍵給定鍵給定控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置廣東石油化工學院自動化系上頁上頁下頁下頁目目 錄錄653. CSC的擴展功能的擴展功能 可利用可利用An、Bn、FLn寄存器寄存器來進行來進行CSC控制功能的擴展控制功能的擴展 控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置廣東石油化工學院自動化系上頁上頁下頁下頁目目 錄錄662.3.2.4. SLPC可編程控制器的應用可編程控制器的應用 帶溫壓補償的氣體流量控制系統(tǒng)帶溫壓補償的氣體流量控制系統(tǒng) 控制儀表和計算機控制裝置

51、控制儀表和計算機控制裝置廣東石油化工學院自動化系上頁上頁下頁下頁目目 錄錄67 帶溫壓補償的氣體流量控制系統(tǒng)帶溫壓補償的氣體流量控制系統(tǒng) 己知儀表參數如下 ： 孔板設計壓力 Pd=600 kPa 孔板設計溫度 Td =300 流量測量范圍 08000 Nm3/h 壓力變送器量程 01000 kPa 溫度變送器量程 0500 差壓變送器量程 032 kPa 控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置廣東石油化工學院自動化系上頁上頁下頁下頁目目 錄錄683. 確定溫差補償運算的數學模型 PTPPTKQdd1. 確定控制器應承擔的任務 ，PID運算和溫差補償運算 2. 確定控制功能和控制算法

52、，采用基本控制指令BSC，控制算法采用CNT1=1的標準PID算法 控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置廣東石油化工學院自動化系上頁上頁下頁下頁目目 錄錄69 4. 數學模型的規(guī)格化 設設PS、TS 、 PS分別為壓力變送器、溫度變分別為壓力變送器、溫度變送器和差壓變送器的量程，送器和差壓變送器的量程， QS為換算為標準為換算為標準狀態(tài)下的流量量程，狀態(tài)下的流量量程， Pmin 、Tmin分別為用分別為用絕對絕對壓力和壓力和絕對絕對溫度表示的壓力變送器和溫度變送溫度表示的壓力變送器和溫度變送器的下限值，器的下限值， X1、X2、X3和和Y2分別為差壓信分別為差壓信號、壓力信號、溫度

53、號、壓力信號、溫度 信號和補償后的流量信號信號和補償后的流量信號（X、Y 信號范圍均為信號范圍均為0 1）, 且因差壓和流量且因差壓和流量測量范圍下限值均為零，因此有下列關系測量范圍下限值均為零，因此有下列關系 ： P = PS X1 P = PS X2 Pmin T= TS X3 Tmin Q = QS Y2 控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計算機控制裝置廣東石油化工學院自動化系上頁上頁下頁下頁目目 錄錄70 根據 可以得到設計狀態(tài)下的系數K為 ：SSpQK1min3min22XTTXTTppXppKYddSddS設設K1= 、K2= 、K3= 、K4= dSppdppmindSTTdTTminPTPPTKQdd控制儀表和計算機控制裝置控制儀表和計