第3章控制仪表2改定.pptxVIP

3.3 数字式PID控制器生产规模持续扩大和控制要求的不断提高，模拟式仪表的局限性越来越明显（1）功能单一，灵活性差；（2）信息分散，需大量仪表，操作、监视不便;（3）接线过多，系统接线、维护困难。 在大规模集成电路和计算机技术发展的强力支持下，仪表行业不断推出各种以微处理器为核心的数字式仪表。数字式仪表的优点（1）运算功能丰富，更改灵活；（2）具有自诊断功能；（3）具有数据通信功能，可以组成测控网络。 数字式仪表集中了自动控制、计算机及通信技术（3C，Control 、Computer 、Communication），具备模拟仪表不可比拟的强大功能。 可编程单回路控制器（SLPC ，Single Loop Programmable Controller）是数字式控制仪表的典型代表，西安仪表厂、四川仪表厂及上海仪表厂都有产品（技术引进）。YS80单回路控制器 YS100单回路控制器 HTBJ-211单回路智能控制器 3.3.1 SLPC单回路可编程控制器电路原理 SLPC 单回路控制器是西安仪表厂（引进）生产的YS-80系列的基型品种，其特点如下：可接受5路模拟量输入（AI）、6路（可编程）开关量输入/输出 (DI/DO) 和2路DC 1~5V输出（AO），但只有1路DC 4～20mA输出（AO）——可远传，只能控制一个执行器，故称其为单回路控制器；能取代多台单元仪表，可实现复杂控制运算。外形尺寸与模拟仪表一致、操作方式与模拟仪表相同，可与模拟仪表混合安装；具有通信及故障在线诊断功能。 图3-21 SLPC控制器电路原理框图6个开关量DI/DO可编程接口，通过高频变压器隔离模拟量输入X1 ～ X5 接受DC1～ 5V 信号8251可编程通信口与上位机通信故障报警输出Y2、Y3 输出DC 1～ 5V ,与控制室其它仪表联络Y1输出DC4 ～ 20mA8位微处理器8085A,10MHz，可在0.2s控制周期内运行240步用户程序, 可根据需要将控制周期加快到0.1s。系统ROM: 1片27256 EPROM,32K,存放系统管理程序及运算子程序。RAM:2片μPD4464,低功耗CMOS存贮器,8K,存放现场设定数据及中间计算结果。用户ROM:1片 2716EPROM,2K,存放用户程序。仪表正面板:测量值、设定值、操作值显示;自动/手动/串级切换开关;数据设定按钮等。仪表侧面板:8位16段笔画显示器,显示各种运行参数,可通过键盘上16个调整健进行修改,并有编程器接口。可编程DI/DO接口原理① 作开关量输出接口S1断开时，作输出口使用。输出数据“1”时， S2作占空比50%的通断切换：S2接通时 ? N1通电 → 贮能S2断开时 ? N1的贮能通过N2 ? 加到VT1的基极 ? VT1导通DI/DO输出数据“0”时， S2断开 ? VT1不通② 作开关量输入接口 S1接通时，作输出口使用S2以较小的占空比作通断切换。 VN1≈ 0VN3 ≈ 0（ 输入短路）DI = 1??触发器D = 1 DI/DO ?CP=1时 DATA = 1?DI =0 （输入开路）? N3 高阻 ? N1 高阻 ? D = 0 ? DATA =0D/A、A/D转换原理1片μPC648D型12位高速D/A芯片，将CPU的运算结果转换为模拟电压，供给模拟量输出口。此D/A芯片在CPU的支持下，用逐位比较法，即可以实现A/D转换。逐位比较法原理图逐位比较法A/D转换原理从最高位100000000000开始, CPU逐位变1输出锁存D/A转换 CPU决定取舍:若VPVf ,此位保留1;若VP Vf ,此位变0。OP放大CMP比较VP 逐位比较完后,锁存器数据为A/D转换结果。 3.3.2 SLPC的PID数字控制算法 理想连续PID控制传递函数和时域表达式分别为 其中e(t)是输入偏差，MV(t)是PID运算结果输出，对应的Laplace变换为E(s) ，MV(s) );数字控制器通过离散计算实现PID控制运算，特点是采样一次、计算一次。因此必须把连续方程离散化。在第n次采样时（ΔT为采样周期）：如果控制器输出控制调节阀，则MVn是对应阀门的开度（阀芯）位置，故上式称为“位置型PID”运算。按上式计算需要占用大量内存空间，可将上式可改写为增量型PID运算。如果将前一次输出值MVn-1保持，则只需计算出本次与上次输出之间的增量ΔMVn即可得控制器当前输出量 MVn = MVn-1 +ΔMVn计算的式优点输出ΔMVn仅决定于最近三次的采样值，所需内存与运算量小。每次输出增量值ΔMVn，如果出现误动作，对生产影响小；必要时可通过逻辑判断禁止或限制本次输出，易得到良好控制效果。一旦控制器出现故障，停止输出，阀门开度（阀位）能保持在故障前的状态。