第3章過程控制儀表（中）

編輯ppt第3章過程控制儀表（中）編輯ppt13.3數(shù)字式控制器

3.3.1數(shù)字式控制器的基本構(gòu)成

模擬式調(diào)節(jié)器的局限性：1）功能單一，靈活性差；2）信息分散，所用儀表多，且監(jiān)視操作不方便；3）接線過多，系統(tǒng)維護難度大。數(shù)字式控制器的硬件電路由主機電路、過程輸入通道、過程輸出通道、人/機接口電路以及通信接口電路等構(gòu)成。

1.數(shù)字式控制器的硬件電路

編輯ppt3.3數(shù)字式控制器3.3.1數(shù)字式控制器的基本構(gòu)成模2YS100單回路調(diào)節(jié)器

編輯pptYS100單回路調(diào)節(jié)器編輯ppt3數(shù)字式控制器的硬件電路編輯ppt數(shù)字式控制器的硬件電路編輯ppt4（1）主機電路主要由微處理器CPU、只讀存儲器ROM和EPROM、隨機存儲器RAM、定時/計數(shù)器CTC以及輸入/輸出接口等組成，它是數(shù)字控制器的核心，用于數(shù)據(jù)運算處理和各組成部分的管理。（2）過程輸入通道包括模擬量輸入通道和開關(guān)量輸入通道兩部分，其中模擬量輸入通道主要由多路模擬開關(guān)、采樣/保持器和A/D轉(zhuǎn)換器等組成，其作用是將模擬量輸入信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字量；而開關(guān)量輸入通道則將多個開關(guān)輸入信號通過輸入緩沖器將其轉(zhuǎn)換為能被計算機識別的數(shù)字信號。

（3）過程輸出通道主要包括模擬量輸出通道和開關(guān)量輸出通道兩部分，其中模擬量輸出通道由D/A轉(zhuǎn)換器、多路模擬開關(guān)輸出保持器和V/I轉(zhuǎn)換器等組成，其作用是將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為1～5V模擬電壓或4～20mA模擬電流信號。開關(guān)量輸出通道則通過輸出緩沖器輸出開關(guān)量信號，以便控制繼電器觸點或無觸點開關(guān)等。

編輯ppt（1）主機電路主要由微處理器CPU、只讀存儲器ROM和5（4）人/機聯(lián)系部件主要包括顯示儀表或顯示器、手動操作裝置等，它們被分別置于數(shù)字式控制器的正面和側(cè)面。正面的設(shè)置與常規(guī)模擬式控制器相似，有測量值和設(shè)定值顯示表、輸出電流顯示表、運行狀態(tài)切換按鈕、設(shè)定值增/減按鈕、手動操作按鈕等。側(cè)面則有設(shè)置和指示各種參數(shù)的鍵盤、顯示器等。（5）通信部件主要包括通信接口、發(fā)送和接收電路等。通信接口將發(fā)送的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成標準通信格式的數(shù)字信號，由發(fā)送電路送往外部通信線路，再由接收電路接收并將其轉(zhuǎn)換成計算機能接收的數(shù)據(jù)。數(shù)字通信大多采用串行方式。

編輯ppt（4）人/機聯(lián)系部件主要包括顯示儀表或顯示器、手動操作6（1）系統(tǒng)管理軟件主要包括監(jiān)控程序和中斷處理程序兩部分，它們是控制器軟件的主體。監(jiān)控程序又包含系統(tǒng)初始化、鍵盤和顯示管理、中斷管理、自診斷處理及運行狀態(tài)控制等模塊；中斷處理程序則包含鍵處理、定時處理、輸入處理和運算控制、通信處理和掉電處理等模塊。（2）用戶應(yīng)用軟件用戶應(yīng)用軟件由用戶自行編制，采用POL(面向過程語言)編程，因而設(shè)計簡單、操作方便。在可編程控制器中，這些應(yīng)用軟件以模塊或指令的形式給出，用戶只要將這些模塊或指令按一定規(guī)則進行連接（亦稱組態(tài)）或編程，即可構(gòu)成用戶所需的各種控制系統(tǒng)。

2.數(shù)字式控制器的軟件

編輯ppt（1）系統(tǒng)管理軟件主要包括監(jiān)控程序和中斷處理程序兩部分73.3.2數(shù)字式控制器實例目前廣泛使用的產(chǎn)品有DK系列的KMM數(shù)字調(diào)節(jié)器、YS-80系列的SLPC數(shù)字調(diào)節(jié)器、FC系列的PMK數(shù)字調(diào)節(jié)器以及Micro760/761數(shù)字調(diào)節(jié)器等，由于它們的運算與控制功能是靠組態(tài)或編程實現(xiàn)的，且只控制一個回路，所以又常將它們稱為單回路可編程數(shù)字調(diào)節(jié)器。以SLPC數(shù)字調(diào)節(jié)器為例。1.SLPC可編程數(shù)字調(diào)節(jié)器的硬件構(gòu)成

具有基本的PID、微分先行PID、采樣PI、批量PID、帶可變?yōu)V波器設(shè)定的PID等多種控制功能，還可構(gòu)成串級、選擇性、非線性等多種復(fù)雜的過程控制系統(tǒng)，并具有自整定、自診斷、通信等許多特殊功能編輯ppt3.3.2數(shù)字式控制器實例目前廣泛使用的產(chǎn)8SLPC可編程控制器的硬件電路編輯pptSLPC可編程控制器的硬件電路編輯ppt9各部分電路的具體構(gòu)成及其功能簡述如下：（1）主機電路

主機電路中的CPU采用8085AHC芯片,時鐘頻率為10MHz；系統(tǒng)ROM為64KB,用于存放監(jiān)控程序和各種功能模塊；用戶ROM為2KB,用于存放用戶程序;RAM為16KB。（2）過程輸入/輸出通道具有如下特點：1）輸入通道中有5路模擬量輸入和6路開關(guān)量輸入。模擬量輸入由RC濾波器、多路開關(guān)、PC648D型高速12位D/A轉(zhuǎn)換器和比較器等組成，通過CPU反饋編碼，實現(xiàn)比較型模/數(shù)轉(zhuǎn)換。2）輸出通道中有3路模擬量輸出和6路開關(guān)量輸出。模擬量輸出中有1路輸出為4～20mA.DC直流電流，可驅(qū)動現(xiàn)場執(zhí)行器；另兩路輸出為1～5V.DC直流電壓，提供給控制室的其它模擬儀表。3）用一片PC648D型12位高速D/A芯片，將CPU輸出的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量輸出，在CPU的程序支持下，通過比較器將模擬量輸入轉(zhuǎn)換成數(shù)字量輸出；開關(guān)量輸入與開關(guān)量輸出共用同一通道，其選擇由使用者用程序確定；所有開關(guān)量輸入/輸出通道與內(nèi)部電路之間均用高頻變壓器隔離。編輯ppt各部分電路的具體構(gòu)成及其功能簡述如下：編輯ppt104）在過程輸入/輸出通道中分別設(shè)計了“故障/保持/軟手動”功能。模擬輸入信號經(jīng)濾波后分為兩路，一路經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后進入CPU;另一路則送往故障/PV開關(guān)。當儀表工作不正常時，由CPU的自檢程序通過WDT電路發(fā)出故障報警信號，并自動將“故障/PV”開關(guān)切換到故障位置，直接顯示被控量；與此同時，故障輸出信號則將模擬量輸出中的輸出電流切換成保持狀態(tài)，以便進行軟手動操作。（3）人/機聯(lián)系部件SLPC的人/機聯(lián)系部件的正面面板與模擬式調(diào)節(jié)器類似，其不同之處是測量值與給定值顯示器有模擬動圈式和數(shù)字式兩種；此外，還設(shè)置了給定值增/減按鍵、串級/自動/軟手動切換/操作按鍵、故障顯示和報警顯示燈等。它的側(cè)面面板設(shè)置有觸模式鍵盤和數(shù)字顯示器、正/反作用開關(guān)以及編程器和寫入程序的芯片插座等，可以很方便地進行數(shù)據(jù)修改、參數(shù)整定等操作。（4）通信接口電路SLPC的通信接口電路由8251型可編程通信接口芯片和光電隔離電路組成。該電路采用半雙工、串行異步通信方式，一方面將發(fā)送信號轉(zhuǎn)換成標準通信格式的數(shù)字信號，另一方面則將外部通信信號轉(zhuǎn)換成CPU能接受的數(shù)據(jù).

編輯ppt4）在過程輸入/輸出通道中分別設(shè)計了“故障/保持11為便于用戶編程，SLPC為用戶提供的是采用面向問題、面向過程的“自然語言”編程平臺。生產(chǎn)商預(yù)先將常用的運算控制功能編制成標準程序模塊，以指令命名。使用時將所需運算模塊和控制模塊“組態(tài)”，實現(xiàn)控制功能。SLPC的用戶基本指令共46種分三類數(shù)據(jù)傳輸類指令兩種：LD，ST結(jié)束指令：END功能指令：43種2.SLPC可編程數(shù)字調(diào)節(jié)器的軟件

編輯ppt為便于用戶編程，SLPC為用戶提供的是采用面向問題、面向過程121)基本運算模塊11個有＋－×÷運算；√、√E運算（小信號切除點固定的開方、小信號切除點可變的開方）；取絕對值運算；高選、低選；高、低限幅。2)函數(shù)運算模塊13個折線函數(shù)、一階慣性、微分運算、純滯后運算、變化率運算、變化率限幅、移動平均運算、狀態(tài)變化監(jiān)測、計時、程序設(shè)定、脈沖計數(shù)、積算脈沖輸出。編輯ppt1)基本運算模塊11個編輯ppt133)條件判斷運算模塊14個上下限報警、邏輯運算、轉(zhuǎn)移指令、轉(zhuǎn)子指令、子程序塊、比較指令、信號切換4)運算寄存器位移指令CHGROD5)

控制模塊3種（1）基本控制模塊BSC內(nèi)含1個調(diào)節(jié)單元CNT1，相當于模擬儀表中的1臺PID調(diào)節(jié)器，其功能框圖如圖所示。編輯ppt3)條件判斷運算模塊14個內(nèi)含1個調(diào)節(jié)單元CNT1，14（2）串級控制模塊CSC

內(nèi)含兩個調(diào)節(jié)單元CNT1和CNT2，根據(jù)串級開關(guān)狀態(tài)，CNT2可接受CNT1的輸出作為設(shè)定信號，組成雙回路串級控制系統(tǒng)，也可直接接受另一設(shè)定信號SV2，實現(xiàn)副回路的單獨控制。編輯ppt（2）串級控制模塊CSC內(nèi)含兩個調(diào)節(jié)單元CNT1和CNT215（3）選擇控制模塊SSC內(nèi)部包含兩個并行工作的PID調(diào)節(jié)單元CNTI和CNT2，另有一自動選擇單元CNT3。CNT3的控制規(guī)律為三選一：CNT3=0為低選CNT3=1為高選編輯ppt（3）選擇控制模塊SSCCNT3的控制規(guī)律為三選一：編輯p16編程舉例：例1把兩個輸入變量X1、X2相加后，從Y1端口輸出。程序：LDX1（讀入X1數(shù)據(jù)）LDX2（讀入X2數(shù)據(jù)）+（對X1、X2求和）STY1(將結(jié)果送往Y1)END(結(jié)束程序)編輯ppt編程舉例：編輯ppt17用戶程序的寫入和調(diào)試1)利用編程器逐句健入用戶程序：移入ROM插座主程序（MPR）子程序（SBP）指定DIO功能指定控制字CNT1～CNT5其它參數(shù)END2)程序的調(diào)試仿真調(diào)試真實對象調(diào)試寫入EPROM編輯ppt用戶程序的寫入和調(diào)試移入ROM插座主程序（MPR）子18連續(xù)PID調(diào)節(jié)規(guī)律的表達式為e（t）=VS－VP數(shù)字調(diào)節(jié)器的特點是采樣一次、計算一次。必須把連續(xù)方程用離散方程表示。第n次采樣時：√SLPC的數(shù)字控制算法編輯ppte（t）=VS－VP數(shù)字調(diào)節(jié)器的特點是采樣一次、計算一次。19如果調(diào)節(jié)器的輸出是控制閥門的話，yn是對應(yīng)的閥門開度位置，故上式稱為“位置型PID”算式。此式計算時，需要占用大量內(nèi)存空間?？筛膶憺樵隽啃蚉ID算式：如果將上次的輸出值yn-1保持住，則只需計算出本次與上次輸出之間的增量Δyn即可

yn=yn-1+Δyn編輯ppt如果調(diào)節(jié)器的輸出是控制閥門的話，yn是對應(yīng)的閥門開度位置，故20優(yōu)點：輸出Δyn僅決定于最近三次的采樣值，所需內(nèi)存不大，運算比較簡單。每次輸出增量值，誤動作的影響小，必要時可通過邏輯判斷禁止或限制本次輸出，容易得到良好的調(diào)節(jié)效果。一旦調(diào)節(jié)器出現(xiàn)故障，停止輸出，閥位能保持在故障前的狀態(tài)。編輯ppt優(yōu)點：編輯ppt21為避免理想微分對高頻干擾過于敏感，還可將理想微分改為實際微分。

寫成差分方程有：實際微分傳函：將此式代替理想PID中的微分部分，即得實用的PID運算式。

編輯ppt為避免理想微分對高頻干擾過于敏感，還可將理想微分改為實際微分22為了改善操作性能和控制品質(zhì)，常對基本的PID運算進行修改，以適應(yīng)不同工況。(1)微分先行的PID算法（PI-D）有些工藝生產(chǎn)中，經(jīng)常改變給定值。而用基本PID控制的話，當給定值突變時，微分作用會使調(diào)節(jié)器輸出產(chǎn)生劇烈的跳動，稱微分沖擊，影響工況的穩(wěn)定。編輯ppt為了改善操作性能和控制品質(zhì)，常對基本的PID運算進行修改，以23PI-D算式：為了改善這種操作特性，可對給定值不進行微分運算，稱為微分先行的PID算法。這種算法與基本PID算法的差別如下：

編輯pptPI-D算式：為了改善這種操作特性，可對給定24

可將圖（b）等效變換為圖（c）。比較圖（a）與圖（c），可見PI-D算法，相當于在PID的給定值通道中，增加了一個一階慣性濾波器，從而給定值快速變化時，對輸出的沖擊大為緩和。編輯ppt可將圖（b）等效變換為圖（c）。編輯ppt25(2)比例微分先行的PID算法（I-PD）比例運算也能傳遞階躍擾動。由微分先行得到啟示，若對比例運算作同樣修改，比例沖擊也能消除。比例微分先行微分先行編輯ppt(2)比例微分先行的PID算法（I-PD）比例微分先行微26可將圖（b）等效變換為圖（c）。比較圖（a）與圖（c），可見I-PD算法，相當于在PID的給定值通道中，增加了一個二階慣性濾波器，從而給定值快速變化時，對輸出的沖擊更為緩和。圖（b）圖（c）編輯ppt可將圖（b）等效變換為圖（c）。圖（b）圖（c）編輯ppt27(3)帶可變形設(shè)定值濾波器SVF的PID算法PI-D算法相當于在設(shè)定值輸入通道上加了一個一階濾波環(huán)節(jié)，P-ID算法相當于在設(shè)定值輸入通道上加了一個二階濾波環(huán)節(jié)。把兩者揉合在一起，針對不同的對象特性和控制要求，可以進行柔性調(diào)整，實現(xiàn)最佳控制。帶可變型設(shè)定值濾波器的PID算法正是根據(jù)這一思路設(shè)計而成。編輯ppt(3)帶可變形設(shè)定值濾波器SVF的PID算法28SVF算法在設(shè)定值通道中設(shè)置了一個二階濾波器：式中：α、β為調(diào)節(jié)器設(shè)定值通道整定參數(shù)，α、β=0～1α=0，β=0時，為比例微分先行PIDα=1，β=0時，為微分先行PID編輯pptSVF算法在設(shè)定值通道中設(shè)置了一個二階濾波器：式中：編輯pp29當α、β在0~1間任意取值時,可得到由PI-D到I-PD連續(xù)變化的響應(yīng)變化，因而有可能實現(xiàn)二維的最佳整定。

還有采樣PI算法、批量PID算法等等。SLPC中將上述各種控制算法編成控制程序模塊，存在系統(tǒng)ROM中，供用戶調(diào)用。編輯ppt當α、β在0~1間任意取值時,可得到由PI-D到I30可編程邏輯控制器簡稱PLC，是基于微機技術(shù)進行開關(guān)順序控制。隨著功能的擴大，現(xiàn)在它除了可用于開關(guān)量邏輯控制外，有的PLC還配有PID模塊，集連續(xù)控制和邏輯控制于一身。

補充:可編程邏輯控制器(不考)編輯ppt補充:可編程邏輯控制器(不考)編輯ppt31可編程序控制器與過去的繼電器控制系統(tǒng)相比，它的最大特點是在于可編程序，可通過改變軟件來改變控制方式和邏輯規(guī)律。編輯ppt可編程序控制器與過去的繼電器控制系統(tǒng)相比，它的最大特點是在于321.PLC的主要組成PLC采用了典型的計算機結(jié)構(gòu)，主要部分包括中央處理器CPU、存儲器和輸入、輸出接口電路等。限位開關(guān)手動開關(guān)光電傳感器感應(yīng)開關(guān)數(shù)字開關(guān)編碼器繼電器電磁閥變頻調(diào)速器數(shù)碼顯示器指示燈蜂鳴器輸入接口輸出接口中央處理單元（CPU）數(shù)據(jù)存儲器編程器程序存儲器編輯ppt1.PLC的主要組成限位開關(guān)繼電器輸入接口輸出接口332.PLC的內(nèi)部等效繼電器電路任何一個繼電器控制系統(tǒng)，都是由輸入部分、邏輯部分和輸出部分組成。輸出部分：控制結(jié)果要驅(qū)動的各種輸出設(shè)備，如電磁閥的線圈、電機的接觸器、信號燈等邏輯部分：根據(jù)被控對象的要求而設(shè)計的各種繼電器控制線路輸入部分：控制按鈕、操作開關(guān)、限位開關(guān)、光電管信號編輯ppt2.PLC的內(nèi)部等效繼電器電路輸出部分：邏輯部分：輸入部34PLC就是用軟件代替用硬件（繼電器）構(gòu)成的邏輯控制電路。為便于理解邏輯關(guān)系，還將PLC看成是由許多“軟繼電器”組成的控制器，畫出其內(nèi)部等效電路。

PLC等效控制框圖輸入（外部）輸入變換輸出變換邏輯輸出（外部）

PLC編輯pptPLC就是用軟件代替用硬件（繼電器）構(gòu)成的邏輯控制電路。35在PLC內(nèi)部為用戶提供的等效繼電器有：輸入繼電器、輸出電器、輔助繼電器、時間繼電器、計數(shù)繼電器等。這些等效繼電器實際上是一段段程序模塊，用指令命名。3.PLC的編程語言PLC品種繁多，有各種不同的編程語言，通常有梯形圖、語句表、控制系統(tǒng)流程圖、邏輯方程或布爾代數(shù)式等。最常用的是梯形圖和語句表。編輯ppt在PLC內(nèi)部為用戶提供的等效繼電器有：3.PLC的編程語36(1)梯形圖梯形圖是使用的最多的一種編程語言，在形式上類似于繼電器的控制電路，因整個圖形呈階梯形，邏輯關(guān)系非常形象，故有梯形圖之稱。如

(2)語句表借助于梯形圖，可以用指令的助記符來編程。各種類型的PLC使用的助記符不同，下面以ACMY－S80型PLC為例，說明語句表的編寫方法。

梯形圖

線圈觸點編輯ppt(1)梯形圖

(2)語句表梯形圖線圈觸點編37ACMY－S80的基本邏輯指令有21條，數(shù)據(jù)操作指令有12條。如表3.3，表3.4所示。4.編程舉例例1根據(jù)下圖所示梯形圖，用ACMY－S80指令系統(tǒng)編程。常閉觸點常開觸點等效線圈編輯pptACMY－S80的基本邏輯指令有21條，數(shù)據(jù)操作指令有12條38常閉觸頭1000不動作，常開觸頭1001閉合，繼電器線圈3000通電常閉觸頭1000、1003不動作，常開觸頭1001、1004、3000閉合，繼電器線圈2002通電常閉觸頭1003不動作；常開觸頭3000閉合（條件:常閉觸頭1000不動作，常開觸頭1001閉合）；繼電器線圈2000通電繼電器線圈2001通電條件與上條相同編輯ppt常閉觸頭1000不動作，常閉觸頭1000、1003不動作，常39語句表指令功能LDNOT1000（常閉接點1000聯(lián)母線）AND1001（常開接點1001串聯(lián)母線）OUT3000（輸出3000的狀態(tài)）LD3000（取3000的狀態(tài)）ANTNOT1003（將常閉接點1003聯(lián)母線）OUT2000（輸出2000的狀態(tài)）OUT2001（輸出2001的狀態(tài)）AND1004（常開接點1004串聯(lián)母線）OUT2002（輸出2002的狀態(tài)）編輯ppt語句表40數(shù)字式控制基本PIDSLPC可編程序控制器PLC可編程邏輯控制器數(shù)字控制算法變形PID特殊PID數(shù)字控制器小結(jié)編輯ppt數(shù)字式基本PIDSLPC可編程序控制器PLC可編程邏輯控制器41第3章過程控制儀表（中）

編輯ppt第3章過程控制儀表（中）編輯ppt423.3數(shù)字式控制器

3.3.1數(shù)字式控制器的基本構(gòu)成

模擬式調(diào)節(jié)器的局限性：1）功能單一，靈活性差；2）信息分散，所用儀表多，且監(jiān)視操作不方便；3）接線過多，系統(tǒng)維護難度大。數(shù)字式控制器的硬件電路由主機電路、過程輸入通道、過程輸出通道、人/機接口電路以及通信接口電路等構(gòu)成。

1.數(shù)字式控制器的硬件電路

編輯ppt3.3數(shù)字式控制器3.3.1數(shù)字式控制器的基本構(gòu)成模43YS100單回路調(diào)節(jié)器

編輯pptYS100單回路調(diào)節(jié)器編輯ppt44數(shù)字式控制器的硬件電路編輯ppt數(shù)字式控制器的硬件電路編輯ppt45（1）主機電路主要由微處理器CPU、只讀存儲器ROM和EPROM、隨機存儲器RAM、定時/計數(shù)器CTC以及輸入/輸出接口等組成，它是數(shù)字控制器的核心，用于數(shù)據(jù)運算處理和各組成部分的管理。（2）過程輸入通道包括模擬量輸入通道和開關(guān)量輸入通道兩部分，其中模擬量輸入通道主要由多路模擬開關(guān)、采樣/保持器和A/D轉(zhuǎn)換器等組成，其作用是將模擬量輸入信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字量；而開關(guān)量輸入通道則將多個開關(guān)輸入信號通過輸入緩沖器將其轉(zhuǎn)換為能被計算機識別的數(shù)字信號。

（3）過程輸出通道主要包括模擬量輸出通道和開關(guān)量輸出通道兩部分，其中模擬量輸出通道由D/A轉(zhuǎn)換器、多路模擬開關(guān)輸出保持器和V/I轉(zhuǎn)換器等組成，其作用是將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為1～5V模擬電壓或4～20mA模擬電流信號。開關(guān)量輸出通道則通過輸出緩沖器輸出開關(guān)量信號，以便控制繼電器觸點或無觸點開關(guān)等。

編輯ppt（1）主機電路主要由微處理器CPU、只讀存儲器ROM和46（4）人/機聯(lián)系部件主要包括顯示儀表或顯示器、手動操作裝置等，它們被分別置于數(shù)字式控制器的正面和側(cè)面。正面的設(shè)置與常規(guī)模擬式控制器相似，有測量值和設(shè)定值顯示表、輸出電流顯示表、運行狀態(tài)切換按鈕、設(shè)定值增/減按鈕、手動操作按鈕等。側(cè)面則有設(shè)置和指示各種參數(shù)的鍵盤、顯示器等。（5）通信部件主要包括通信接口、發(fā)送和接收電路等。通信接口將發(fā)送的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成標準通信格式的數(shù)字信號，由發(fā)送電路送往外部通信線路，再由接收電路接收并將其轉(zhuǎn)換成計算機能接收的數(shù)據(jù)。數(shù)字通信大多采用串行方式。

編輯ppt（4）人/機聯(lián)系部件主要包括顯示儀表或顯示器、手動操作47（1）系統(tǒng)管理軟件主要包括監(jiān)控程序和中斷處理程序兩部分，它們是控制器軟件的主體。監(jiān)控程序又包含系統(tǒng)初始化、鍵盤和顯示管理、中斷管理、自診斷處理及運行狀態(tài)控制等模塊；中斷處理程序則包含鍵處理、定時處理、輸入處理和運算控制、通信處理和掉電處理等模塊。（2）用戶應(yīng)用軟件用戶應(yīng)用軟件由用戶自行編制，采用POL(面向過程語言)編程，因而設(shè)計簡單、操作方便。在可編程控制器中，這些應(yīng)用軟件以模塊或指令的形式給出，用戶只要將這些模塊或指令按一定規(guī)則進行連接（亦稱組態(tài)）或編程，即可構(gòu)成用戶所需的各種控制系統(tǒng)。

2.數(shù)字式控制器的軟件

編輯ppt（1）系統(tǒng)管理軟件主要包括監(jiān)控程序和中斷處理程序兩部分483.3.2數(shù)字式控制器實例目前廣泛使用的產(chǎn)品有DK系列的KMM數(shù)字調(diào)節(jié)器、YS-80系列的SLPC數(shù)字調(diào)節(jié)器、FC系列的PMK數(shù)字調(diào)節(jié)器以及Micro760/761數(shù)字調(diào)節(jié)器等，由于它們的運算與控制功能是靠組態(tài)或編程實現(xiàn)的，且只控制一個回路，所以又常將它們稱為單回路可編程數(shù)字調(diào)節(jié)器。以SLPC數(shù)字調(diào)節(jié)器為例。1.SLPC可編程數(shù)字調(diào)節(jié)器的硬件構(gòu)成

具有基本的PID、微分先行PID、采樣PI、批量PID、帶可變?yōu)V波器設(shè)定的PID等多種控制功能，還可構(gòu)成串級、選擇性、非線性等多種復(fù)雜的過程控制系統(tǒng)，并具有自整定、自診斷、通信等許多特殊功能編輯ppt3.3.2數(shù)字式控制器實例目前廣泛使用的產(chǎn)49SLPC可編程控制器的硬件電路編輯pptSLPC可編程控制器的硬件電路編輯ppt50各部分電路的具體構(gòu)成及其功能簡述如下：（1）主機電路

主機電路中的CPU采用8085AHC芯片,時鐘頻率為10MHz；系統(tǒng)ROM為64KB,用于存放監(jiān)控程序和各種功能模塊；用戶ROM為2KB,用于存放用戶程序;RAM為16KB。（2）過程輸入/輸出通道具有如下特點：1）輸入通道中有5路模擬量輸入和6路開關(guān)量輸入。模擬量輸入由RC濾波器、多路開關(guān)、PC648D型高速12位D/A轉(zhuǎn)換器和比較器等組成，通過CPU反饋編碼，實現(xiàn)比較型模/數(shù)轉(zhuǎn)換。2）輸出通道中有3路模擬量輸出和6路開關(guān)量輸出。模擬量輸出中有1路輸出為4～20mA.DC直流電流，可驅(qū)動現(xiàn)場執(zhí)行器；另兩路輸出為1～5V.DC直流電壓，提供給控制室的其它模擬儀表。3）用一片PC648D型12位高速D/A芯片，將CPU輸出的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量輸出，在CPU的程序支持下，通過比較器將模擬量輸入轉(zhuǎn)換成數(shù)字量輸出；開關(guān)量輸入與開關(guān)量輸出共用同一通道，其選擇由使用者用程序確定；所有開關(guān)量輸入/輸出通道與內(nèi)部電路之間均用高頻變壓器隔離。編輯ppt各部分電路的具體構(gòu)成及其功能簡述如下：編輯ppt514）在過程輸入/輸出通道中分別設(shè)計了“故障/保持/軟手動”功能。模擬輸入信號經(jīng)濾波后分為兩路，一路經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后進入CPU;另一路則送往故障/PV開關(guān)。當儀表工作不正常時，由CPU的自檢程序通過WDT電路發(fā)出故障報警信號，并自動將“故障/PV”開關(guān)切換到故障位置，直接顯示被控量；與此同時，故障輸出信號則將模擬量輸出中的輸出電流切換成保持狀態(tài)，以便進行軟手動操作。（3）人/機聯(lián)系部件SLPC的人/機聯(lián)系部件的正面面板與模擬式調(diào)節(jié)器類似，其不同之處是測量值與給定值顯示器有模擬動圈式和數(shù)字式兩種；此外，還設(shè)置了給定值增/減按鍵、串級/自動/軟手動切換/操作按鍵、故障顯示和報警顯示燈等。它的側(cè)面面板設(shè)置有觸模式鍵盤和數(shù)字顯示器、正/反作用開關(guān)以及編程器和寫入程序的芯片插座等，可以很方便地進行數(shù)據(jù)修改、參數(shù)整定等操作。（4）通信接口電路SLPC的通信接口電路由8251型可編程通信接口芯片和光電隔離電路組成。該電路采用半雙工、串行異步通信方式，一方面將發(fā)送信號轉(zhuǎn)換成標準通信格式的數(shù)字信號，另一方面則將外部通信信號轉(zhuǎn)換成CPU能接受的數(shù)據(jù).

編輯ppt4）在過程輸入/輸出通道中分別設(shè)計了“故障/保持52為便于用戶編程，SLPC為用戶提供的是采用面向問題、面向過程的“自然語言”編程平臺。生產(chǎn)商預(yù)先將常用的運算控制功能編制成標準程序模塊，以指令命名。使用時將所需運算模塊和控制模塊“組態(tài)”，實現(xiàn)控制功能。SLPC的用戶基本指令共46種分三類數(shù)據(jù)傳輸類指令兩種：LD，ST結(jié)束指令：END功能指令：43種2.SLPC可編程數(shù)字調(diào)節(jié)器的軟件

編輯ppt為便于用戶編程，SLPC為用戶提供的是采用面向問題、面向過程531)基本運算模塊11個有＋－×÷運算；√、√E運算（小信號切除點固定的開方、小信號切除點可變的開方）；取絕對值運算；高選、低選；高、低限幅。2)函數(shù)運算模塊13個折線函數(shù)、一階慣性、微分運算、純滯后運算、變化率運算、變化率限幅、移動平均運算、狀態(tài)變化監(jiān)測、計時、程序設(shè)定、脈沖計數(shù)、積算脈沖輸出。編輯ppt1)基本運算模塊11個編輯ppt543)條件判斷運算模塊14個上下限報警、邏輯運算、轉(zhuǎn)移指令、轉(zhuǎn)子指令、子程序塊、比較指令、信號切換4)運算寄存器位移指令CHGROD5)

控制模塊3種（1）基本控制模塊BSC內(nèi)含1個調(diào)節(jié)單元CNT1，相當于模擬儀表中的1臺PID調(diào)節(jié)器，其功能框圖如圖所示。編輯ppt3)條件判斷運算模塊14個內(nèi)含1個調(diào)節(jié)單元CNT1，55（2）串級控制模塊CSC

內(nèi)含兩個調(diào)節(jié)單元CNT1和CNT2，根據(jù)串級開關(guān)狀態(tài)，CNT2可接受CNT1的輸出作為設(shè)定信號，組成雙回路串級控制系統(tǒng)，也可直接接受另一設(shè)定信號SV2，實現(xiàn)副回路的單獨控制。編輯ppt（2）串級控制模塊CSC內(nèi)含兩個調(diào)節(jié)單元CNT1和CNT256（3）選擇控制模塊SSC內(nèi)部包含兩個并行工作的PID調(diào)節(jié)單元CNTI和CNT2，另有一自動選擇單元CNT3。CNT3的控制規(guī)律為三選一：CNT3=0為低選CNT3=1為高選編輯ppt（3）選擇控制模塊SSCCNT3的控制規(guī)律為三選一：編輯p57編程舉例：例1把兩個輸入變量X1、X2相加后，從Y1端口輸出。程序：LDX1（讀入X1數(shù)據(jù)）LDX2（讀入X2數(shù)據(jù)）+（對X1、X2求和）STY1(將結(jié)果送往Y1)END(結(jié)束程序)編輯ppt編程舉例：編輯ppt58用戶程序的寫入和調(diào)試1)利用編程器逐句健入用戶程序：移入ROM插座主程序（MPR）子程序（SBP）指定DIO功能指定控制字CNT1～CNT5其它參數(shù)END2)程序的調(diào)試仿真調(diào)試真實對象調(diào)試寫入EPROM編輯ppt用戶程序的寫入和調(diào)試移入ROM插座主程序（MPR）子59連續(xù)PID調(diào)節(jié)規(guī)律的表達式為e（t）=VS－VP數(shù)字調(diào)節(jié)器的特點是采樣一次、計算一次。必須把連續(xù)方程用離散方程表示。第n次采樣時：√SLPC的數(shù)字控制算法編輯ppte（t）=VS－VP數(shù)字調(diào)節(jié)器的特點是采樣一次、計算一次。60如果調(diào)節(jié)器的輸出是控制閥門的話，yn是對應(yīng)的閥門開度位置，故上式稱為“位置型PID”算式。此式計算時，需要占用大量內(nèi)存空間?？筛膶憺樵隽啃蚉ID算式：如果將上次的輸出值yn-1保持住，則只需計算出本次與上次輸出之間的增量Δyn即可

yn=yn-1+Δyn編輯ppt如果調(diào)節(jié)器的輸出是控制閥門的話，yn是對應(yīng)的閥門開度位置，故61優(yōu)點：輸出Δyn僅決定于最近三次的采樣值，所需內(nèi)存不大，運算比較簡單。每次輸出增量值，誤動作的影響小，必要時可通過邏輯判斷禁止或限制本次輸出，容易得到良好的調(diào)節(jié)效果。一旦調(diào)節(jié)器出現(xiàn)故障，停止輸出，閥位能保持在故障前的狀態(tài)。編輯ppt優(yōu)點：編輯ppt62為避免理想微分對高頻干擾過于敏感，還可將理想微分改為實際微分。

寫成差分方程有：實際微分傳函：將此式代替理想PID中的微分部分，即得實用的PID運算式。

編輯ppt為避免理想微分對高頻干擾過于敏感，還可將理想微分改為實際微分63為了改善操作性能和控制品質(zhì)，常對基本的PID運算進行修改，以適應(yīng)不同工況。(1)微分先行的PID算法（PI-D）有些工藝生產(chǎn)中，經(jīng)常改變給定值。而用基本PID控制的話，當給定值突變時，微分作用會使調(diào)節(jié)器輸出產(chǎn)生劇烈的跳動，稱微分沖擊，影響工況的穩(wěn)定。編輯ppt為了改善操作性能和控制品質(zhì)，常對基本的PID運算進行修改，以64PI-D算式：為了改善這種操作特性，可對給定值不進行微分運算，稱為微分先行的PID算法。這種算法與基本PID算法的差別如下：

編輯pptPI-D算式：為了改善這種操作特性，可對給定65

可將圖（b）等效變換為圖（c）。比較圖（a）與圖（c），可見PI-D算法，相當于在PID的給定值通道中，增加了一個一階慣性濾波器，從而給定值快速變化時，對輸出的沖擊大為緩和。編輯ppt可將圖（b）等效變換為圖（c）。編輯ppt66(2)比例微分先行的PID算法（I-PD）比例運算也能傳遞階躍擾動。由微分先行得到啟示，若對比例運算作同樣修改，比例沖擊也能消除。比例微分先行微分先行編輯ppt(2)比例微分先行的PID算法（I-PD）比例微分先行微67可將圖（b）等效變換為圖（c）。比較圖（a）與圖（c），可見I-PD算法，相當于在PID的給定值通道中，增加了一個二階慣性濾波器，從而給定值快速變化時，對輸出的沖擊更為緩和。圖（b）圖（c）編輯ppt可將圖（b）等效變換為圖（c）。圖（b）圖（c）編輯ppt68(3)帶可變形設(shè)定值濾波器SVF的PID算法PI-D算法相當于在設(shè)定值輸入通道上加了一個一階濾波環(huán)節(jié)，P-ID算法相當于在設(shè)定值輸入通道上加了一個二階濾波環(huán)節(jié)。把兩者揉合在一起，針對不同的對象特性和控制要求，可以進行柔性調(diào)整，實現(xiàn)最佳控制。帶可變型設(shè)定值濾波器的PID算法正是根據(jù)這一思路設(shè)計而成。編輯ppt(3)帶可變形設(shè)定值濾波器SVF的PID算法69SVF算法在設(shè)定值通道中設(shè)置了一個二階濾波器：式中：α、β為調(diào)節(jié)器設(shè)定值通道整定參數(shù)，α、β=0～1α=0，β=0時，為比例微分先行PIDα=1，β=0時，為微分先行PID編輯pptSVF算法在設(shè)定值通道中設(shè)置了一個二階濾波器：式中：編輯pp70當α、β在0~1間任意取值時,可得到由PI-D到I-PD連續(xù)變化的響應(yīng)變化，因而有可能實現(xiàn)二維的最佳整定。

還有采樣PI算法、批量PID算法等等。SLPC中將上述各種控制算法編成控制程序模塊，存在系統(tǒng)ROM中，供用戶調(diào)用。編輯ppt當α、β在0~1間任意取值時,可得到由PI-D到I71可編程邏輯控制器簡稱PLC，是基于微機技術(shù)進行開關(guān)順序控制。隨著功能的擴大，現(xiàn)在它除了可用于開關(guān)量邏輯控制外，有的PLC還配有PID模塊，集連續(xù)控制和邏輯控制于一身。

補充:可編程邏輯控制器(不考)編輯ppt補充:可編程邏輯控制器(不考)編輯ppt72可編程序控制器與過去的繼電器控制系統(tǒng)相比，它的最大特點是在于可編程序，可通過改變軟件來改變控制方式和邏輯規(guī)律。編輯ppt可編程序控制器與過去的繼電器控制系統(tǒng)相比，它的最大特點是在于731.PLC的主要組成PLC采用了典型的計算機結(jié)構(gòu)，主要部分包括中央處理器CPU、存儲器和輸入、輸出接口電路等。限位開關(guān)手動開關(guān)光電傳感器感應(yīng)開關(guān)數(shù)字開關(guān)編碼器繼電器電磁閥變頻調(diào)速器數(shù)碼顯示器指示燈蜂鳴器輸入接口輸出接口中央處理單元（CPU）數(shù)據(jù)存儲器編程器程序存儲器編輯ppt1.PLC的主要組成限位開關(guān)繼電器輸入接口輸出接口742.PLC的內(nèi)部等效繼電器電路任何一個繼電器控制系統(tǒng)，都是由輸入部分、邏輯部分和輸出部分組成。輸出部分：控制結(jié)果要驅(qū)動的各種輸出設(shè)備，如電磁閥的線圈、電機的接觸