豐富的運算控制功能

通過軟件實現(xiàn)所需功能帶有自診斷功能帶有數(shù)字通訊功能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

2.3.數(shù)字式控制器

DigitalController1數(shù)字式控制器類型：定程序控制器

可編程控制器

混合控制器批量控制器22.3.1.數(shù)字式控制器構(gòu)成原理

數(shù)字式控制器組成:二大局部軟件──包括系統(tǒng)程序和用戶程序

硬件電路──以微處理器CPU為核心3

2.3.1.1.數(shù)字式控制器的硬件電路

①②

③

④

⑤

4

──用于實現(xiàn)儀表數(shù)據(jù)運算處理，各組成局部之間的管理CTC的定時功能用來確定控制器的采樣周期，并產(chǎn)生串行通信接口所需的時鐘脈沖；計數(shù)功能主要用來對外部事件進行計數(shù)。

主機電路ROM存放系統(tǒng)程序;EPROM存放用戶程序;RAM

存放輸入數(shù)據(jù)、顯示數(shù)據(jù)、運算的中間值和結(jié)果值。5

I／O接口是CPU同過程輸入、輸出通道等進行數(shù)據(jù)交換的器件，它有并行接口和串行接口兩種:并行接口具有數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)的功能，用來連接可接收或發(fā)送串行數(shù)據(jù)的外部設備

6過程輸入通道

模擬量輸入通道

──將多個模擬量輸入信號分別轉(zhuǎn)換為CPU所接受的數(shù)字量。

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。

采樣／保持器具有暫時存儲模擬輸入信號的作用

A／D轉(zhuǎn)換器的作用是將模擬信號轉(zhuǎn)換為相應的數(shù)字量。

利用D／A轉(zhuǎn)換器與電壓比較器，按逐位比較原理來實現(xiàn)模／數(shù)轉(zhuǎn)換的。7開關量輸入通道

──將多個開關輸入信號轉(zhuǎn)換成能被計算機識別的數(shù)字信號。

開頭量指的是在控制系統(tǒng)中電接點的通與斷，或者邏輯電平為“1〞與“0〞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行隔離傳輸。

8過程輸出通道

模擬量輸出通道──依次將多個運算處理后的數(shù)字信號進行數(shù)／模轉(zhuǎn)換D／A轉(zhuǎn)換器起數(shù)／模轉(zhuǎn)換作用。

U／I轉(zhuǎn)換器將1~5V的模擬電壓信號轉(zhuǎn)換成4~20mA的電流信號。

9開關量輸出通道

──通過鎖存器輸出開關量〔包括數(shù)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，也可控制步進電機的運轉(zhuǎn)。采用光電耦合器件作為輸出電路進行隔離傳輸

10人／機聯(lián)系部件

正面板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／手動〕切換按鈕、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。側(cè)面板有設置和指示各種參數(shù)的鍵盤、顯示器。11通信接口電路

──將欲發(fā)送的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成標準通信格式的數(shù)字信號，經(jīng)發(fā)送電路送至通信線路〔數(shù)據(jù)通道〕上；同時通過接收電路接收來自通信線路的數(shù)字信號，將其轉(zhuǎn)換成能被計算機接受的數(shù)據(jù)。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

串行傳送為串行形式，即一次傳送一位，連續(xù)傳送

122.3.1.2.數(shù)字式控制器的軟件

數(shù)字式控制器的軟件分為系統(tǒng)程序和用戶程序兩大局部系統(tǒng)程序:

系統(tǒng)程序是控制器軟件的主體局部，通常由監(jiān)控程序和功能模塊兩局部組成。13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(xiàn)所規(guī)定的功能，同時完成各組成局部之間的管理。其主要完成的任務有：·系統(tǒng)初始化

·中斷管理

·自診斷處理

·鍵盤、顯示管理

·定時處理

·通信處理·掉電處理·運行狀態(tài)控制·鍵處理

14

功能模塊提供了各種功能，用戶可以選擇所需要的功能模塊以構(gòu)成用戶程序，使控制器實現(xiàn)用戶所規(guī)定的功能?？刂破魈峁┑墓δ苣K主要有:·數(shù)據(jù)傳送·控制方式切換·高值選擇和低值選擇·上限幅和上限幅·四那么運算·邏輯運算·開平方運算·取絕對值運算·脈沖輸入計數(shù)與積算脈沖輸出·折線逼近法函數(shù)運算·一階慣性滯后處理·純滯后處理

·移動平均值運算·PID運算15用戶程序

用戶程序是用戶根據(jù)控制系統(tǒng)要求，在系統(tǒng)程序中選擇所需要的功能模塊，并將它們按一定的規(guī)那么連接起來的結(jié)果，其作用是使控制器完成預定的控制與運算功能。使用者編制程序?qū)嶋H上是完成功能模塊的連接，也即組態(tài)工作。用戶程序的編程通常采用面向過程POL語言(Procedure-OrientedLanguage)。

16控制器的編程工作是通過專用的編程器進行的，有“在線〞和“離線〞兩種編程方法：在線:

編程器與控制器通過總線連接共用一個CPU

172.3.2.SLPC可編程控制器

SLPC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，它具有根本PID、串級、選擇、非線性、采樣PI、批量PID等控制功能，并具有自整定功能，可使PID參數(shù)實現(xiàn)最正確整定。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，使控制器具有規(guī)定的控制運算功能。18SLPC可編程控制器

SLPC還具有通信功能，可與上位計算機聯(lián)系起來構(gòu)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；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(xiàn)異常情況時，進行故障處理并進行故障顯示

192.3.2.2.SLPC可編程控制器的硬件電路2021(1)主機電路

CPU采用8085AHC，時鐘頻率為10MHz。ROM分為系統(tǒng)ROM和用戶ROM系統(tǒng)ROM采用兩片27256型EPROM，32KB，用于存放監(jiān)控程序和各種功能模塊；用戶ROM采用一片2716型EPROM，用于存放用戶程序。RAM采用兩片μPD4464C低功耗CMOS存儲器，8KB。22(2)過程輸入通道

SLPC控制器共有5個模擬量輸入通道，A／D轉(zhuǎn)換器是利用μPC648D型高速12位D／A轉(zhuǎn)換器和比較器，X1輸入通道具有備用方式，正常工作時的信息途徑之外，發(fā)生故障時，進行測量值指示。23(3)過程輸出通道

SLPC控制器共有3個模擬量輸出通道，其中一路Y1為4～20mADC電流輸出，兩路Y2、Y3為1～5VDC電壓輸出，相互間也不隔離

。24過程輸出通道25過程輸出通道P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工作時，為D／A轉(zhuǎn)換器輸出的電壓故障時，軟手動操作輸出26(4)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。開關量輸入輸出通道都經(jīng)過高頻變壓器隔離27(5)人／機聯(lián)系部件

側(cè)面板有觸摸式鍵盤和數(shù)字顯示器，用以顯示或修改輸入、輸出數(shù)據(jù)、PID參數(shù)和其他數(shù)據(jù)，顯示的工程由鍵操作來選擇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、給定值，控制器輸出值，故障顯示燈和報警燈28(6)通信接口電路

采用半雙工、串行異步通訊方式

292.3.2.3.SLPC可編程控制器的軟件局部包括系統(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，這局部用戶是不能調(diào)用的功能模塊提供了各種功能，用戶可以根據(jù)需要選用，以構(gòu)成用戶程序，功能模塊以指令形式提供30程序的構(gòu)成功能模塊連接語句解釋說明LODESTOREEND信號流程輸入：各種參數(shù)自動轉(zhuǎn)換成內(nèi)部數(shù)據(jù)存入相應的存放器運算：啟動用戶程序，完成符合需要的運算和控制。輸出：進入存放器的數(shù)據(jù)自動轉(zhuǎn)換成模擬或狀態(tài)信號主程序最多240步，子程序最多99步。31指令對各種存放器進行操作，存放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。指令都與五個運算存放器S1~S5有關。這五個運算存放器以堆棧方式構(gòu)成.功能模塊---以指令形式提供32①輸入存放器模擬：數(shù)字：Xnn=1～5DInn=1～6②輸出存放器模擬：Ynn=1～6數(shù)字：其中：Y1—電流輸出，Y2_Y3—電壓輸出，Y4Y5Y6—用于通訊，無對應端子。DOnn=1～16其中：n=1～6對應有輸出端子，但與輸入端總數(shù)不能超過６，編程時由DIOn的設定值決定如：DIOn=１端子作輸出用DIOn=０端子作輸人用n=編號１?！叮６薾=７～16無對應端子，存輸出變量。DIO４=１對應DO4DIO４=0對應DI4各存放器功能

33③可變參數(shù)存放器Pnn=1～39存各種整定參數(shù)，運行中可修改。④固定常數(shù)存放器Knn=1～16存固定參數(shù)，運行中不可修改。⑤中間參數(shù)存放器Tnn=1～16存中間運算結(jié)果⑥功能擴展存放器Ann=1～16Bnn=1～39FLnn=1～32模擬量整定參數(shù)狀態(tài)量⑦運算存放器Snn=1～5完成各種運算和控制功能，具有堆棧結(jié)構(gòu)。34加算X1X2Y11、LDX12、LDX23、＋4、STY135輸入、輸出信號與內(nèi)部數(shù)據(jù)的變換輸入1～5V0.000～1.000(0%～100%)誤差±0.2%輸出4～20mA0.000～1.000(0%～100%)16位存放器的運算范圍運算范圍：-7.999～+7.99936指令類型

指令有4種類型1、信號讀取指令LD——用于把輸入或輸出等數(shù)據(jù)→S1

2、信號存儲指令ST——用于把S1中的數(shù)據(jù)→有關存放器3、程序結(jié)束指令END——將控制無條件地轉(zhuǎn)移出用戶程序，結(jié)束本控制周期內(nèi)的一切運算37指令類型

4、功能指令——完成各種指定功能根本運算——+、-、×、÷等帶設備編號的運算——十段折線函數(shù)運算等條件判斷——上下限報警、邏輯運算、轉(zhuǎn)移跳轉(zhuǎn)等存放器移位——S存放器交換、S存放器循環(huán)移位控制功能——BSC、CSC、SSC38運算指令控制指令根本運算帶設備號運算邏輯運算存放器移位1、根本運算四那么運算“－〞：S2－S1→S1“÷〞：S2÷S1→S1開方運算符號：切除點運算指令輸入＜切除點輸出=0輸入≥切除點輸出=如小信號不切除輸入＜1%輸出=10輸入輸入≥1%輸出=程序39程序X12、4、CMP3、LDK011、LDX1K01S1S2說明K01=0.10/1≥0.1，S1置1＜0.1，S1置05、GIF116、LDX1X17、LDK02K02=2.0008、×9、LDK03K03=5.00010、×K02X12X1

K032X1

10X1

11、STY110X1

40絕對值ABS選擇限幅HSL高值LSL低值HLM上限限幅LLM下限限幅練習：沒被選中的信號消失利用限幅可使調(diào)節(jié)器的輸出被鉗制在一定范圍內(nèi)，克服積分飽和。412、帶設備號運算

①一階慣性LAGnn=1～8τ→S1X1→S2結(jié)果→S1τ=0～100S對應內(nèi)部數(shù)據(jù)0%～100%②微分LEDnn=1～2微分+一階慣性完全微分：實際微分：——微分時間常數(shù)42③十段折線函數(shù)FXnn=1～2用折線逼近曲線。將輸入10等份，設定出對應的輸出值輸入、輸出必須為單值函數(shù)F1F11F2④任意折線函數(shù)FXnn=3～4將輸入任意分10段，輸入、輸出都需設定⑤純滯后DEDnn=1～3τ=0～1000S對應內(nèi)部數(shù)據(jù)0%～100%輸入輸出τ純滯后指令可連續(xù)使用三次。43⑥移動平均運算MAVnn=1～3X0現(xiàn)在值X1X19設定時間設定時間0～1000S⑦變化率運算VELnn=1～3Y(t)=現(xiàn)在輸入－τ秒后的輸入=X(t)－X(t)e-τs=X(t)〔1－e-τs〕τ=0～1000S對應內(nèi)部數(shù)據(jù)0%～100%τ秒前的輸入現(xiàn)在輸入輸出τ44⑧變化率限幅VLMnn=1～6⑨狀態(tài)變化檢出CCDnn=1～8當輸入DI1由0→1時，輸出DO1為1當輸入DI1由1→0或不變時，輸出DO1為0DI1DO1控制周期3、邏輯運算①邏輯運算AND(∩)OR(∪)NOT(－)②〔條件〕轉(zhuǎn)移條件：GIFnnS1=1，轉(zhuǎn)向nn步S1=0，順序執(zhí)行指令后S1內(nèi)容消失S2～

S5上彈無條件：GOnn無條件轉(zhuǎn)向nn步指令后S1內(nèi)容不變45③比較CMPS2≥S1，S1=1S2＜S1，S1=0指令后S1內(nèi)容消失S2不變④報警HALnn=1～4上限報警LALnn=1～4下限報警滯區(qū)寬度正常0異常1上限設定下限設定⑤PF鍵、PF燈用PF鍵產(chǎn)生狀態(tài)信號控制PF燈PF鍵PF燈程序464、存放器移位

E

A

B

C

D①S存放器交換CHGCHG

E

B

A

C

D②S存放器移位

E

A

B

C

DROTROT

E

A

B

C

D5、子程序GIFSUBnGOSUBnRNT返回n=1～30，不可編寫控制功能，總步長９９47根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(nèi)根本運算指令可屢次重復使用，帶設備號運算指令受使用次數(shù)的限制2、參加運算的信號在S中位置固定運算在S內(nèi)進行結(jié)果→S1輸入→S2，時間常數(shù)→S1結(jié)果→S148控制功能指令的根本功能①根本控制指令BSC：內(nèi)含一個控制單元CNT1，相當于模擬儀表中的一臺PID控制器；②串級控制指令CSC：內(nèi)含兩個串聯(lián)的控制單元CNT1、CNT2，可組成串級控制系統(tǒng)③選擇控制指令SSC：內(nèi)含兩個并聯(lián)的控制單元CNT1、CNT2和一個單刀三擲切換開關CNT3，可組成選擇控制系統(tǒng)每臺SLPC控制器只能選用其中的一種，且同一應用程序中只能使用一次

49控制功能指令的根本功能50模塊BSC的回路連接SLPC控制回路連接及控制策略

51控制功能指令的根本功能被控變量接到模擬量輸入通道X1，實現(xiàn)單回路PID控制的程序如下(1)LDX1讀入測量值X1(2)BSC根本控制(3)STY1控制輸出MV送Y1(4)END52組成功能模塊：BSCCSCSSC控制要素：CNT1～CNT5功能擴展存放器：ABFL53I-PD〔定值控制〕當給定變化時，輸出不會發(fā)生急劇變化。定值控制PI-D〔偏差控制〕偏差控制當給定變化時，輸出迅速響應。給定54控制功能指令的功能擴展①根本控制指令BSC的功能擴展BSC指令的主要作用是把運算存放器S1里的數(shù)據(jù)與設定值相減，得到偏差，再經(jīng)過由CNT1所決定的控制算法運算后，把結(jié)果再存入S1。BSC指令的功能還需要進行擴展55根本控制指令BSC的功能擴展1.A存放器(模擬量功能擴展存放器)提供八種功能；2.FL存放器(狀態(tài)量功能擴展存放器)提供七種功能?！瞐〕實現(xiàn)內(nèi)、外給定的切換〔b〕輸出跟蹤〔c〕自動、手動切換〔d〕輸入報警或偏差報警〔e〕輸入和輸出補償〔f〕引入可變增益56〔1〕BSC控制2、根本控制功能使用CNT1〔2〕功能擴展外部串級設定A01輸入補償A02輸出補償A04可變增益A03輸出跟蹤A09FL09切換FL10FL11報警FL01～FL0457例：用BSC要求實現(xiàn)外部串級設定X2，輸出補償X3，輸入上下限報警程序：1、LDX22、STA013、LDX34、STA045、LDX16、BSC7、STY18、LDFL019、STDO0110、LDFL0211、STDO0212、END58〔3〕運轉(zhuǎn)方式及切換運轉(zhuǎn)方式CAM串級自動手動給定方式C：A：M：A01的值上位機MODE2=1MODE2=2SET鍵SET鍵方式之間的切換手動程序上位機C

A

M除M向C切換應先切換到A再到C外，其余可直接進行FL10=01A方式C方式FL11=01M方式C/A方式上位機程序手動優(yōu)先順序：593、串級控制功能

〔1〕CSC控制使用CNT1,CNT2〔2〕功能擴展外部串級設定A01輸入補償A02A06輸出補償A04A08可變增益A03A07輸出跟蹤A09FL09切換FL10FL11報警FL01～FL04FL05～FL08601.CSC的根本功能指令：CSC，由CNT1、CNT2構(gòu)成CNT1—主調(diào)節(jié)器，有三種規(guī)律可選CNT2—副調(diào)節(jié)器，有二種規(guī)律可選CNT1、2的正反作用、PID參數(shù)，側(cè)盤設定運算前；PV1→S2SV1=LSV或A01PV2→S1SV2=MV1或SV2側(cè)盤設定MODE1=0〔1、2〕決定A/C方式，CSVMODE3=0〔1〕決定SV2=MV1或SV2內(nèi)運算后：MV2→S1例：加熱爐溫度串級控制系統(tǒng)。61加熱爐溫度控制系統(tǒng)CSC構(gòu)成簡圖步序指令S1S2說明12345LDX1LDX2CSCSTY1ENDX1X2MVMVMVX1讀取PV1讀取PV2CSC控制運算MV輸出到電流輸出端Y1程序結(jié)束用戶程序622.CSC的運轉(zhuǎn)方式1、串級閉合：“C方式〞2、串級開路：“O方式〞3、CSC的運轉(zhuǎn)方式的設定方法⑴側(cè)盤設定〔和MODE3〕⑵用戶程序設定〔FL12=0/1C/O〕63串級控制功能的運行方式MODE3運行方式主回路（CNT1）副回路（CNT2）給定值測量值操作輸出給定值測量值操作輸出0CA1的信號在正面盤指示自動控制（A）CNT1的輸出（串級閉合）MAA用SET鍵給定自動控制AM用SET鍵給定跟蹤CNT2的測量值M1CA1的信號跟蹤CNT2的測量值用側(cè)面盤上的SV2給定（開環(huán)）AA用SET鍵給定M用SET鍵給定643.CSC的擴展功能可利用An、Bn、FLn存放器來進行CSC控制功能的擴展652.3.2.4.SLPC可編程控制器的應用

帶溫壓補償?shù)臍怏w流量控制系統(tǒng)66

帶溫壓補償?shù)臍怏w流量控制系統(tǒng)己知儀表參數(shù)如下：孔板設計壓力Pd=600kPa

孔板設計溫度Td=300℃流量測量范圍0～8000Nm3/h壓力變送器量程0～1000kPa溫度變送器量程0～500℃差壓變送器量程0～32kPa

673.確定溫差補償運算的數(shù)學模型

1.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，采用根本控制指令BSC，控制算法采用CNT1=1的標準PID算法684.數(shù)學模型的規(guī)格化設PS、TS、ΔPS分別為壓力變送器、溫度變送器和差壓變送器的量程，QS為換算為標準狀態(tài)下的流量量程，Pmin、Tmin分別為用絕對壓力和絕對溫度表示的壓力變送器和溫度變送器的下限值，X1、X2、X3和Y2分別為差壓信號、壓力信號、溫度信號和補償后的流量信號〔X、Y信號范圍均為0~1〕,且因差壓和流量測量范圍下限值均為零，因此有以下關系：ΔP=ΔPS

×X1

P=PS

×X2＋PminT=TS

×X3＋TminQ=QS

×Y269根據(jù)可以得到設計狀態(tài)下的系數(shù)K為：設K1=、K2=、K3=、K4=70信號規(guī)格化后的溫差補償運算數(shù)學模型為

代入條件可求得K1=1.422;K2=0.147;K3=0.872;K4=0.477最后得到的溫差補償運算的數(shù)學模型為：由K1=、K2=、K3=、K4=71

5.列工作清單(worksheet)

補償運算式和控制指令功能圖構(gòu)成的組合功能圖726.填寫數(shù)據(jù)清單〔datasheet〕————800.0

0流量10Nm3/h

Y2

0.477K4

100.0

0操作輸出%

Y1

模擬輸出0.872

K3

500.0

0溫度℃