第9章控制器j.ppt

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1、测量仪表与自动化-第九章n一、控制器的作用一、控制器的作用n比较测量值与给定值，并根据偏差进行控制运算，输出调节信号给执行机构，以实比较测量值与给定值，并根据偏差进行控制运算，输出调节信号给执行机构，以实现对被调参数的控制。现对被调参数的控制。第九章第九章 控制器控制器控制器控制器模拟式模拟式数字式数字式电动控制器电动控制器气动控制器气动控制器可编程调节器可编程调节器可编程控制器可编程控制器n二、控制器的分类二、控制器的分类n1、按结构形式分n基地式基地式n单元组合式单元组合式n2、按仪表能源分：n电动电动(DDZ-II、III)；n气动气动(QDZ-II、III)n自力式自力式n3、按信号方

2、式分n模拟式模拟式n数字式数字式测量仪表与自动化-第九章nDDZ-DDZ-型仪表的特点型仪表的特点n.采用线性集成电路，仪表性能提高。采用线性集成电路，仪表性能提高。n.采用国际标准信号：采用国际标准信号：420mA/15V420mA/15Vn.24V DC集中供电，可构成两线制连接。集中供电，可构成两线制连接。n.控制器能和计算机联用。控制器能和计算机联用。n.仪表可构成安全火花防爆系统。具有本质安全防爆的性能。仪表可构成安全火花防爆系统。具有本质安全防爆的性能。24V.DC电源电源变送器变送器2501-5V.DC4-20mA.DC安全栅安全栅调节调节仪表仪表生产现场生产现场控制室控制室第一

3、节 模拟式控制器 DDZ-III测量仪表与自动化-第九章n一、控制器的操作与应用一、控制器的操作与应用测量仪表与自动化-第九章外外给给定定420mA硬手动硬手动电路电路PD电路电路PI电路电路输出电路输出电路输入电路输入电路软手动软手动电路电路给定指示给定指示电路电路测量指示测量指示电路电路内给定内给定电路电路250n测量测量-给定信号给定信号比较比较 ViVs 输入电路输入电路偏差偏差运算运算Vo1n2 2、原理、原理n1 1、组成、组成n二、组成原理二、组成原理nVo1 PDPD电路电路产生比例微分输出产生比例微分输出Vo2PIPI电路电路产生比例积分输出产生比例积分输出Vo3nVo3 输

4、出电路输出电路功放功放 产生产生420mA控制信号控制信号电流电流I I0 0 执行机构执行机构n测量信号、给定信号、输出信号分别由指示电路驱动，电流表指示。测量信号、给定信号、输出信号分别由指示电路驱动，电流表指示。n手动操作手动操作操作信号操作信号 PIPI电路电路手动输出手动输出Vo3 输出电路输出电路手操手操I0 输出输出输出电路I0内给定电路250测测量信号量信号Vi 15V给给定信号定信号Vg 15V输入电路eV01PD电路PI电路V02V03硬手动电路PI电路输出电路软手动电路给定指示电路测量指示电路测量仪表与自动化-第九章n1 1、输入电路、输入电路n理想集成运算放大器：开环放

5、大倍数极大K0=开环输入信号极小 0，VFVT，IFIT0 I1RI5RI4RI2R I6RRRV0124V420mAV Vi iV VS SV VF FV VT TV VB B=1010V V变送器给定器420mAI5R2 25 50 0 2 25 50 0 K0测量仪表与自动化-第九章V Vcdcdn2 2、比例微分电路、比例微分电路nCd充电结束 VT Vo1 输出 Vo2VT Vo1 维持比例输出。nV01阶跃变化 t0 时 CD上电压不能突变 VCD0，VTVo1突变n之后 CD充电 VCD VTVo1-VCD Vo2=VT呈微分规律形式输出。n调节RD可以改变电容CD充电速度，即改

6、变了微分时间TD。n调节RP改变了，即改变了比例度。测量仪表与自动化-第九章n3 3、比例积分电路、比例积分电路n输入Vo2阶跃变化 t=0时 CI、CM视为短路 Vo3=-Vo2有一突变n之后随 CM、CI充电Vo3值随VCM增加而逐渐增大实现积分作用。测量仪表与自动化-第九章n按下按下K K41.4241.42，反向电压反向电压-V-VR R使使C CM M放电，放电，V Vo3o3逐渐升高；逐渐升高；n按下按下K K43.4443.44，正向电压正向电压+V+VR R使使CMCM充电，充电，V Vo3o3逐渐下降；逐渐下降；n4 4、手动操作电、手动操作电路路n手动操作电路与手动操作电路

7、与PIPI电路结合，具有电路结合，具有“软、硬软、硬”两种方式。两种方式。n当当K K1 1、K K2 2置于置于“软手动软手动”位置位置时：时：nK K2 2使使C CI I右端接入右端接入V VB BVVT T=V=VF F,当当“软手软手自动自动”动切换时，动切换时，ICIC3 3反相输入端电位不变，可实反相输入端电位不变，可实现无扰动切换。现无扰动切换。测量仪表与自动化-第九章n当当K K1 1、K K2 2置于置于“硬手动硬手动”位置时：位置时：nK K1 1使输入使输入V Vf f接在手操电位器接在手操电位器W Wh h上。上。R RF F并联于并联于C CM M（C Cm m隔直

8、忽略），隔直忽略），R RF F、R RH H组成一组成一比例环节。比例环节。R RF F=R=RH H，V V0303=V=VH H,调节调节W WH H滑点、改变滑点、改变V VH H时，输出时，输出V Vo3o3立即发生变化。立即发生变化。测量仪表与自动化-第九章第四节 数字式调节器n一、特点：一、特点：n1).1).功能丰富：功能丰富：n除可实现模拟仪表PID调节等功能外可实现复杂运算、逻辑判断、故障自诊断、自适应调节参数及自整定等高级功能。n2).通用性通用性强：n控制规律可编程，外部接线与模拟调节器兼容，外形结构，操作方法照顾模拟仪表习惯。n3).可靠性可靠性高：n采用集成电路及微

9、处理芯片具有高可靠设计。经过严格检查、老化处理。自身的诊断功能有利于处理故障。n4).具有具有通信功能：n能与其它调节器及上位计算机传输数据，接受指令，实现数据通讯。n数字化调节器：是以微处理器为核心的可编程调节器。数字化调节器：是以微处理器为核心的可编程调节器。测量仪表与自动化-第九章n3、EPROM擦写存储器n存储用户编制的控制指令、设定值、转换系数，可擦除重编，掉电不丢。存储用户编制的控制指令、设定值、转换系数，可擦除重编，掉电不丢。n1、CPU中央处理器n是数字仪表的核心，负责信息是数字仪表的核心，负责信息的运算处理和各环节工作控制。的运算处理和各环节工作控制。n2、ROM只读存储器n

10、固化调节器基本程序，不能更固化调节器基本程序，不能更改。包括：改。包括：输入处理程序（如输入处理程序（如温度压力补偿、开方、数字滤波）温度压力补偿、开方、数字滤波）运算程序（运算程序（PIDPID控制及其它控控制及其它控制算法）制算法）输出处理程序输出处理程序自诊自诊断程序。断程序。CPU系统系统ROM用户用户EPROMn4、RAM随即存贮器n临时存储运行过程的中间计算数据。断电消失。临时存储运行过程的中间计算数据。断电消失。RAMn5、监视定时器WDTn执行自诊断功能，出现异常情况时，应急处理。如保存当前值、切入手动、报警。执行自诊断功能，出现异常情况时，应急处理。如保存当前值、切入手动、报

11、警。WDTn二、基本组成二、基本组成测量仪表与自动化-第九章n7 7、输入输出接口、输入输出接口I IO OnIoD1IoD1为仪表操作的开关量接口为仪表操作的开关量接口（如自（如自-手动转换、内外给定手动转换、内外给定转换转换。CPU系统系统ROM用户用户EPROMn6、A/D、D/A转换nA/D(A/D(模模数数)转换，用于对模转换，用于对模拟输入信号拟输入信号进行处理转换为数进行处理转换为数字信号。字信号。nD/AD/A(数数模模)转换，将转换，将CPUCPU按控按控制算法计算出的数字量转换为制算法计算出的数字量转换为模拟量输出，控制调节阀。模拟量输出，控制调节阀。n8、数字设定器-侧面

12、板n有按键及两排数显。用于设置输入、输出、运算结果和运算条件。有按键及两排数显。用于设置输入、输出、运算结果和运算条件。RAMnIoD2IoD2为与外部联系的数字量接口。为与外部联系的数字量接口。WDTn9、总线及通信接口n有地址总线、数据总线、控制总线。是调节器内传输信号的一组信号线。通信接口有地址总线、数据总线、控制总线。是调节器内传输信号的一组信号线。通信接口与上位计算机交换数据。与上位计算机交换数据。测量仪表与自动化-第九章n DDA A电路将输出数字量转换为电路将输出数字量转换为420mA420mA模拟信号模拟信号输出保持输出保持送调节阀。送调节阀。n 模拟输入信号模拟输入信号经输入

13、滤波经输入滤波多路切换开关接通某路信号多路切换开关接通某路信号经经A/DA/D转换为数字量转换为数字量结果存结果存RAMRAM输入量寄存器输入量寄存器中。中。n CPU CPU 从从ROM ROM 中读出中读出控制算法控制算法、输出处理输出处理程序、从程序、从RAM RAM 中读出中读出测量值测量值；从；从EPROM EPROM 中读出中读出设定值设定值、PIDPID参数参数等数据等数据CPUCPU进行控制运算进行控制运算结果存结果存RAMRAM输出值寄存输出值寄存器器。n CPU CPU 在用户在用户EPROMEPROM自编程自编程序控制下，先从序控制下，先从ROM ROM 中取出中取出输输

14、入处理入处理程序；从程序；从RAM RAM 中读出中读出输入输入量量；从从EPROM EPROM 中读出中读出转换系数转换系数等数据等数据CPUCPU进行输入处理运算进行输入处理运算结果存结果存RAMRAM测量值寄存器测量值寄存器。n三、工作原理三、工作原理测量仪表与自动化-第九章1 1、构成：、构成：由硬件和软件两部分组成。由硬件和软件两部分组成。四、四、KMMKMM可编程调节器及应用可编程调节器及应用测量仪表与自动化-第九章上限报警下限报警指示表头刻度标尺给定SV指针测量PV指针备忘指针连锁指示复位按钮给定增加给定减小串级按钮自动按钮手动按钮手动减小手动增加输出表头输出指针通讯指示异常指示

15、位号牌2 2、面板与功能键、面板与功能键.输出表头：输出表头：显示调节器输出信显示调节器输出信号值。号值。.指指示示表表头头：给给定定值值-S SP P(绿绿 针针)、测测 量量 值值-P PV V(红红 针针)双双针针指指示示，备备忘忘指指针针(黑黑针针)，指指示示正正常常 P P V V 范范围围。测量仪表与自动化-第九章上限报警下限报警指示表头刻度标尺给定SV指针测量PV指针备忘指针连锁指示复位按钮给定增加给定减小串级按钮自动按钮手动按钮手动增加手动增加输出表头输出指针通讯指示异常指示位号牌.设设定定值值SPSP按按键键：当当PIDPID模模块块未未处处于于PVPV跟跟踪踪状状态态时时，

16、用用于于增增加加、减减少少给给定定值值。在在手手动动运运行行方方式式下下，SPSP不能设定。不能设定。.C-A-M.C-A-M键：键：串级、自动、手动串级、自动、手动状态按键，状态按键，用于状态切换。用于状态切换。.手手动动输输出出键键。在在手手动动状状态态下下，改改变变输输出出值值（值值由由下下部部的的小小表表显显示示）。.数据设定器，数据设定器，调节器侧面其上调节器侧面其上有两个显示窗、十三个功能按键。有两个显示窗、十三个功能按键。用来调整和显示用来调整和显示PIDPID参数、参数、PIDPID控制控制单元的测量值和设定值，各运算单单元的测量值和设定值，各运算单元的输入和输出数据、也可显示

17、自元的输入和输出数据、也可显示自诊断结果诊断结果给定增加给定减小串级按钮自动按钮手动按钮手动减小手动增加通讯指示异常指示位号牌测量仪表与自动化-第九章A.预调：预调：在内部装有在内部装有“后备手操单元后备手操单元”的场合，应先将此单元上的的场合，应先将此单元上的“后备正常后备正常”开关拨开关拨到到“正常正常”（NormalNormal）侧。在使用）侧。在使用“预置预置”型后备手操单元时，还要将此单元上型后备手操单元时，还要将此单元上的手操旋钮调到预定好的输出值上。的手操旋钮调到预定好的输出值上。B.通电：通电：通电后，调节器即处于通电后，调节器即处于“联锁手动联锁手动”方式（方式（IMIM方式

18、）。操作人员应当用方式）。操作人员应当用“数据设数据设定器定器”来检查，确认设定的运行控制数据、可变参数等是否合适。确认无误后，来检查，确认设定的运行控制数据、可变参数等是否合适。确认无误后，按按R R键，解除键，解除“联锁联锁”状态，进入设定的正常运行状态。状态，进入设定的正常运行状态。（1 1）准备）准备:3 3、基本操作、基本操作:测量仪表与自动化-第九章A手动（手动（MAN）方式：）方式：按按M M键进入键进入“手动手动”运行方式，运行方式，M M灯亮，调节器的输出值由灯亮，调节器的输出值由按键改变。按键改变。B自动（自动（AUTO）方式：）方式：按按A A键进入键进入“自动自动”运行

19、方式，运行方式，A A灯亮，调节器内灯亮，调节器内PIDPID运算单元运算单元以面板上设定的值来运算，实现定值控制。以面板上设定的值来运算，实现定值控制。C串级（串级（CAS）方式：）方式：按按C C键进入键进入“串级串级”运行方式，运行方式，C C灯亮，调节器以灯亮，调节器以PIDPID1 1的输出值的输出值或外来设定值作为或外来设定值作为PIDPID2 2运算单元的目标值来进行运算单元的目标值来进行PIDPID控制，控制，PIDPID2 2是随动控制。是随动控制。（2 2）正常运行）正常运行 有下述几种运行方式：有下述几种运行方式：D跟踪（跟踪（FOLLOW）方式：）方式：这时调节器本身的

20、这时调节器本身的PIDPID运算及手动操作均无效，其输出由外部的跟踪信号决定。运算及手动操作均无效，其输出由外部的跟踪信号决定。要切换到跟踪方式需要加一个切换信号。切换信号是外部来的接点信号或调节器要切换到跟踪方式需要加一个切换信号。切换信号是外部来的接点信号或调节器内部的内部的“通断通断”（ONONOFFOFF）型数据。切换后，原状态灯闪烁。解除跟踪状态）型数据。切换后，原状态灯闪烁。解除跟踪状态后，灯恢复常亮。后，灯恢复常亮。测量仪表与自动化-第九章 为调节器或控制系统故障时的运行状态。为调节器或控制系统故障时的运行状态。A联锁手动方式（联锁手动方式（IM）：）：调节器正常运行时，如果自诊

21、断出内部轻故障（模拟量输入超调节器正常运行时，如果自诊断出内部轻故障（模拟量输入超限、运算溢出、调节器过载等）或从外部输入联锁状态，则切限、运算溢出、调节器过载等）或从外部输入联锁状态，则切换到联锁手动方式；前者面板上换到联锁手动方式；前者面板上R R灯亮，后者灯亮，后者R R灯闪烁；故障解灯闪烁；故障解除后应按除后应按R R键，才能变成手动方式，否则，不能切换到其他状态键，才能变成手动方式，否则，不能切换到其他状态上去。调节器初次通电时也进入上去。调节器初次通电时也进入IMIM方式。方式。B后备方式（后备方式（S）：）：自诊断出重故障（调节器硬件或软件异常）时，不论此时调节自诊断出重故障（调节器硬件或软件异常）时，不论此时调节器处于何种运行方式，均会切换到后备方式，此时面板上的器处于何种运行方式，均会切换到后备方式，此时面板上的CPUFCPUF灯亮。在灯亮。在S S方式下，可用后备手动单元进行手动操作。方式下，可用后备手动单元进行手动操作。异常原因（故障）消除后，再一通电，进入异常原因（故障）消除后，再一通电，进入IMIM方式，按方式，按R R键后，键后，恢复正常。恢复正常。（3 3）非正常运行）非正常运行