数字式调节器.ppt

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1、第三节第三节 数字式控制器数字式控制器数字仪表的优点数字仪表的优点（1）功能丰富，更改灵活，体积小、功耗低）功能丰富，更改灵活，体积小、功耗低（2）具有自诊断功能）具有自诊断功能（3）具有数据通信功能，可以组成测控网络）具有数据通信功能，可以组成测控网络数字仪表集中了自动控制、计算机及通信技术（数字仪表集中了自动控制、计算机及通信技术（3C，Control Computer Communication）。可编程单回路调节器是数字控制仪表的典型代表，可编程单回路调节器是数字控制仪表的典型代表，如西安仪表厂的如西安仪表厂的YS-80YS-100，川仪川仪18厂及上厂及上海调节器厂的海调节器厂的DI

2、GITRONIK系列等。系列等。YS80单回路调节器单回路调节器 YS100单回路调节器单回路调节器 HTBJ-211单回路智能调节器单回路智能调节器100线数字控制器线数字控制器XGT-l单回路控制器XMTA-lXMTA-l卧式SR90系列0.3级PID调节器XGTA控制器智能三作用自整定内置伺服调节器C3000数字过程控制器 C3000过程控制器外形图 DT2031调节器DTZ-2100调节器KMK-201编程器EN6000B系列数字调节器冗余调节器在中石化西北分公司塔河油田9号集气站的使用数字式调节器的类型数字式调节器的类型定程序调节器定程序调节器制造厂把编好的程序固化在调节器内的制造厂

3、把编好的程序固化在调节器内的ROM中，用户中，用户只需用开关选择相应的功能，不必编写程序。只需用开关选择相应的功能，不必编写程序。可编程调节器可编程调节器用户可以从调节器内部提供的诸多种功能模块中选择用户可以从调节器内部提供的诸多种功能模块中选择所需要的功能模块，用编程方式把这些功能模块组合所需要的功能模块，用编程方式把这些功能模块组合成用户程序，写入调节器内的成用户程序，写入调节器内的EPROM中，使调节器按中，使调节器按照要求工作。照要求工作。混合调节器混合调节器专为控制混合物成分用的调节器。专为控制混合物成分用的调节器。批量调节器批量调节器特别为周期性工作设计，常用于液体或粉粒体包装和特

4、别为周期性工作设计，常用于液体或粉粒体包装和定量装载用的调节器。定量装载用的调节器。一、数字式调节器的一、数字式调节器的PID控制算法控制算法是数字式调节器最基本的控制算法，其是数字式调节器最基本的控制算法，其他还有超前他还有超前/滞后算法、纯滞后算法、滞后算法、纯滞后算法、纯滞后时间补偿算法、间歇纯滞后时间补偿算法、间歇PID控制算控制算法等。法等。数字式数字式PIDPID运算式运算式 离散化处理离散化处理 对于积分项用右式近似对于积分项用右式近似 对于微分项用右式近似对于微分项用右式近似 结果结果：1)1)基本数字式基本数字式PIDPID运算式运算式 a.a.位置型算式位置型算式 输出与实

5、际控制阀的阀位相对应输出与实际控制阀的阀位相对应优点优点：便于计算机运算的实现：便于计算机运算的实现缺点缺点：1.1.计算繁琐、占用的计算机内存很大计算繁琐、占用的计算机内存很大 2.2.输出的是实际使用阀位值输出的是实际使用阀位值 b.b.增量型算式增量型算式 输出为两个采样周期输出为两个采样周期PIDPID输出值之差输出值之差 优点优点：1.1.计算机运算所需的内存较小、计算也相计算机运算所需的内存较小、计算也相对简单对简单;2.;2.每次只是输出增量每次只是输出增量;3.;3.易于系统手动和易于系统手动和自动间的无扰动切换自动间的无扰动切换c.c.速度型算式速度型算式输出是增量型算式的输

6、出值与采样间输出是增量型算式的输出值与采样间隔时间隔时间T T之比之比本质上与增量型算式是相同的本质上与增量型算式是相同的 d.d.偏差系数型算式偏差系数型算式 是将增量型算式展开后合并同类项而得到的是将增量型算式展开后合并同类项而得到的则有：则有：设设 2)2)改进型数字式改进型数字式PIDPID运算式运算式 a.a.不完全微分算不完全微分算式式微分作用采用实际微分作用微分作用采用实际微分作用 其中，其中，位置型理想位置型理想PIDPID算式算式:一阶惯性环节的离散化后的形式一阶惯性环节的离散化后的形式:b.微分先行PID算式 微分运算环节微分运算环节：微先分行PID算式偏差计算偏差计算：比

7、例积分运算环节比例积分运算环节：c.带不灵敏区的PID算式 在一定偏差范围内输出为0 或(B称为不灵敏区宽度)d.d.积分分离积分分离PIDPID算式算式e.e.在一定偏差范围内切除积分在一定偏差范围内切除积分作用作用例例:方法：方法：PIDPID控制算式的积分项前面乘上一个变量控制算式的积分项前面乘上一个变量N N二、二、数字式控制器数字式控制器基本构成基本构成（一）硬件系统：（一）硬件系统：（二）软件系统：（二）软件系统：（一）硬件系统（一）硬件系统由由主机电路主机电路、过程输入通道过程输入通道、过程输出通道过程输出通道、人机接口电路人机接口电路以及以及通信接口电路通信接口电路等部分组成。

8、等部分组成。实际上是实际上是具有总线连接的微机化具有总线连接的微机化仪表。仪表。光电隔离光电隔离光电隔离键盘输入显示器模数转换开关量入模拟量入数模转换光电隔离通信接口开关量出模拟量出主机电路主机电路主机电路主机电路是数字式控制主机电路是数字式控制器的核心，用于实现仪器的核心，用于实现仪表数据运算处理，各组表数据运算处理，各组成部分之间的管理。成部分之间的管理。主机电路由微处理器主机电路由微处理器（CPU）、）、只读存储器只读存储器（ROM，EPROM）、）、随机存储器（随机存储器（RAM）、）、定时计数器（定时计数器（CTC）以及输入、输出接口以及输入、输出接口（IO接口）等组成。接口）等组成

9、。主机电路主机电路CPU通常采用的是通常采用的是8位微处理器，它完成数据传递、位微处理器，它完成数据传递、算术逻辑运算、转移控制等功能。算术逻辑运算、转移控制等功能。ROM中存放系统程序。中存放系统程序。EPROM中存放由使用者自行编制的用户程序。中存放由使用者自行编制的用户程序。RAM用来存放输入数据、显示数据、运算的中间值用来存放输入数据、显示数据、运算的中间值和结果值等。和结果值等。CTC的定时功能用来确定控制器的采样周期，并产的定时功能用来确定控制器的采样周期，并产生串行通信接口所需的时钟脉冲；计数功能主要用生串行通信接口所需的时钟脉冲；计数功能主要用来对外部事件进行计数。来对外部事件

10、进行计数。主机电路主机电路IO接口是接口是CPU同过程输入、输出通道等进行数据同过程输入、输出通道等进行数据交换的器件，它有交换的器件，它有并行接口并行接口和和串行接口串行接口两种。两种。并行接口并行接口具有数据输入、输出双向传送和位传送具有数据输入、输出双向传送和位传送的功能，用来连接过程输入、输出通道，或直接的功能，用来连接过程输入、输出通道，或直接输入、输出开关量信号。输入、输出开关量信号。串行接口串行接口具有异步或同步传送串行数据的功能，具有异步或同步传送串行数据的功能，用来连接可接收或发送串行数据的外部设备。用来连接可接收或发送串行数据的外部设备。某些数字式控制器采用单片微机作为主要

11、部件。某些数字式控制器采用单片微机作为主要部件。过程输入通道过程输入通道过程输入通道包过程输入通道包括括模拟量输入通模拟量输入通道道和和开关量输入开关量输入通道通道。模拟量输。模拟量输入通道用于连接入通道用于连接模拟量输入信号，模拟量输入信号，开关量输入通道开关量输入通道用于连接开关量用于连接开关量输入信号。输入信号。模拟量输入通道模拟量输入通道将多个模拟量输入信号分别转换为将多个模拟量输入信号分别转换为CPU所接所接受的数字量。受的数字量。包括多路模拟开关、采样保持器和包括多路模拟开关、采样保持器和AD转转换器，如果控制器输入的是低电平信号，还换器，如果控制器输入的是低电平信号，还需要信号放

12、大电路，将信号放大到需要信号放大电路，将信号放大到AD转换转换器所需要的信号电平。器所需要的信号电平。多路模拟开关将多个模拟量输入信号分别连多路模拟开关将多个模拟量输入信号分别连接到采样保持器。它一般采用固态模拟开接到采样保持器。它一般采用固态模拟开关，其速度可达关，其速度可达105点点s。模拟量输入通道模拟量输入通道采样保持器具有暂时存储模拟输入采样保持器具有暂时存储模拟输入信号的作用。它在某一特定的时刻采信号的作用。它在某一特定的时刻采入一个模拟信号值，并把该值保持一入一个模拟信号值，并把该值保持一段时间，以供段时间，以供AD转换器转换。转换器转换。AD转换器的作用是将模拟信号转换转换器的

13、作用是将模拟信号转换为相应的数字量。为相应的数字量。常用的常用的AD转换器有逐位比较型、转换器有逐位比较型、双积分型和双积分型和VF转换型等几种。转换型等几种。模拟量输入通道模拟量输入通道逐位比较型逐位比较型AD转换器的转换速度最快，转换器的转换速度最快，一般在一般在104次次s以上，缺点是抗干扰能力以上，缺点是抗干扰能力差。差。其余两种其余两种AD转换器的转换速度较慢，通转换器的转换速度较慢，通常在常在100次次s以下，但它们的抗干扰能力以下，但它们的抗干扰能力较强。较强。AD转换器的位数有转换器的位数有8位、位、10位、位、12位（二进制代码）位（二进制代码）位、位、位（二十进制代码）位（

14、二十进制代码）开关量输入通道开关量输入通道将多个开关输入信号转换成能被计算机识别的数字将多个开关输入信号转换成能被计算机识别的数字信号。信号。开关量指的是在控制系统中电接点的通与断，或者开关量指的是在控制系统中电接点的通与断，或者逻辑电平为逻辑电平为“1”与与“0”这类两种状态的信号。这这类两种状态的信号。这些开关量信号通过输入缓冲电路或者直接输入接口些开关量信号通过输入缓冲电路或者直接输入接口至主机电路。至主机电路。为了抑制来自现场的干扰，开关量输入通道常采用为了抑制来自现场的干扰，开关量输入通道常采用光电耦合器件作为输入电路进行隔离传输，使通道光电耦合器件作为输入电路进行隔离传输，使通道的

15、输入与输出在电气上互相隔离，彼此间无公共连的输入与输出在电气上互相隔离，彼此间无公共连接点，因而具有抗共模干扰的能力。接点，因而具有抗共模干扰的能力。过程输出通道过程输出通道过程输出通道过程输出通道包括包括模拟量输模拟量输出通道出通道和和开关开关量输出通道量输出通道，模拟量输出通模拟量输出通道用于输出模道用于输出模拟量信号，开拟量信号，开关量输出通道关量输出通道用于输出开关用于输出开关量信号。量信号。模拟量输出通道模拟量输出通道模拟量输出通道依次将多个运算处理后的数字信号模拟量输出通道依次将多个运算处理后的数字信号进行数模转换，并经多路模拟开关送入输出保持进行数模转换，并经多路模拟开关送入输出

16、保持电路暂存，以便分别输出模拟电压（电路暂存，以便分别输出模拟电压（15V）或电或电流（流（4-20mA）信号。信号。包括包括DA转换器、多路模拟开关、输出保持电路转换器、多路模拟开关、输出保持电路和和VI转换器。转换器。DA转换器起数模转换作用。转换器起数模转换作用。常采用电流型常采用电流型DA转换芯片，因其输出电流小，转换芯片，因其输出电流小，尚需加接运算放大器，以实现将二进制数字量转尚需加接运算放大器，以实现将二进制数字量转换成相应的模拟量信号。换成相应的模拟量信号。DA转换芯片有转换芯片有8位、位、10位、位、12位等品种可供位等品种可供选用。选用。模拟量输出通道模拟量输出通道VI转换

17、器将转换器将15V的模拟电压信号转换成的模拟电压信号转换成420mA的电流信号。的电流信号。多路模拟开关与模拟量输入通道中的相同。多路模拟开关与模拟量输入通道中的相同。输出保持电路一般采用输出保持电路一般采用SH集成电路，也可集成电路，也可用电容和高输入阻抗的运算放大器构成。用电容和高输入阻抗的运算放大器构成。开关量输出通道开关量输出通道开关量输出通道通过锁存器输出开关量，开关量输出通道通过锁存器输出开关量，（包括数字、脉冲量）信号，以便控制（包括数字、脉冲量）信号，以便控制继电器触点和无触点开关的接通与释放，继电器触点和无触点开关的接通与释放，也可控制步进电机的运转。也可控制步进电机的运转。

18、开关量输出通道也常用采用光电耦合器开关量输出通道也常用采用光电耦合器件作为输出电路进行隔离传输，以免受件作为输出电路进行隔离传输，以免受到现场干扰的影响。到现场干扰的影响。人机联系部件人机联系部件人机联系部件一般置于控制器的正面和侧面。人机联系部件一般置于控制器的正面和侧面。正面板的布置类似于模拟式控制器，有测量值和给正面板的布置类似于模拟式控制器，有测量值和给定值显示器、输出电流显示器、运行状态（自动定值显示器、输出电流显示器、运行状态（自动串级手动）切换按钮、给定值增减按钮和手动串级手动）切换按钮、给定值增减按钮和手动操作按钮等，还有一些状态显示灯。操作按钮等，还有一些状态显示灯。侧面板有

19、设置和指示各种参数的键盘、显示器。侧面板有设置和指示各种参数的键盘、显示器。显示器常使用固体器件显示器，如发光二极管、荧显示器常使用固体器件显示器，如发光二极管、荧光管和液晶显示器等。光管和液晶显示器等。在有些控制器中附带后备手操器。在有些控制器中附带后备手操器。通信接口电路通信接口电路通信接口将欲发送的数据转换成标准通信格式的数通信接口将欲发送的数据转换成标准通信格式的数字信号，经发送电路送至通信线路（数据通道）上；字信号，经发送电路送至通信线路（数据通道）上；同时通过接收电路接收来自通信线路的数字信号，同时通过接收电路接收来自通信线路的数字信号，将其转换成能被微处理器接受的数据。将其转换成

20、能被微处理器接受的数据。包括通信接口芯片和发送、接收电路等。包括通信接口芯片和发送、接收电路等。通信接口有并行和串行两种，分别用来进行并行传通信接口有并行和串行两种，分别用来进行并行传送和串行传送数据。送和串行传送数据。（二）软件系统（二）软件系统数字式控制器的软件分为数字式控制器的软件分为系统程序系统程序和和用户程序用户程序两大部分。两大部分。系统程序系统程序是控制器软件的主体部分。是控制器软件的主体部分。组成：组成：监控程序监控程序中断处理程序中断处理程序表现为各种功能相互独立的功能模块。表现为各种功能相互独立的功能模块。监控程序监控程序 监控程序使控制器各硬件电路能正常工作并实现监控程序

21、使控制器各硬件电路能正常工作并实现所规定的功能，同时完成各组成部分之间的管理。其所规定的功能，同时完成各组成部分之间的管理。其主要完成的任务有：主要完成的任务有：系统初始化系统初始化 中断管理中断管理 自诊断处理自诊断处理 键处理键处理 定时处理定时处理 通信处理通信处理掉电处理掉电处理运行状态控制运行状态控制 功能模块功能模块 功能模块提供了各种功能，用户可以选择所需要的功能模块提供了各种功能，用户可以选择所需要的功能模块以构成用户程序，使控制器实现用户所规定的功能模块以构成用户程序，使控制器实现用户所规定的功能。控制器提供的功能模块主要有功能。控制器提供的功能模块主要有 数据传送数据传送

22、高值选择和低值选择高值选择和低值选择PID运算运算 上限幅和上限幅上限幅和上限幅 四则运算四则运算 折线逼近法函数运算折线逼近法函数运算 逻辑运算逻辑运算 一阶惯性滞后处理一阶惯性滞后处理 开平方运算开平方运算 纯滞后处理纯滞后处理 取绝对值运算取绝对值运算 移动平均值运算移动平均值运算 脉冲输入计数与积算脉冲输出脉冲输入计数与积算脉冲输出 控制方式切换控制方式切换 2、用户程序、用户程序用户程序是用户根据控制系统要求，在系用户程序是用户根据控制系统要求，在系统程序中选择所需要的功能模块，并将它统程序中选择所需要的功能模块，并将它们按一定的规则们按一定的规则连接连接起来，其作用是使控起来，其作

23、用是使控制器完成预定的控制与运算功能。制器完成预定的控制与运算功能。使用者编制程序实际上是完成功能模块的使用者编制程序实际上是完成功能模块的连接连接，也即，也即组态组态工作。工作。“连接连接”系统中各功能模块，使其完成预系统中各功能模块，使其完成预定的控制任务。定的控制任务。编程采用编程采用面向过程语言（面向过程语言（POL语言）语言）特点特点：专用性强，操作方便，程序设计简单，：专用性强，操作方便，程序设计简单，容易掌握和调试。容易掌握和调试。分类分类：空栏式语言空栏式语言卡片式卡片式填写工作单式填写工作单式组态式语言组态式语言表格式表格式助记符式助记符式编程方法编程方法：在线、离线：在线、

24、离线第一种，编程器与控制器通过总线连接共用一个第一种，编程器与控制器通过总线连接共用一个CPU 第二种，编程器自带一个第二种，编程器自带一个CPU构成一台独立的仪表构成一台独立的仪表 三、数字式控制器的特点三、数字式控制器的特点 运算控制功能强运算控制功能强通过软件实现所需功能通过软件实现所需功能带有自诊断功能带有自诊断功能带有数字通讯功能带有数字通讯功能具有和模拟控制器相同的外特性具有和模拟控制器相同的外特性保持常规模拟式控制器的操作方式保持常规模拟式控制器的操作方式 数字式控制器的特点数字式控制器的特点 运算控制功能强运算控制功能强数字控制器具有比模拟控制器更丰富的运数字控制器具有比模拟控

25、制器更丰富的运算控制功能，一台数字控制器既可以实现算控制功能，一台数字控制器既可以实现简单的简单的PID控制，也可以实现复杂的控制；控制，也可以实现复杂的控制；既可以进行连续控制，也可以进行采样控既可以进行连续控制，也可以进行采样控制、选择控制和批量控制。此外，数字控制、选择控制和批量控制。此外，数字控制器还可对输入信号进行处理，还可以进制器还可对输入信号进行处理，还可以进行逻辑运算。行逻辑运算。数字式控制器的特点数字式控制器的特点通过软件实现所需功能通过软件实现所需功能数字控制器的运算控制功能是通过软数字控制器的运算控制功能是通过软件实现的。软件系统提供了各种功能件实现的。软件系统提供了各种

26、功能模块，用户选择所需的功能模块，通模块，用户选择所需的功能模块，通过编程将它们连接在一起，构成用户过编程将它们连接在一起，构成用户程序，便可实现所需的运算与控制功程序，便可实现所需的运算与控制功能。采用简单易学的能。采用简单易学的POL语言。语言。数字式控制器的特点数字式控制器的特点带有自诊断功能带有自诊断功能监控软件有多种故障的自诊断功能，包括监控软件有多种故障的自诊断功能，包括主程序运行是否正常、输入输出信号是否主程序运行是否正常、输入输出信号是否正常、通讯功能是否正常等。在控制器运正常、通讯功能是否正常等。在控制器运行或编程中遇到不正常现象会发出故障信行或编程中遇到不正常现象会发出故障

27、信号，并用特定的代码显示故障种类，还能号，并用特定的代码显示故障种类，还能自动地把控制器的工作状态改为软手动状自动地把控制器的工作状态改为软手动状态。态。数字式控制器的特点数字式控制器的特点带有数字通讯功能带有数字通讯功能可以与上位计算机之间实现串行双向可以与上位计算机之间实现串行双向的数字通讯，将控制器本身的一系列的数字通讯，将控制器本身的一系列信息送到上位计算机，必要时上位计信息送到上位计算机，必要时上位计算机也可对控制器施加干预，一起组算机也可对控制器施加干预，一起组成成DCS控制系统。控制系统。数字式控制器的特点数字式控制器的特点具有和模拟控制器相同的外特性具有和模拟控制器相同的外特性

28、与传统的常规仪表相兼容，其输入输出信号制与与传统的常规仪表相兼容，其输入输出信号制与DDZ-型电动单元组合仪表相同。外形尺寸与盘型电动单元组合仪表相同。外形尺寸与盘装模拟控制器相同，便于仪表的更新。装模拟控制器相同，便于仪表的更新。保持常规模拟式控制器的操作方式保持常规模拟式控制器的操作方式数字式控制器的正面板和常规控制器的正面几乎数字式控制器的正面板和常规控制器的正面几乎相同，其显示器和操作按键的布置也相差不大。相同，其显示器和操作按键的布置也相差不大。对已习惯于传统控制器的操作员来说，并不需要对已习惯于传统控制器的操作员来说，并不需要特殊的训练就能掌握使用技巧。特殊的训练就能掌握使用技巧。

29、保留了模拟式控制仪表所有的优点保留了模拟式控制仪表所有的优点 丰富的运算控制功能和数字通信功能丰富的运算控制功能和数字通信功能灵活而方便的操作手段灵活而方便的操作手段形象而直观的图形或数字显示形象而直观的图形或数字显示高度的安全可靠性高度的安全可靠性实现了仪表和计算机的一体化实现了仪表和计算机的一体化比常规模拟式控制仪表能更方便有效地控比常规模拟式控制仪表能更方便有效地控制和管理生产过程，得到广泛的应用。制和管理生产过程，得到广泛的应用。数字式控制器数字式控制器特点特点四、四、SLPC可编程控制器可编程控制器（自学）（自学）SLPC可编程控制器是一种有代表性的、可编程控制器是一种有代表性的、功

30、能较为齐全的可编程控制器，它具有基本功能较为齐全的可编程控制器，它具有基本PID、串级、选择、非线性、采样、串级、选择、非线性、采样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参数实现最佳整定。用户只需使用简单的参数实现最佳整定。用户只需使用简单的编程语言，即可编制各种控制与运算程序，使编程语言，即可编制各种控制与运算程序，使控制器具有规定的控制运算功能。控制器具有规定的控制运算功能。SLPC可编程控制器可编程控制器 SLPC还具有通信功能，可与上位计算机还具有通信功能，可与上位计算机联系起来构成集散型控制系统；具有可变型给联系起来构成集散型

31、控制系统；具有可变型给定值平滑功能，能够改善给定值变更的响应特定值平滑功能，能够改善给定值变更的响应特性；具有自诊断功能，在输入输出信号、运算性；具有自诊断功能，在输入输出信号、运算控制回路、备用电池及通信出现异常情况时，控制回路、备用电池及通信出现异常情况时，进行故障处理并进行故障显示进行故障处理并进行故障显示。SLPC可编程控制器的硬件电路可编程控制器的硬件电路 SLPC SLPC可编程可编程调节器的软件部分调节器的软件部分 SLPCSLPC可编程调节器的软件由可编程调节器的软件由系统程序和功能模块两部分构成，系统系统程序和功能模块两部分构成，系统 程序用于保证整个调节器正常运行，这部分用

32、户是不能调用的程序用于保证整个调节器正常运行，这部分用户是不能调用的。SLPC SLPC可可 编程调节器的功能模块是以指令形式提供的。编程调节器的功能模块是以指令形式提供的。SLPCSLPC可编程调节器指令有以下可编程调节器指令有以下4 4种类型：信号读取指令种类型：信号读取指令LDLD、信号存信号存 储储指令指令STST、程序结束指令、程序结束指令ENDEND和各种功能和各种功能指令。指令。SLPC SLPC可编程调节器的应用可编程调节器的应用SLPCSLPC可编程调节器用户程序的编制步骤和方法可编程调节器用户程序的编制步骤和方法 （5 5）列工作清单（）列工作清单（worksheetwor

33、ksheet）；）；（1 1）确定调节器应承担的任务；）确定调节器应承担的任务；（2 2）确定控制功能和控制算法；）确定控制功能和控制算法；（3 3）确定温压补偿运算的数学模型；）确定温压补偿运算的数学模型；（4 4）数学模型的规格化；）数学模型的规格化；（6 6）填写数据清单（）填写数据清单（datasheetdatasheet）；）；（7 7）程序清单。）程序清单。第四节第四节 可编程逻辑控制器可编程逻辑控制器可编程逻辑控制器简称可编程逻辑控制器简称PLC，是基于微机技术进，是基于微机技术进行开关顺序控制。随着功能的扩大，现在它除了行开关顺序控制。随着功能的扩大，现在它除了可用于开关量逻辑

34、控制外，有的可用于开关量逻辑控制外，有的PLC还配有还配有PID模块，集连续控制和逻辑控制于一身。模块，集连续控制和逻辑控制于一身。可编程序控制器与过去的继电器控制系统相比，它可编程序控制器与过去的继电器控制系统相比，它的最大的最大特点特点是在于可编程序，可通过改变软件来改变控是在于可编程序，可通过改变软件来改变控制方式和逻辑规律。制方式和逻辑规律。PLC调频可编程控制器调频可编程控制器可编程控制器可编程控制器PLC西门子PLCPLC控制机床一、一、PLC的主要组成的主要组成PLC采用了典型的计算机结构，主要部分包括中采用了典型的计算机结构，主要部分包括中央处理器央处理器CPU、存储器和输入、

35、输出接口电路等。、存储器和输入、输出接口电路等。限位开关限位开关手动开关手动开关光电传感器光电传感器感应开关感应开关数字开关数字开关编码器编码器继电器继电器电磁阀电磁阀变频调速器变频调速器数码显示器数码显示器指示灯指示灯蜂鸣器蜂鸣器输输入入接接口口输输出出接接口口中央处理单元中央处理单元（CPU）数据存储器数据存储器编程器编程器程序存储器程序存储器二、二、PLC的内部等效继电器电路的内部等效继电器电路任何一个继电器控制系统，都是由输入部分、任何一个继电器控制系统，都是由输入部分、逻辑部分和输出部分组成。逻辑部分和输出部分组成。输出部分：输出部分：控制结果要驱动控制结果要驱动的各种输出设备，的各

36、种输出设备，如电磁阀的线圈、如电磁阀的线圈、电机的接触器、电机的接触器、信号灯等信号灯等逻辑部分：逻辑部分：根据被控对象根据被控对象的要求而设计的要求而设计的各种继电器的各种继电器控制线路控制线路输入部分：输入部分：控制按钮、操控制按钮、操作开关、限作开关、限位开关、光位开关、光电管信号电管信号PLC就是用软件代替用硬件（继电器）构成就是用软件代替用硬件（继电器）构成的逻辑控制电路。的逻辑控制电路。为便于理解逻辑关系，还将为便于理解逻辑关系，还将PLC看成是由许多看成是由许多“软继电器软继电器”组成的控制器，画出其内部等效电路。组成的控制器，画出其内部等效电路。图图3.32PLC等效控制框图等

37、效控制框图输入（外部）输入（外部）输输入入变变换换输输出出变变换换逻辑逻辑输出（外部）输出（外部）PLC在在PLC内部为用户提供的等效继电器有：内部为用户提供的等效继电器有：输入继电器、输出电器、辅助继电器、时间继输入继电器、输出电器、辅助继电器、时间继电器、计数继电器等。这些等效继电器实际上是一电器、计数继电器等。这些等效继电器实际上是一段段程序模块，用指令命名。段段程序模块，用指令命名。三、三、PLC的编程语言的编程语言PLC品种繁多，有各种不同的编程语言，通常品种繁多，有各种不同的编程语言，通常有梯形图、语句表、控制系统流程图、逻辑方程或有梯形图、语句表、控制系统流程图、逻辑方程或布尔代

38、数式等。布尔代数式等。最常用的是梯形图和语句表。最常用的是梯形图和语句表。1、梯形图梯形图梯形图是在继电器控制的电器原理图基础上开发梯形图是在继电器控制的电器原理图基础上开发出来的一种直观形象的图形编程语言。它沿用了出来的一种直观形象的图形编程语言。它沿用了继电器、触点、串继电器、触点、串/并联等术语和类似的图形符并联等术语和类似的图形符号，信号流向清楚，是多数号，信号流向清楚，是多数PLC的第一用户语言。的第一用户语言。(a)电器控制梯形电器控制梯形图图(b)PLC梯形图梯形图PLC梯形图示意梯形图示意梯形图是使用的最多的一种编程语言，在形式上类似梯形图是使用的最多的一种编程语言，在形式上类

39、似于继电器的控制电路，因整个图形呈阶梯形，逻辑关于继电器的控制电路，因整个图形呈阶梯形，逻辑关系非常形象，故有梯形图之称。如系非常形象，故有梯形图之称。如 梯形图梯形图线圈线圈触点触点 2、语句表语句表借助于梯形图，可以用指令的借助于梯形图，可以用指令的助记符来编程。各种类型的助记符来编程。各种类型的PLC使用的助记符不同。使用的助记符不同。P102/表表3-3、表、表3-4给出了几种给出了几种PLC部部分指令的对照。分指令的对照。梯形图梯形图线圈线圈触点触点3、编程举例、编程举例例例1根据图示梯形图，用欧姆龙（根据图示梯形图，用欧姆龙（OMRON）C200H编程。编程。常闭触点常闭触点常开触

40、点常开触点等效线圈等效线圈常闭触头常闭触头1000不动作，不动作，常开触头常开触头1001闭合，闭合，继电器线圈继电器线圈3000通电通电常闭触头常闭触头1000、1003不动作，不动作，常开触头常开触头1001、1004、3000闭合，闭合，继电器线圈继电器线圈2002通电通电常闭触头常闭触头1003不动作；常开触头不动作；常开触头3000闭合（条件闭合（条件:常闭触头常闭触头1000不不动作，常开触头动作，常开触头1001闭合）；闭合）；继继电器线圈电器线圈2000通电通电继电器线圈继电器线圈2001通电通电条件与上条相同条件与上条相同语句表语句表指令功能指令功能LDNOT1000（常闭接

41、点（常闭接点1000联母线）联母线）AND1001（常开接点（常开接点1001串联母线）串联母线）OUT3000（输出（输出3000的状态）的状态）LD3000（取（取3000的状态）的状态）ANTNOT1003（将常闭接点（将常闭接点1003联母线）联母线）OUT2000（输出（输出2000的状态）的状态）OUT2001（输出（输出2001的状态）的状态）AND1004（常开接点（常开接点1004串联母线）串联母线）OUT2002（输出（输出2002的状态）的状态）第三章第三章 控制仪表控制仪表要求深刻理解与掌握的重点内容有：要求深刻理解与掌握的重点内容有：掌握基本控制规律及其对控制过程的影

42、响；掌握基本控制规律及其对控制过程的影响；掌握掌握DDZ-IIIDDZ-III型控制器的结构、电路及工作原理型控制器的结构、电路及工作原理分析；分析；理解数字控制器的功能和原理，了解它们的使理解数字控制器的功能和原理，了解它们的使用方法。用方法。难点：难点：比例度、积分时间和微分时间对系统过渡比例度、积分时间和微分时间对系统过渡过程的影响。过程的影响。作业作业:P106/3-14第三章第三章 结束结束 (1)主机电路主机电路 CPU采用采用8085AHC，时钟频率为，时钟频率为10MHz。ROM分为系统分为系统ROM和用户和用户ROM 系统系统ROM采用两片采用两片27256型型EPROM，3

43、2KB，用于存放监控程序和各种功能模块；用户，用于存放监控程序和各种功能模块；用户ROM采用一片采用一片2716型型EPROM，用于存放用户程序。，用于存放用户程序。RAM采用两片采用两片PD4464C低功耗低功耗CMOS存储器，存储器，8KB。(2)过程输入通道过程输入通道 SLPC控制器共有控制器共有5个模拟量输入通个模拟量输入通道，道，AD转换器是利用转换器是利用PC648D型高型高速速12位位DA转换器和比较器，转换器和比较器，X1输入通输入通道具有备用方式道具有备用方式，正常工作时的信息途，正常工作时的信息途径之外，发生故障时，进行测量值指示径之外，发生故障时，进行测量值指示。(3)

44、过程输出通道过程输出通道 SLPC控制器共有控制器共有3个模拟量输出通道，其中一路个模拟量输出通道，其中一路Y1为为420mADC电流输出，两路电流输出，两路Y2、Y3为为15VDC电压输出，相互间也不隔离电压输出，相互间也不隔离。过程输出通道过程输出通道过程输出通道过程输出通道P点输出电压用于判断是否有断线故障点输出电压用于判断是否有断线故障电流输出具有备用方式电流输出具有备用方式 工作时，工作时，为为D DA A转换器输出的电压转换器输出的电压 故障时，故障时，软手动操作输出软手动操作输出(4)开关量输入和输出通道开关量输入和输出通道 SLPC控控制制器器有有六六个个开开关关量量输输入入和

45、和输输出出通通道道，它它们们既既可可以以当当作作输输入入也也可可以以当当作作输输出出，由由使使用用者者设设定定。开开关关量量输输入入输输出通道都经过高频变压器隔离出通道都经过高频变压器隔离 (5)人机联系部件人机联系部件 侧面板有触摸式键盘和数字显示器，侧面板有触摸式键盘和数字显示器，用以显示或修改输入、输出数据、用以显示或修改输入、输出数据、PID参数和其他数据，显示的项目由键参数和其他数据，显示的项目由键操作来选择操作来选择 正面板的布置类似于模拟式控制器，正面板的布置类似于模拟式控制器，显示器可显示主被控变量的测量值、给显示器可显示主被控变量的测量值、给定值，控制器输出值，故障显示灯和报

46、定值，控制器输出值，故障显示灯和报警灯警灯 (6)通信接口电路通信接口电路 采用半双工、串行异步通讯方式采用半双工、串行异步通讯方式 SLPC可编程控制器的软件部分可编程控制器的软件部分 包括系统程序和功能模块包括系统程序和功能模块:系统程序系统程序用于保证整个控制器正常用于保证整个控制器正常运行，这部分用户是不能调用的运行，这部分用户是不能调用的 功能模块功能模块提供了各种功能，用户可提供了各种功能，用户可以根据需要选用，以构成用户程序，功以根据需要选用，以构成用户程序，功能模块以指令形式提供能模块以指令形式提供 指令对各种寄存器进行操作，寄存指令对各种寄存器进行操作，寄存器实际上是对应于随

47、机读写存储器器实际上是对应于随机读写存储器RAM中各个不同的存储单元，只是为了使用中各个不同的存储单元，只是为了使用和表示方便，才特地定义了不同的名称和表示方便，才特地定义了不同的名称和符号和符号。指令都与五个运算寄存器指令都与五个运算寄存器S1S5有有关。这五个运算寄存器以堆栈方式构成关。这五个运算寄存器以堆栈方式构成.功能模块功能模块-以指令形式提供以指令形式提供 运算寄存器结构示意图运算寄存器结构示意图运算寄存器结构示意图及工作原理运算寄存器结构示意图及工作原理 指令类型指令类型 指令有指令有4种类型种类型 1、信号读取指令、信号读取指令LD用于把输入或输出等数据用于把输入或输出等数据S

48、1 2、信号存储指令、信号存储指令ST用于把用于把S1中的数据中的数据有关寄存器有关寄存器3、程序结束指令、程序结束指令END将控制无条件地转移出用户程将控制无条件地转移出用户程序，结束本控制周期内的一切运算序，结束本控制周期内的一切运算 指令类型指令类型 4、功能指令、功能指令完成各种指定功能完成各种指定功能 基本运算基本运算+、-、等等 带设备编号的运算带设备编号的运算十段折线函数运算十段折线函数运算等等 条件判断条件判断上下限报警、逻辑运算、转移跳转上下限报警、逻辑运算、转移跳转等等 寄存器移位寄存器移位S寄存器交换、寄存器交换、S寄存器循环移位寄存器循环移位 控制功能控制功能BBC、C

49、SC、SSC控制功能指令的基本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：内含一个控制单元内含一个控制单元CNT1，相当于模拟仪表中的一台相当于模拟仪表中的一台PID控制器；控制器；串级控制指令串级控制指令CSC：内含两个串联的控制单：内含两个串联的控制单 元元CNT1、CNT2，可组成串级控制系统，可组成串级控制系统 选择控制指令选择控制指令SSC：内含两个并联的控制单：内含两个并联的控制单 元元CNT1、CNT2和一个单刀三掷切换开关和一个单刀三掷切换开关CNT3，可组成选择控制系统可组成选择控制系统 每台每台SLPC控制器只能选用其中的一种，控制器只能选用其中的一种，

50、且同一应用程序中只能使用一次且同一应用程序中只能使用一次 控制功能指令的基本功能控制功能指令的基本功能控制功能指令的基本功能控制功能指令的基本功能 被控变量接到模拟量输入通道被控变量接到模拟量输入通道X1，实，实现单回路现单回路PID控制的程序如下控制的程序如下(1)LDX1读入测量值读入测量值X1(2)BSC基本控制基本控制(3)ST Y1 控制输出控制输出MV送送Y1(4)END 控制功能指令的功能扩展控制功能指令的功能扩展 基本控制指令基本控制指令BSC的功能扩展的功能扩展 作用是把运算寄存器作用是把运算寄存器S1里的数据与设定值里的数据与设定值相减，相减，得到偏差。再经过由得到偏差。再