《数字调节器》PPT课件.ppt

第五章第五章 数字式调节器数字式调节器 第一节第一节 概述概述 数字式控制仪表与装置数字式控制仪表与装置, 是计算机技术是计算机技术通讯技术通讯技术显示技术与控制技术各自不断发展与相互结合而产生显示技术与控制技术各自不断发展与相互结合而产生的的. 其基本功能是对生产过程实行直接数字控制其基本功能是对生产过程实行直接数字控制. 一一数字调节器的硬件构成数字调节器的硬件构成 生产过程的含义可大可小生产过程的含义可大可小, 生产过程可以只有一个生产过程可以只有一个,也可有若干个也可有若干个, 即使只有一个生产过程即使只有一个生产过程, 其中的被控参其中的被控参数也可能不止一个数也可能不止一个. 最简单情况下最简单情况下, 由数字式调节器构由数字式调节器构成的生产过程直接数字控制系统框图如下所示成的生产过程直接数字控制系统框图如下所示.采样器采样器A/DCPUD/A保持器保持器执行器执行器对象对象检测变送器检测变送器上图中虚线框表示数字式调节器上图中虚线框表示数字式调节器.直接数字控制系统的组成图直接数字控制系统的组成图由主机电路、过程输入通道、过程输出通道、人机接口电路以由主机电路、过程输入通道、过程输出通道、人机接口电路以及通信接口电路等部分组成及通信接口电路等部分组成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 信号特点（信号特点（1）计算机控制系统的采样过程计算机控制系统的采样过程计算机控制系统的采样过程计算机控制系统的采样过程y(t)t采样器采样器y(t)y*(t)y*(t)2T4Tt原始过程信号原始过程信号信号通过采样器信号通过采样器采样后的信号采样后的信号过程信号采样过程示意图过程信号采样过程示意图信号特点（信号特点（2） 信号的保持信号的保持目目目目的的的的：是是是是将将将将离离离离散散散散采采采采样样样样信信信信号号号号恢恢恢恢复复复复为为为为被被被被控控控控对对对对象象象象能能能能够感知的连续模拟信号够感知的连续模拟信号够感知的连续模拟信号够感知的连续模拟信号方方方方法法法法：采采采采用用用用保保保保持持持持器器器器，由由由由现现现现在在在在或或或或过过过过去去去去时时时时刻刻刻刻的的的的采采采采样样样样值值值值, , 用用用用某某某某种种种种函函函函数数数数去去去去逼逼逼逼近近近近2 2个个个个采采采采样样样样时时时时刻刻刻刻间间间间的的的的原信号原信号原信号原信号常用的保持器：零阶、一阶及高阶常用的保持器：零阶、一阶及高阶常用的保持器：零阶、一阶及高阶常用的保持器：零阶、一阶及高阶 信号特点（信号特点（3） 零阶保持器恢复信号的示意图零阶保持器恢复信号的示意图 6T 4T 2Tt y采样信号采样信号y(kT)原信号原信号y(t)恢复信号恢复信号yh(t)零阶保持器算式零阶保持器算式yh(kT+t)=y(kT) 0tT, k=0, 1, 2,由于它只是简单地由于它只是简单地外推，故只有当外推，故只有当T T足够小时，零阶保足够小时，零阶保持器才能较好地恢持器才能较好地恢复原信号。

复原信号二、数字调节器的硬件构成二、数字调节器的硬件构成1、监控管理程序、监控管理程序2、应用程序、应用程序监控程序监控程序 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 应用程序应用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连接起来，其作用是使控们按一定的规则连接起来，其作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，也即组态工作连接，也即组态工作连接连接”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 软件部分软件部分计算机控制系统计算机控制系统 硬件部分硬件部分控制计算机控制计算机主机、外设、系统总线主机、外设、系统总线生产过程输入输出通道生产过程输入输出通道人人机联系设备、通信设备机联系设备、通信设备 现场仪表（变送器、执行器等）现场仪表（变送器、执行器等） 操作系统操作系统 汇编或高级语言、过程控制语言汇编或高级语言、过程控制语言 通信网络软件、诊断程序等通信网络软件、诊断程序等 系统软件系统软件 应用软件应用软件 过程输入过程输入/输出程序、过程控制程序输出程序、过程控制程序 人机接口程序、打印显示程序人机接口程序、打印显示程序 各种公共子程序各种公共子程序 历史数据库、实时数据库历史数据库、实时数据库计算机控制系统的组成示意图计算机控制系统的组成示意图计算机控制系统的组成示意图计算机控制系统的组成示意图过程输入通道包过程输入通道包括模拟量输入通括模拟量输入通道和开关量输入道和开关量输入通道。

模拟量输通道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 第二节模拟量输入第二节模拟量输入/ /输出通道输出通道 一、模拟量输入通道一、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 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（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包括模拟量输包括模拟量输出通道和开关出通道和开关量输出通道，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 二、模拟量输出通道二、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位等品种可供选位等品种可供选用 VI转换器将转换器将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，以便控制继（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，也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可控制步进电机的运转开关量输出通道也常用采用光电耦合器件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，以免受到现作为输出电路进行隔离传输，以免受到现场干扰的影响。

场干扰的影响 I IOO通道的抗干扰措施通道的抗干扰措施1 1、从形式上分：、从形式上分： 串模干扰串模干扰 共模干扰共模干扰2 2、串模干扰及其抑制方法、串模干扰及其抑制方法 串模干扰是叠加在被测信串模干扰是叠加在被测信号上的。