装置-第四章-可编程调节器.ppt

1,控制仪表及装置,第四章 可编程调节器,2,第一节 概述 可编程调节器的特点 基本构成,可编程 调节器,第二节 KMM可编程调节器 组成 功能 编程方法和仪表投入 应用举例,3,可编程调节器-----是数字式控制仪表中较为新型的一种可编程调节器是以微处理机为运算和控制核心，可由用户编制程序，组成各种调节规律的数字式控制仪表 目前，我国从国外引进或组装、并广泛使用的产品有DK系列的KMM调节器、YS-80系列的SLPC调节器、FC系列的PMK调节器、VI系列的VI87MA-E调节器等第一节 概述,4,第一节 概述,一、可编程调节器的特点,调节器还具有自诊断功能，随时监视各部件工况，出现故障，指示操作人员及时排除5,二、基本构成,（一）硬件系统,多 路 开 关,采 样 保 持,,输 入 缓 冲,,,,,模 拟 量 输 入,,,开 关 量 输 入,A/D,输 入 接 口,微处理器,输 出 接 口,存储器,键盘显示接口,D/A,多 路 开 关,输 出 保 持,V/I,,,,,,,,,输 出 缓 冲,,,,,,,,,,,,,,键盘,显示器,,,通信接口,,,发送 接收,,模 拟 量 输 出,开 关 量 输 出,通 信,,,,,,6,1.主机电路,7,（1）模拟量输入输出通道,2.过程输入输出通道,8,（2）开关量输入输出通道,3.人机联系部件,9,4.通信部件,10,（二）软件系统,1.系统程序 调节器的主体部分，通常由监控程序和中断处理程序组成：,11,2.用户程序,12,2.用户程序,13,3.PID控制算式,可编程调节器的 PID 算式是对模拟控制器的算式进行离散化得到的。

模拟控制器的完全微分型(理想)PID算式为：,（1） PID算式的基本形式—完全微分型PID算式,理想PID传递函数,,14,积分项可表示为,微分项可表示为,式中TS 为采样周期，n 为采样序号 经替换得到完全微分型的位置型算式：,式中y(n)为第n次采样输出值， y’为输出初值离散化,矩形法计算积分,向后差分代替微分,对应于控制阀的开度，即与阀位一一对应,15,将第n次采样的算式减去第(n-1)次采样的算式，得到完全微分型的增量型算式：,式中：,同样可以得到第n-1次采样的PID算式,表示执行机构（阀门）开度应改变的增量,16,注意：控制算法不同，输出控制量不同，两种系统中所用输出通道的结构也就不同另有速度型算式：v (n) = y(n) / TS,17,,增量型算式的优点 （1）计算机只输出控制增量，即执行机构位置的变化部分，误动作时影响小 （2）增量型算式使用广泛易于实现手/自动之间的无平衡无扰动切换18,改进原因：完全微分型算式中的理想（完全）微分作用存在以下两个问题1）理想微分作用只在偏差变化瞬时有输出信号，微分作用很弱，控制效果不好，而非理想微分作用时间较长，可加强对过程的控制。

（2）当瞬时偏差变化较大时，在一个采样周期内理想微分输出数值可能很大，引起计算机溢出 （3）理想微分抗干扰能力很差2）PID算式的改进,19,（2）PID算式的改进,①不完全微分型（非理想）算式,差分算式,,微分方程,,差分方程,,20,,化简上式,21,,（4-9）,（4-10）,合并上述两式，得不完全微分型PID算式,不完全微分型算式较复杂，但其控制品质优于完全微分型22,②微分先行PID控制,23,③积分分离PID,积分分离PID算式为,分离系数,预定阈值,24,④带有死区的PID控制,带有死区的PID算式为：,25,KMM可编程调节器是Dk系列仪表中具有代表性的产物 硬件电路简单可靠，面板显示、操作方式都与模拟仪表保持了连续性，具有丰富的运算功能和控制功能模块 该调节器与一台工业过程控制计算机一样，具有中央处理CPU，内存储器（ROM、EPROM、RAM）及A／D和D／A转换芯片等主要部分第二节 KMM可编程调节器,概述：,26,,KMM可编程调节器,27,KMM调节器面板,面板上具有测量值（SP）和给定值（PV）指示、输出指示、异常指示、各种操作按钮和指示灯28,AL:下限报警指示灯,AH:上限报警指示灯,PV测量值指针,SP给定值指针,记忆指针,输出手动按钮增、减,,运行方式切换按钮 按钮上带指示灯，A表示自动，M手动，C串级,输出指示表 及输出指示指针,仪表异常指示灯,通信指示灯,联锁指示灯和复位按钮,29,仪表内部装有数据设定器、电路板、备用手操器和电源单元。

数据设定器：设定和修改控制、运算所必需的变量，并将给定值、测量值、输出值和运算结果以数字方式显示 电路板：包括主机，模拟量输入、输出电路，数字量输入、输出电路以及各种接口电路 备用手操器：仪表的主要芯片异常情况下使用，此时，可以通过手操器上的升降按钮来改变仪表的输出电流 电源单元：把24V直流电源电压转换成机器内部所需的+5V和±15V的直流工作电压30,主要性能指标： 模拟量输入5点，输出4点； 数字量输入5点，输出4点； 采样周期100~500ms； 运算模块45种； 可编程模块30个31,一、组成,(一)硬件部分,32,33,34,模拟量输入电路：由缓冲器、A／D转换电路（逐次比较型A/D ）等构成 有5个模拟输入信号(1～5VDC)，它们经过缓冲器，在CPU的控制下由多路开关输入A／D转换成数字量信号 模拟量输出电路：由D／A转换器、多路开关和保持器等组成 数字信号经D／A转换输出1～5V DC和4～20mADC模拟信号，同时还输出PV、SP模拟电压值至面板供测量和给定值显示之用35,数字量输入电路：由晶体管阵列和门控电路组成面板按钮和外部数字量信号经晶体管阵列和门控电路送入输入接口。

数字量输出电路：包括锁存器和晶体管阵列来自输出接口的数字信号通过锁存器和晶体管阵列送至外部开关电路此外，还送出PV、SP模拟值至面板，供显示测量、给定值之用36,37,（二）软件部分,KMM调节器软件包括系统程序和用户程序（应用程序）38,（二）软件部分,39,用户程序的控制数据种类：（7类） 基本数据F001（用来指定调节器的类型、运算周期、是否与上位机连接等） 输入处理数据F002（指明输入处理的种类等） PID运算数据F003（确定PID运算的类型、控制参数等） 折线数据F004（决定折线表形式） 可变参数F005（确定运算处理中使用系数、常数等） 运算模块数据F101～F130（指定运算种类、运算单元的连接方式等） 输出处理数据F006（指定输出信号）,40,控制数据由四部分组成，结构如下：,41,KMM可编程调节器具有： 输入处理功能 运算处理功能 输出处理功能 自动平衡功能 自诊断功能 通信功能,二、功能,42,（一）输入处理功能,43,（一）输入处理功能,图中的开关若打在“0”，表示不进行该项处理44,补偿后的流量信号 =,,设计温度 + 常数,实际温度 + 常数, 流量信号,编程时，将有关数值填入输入处理数据表中。

实质上是把反应流量大小的压差信号Δp折算成设计温度下的压差信号Δpd，即：,45,压力补偿：用于气体或蒸气流量信号的压力补偿：,,补偿后的流量信号 =,,实际压力 + 常数,设计压力 + 常数, 流量信号,编程时，将有关数值填入输入处理数据表中实质上是把反应流量大小的压差信号Δp折算成设计压力下的压差信号Δpd，即：,46,开平方：用于对节流装置的流量信号进行开平方处理它具有小信号切除功能，编程时将切除值填入数据表中，切除范围可在输入量程的0.0 ~ 100.0%任意选定数字滤波：用来消除输入信号中的随机干扰, 为一阶滞后环节：,,式中T 为滤波时间常数，范围：0.0 ~ 999.9编程时将T 值填入数据表中47,（二）输出处理功能,48,（三）运算处理功能,软端子,一个运算单元可以放置任何一种运算式每个运算单元原则上有4个输入端子（H1、H2、P1、P2）和一个输出端子Uo，运算式不同，使用的端子数亦不同参考表4-1）,49,运算模块的输入和输出信号分为百分型（%）、开关型（ON/OFF）和时间型 在运算模块端子上分别用“○”、“ ”、“●”表示； 在内部信号表中分别用“P”、“F”、“T”表示。

内部信号是指运算单元软端子(虚拟代号如H1、H2、Pl、P2等)之间的联系信号50,1.PID 运算模块,当 P2 = ON时，U(n) = P1 + U(n),此时微分不起作用， P1为P1端输入电压信号， U(n)为第n次采样偏差的PI运算增量值当 P2 = OFF时，U(n) = U(n-1) + U(n),U(n-1)为前一次采样输出值； U(n)为第n次采样偏差的常规PID运算增量值51,2.手动操作模块MAN,手动方式(A)时， U = 先前值 + MV 自动方式(A)时， U = H1,跟踪方式(F)时，U = H2,52,3.运行方式切换模块MOD,当H1 = ON时，调节器处于跟踪方式(F)； 当H1 = OFF时，调节器恢复跟踪前的方式； 当H2 = ON时，调节器为手动方式(M)； 当P1 = ON时，调节器为自动方式(A)； 当P2 = ON时，调节器为串级方式(C)；,53,3.运行方式切换模块MOD,注意： （1）当H1 = OFF时，调节器恢复跟踪前的方式； （2）当H2 、P1 、P2 端同时为 ON，调节器控制方式优先顺序为手动方式(M)、 自动方式(A)、串级方式(C)。

54,4.控制变量更换模块PMD,三个输入端：H1、P1和EXT.NO输出无意义当 P1 = ON时，可改变PID变量； 当P1 = OFF时，不能改变PID变量百分数型变量由H1直接确定；,时间型变量TI 、TD 等于0.2048  H1 (min)更改什么变量由EXT.NO指定，见教材表4 - 355,5.超前/滞后模块L/L,U(S) =,1+ P1S,,1+ P2S, H1 (S),P1 — 超前时间； P2 — 滞后时间该模块对P1、 P2有限制： 当P2小于采样周期TS时，自动限制P2 = TS ； 当P1大于16 P2时，自动限制P1 = 16 P2 56,6.高、低值监视模块HMS和LMS,HMS的模块符号和算式如下：,,当 H1 ≥ H2时， U = ON ； 当 H1 (H2 – P2)时，U = OFF 式中 P2 为滞后宽度LMS的模块符号和算式如下：,,当 H1 H2时， U = ON ； 当 H1 ≥ (H2 + P2)时，U = OFF 式中 P2 为滞后宽度57,10.折线模块TBL1~3、TBR1~3,又称折线表，模块符号和算式如下：,,x 、y均须大于0，且xn xn-1 。

当 H1 ≤ x1时， U = y1 ； 当 H1 ≥ x10时，U = y10 TBR是TBL的逆折线表，从y求x， 要求 xn xn-1 ， yn yn-1 当 H1 ≤ y1时， U = x1 ； 当 H1 ≥ y10时，U = x10 58,控制类型分为0、1、2和3型四种(见图4-20~23)编程时，将所选类型填入基本数据表中四)控制类型及无扰动切换,0型调节器只用一个PID运算模块, 且按内给定值(LSP)进行控制，无外给定输入端(RSP) 1型调节器只用一个PID运算模块，但具有内外给定切换开关，可按内或外给定值进行控制2型调节器使用两个PID运算模块，PID1用内给定LSP1, PID2用RSP2, PID1的输出作为RSP2值3型调节器也使用两个PID运算模块, 与2型不同，PID2具有内外给定切换开关, 开关置“A”时,PID2按内给定控制，置“C”时两PID组成串级控制59,运行方式分为正常运行方。