您好,欢迎访问三七文档
当前位置:首页 > 办公文档 > 其它办公文档 > 自动化仪表及装置-第四章-可编程调节器
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实现了仪表和计算机一体化。具有丰富的运算、控制功能。通用性强,使用方便。具有通信功能,便于系统扩展。可靠性高,维护方便。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61.主机电路由微处理器(CPU)、存储器(ROM、EPROM、RAM)、定时/计数器(CTC)以及输入输出接口(I/O)等组成,完成数据传递、信息与程序存储、定时计数、并行输入输出和异步或同步串行通信的功能。现在某些数字仪表常采用单片微机或专用集成电路作为主机电路。单片微机包括了CPU、ROM、RAM、CTC和I/O接口等,与多芯片组成的主机电路相比,具有体积小、连线少、可靠性高、价格便宜的优点。7(1)模拟量输入输出通道模拟量输入通道包括多路模拟开关、采样/保持器(S/H)和A/D转换器等,完成模数转换功能。有多种类型的A/D,性能各异,位数有二进制8、10、12、16、20、24位及二-十进制31/2、41/2位。模拟量输出通道包括D/A转换器、多路模拟开关、输出保持电路和V/I转换器等,完成数模转换和电压/电流转换功能。常采用电流型D/A芯片,有8、10、12、16位等几种,D/A输出端尚需加接运算放大器。2.过程输入输出通道8(2)开关量输入输出通道触点开关、无触点开关或逻辑器件的开关量信号,通过输入缓冲电路或直接由输入接口送至主机电路,经处理后通过输出锁存器输出至开关器件。3.人机联系部件包括测量值、给定值显示器,输出电流显示器,运行状态(串级/自动/手动)切换按钮,给定值增减按钮,另有一些状态显示灯和设置、指示各种变量的键盘、显示器。显示器常使用动圈指示表、LED、LCD等器件。94.通信部件包括通信接口和发送、接收电路等。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,由发送电路送至通信线路上;同时通过接收电路接收来自通信线路的数字信号,将其转换成能被主机接受的数据。通信接口有并行和串行两种。可编程调节器大多采用串行传送方式,一次传送一位,连续传送,其特点是所用电缆少,成本低,适于远距离传输。10(二)软件系统系统初始化键盘显示管理中断管理自诊断处理运行状态控制监控程序键处理定时处理运算控制通信处理掉电处理中断处理程序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:112.用户程序编制程序采用表格式组态语言(KMM调节器)和助记符式组态语言(SLPC调节器)。本章以前者为例予以介绍。作用:连接系统程序中各功能模块,以完成预定的控制任务。使用者编制程序实际上是完成功能模块的连接,即组态。122.用户程序编程有“在线”和“离线”两种方法:在线:编程器和调节器共用一个CPU,用户程序写入EPROM后,然后将其插入调节器相应的插座上。离线:编程器独立于调节器,用户程序写入EPROM,然后将写好程序的EPROM移至调节器的插座上。13时的输出初值控制器的输入偏差为测量值和给定值之差控制器的输入偏差控制器的输出0')()()('])()(1)([)(0ytetyydttdeTdeTteKtyDtIp3.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PDI()1()(1)()YsWsKTsEsTs理想PID传递函数14积分项可表示为t0n∫e(τ)dτ=TSe(i)i=0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:y(n)=Kp{e(n)+TSe(i)+}+y’TIni=0TDTS[e(n)-e(n-1)]式中y(n)为第n次采样输出值,y’为输出初值。de(t)e(n)-e(n-1)dtTS=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15y(n)=Kp{e(n)+TSe(i)+}+y’TIni=0TDTS[e(n)-e(n-1)]y(n-1)=Kp{e(n-1)+TSe(i)+}+y’TIn-1i=0TDTS[e(n-1)-e(n-2)]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:Ki=KpTSTI,调节器的积分系数Kd=Kp,调节器的微分系数TDTS同样可以得到第n-1次采样的PID算式)2()(2111nnnnsDnIspnnpnneeeTTKpeTTKeeKyyy表示执行机构(阀门)开度应改变的增量16y(n)=Kp{e(n)+TSe(i)+}+y’TIni=0TDTS[e(n)-e(n-1)])2()(211nnnnsDnIspnnpeeeTTKpeTTKeeKy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)/TS17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。y(n)=Kp{e(n)+TSe(i)+}+y’TIni=0TDTS[e(n)-e(n-1)](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)算式不完全微分型算式的传递函数如下:)111()()()(sKTsTsTKpSESYsWDDDI)()11()(SEsTKpsYIPI)(1)(SEsKTsTKpsYDDDD))()(()(0niIspPIieTTneKny差分算式微分方程dttdeKpTtydttdyKTDDDDD)()()(差分方程SDDSDDDDTneneKpTnyTnynyKT)1()()()1()(20SDDSDDDDTneneKpTnyTnynyKT)1()()()1()(化简上式)1()]1()([)()()]1()([)()]1()([nyKTneneKpTnyTKTneneKpTnyTnynyKTDDDDDSDDDDSDDDD)1()]1()([)(nyTKTKTneneTKTTKpnyDSDDDDSDDDD所以,)1()]1()([*)(nyneneTTKpnyDDD即,21)1()]}1()([*))()({()(0nyneneTTieTTneKnyDDniIsp))()(()(0niIspPIieTTneKny(4-9))1()]1()([*)(nyneneTTKpnyDDD(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。22②微分先行PID控制如同微分先行的模拟控制器一样,它只对测量值进行微分,这样在给定值变化时,不会产生输出的大幅度变化。这种算式适用于给定值经常变化的情况。测量值PDPI输出I0,U0给定值23③积分分离PID在偏差大于一定值时,取消积分作用,而当偏差小于该值时,才将积分投入,这样既可减小超调,又可达到积分校正的效果(消除偏差)。积分分离PID算式为AnAnKneneKieKKneKnyLDniILp)(e,0)(e,1)]1()([)()()(0当当式中,分离系数预定阈值)]2()1(2)([)()]1()([)(neneneKneKKneneKnyDILp24还可采用其它方法改进PID算式,例如,自动改变比例增益的PID控制、模糊PID控制等。④带有死区的PID控制带有死区的PID算式为:BnBnnyny)(e,0)(e),()(当当这种控制方式适用于控制精度要求不太高,但要求控制作用尽可能少变化的场合。25KMM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:26KMM可编程调节器27KMM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。28AL: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、减给定值调整按键按▲给定值↑,按▼给定值↓,同时按▲▼给定值不变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主机电路:CPU(中央处理单元):KMM调节器的核心。采用8位微处理器8085A,完成接收指令、数据传送、运算处理和控制功能。系统ROM(只读存储器):容量为10K,存放系统程序。系统程序由制造厂家编制,用来管理用户程序、功能子程序、人机接口及通讯等,一般用户是无法改变的。用户ROM:容量2K,采用EPROM芯片,存放用户编制的程序。RAM(随机存储器):容量1K,用来存放调节器输入数据、显示数据、运算的中间值和结果等。33主机电路:WDT(监视定时器):用来监视调节器的运行状态,一旦CPU出现异常情况,则立即用软件使其暂停,并发出报警信号,使调节器进入手动操作。CTC(定时/计数器):定时器采用8253,有定时/计数功能。定时功能用来确定调节器的采样周期,产生串行通讯接口所需的时钟脉冲;计数功能主要对外部事件进行计数。后备电源:电源电压异常时,切入后备电源,以保护RAM内数据。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1~5VDC和4~20mADC模拟信号,同时还输出PV、
本文标题:自动化仪表及装置-第四章-可编程调节器
链接地址:https://www.777doc.com/doc-3135688 .html