第六章数字式控制器

EXIT第1页第6章数字式控制器6.1概述6.2SLPC可编程调节器EXIT第2页第6章数字式控制器知识目标：掌握数字式控制器的特点了解SLPC调节器的内部结构理解SLPC调节器的指令系统和控制功能指令掌握SLPC调节器的程序编制及操作方法技能目标：能正确操作SLPC调节器能运用SLPC调节器实现常规控制系统方案EXIT第3页问题的引入：过程控制仪表的分类:按结构形式分:1.基地式过程控制仪表2.单元组合式过程控制仪表3.组件组装式过程控制仪表按信号的形式分:1.模拟式过程控制仪表2.数字式过程控制仪表模拟式控制仪表的缺点:功能单一信息分散监视操作不便EXIT第4页6.1概述一、分类EXIT第5页二、数字控制器的特点实质：是一台工业控制计算机1、性能/价格比高；2、使用方便；3、灵活性强；4、可靠性高EXIT第6页三、数字式控制器的基本构成原理1、微处理器CPU2、存贮器ROM、RAM、EPROM3、过程通道输入通道输出通道模拟通道数字通道4、通讯接口5、编程器6、其它：显示报警、手操、电源EXIT第7页EXIT第8页1、系统软件包括有：过程管理软件、输入/输出处理软件、自诊断、通讯、软件自整定、人—机接口管理软件（固化在ROM中）。四、数字控制器的软件技术2、应用软件运算模块——可供用户调用的具有某种运算功能的标准子程序（固化在ROM中）。用户程序——由用户自己编写（制）用于解决实际控制功能的程序（在EPROM中）。EXIT第9页（1）过程控制软件包——标准子程序库（PID模块、四则运算、逻辑运算模块）（2）运算模块——可供用户调用的具有某种运算功能的标准子程序（3）用户程序——由用户自己编写（制）用于解决实际控制功能的程序（4）组态——将软件包中的模块作适当的选用、连接的工作叫组套——软连接。（5）编程方式在线编程（联机编程）离线编程（脱机编程）3、几个概念：EXIT第10页一、SLPC可编程序调节器的性能指标二、SLPC可编程序调节器的硬件结构三、SLPC可编程序调节器的指令系统四、SLPC可编程调节器的控制功能指令五、SLPC可编程调节器的程序输入方法6.2SLPC*E可编程调节器EXIT第11页模拟量输入信号1～5VDC5点。模拟量输出信号1～5VDC2点负载电阻≥2KΩ。模拟量输出信号4～20mADC1点状态量输入信号接点或电压电平共6点状态量输出信号晶体管接点（共用型）。状态输入信号规格：接点信号200Ω以下为ON，100kΩ以上为OFF；电平信号-1～+1VDC为ON，4.5V～30VDC为OFF。比例度δ6.3%～999.9%积分时间TI1～9999s微分时间TD0～9999s控制功能基本控制功能、串级控制功能、选择控制功能控制要素标准PID控制要素、采样PI控制要素、批量PID控制要素程序功能主程序99步，子程序99步，控制运算周期0.1s或0.2s供电电源交直流两用，无交直流电源换开关100V规格20～130VDC，无极性；80～138VAC220V规格120～340VDC，无极性；138～264VAC一、主要技术指标EXIT第12页2.侧面板（一）外型结构二、SLPC可编程序调节器的硬件结构1.正面板3.背后接线端子EXIT第13页1.正面板EXIT第14页2.侧面板EXIT第15页3.背后接线端子EXIT第16页（二）内部电路1.微处理机电路2.状态输入/输出电路（过程数字输入/输出通道）3.模拟输入/输出电路和D/A转换器4.故障处理与报警输出电路5.数据设定器（显示器和键盘）与通讯接口电路6.电源电路7.手操电路EXIT第17页内部电路简图EXIT第18页状态输出电路及外部负载接法EXIT第19页（二）SLPC*E寄存器的构成（RAM的区域划分）（有17种不同用途的寄存器）三、SLPC可编程序调节器的指令系统（一）SLPC*E内部数据（形式）1、连续数据2、状态数据（三）功能模块EXIT第20页SLPC调节器内部的运算是数字式运算，参加运算的数据及运算结果都分为连续数据、状态数据两类。1.连续数据采用二进制16位数据，其中，一位符号，三位整数。因为实际位数有限，所谓连续数据是以1×2-12即约0．00024(十进制)为最小变化单位的。内部运算精度也因此受到限制。数据范围为-7．999～+7．999(十进制)。内部运算中参加运算的数据以及任何一步运算结果，都必须在此范围内，否则便以极限值代替运算结果并发出报警。2.状态数据：只有0和1两个数。（一）SLPC*E内部数据（形式）EXIT第21页（二）SLPC*E寄存器的构成（RAM的区域划分）SLPC内部有许多与应用软件密切相关的用户寄存器，用于寄存各种连续数据、状态数据。1.基本寄存器主要有8种寄存器①模拟量输入寄存器Xnn=1～5，共5个寄存器，与5个模拟输入信号相对应。5个模拟输入信号经A/D转换成内部连续数据后存入X1～X5。②模拟量输出寄存器Ynn=1～6，共6个寄存器。Y1～Y3对应SLPC的3个模拟输出信号。Y1对应电流输出信号，Y2、Y3对应两个电压输出信号。Y4～Y6作为与上位系统通信的辅助模拟输出寄存器。如果SLPC与上位系统有通信连接，Y4～Y6内的数据可由SLPC的通信端子传输给上位系统。③状态量输入寄存器DInn=01～06，共6个寄存器，与SLPC的6个状态输入信号相对应。由状态输入信号决定寄存器内状态数据，ON则为1，OFF则为0。EXIT第22页（二）SLPC*E寄存器的构成（RAM的区域划分）④状态量输出寄存器DOnn=01～16，共16个寄存器。DO01～DO06对应SLPC的6个接点输出信号。寄存器中的状态数据若是1则相应的输出端子为通，0则断。虽然DIn和DOn各有6个，但编程序时使用的DIn、DOn的总数不得超过6个，且DIn、DOn对应的状态输入输出端子不得重复。SLPC的状态输入输出端子共有6对，每一对端子都可设定用作输入或输出，但同一对端子不可既用作输入又用作输出。如果编程时没有进行DIO01～DIO06设定，那么DIO01～DIO03自动取初始值0，DIO04～DIO06取初始值1。DIO07～DIO16用于内部状态数据寄存。它们没有对应的输入输出端子。⑤可变参数寄存器PnP01～P1616个寄存器用以存放过程控制中需要设定的可变参数，可通过侧面盘设定，Pn的内容可在用户程续中进行读写，其中P01、P02的数值还可由上位系统设定。EXIT第23页⑥常数寄存器Knn=01～16，共16个寄存器，用于运算中固定常数设定。其数值在编程时通过编程器设定，调节器运行中不能修改，只能读出。⑦暂存寄存器Tn=01～16，共16个寄存器，用于暂存中间运算结果，便于编程。⑧运算寄存器Snn=1～5，5个寄存器为堆栈结构，S1在最上层，S5在最下层。数据只能从最上层的S1进、出。当把数据装入Sl时，各层中原来的数据依次压入下一层。（二）SLPC*E寄存器的构成（RAM的区域划分）EXIT第24页2.功能扩展寄存器为了扩展控制功能，还设置了A类、B类，FL类功能扩展寄存器，每一类包括多个寄存器，如果不需要进行扩展，可对全部寄存器置于初始值。①A类寄存器A01～A16共16个寄存器。这类寄存器主要用于扩展PID控制的功能，借助它们实现串级外给定、可变增益、输入输出补偿等控制功能。②B类寄存器包括B0～B39(编号不连续)。这类寄存器使PID控制的各种参数，如比例度，积分时间、微分时间、报警设定值等等，可由用户程序设定、变更，从而实现这些参数的自动修改。③FL类寄存器包括FL01～FL32(编号不连续)。其中，FL01～FL80用于存放各种报警的标志；FL09～FLl3用于由用户程序设定调节器的工作方式，从而实现运行方式自动切换；FL19～FL20用于存放自诊断结果的标志。（二）SLPC*E寄存器的构成（RAM的区域划分）EXIT第25页（三）功能模块（指令及功能）1.用户程序结构和运算寄存器的动作2.功能模块介绍（1）数据传输功能模块（2）基本运算功能模块（3）逻辑运算功能模块（4）带编号（函数）运算功能模块（5）控制运算功能模块EXIT第26页1.用户程序结构和运算寄存器的动作(1)用户程序结构(2)运算寄存器(Sn)的动作•Sn：运算寄存器•有5层结构：堆栈结构•数据的进出：从只能从最上层S1输入处理运算处理输出处理结束X1~3DI1~6Y1~3DOI1~6S1S2S3S4S5S1S2S3S4S5数据丢失进出进进数据丢失用户程序结构（三）功能模块（指令及功能）EXIT第27页S1S2S3S4S5ABCDE1.用户程序结构和运算寄存器的动作(1)用户程序结构(2)运算寄存器(Sn)的动作1、LDX12、LDX23、-4、STY15、END例：用户程序输入处理运算处理输出处理结束用户程序结构（三）功能模块（指令及功能）EXIT第28页S1S2S3S4S5ABCDEX1ABCD1、LDX12、LDX23、-4、STY15、END例：用户程序输入处理运算处理输出处理结束用户程序结构X1寄存器E丢失（三）功能模块（指令及功能）1.用户程序结构和运算寄存器的动作(1)用户程序结构(2)运算寄存器(Sn)的动作EXIT第29页S1S2S3S4S5ABCDEX1ABCDX2X1ABC1、LDX12、LDX23、-4、STY15、END例：用户程序输入处理运算处理输出处理结束用户程序结构X1寄存器D丢失X2寄存器1.用户程序结构和运算寄存器的动作(1)用户程序结构(2)运算寄存器(Sn)的动作（三）功能模块（指令及功能）EXIT第30页S1S2S3S4S5ABCDEX1ABCDX2X1ABCX1–X2ABCC1、LDX12、LDX23、-4、STY15、END输入处理运算处理输出处理结束用户程序结构X2寄存器X1寄存器运算处理E丢失D丢失不变例：用户程序（三）功能模块（指令及功能）1.用户程序结构和运算寄存器的动作(1)用户程序结构(2)运算寄存器(Sn)的动作EXIT第31页S1S2S3S4S5ABCDEX1ABCDX2X1ABCX1-X2ABCCX1-X2ABCC1、LDX12、LDX23、-4、STY15、END输入处理运算处理输出处理结束用户程序结构Y1寄存器X2寄存器X1寄存器运算处理E丢失D丢失不变不变不变例：用户程序（三）功能模块（指令及功能）1.用户程序结构和运算寄存器的动作(1)用户程序结构(2)运算寄存器(Sn)的动作EXIT第32页S1S2S3S4S5ABCDEX1ABCDX2X1ABCX1-X2ABCCX1-X2ABCCX1-X2ABCC1、LDX12、LDX23、-4、STY15、END输入处理运算处理输出处理结束用户程序结构结束Y1寄存器X2寄存器X1寄存器运算处理E丢失D丢失不变不变不变例：用户程序（三）功能模块（指令及功能）1.用户程序结构和运算寄存器的动作(1)用户程序结构(2)运算寄存器(Sn)的动作EXIT第33页2、功能模块介绍SLPC*E可编程调节器有几十种功能模块(标准子程序)每一种标准子程序对应组态语言中的一个指令（1）数据传输功能模块(指令)（2）基本运算功能模块(指令)（3）逻辑运算(条件判断)功能模块(指令)（4）带编号函数运算功能模块(指令)（5）控制运算功能模块(指令)EXIT第34页基本运算功能模块加运算+减运算—乘运算×除运算÷开方运算开方逻辑运算功能模块与AND或OR非NOT异或EOR程序结束END数据传输功能模块数据输入LDXn数据输出STYnS寄存器交换CHCS寄存器旋转ROT（1）数据传输功能模块(指令)（2）基本运算功能模块(指令)（3）逻辑运算(条件判断)功能模块(指令)2.功能模块介绍（指令及功能）EXIT第35页类型名称指令符带编号函数运算功能模块（函数运算指令）10段折线函数运算FXn(n=1~2)任意折线变换函数运算FXn(n=3~4)一阶滞后函数运算LAGn(n=1~8)微分函数运算LEDn(n=1~2)纯滞后函数运算DEDn(n=1~3