第9章控制器j.ppt

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,测量仪表与自动化,-,第九章,一、控制器的作用,比较测量值与给定值，并根据偏差进行控制运算，输出调节信号给执行机构，以实现对被调参数的控制。,第九章 控制器,二、控制器的分类,1,、按结构形式分,基地式,单元组合式,2,、按仪表能源分：,电动,(DDZ-II,、,III),；,气动,(QDZ-II,、,III),自力式,3,、按信号方式分,模拟式,数字式,DDZ-,型仪表的特点,.,采用线性集成电路，仪表性能提高。,.,采用国际标准信号：,420mA/15V,.24V DC,集中供电，可构成两线制连接。,.,控制器能和计算机联用。,.,仪表可构成安全火花防爆系统。具有本质安全防爆的性能。,24V.DC,电源,变送器,250,1-5V.DC,4-20mA.DC,安全栅,调节,仪表,生产现场,控制室,第一节,模拟式控制器,DDZ-III,一、控制器的操作与应用,外给定,420mA,硬手动,电路,PD,电路,PI,电路,输出电路,输入电路,软手动,电路,给定指示,电路,测量指示,电路,内给定,电路,250,测量,-,给定信号,比较,V,i,V,s,输入电路,偏差,运算,V,o1,2,、原理,1,、组成,二、组成原理,V,o1,PD,电路,产生比例微分输出,V,o2,PI,电路,产生比例积分输出,V,o3,V,o3,输出电路,功放,产生,420mA,控制信号,电流,I,0,执行机构,测量信号、给定信号、输出信号分别由指示电路驱动，电流表指示。,手动操作,操作信号,PI,电路,手动输出,V,o3,输出电路,手操,I,0,输出,输出电路,I,0,内给定,电路,250,测量信号,V,i,15V,给定信号,V,g,15V,输入电路,e,V,01,PD,电路,PI,电路,V,02,V,03,硬手动,电路,PI,电路,输出电路,软手动,电路,给定指示,电路,测量指示,电路,1,、输入电路,理想集成运算放大器：,开环放大倍数极大,K,0,=,开环输入信号极小,0,，,V,F,V,T,，,I,F,I,T,0,I,1,R,I,5,R,I,4,R,I,2,R,I,6,R,R,R,V,01,24V,420mA,V,i,V,S,V,F,V,T,V,B,=,10,V,变送器,给定器,420mA,I,5,R,250,250,K,0,V,cd,2,、比例微分电路,C,d,充电结束,V,T,V,o1,输出,V,o2,V,T,V,o1,维持比例输出。,V,01,阶跃变化,t,0,时,C,D,上电压不能突变,V,CD,0,，,V,T,V,o1,突变,之后,C,D,充电,V,CD,V,T,V,o1,-V,CD,V,o2,=,V,T,呈微分规律形式输出。,调节,R,D,可以改变电容,C,D,充电速度，即改变了微分时间,T,D,。,调节,R,P,改变了,，,即改变了比例度。,3,、比例积分电路,输入,V,o2,阶跃变化,t=0,时,C,I,、,C,M,视为短路,V,o3,=-V,o2,有一突变,之后,随,C,M,、,C,I,充电,V,o3,值随,V,CM,增加而逐渐增大,实现积分作用。,按下,K,41.42,，,反向电压,-V,R,使,C,M,放电，,V,o3,逐渐升高；,按下,K,43.44,，,正向电压,+V,R,使,CM,充电，,V,o3,逐渐下降；,4,、手动操作电路,手动操作电路与,PI,电路结合，具有,“,软、硬,”,两种方式。,当,K,1,、,K,2,置于,“,软手动,”,位置,时：,K,2,使,C,I,右端接入,V,B,VT,=V,F,当“软手,自动”动切换时，,IC,3,反相输入端电位不变，可实现无扰动切换。,当,K,1,、,K,2,置于,“,硬手动,”,位置时：,K,1,使输入,V,f,接在手操电位器,W,h,上。,R,F,并联于,C,M,（,C,m,隔直忽略），,R,F,、,R,H,组成一比例环节。,R,F,=R,H,，,V,03,=V,H,调节,W,H,滑点、改变,V,H,时，输出,V,o3,立即发生变化。,第四节 数字式调节器,一、特点：,1).,功能丰富：,除可实现模拟仪表,PID,调节等功能外可实现复杂运算、逻辑判断、故障自诊断、自适应调节参数及自整定等高级功能。,2).,通用性,强：,控制规律可编程，外部接线与模拟调节器兼容，外形结构，操作方法照顾模拟仪表习惯。,3).,可靠性,高：,采用集成电路及微处理芯片具有高可靠设计。经过严格检查、老化处理。自身的诊断功能有利于处理故障。,4).,具有,通信功能：,能与其它调节器及上位计算机传输数据，接受指令，实现数据通讯。,数字化调节器：是以微处理器为核心的可编程调节器。,3,、,EPROM,擦写存储器,存储用户编制的控制指令、设定值、转换系数，可擦除重编，掉电不丢。,1,、,CPU,中央处理器,是数字仪表的核心，负责信息的运算处理和各环节工作控制。,2,、,ROM,只读存储器,固化调节器基本程序，不能更改。包括：输入处理程序（如温度压力补偿、开方、数字滤波）运算程序（,PID,控制及其它控制算法）输出处理程序自诊断程序。,CPU,系统,ROM,用户,EPROM,4,、,RAM,随即存贮器,临时存储运行过程的中间计算数据。断电消失。,RAM,5,、监视定时器,WDT,执行自诊断功能，出现异常情况时，应急处理。如保存当前值、切入手动、报警。,WDT,二、基本组成,7,、输入输出接口,I,O,IoD1,为仪表操作的开关量接口（如自,-,手动转换、内外给定转换,。,CPU,系统,ROM,用户,EPROM,6,、,A/D,、,D/A,转换,A/D(,模数,),转换，用于对模拟输入信号,进行处理转换为数字信号。,D/A,(,数模,),转换将,CPU,按控制算法计算出的数字量转换为模拟量输出，控制调节阀。,8,、数字设定器,-,侧面板,有按键及两排数显。用于设置输入、输出、运算结果和运算条件。,RAM,IoD2,为与外部联系的数字量接口。,WDT,9,、总线及通信接口,有地址总线、数据总线、控制总线。是调节器内传输信号的一组信号线。通信接口与上位计算机交换数据。,D,A,电路将输出数字量转换为,420mA,模拟信号输出保持送调节阀。,模拟输入信号经输入滤波多路切换开关接通某路信号,经,A/D,转换为数字量结果存,RAM,输入量寄存器,中。,CPU,从,ROM,中读出,控制算法,、,输出处理,程序、从,RAM,中读出,测量值,；从,EPROM,中读出,设定值,、,PID,参数,等数据,CPU,进行控制运算结果存,RAM,输出值寄存器,。,CPU,在用户,EPROM,自编程序控制下，先从,ROM,中取出,输入处理,程序；从,RAM,中读出,输入量,；,从,EPROM,中读出,转换系数,等数据,CPU,进行输入处理运算结果存,RAM,测量值寄存器,。,三、工作原理,1,、构成：,由硬件和软件两部分组成。,四、,KMM,可编程调节器及应用,上限报警,下限报警,指示表头,刻度标尺,给定,SV,指针,测量,PV,指针,备忘指针,连锁指示,复位按钮,给定增加,给定减小,串级按钮,自动按钮,手动按钮,手动减小,手动增加,输出表头,输出指针,通讯指示,异常指示,位号牌,2,、面板与功能键,.,输出表头：,显示调节器输出信号值。,.,指示表头：,给定值,-SP(,绿针,),、测量值,-PV(,红针,),双针指示，备忘指针,(,黑针,),，指示正常,PV,范围。,.,.,复位键联锁指示灯：,当输入异常、运算溢出、运算过载时灯亮，调节器会自动切换到,“,联锁手动,”,运行方式。异常原因消除后，按,R,键复位，进入自动方式。,.,.,上、下限报警指示灯：,当测量值,PV,越限时灯亮报警,.,上限报警,下限报警,指示表头,刻度标尺,给定,SV,指针,测量,PV,指针,备忘指针,连锁指示,复位按钮,输出表头,输出指针,上限报警,下限报警,指示表头,刻度标尺,给定,SV,指针,测量,PV,指针,备忘指针,连锁指示,复位按钮,给定增加,给定减小,串级按钮,自动按钮,手动按钮,手动增加,手动增加,输出表头,输出指针,通讯指示,异常指示,位号牌,.,设定值,SP,按键,：,当,PID,模块未处于,PV,跟踪状态时，用于增加、减少给定值。在手动运行方式下，,SP,不能设定。,.C-A-M,键：,串级、自动、手动状态按键，,用于状态切换。,.,手动输出键。,在手动状态下，改变输出值（值由下部的小表显示）。,.,数据设定器，,调节器侧面其上有两个显示窗、十三个功能按键。用来调整和显示,PID,参数、,PID,控制单元的测量值和设定值，各运算单元的输入和输出数据、也可显示自诊断结果,给定增加,给定减小,串级按钮,自动按钮,手动按钮,手动减小,手动增加,通讯指示,异常指示,位号牌,A.,预调：,在内部装有“后备手操单元”的场合，应先将此单元上的“后备正常”开关拨到“正常”（,Normal,）侧。在使用“预置”型后备手操单元时，还要将此单元上的手操旋钮调到预定好的输出值上。,B.,通电：,通电后，调节器即处于“联锁手动”方式（,IM,方式）。操作人员应当用“数据设定器”来检查，确认设定的运行控制数据、可变参数等是否合适。确认无误后，按,R,键，解除“联锁”状态，进入设定的正常运行状态。,（,1,）准备,:,3,、基本操作,:,A手动（,MAN,）方式：,按,M,键进入“手动”运行方式，,M,灯亮，调节器的输出值由按键改变。,B,自动（,AUTO,）方式：,按,A,键进入“自动”运行方式，,A,灯亮，调节器内,PID,运算单元以面板上设定的值来运算，实现定值控制。,C,串级（,CAS,）方式：,按,C,键进入“串级”运行方式，,C,灯亮，调节器以,PID,1,的输出值或外来设定值作为,PID,2,运算单元的目标值来进行,PID,控制，,PID,2,是随动控制。,（,2,）正常运行,有下述几种运行方式：,D,跟踪（,FOLLOW,）方式：,这时调节器本身的,PID,运算及手动操作均无效，其输出由外部的跟踪信号决定。,要切换到跟踪方式需要加一个切换信号。切换信号是外部来的接点信号或调节器内部的“通断”（,ON,OFF,）型数据。切换后，原状态灯闪烁。解除跟踪状态后，灯恢复常亮。,为调节器或控制系统故障时的运行状态。,A,联锁手动方式（,IM,）：,调节器正常运行时，如果自诊断出内部轻故障（模拟量输入超限、运算溢出、调节器过载等）或从外部输入联锁状态，则切换到联锁手动方式；前者面板上,R,灯亮，后者,R,灯闪烁；故障解除后应按,R,键，才能变成手动方式，否则，不能切换到其他状态上去。调节器初次通电时也进入,IM,方式。,B,后备方式（,S,）：,自诊断出重故障（调节器硬件或软件异常）时，不论此时调节器处于何种运行方式，均会切换到后备方式，此时面板上的,CPUF,灯亮。在,S,方式下，可用后备手动单元进行手动操作。,异常原因（故障）消除后，再一通电，进入,IM,方式，按,R,键后，恢复正常。,（,3,）非正常运行,