数字控制器

测量值和给定值显示器 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／减按钮和手动操作按钮等 状态显示灯
侧面板：
有设置和指示各种参数的键盘、显示器
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源自文库
通信接口电路
功能：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；
同时通过接收电路接收来自通信线路的数字信号，将其 转换成能被计算机接受的数据。
多为单片机
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过程输入通道
模拟量输入通道 将多个模拟量输入信号分别转换为CPU所接受的数字量。
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。 采样／保持器具有暂时存储模拟输入信号的作用 A／D转换器的作用是将模拟信号转换为相应的数字量。 利用D／A转换器与电压比较器，按逐位比较原理来实现模／数转换的。
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通过软件实现所需功能 数字控制器的运算控制功能是
通过软件实现的。在可编程调节器中，软件系统提供了各 种功能模块，用户选择所需的功能模块，通过编程将它们 连接在一起，构成用户程序，便可实现所需的运算与控制 功能。
具有和模拟调节器相同的外特性 尽管数字控制器内部
信息均为数字量，但为了保证数字式控制器能够与传统的
调节器的编程工作是通过专用的编程器进行的，有“在 线”和“离线”两种编程方法。
专用编程器 → 组态 → 用户程序写入EPROM → EPROM安装到数字调节器上
用户程序的编程通常采用面向过程POL语言 (Procedure-Oriented Language)。 编程方式简单易学。
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特点总结
运算控制功能强 通过软件实现所需功能 带有自诊断功能 带有数字通讯功能 具有和模拟调节器相同的外特性 保持常规模拟式调节器的操作方式
常规仪表相兼容，数字控制器模拟量输入输出均采用国际
统一标准信号（4～20mADC，1～5VDC），可以方便地与
DDZ－III型仪表相连。同时数字控制器还有数字量输入输
出功能。
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具有通讯功能，便于系统扩展 数字控制器除了用于
代替模拟调节器构成独立的控制系统之外，还可以与上位 计算机一起组成DCS控制系统。数字控制器与上位计算机 之间实现串行双向的数字通讯，可以将手、自动状态、 PID参数及输入/输出值等信息送到上位计算机，必要时上 位计算机也可对控制器施加干预，如工作状态的变更，参 数的修改等。
·系统初始化
·中断管理
·自诊断处理
·键处理
·定时处理
·通信处理
·掉电处理
·运行状态控制
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功能模块
用户可以选择所需要的功能模块以构成用户程 序，使调节器实现用户所规定的功能。
调节器提供的功能模块主要有
·数据传送
输入、输出以及基本传送命令
·PID运算
基本功能
·四则运算
·逻辑运算
·开平方运算
·取绝对值运算
可靠性高，维护方便 在硬件方面，一台数字式控制
器可以替代数台模拟仪表，同时控制器所用硬件高度集成
化，可靠性高。在软件方面，数字式控制器的控制功能主
要通过模块软件组态来实现，具有多种故障的自诊断功能，
能及时发现故障并采取保护措施。
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二、数字调节器构成原理
以微处理器（CPU）为核心构成的硬件电路 由系统程序、用户程序构成的软件
第三节 数字式控制器
数字式调节器类型 ： 定程序控制器 可编程控制器 混合控制器 批量控制器
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一、数字调节器的特点
实现了模拟仪表与计算机一体化 将CPU引入控制器，
使其功能得到来很大的增强，提高了性能价格比。同时考 虑到人们长期以来的习惯，数字控制器在外形结构、面板 布置、操作方式等方面保留了模拟调节器的特征。
用户程序: 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，并将它们按一定的规 则连接起来的结果。 作用是使调节器完成预定的控制与运算功能。
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监控程序
监控程序使调节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。
一般来说，数字调节器需要完成以下一些任务
数字调节器的主要功能由软件决定
模拟调节器：硬件决定一切，功能单一
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1.硬件部分
数字式调节器的硬件电路构成框图
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主机电路
是数字式调节器的核心，用于实现仪表数 据运算处理，各组成部分之间的管理。
ROM存放系统程序。 EPROM存放用户程序 . RAM 存放输入数据、显示数据、运算的中间值、结果 CTC的定时功能用来确定调节器的采样周期等等
·脉冲输入计数与积算脉冲输出 如：流量积算
·高值选择和低值选择
选择性控制
·上限幅和上限幅
·折线逼近法函数运算
如热电偶信号的线性化等等
·一阶惯性滞后处理
输入信号的软件滤波
·纯滞后处理
·移动平均值运算
均值计算
·控制方式切换
收自动切换
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用户程序
用户根据控制系统要求，选择所需要的功能模块，并按 一定的规则连接起来，使调节器完成预定的控制与运算 功能。用户程序的编制过程也称为“组态” 。
D/A转换器起数／模转换作用。 V／I转换器将1~5V的模拟电压信号转换成4~20mA的电流信号。
开关量输出通道
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。 采用光电耦合器件作为输出电路进行隔离传输
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人机接口
正面板：
开关量输入通道
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“1”与“0”这类两种状态的信号 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信号。 开关量输入通道常采用电耦合器件作为输入电路进行隔离传输。
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过程输出通道
模拟量输出通道 依次将多个运算处理后的数字信号进行数／模转换
主要有 并行 和 串行两种
以位并 行、字 节串行
位串行，即 一次传送一 位，连续传
送
工业控制网络及仪表的通信方式 基本上都采用 ：串行通信
原因 ： 实施方便 成本低 适于远距离传输
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2.软件部分
数字式调节器的软件分为系统程序和用户程序两大部分
系统程序: 系统程序是调节器软件的主体部分 通常由监控程序 和功能模块两部分组成 。
运算控制功能强 数字控制器具有比模拟调节器更丰富
的运算控制功能，一台数字控制器既可实现简单PID控制， 也可以实现串级控制、前馈控制、变增益控制和史密斯补 偿控制；既可以进行连续控制，也可以进行采样控制、选 择控制和批量控制。此外，数字控制器还可对输入信号进 行处理，如线性化、数据滤波、标度变换、逻辑运算等。