控制仪表及装置第四章(李忠虎)
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i=0
微分项可表示为
d e (t) e (n) - e (n-1)
=
dt
TS
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)
+
TS
n
e(i)
TI i = 0
+
TD TS
[e(n)
-
e(n-1)
]}
+
y′
式中，y(n)为第n次采样输出值， y′为输出初值。
整理ppt
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：
y(n) = Kp [e(n) - e(n-1)] + Ki e(n) + Kd [e(n) - 2e(n-1) +e(n-2) ]
式中，Ki = KpTS 为调节器的积分系数 TI
Kd = KpTD 为调节器的微分系数 TS
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。
整理ppt
10
⑶ 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。
多 路 D/A 开 关
输 出 缓 冲
输
模
出 V/I 拟
保
量 输
持
出
开 关 量 输 出
通信接口
发送 接收
通 信
通信接口
8
⑴ 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。
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。
Hale Waihona Puke Baidu
整理ppt
12
2.软件系统
⑴系统程序：是调节器的主体部分，通常由监控程
序和中断处理程序组成：
系统初始化
键处理
键盘显示管理
监
控
中断管理
程
序 自诊断处理
中
定时处理
断
处 理
整理ppt
5
二、可编程调节器
是一种内藏微处理机的运算控制 仪表，是近代自动控制技术、计算机 技术和通信技术（简称‘3C’技术） 高度结合的产物。
模拟
数字
：．
可编程 调节器
V/I 4～20mADC
：． 1～5VDC
也叫单回路可编程调节器
整理ppt
6
㈠ 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 。
《控制仪表及装置》
第四章 可编程调节器
整理ppt
1
内容安排
第一节 概述
一 可编程调节器的特点
二 基本构成
第二节 KMM可编程调节器
一 组成
二 功能
三 编程方法和仪表投入
四 应用举例
整理ppt
2
第一节 概述
一、集散控制系统(DCS)
1、结构图
CRT操作站
…
过程控制单元
管理计算机
集中操作与管理装置 通信系统
运算控制
程
序
通信处理
运行状态控制
整理ppt
掉电处理
13
⑵用户程序：其作用是连接系统程序中各功能模块，
以完成预定的控制任务。
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。
编程有在线和离线两种方法。
离线方法：编程器独立于调节器, 用户程序写入
⑷ 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。
整理ppt
11
⑸ 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。
另有速度型算式：v (n) = y(n) / TS
实际中，常使用增量型算式，因有利于实现手/自动之
间的无扰动切换。
整理ppt
16
★ PID算式的改进
不完全微分型
不完全微分型算式的传递函数见第一章，将其离散 化得到：
y(n)
=
Kp {e(n)
+
TS
n
e(i)
TI i = 0
+
TD T*
[e(n)
-
e(n-1)]}
+ yD (n-1)
式中：T * = TS +
TD KD
， = TD / KD
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。
整理ppt
7
㈡ 可编程调节器的基本构成
1.硬件系统
过程输入通道
主
存储器
模多 采
机
拟路 样
量 输
开
A/D
保
输
微
输
入关 持
入处出
开 关 量 输 入
输 入 缓 冲
接理接 口器口
人 键盘显示接口
机
接
口 键盘 显示器
整理ppt
过程输出通道
数字仪表现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。
整理ppt
9
⑵ 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。
EPROM, 将其插入调节器相应的插座上。
在线方法：编程器和调节器共用一个CPU， 用户程
序写入EPROM后，同样移至调节器的插座上。
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14
3.PID控制算式
可编程调节器的PID控制算式是对模拟控制算式 （参见第一章）进行离散化而得到的。
积分项可表示为
t
n
∫e 0
(t)
d
t
=
TS
e (i)
过程控制单元
数据采集单元
分散控制装置
整理ppt
3
整理ppt
4
操作站（Operator Station） 负责集中监视、操作及系统生成
2、系统组成
现场控制站（Field Control Station） 负责执行具体控制功能
3、特点
⑴、控制功能分散，操作管理功能集中。
⑵、硬件及软件结构都与通用计算机有很大不同，尤其是软 件，它不使用通用的程序设计语言，而是采用面向控制 问题的专用语言POL（Problem—Oriented Language）
微分项可表示为
d e (t) e (n) - e (n-1)
=
dt
TS
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)
+
TS
n
e(i)
TI i = 0
+
TD TS
[e(n)
-
e(n-1)
]}
+
y′
式中，y(n)为第n次采样输出值， y′为输出初值。
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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：
y(n) = Kp [e(n) - e(n-1)] + Ki e(n) + Kd [e(n) - 2e(n-1) +e(n-2) ]
式中，Ki = KpTS 为调节器的积分系数 TI
Kd = KpTD 为调节器的微分系数 TS
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。
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⑶ 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。
多 路 D/A 开 关
输 出 缓 冲
输
模
出 V/I 拟
保
量 输
持
出
开 关 量 输 出
通信接口
发送 接收
通 信
通信接口
8
⑴ 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。
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。
Hale Waihona Puke Baidu
整理ppt
12
2.软件系统
⑴系统程序：是调节器的主体部分，通常由监控程
序和中断处理程序组成：
系统初始化
键处理
键盘显示管理
监
控
中断管理
程
序 自诊断处理
中
定时处理
断
处 理
整理ppt
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二、可编程调节器
是一种内藏微处理机的运算控制 仪表，是近代自动控制技术、计算机 技术和通信技术（简称‘3C’技术） 高度结合的产物。
模拟
数字
：．
可编程 调节器
V/I 4～20mADC
：． 1～5VDC
也叫单回路可编程调节器
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6
㈠ 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 。
《控制仪表及装置》
第四章 可编程调节器
整理ppt
1
内容安排
第一节 概述
一 可编程调节器的特点
二 基本构成
第二节 KMM可编程调节器
一 组成
二 功能
三 编程方法和仪表投入
四 应用举例
整理ppt
2
第一节 概述
一、集散控制系统(DCS)
1、结构图
CRT操作站
…
过程控制单元
管理计算机
集中操作与管理装置 通信系统
运算控制
程
序
通信处理
运行状态控制
整理ppt
掉电处理
13
⑵用户程序：其作用是连接系统程序中各功能模块，
以完成预定的控制任务。
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。
编程有在线和离线两种方法。
离线方法：编程器独立于调节器, 用户程序写入
⑷ 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。
整理ppt
11
⑸ 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。
另有速度型算式：v (n) = y(n) / TS
实际中，常使用增量型算式，因有利于实现手/自动之
间的无扰动切换。
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16
★ PID算式的改进
不完全微分型
不完全微分型算式的传递函数见第一章，将其离散 化得到：
y(n)
=
Kp {e(n)
+
TS
n
e(i)
TI i = 0
+
TD T*
[e(n)
-
e(n-1)]}
+ yD (n-1)
式中：T * = TS +
TD KD
， = TD / KD
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。
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7
㈡ 可编程调节器的基本构成
1.硬件系统
过程输入通道
主
存储器
模多 采
机
拟路 样
量 输
开
A/D
保
输
微
输
入关 持
入处出
开 关 量 输 入
输 入 缓 冲
接理接 口器口
人 键盘显示接口
机
接
口 键盘 显示器
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过程输出通道
数字仪表现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。
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9
⑵ 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。
EPROM, 将其插入调节器相应的插座上。
在线方法：编程器和调节器共用一个CPU， 用户程
序写入EPROM后，同样移至调节器的插座上。
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14
3.PID控制算式
可编程调节器的PID控制算式是对模拟控制算式 （参见第一章）进行离散化而得到的。
积分项可表示为
t
n
∫e 0
(t)
d
t
=
TS
e (i)
过程控制单元
数据采集单元
分散控制装置
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操作站（Operator Station） 负责集中监视、操作及系统生成
2、系统组成
现场控制站（Field Control Station） 负责执行具体控制功能
3、特点
⑴、控制功能分散，操作管理功能集中。
⑵、硬件及软件结构都与通用计算机有很大不同，尤其是软 件，它不使用通用的程序设计语言，而是采用面向控制 问题的专用语言POL（Problem—Oriented Language）