模拟式控制器.ppt
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§3 模拟式控制器
一、模拟式控制器基本结构
➢ 比较环节：控制器中首先要进行测量值与 设定值的比较，电动控制器中比较环节是在 输入电路中进行电压或电流信号比较。 ➢反馈环节：控制器PID控制规律是通过反馈 环节进行的。在电动控制器中输出信号通过 电阻与电容构成的无源网络反馈到输入端。 ➢放大器：是一个稳态增益很大的比例环节。 在电动控制器中可采用高增益的集成运放。
二、DDZ-Ⅲ型电动单元控制器
是常用的一种模拟控制器，以来自变 送器的标准1~5V直流信号作输入，与1~5V 直流设定值比较得到偏差，进行PID运算后 输出1~5V或4~20mA信号。
特点：
➢ 采用高增益、高阻抗线性集成电路组件， 提高了仪表的精度、稳定性和可靠性，降低 了功耗。 ➢在基型控制器的基础上可增加各种功能， 如非线性控制器可解决严重非线性过程的控 制，前馈控制器可以解决大扰动及大滞后过 程的控制，还可增加偏差报警、输出双向限 幅及其它功能。
中
断
处 理
输入处理和运算控制
程பைடு நூலகம்
序
通讯处理
运行状态控制
调电处理
图7－23 数字式控制器系统程序组成
监控程序
➢系统程序初始化 设置初始参数：如定时、计算数值，各 个变量初始值和状态
➢键盘、显示管理 识别键码，确定键处理程序的走向和显 示格式
➢中断管理 识别中断源，比较它们的优先级，以便 做出中断响应
➢自诊断程序 采用巡回检测方式检查控制器各部件是 否正常，若发生异常，则显示异常标志， 发出报警并作相应的动作。
➢控制器的“正”“反”开关不能随意选择， 要根据工艺要求及控制阀的气开、气关情 况来定，保证系统为负反馈。如图7－21的 分析。
图7－21 液位控制系统
➢控制阀是 气关的，控 制器选用正 作用。 ➢控制阀是 气开的，控 制器选用反 作用。
§4 数字式控制器
数字式控制器概述
功能强大、灵活方便的操作手段、清晰 直观的数字显示以及安全可靠、性价比高特 点，广泛使用。
还具有开关量控制。 采样周期为100～500ms。 KMM控制器还具有自诊断功能，能及 时发现故障，采取保护措施；复杂回路采 用模块组态，减少了硬件连接，使硬件电 路软件化；元件高度集成化，可靠性高。
一、KMM用户程序
KMM用户程序采用表格式组态语言编 制，它是一些起连接作用的控制数据，由 控制数据确定模块的调用、运算所需的各 种参数和程序的走向。一系列的控制数据 就构成了用户程序。
PID1
代码2
05
比例度
DATA 数值
100.0%
数值
二、KMM控制器功能
➢输入处理 包括折线处理、温度补偿、压力补偿、 开平方和数字滤波。
➢运算处理 依靠运算模块、运算单元和内部信号的 组合连接起来。有45种运算模块，用户 可选择其中30种组合。还有118种内部信 号。
➢输出处理 根据需要确定输出通道类型和参数
两个概念： （1）无平衡切换：指在自动－手动切换时， 无须事先平衡，可以随时切换至所需位置。 （2）无扰动切换：是指在自动－手动切换 时，控制器的输出不会发生变化，因此生 产过程不会有扰动 注意：当从自动或软手动切换到硬手动时， 需要预先讲硬手动操作杆对准自动或软手 动输出指示值，这样才能无扰动。
用户程序组成
➢基本数据F001 用来指定控制器的类型 运算周期 是否与上位机连接等
➢输入数据处理F002 指明输入处理的种类等
➢PID运算数据F003 确定PID运算的类型 控制参数等
➢折线数据F004 决定折线表形式
➢可变参数F005 确定运算处理中使用系数、常数等
➢输出处理数据F006
➢自动平衡功能 ➢自动诊断 ➢通讯功能。
三、KMM控制器的编程
按控制方案画出控制流程图 确定对数字式控制器的要求
绘制组态图 填写控制数据表 用编程器制作用户EPROM EPROM装入仪表，调试、修改
图7－25 KMM控制器编程过程
➢ 整套仪表可以构成安全火花防爆系统， 而且增加了安全单元－安全栅，实现控制 室与危险场所之间的能量限制和隔离。 ➢有软、硬两种手动操作方式，软手动和自 动之间相互切换具有双向无平衡无扰动特 性，提高了控制器的操作性能。因为在自 动与软手动之间有保持状态，此时控制器 输出可保持长期不变，即使有偏差存在， 也能实现无扰切换。
在线与离线编程
➢在线编程：编程器与控制器通过总线共用 一个CPU，编程器插一个EPROM供用户写 入，用户程序调试完成后，写入EPROM， 再把该EPROM插在控制上。SLPC采用该方 式。 ➢离线编程：编程器自带CPU，编程脱离控 制器，程序编写好后，写入EPROM，再将 该EPROM插在控制器上。KMM采用该方 式。
1、上、下极限报警指示 2、连锁指示灯及复位按钮 3、通讯指示灯（右） 4、仪表异常指示灯（左） 5、给定值（增、减）按钮 6、“串级”按钮及指示灯 7、“自动”按钮及指示灯 8、“手动”按钮及指示灯 9、输出操作按钮 10、标牌 11、输出指针 12、测量值（PV）指针（红） 13、给定值（SP）指针（绿） 14、备忘指针（黑）
二、数字式控制器组成
➢硬件部分 主机电路（CPU、存储器、I/O、）。 过程输入/输出通道 人机界面 通讯组件
➢软件部分。 系统软件 用户软件
图7－22 数字式控制器硬件构成框图
系统程序
➢主要包括监控程序和中断处理程序
系统初始化
键处理
键盘、显示管理
监
控 程
中断管理
序
自诊断处理
定时处理
以CPU为核心，可由用户编制程序，组成 各种控制规律。
单回路控制器：只有一个控制回路，如 引进的KMM、SLPC、PMK和Micro760/761。
一、数字式控制器特点
➢采用数字技术，以CPU为核心；而模拟式 控制器采用模拟技术，以运算放大器等模 拟电子器件为基本部件。 ➢实现了模拟仪表与计算机一体化。 ➢具有丰富的运算控制功能。 ➢使用灵活，通用性强。 ➢具有通讯功能，便于系统扩展。 ➢可靠性高，维护方便。
三、KMM控制器
KMM控制器适合小规模生产装置的控 制、显示和操作，并且可以通过通讯接口 挂到数据通道上与集散控制系统或其他PC 机连接，实现中、大规模的分散控制、集 中管理、操作和监视。
KMM控制器具有数字控制器的特点， 而其外形结构、面板布置和操作方式保留 了模拟式控制器的特征。其面板布置如图7 －24所示。
图7－20 基型控制器方框图
控制器的“正”“反”作用
控制器设有“正”“反”作用开关供 选择，以满足控制系统要求。 偏差定义＝测量值－设定值（e=y-r）。 正偏差：测量值大于设定值 负偏差：测量值小于设定值
正作用：控制器的输出随正偏差的增加而 增加 反作用：控制器的输出随正偏差的增加而 减小
若是负偏差，其控制器的输出在“正”、 “反”作用下的输出与上述正偏差相反。
基型控制器
基型控制器由控制单元与指示单元两部分 组成，如图7－20所示。 控制器的工作状态有： （1）自动：测量信号与设定值通过输入电路比较。
（2）软手动：当控制器处于“保持”时，若同时将 控制器切换到软手动，输出可以按照快或慢两种速 度作线性增加或减小，以对工艺工程进行手动控制 （3）保持：输出保持切换前状态 （4）硬手动：控制器输出与手操电压成比例
➢ 采用国际标准信号制： 现场传输信号4~20mA 控制室联络信号：1~5V 信号电流与电压转换电阻250欧 由于电气零点不是从零开始，因此容
易识别断电、断线等故障。 信号传输采用电流传送－电压接受的
并联方式，即进出控制室的信号为电流信 号，将此电流信号转换为电压信号，并以 并联形式传输给控制室各仪表。
➢运行状态控制 判断控制器操作按钮的状态和故障情 况，以便进行手动、自动或其他控制。
用户程序
由用户自行编制，实际上是根据需要 将系统程序中提供的有关功能模块组合起 来（称之为组态），以达到控制目的。
编程语言采用POL(面向过程语言)， 它是为了定义和解决某些问题而设计的专 用程序语言。通常有组态式和空栏式两种， 组态式又有表格式与助记符式之分。
➢运算模块数据F101～F130 指定运算种类、运算单元的连接方式 等。
将上述7类控制数据填入规定的表格中，便 构成了用户程序，再用编程器将用户程序 写入EPROM中，就完成了编程工作。
控制数据由四部分组成
FUNC
C1
C2
控制数据类别（名 代码1 称）
例如：PID运算数据
F003
01
PID数据
图7－24 KMM面板布置图
KMM控制器有45个运算模块和控制 模块，用户根据需要选用部分模块进行组 态，可以实现各种运算处理和复杂控制。 除了PID控制功能外，还可以实现串级控 制、比值控制、前馈控制、选择控制、自 适应控制和非线性控制等。
KMM控制器模拟量输入输出均采用国 际统一标准信号（4～20mA, 1～5V DC),可 以方便地与DDZ－Ⅲ型仪表连接。
使用基型控制器时注意问题
➢正确设置“内”“外”设定开关。定值控 制系统中，控制器应该置于“内”设定，随 动控制系统应该置于“外”设定。 ➢一般在刚刚开车或控制工况不正常时采用 手动控制，待系统正常才无扰切换到自动控 制。 ➢正确设置P、I、D参数。这些参数通过参 数整定，选择一组合适的PID参数，这样才 能保证控制器在控制系统中发挥正确作用。
一、模拟式控制器基本结构
➢ 比较环节：控制器中首先要进行测量值与 设定值的比较，电动控制器中比较环节是在 输入电路中进行电压或电流信号比较。 ➢反馈环节：控制器PID控制规律是通过反馈 环节进行的。在电动控制器中输出信号通过 电阻与电容构成的无源网络反馈到输入端。 ➢放大器：是一个稳态增益很大的比例环节。 在电动控制器中可采用高增益的集成运放。
二、DDZ-Ⅲ型电动单元控制器
是常用的一种模拟控制器，以来自变 送器的标准1~5V直流信号作输入，与1~5V 直流设定值比较得到偏差，进行PID运算后 输出1~5V或4~20mA信号。
特点：
➢ 采用高增益、高阻抗线性集成电路组件， 提高了仪表的精度、稳定性和可靠性，降低 了功耗。 ➢在基型控制器的基础上可增加各种功能， 如非线性控制器可解决严重非线性过程的控 制，前馈控制器可以解决大扰动及大滞后过 程的控制，还可增加偏差报警、输出双向限 幅及其它功能。
中
断
处 理
输入处理和运算控制
程பைடு நூலகம்
序
通讯处理
运行状态控制
调电处理
图7－23 数字式控制器系统程序组成
监控程序
➢系统程序初始化 设置初始参数：如定时、计算数值，各 个变量初始值和状态
➢键盘、显示管理 识别键码，确定键处理程序的走向和显 示格式
➢中断管理 识别中断源，比较它们的优先级，以便 做出中断响应
➢自诊断程序 采用巡回检测方式检查控制器各部件是 否正常，若发生异常，则显示异常标志， 发出报警并作相应的动作。
➢控制器的“正”“反”开关不能随意选择， 要根据工艺要求及控制阀的气开、气关情 况来定，保证系统为负反馈。如图7－21的 分析。
图7－21 液位控制系统
➢控制阀是 气关的，控 制器选用正 作用。 ➢控制阀是 气开的，控 制器选用反 作用。
§4 数字式控制器
数字式控制器概述
功能强大、灵活方便的操作手段、清晰 直观的数字显示以及安全可靠、性价比高特 点，广泛使用。
还具有开关量控制。 采样周期为100～500ms。 KMM控制器还具有自诊断功能，能及 时发现故障，采取保护措施；复杂回路采 用模块组态，减少了硬件连接，使硬件电 路软件化；元件高度集成化，可靠性高。
一、KMM用户程序
KMM用户程序采用表格式组态语言编 制，它是一些起连接作用的控制数据，由 控制数据确定模块的调用、运算所需的各 种参数和程序的走向。一系列的控制数据 就构成了用户程序。
PID1
代码2
05
比例度
DATA 数值
100.0%
数值
二、KMM控制器功能
➢输入处理 包括折线处理、温度补偿、压力补偿、 开平方和数字滤波。
➢运算处理 依靠运算模块、运算单元和内部信号的 组合连接起来。有45种运算模块，用户 可选择其中30种组合。还有118种内部信 号。
➢输出处理 根据需要确定输出通道类型和参数
两个概念： （1）无平衡切换：指在自动－手动切换时， 无须事先平衡，可以随时切换至所需位置。 （2）无扰动切换：是指在自动－手动切换 时，控制器的输出不会发生变化，因此生 产过程不会有扰动 注意：当从自动或软手动切换到硬手动时， 需要预先讲硬手动操作杆对准自动或软手 动输出指示值，这样才能无扰动。
用户程序组成
➢基本数据F001 用来指定控制器的类型 运算周期 是否与上位机连接等
➢输入数据处理F002 指明输入处理的种类等
➢PID运算数据F003 确定PID运算的类型 控制参数等
➢折线数据F004 决定折线表形式
➢可变参数F005 确定运算处理中使用系数、常数等
➢输出处理数据F006
➢自动平衡功能 ➢自动诊断 ➢通讯功能。
三、KMM控制器的编程
按控制方案画出控制流程图 确定对数字式控制器的要求
绘制组态图 填写控制数据表 用编程器制作用户EPROM EPROM装入仪表，调试、修改
图7－25 KMM控制器编程过程
➢ 整套仪表可以构成安全火花防爆系统， 而且增加了安全单元－安全栅，实现控制 室与危险场所之间的能量限制和隔离。 ➢有软、硬两种手动操作方式，软手动和自 动之间相互切换具有双向无平衡无扰动特 性，提高了控制器的操作性能。因为在自 动与软手动之间有保持状态，此时控制器 输出可保持长期不变，即使有偏差存在， 也能实现无扰切换。
在线与离线编程
➢在线编程：编程器与控制器通过总线共用 一个CPU，编程器插一个EPROM供用户写 入，用户程序调试完成后，写入EPROM， 再把该EPROM插在控制上。SLPC采用该方 式。 ➢离线编程：编程器自带CPU，编程脱离控 制器，程序编写好后，写入EPROM，再将 该EPROM插在控制器上。KMM采用该方 式。
1、上、下极限报警指示 2、连锁指示灯及复位按钮 3、通讯指示灯（右） 4、仪表异常指示灯（左） 5、给定值（增、减）按钮 6、“串级”按钮及指示灯 7、“自动”按钮及指示灯 8、“手动”按钮及指示灯 9、输出操作按钮 10、标牌 11、输出指针 12、测量值（PV）指针（红） 13、给定值（SP）指针（绿） 14、备忘指针（黑）
二、数字式控制器组成
➢硬件部分 主机电路（CPU、存储器、I/O、）。 过程输入/输出通道 人机界面 通讯组件
➢软件部分。 系统软件 用户软件
图7－22 数字式控制器硬件构成框图
系统程序
➢主要包括监控程序和中断处理程序
系统初始化
键处理
键盘、显示管理
监
控 程
中断管理
序
自诊断处理
定时处理
以CPU为核心，可由用户编制程序，组成 各种控制规律。
单回路控制器：只有一个控制回路，如 引进的KMM、SLPC、PMK和Micro760/761。
一、数字式控制器特点
➢采用数字技术，以CPU为核心；而模拟式 控制器采用模拟技术，以运算放大器等模 拟电子器件为基本部件。 ➢实现了模拟仪表与计算机一体化。 ➢具有丰富的运算控制功能。 ➢使用灵活，通用性强。 ➢具有通讯功能，便于系统扩展。 ➢可靠性高，维护方便。
三、KMM控制器
KMM控制器适合小规模生产装置的控 制、显示和操作，并且可以通过通讯接口 挂到数据通道上与集散控制系统或其他PC 机连接，实现中、大规模的分散控制、集 中管理、操作和监视。
KMM控制器具有数字控制器的特点， 而其外形结构、面板布置和操作方式保留 了模拟式控制器的特征。其面板布置如图7 －24所示。
图7－20 基型控制器方框图
控制器的“正”“反”作用
控制器设有“正”“反”作用开关供 选择，以满足控制系统要求。 偏差定义＝测量值－设定值（e=y-r）。 正偏差：测量值大于设定值 负偏差：测量值小于设定值
正作用：控制器的输出随正偏差的增加而 增加 反作用：控制器的输出随正偏差的增加而 减小
若是负偏差，其控制器的输出在“正”、 “反”作用下的输出与上述正偏差相反。
基型控制器
基型控制器由控制单元与指示单元两部分 组成，如图7－20所示。 控制器的工作状态有： （1）自动：测量信号与设定值通过输入电路比较。
（2）软手动：当控制器处于“保持”时，若同时将 控制器切换到软手动，输出可以按照快或慢两种速 度作线性增加或减小，以对工艺工程进行手动控制 （3）保持：输出保持切换前状态 （4）硬手动：控制器输出与手操电压成比例
➢ 采用国际标准信号制： 现场传输信号4~20mA 控制室联络信号：1~5V 信号电流与电压转换电阻250欧 由于电气零点不是从零开始，因此容
易识别断电、断线等故障。 信号传输采用电流传送－电压接受的
并联方式，即进出控制室的信号为电流信 号，将此电流信号转换为电压信号，并以 并联形式传输给控制室各仪表。
➢运行状态控制 判断控制器操作按钮的状态和故障情 况，以便进行手动、自动或其他控制。
用户程序
由用户自行编制，实际上是根据需要 将系统程序中提供的有关功能模块组合起 来（称之为组态），以达到控制目的。
编程语言采用POL(面向过程语言)， 它是为了定义和解决某些问题而设计的专 用程序语言。通常有组态式和空栏式两种， 组态式又有表格式与助记符式之分。
➢运算模块数据F101～F130 指定运算种类、运算单元的连接方式 等。
将上述7类控制数据填入规定的表格中，便 构成了用户程序，再用编程器将用户程序 写入EPROM中，就完成了编程工作。
控制数据由四部分组成
FUNC
C1
C2
控制数据类别（名 代码1 称）
例如：PID运算数据
F003
01
PID数据
图7－24 KMM面板布置图
KMM控制器有45个运算模块和控制 模块，用户根据需要选用部分模块进行组 态，可以实现各种运算处理和复杂控制。 除了PID控制功能外，还可以实现串级控 制、比值控制、前馈控制、选择控制、自 适应控制和非线性控制等。
KMM控制器模拟量输入输出均采用国 际统一标准信号（4～20mA, 1～5V DC),可 以方便地与DDZ－Ⅲ型仪表连接。
使用基型控制器时注意问题
➢正确设置“内”“外”设定开关。定值控 制系统中，控制器应该置于“内”设定，随 动控制系统应该置于“外”设定。 ➢一般在刚刚开车或控制工况不正常时采用 手动控制，待系统正常才无扰切换到自动控 制。 ➢正确设置P、I、D参数。这些参数通过参 数整定，选择一组合适的PID参数，这样才 能保证控制器在控制系统中发挥正确作用。