过程控制仪表与装置-10第二节KMM可编程调节器
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H1 H2
n
P1
名称
P2
Un
运算关系式： 运算关系式： U n = f ( H 1、H 2、P1、P2 ) n − −用户编排的序号
图4-6 运算模块助记符号
三种数据类型: 三种数据类型 （％），在表 表示． “ ”－－表示百分型数据（％），在表４－１中，用“P”表示． －－表示百分型数据（％），在表４ 表示 表示． “ ”－－表示开关型数据，在表４－１中，用“F”表示． －－表示开关型数据，在表４ 表示
二、功能
• （一）输入处理功能
KMM可对 路输入信号，通过组态有选择地进行如下处理： 可对5路输入信号 通过组态有选择地进行如下处理： 可对 路输入信号， 折线处理、温度补偿、压力补偿、开方处理和数字滤波。 折线处理、温度补偿、压力补偿、开方处理和数字滤波。
AIR1
0 3 0
1 2
TBL1 TBL2 TBL3
2、用户程序 、 KMM可编程调节器采用表格式组态语言编制程序。这种语言的语 可编程调节器采用表格式组态语言编制程序。 可编程调节器采用表格式组态语言编制程序 句实际上是一些起连接作用的控制数据。 句实际上是一些起连接作用的控制数据。 控制数据由以下4部分组成： 控制数据由以下 部分组成： 部分组成
y
y10
y1 x1
图4-5 折线
x
x10
TBL1 − −可在线修改参数 三个TBL TBL2, TBL3 − −不能在线修改参数
2、温度补偿(T.COMP) 、温度补偿
作用： 作用：用于气体或蒸汽流量信号的温度补偿
质量流量公式为： 用孔板测量气体流量时 ，质量流量公式为： M = K 1 ρ ⋅ ∆P
4、开平方(SQRT) 、开平方
有小信号切除功能。切除范围可在输入量程的 有小信号切除功能。 0.0%~100.0%任意选定。 任意选定。 任意选定
5、数字滤波( D.F) 、数字滤波
1 输出 = 输入 TS + 1 T = 0 ~ 999.9 S
（二） 输出处理功能
模拟量输出信号： 模拟量输出信号： AO 1 − − 有1 ~ 5V和4 ~ 20 mA 两种输出； 两种输出； AO 2, AO 3 − − 只能输出 1 ~ 5V电压信号。 电压信号。 门输出， 数字量输出 ( DO 1 ~ DO 3 )：为晶体管 OC 门输出，容量为 30V ,0.1 A
3、压力补偿(P.COMP) 、压力补偿
计算公式： 压力补偿模块 ( P .COMP )计算公式： p + c2 ∆Pd = × ∆p pd + c 2 差压。 即将实际测量到的差压 ，转换成设计压力下的 差压。 − “0” − c 2 = 101 .3( kPa ） 数据填写时， 数据填写时， “ − 1” − c 2 = 10330 ( mmH 2O）
H1 H2
n
P1
PID
P2
U
当P2 = OFF时， U (n ) = U (n − 1) + ∆U (n )
当P2 = ON时，U (n ) = P1 + ∆U (n )
式中： 运算的增量值。 式中： ∆U (n ) − − 第n次PID运算的增量值。
(1) 常规 常规PID运算规律 运算规律
PV ( H 2 )
（二）软件部分
1、系统程序 、 包括：基本程序、输入处理程序、 包括：基本程序、输入处理程序、运算式程序和输出处 理程序。 理程序。
基本程序包括： 基本程序包括：监控程序和中断服务程序 输入处理程序包括：折线处理、温度补偿、压力补偿、 输入处理程序包括：折线处理、温度补偿、压力补偿、开方处理和 数字滤波程序。 数字滤波程序。 运算式程序包括：算术运算、逻辑运算、 运算、 运算式程序包括：算术运算、逻辑运算、PID运算、高、低值选择 运算 低值监视、超前/滞后等 种子程序。用户最多可选择30种 滞后等45种子程序 、高、低值监视、超前 滞后等 种子程序。用户最多可选择 种 运算模块进行组合。 运算模块进行组合。
Qρ ∝ P T
∴M = K
P ⋅ ∆P ........(1) T 式中： 式中： P − −工作状态下的绝对压力 ；T − −工作状态下的绝对温度 。
在设计孔板时， 条件设计的。 在设计孔板时，是根据 ( Pd , Td )条件设计的。如果孔板 工作在 设计条件下， 设计条件下，则： Md = K Pd ⋅ ∆ Pd ........( 2 ) Td
1
T COMP
0 1
P COMP
0
1
SQRT
DIG AI 1 FILT
图4-4
输入处理示意图
注：开关打在“0”，相当于“输入处理数据”表中某项填 ，表 开关打在“ ” 相当于“输入处理数据”表中某项填0， 示不进行该项处理。 示不进行该项处理。
1、折线处理 、
作用：对输入信号进行非线性校正。 作用：对输入信号进行非线性校正。 用户可定义折线表中的10个折点坐标。 用户可定义折线表中的 个折点坐标。 个折点坐标
离散化： 离散化： TS U D (n ) TI U D (n ) = U D (n − 1) + K D [e (n ) − e (n − 1)] + K ′ [e (n ) − U D (n − 1)] D 式中：K ′ = 式中： D TS TS + TD KD ∆U (n ) = K P [U D (n ) − U D (n − 1)] + K P
KMM的面板布置： 的面板布置： 的面板布置 给定值(SP)与测量值 与测量值(PV)指示表 输出值 指示表;输出值 指示表; 给定值 与测量值 指示表 输出值(MV)指示表 指示表 各种操作按钮和指示灯. 各种操作按钮和指示灯 KMM的主要性能指标 的主要性能指标: 的主要性能指标 (1) 模拟量输入 点(1~5V); 模拟量输入5点 (2) 模拟量输出 点(1~5V,4~20mA); 模拟量输出4点 (3) 数字量输入 点 数字量输入5点 (4) 数字量输出 点 数字量输出4点 (5) 采样周期 采样周期100~500ms; (6) 运算模块 种,可编程模块 个. 运算模块45种 可编程模块 可编程模块30个
−
ED
∆U
KP
KP TI S
+
+
U1
U OFF P2 ON P1
SP ( H 1 )
算式可表示为： 连续PID算式可表示为： 1 U (S ) = K P 1 + T S E D (S ) I 1 + TD S U D (S ) = PV ( S ) TD 1+ S KD E D ( S ) = U D ( S ) − SP ( S )
+
−
E
TD S + 1 TD S +1 KD
UD
∆U
KP
KP TI S
+
+
U1
Biblioteka Baidu
U OFF P2 ON P1
SP ( H 1 )
算式可表示为： 连续PID算式可表示为： 1 U (S ) = K P 1 + T S U D ( S ) I 1 + TD S U D (S ) = E (S ) TD 1+ S KD
离散化： 离散化： ∆U (n ) = K P [e D (n ) − e D (n − 1)] + K P e D (n ) = U D (n ) − SP ( S ) TS e D (n ) TI
′ U D (n ) = U D (n − 1) + K D [PV (n ) − PV (n − 1)] + K D [PV (n ) − U D (n − 1)]
一、组成
• （一）硬件部分
1、主机电路 、 CPU—8085A芯片， 芯片， 芯片 ROM—10K EPROM—2K RAM—1K 定时器—8253 定时器 WDT 后备电源—镍镉电池 后备电源 镍镉电池 f=3.072MHZ
2、模拟量输入、输出电路 、模拟量输入、 D/A—12位。 位 A/D—利用 位D/A转换器和比较器，通过软件实现 利用12位 转换器和比较器， 利用 转换器和比较器 3、数字量输入、输出电路 、数字量输入、 数字量输入电路由晶体管阵列和门控电路构成。 数字量输入电路由晶体管阵列和门控电路构成。面板按钮及外部数 字信号经晶体管阵列和门控电路送入输入接口。 字信号经晶体管阵列和门控电路送入输入接口。 数字量输出电路包括锁存器和晶体管阵列。 数字量输出电路包括锁存器和晶体管阵列。来自输出接口的数字信 号通过锁存器和晶体管阵列输出。 号通过锁存器和晶体管阵列输出。 4、输入、输出接口 、输入、 8255—可编程并行 接口电路 可编程并行I/O接口电路 可编程并行 9279 —可编程键盘、显示控制器 可编程键盘、 可编程键盘
F 类型 代码1 代码2 数据
例如PID运算数据： 运算数据： 例如 运算数据
F003 PID数据 01 PID1 05 比例度 100.0% 数据
（三）工作原理
1、模拟信号（5路）输入调节器 经滤波 A/D转换 、模拟信号（ 路 转换 存入RAM中的输入寄存器 中的输入寄存器; 存入 中的输入寄存器 2、数字信号输入调节器 经滤波 存入 、 存入RAM中的输入 中的输入 寄存器; 寄存器 3、按EPROM中的程序 调用输入程序和运算程序 同 、 中的程序 调用输入程序和运算程序,同 时从RAM和EPROM中取数据 进行运算 中取数据,进行运算 时从 和 中取数据 进行运算; 4、若运算结果没有益出 D/A 输出 、 输出1~5v或4~20mA 或 信号; 信号 取上次计算结果并报警. 若运算结果有益处 取上次计算结果并报警
如果两种条件下， 相等， 如果两种条件下，流量 相等，即： M = M d 则： ∆ Pd = Td P t + c1 p + c 2 ⋅ ⋅ ∆P = d ⋅ ⋅ ∆P T Pd t + c1 p d + c 2
代入（ 算公式： 代入（ 2）式得气体质量流量计 算公式： Md = K Pd t + c1 p + c 2 ⋅ ∆ Pd = K ′ ∆ Pd = K ′ d ⋅ ⋅ ∆P Td t + c1 pd + c 2
最后输出可表示为： 最后输出可表示为： U (n ) = U 1 + ∆ U (n ) P1 而： U 1 = U (n − 1 )
当 P2 = ON 当 P2 = OFF
(2) 微分先行 微分先行PID运算规律 运算规律
PV ( H 2 )
TD S + 1 TD S +1 KD
UD +
第二节 KMM可编程调 节器
KMM可编程调节器 第二节 KMM可编程调节器
单回路控制仪表（ 系列主要包括如下品种： 单回路控制仪表（SSC) DIGITRONIK系列主要包括如下品种： 系列主要包括如下品种 KMM—可编程调节器； 可编程调节器； 可编程调节器 KMS—固定程序调节器； 固定程序调节器； 固定程序调节器 KMP—可编程运算器； 可编程运算器； 可编程运算器 STC —自整定调节器； 自整定调节器； 自整定调节器 KMR—记录仪； 记录仪； 记录仪 KMF—指示仪； 指示仪； 指示仪 KMH—手动操作器； 手动操作器； 手动操作器 KME—手动设定器； 手动设定器； 手动设定器 KMK—程序写入器； 程序写入器； 程序写入器
计算公式： ∴ 温度补偿模块 (T .COMP )计算公式： t + c1 × ∆p ∆Pd = d t + c1 即将实际测量到的差压 ，转换成设计温度下的 差压。 差压。 摄氏温度） − “0” − c1 = 273( 摄氏温度） 数据填写时， 数据填写时， 华氏温度） “ − 1” − c1 = 523 .4(华氏温度）
在输出处理数据表格中，填写内部信号名称， 在输出处理数据表格中，填写内部信号名称，即将该信 内部信号名称 号与输出端相连。 号与输出端相连。
（三） 运算处理功能
KMM可编程调节器有 种算法，用户可根据需要选 可编程调节器有45种算法 用户可根据需要选30 可编程调节器有 种算法， 种模块进行组合。一个模块有4个输入 一个输出. 个输入,一个输出 种模块进行组合。一个模块有 个输入 一个输出
表示． “ ”－－表示时间型数据，在表４－１中，用“T”表示． －－表示时间型数据，在表４ 表示
1、PID运算模块 、 运算模块
调节器有两个PID模块：PID1和PID2,都具有常规 模块： 都具有常规PID和 调节器有两个 模块 和 都具有常规 和 微分先行PID运算规律。 运算规律。 微分先行 运算规律
n
P1
名称
P2
Un
运算关系式： 运算关系式： U n = f ( H 1、H 2、P1、P2 ) n − −用户编排的序号
图4-6 运算模块助记符号
三种数据类型: 三种数据类型 （％），在表 表示． “ ”－－表示百分型数据（％），在表４－１中，用“P”表示． －－表示百分型数据（％），在表４ 表示 表示． “ ”－－表示开关型数据，在表４－１中，用“F”表示． －－表示开关型数据，在表４ 表示
二、功能
• （一）输入处理功能
KMM可对 路输入信号，通过组态有选择地进行如下处理： 可对5路输入信号 通过组态有选择地进行如下处理： 可对 路输入信号， 折线处理、温度补偿、压力补偿、开方处理和数字滤波。 折线处理、温度补偿、压力补偿、开方处理和数字滤波。
AIR1
0 3 0
1 2
TBL1 TBL2 TBL3
2、用户程序 、 KMM可编程调节器采用表格式组态语言编制程序。这种语言的语 可编程调节器采用表格式组态语言编制程序。 可编程调节器采用表格式组态语言编制程序 句实际上是一些起连接作用的控制数据。 句实际上是一些起连接作用的控制数据。 控制数据由以下4部分组成： 控制数据由以下 部分组成： 部分组成
y
y10
y1 x1
图4-5 折线
x
x10
TBL1 − −可在线修改参数 三个TBL TBL2, TBL3 − −不能在线修改参数
2、温度补偿(T.COMP) 、温度补偿
作用： 作用：用于气体或蒸汽流量信号的温度补偿
质量流量公式为： 用孔板测量气体流量时 ，质量流量公式为： M = K 1 ρ ⋅ ∆P
4、开平方(SQRT) 、开平方
有小信号切除功能。切除范围可在输入量程的 有小信号切除功能。 0.0%~100.0%任意选定。 任意选定。 任意选定
5、数字滤波( D.F) 、数字滤波
1 输出 = 输入 TS + 1 T = 0 ~ 999.9 S
（二） 输出处理功能
模拟量输出信号： 模拟量输出信号： AO 1 − − 有1 ~ 5V和4 ~ 20 mA 两种输出； 两种输出； AO 2, AO 3 − − 只能输出 1 ~ 5V电压信号。 电压信号。 门输出， 数字量输出 ( DO 1 ~ DO 3 )：为晶体管 OC 门输出，容量为 30V ,0.1 A
3、压力补偿(P.COMP) 、压力补偿
计算公式： 压力补偿模块 ( P .COMP )计算公式： p + c2 ∆Pd = × ∆p pd + c 2 差压。 即将实际测量到的差压 ，转换成设计压力下的 差压。 − “0” − c 2 = 101 .3( kPa ） 数据填写时， 数据填写时， “ − 1” − c 2 = 10330 ( mmH 2O）
H1 H2
n
P1
PID
P2
U
当P2 = OFF时， U (n ) = U (n − 1) + ∆U (n )
当P2 = ON时，U (n ) = P1 + ∆U (n )
式中： 运算的增量值。 式中： ∆U (n ) − − 第n次PID运算的增量值。
(1) 常规 常规PID运算规律 运算规律
PV ( H 2 )
（二）软件部分
1、系统程序 、 包括：基本程序、输入处理程序、 包括：基本程序、输入处理程序、运算式程序和输出处 理程序。 理程序。
基本程序包括： 基本程序包括：监控程序和中断服务程序 输入处理程序包括：折线处理、温度补偿、压力补偿、 输入处理程序包括：折线处理、温度补偿、压力补偿、开方处理和 数字滤波程序。 数字滤波程序。 运算式程序包括：算术运算、逻辑运算、 运算、 运算式程序包括：算术运算、逻辑运算、PID运算、高、低值选择 运算 低值监视、超前/滞后等 种子程序。用户最多可选择30种 滞后等45种子程序 、高、低值监视、超前 滞后等 种子程序。用户最多可选择 种 运算模块进行组合。 运算模块进行组合。
Qρ ∝ P T
∴M = K
P ⋅ ∆P ........(1) T 式中： 式中： P − −工作状态下的绝对压力 ；T − −工作状态下的绝对温度 。
在设计孔板时， 条件设计的。 在设计孔板时，是根据 ( Pd , Td )条件设计的。如果孔板 工作在 设计条件下， 设计条件下，则： Md = K Pd ⋅ ∆ Pd ........( 2 ) Td
1
T COMP
0 1
P COMP
0
1
SQRT
DIG AI 1 FILT
图4-4
输入处理示意图
注：开关打在“0”，相当于“输入处理数据”表中某项填 ，表 开关打在“ ” 相当于“输入处理数据”表中某项填0， 示不进行该项处理。 示不进行该项处理。
1、折线处理 、
作用：对输入信号进行非线性校正。 作用：对输入信号进行非线性校正。 用户可定义折线表中的10个折点坐标。 用户可定义折线表中的 个折点坐标。 个折点坐标
离散化： 离散化： TS U D (n ) TI U D (n ) = U D (n − 1) + K D [e (n ) − e (n − 1)] + K ′ [e (n ) − U D (n − 1)] D 式中：K ′ = 式中： D TS TS + TD KD ∆U (n ) = K P [U D (n ) − U D (n − 1)] + K P
KMM的面板布置： 的面板布置： 的面板布置 给定值(SP)与测量值 与测量值(PV)指示表 输出值 指示表;输出值 指示表; 给定值 与测量值 指示表 输出值(MV)指示表 指示表 各种操作按钮和指示灯. 各种操作按钮和指示灯 KMM的主要性能指标 的主要性能指标: 的主要性能指标 (1) 模拟量输入 点(1~5V); 模拟量输入5点 (2) 模拟量输出 点(1~5V,4~20mA); 模拟量输出4点 (3) 数字量输入 点 数字量输入5点 (4) 数字量输出 点 数字量输出4点 (5) 采样周期 采样周期100~500ms; (6) 运算模块 种,可编程模块 个. 运算模块45种 可编程模块 可编程模块30个
−
ED
∆U
KP
KP TI S
+
+
U1
U OFF P2 ON P1
SP ( H 1 )
算式可表示为： 连续PID算式可表示为： 1 U (S ) = K P 1 + T S E D (S ) I 1 + TD S U D (S ) = PV ( S ) TD 1+ S KD E D ( S ) = U D ( S ) − SP ( S )
+
−
E
TD S + 1 TD S +1 KD
UD
∆U
KP
KP TI S
+
+
U1
Biblioteka Baidu
U OFF P2 ON P1
SP ( H 1 )
算式可表示为： 连续PID算式可表示为： 1 U (S ) = K P 1 + T S U D ( S ) I 1 + TD S U D (S ) = E (S ) TD 1+ S KD
离散化： 离散化： ∆U (n ) = K P [e D (n ) − e D (n − 1)] + K P e D (n ) = U D (n ) − SP ( S ) TS e D (n ) TI
′ U D (n ) = U D (n − 1) + K D [PV (n ) − PV (n − 1)] + K D [PV (n ) − U D (n − 1)]
一、组成
• （一）硬件部分
1、主机电路 、 CPU—8085A芯片， 芯片， 芯片 ROM—10K EPROM—2K RAM—1K 定时器—8253 定时器 WDT 后备电源—镍镉电池 后备电源 镍镉电池 f=3.072MHZ
2、模拟量输入、输出电路 、模拟量输入、 D/A—12位。 位 A/D—利用 位D/A转换器和比较器，通过软件实现 利用12位 转换器和比较器， 利用 转换器和比较器 3、数字量输入、输出电路 、数字量输入、 数字量输入电路由晶体管阵列和门控电路构成。 数字量输入电路由晶体管阵列和门控电路构成。面板按钮及外部数 字信号经晶体管阵列和门控电路送入输入接口。 字信号经晶体管阵列和门控电路送入输入接口。 数字量输出电路包括锁存器和晶体管阵列。 数字量输出电路包括锁存器和晶体管阵列。来自输出接口的数字信 号通过锁存器和晶体管阵列输出。 号通过锁存器和晶体管阵列输出。 4、输入、输出接口 、输入、 8255—可编程并行 接口电路 可编程并行I/O接口电路 可编程并行 9279 —可编程键盘、显示控制器 可编程键盘、 可编程键盘
F 类型 代码1 代码2 数据
例如PID运算数据： 运算数据： 例如 运算数据
F003 PID数据 01 PID1 05 比例度 100.0% 数据
（三）工作原理
1、模拟信号（5路）输入调节器 经滤波 A/D转换 、模拟信号（ 路 转换 存入RAM中的输入寄存器 中的输入寄存器; 存入 中的输入寄存器 2、数字信号输入调节器 经滤波 存入 、 存入RAM中的输入 中的输入 寄存器; 寄存器 3、按EPROM中的程序 调用输入程序和运算程序 同 、 中的程序 调用输入程序和运算程序,同 时从RAM和EPROM中取数据 进行运算 中取数据,进行运算 时从 和 中取数据 进行运算; 4、若运算结果没有益出 D/A 输出 、 输出1~5v或4~20mA 或 信号; 信号 取上次计算结果并报警. 若运算结果有益处 取上次计算结果并报警
如果两种条件下， 相等， 如果两种条件下，流量 相等，即： M = M d 则： ∆ Pd = Td P t + c1 p + c 2 ⋅ ⋅ ∆P = d ⋅ ⋅ ∆P T Pd t + c1 p d + c 2
代入（ 算公式： 代入（ 2）式得气体质量流量计 算公式： Md = K Pd t + c1 p + c 2 ⋅ ∆ Pd = K ′ ∆ Pd = K ′ d ⋅ ⋅ ∆P Td t + c1 pd + c 2
最后输出可表示为： 最后输出可表示为： U (n ) = U 1 + ∆ U (n ) P1 而： U 1 = U (n − 1 )
当 P2 = ON 当 P2 = OFF
(2) 微分先行 微分先行PID运算规律 运算规律
PV ( H 2 )
TD S + 1 TD S +1 KD
UD +
第二节 KMM可编程调 节器
KMM可编程调节器 第二节 KMM可编程调节器
单回路控制仪表（ 系列主要包括如下品种： 单回路控制仪表（SSC) DIGITRONIK系列主要包括如下品种： 系列主要包括如下品种 KMM—可编程调节器； 可编程调节器； 可编程调节器 KMS—固定程序调节器； 固定程序调节器； 固定程序调节器 KMP—可编程运算器； 可编程运算器； 可编程运算器 STC —自整定调节器； 自整定调节器； 自整定调节器 KMR—记录仪； 记录仪； 记录仪 KMF—指示仪； 指示仪； 指示仪 KMH—手动操作器； 手动操作器； 手动操作器 KME—手动设定器； 手动设定器； 手动设定器 KMK—程序写入器； 程序写入器； 程序写入器
计算公式： ∴ 温度补偿模块 (T .COMP )计算公式： t + c1 × ∆p ∆Pd = d t + c1 即将实际测量到的差压 ，转换成设计温度下的 差压。 差压。 摄氏温度） − “0” − c1 = 273( 摄氏温度） 数据填写时， 数据填写时， 华氏温度） “ − 1” − c1 = 523 .4(华氏温度）
在输出处理数据表格中，填写内部信号名称， 在输出处理数据表格中，填写内部信号名称，即将该信 内部信号名称 号与输出端相连。 号与输出端相连。
（三） 运算处理功能
KMM可编程调节器有 种算法，用户可根据需要选 可编程调节器有45种算法 用户可根据需要选30 可编程调节器有 种算法， 种模块进行组合。一个模块有4个输入 一个输出. 个输入,一个输出 种模块进行组合。一个模块有 个输入 一个输出
表示． “ ”－－表示时间型数据，在表４－１中，用“T”表示． －－表示时间型数据，在表４ 表示
1、PID运算模块 、 运算模块
调节器有两个PID模块：PID1和PID2,都具有常规 模块： 都具有常规PID和 调节器有两个 模块 和 都具有常规 和 微分先行PID运算规律。 运算规律。 微分先行 运算规律