过程控制系统与仪表 教学课件 作者 王再英 第3章下.ppt

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1、3.3数字式PID控制器随着生产规模的发展和控制要求的提高，模拟仪表的局限性越来越明显：（1）功能单一，灵活性差（2）信息分散，需大量仪表，监视操作不便（3）接线过多，系统维护困难随着大规模集成电路和计算机技术的发展，测控仪表也迅速推出各种以微处理器为核心的数字式仪表。数字仪表的优点（1）功能丰富，更改灵活，体积小、功耗低（2）具有自诊断功能（3）具有数据通信功能，可以组成测控网络数字仪表集中了自动控制、计算机及通信技术（3C，ControlComputerCommunication）。可编程单回路调节器是数字控制仪表的典型代表，如西安仪表厂的YS-

2、80YS-100，川仪18厂及上海调节器厂的DIGITRONIK系列等。YS80单回路调节器YS100单回路调节器HTBJ-211单回路智能调节器3.3.1SLPC单回路可编程序控制器的电路原理SLPC(SingleLoopProgrammableController)单回路控制器是西安仪表厂生产的YS-80系列的基型品种。特点为：可接受5路模拟量、6路开关量输入/输出、2路1~5VDC输出，但只有1路4～20mADC输出，只能控制一个执行器，这是称为单回路仪表的原因。能取代多台单元仪表，实现复杂的控制运算。外形、操作与模拟仪表相同，可与模拟仪表混

3、用。具有通信及故障诊断功能。2.6.1SLPC型可编程序控制器的电路原理模拟量输入X1～X5接受1～5VDC信号6个开关量DI/DO可编程接口，通过高频变压器隔离Y1输出4～20mADCY2、Y3输出1～5VDC，与控制室其它仪表联络用故障报警输出8251可编程通信接口，可与上位机作双向串行通信，速率为15.625Kbit/s高速8位微处理器8085A，10MHz，可使仪表在0.2s的控制周期内最多运行240步用户程序,可根据需要，将控制周期加快到0.1s。系统ROM：1片27256EPROM，32K，存放系统管理程序及运算子程序。用户ROM：1片2

4、716EPROM，2K，存放用户程序。RAM：2片μPD4464，低功耗CMOS存贮器，8K，存放现场设定数据及中间计算结果。仪表正面板：测量值、设定值、操作值显示；自动/手动/串级切换开关；数据设定按钮仪表侧面板：8位16段笔画显示器，显示各种运行参数；可通过键盘上16个调整健进行修改；并有编程器接口。当S2接通时N1通电—贮能当S2断开时N1的贮能通过N2加到VT1的基极VT1导通接通外部继电器、指示灯等。①作开关输出接口用VT1的“通”、“断”来对外输出“0”、“1”输出数据“1”时，S2作占空比50%的通断切换可编程DI/DO接口

5、原理作输出端口使用时，S1断开②作开关输入接口DI=0（输入开路）DATA=1S1接通DI=1（输入短路）VN1=0D=1CP=1时S2以较小的占空比作通断切换VN3=0VN3高阻VN1高阻D=0DATA=0A/D、D/A转换原理同时，D/A芯片在CPU的支持下，用逐位比较法，实现A/D转换。从最高位100000000000开始，CPU逐位输出D/A转换OP放大1片μPC648D型12位高速D/A芯片，将CPU的运算结果转换为模拟电压，供给输出。逐位比较法原理图CMP比较CPU决定取舍3.3.2SLPC的数字控制算法连续PID调节规

6、律的表达式为e（t）=VS－VP数字调节器的特点是采样一次、计算一次。必须把连续方程用离散方程表示。第n次采样时：如果调节器的输出是控制阀门的话，yn是对应的阀门开度位置，故上式称为“位置型PID”算式。此式计算时，需要占用大量内存空间。可改写为增量型PID算式：如果将上次的输出值yn-1保持住，则只需计算出本次与上次输出之间的增量Δyn即可yn=yn-1+Δyn优点：输出Δyn仅决定于最近三次的采样值，所需内存不大，运算比较简单。每次输出增量值，误动作的影响小，必要时可通过逻辑判断禁止或限制本次输出，容易得到良好的调节效果。一旦调节器出现故障，停止

7、输出，阀位能保持在故障前的状态。为避免理想微分对高频干扰过于敏感，还可将理想微分改为实际微分。写成差分方程有：实际微分传函：将此式代替理想PID中的微分部分，即得实用的PID运算式。为了改善操作性能和控制品质，常对基本的PID运算进行修改，以适应不同工况。3.3.2.1微分先行的PID算法（PI-D）有些工艺生产中，经常改变给定值。而用基本PID控制的话，当给定值突变时，微分作用会使调节器输出产生剧烈的跳动，称微分冲击，影响工况的稳定。PI-D算式：为了改善这种操作特性，可对给定值不进行微分运算，称为微分先行的PID算法。这种算法与基本PID算法的差

8、别如下：可将图（b）等效变换为图（c）。比较图（a）与图（c），可见PI-D算法，相当于在PID的给定值通道