数字式控制器.ppt
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1、控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置武汉工程大学电气信息学院武汉工程大学电气信息学院武汉工程大学电气信息学院武汉工程大学电气信息学院上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录武汉工程大学电气信息学院测控教研室过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置数字式控制器 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置武汉工程大学电气信息学院武汉工程大学电气信息学院武汉工程大学电气信息学院武汉工程大学电气信息学
2、院上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录武汉工程大学电气信息学院测控教研室过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置2.3.1.数字式控制器构成原理 数字式控制器由以微处理器(CPU)为核心构成的硬件电路硬件电路和由系统程序、用户程序构成的软件软件二大部分组成 2控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置武汉工程大学电气信息学院武汉工程大学电气信息学院武汉工程大学电气信息学院武汉工程大学电气信息学院上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录武汉工程大学电气信息学院测控教研室过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置2.3.1.1.数字式控制器的硬件电路 3控制仪表和计算机控制
3、装置控制仪表和计算机控制装置武汉工程大学电气信息学院武汉工程大学电气信息学院武汉工程大学电气信息学院武汉工程大学电气信息学院上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录武汉工程大学电气信息学院测控教研室过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置 主机电路 用于实现仪表数据运算处理,各用于实现仪表数据运算处理,各组成部分之间的管理组成部分之间的管理ROM存放系统程序。存放系统程序。EPROM存放用户程序存放用户程序.RAM存放输入数据、显示数据、运算的中间值和结果值。存放输入数据、显示数据、运算的中间值和结果值。CTC的定时功能用来确定控制器的采样周期,的定时功能用来确定控制器的采样周期,并产
4、生串行通信接口所需的时钟脉冲;并产生串行通信接口所需的时钟脉冲;计数功能主要用来对外部事件进行计数。计数功能主要用来对外部事件进行计数。4控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置武汉工程大学电气信息学院武汉工程大学电气信息学院武汉工程大学电气信息学院武汉工程大学电气信息学院上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录武汉工程大学电气信息学院测控教研室过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置 IO接口 I IO O接口是接口是CPUCPU同过程输入、输出通道等同过程输入、输出通道等进行数据交换的器件,进行数据交换的器件,它有并行接口和它有并行接口和串行接口两种。串行接口两种。并行接口
5、具有数据输入、输出双向传送和位并行接口具有数据输入、输出双向传送和位传送的功能,用来连接过程输入、输出通道,或传送的功能,用来连接过程输入、输出通道,或直接输入、输出开关量信号。直接输入、输出开关量信号。串行接口具有异步或同步传送串行数据的功能,串行接口具有异步或同步传送串行数据的功能,用来连接可接收或发送串行数据的外部设备用来连接可接收或发送串行数据的外部设备 5控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置武汉工程大学电气信息学院武汉工程大学电气信息学院武汉工程大学电气信息学院武汉工程大学电气信息学院上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录武汉工程大学电气信息学院测控教研室过
6、程控制仪表及装置过程控制仪表及装置 过程输入通道 模拟量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将多个模拟量输入信号分别转换为CPU所接受的数字量。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。样保持器。采样保持器具有暂时存储模拟输入信号的作用采样保持器具有暂时存储模拟输入信号的作用 AD转换器的作用是将模拟信号转换为相应的数字量。转换器的作用是将模拟信号转换为相应的数字量。利用利用DA转换器与电压比较器,按逐位比较原理来实现转换器与电压比较器,按逐位比较原理来实现模数转换的。模数转换的。6控制仪表和计算机控制装
7、置控制仪表和计算机控制装置武汉工程大学电气信息学院武汉工程大学电气信息学院武汉工程大学电气信息学院武汉工程大学电气信息学院上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录武汉工程大学电气信息学院测控教研室过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置 过程输入通道开关量输入通道开关量输入通道 开关量输入通道将多个开关输入信号转换成能被计算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。机识别的数字信号。开头量指的是在控制系统中电接点的通与断,或者逻开头量指的是在控制系统中电接点的通与断,或者逻辑电平为辑电平为“1”与与“0”这类两种状态的信号。这类两种状态的信号。开关量输入通道常采用
8、电耦合器件作为输入电路进行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。隔离传输。7控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置武汉工程大学电气信息学院武汉工程大学电气信息学院武汉工程大学电气信息学院武汉工程大学电气信息学院上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录武汉工程大学电气信息学院测控教研室过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置 过程输出通道 模拟量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依次将多个运算处理后的数字信号进行数模转换DA转换器起数模转换作用。转换器起数模转换作用。UI转换器将转换器将15V的模拟电压信号转换成的模拟电压信号转换
9、成420mA的的电流信号。电流信号。8控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置武汉工程大学电气信息学院武汉工程大学电气信息学院武汉工程大学电气信息学院武汉工程大学电气信息学院上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录武汉工程大学电气信息学院测控教研室过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置 过程输出通道开关量输出通道开关量输出通道 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。与释放,也可控制步进电机的运
10、转。采用光电耦合器件作为输出电路进行隔离传输采用光电耦合器件作为输出电路进行隔离传输 9控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置武汉工程大学电气信息学院武汉工程大学电气信息学院武汉工程大学电气信息学院武汉工程大学电气信息学院上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录武汉工程大学电气信息学院测控教研室过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置人机联系部件 正面板测量值和给定值显示器,输正面板测量值和给定值显示器,输出电流显示器,运行状态(自动出电流显示器,运行状态(自动串级手动)切换按钮、给定值增串级手动)切换按钮、给定值增减按钮和手动操作按钮等,还有减按钮和手动操作按钮等,还有一些
11、状态显示灯。侧面板有设置和一些状态显示灯。侧面板有设置和指示各种参数的键盘、显示器。指示各种参数的键盘、显示器。10控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置武汉工程大学电气信息学院武汉工程大学电气信息学院武汉工程大学电气信息学院武汉工程大学电气信息学院上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录武汉工程大学电气信息学院测控教研室过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置通信接口电路 通信接口将欲发送的数据转换成标准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,经发送电路送至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;同时通过接通信线路(数据通道)上;同时通过接收电
12、路接收来自通信线路的数字信号,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将其转换成能被计算机接受的数据。通信接口有并行和串行两种:通信接口有并行和串行两种:并行传送是以位并行、字节串行形式并行传送是以位并行、字节串行形式 串行传送为串行形式,即一次传送一位,连续传送串行传送为串行形式,即一次传送一位,连续传送 11控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置武汉工程大学电气信息学院武汉工程大学电气信息学院武汉工程大学电气信息学院武汉工程大学电气信息学院上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录武汉工程大学电气信息学院测控教研室过程控制仪表及装置过程控制仪表及
13、装置2.3.1.2.数字式控制器的软件 数字式控制器的软件分为系统程序和用户数字式控制器的软件分为系统程序和用户程序两大部分程序两大部分 系统程序系统程序:系统程序是控制器软件的主体部分,通常由监控系统程序是控制器软件的主体部分,通常由监控程序和功能模块两部分组成程序和功能模块两部分组成。12控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置武汉工程大学电气信息学院武汉工程大学电气信息学院武汉工程大学电气信息学院武汉工程大学电气信息学院上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录武汉工程大学电气信息学院测控教研室过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置 系统程序 监控程序使控制器各硬件电路能
14、正常工作监控程序使控制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并实现所规定的功能,同时完成各组成部分之间的管理。其主要完成的任务有:间的管理。其主要完成的任务有:系统初始化系统初始化 中断管理中断管理 自诊断处理自诊断处理 键处理键处理 定时处理定时处理 通信处理通信处理掉电处理掉电处理运行状态控制运行状态控制 13控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置武汉工程大学电气信息学院武汉工程大学电气信息学院武汉工程大学电气信息学院武汉工程大学电气信息学院上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录武汉工程大学电气信息学院测控教研室过程控制仪表及装置过程控制仪表
15、及装置系统程序功能模块提供了各种功能,用户可以选择所功能模块提供了各种功能,用户可以选择所需要的功能模块以构成用户程序,使控制器实现需要的功能模块以构成用户程序,使控制器实现用户所规定的功能。控制器提供的功能模块主要用户所规定的功能。控制器提供的功能模块主要有有数据传送数据传送 高值选择和低值选择高值选择和低值选择PID运算运算 上限幅和上限幅上限幅和上限幅 四则运算四则运算 折线逼近法函数运算折线逼近法函数运算 逻辑运算逻辑运算 一阶惯性滞后处理一阶惯性滞后处理 开平方运算开平方运算 纯滞后处理纯滞后处理 取绝对值运算取绝对值运算 移动平均值运算移动平均值运算 脉冲输入计数与积算脉冲输出脉冲
16、输入计数与积算脉冲输出 控制方式切换控制方式切换 14控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置武汉工程大学电气信息学院武汉工程大学电气信息学院武汉工程大学电气信息学院武汉工程大学电气信息学院上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录武汉工程大学电气信息学院测控教研室过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置用户程序 用户程序是用户根据控制系统要求,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,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,并将它们按一定的规则连接起来的结果,其作用是使控制器完成预定的控制与运其作用是使控制器完成预定的控制与
17、运算功能。使用者编制程序实际上是完成算功能。使用者编制程序实际上是完成功能模块的连接,也即组态工作功能模块的连接,也即组态工作。用户程序的编程通常采用面向过程用户程序的编程通常采用面向过程POL语言语言(Procedure-OrientedLanguage)。15控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置武汉工程大学电气信息学院武汉工程大学电气信息学院武汉工程大学电气信息学院武汉工程大学电气信息学院上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录武汉工程大学电气信息学院测控教研室过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置用户程序 控制器的编程工作是通过专用的编程器控制器的编程工作是通过专用
18、的编程器进行的,有进行的,有“在线在线”和和“离线离线”两种编两种编程方法程方法:第一种,编程器与控制器通过总线连接共用一个第一种,编程器与控制器通过总线连接共用一个CPU 第二种,编程器自带一个第二种,编程器自带一个CPU构成一台独立的仪表构成一台独立的仪表 16控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置武汉工程大学电气信息学院武汉工程大学电气信息学院武汉工程大学电气信息学院武汉工程大学电气信息学院上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录武汉工程大学电气信息学院测控教研室过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置 2.3.1.3.数字式控制器的特点 运算控制功能强运算控制功能强
19、通过软件实现所需功能通过软件实现所需功能带有自诊断功能带有自诊断功能带有数字通讯功能带有数字通讯功能具有和模拟控制器相同的外特性具有和模拟控制器相同的外特性保持常规模拟式控制器的操作方式保持常规模拟式控制器的操作方式 17控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置武汉工程大学电气信息学院武汉工程大学电气信息学院武汉工程大学电气信息学院武汉工程大学电气信息学院上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录武汉工程大学电气信息学院测控教研室过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置 2.3.2.SLPC可编程控制器 SLPC可编程控制器是一种有代表性可编程控制器是一种有代表性的、功能较为齐全
20、的可编程控制器,它的、功能较为齐全的可编程控制器,它具有基本具有基本PID、串级、选择、非线性、采、串级、选择、非线性、采样样PI、批量、批量PID等控制功能,并具有自整等控制功能,并具有自整定功能,可使定功能,可使PID参数实现最佳整定。用参数实现最佳整定。用户只需使用简单的编程语言,即可编制户只需使用简单的编程语言,即可编制各种控制与运算程序,使控制器具有规各种控制与运算程序,使控制器具有规定的控制运算功能。定的控制运算功能。18控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置武汉工程大学电气信息学院武汉工程大学电气信息学院武汉工程大学电气信息学院武汉工程大学电气信息学院上页上页下页下页目
21、目 录录上页上页下页下页目目 录录武汉工程大学电气信息学院测控教研室过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置SLPC可编程控制器 SLPC还具有通信功能,可与上位计还具有通信功能,可与上位计算机联系起来构成集散型控制系统;具算机联系起来构成集散型控制系统;具有可变型给定值平滑功能,能够改善给有可变型给定值平滑功能,能够改善给定值变更的响应特性;具有自诊断功能,定值变更的响应特性;具有自诊断功能,在输入输出信号、运算控制回路、备用在输入输出信号、运算控制回路、备用电池及通信出现异常情况时,进行故障电池及通信出现异常情况时,进行故障处理并进行故障显示处理并进行故障显示 19控制仪表和计算机控制装置控制
22、仪表和计算机控制装置武汉工程大学电气信息学院武汉工程大学电气信息学院武汉工程大学电气信息学院武汉工程大学电气信息学院上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录武汉工程大学电气信息学院测控教研室过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置 2.3.2.2.SLPC可编程控制器的硬件电路 20控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置武汉工程大学电气信息学院武汉工程大学电气信息学院武汉工程大学电气信息学院武汉工程大学电气信息学院上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录武汉工程大学电气信息学院测控教研室过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置 (1)主机电路 CPU采用采用8085A
23、HC,时钟频率为,时钟频率为10MHz。ROM分为系统分为系统ROM和用户和用户ROM 系统系统ROM采用两片采用两片27256型型EPROM,32KB,用于存放监控程序和各种功能模块;用户,用于存放监控程序和各种功能模块;用户ROM采用一片采用一片2716型型EPROM,用于存放用户程序。,用于存放用户程序。RAM采用两片采用两片PD4464C低功耗低功耗CMOS存储器,存储器,8KB。21控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置武汉工程大学电气信息学院武汉工程大学电气信息学院武汉工程大学电气信息学院武汉工程大学电气信息学院上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录武汉工程
24、大学电气信息学院测控教研室过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置 (2)过程输入通道 SLPC控制器共有控制器共有5个模拟量输入个模拟量输入通道,通道,AD转换器是利用转换器是利用PC648D型高速型高速12位位DA转换器和比较器,转换器和比较器,X1输入通道具有备用方式输入通道具有备用方式,正常工,正常工作时的信息途径之外,发生故障时,作时的信息途径之外,发生故障时,进行测量值指示进行测量值指示。22控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置武汉工程大学电气信息学院武汉工程大学电气信息学院武汉工程大学电气信息学院武汉工程大学电气信息学院上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录
25、武汉工程大学电气信息学院测控教研室过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置 (3)过程输出通道 SLPC控制器共有控制器共有3个模拟量输出通道,其个模拟量输出通道,其中一路中一路Y1为为420mADC电流输出,两路电流输出,两路Y2、Y3为为15VDC电压输出,相互间也不隔离电压输出,相互间也不隔离。23控制仪表和计算机控制装置控制仪表和计算机控制装置武汉工程大学电气信息学院武汉工程大学电气信息学院武汉工程大学电气信息学院武汉工程大学电气信息学院上页上页下页下页目目 录录上页上页下页下页目目 录录武汉工程大学电气信息学院测控教研室过程控制仪表及装置过程控制仪表及装置 过程输出通道24控制仪表和计算
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