可编程调节器.ppt

第四章 可编程调节器,第一节 概述 可编程调节器的特点 基本构成,可编程调节器,第二节 KMM可编程调节器 组成 功能 编程方法和仪表投入 应用举例,第一节 概述,可编程调节器的特点,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。,基本构成,硬件系统,多路开关,采样保持,输入缓冲,模拟量输入,开关量输入,A/D,输入接口,微处理器,输出接口,存储器,键盘显示接口,D/A,多路开关,输出保持,V/I,输出缓冲,键盘,显示器,通信接口,发送接收,模拟量输出,开关量输出,通信,主机电路,模拟量输入输出通道,开关量输入输出通道,人机联系部件,通信部件,系统程序,软件系统,是调节器的主体部分，包括基本程序、输入处理程序、运算式程序和输出处理程序。基本程序通常由监控程序和中断处理程序组成：,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。输出处理程序规定模拟输出信号和数字输出信号从哪个模块引接过来。运算式程序包括：算术运算、逻辑运算、PID运算、高、低值选择、高、低值监视、超前/滞后等45种子程序。用户最多可选择30种运算模块进行组合。,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。,PID控制算式,可编程调节器的 PID 算式是对模拟控制器的算式（参见第一章）进行离散化得到的。,积分项可表示为,e(t)d t=TS e(i),t,0,n,i=0,微分项可表示为,d e(t)e(n)-e(n-1),d t,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,e(i)+,+y,TI,n,i=0,TD,TS,e(n)-e(n-1),式中y(n)为第n次采样输出值，y为输出初值。,=,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)+,Ki=Kp,Kd e(n)-2e(n-1)+e(n-2),TS,TI,式中：,，调节器的积分系数,Kd=Kp,，调节器的微分系数,TD,TS,另有速度型算式：v(n)=y(n)/TS,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。,PID算式的改进,不完全微分型,y(n)=Kp e(n)+,TS,e(i)+,TI,n,i=0,TD,T*,e(n)-e(n-1),+yD(n-1),T*=TS+,TD,KD,式中：,，=,TD/KD,TS+TD/KD,不完全微分型算式较复杂，但其控制品质优于完全微分型。,微分先行PID,积分分离PID,第二节 KMM可编程调节器,组成,硬件部分,输入输出接口：I/O 接口包括可编程并行接口电路8255和可编程键盘显示控制器8279。8255的三组I/O端口分别作为D/A的输入口数字信号的输入、输出口，8279用于数据设定器的数据修改和LED数码管的显示。,软件部分,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：,F,类型,代码1,代码2,数据,例如PID运算数据：,F003,01,05,100.0%,PID数据,PID1,比例度,数据,工作原理1、模拟信号（5路）输入调节器经滤波A/D转换存入RAM中的输入寄存器;2、数字信号输入调节器经滤波存入RAM中的输入寄存器;3、按EPROM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;4、若运算结果没有溢出D/A输出15v或420mA信号;若运算结果有溢出取上次计算结果并报警.,功能,输入处理功能,图中的开关若打在“0”，表示不进行该项处理。,TBL1,TCOMP,PCOMP,SQRT,DIGFILT,TBL2,TBL3,1,0,0,1,0,1,0,2,1,3,AIR,AI,作用：对输入信号进行非线性校正。,1、折线处理（TBL),传感器到A/D 转换之间的任何一个环节都存在非线性的问题，使得A/D转换值n与被测量x不成线性关系，如果不解决这种非线性问题，将会严重影响智能仪表的测量精度。测量值只与校正点的测量数据有关，而与包括传感器在内的模拟输入通道的各环节的非线性并无直接关系。因此，只要仪表的重复性或稳定性较好，即在不同时刻测量同一被测量X时，得到的A/D转换值N始终或基本保持不变，不论非线性是由于传感器还是因为模拟输入通道的其它环节引起的，都可以达到非线性校正的目的，从而保证仪表的测量精度。理论上讲，分的段数越多，仪表的测量精度就越高，但相应地，占用仪表的内存也越多，测量速度也会有少许影响，校准时也会稍微复杂。,用户可定义折线表中的10个折点坐标。根据用户需要定义折线表中折点的坐标值(xi，yi)，然后填入相应的数据表。,作用：用于气体或蒸汽流量信号的温度补偿,2、温度补偿(T COMP),3、压力补偿（P COMP),编程时，将有关数值填入输入处理数据表中。,用于气体或蒸气流量信号压力补偿：,4、开平方：用于对节流装置的流量信号进行开平方处理。它具有小信号切除功能，编程时将切除值填入然后填入数据表中，切除范围可在输入量程的0.0 100.0%任意选定。,5、数字滤波：用来消除输入信号中的随机干扰,为一阶滞后环节：,输出=,1,TS+1,输入,式中T 为滤波时间常数，范围：0.0 999.9。编程时将T 值填入数据表中。,输出处理功能,有模拟输出信号(AO13)，AO1有15V电压和420mA电流两种输出，AO2/AO3均输出15V电压信号。数字输出信号(DO13)。哪些信号送到输出端，在输出处理数据表中规定。,运算处理功能,名称,n,P1,P2,Un,H1,H2,四个输入端：H1、H2、P1、P2；一个输出端：U1；模块序号：n 运算关系：,Un=f(H1、H2、P1、P2),PID 运算模块,PID,P1,P2,U,H1,H2,当 P2=ON时，U(n)=P1+U(n),此时微分不起作用，P1为P1端输入电压信号，U(n)为第n次采样偏差的PI运算增量值。,当 P2=OFF时，U(n)=U(n-1)+U(n),U(n-1)为前一次采样输出值；U(n)为第n次采样偏差的常规PID运算增量值。,手动操作模块MAN,MAN,U,H1,H2,输出增/减,+,MV,M,A/C,方式切换,跟踪切换,A/C输入,跟踪输入,手动方式(A)时，U=先前值+MV。,自动方式(A)时，U=H1,U接AO1,跟踪方式(F)时，U=H2,说明1、在一台KMM中，必须有且只能有一个“MAN”模块；2、输出U必须“连”到KMM的AO1端子。不过输出U与AO1端子之间可以插入开关型的运算模块。3、MAN模块可以通过正面板按钮进行手动操作输出。,运行方式切换模块MOD,MOD,H1,H2,H1,H2,P1,P2,ON,OFF,ON,OFF,ON,OFF,ON,OFF,M,A,C,A,F,A,M,P1,P2,当H1=ON时，调节器处于跟踪方式(F)；当H1=OFF时，调节器恢复跟踪前的方式；当H2=ON时，调节器为手动方式(M)；当P1=ON时，调节器为自动方式(A)；当P2=ON时，调节器为串级方式(C)；,说明：使用MOD模块后，调节器面板上的控制方式切换按钮被断开而不起作用，如果用户需要，可以将面板上的M/A/C按钮和MOD模块的H2，P1，P2端子分别连接。,控制变量更换模块PMD,PMD,H1,P1,三个输入端：H1、P1和EXT.NO输出无意义。,当 P1=ON时，可改变PID变量；当P1=OFF时，不能改变PID变量。,EXT.NO,百分数型变量由H1直接确定；,时间型变量由TI、TD 等于0.2048 H1(min)。,更改什么变量由EXT.NO指定，见教材表4-3。,超前/滞后模块L/L,L/L,P1,P2,H1,U,U(S)=,1+P1S,1+P1S,H1(S),P1 超前时间；P2 滞后时间。,该模块对P1、P2有限制：当P2小于采样周期TS时，自动限制P2=TS；当P1大于16 P2时，自动限制P1=16 P2。,高、低值监视模块HMS和LMS,HMS的模块符号和算式如下：,HMS,H1,P2,H2,U,当 H1 H2时，U=ON；当 H1(H2 P2)时，U=OFF。式中 P2 为滞后宽度。,LMS的模块符号和算式如下：,LMS,H1,P2,H2,U,当 H1 H2时，U=ON；当 H1(H2+P2)时，U=OFF。式中 P2 为滞后宽度。,折线模块TBL13、TBR13,又称折线表，模块符号和算式如下：,TBL,H1,U,x、y均须大于0，且xn xn-1。当 H1 x1时，U=y1；当 H1 x10时，U=y10。,TBR,H1,U,TBR是TBL的逆折线表，从y求x，要求 xn xn-1，yn yn-1。当 H1 y1时，U=x1；当 H1 y10时，U=x10。,控制类型分为0、1、2和3型四种(见图4-2023)。编程时，将所选类型填入基本数据表中。,控制类型及无扰动切换,0型调节器只用一个PID运算模块,且按内给定值(LSP)进行控制，无外给定输入端(RSP)。,1型调节器只用一个PID运算模块，但具有内外给定切换开关，可按内或外给定值进行控制。,2型调节器使用两个PID运算模块，PID1用内给定LSP1,PID2用RSP2,PID1的输出作为RSP2值。,3型调节器也使用两个PID运算模块,与2型不同，PID2具有内外给定切换开关,开关置“A”时,PID2按内给定控制，置“C”时两PID组成串级控制。,运行方式分为正常运行方式和异常运行方式。,运行方式,正常运行方式：手动（MAN）方式；自动（AUTO）方式；串级（CAS）方式；跟踪（FOLLOW）方式；,异常运行方式：联锁手动（IM）方式。当调节器出现A组诊断异常时进入本运行方式,操作功能与手动方式相同。后备（S）方式。当调节器检出B组诊断异常时进入本运行方式，输出由后备手操器控制。,执行自诊断程序时，若检出异常则显示故障代码，并自动切换到“IM”或“S”运行方式。,自诊断功能,A组是指在输入异常、运算溢出或过载的故障。B组是指在ROM、RAM异常、采样时间、A/D转换异常或输出反馈异常的故障。,自诊断有两种类型：A组和B组,通信功能,具有与上位机通信的能力，有三种通信类型：,类型0：不通信；类型1：通过S-与局部操作站等进行通信；类型2：与上位机通信，完成SPC和DDC控制。,编程方式和仪表投入,设计控制系统先确定方案和控制流程，然后按功能要求绘制组态图，填写控制数据表。设计过程如下：,按控制方案画出控制流程图,确定对可编程调节器的要求,绘制组态图,填写控制数据表,用编程器制作用户EPROM,EPROM装入装入仪表,调试投运,编程实例,一天然气压力控制系统，要求对罐内压力进行单变量定值控制,并检测天然气流量(需温压补偿)。输出AO1控制阀门，AO2送上位机的PIU。,I/P,PIC,F,T,AIR1,AIR2,AIR3,AO1,AO2,PIU,P,天然气储罐,压力控制系统流程图,组态 按流程图和控制要求绘出组态图：,控制要求：当调节器的给定值SP和测量值PV之偏差超过给定的监视值(15%)时,调节器自动切换至手动(M)方式，当偏差恢复正常后，切入自动(A)方式。,切换说明：根据系统要求，超偏差时调节器应能自动切换至手动，即与面板手操方式构成“或”的关系；偏差恢复正常才切入自动，即不超差状态和面板自动方式应构成“与”的关系。故不能单独由M、A按钮决定调节器工作方式。现用“MOD”方式切换模块,或门的输出接MOD模块H2端,与门的输出接MOD模块P1端,P2端接OFF。,填写控制数据表,基本数据表：用于规定调节器的采样周期、编号和控制类型等。,输入处理数据表：规定折线处理、温度补偿、压力补偿、开方处理和数字滤波等项的有关数据。,PID数据表：规定 PID 操作类型以及比例度、积分时间和微分时间等控制变量。,折线数据表：规定折线表中折点的坐标值。,可变变量表：有百分型和时间型可变变量。,数据处理数据表：规定模拟输出信号和数字输出信号从何模块引来。,运算模块数据表：规定模块类型及模块间连接。,制作用户EPROM,根据数据表中所填写的代码和数据用程序装入器进行编程，按表格次序逐项输入，亦可方便地修改，编程完毕即可进行写入EPROM操作。,整机校验和仪表投入,将EPROM插入KMM相应插座，按仪表背面端子正确接线，提供电源和标准信号，对调节器的模拟输入、输出，PV、SP表头等进行校核。KMM接入系统，上电后总是先进入联锁手动运行方式，按下复位按钮“R”，解除联锁，调节器转入手动方式，然后再切至所需工作状态。,KMM,SAMA图是美国科学仪器制造协会所采用的绘制图例，它易于理解，能清楚地表示系统功能，在自动控制系统中大量应用。,用SAMA图例表达回路方框图时，常将一些符号画在一起，这表示一个具体的仪表(或组件)具有哪些功能,流量变送器 液位变送器 压力变送器 温度变送器 位置反馈,开方 乘法 除法 偏量 偏差 加法,比例 积分 微分 时间函数 函数 均值,手动切换操作 手动增减操作 手动设置操作,手动/自动切换 切换 跟踪 大选 小选 高限,高报 低报 限速 限幅 模数转换 低限,气压电流 电流气压 电压电流 电流电压 数模转换,热电阻电压 热电偶电压 信号来源,电动执行机构 液动执行机构 气动执行机构,执行机构 直行程阀 角行程阀,求测量和给定信号的偏差,例1.调节组件,对偏差值进行比例积分运算,手、自动切换功能,输出限幅,例3.典型的控制回路,例3.典型的控制回路,差压变送器,气动调节阀,调节器,显示操作器,