数字调节器原理.ppt
第二部分：数字调节器与集散控制系统,郑辑光电信学院、自动控制研究所2023年10月21日星期六,综合自动化系统CIMS/CIPS,第五章：单回路数字调节器,基本教学要求 掌握单回路数字调节器SLPC的基本硬件组成、工作原理，系统软件设计思想，以及常用控制功能的编程、实现方法等。,单回路数字可编程调节器SLPC,SLPC正面板布置图,SLPC侧面板布置图,调节器、编程器的连接,编程器SPRG的内部结构,数字调节器的发展,日本横河公司（Yokogawa）DCS发展历史：,代 1975年，大规模CENTUM,32回路/站，可挂32站；1979年，中小规模YEWPACK,8回路/站，可挂8单元；1980年，YS-80*A 单回路调节仪表。代 1983年，New Model CENTUM,冗余、备用；1984年，YEWPACK MARK，彩显。1986年，YS-80*E型。代 1988年，CENTUM-XL，控制功能增强，控制站为双屏；1988年，XL中小型集散控制系统；1991年，YS-100液晶显示画面。代 1994年，CENTUM-CS；1997年，CS3000大规模系统；1997年，CENTUM CS1000,中小规模系统，通用PC机，WINDOW NT 4.0。1996年，现场总线仪表。,单回路数字调节器,单回路调节器：只有一路采取420mA直流电流信号输出，即原则上只能控制一个执行器。,特性：单回路控制器具有丰富和灵活可变的运算控制功能；即具有连续控制功能，也具有一定的顺序控制及处理批量生产过程的能力。具有通信功能，能与集中监视操作站及上位计算机交互信息，构成集散控制系统。具有自诊断功能，有助于系统维护。,一、SLPC硬件组成及通信模式,输入AI电路：,数字调节器的硬件组成,输出AO电路：,数字调节器的硬件组成,“看门狗”电路：,数字调节器的硬件组成,模数转换电路：,数字调节器的DCS通信模式,YS80(SLPC)/100采用20mA电流环通信原理图通信接口电路：,通 信 编 码,异步、串行、半双工通信：LCS发送、SLPC接收,SLPC通信处理（不作要求）,异步、串行、电流环通信方式。通信周期480ms，波特率15.625kb/s，每个周期由上位机通信卡LCS发起通信，属于1对1、主从式通信，与控制周期无关独立进行。通信内容：见下页。,通信数据内容,SLPC与上位机的通信,其它数据传输方式,RS232 不平衡式数据传输：,其它数据传输方式,RS485 平衡式数据传输：,数字调节器的RS485通信模式,YS100采用RS485构成的多机通信原理图：,二、SLPC管理程序及工作时序,SLPC定周期工作时间图,图4-14,SLPC的过程控制运算,输入处理(AI)、控制运算(PID)、输出处理(AO),输入通道自检及相关处理,输入通道自检、数据规范化处理、抗温度漂移：,过程报警与系统报警,三、控制功能实现及用户程序编制,SLPC 常用寄存器,SLPC寄存器结构及信息流程,SLPC的用户程序编制,程序编制举例：,SLPC的用户程序编制,1.基本运算模块：+，-，等等。2.带编号的运算模块：LAGn,DEDn,等。为何要带编号？3.控制模块：BSC,SSC,CSC,SLPC的指令表（1）,SLPC的指令表（2）,SLPC的用户程序编制,一阶惯性环节运算模块：LAG18,SLPC的用户程序编制,纯滞后环节运算模块：DED13,SLPC的用户程序编制,十段折线函数：FX1、FX2任意折线函数 FX3、FX4,控制模块及其编程,SLPC内的控制模块有三种功能结构，可用来组成不同类型的控制回路：,基本控制模块BSC，内含1个调节单元CNT1，相当于模拟仪表中的l台PID调节器，可用来组成各种单回路调节系统。串级控制模块CSC，内含2个互相串联的调节单元CNTl、CNT2，可组成串级调节系统。选择控制模块SSC，内含2个并联的调节单元CNTl、CNT2和1个单刀三掷切换开关CNT3，可组成选择控制系统。,控制模块及其编程,以下三种控制模块在使用时，每台SLPC只能选用其中的1种，而且在编程时只能使用一次。,控制模块及其编程,基本控制模块BSC的功能框图,扩展功能寄存器的应用,模块BSC的回路连接,SLPC控制回路连接及控制策略,设定值滤波器,SVF的运算式：,其中：,三、SLPC的用户程序编制,采用面向问题的POL语言：预先按照一般控制、运算要求编制好各种标准功能程序模块，由用户根据特定控制应用要求从中选取，并通过编程用户程序进行模块连接，组成完整的控制系统，完成“组态”任务。,SLPC编程举例,例一：SLPC编程实现最基本的PID控制算法,SLPC编程举例,例二：SLPC编程实现一阶惯性加纯滞后对象模型,SLPC编程举例,例三：反应罐温度控制系统变增益控制,增益自适应控制,为保持同样的增益欲度（相对稳定性），对象的静态增益增大，控制器中的比例增益需要相应降低。,反应罐温度控制系统变增益控制,SLPC编程举例,带批量开关的PID控制算法,PID-BSW(CNT1=3)控制应用于批量控制：开关控制与连续控制相结合。,采样PI控制,PI-HLD(CNT1=2)控制器：类似手动控制；适用于大纯滞后对象，或对超调要求严格的场合。,Smith补偿控制算法,Smith补偿控制器的预测控制器结构,Smith补偿控制算法,标准Smith补偿控制器的数字调节器实现,Smith补偿控制算法,Smith补偿算法的编程实现,1.LD Y1 8.LD P1 2.LD Y1 9.*3.LD P2 10.ST A2 4.DED 1 11.LD X1 5.-12.BSC 6.LD P3 13.ST Y1 7.LAG 1 14.END其中，P1、P2、P3分别存放K、L、T。,对象仿真程序,1.LD Y1 5.LAG 2 2.LD P04 6.LD P05 3.*7.DED 2 4.LD P06 8.ST Y2 其中，P4、P5、P6分别存放K0、L0、T0，同时检查接线：输出Y1要短路；Y2输出要反馈给输入X1。另外，当P4、P5、P6与P1、P2、P3不同时，可做Smith补偿算法的鲁棒性分析。,MODE方式字设置,程序输入方法,用对象的仿真模型进行调试,编程步骤,编程步骤,编程步骤,SLPC*A 数字调节器,SLPC*E 数字调节器,YS100系列调节器,YS170数字调节器,第五章：思考题,教材：P.1162-10；2-11。,
