《自动控制仪表》PPT课件.ppt

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1、第五章,自动控制仪表,教学要求,1掌握基本控制规律的数学表示形式2掌握基本控制规律对过渡过程的影响3掌握气动、电动执行器的组成和特点4了解 DDZ-控制器的组成及特性 5 掌握工作流量特性和理想流量特性6掌握执行器的选型、气开气闭方式的选择7了解可编程控制器的编程方法8了解可编程控制器的组成、工作过程,重点与难点,重 点：基本控制规律对过渡过程的影 响。理想流量特性,执行器气开、气闭方式的选择.难 点：基本控制规律对过渡过程的影 响,直线流量特性分析,执行器气开、气闭方式的正确选择.,一、概述,1.气动控制仪表：0.020.1MPa的模拟气压信号，作为仪表间的标准联络信号。2.电动控制仪表：0

2、10mA（DC）电流信号作为电动型仪表的统一标准联络信号，420mA（DC）电流信号和15V（DC）电压信号确定为过程控制系统中电动型仪表统一标准的模拟信号。3.发展三个阶段：基地式，单元式，微处理式。,信号形式,电动仪表信号之间的传输方式是：进出控制室的传输信号采用电流信号。控制室内部各仪表间联络信号采用电压信号。电动仪表的供电方式有交流供电和直流集中供电两种形式。,基本控制规律及其对控制过程的影响,控制规律概述1.控制规律是指控制器的输出信号与输入偏差信号随时间变化的规律。2.正作用控制器：输入e与输出y的变化方向相同；3.反作用控制器：输入e与输出y变化方向相反。,控制规律概述,工程实际

3、中应用最广泛的控制规律为双位控制、比例（P）、积分（I）、微分（D）控制规律，简称PID控制规律，各种控制器的运算规律均由这些基本控制规律组合而成。,PID控制器的一般形式为：yf(e)几种常用控制规律的微分方程表达式可分别表示为：比例作用（P）比例积分作用（PI）比例微分作用（PD）比例积分微分作用（PID）,控制规律的表示形式,P,I,D控制规律对控制过程的影响,比例控制规律对控制过程的影响,当控制器只具有比例控制规律时，称此控制器为比例控制器。比例控制的输出与输入的关系为pKe K是一个重要的系数，它决定了比例控制作用的强弱。K越大，比例控制作用越强。K越小，比例控制作用越弱。比例作用最

4、大的特点：及时、迅速（控制器的输出与输入成正比，只要有偏差存在，控制器输出就会马上与偏差成比例地变化）比例度：输入变化相对值与输出变化相对值之比。,比例积分控制规律对系统控制质量的影响,积分作用是指控制器的输出与输入的积分成比例的作用。数学表达式为：只要存在偏差，积分控制器的输出就会不断地随时间积分而增大，只有当偏差为零时，控制器才会停止积分，保持在一定的输出值不变。积分作用的一个重要优点是能够消除余差。积分时间TI的物理意义积分时间是指在阶跃信号作用下，控制器积分作用的输出等于比例作用的输出所经历的时间。积分时间TI是一个常数，它可以用来表示积分速度的大小和积分作用的强弱。,理想微分控制器的

5、输出与输入信号的关系为：通常称微分控制为“超前控制”。比例微分输出的大小与偏差变化速度及微分时间成正比。微分作用的强弱用微分时间来衡量。微分时间TD对过渡过程的影响。微分时间越长，微分作用越强。比例微分：比例微分电路的作用是对输入电路的输出信号进行比例微分运算,比例微分控制规律对系统控制质量的影响,PID控制规律,PID控制规律是三种控制规律的线性组合。它吸取了比例控制的快速反应功能、积分控制的消除余差功能和微分控制的预测功能。,模拟式控制器,1：基本构成原理（1）（2）（3）PID控制器的组成原理,输入电路-偏差差动电平移电路。作用-产生与输入信号和给定信号差值成比例的偏差信号。（是对输入信

6、号和给定信号进行综合比较，获得偏差信号并进行放大，同时实现电平的移动，把以零伏为基准的输入电压转换成以10V参考电压为基准的输出电压信号）输入信号和给定信号均为15V直流电压信号。,PD电路,比例微分电路的作用是对输入电路的输出信号进行比例微分运算。PI电路 PI电路的作用是对PD电路的输出信号进行比例积分运算，然后输出以10V为基准的15V的电压信号至输出电路。,型控制器的输出电路是一个具有电平移动的电压电流转换器。它的输入和输出关系见控制器组成框图中输出电路部分，它的作用是将经过PID运算的以VB为基准的15VDC电压信号输出给负载，并转换成420mA的电流信号进行输出。手动操作电路在控制

7、系统投运过程中，一般总是先手动遥控，待工况正常后，再切向自动。这个过程中应该保证控制器的输出不变，这样才能保证执行器的位置在切换的过程中不发生突变，从而不会对生产过程产生扰动，这种对生产过程不产生扰动的切换被称为无扰动切换。软手操电路 硬手操电路,DDZ-型控制器,DDZ-型控制器,控制器输入信号指示电路和给定信号指示电路相同，指示电路输入以零伏为基准的15VDC，输出以VB为基准的15mADC电流信号，用0%-100%刻度的双针指示电流表显示。数字式控制器1.特点：（1）（2）（3）（4）（5)2.基本构成3.调节器。,可编程序控制器一、概述可编程序控制器是一种以微处理器为核心的新一代工业自

8、动化控制装置，简称PLC（可编程逻辑控制器）。PLC的基本功能 逻辑控制功能逻辑控制是PLC最基本的应用。它可以取代传统继电器控制装置，也可取代顺序控制和程序控制。逻辑控制功能实际上就是微处理功能。在PLC中一个逻辑位的状态可以无限次的使用，逻辑关系的变更和修改也十分的方便。,编程,闭环控制功能 PLC具有D/A、A/D转换、算术运算以及PID运算等功能，可以方便地完成对模拟量的处理。定时控制功能 PLC中有许多可供用户使用的定时器，定时器的设定值可以在编程时设定，也可在运行过程中根据需要进行修改，使用方便灵活。,编程,计数控制功能 这是PLC最基本的功能之一。PLC为用户提供了许多计数器，计

9、数器的设定值可以在编程时设定，也可在运行过程中根据需要进行修改，PLC据此可完成对某个工作过程的计数控制。数据处理功能 PLC可以实现算术运算、数据比较、数据传送、移位、数据转换、译码、编码等操作，有的还可实现对开方、PID运算、浮点运算等操作。除此之外，PLC还有步进控制功能、通讯联网功能、监控功能以及停电记录功能和故障诊断功能等,PLC的基本组成和工作过程,PLC的硬件组成 PLC采用典型的计算机结构，主要由中央处理器、存储器、输入/输出模块、功能模块、电源、编程器等几个部分组成，如图课本所示。PLC的软件系统 系统程序系统程序是PLC赖以工作的基础，采用汇编语言编写，固化在ROM型系统程

10、序存储器中，不需要用户干预。系统程序分为系统监控程序和解释程序。系统监控程序用于监视并控制PLC的工作，解释程序用于把用户的程序解释成微处理器能够执行的程序。,软件组成,用户程序又称为应用程序，是用户为完成某一特定的控制任务而利用PLC的编程语言编制的程序。用户程序通过编程器输入到PLC的用户程序存储器中。为便于程序修改，一般在用户程序编制和调试以及试运行阶段选用电池支持式型用户程序存储器好；而在程序定型后，宜选用EEPROM型用户程序存储器，这样既能对程序进行少量调整，又避免了更换电池，可长期使用。,PLC的选型和应用,PLC的选型和应用是工程设计中的重要一环。目前，适用于工程应用的PLC种类繁多，性能各异。在实际工程应用中，应根据什么进行系统的硬件设计、机型选择应注意的性能指标以及模块的选择等都是比较重要的问题。在实际设计时，应根据工艺的要求进行选型，同时也应该考虑到系统的经济性和先进性。,应用,1.PLC的选型 CPU的选择 输入输出模块和智能模块的选择 电源模块的选择。2.PLC控制系统设计的基本内容信号输入器件、输出执行器件以及显示器件进行选择。根据执行机构的动作设计控制系统主回路。进行PLC的选型,完成I/O分配，并绘制PLC的控制系统硬件原理图。进行程序设计和模拟调试。检查硬件设计是否完整、正确，软件是否满足工艺要求。,