《過程控制基礎(chǔ)》第八講 控制器基礎(chǔ)

1、控制器基礎(chǔ)2022/9/2222控制器的地位及作用 1.1 常用控制規(guī)律 1.2 先進(jìn)控制策略2. 模擬量控制器 2.1 模擬量控制器分類 2.2 DDZ-III型控制器 2.3 舉例3. 數(shù)字量控制器 3.1 組成 3.2 分類 3.3 原理 3.4 PLC可編程控制器本講內(nèi)容2022/9/22331.控制器的地位及作用控制器執(zhí)行器被控對象變送器單回路控制系統(tǒng)方框圖控制系統(tǒng)心臟控制器在自動(dòng)化控制系統(tǒng)中起控制作用。它將來自變送器的測量信號與給定值相減以得到偏差信號，然后對偏差信號按一定的控制規(guī) 律進(jìn)行運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果為控制信號，輸出至執(zhí)行器。習(xí)慣上，單元組合儀表和單個(gè)儀表形式的控制器常稱調(diào)節(jié)器，

2、分為模擬量控制器(電氣式)與數(shù)字量控制器（電子式）。2022/9/2241.1 常用P、I、D控制規(guī)律（回顧） 比例控制規(guī)律（P）：能較快地克服擾動(dòng)的影響，使系統(tǒng)穩(wěn)定下來，但有余差；比例積分控制規(guī)律（PI）：應(yīng)用最廣泛； 比例積分控制規(guī)律（PI）：調(diào)節(jié)通道滯后較小，余差要求苛刻，但系統(tǒng)穩(wěn)定性降低；比例微分控制規(guī)律（PD）：對改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)，有顯著的效果。不適用于純滯后較大，測量信號有噪聲或周期性擾動(dòng)的系統(tǒng)； 比例積分微分控制規(guī)律（PID）：是一種理想的控制規(guī)律，但參數(shù)整定困難。2022/9/2251.2 先進(jìn)過程控制策略 目前配置在過程控制計(jì)算機(jī)中的先進(jìn)控制策略及相應(yīng)軟件主要有：多變量

3、預(yù)測控制自適應(yīng)控制（包括自適應(yīng)PID控制）模糊控制及故障診斷神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)等。采用先進(jìn)控制可以克服由于系統(tǒng)本身的時(shí)變性、非線性和外擾的隨機(jī)性等帶來的問題。 2022/9/2262.模擬量控制器2.1 基本構(gòu)成比較環(huán)節(jié)將測量值與設(shè)定值進(jìn)行比較（電流、電壓、氣壓相減），產(chǎn)生偏差信號。放大器將偏差信號、反饋信號、載波信號疊加后進(jìn)行放大。反饋環(huán)節(jié)將輸出信號通過一定的運(yùn)算關(guān)系反饋到放大器的輸入端，以實(shí)現(xiàn)比例、積分、微分等控制規(guī)律。給定信號比較環(huán)節(jié)測量信號偏差放大器輸出信號反饋環(huán)節(jié)-2022/9/2272.2 DDZ電動(dòng)控制2.2.1 儀表的特點(diǎn)采用國際電工委員會(huì)（IEC）推薦的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號：420mA DC

4、 或 15V DC，信號電流與電壓的轉(zhuǎn)換電阻為250。高度集成化，可靠性高，維修量少。全系統(tǒng)統(tǒng)一采用24V DC電源供電，單元儀表無須單獨(dú)設(shè)置電源。功能齊全，結(jié)構(gòu)合理。具有本安（本質(zhì)安全）性能。2022/9/2282.2.2 基本功能控制功能自動(dòng)控制：針對偏差，按PID規(guī)律自動(dòng)調(diào)整輸出。手動(dòng)控制：由人工直接設(shè)定輸出值遙控執(zhí)行器。軟手動(dòng)：輸出隨時(shí)間按一定的速度增加或減小。硬手動(dòng)：瞬間直接改變輸出值。顯示功能輸入顯示、設(shè)定值顯示、手動(dòng)給定顯示、輸出顯示、（輸出）限位報(bào)警。調(diào)整功能給定輸入調(diào)整：控制參數(shù)整定：2022/9/2292.2.3 結(jié)構(gòu)原理輸入電路 PD電路 PI 電路輸出電路軟手動(dòng)電路硬手

5、動(dòng)電路顯示電路內(nèi)給定 電路給定顯示外給定值測量信號輸出信號2022/9/22102.2.4. 外形結(jié)構(gòu)儀表整體為長方體，伸入控制箱（盤）內(nèi)部PID參數(shù)設(shè)定位于儀表內(nèi)部，拉開整個(gè)儀表，可用螺絲刀調(diào)整變阻器。爐溫控制2022/9/22112.3 舉例例12022/9/2212例22022/9/2213例32022/9/2214例42022/9/2215例52022/9/22162022/9/2217 3.數(shù)字式控制器 數(shù)字式控制器具有豐富的運(yùn)算控制功能和數(shù)字通訊功能、靈活而方便的操作手段、形象而直觀的數(shù)字或圖形顯示、高度的安全可靠性 ，實(shí)現(xiàn)了儀表和計(jì)算機(jī)的一體化，比模擬控制器能更方便有效地控制和管

6、理生產(chǎn)過程，因而在工業(yè)生產(chǎn)過程自動(dòng)控制系統(tǒng)中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。2022/9/22183.1 數(shù)字量控制器的分類單回路數(shù)字控制器為適應(yīng)DDZ系列單元模式（功能、外形）而設(shè)計(jì)的簡易計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。PLC控制器具有大量I/O接口的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，通常使用專門的編程語言。商用計(jì)算機(jī)基于高性能商用CPU的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，可使用多種高級語言，具有普通家用計(jì)算機(jī)的全部功能。2022/9/22193.2 數(shù)字式控制器構(gòu)成原理模擬控制器只是由硬件（模擬元器件）構(gòu)成，它的功能也完全是由硬件構(gòu)成形式所決定，因此控制功能比較單一；而數(shù)字控制器由以處理器（CPU）為核心構(gòu)成的硬件電路和由系統(tǒng)程序、用戶程序構(gòu)成的軟件兩

7、大部分組成，其主要是由軟件所決定，因此可以實(shí)現(xiàn)各種不同的控制功能。 數(shù)字式控制器的硬件電路由主機(jī)電路、過程輸入通道、過程輸出通道、人機(jī)接口電路以及通信接口電路等部分組成，其構(gòu)成框圖如下頁圖所示。 3.3 數(shù)字式控制器的特點(diǎn) （1）運(yùn)算控制功能強(qiáng)； （2）通過軟件實(shí)現(xiàn)所需功能； （3）帶有自診斷功能； （4）帶有數(shù)字通訊功能； （5）具有和模擬控制器相同的外特性； （6）保持常規(guī)模擬式控制器的操作方式。 2022/9/2220數(shù)字式控制器的硬件電路2022/9/22213.4 可編程邏輯控制器（PLC） 可編程邏輯控制器（programmable logic controller：PLC）是一種

8、數(shù)字式的電子裝置，早期專用于順序邏輯和程序控制。使用可編程序的存儲器來存儲指令，實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算、順序控制、計(jì)數(shù)、計(jì)時(shí)和算術(shù)運(yùn)算等功能，用來對各種機(jī)械或生產(chǎn)過程進(jìn)行控制。 2022/9/22223.4.1 PLC特點(diǎn)高可靠性和較強(qiáng)的適應(yīng)惡劣環(huán)境的能力；結(jié)構(gòu)緊湊；速度快；功能強(qiáng)；靈活通用；編程容易；維護(hù)方便。2022/9/22233.4.2 SLPC可編程調(diào)節(jié)器 SLPC可編程調(diào)節(jié)器是一種代表性、功能較為完全的小型可編程調(diào)節(jié)器， 它具有基本PID、串級、選擇、非線性、采樣PI、批量PID等控制功能 ， 并具有自整定功能，可使PID參數(shù)實(shí)現(xiàn)最佳整定。 用戶只需使用簡單 的編程語言，即可編制各種控制與運(yùn)

9、算程序，使調(diào)節(jié)器具有規(guī)定的控制 運(yùn)算功能。 3.4.3 SLPC可編程調(diào)節(jié)器的硬件電路SLPC可編程調(diào)節(jié)器的硬件電路原理圖如下頁圖所示，包括以下部分 （1）主機(jī)電路； （2）過程輸入通道； （3）過程輸出通道； （4）開關(guān)量輸入輸出通道； （5）人/機(jī)聯(lián)系部件；（6）通訊接口電路。2022/9/2224 2022/9/22252022/9/2226SLPC可編程調(diào)節(jié)器的硬件電路原理圖2022/9/22273.4.4 SLPC可編程調(diào)節(jié)器的軟件部分 SLPC可編程調(diào)節(jié)器的軟件由系統(tǒng)程序和功能模塊兩部分構(gòu)成，系統(tǒng) 程序用于保證整個(gè)調(diào)節(jié)器正常運(yùn)行，這部分用戶是不能調(diào)用的。 SLPC可 編程調(diào)節(jié)器的功能模塊是以指令形式提供的。 SLPC可編程調(diào)節(jié)器指令有以下4種類型：信號讀取指令LD、信號存 儲指令ST、程序結(jié)束指令END