过程控制第3章下讲述.ppt

3.3 数字式PID控制器 随着生产规模的发展和控制要求的提高，模拟仪表的局限性越来越明显： （1）功能单一，灵活性差 （2）信息分散，需大量仪表，监视操作不便 （3）接线过多，系统维护困难 随着大规模集成电路和计算机技术的发展，测控仪表也迅速推出各种以微处理器为核心的数字式仪表。 数字仪表的优点 （1）功能丰富，更改灵活，体积小、功耗低 （2）具有自诊断功能 （3）具有数据通信功能，可以组成测控网络 数字仪表集中了自动控制、计算机及通信技术（3C，Control Computer Communication）。 可编程单回路调节器是数字控制仪表的典型代表，如西安仪表厂的YS-80\YS-100，川仪18厂及上海调节器厂的DIGITRONIK系列等。 YS80单回路调节器 YS100单回路调节器 HTBJ-211单回路智能调节器 3.3.1 SLPC单回路可编程序控制器的电路原理 SLPC (Single Loop Programmable Controller)单回路控制器是西安仪表厂生产的YS-80系列的基型品种。特点为： 可接受5路模拟量、 6路开关量输入/输出、2路1~5VDC输出，但只有1路4～20mADC输出，只能控制一个执行器，这是称为单回路仪表的原因。 能取代多台单元仪表，实现复杂的控制运算。外形、操作与模拟仪表相同，可与模拟仪表混用。 具有通信及故障诊断功能。 2.6.1 SLPC型可编程序控制器的电路原理 高速8位微处理器8085A，10MHz，可使仪表在0.2s的控制周期内最多运行240步用户程序,可根据需要，将控制周期加快到0.1s。 系统ROM：1片27256EPROM，32K，存放系统管理程序及运算子程序。 用户ROM：1片 2716EPROM，2K，存放用户程序。 RAM：2片μPD4464，低功耗CMOS存贮器，8K，存放现场设定数据及中间计算结果。 模拟量输入X1 ～ X5 接受1～ 5V DC 信号 6个开关量DI/DO可编程接口，通过高频变压器隔离 仪表正面板：测量值、设定值、操作值显示；自动/手动/串级切换开关；数据设定按钮 仪表侧面板：8位16段笔画显示器，显示各种运行参数 ；可通过键盘上16个调整健进行修改；并有编程器接口。 当S2接通时 ? N1通电 — 贮能 当S2断开时 ? N1的贮能 ?通过N2 ? 加到VT1的基极 ? VT1导通 ?接通外部继电器、指示灯等。 ① 作开关输出接口 用VT1的“通”、 “断”来对外输出“0”、 “1” 输出数据“1”时， S2作占空比50%的通断切换 可编程DI/DO接口原理 作输出端口使用时， S1断开 ② 作开关输入接口 DI =0 （输入开路） DATA = 1 S1接通 DI = 1 （ 输入短路） VN1 = 0 D = 1 CP=1时 ? S2以较小的占空比作通断切换 VN3 = 0 ? ? ? ? VN3 高阻 ? VN1 高阻 ? D = 0 ? DATA =0 ? A/D、D/A转换原理 同时，D/A芯片在CPU的支持下，用逐位比较法，实现A/D转换。 从最高位 100000000000 开始， CPU逐位输出 D/A转换 OP放大 1片μPC648D型12位高速D/A芯片，将CPU的运算结果转换为模拟电压，供给输出。 CMP比较 CPU决定取舍 3.3.2 SLPC的数字控制算法 连续PID调节规律的表达式为 e（t）=VS －VP 数字调节器的特点是采样一次、计算一次。必须把连续方程用离散方程表示。第n次采样时： 如果调节器的输出是控制阀门的话，yn是对应的阀门开度位置，故上式称为“位置型PID”算式。此式计算时，需要占用大量内存空间。 可改写为增量型PID算式： 如果将上次的输出值yn-1保持住，则只需计算出本次与上次输出之间的增量Δyn即可 yn = yn-1 + Δyn 优点： 输出Δyn仅决定于最近三次的采样值，所需内存不大，运算比较简单。 每次输出增量值，误动作的影响小，必要时可通过逻辑判断禁止或限制本次输出，容易得到良好的调节效果。 一旦调节器出现故障，停止输出，阀位能保持在故障前的状态。 为避免理想微分对高频干扰过于敏感，还可将理想微分改为实际微分。 写成差分方程有： 实际微分传函： 将此式代替理想PID中的微分部分，即得实用的PID运算式。 为了改善操作性能和控制品质，常对基本的PID运算进行修改，以适应不同工况。 3.3.2.1 微分先行的PID算法（PI-D） 有些工艺生产中，经常改变给定值。而用基本PI