第五章自动控制仪表(1)

1、第五章第五章 自动控制仪表自动控制仪表教学内容教学内容掌握掌握各种基本控制规律各种基本控制规律及对系统过渡过及对系统过渡过程的影响程的影响模拟式控制器模拟式控制器 位式控制位式控制 比例控制比例控制 积分控制积分控制 微分控制微分控制5.1 概述概述控制仪表的作用控制仪表的作用控制器的分类控制器的分类 1.按按调节规律调节规律分分s位式位式控制器控制器s比例比例控制器控制器s比例积分比例积分控制器控制器s比例微分比例微分控制器控制器s比例积分微分比例积分微分控制器控制器2.按按仪表的能源形式仪表的能源形式分分s直接作用直接作用控制器：以被调介质为能源，控制器：以被调介质为能源，就地控制；简单、

2、低廉就地控制；简单、低廉s间接作用间接作用控制器：外加能源；性能稳定，控制器：外加能源；性能稳定，便于远传便于远传3.按按结构形式结构形式分分 （1）基地式控制仪表）基地式控制仪表s结构简单，使用方便，便宜。结构简单，使用方便，便宜。s通用性差，信号不易传递。通用性差，信号不易传递。s适用适用单参数单参数的的就地控制就地控制，可用于一些中、，可用于一些中、小型厂中的特定岗位上。小型厂中的特定岗位上。 （2）单元组合仪表中的）单元组合仪表中的控制单元控制单元 使用灵活，通用性强，适于使用灵活，通用性强，适于多多种工艺参数种工艺参数的检测和控制。的检测和控制。 有气动、电动两大类。有气动、电动两大

3、类。（3）以微处理器为基元以微处理器为基元的控制装置的控制装置 功能丰富，灵敏可靠，操作方便，功能丰富，灵敏可靠，操作方便，可构成各种复杂控制系统。可构成各种复杂控制系统。 按信号类型分按信号类型分 模拟式模拟式传输信号为连续变化的模拟量传输信号为连续变化的模拟量基地式基地式单元组合式单元组合式组件组装式组件组装式 数字式数字式传输信号为断续变化的数字量传输信号为断续变化的数字量可编程控制器可编程控制器工业控制计算机工业控制计算机等等模拟控制器模拟控制器 单回路调节器单回路调节器 FX05数字控制器数字控制器 精工压力数字控制器数字控制器广泛应用于工业仪广泛应用于工业仪表数控、制冷、医表数控、

4、制冷、医疗、石化、液压容疗、石化、液压容器检测等工业的自器检测等工业的自动化远程控制动化远程控制 湖北武汉 5.2 基本控制规律及对系统过渡过基本控制规律及对系统过渡过程的影响程的影响控制规律：控制规律： 指控制器的指控制器的输出信号输出信号与与输入信号输入信号之间之间随时间变化的规律。随时间变化的规律。不同的控制规律适应不同的生产要求不同的控制规律适应不同的生产要求 )(efp 基本的控制规律基本的控制规律：位式位式控制控制 （双位控制较常见）（双位控制较常见）比例比例控制（控制（P）积分积分控制（控制（I）微分微分控制（控制（D）及其组合（及其组合（PI、PD、PID）一.位式控制位式控制

5、双位控制双位控制三位控制三位控制多位控制多位控制1双位控制器的双位控制器的理想特性理想特性PmaxPmin开开关关PmaxPminPPee理想的双位控制特性理想的双位控制特性（一）双位控制（开关控制）（一）双位控制（开关控制）p=Pmaxe 0（或（或e 0）Pmine 0（或（或e 0）开开关关关关开开特点特点作用是断续的作用是断续的，控制器只有两个输出值，控制器只有两个输出值，执行器只有执行器只有开、关两种状态开、关两种状态，且位置切，且位置切换极其迅速（又称换极其迅速（又称继电特性继电特性）。）。控制作用过头，致使被控变量控制作用过头，致使被控变量不能稳定不能稳定下来，而在给定值上下波动

6、。下来，而在给定值上下波动。Jh0Q1当当hh0时，时，当当hh0时，时，当当hh0时，又重时，又重复上述动作。复上述动作。tpty实际生产中存在一个严重问题，实际生产中存在一个严重问题，控控制阀动作过于频繁制阀动作过于频繁，易损坏，液位，易损坏，液位高低总在变化。高低总在变化。2.实际双位控制器的特性（实际双位控制器的特性（带中间区带中间区的双位控制）的双位控制）规律规律：pmaxPminpe-pmax关关开开 当当- dedt关关Pmin当当dedt开开3.储槽液位的双位控制储槽液位的双位控制当当hh0+ 时，时，h0Q1阀门工作的频率阀门工作的频率降低，损耗减小降低，损耗减小当当hh0+

7、 时，时，pththHhL等幅震荡等幅震荡弊病：被控变弊病：被控变量量总是剧烈振总是剧烈振荡荡，得不到比，得不到比较平稳的控制较平稳的控制过程。过程。（二）多位控制（二）多位控制1.三位控制器的特性三位控制器的特性maxpbe0pbeaminpae当当 开开当当 中间状态中间状态当当 关关pPP0PmaxPminabe关关开开2.三位控制的实际特性三位控制的实际特性maxp0dtdebe 0p0dtdebea0dtdebeaminp0dtdeae 或或 pPPmaxPminP0abe3.储槽液位的三位调节储槽液位的三位调节abh0Q1Q1 当当hh0-a-时，时， 当当hh0-a+时，时， 当

8、当hh0+b+时，时， 当当hh0+b+时，时，P同开同开一开一关一开一关一开一关一开一关同关同关tthabh0双位控制作用是断续的双位控制作用是断续的结论结论使被控变量的波动在允许范围内，且使被控变量的波动在允许范围内，且周期长一些是有利的。周期长一些是有利的。双位控制器双位控制器结构简单结构简单、成本较低成本较低、易易于实现于实现，应用普遍。，应用普遍。位式控制适用场合位式控制适用场合对象对象时间常数较大时间常数较大，纯滞后较小纯滞后较小，负荷变化不大负荷变化不大也不很剧烈，要求也不很剧烈，要求又不太严格的场合。又不太严格的场合。二二.比例控制比例控制规律及特点规律及特点eKpc Kc 放

9、大倍数放大倍数 输出变化量输出变化量规律规律其输出信号其输出信号变化量变化量 P 与偏差信与偏差信号号 e 之间成比例关系之间成比例关系 。特点特点|放大倍数放大倍数Kc可调可调|控制控制及时及时|有余差有余差Q2Q1h0abep简单的比例控简单的比例控制系统示意图制系统示意图 开始开始Q1Q2，液，液位位h0 在在t0时，时，Q2增至增至Q2h下降下降 当系统重新平衡当系统重新平衡时，时，Q2Q1eabpeKc比例度比例度工业上常用工业上常用代替代替Kc衡量控制作用强弱衡量控制作用强弱%100)()(minmaxminmaxpppxxeNxxminmaxminmaxpp（）（）定义定义：控制

10、器：控制器输入的相对变化量输入的相对变化量与与相应的相应的输出相对变化量输出相对变化量之比的百分数。之比的百分数。仪表量程仪表量程 调节器的输出范围调节器的输出范围就是使控制器输出作全范围的变化就是使控制器输出作全范围的变化（即控制阀作全行程位移），输入（即控制阀作全行程位移），输入即即偏差变化占全量程的数偏差变化占全量程的数。DDZ-型比例控制器，温度刻型比例控制器，温度刻度范围为度范围为400800，控制器输，控制器输出范围为出范围为010mA。当指示指针。当指示指针从从600移到移到700，此时控制，此时控制器相应的输出从器相应的输出从4mA变为变为9mA。举例举例P（%） e（%） 1

11、00% 100% 50% 50% = 50% = 100% = 200% 与输入输出之间的关系与输入输出之间的关系若输出与输入都为标准信号若输出与输入都为标准信号 %1001Kc、Kc都能都能反映控制的强弱反映控制的强弱Kc越大，越大， 越小，控制作用越强越小，控制作用越强%1001minmaxminmaxxxppKc结论结论（）比例控制系统的过渡过程及余差（）比例控制系统的过渡过程及余差比例度对余差大小的影响比例度对余差大小的影响越小，越小，Kc越大，余差越小越大，余差越小越大，余差越大越大，余差越大比例度对过渡过程的影响比例度对过渡过程的影响e e P a b Q2 Q1 hPt t t

12、t t 简单水槽的比例控制过程简单水槽的比例控制过程太大太大减小减小适当适当k临界值临界值 k 比例度对过渡过程的影响比例度对过渡过程的影响 过大（过大（ Kc过小）过小）系统反应过于迟钝，调系统反应过于迟钝，调节时间长，节时间长，余差大余差大。 适中适中经过少数几个减幅振荡经过少数几个减幅振荡后，逐渐趋于稳定，后，逐渐趋于稳定，有有一定的余差一定的余差（很小）。（很小）。 过小过小系统反应过于灵敏，容系统反应过于灵敏，容易造成过度调节，产生易造成过度调节，产生大幅大幅振荡振荡。yyyyyttttt对象滞后大，对象滞后大，尽量大一些尽量大一些对象滞后小，对象滞后小，尽量小一些尽量小一些结论结论

13、存在余差，控制精度不高存在余差，控制精度不高“粗调粗调”，它只限在它只限在负荷变化不大负荷变化不大和和允许余差存在允许余差存在的情况的情况下适用。下适用。比例控制适用场合比例控制适用场合三三.积分控制（积分控制（I I）1.规律及特点规律及特点edtKpIK积分速度积分速度控制器输出的变化量控制器输出的变化量p与输入的偏差与输入的偏差e的的积分积分成比例成比例规律规律特点特点|可可消除余差消除余差|控制控制不及时不及时|控制作用是随时间积累而控制作用是随时间积累而逐渐增强逐渐增强积分控制器特性积分控制器特性 e P t t LCQ1h0Q1thePt0t1t2t3t4t5t6ttt2.比例积分

14、控制规律与积分时间比例积分控制规律与积分时间 比例控制比例控制：作用迅速，但有余差。：作用迅速，但有余差。 积分积分作用作用：能消除余差，但作用缓慢。：能消除余差，但作用缓慢。 s加入积分控制的目的：加入积分控制的目的：缩短缩短大偏差的控大偏差的控制制时间时间，消除余差消除余差。s在粗调的基础上在粗调的基础上加上细调加上细调 规律规律edtKeKpIc积分时间积分时间 IIKT1edtTeKpIc1所以所以p=pp+pAtTKAKpIcc若偏差若偏差e为阶跃信号为阶跃信号A时，则时，则e 比例积分控制器特性比例积分控制器特性 当当t=T AKpc2ttPKcAKcA2KcATI IA 输入一个

15、阶跃输入一个阶跃e后，控制器输出的后，控制器输出的积分积分作用部分作用部分相等于相等于比例作用部分比例作用部分时所需时所需的时间。的时间。T的意义的意义TI I越小越小，曲线越陡，积分控制，曲线越陡，积分控制作用越强作用越强。TI I越大，积分作用越弱。越大，积分作用越弱。若若TI I （无穷大），积分作用完全（无穷大），积分作用完全消消失失，成为比例控制器。，成为比例控制器。TI I一般从几秒钟一般从几秒钟20秒左右秒左右3.积分时间对系统过渡过程的影响积分时间对系统过渡过程的影响t TI I过小过小 系统反应过于灵敏，系统反应过于灵敏，易造成过度调节，产易造成过度调节，产生大幅生大幅振荡振

16、荡。wTI I适中适中 过渡过程能较快地衰过渡过程能较快地衰减且减且没有余差没有余差。 wTI I过大过大 积分作用不明显，积分作用不明显，控控制时间长制时间长。 TI I太小太小 TI I太大太大 TI I适当适当 yyytttTI对过渡过程的影响对过渡过程的影响 TI I对过渡过程的影响对过渡过程的影响具有两重性具有两重性 当缩短当缩短TI时，克服余差的能力增强时，克服余差的能力增强 ；会使过程振荡加剧，稳定性降低。会使过程振荡加剧，稳定性降低。 对象滞后较大时，对象滞后较大时，Tl应大一些应大一些 对象滞后小时，对象滞后小时，Tl应小一些应小一些s比例积分控制：比例积分控制：控制较慢控制

17、较慢，被控对被控对象滞后特别大象滞后特别大，或，或负荷变化特别剧负荷变化特别剧烈时，不及时烈时，不及时。结论结论ytTI减小减小比例度一定时比例度一定时不同不同TI下的过渡过程下的过渡过程四四.微分控制微分控制入口入口物料物料出口出口温度为定值温度为定值蒸汽（人工）蒸汽（人工）按照按照被控变量变化的速度被控变量变化的速度操纵阀门的开度操纵阀门的开度 1.微分控制规律及特点微分控制规律及特点dtdeTpDTD微分时间微分时间 dtde偏差的变化速度偏差的变化速度规律规律控制器输出信号的变化控制器输出信号的变化p与与e变化变化速度速度成正比。成正比。 特点特点|控制具有控制具有超前性质超前性质。|

18、对于固定的对于固定的e，控制器输出，控制器输出p=0，没有克，没有克服能力。（也不能单独使用）服能力。（也不能单独使用） ePtt理想微分控制器特性理想微分控制器特性t0Pt近似微分控制器近似微分控制器2.比例微分控制比例微分控制PD规律规律)(dtdeTeKpDcs 具有具有抑制振荡抑制振荡作用，作用，适当适当增加微分作用增加微分作用后，可后，可提高系统的稳定性提高系统的稳定性，降低余差降低余差 。Kc、TD都可调都可调，可改变比例作用和微分作用的强弱可改变比例作用和微分作用的强弱 。TD太大太大TD适当适当TD太小太小yyyttt微分时间对过微分时间对过渡过程的影响渡过程的影响sTD过大过

19、大系统反应过于灵敏，会出系统反应过于灵敏，会出现大幅现大幅振荡振荡。sTD适中适中经过少数几个明显减幅振经过少数几个明显减幅振荡后，逐渐趋于稳定。使荡后，逐渐趋于稳定。使余余差小差小些，但不能消除。些，但不能消除。特别特别是对有较大滞后的系统作用是对有较大滞后的系统作用尤为明显尤为明显。sTD过小过小微分作用不明显，超调量微分作用不明显，超调量大，大，余差大余差大。TD越大越大，微分控制作用越强，微分控制作用越强TD太大太大，会使被控变量大幅振荡，会使被控变量大幅振荡微分控制克服对象滞后效果显著微分控制克服对象滞后效果显著结论结论ytTD增大增大比例度一定时比例度一定时不同不同TD下的过渡过程

20、曲线下的过渡过程曲线3.比例积分微分控制比例积分微分控制PID)1(dtdeTedtTeKpDIctteP 三作用控制器特性三作用控制器特性 优点：优点：及时、及时、消除余差消除余差 缺点：结构缺点：结构复杂、造价昂复杂、造价昂贵贵 规律：规律：在阶跃输入下，在阶跃输入下，开始时微分作用的输出开始时微分作用的输出变化最大变化最大，产生一个强烈的，产生一个强烈的“超前超前”控控制制作用作用预调预调；然后微分逐渐消失，积分输出逐渐占主然后微分逐渐消失，积分输出逐渐占主导地位，导地位，只要有余差存在只要有余差存在，积分作用就积分作用就不断增加不断增加细调细调，直到余差完全消失，直到余差完全消失为止；

21、为止；比例作用有始至终与比例作用有始至终与e相对应相对应粗调粗调 三个参数可调三个参数可调比例度比例度 、积分时间、积分时间T TI I、微分时间、微分时间T TD D适用场合适用场合对象滞后较大、负荷变化较快、对象滞后较大、负荷变化较快、不允许有余差的情况。不允许有余差的情况。适当适当调整调整、TI I、TD等三个参数的大小，等三个参数的大小，可确定各种控制作用的强弱。可确定各种控制作用的强弱。PID控制：吸取了控制：吸取了比例控制比例控制的快速反应的快速反应（快速控制），（快速控制），积分控制积分控制的消除余差，的消除余差，微分控制微分控制的预测功能。对反应较慢的系的预测功能。对反应较慢的

22、系统也能进行有效的控制，因而具有较好统也能进行有效的控制，因而具有较好的控制性能的控制性能比较比较理想的控制规律理想的控制规律。PPDPIPID各种控制作用比较各种控制作用比较PIDPID控制器：性能效果比较理想，但并非控制器：性能效果比较理想，但并非任何情况下都可采用。因为需要整定任何情况下都可采用。因为需要整定、TI、TD三个变量，而在实际工程上很难将这三三个变量，而在实际工程上很难将这三个变量都整定到最佳值。个变量都整定到最佳值。PID控制方法是目前控制方法是目前参数连续控制系参数连续控制系统中普遍采用的统中普遍采用的控制方法。控制方法。小结小结s位式控制位式控制控制断续，容易过头，被控

23、制断续，容易过头，被控变量在给定值上下振荡，不稳定控变量在给定值上下振荡，不稳定s比例控制比例控制p=Kce控制及时，有余差。控制及时，有余差。大，余差大；大，余差大；越小，控制作用越强，越小，控制作用越强，会引起振荡。会引起振荡。 对象滞后大，对象滞后大，应大；应大； 对象滞后小，对象滞后小，应小应小s积分控制积分控制p=KIedt 控制缓慢，动控制缓慢，动态偏差大，控制时间长，消除余差，态偏差大，控制时间长，消除余差，TI越小，积分作用越强，易引起振荡。越小，积分作用越强，易引起振荡。s微分控制微分控制p=KDde/dt 超前控制，动超前控制，动态偏差减小，时间缩短，余差减小，态偏差减小，

24、时间缩短，余差减小，但不能消除，但不能消除，TD太大，会引起振荡。太大，会引起振荡。比例积分比例积分控制控制控制及时，消除余差，控制及时，消除余差，控制比较缓慢控制比较缓慢比例微分比例微分控制控制超前控制，控制及时，超前控制，控制及时，减小余差减小余差比例积分微分比例积分微分控制控制及时，消除余差及时，消除余差5.3 模拟量模拟量PID控制器控制器在模拟式控制器中，所传送的信号形在模拟式控制器中，所传送的信号形式为式为。目前应用的模拟式控制器主要是目前应用的模拟式控制器主要是。 一一. 基本构成基本构成给定信号给定信号比较环节比较环节测量信号测量信号偏差偏差放大器放大器输出信号输出信号反馈环节

25、反馈环节-1.比较环节比较环节将测量值与给定值进行比较（电流、将测量值与给定值进行比较（电流、电压、气压相减），产生偏差信号电压、气压相减），产生偏差信号2.放大器放大器将偏差信号、反馈信号、载波信号叠将偏差信号、反馈信号、载波信号叠加后进行放大。加后进行放大。3.反馈环节反馈环节通过一定的运算关系反馈到放大器的通过一定的运算关系反馈到放大器的输入端，以实现比例、积分、微分等输入端，以实现比例、积分、微分等控制规律。控制规律。二二. DDZ电动控制器电动控制器 1.仪表的特点仪表的特点采用采用统一标准信号统一标准信号：420mA DC 或或 15V DC，电流，电流电压转换电阻为电压转换电阻为

26、250 。高度高度集成化集成化，使用靠性，维修方便。，使用靠性，维修方便。全系统统一全系统统一采用采用24V DC电源供电电源供电。功能齐全，结构合理。功能齐全，结构合理。整套仪表可构成安全火花型防爆系统，具整套仪表可构成安全火花型防爆系统，具有有本安本安（本质安全）性能。（本质安全）性能。2. DDZ电动控制器的组成与操作电动控制器的组成与操作有两个基型品种有两个基型品种全刻度指示全刻度指示偏差指示偏差指示输入输入电路电路PD电路电路PI电路电路输出电路输出电路软手动电路软手动电路硬手动电路硬手动电路测量值指示测量值指示内给定电路内给定电路给定值指示给定值指示外给定外给定测量信号测量信号信号

27、信号外外内内K6Kf自动自动A软手软手动动 M硬手硬手动动 HDDZ控制器结构方框图控制器结构方框图以全刻度指示的基型控制器为例以全刻度指示的基型控制器为例 420mA DC（1）组成组成输入电路输入电路给定电路给定电路PID运算电路运算电路自动与手动切换电路自动与手动切换电路输出电路输出电路指示电路指示电路 等等控制器接收变送器来的测量信号（控制器接收变送器来的测量信号（420mA或或15VDC），在输入电路中与给），在输入电路中与给定信号进行比较，得出定信号进行比较，得出e，然后在，然后在PD电路电路与与PI电路中进行电路中进行PID运算，最后由输出电路运算，最后由输出电路转换为转换为42

28、0mA直流电流输出。直流电流输出。炉温控制炉温控制有效长度有效长度100mm双针垂直双针垂直指示器指示器规定规定信号信号测量测量信号信号外给定指示灯外给定指示灯内给定设定论内给定设定论自动自动软手动软手动硬手硬手动切换开关动切换开关输出指示器输出指示器阀位指示器阀位指示器硬手动操作杆硬手动操作杆软手动操作板键软手动操作板键关闭关闭全开全开DTL3110型控制器正面图型控制器正面图仪表整体为长方体，伸入控制箱（盘）仪表整体为长方体，伸入控制箱（盘）内部内部PID参数设定位于仪表内部，拉开整个参数设定位于仪表内部，拉开整个仪表，可用螺丝刀调整变阻器。仪表，可用螺丝刀调整变阻器。（2）基本功能基本功

29、能控制功能控制功能显示功能显示功能调整功能调整功能手动与自动双向切换手动与自动双向切换内、外给定信号的选择内、外给定信号的选择控制参数整定控制参数整定控制器正、反作用选择控制器正、反作用选择控制功能控制功能自动控制自动控制：将偏差按：将偏差按PID规律自动调整输出。规律自动调整输出。手动控制手动控制：由人工直接设定输出值：由人工直接设定输出值遥控执行器遥控执行器s软手动软手动：在软手动状态，按下软手动操作板键。：在软手动状态，按下软手动操作板键。s硬手动硬手动：输出值取决于硬手动操作杆的位置。：输出值取决于硬手动操作杆的位置。自动自动软手动软手动硬手动硬手动无平衡无扰动无平衡无扰动切换。切换。

30、 （中间过渡状态）（中间过渡状态）显示功能显示功能输入（测量值）显示输入（测量值）显示给定值显示给定值显示偏差显示偏差显示输出显示输出显示（输出）限位报警（输出）限位报警调整功能调整功能s给定输入调整给定输入调整：内给定内给定：给定电压由高精度稳压电源：给定电压由高精度稳压电源取得。取得。外给定外给定：由计算机或另外的控制器供：由计算机或另外的控制器供给给420mA电流，经电流，经250精密电阻产精密电阻产生生15V给定电压。给定电压。s控制参数整定控制参数整定：s控制器中有控制器中有正、反作用切换开关正、反作用切换开关正作用控制器正作用控制器：被控参数的测量值增大：被控参数的测量值增大（或给

31、定值减小）时，其输出信号增大。（或给定值减小）时，其输出信号增大。反作用控制器反作用控制器：测量值增大（或给定值：测量值增大（或给定值减小）时，其输出信号减小。减小）时，其输出信号减小。根据工艺要求根据工艺要求确定正、反作用。确定正、反作用。5.4 数字式控制器数字式控制器数字式控制器与模拟式控制器比较数字式控制器与模拟式控制器比较不同点不同点相同点相同点仪表总的功能和输入输出关系基本一致仪表总的功能和输入输出关系基本一致 数字式控制器数字式控制器 模拟式控制器模拟式控制器构成原理构成原理 采用数字技术采用数字技术采用模拟技术采用模拟技术核心器件核心器件微处理器微处理器运算放大器等模拟运算放大

32、器等模拟电子器件电子器件丰富的丰富的运算运算功能功能数字通讯数字通讯功能功能故障诊断故障诊断功能功能形象直观的形象直观的数字或图像显示数字或图像显示高度的高度的安全可靠安全可靠性。性。由系统程序和用户程序构成的由系统程序和用户程序构成的软件支持软件支持优点优点一、数字式控制器的主要特点一、数字式控制器的主要特点数字控制器：有模数字控制器：有模数和数数和数模器件，模器件，经常用来控制一个回路（包括复杂控制回经常用来控制一个回路（包括复杂控制回路）路）常称为常称为单回路数字控制器单回路数字控制器有许多运算模块和控制模块，可根据需有许多运算模块和控制模块，可根据需要选用部分模块进行组态，实现各种运算

33、要选用部分模块进行组态，实现各种运算处理和复杂控制；具有模拟控制器的处理和复杂控制；具有模拟控制器的PID运运算算控制功能和串级控制、比值控制、前馈控制功能和串级控制、比值控制、前馈控制、选择性控制等控制、选择性控制等一台数字式控制器可代替一台数字式控制器可代替多台多台模拟控制器模拟控制器二、数字式控制器的基本构成二、数字式控制器的基本构成主机电路是数字式控制器的核心，用主机电路是数字式控制器的核心，用于实现仪表数据运算处理及各组成部于实现仪表数据运算处理及各组成部分之间的管理。分之间的管理。 过程输入通道包括模拟量输入通道和过程输入通道包括模拟量输入通道和开关量输入通道，模拟量输入通道用开关

34、量输入通道，模拟量输入通道用于连接模拟量输入信号，开关量输入于连接模拟量输入信号，开关量输入通道用于连接开关量输入信号。通道用于连接开关量输入信号。 过程输出通道包括模拟量输出通道过程输出通道包括模拟量输出通道和开关量输出通道，模拟量输出通和开关量输出通道，模拟量输出通道用于输出模拟量信号，开关量输道用于输出模拟量信号，开关量输出通道用于输出开关量信号。出通道用于输出开关量信号。人机联系部件一般置于控制器的人机联系部件一般置于控制器的正面和侧面。正面和侧面。 通信接口将欲发送的数据转换成标准通通信接口将欲发送的数据转换成标准通信格式的数字信号，经发送电路送至通信格式的数字信号，经发送电路送至通

35、信线路（数据通道）上；同时通过接收信线路（数据通道）上；同时通过接收电路接收来自通信线路的数字信号，将电路接收来自通信线路的数字信号，将其转换成能被计算机接收的数据。其转换成能被计算机接收的数据。 系统程序是控制器软件的主体部分，通系统程序是控制器软件的主体部分，通常由常由和和两部分组成。两部分组成。用户程序是用户根据控制系统的要求，用户程序是用户根据控制系统的要求，在系统程序中选择所需要的功能模块，在系统程序中选择所需要的功能模块，并将它们按一定的规则连接起来的结并将它们按一定的规则连接起来的结果。果。 使控制器完成预定的控制与运算功能。使控制器完成预定的控制与运算功能。 用户程序的编程通常

36、采用用户程序的编程通常采用。通常有组态式和空栏式语。通常有组态式和空栏式语言两种，组态式又有表格式和助记言两种，组态式又有表格式和助记符式之分。控制器的编程工作是通符式之分。控制器的编程工作是通过专用的编程器进行的，有过专用的编程器进行的，有“在线在线”和和“离线离线”两种编程方法。两种编程方法。 三、三、KMMKMM型可编程序调节器型可编程序调节器是一种单回路的数字控制器。是一种单回路的数字控制器。1 177指示灯；指示灯；8 8，99按钮；按钮；10101313指针指针 可以接收五个模拟输入信号，四个可以接收五个模拟输入信号，四个数字输入信号，输出三个模拟信号，数字输入信号，输出三个模拟信

37、号，输出三个数字信号。输出三个数字信号。 功能强大；功能强大；能用于单回路的简单控制系统能用于单回路的简单控制系统与复杂的串级控制系统；与复杂的串级控制系统；控制精度高、使用方便灵活；控制精度高、使用方便灵活；有自我诊断的功能，维修方便；有自我诊断的功能，维修方便；可与电子计算机联用。可与电子计算机联用。 优点优点（1 1）调节器在启动前，要预先将）调节器在启动前，要预先将“后备手操单元后备手操单元”的的“后备正常后备正常”运行方式切换开关扳到运行方式切换开关扳到“正常正常”位置。另外，还要拆下电池表面的两个止动螺钉，位置。另外，还要拆下电池表面的两个止动螺钉，除去绝缘片后重新旋紧螺钉。除去绝

38、缘片后重新旋紧螺钉。（2 2）使调节器通电，调节器即处于）使调节器通电，调节器即处于“联锁手动联锁手动”运行方式，联锁指示灯亮。运行方式，联锁指示灯亮。（3 3）用）用“数据设定器数据设定器”来显示、核对运行所必需来显示、核对运行所必需的控制数据，必要时可改变的控制数据，必要时可改变PIDPID参数。参数。（4 4）按下）按下“R”R”键（复位按钮），解除键（复位按钮），解除“联锁联锁”。这时就可进行手动、自动或串级操作。这时就可进行手动、自动或串级操作。w数字式数字式PID控制器：通过编程来设计控制器：通过编程来设计PID控制功能，又称为控制功能，又称为可编程（可编程（PID）控制器控制器一

39、一.概述概述5.5可编程可编程控制器控制器单回路可编程控制器单回路可编程控制器（SLPC）Single Loop Programmable Logical Controllerl1969年美国研制出第一台可编程控制器。年美国研制出第一台可编程控制器。l初期主要用于顺序控制，称为可编程逻辑初期主要用于顺序控制，称为可编程逻辑控制器（控制器（PLC）。）。l出现是基于微计算机技术，用来解决生产出现是基于微计算机技术，用来解决生产中大量的开关控制问题。中大量的开关控制问题。l最大特点在于可编程序，可通过改变软件最大特点在于可编程序，可通过改变软件来改变控制方式和逻辑规律。来改变控制方式和逻辑规律。l

40、广泛用于各行业连续生产过程闭环控制。广泛用于各行业连续生产过程闭环控制。w微处理器的强大计算功能，用户可微处理器的强大计算功能，用户可根据需要根据需要编写复杂的控制程序（控制编写复杂的控制程序（控制规律）规律），故可代替多台模拟仪表，且，故可代替多台模拟仪表，且可重编程序更改功能可重编程序更改功能。特点特点（1）实现模拟仪表与计算机一体化）实现模拟仪表与计算机一体化（2）功能丰富功能丰富（计算、控制、通讯、自（计算、控制、通讯、自诊断等）诊断等）（3）使用灵活，）使用灵活，通用性强通用性强（盘装方式和（盘装方式和标准尺寸，统一的标准信号标准尺寸，统一的标准信号420mA或或15VDC（4）安全

41、）安全可靠，可靠，维护方便维护方便w用户根据控制需要，用户根据控制需要，用指令将程序模用指令将程序模块连接起来块连接起来，即完成系统编程。，即完成系统编程。w生产商预先将控制中生产商预先将控制中常用的运算控制常用的运算控制功能功能编制成各种编制成各种标准功能程序模块标准功能程序模块，每，每个模块相当于一块单元仪表的功能。个模块相当于一块单元仪表的功能。w组态：这种组态：这种利用标准功能模块组利用标准功能模块组成系统的工作成系统的工作，在数字控制系统，在数字控制系统中称为中称为“组态组态”（1 1）整体式）整体式PLCPLC它将它将PLCPLC各组成部分集装在一个机壳内，输入、各组成部分集装在一

42、个机壳内，输入、输出接线端子及电源进线分别在机箱的上、下两输出接线端子及电源进线分别在机箱的上、下两侧，并有相应的发光二极管显示输入输出状态。侧，并有相应的发光二极管显示输入输出状态。面板上留有编程器的插座、面板上留有编程器的插座、EPROMEPROM存储器插座、存储器插座、扩展单元的接口插座等。扩展单元的接口插座等。 优点优点具有这种结构的可编程序控制器结构紧凑、体积小、具有这种结构的可编程序控制器结构紧凑、体积小、价格低。价格低。 SIMENS SIMATIC S7-200的外形图（2）模块式）模块式PLC输入输出点数较多的大型、中型和部分小型输入输出点数较多的大型、中型和部分小型PLC采

43、用模采用模块式结构。其优点为：块式结构。其优点为：图5-22 SIMENS SIMATIC S7-300的外形图 采用积木搭接的方式组成系统，便于扩展，采用积木搭接的方式组成系统，便于扩展，其其CPU、输入、输出等都是独立的模块，、输入、输出等都是独立的模块，有的有的PLC的电源包含在的电源包含在CPU模块之中。模块之中。 品种多，硬件配置灵活，更换模块方便。品种多，硬件配置灵活，更换模块方便。 （3）叠装式）叠装式PLC 它吸收了整体式和模块式它吸收了整体式和模块式PLC的优点，其基本单元、的优点，其基本单元、扩展单元等高等宽，它们不用基板，仅用扁平电缆连扩展单元等高等宽，它们不用基板，仅用

44、扁平电缆连接，紧密拼装后组成一个整齐的体积小巧的长方体，接，紧密拼装后组成一个整齐的体积小巧的长方体，而且输入、输出点数的配置也相当灵活。而且输入、输出点数的配置也相当灵活。 二、可编程序控制器的基本组成二、可编程序控制器的基本组成PLC的基本组成框图 解释并执行用户及系统程序，通过运行用户及系统程序完解释并执行用户及系统程序，通过运行用户及系统程序完成所有控制、处理、通信以及所赋予的其他功能，控制整个成所有控制、处理、通信以及所赋予的其他功能，控制整个系统协调一致地工作。系统协调一致地工作。 主要有通用微处理器、单片机和双极型位片机。主要有通用微处理器、单片机和双极型位片机。 RAM、ROM

45、、EPROM和和E2PROM，外存常用盒式磁带或磁盘等，外存常用盒式磁带或磁盘等 简化的存储映像45IO模块是可编程序控制器与生产过程相联系的桥梁。模块是可编程序控制器与生产过程相联系的桥梁。 PLC连接的过程变量按信号类型可分为开关量（即连接的过程变量按信号类型可分为开关量（即数字量）、模拟量和脉冲量等，相应输入输出模块可分数字量）、模拟量和脉冲量等，相应输入输出模块可分为开关量输入模块、开关量输出模块、模拟量输入模块、为开关量输入模块、开关量输出模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块和脉冲量输入模块等。模拟量输出模块和脉冲量输入模块等。 编程器是编程器是PLC必不可少的重要外部设备。必不可少

46、的重要外部设备。 编程器将用户所希望的功能通过编程语言送到编程器将用户所希望的功能通过编程语言送到PLC的用户程序存储器。的用户程序存储器。 编程器不仅能对程序进行写入、读出、修改，还编程器不仅能对程序进行写入、读出、修改，还能对能对PLC的工作状态进行监控，同时也是用户与的工作状态进行监控，同时也是用户与PLC之间进行人机界面。之间进行人机界面。 4647 编程器与编程器与PLC上的专用插座相连，或通过专用上的专用插座相连，或通过专用接口相连，程序可直接写入接口相连，程序可直接写入PLC的用户程序存储的用户程序存储器中，也可先在编程器的存储器内存放，然后再器中，也可先在编程器的存储器内存放，然后再下装到下装到PLC中。中。 编程器先不与编程器先不与PLC相连，编制的程序先存放在编相连，编制的程序先存放在编程器的存储器中，程序编写完毕，再与程器的存储器中，程序编写完毕，再与PLC连接，连接，将程序送到将程序送到PLC存储器中。存储器中。 便携式编程器和通用计算机。便携式编程器和通用计算机。 三、可编程序控