第五章自动控制仪表课件

1、第五章第五章 自动控制仪表自动控制仪表(控制器控制器)第一节第一节 概述概述第二节第二节 基本控制规律及其对系统过渡过程的影响基本控制规律及其对系统过渡过程的影响第三节第三节 模拟式控制器模拟式控制器第四节第四节 数字式控制器数字式控制器第五章第五章 自动控制仪表自动控制仪表(控制器控制器)第一节第一节 概述概述控制器在自动控制系统中将被控变量的测量值与给定值控制器在自动控制系统中将被控变量的测量值与给定值相比较相比较,产生一定的偏差产生一定的偏差,控制仪表根据该偏差进行一定控制仪表根据该偏差进行一定的的数学运算数学运算,并将运算结果以一定的信号形式送往执行器并将运算结果以一定的信号形式送往执

2、行器,以以实现对于被控变量的自动控制。实现对于被控变量的自动控制。第一节第一节 概述概述控制仪表三个阶段：控制仪表三个阶段：1.基地式控制仪表基地式控制仪表:将控制仪表与检测装置、指示装置组将控制仪表与检测装置、指示装置组成一体成一体,同时具有检测、控制与显示的功能。同时具有检测、控制与显示的功能。结构简单结构简单,价格低廉价格低廉,使用方便使用方便,但通用性差但通用性差,信号不易传递信号不易传递,仅用于简单控制系统。仅用于简单控制系统。2.单元组合式仪表中的控制单元单元组合式仪表中的控制单元:单元组合式仪表单元组合式仪表:仪表按功能不同分成若干单元仪表按功能不同分成若干单元(如变送单如变送单

3、元元. 控制单元控制单元.显示单元等显示单元等),每个单元只完成一种功能。各每个单元只完成一种功能。各个单元之间以统一标准信号联系。个单元之间以统一标准信号联系。控制单元接受测量值与给定值信号控制单元接受测量值与给定值信号,进行计算进行计算,给出偏差给出偏差,再根据偏差发出与之有一定关系的控制作用信号。再根据偏差发出与之有一定关系的控制作用信号。电动控制仪表分为电动控制仪表分为DDZ-型型,0-10mA信号信号; DDZ-型型,4-20mA信号。信号。第一节第一节 概述概述3.以微处理器为基元的控制装置以微处理器为基元的控制装置:以微处理器为核心以微处理器为核心, 控制控制功能丰富功能丰富.操

4、作方便操作方便,易构成各种复杂控制系统。易构成各种复杂控制系统。有单回路数字控制器、集散控制装置、可编程数字控制器有单回路数字控制器、集散控制装置、可编程数字控制器(PLC)和微计算机系统等。和微计算机系统等。第二节第二节 基本控制规律及其对系统过渡过程的影响基本控制规律及其对系统过渡过程的影响控制规律控制规律: 控制器输出信号与输入信号之间的关系。控制器输出信号与输入信号之间的关系。控制器的输入信号控制器的输入信号:给定值信号给定值信号x与测量信号与测量信号z的差值的差值,即偏差信号即偏差信号e=x-z。控制器的输出信号控制器的输出信号:送往执行器的信号送往执行器的信号p。研究控制器的控制规

5、律研究控制器的控制规律:控制器和系统断开控制器和系统断开,在开环时单独在开环时单独研究控制器本身的特性。指研究控制器本身的特性。指p与与e之间的函数关系之间的函数关系,即即p=f(e)=f(x-z) 。研究。研究e为一阶跃信号为一阶跃信号, p随时间变化规律。随时间变化规律。控制规律的形式控制规律的形式:位式控制位式控制(双位控制双位控制).比例控制比例控制(P).积分积分控制控制(I).微分控制微分控制(D).比例积分控制比例积分控制(PI).比例微分控制比例微分控制(PD).比例积分微分控制比例积分微分控制(PID)。自动控制系统方块图自动控制系统方块图xez-控制器控制器控制阀控制阀对象

6、对象测量元件测量元件 变送器变送器干扰作用干扰作用 f被控变量被控变量y测量值测量值给定值给定值p偏差偏差操纵变量操纵变量q1.动作规律动作规律:当测量值当测量值z x (给定值给定值)时时,控制器的输出控制器的输出p为最为最大大(或最小或最小);当当z 0(或或e0)时时pmin e0)时时p=理想的双位控制器其输出与输入偏差之间的关系：理想的双位控制器其输出与输入偏差之间的关系：实例实例:利用电极式液位计来控制贮槽的液位利用电极式液位计来控制贮槽的液位,是采用双位是采用双位控制的液位控制系统。控制的液位控制系统。一、双位控制一、双位控制当当HHo时时,电极接触流电极接触流体体,J接通接通,

7、V全关全关,流体不流体不再流入贮槽。再流入贮槽。电磁阀频繁动作而易损坏。电磁阀频繁动作而易损坏。具有中间区的双位控制。具有中间区的双位控制。4.双位控制的特点双位控制的特点结构简单结构简单.成本低成本低.易于实现易于实现.应用普遍。应用普遍。偏差在中间区内偏差在中间区内,控制机构不动作。控制机构不动作。当当eemax时时,控制器输出为最大控制器输出为最大pmax,控制机构打开控制机构打开(或关或关)；当当eemin时时,控制器输出为最小控制器输出为最小pmin,控制机构关闭控制机构关闭(或开或开) 。实际的双位控制特性实际的双位控制特性pminpmaxep开开关关emaxemin3.具有中间区

8、的双位控制具有中间区的双位控制一、双位控制一、双位控制被控量被控量(液位液位)在中间区内随时间在中间区内随时间变化的曲线是一个等幅振荡变化的曲线是一个等幅振荡,品质品质指标为振幅指标为振幅(yH-yL)和周期和周期(T)。阀门关闭阀门关闭阀门打开阀门打开e-杠杆左端的位移杠杆左端的位移,即液位的变化量即液位的变化量(偏差偏差)。p-杠杆右端的位移杠杆右端的位移,即阀杆的位移量。即阀杆的位移量。a,b-分别为两端与杠杆支点的距离。分别为两端与杠杆支点的距离。PbKapee1.比例控制规律比例控制规律二、比例控制二、比例控制 (P)Kp-放大倍数放大倍数(比例增益比例增益)。Kp可调可调, Kp越

9、大越大,比例控制比例控制作用越强作用越强,是重要参数。是重要参数。一般用比例度一般用比例度表示比例表示比例控制的强弱。控制的强弱。定义定义:控制器输入的变化相对值与相应的输出变化相对值控制器输入的变化相对值与相应的输出变化相对值之比的百分数。即之比的百分数。即 maxminmaxmin(/) 100%epxxpp 2.比例度比例度式中式中:e-控制器输入变化量控制器输入变化量,即偏差信号；即偏差信号； p-相应输出变化量相应输出变化量,即控制命令；即控制命令；(xmax-xmin )-输入的最大变化量输入的最大变化量,即仪表的量程；即仪表的量程；(pmax-pmin)-输出的最大变化量输出的最

10、大变化量,即控制器输出的工作范围。即控制器输出的工作范围。意义意义:使控制器的输出变化满刻度使控制器的输出变化满刻度(控制阀从全开到全关或控制阀从全开到全关或相反相反)时时,相应的仪表测量值变化占仪表测量范围相应的仪表测量值变化占仪表测量范围(全量程全量程)的百分数。使输出变化满刻度时的百分数。使输出变化满刻度时,输入偏差变化对应指示输入偏差变化对应指示刻度的百分数。刻度的百分数。二、比例控制二、比例控制 (P)例如例如:DDZ-型型比例控制器比例控制器,其温度刻度范围为其温度刻度范围为400-800,控制器输出工作范围是控制器输出工作范围是0-10mA。当指示指针从。当指示指针从600移移到

11、到700时时,控制器相应的输出从控制器相应的输出从4mA到到9mA,比例度为比例度为:700-6009-4(/) 100%50%800400 100说明对于这台控制器说明对于这台控制器,温度变化全量程的温度变化全量程的50(相当于相当于 200),控制器的输出能从最小变为最大控制器的输出能从最小变为最大,在此区间内在此区间内, e和和p是成比例的。是成比例的。二、比例控制二、比例控制 (P)比例度示意图比例度示意图:当比例度为当比例度为50%.100%.200%时时,只要偏差只要偏差e变化占仪表全量程的变化占仪表全量程的50%.100%.200%时时,控制器的输出可控制器的输出可由最小由最小p

12、min变为最大变为最大pmax。二、比例控制二、比例控制 (P)比例度比例度与放大倍数与放大倍数Kp的关系的关系:maxminPmaxmin1() 100%Kppxx maxminmaxmin(/) 100%epxxpp PbKapee比例度比例度与放大倍数与放大倍数Kp成反比。成反比。与与Kp都能表示控制器控制作用的都能表示控制器控制作用的 强弱。强弱。 Kp越大表示控制作用越强越大表示控制作用越强,而而越大表示控制作用越弱。越大表示控制作用越弱。二、比例控制二、比例控制 (P)余差余差:从比例控制系统可知液位从比例控制系统可知液位达到新的平衡比原稳态值低达到新的平衡比原稳态值低,存存在余差

13、在余差。为了减少。为了减少余差余差,增大增大KP,但系统稳定性变差。但系统稳定性变差。二、比例控制二、比例控制 (P)3.比例度比例度对系统过渡过程的影响对系统过渡过程的影响 大大(KP小小),过渡过程平稳过渡过程平稳,但余差大。但余差大。小小(KP大大),过渡过程曲线是发散过渡过程曲线是发散振荡。振荡。临界临界:过渡过程出现等幅振荡时过渡过程出现等幅振荡时的比例度。的比例度。适当的适当的,过渡过程为衰减振荡过渡过程为衰减振荡,曲线平稳曲线平稳,但余差不至于太大。但余差不至于太大。 特点特点:反应快反应快,控制及时控制及时。有输入。有输入e时时,输出立即与它成正比输出立即与它成正比地变化地变化

14、,偏差越大偏差越大,输出控制作用越强。但输出控制作用越强。但存在余差存在余差。有关说明：有关说明： 在控制规律中在控制规律中,比例作用是最基本比例作用是最基本.最重要最重要.应用最普遍的应用最普遍的, 它它能迅速地克服干扰的影响能迅速地克服干扰的影响,使系统很快稳定使系统很快稳定。 适用于扰动幅度较小、负荷变化不大、滞后较小或适用于扰动幅度较小、负荷变化不大、滞后较小或 控制要求不高的场合。控制要求不高的场合。 当比例控制的控制指标不能满足工艺生产要求时当比例控制的控制指标不能满足工艺生产要求时,才需才需 在比例控制的基础上适当引入积分或微分控制作用。在比例控制的基础上适当引入积分或微分控制作

15、用。二、比例控制二、比例控制 (P)如不允许存在余差时如不允许存在余差时,在比例控制的基础上在比例控制的基础上,加上能消除加上能消除余差的积分控制作用。余差的积分控制作用。1.积分控制规律积分控制规律 (I)定义定义:p与与e的积分成正比。即：的积分成正比。即：I1ddIpKetetTIApKt三、积分控制三、积分控制 (I)当当e为一阶跃信号时为一阶跃信号时,特点特点:积分作用可消除余差积分作用可消除余差。有。有e时时,p随时间增大随时间增大; e为零时为零时, p停止变化而停止变化而稳定在某一值稳定在某一值,则可达到无余差。则可达到无余差。积分控制作用不及时积分控制作用不及时。KI为积分速

16、度为积分速度, TI为积分时间。为积分时间。pIpI1+d+dpKe KetKeetTppIA+AKpKtTATI三、积分控制三、积分控制 (I)2.比例积分控制规律比例积分控制规律(PI)特点特点:控制及时控制及时,又能消除余差。又能消除余差。当当t=TI时时, p=2KPA,可确定可确定TI. KP值。值。当当e为一阶跃信号时为一阶跃信号时,三、积分控制三、积分控制 (I)3. TI对过渡过程的影响对过渡过程的影响TI越短越短, KI越大越大,积分作用越强积分作用越强;TI越长越长,积分作用越弱积分作用越弱。若若TI为为,无积分作用无积分作用,纯比例控制。纯比例控制。TI过大过大, 积分作

17、用不明显积分作用不明显,余差余差消除很慢消除很慢;TI小小,易于消除余差易于消除余差,但但系统振荡加剧系统振荡加剧,不易稳定不易稳定。PI:有两个参数有两个参数(.TI)可供选择可供选择, 适用范围宽适用范围宽,多数控制系统都采用。多数控制系统都采用。在对象滞后大在对象滞后大.控制控制时间较长时间较长. .e最大最大或负荷变化剧烈时或负荷变化剧烈时,因积分作用缓慢因积分作用缓慢,使控制作用不及时使控制作用不及时, 可可增加微分作用增加微分作用。DddepTt四、微分控制四、微分控制(D)p与与e的变化速度成正比。即的变化速度成正比。即特点特点:p只与只与e变化速度有关变化速度有关,而与而与e的

18、的存在与否无关存在与否无关,即即e不变时不变时, 微分作用微分作用无输出无输出,因而因而不能消除偏差。不能消除偏差。即使偏差很小即使偏差很小,只要出现变化趋势只要出现变化趋势,马上就进行控制马上就进行控制,故有故有超前控制。超前控制。TD为微分时间为微分时间1.微分控制规律微分控制规律2.比例微分控制规律比例微分控制规律(PD) pDd+depKe Tt四、微分控制四、微分控制(D)微分作用微分作用:1).按按e的变化速度进行控制的变化速度进行控制,作用比作用比比例作用快。对惯性大对象用比例作用快。对惯性大对象用PD可改善控制质量可改善控制质量,减少最大偏差减少最大偏差,节省控制时间。节省控制

19、时间。2). 阻止被控变量的变化阻止被控变量的变化,有有抑制振荡抑制振荡的效果。但如加得过大的效果。但如加得过大,由于控制作由于控制作用过强用过强,反而会引起被控变量大幅度的震荡。反而会引起被控变量大幅度的震荡。 四、微分控制四、微分控制(D)3. TD对系统过渡过程的影响对系统过渡过程的影响 若若TD太小太小,则对控制指标没有影响则对控制指标没有影响或或影响甚微影响甚微;选选适当适当TD,控制指标将得到控制指标将得到全面改善全面改善;但若但若TD过大过大,即引入太强的微分作用即引入太强的微分作用,反而可能导致系统产生剧烈的反而可能导致系统产生剧烈的振荡振荡。PID控制规律表达式：控制规律表达

20、式：pDI1d+d +depKee t TTt五、比例积分微分控制五、比例积分微分控制(PID) 实际的实际的PID控制规律较为复杂。控制规律较为复杂。因因PID控制器有控制器有 (KP).TI. TD三个三个参数可选择参数可选择, 适用范围广适用范围广,在温度和在温度和成分分析控制系统中得到广泛应用。成分分析控制系统中得到广泛应用。PID特点特点:控制速度快控制速度快,消除余差消除余差,有较好的控制性能。有较好的控制性能。但这并不意味着它在任何情况下都是最合适的但这并不意味着它在任何情况下都是最合适的,必须根据必须根据过程特性和工艺要求过程特性和工艺要求,选择最为合适的控制规律。选择最为合适

21、的控制规律。模拟式控制器所传送的信号为连续的模拟信号。模拟式控制器所传送的信号为连续的模拟信号。一一. 基本构成原理及部件基本构成原理及部件基本结构包括比较环节、反馈环节、放大器三部分。基本结构包括比较环节、反馈环节、放大器三部分。比较环节比较环节:将给定值与测量值进行比较得到偏差。电动控将给定值与测量值进行比较得到偏差。电动控制器中是以电信号制器中是以电信号(电压或电流电压或电流)进行比较的进行比较的;放大器放大器:是一个稳态增益很大的比例环节。电动控制器中是一个稳态增益很大的比例环节。电动控制器中用高增益的集成运放。用高增益的集成运放。反馈环节反馈环节:通过正、负反馈来实现比例、积分、微分

22、等控通过正、负反馈来实现比例、积分、微分等控制规律的。电动控制器中输出的电信号通过由电阻和电制规律的。电动控制器中输出的电信号通过由电阻和电容构成的无源网络反馈到输入端。容构成的无源网络反馈到输入端。第三节第三节 模拟式控制器模拟式控制器-比较环节比较环节放大器放大器反馈环节反馈环节输出信号输出信号测量信号测量信号给定值给定值偏差偏差1. DDZ型仪表的特点型仪表的特点(1).采用标准信号。标准电流信号采用标准信号。标准电流信号(4-20mADC)通过转换通过转换电阻电阻250,转换为标准电压信号转换为标准电压信号(1-5VDC)。.电气零点不是从零开始电气零点不是从零开始,且不与机械零点重合

23、且不与机械零点重合,可线性可线性化化,且易识别断电、断线等故障。且易识别断电、断线等故障。. 改变转换电阻值改变转换电阻值,控制室仪表可接收控制室仪表可接收1:5的其他电流信的其他电流信号号,如将如将1-5mA或或10-50mA,再转换为电压信号再转换为电压信号(1-5V)。.实现现场变送器与控制室仪表的两根导线连接。实现现场变送器与控制室仪表的两根导线连接。二、二、DDZ-III型电动控制器型电动控制器(2).采用集成电路采用集成电路,可靠性提高可靠性提高,维修量减少。维修量减少。. 运放为差放运放为差放,输入对称性好输入对称性好,漂移小漂移小,提高了稳定性。提高了稳定性。.采用高增益运放采

24、用高增益运放,可提高仪表精度。可提高仪表精度。.采用集成电路采用集成电路,焊点少焊点少,提高了可靠性。提高了可靠性。(3).仪表的电源采用统一的仪表的电源采用统一的24VDC电源电源,且有备用电源。且有备用电源。.去掉变压器去掉变压器,解决了发热问题解决了发热问题,为防爆提供了有利条件。为防爆提供了有利条件。.停电时停电时,有备用电源可照常工作。有备用电源可照常工作。(4).结构合理结构合理.有全刻度指示控制器和偏差指示控制器两种。指示为有全刻度指示控制器和偏差指示控制器两种。指示为大表头大表头,指示醒目指示醒目,便于监视操作。便于监视操作。.有自动有自动.手动切换方式手动切换方式,并有硬手动

25、和软手动两种方式。并有硬手动和软手动两种方式。.可单独安装和高密度安装。可单独安装和高密度安装。.有内给定和外给定两种方式。有内给定和外给定两种方式。.整套仪表可构成安全火花型防爆系统。整套仪表可构成安全火花型防爆系统。1. DDZ型仪表的特点型仪表的特点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：组成组成:输入电路、给定电路、输入电路、给定电路、PID运算电路、自动与手动运算电路、自动与手动切换电路、输出电路及指示电路。切换电路、输出电路及指示电路。2. DDZ-III型电动控制器的组成与操作型电动控制器的组成与操作4-20mA4-20mA1-5V4-20mA(1-5V)输出

26、指示输出指示稳定电压源稳定电压源250 1-5V图图4-18 DTL-3110型调节器正面图型调节器正面图2双针垂直指示器双针垂直指示器有两个指针有两个指针,红针为测量信号指针红针为测量信号指针,黑针为给定信号指针黑针为给定信号指针; 两者之差为偏差。两者之差为偏差。当外给定时当外给定时,外给定指外给定指示灯示灯(7)亮。亮。3内给定设定轮内给定设定轮显示控制器输出显示控制器输出信号大小。信号大小。4输出指示器输出指示器8阀位指示器阀位指示器表示阀门安全开度表示阀门安全开度,X表表示关闭示关闭,S表示打开。表示打开。12手动输出插孔手动输出插孔11输入检测插孔输入检测插孔10位号牌位号牌1自动

27、自动-软手动软手动-硬手动切换开关硬手动切换开关5硬手动操作杆硬手动操作杆6软手动操作板键软手动操作板键9输出记录指示输出记录指示DTL-3110型调节器型调节器图图4-18 DTL-3110型调节器正面图型调节器正面图右侧面还有正右侧面还有正.反作用切换开关。反作用切换开关。正作用正作用:当调节器的测量信号增大当调节器的测量信号增大(给给定信号减少定信号减少)时时,输出信号随之增大。输出信号随之增大。反作用反作用:当调节器的测量信号增大当调节器的测量信号增大(给给定信号减少定信号减少)时时,输出信号随之减少大。输出信号随之减少大。DTL-3110型调节器型调节器一、数字式控制器主要特点一、数

28、字式控制器主要特点1. 实现了模拟仪表与计算机一体化实现了模拟仪表与计算机一体化;2. 具有丰富的运算控制功能具有丰富的运算控制功能;3. 使用灵活方便使用灵活方便,通用性强通用性强;4. 具有通讯功能具有通讯功能,便于系统扩展便于系统扩展;5. 可靠性高可靠性高,维护方便。维护方便。第四节第四节 数字式控制器数字式控制器模拟式控制器采用模拟技术模拟式控制器采用模拟技术,以运放等模拟电子器件为基以运放等模拟电子器件为基本部件本部件;数字式控制器采用数字技术数字式控制器采用数字技术,以以微处理机为核心微处理机为核心 。图图5-19 数字式控制器的硬件电路数字式控制器的硬件电路 由由硬件硬件和和软

29、件软件组成组成,软件决定其控制功能。软件决定其控制功能。1.硬件部分硬件部分:主机电路主机电路.过程输入通道过程输入通道.过程输出通道过程输出通道.人机人机接口电路和通讯接口电路等。接口电路和通讯接口电路等。二、数字式控制器的基本构成二、数字式控制器的基本构成控制器的核心。实现数据运算及各组成部分之间的管理。控制器的核心。实现数据运算及各组成部分之间的管理。将开关量转换成数字信号。将开关量转换成数字信号。为了抑制干扰采用光电耦为了抑制干扰采用光电耦合器件合器件,进行隔离传输。进行隔离传输。420mA15V人人/机联系部件机联系部件 人机联系部件放置在控制器的正面和侧面。人机联系部件放置在控制器

30、的正面和侧面。正面板正面板:有测量和给定值显示器有测量和给定值显示器,输出显示器输出显示器,运行状态运行状态(自动自动/串级串级/手动手动)切换按钮切换按钮,给定值增给定值增/减按钮和手动操作减按钮和手动操作按钮及一些状态显示灯。按钮及一些状态显示灯。侧面板侧面板:有设置和指示各种参数的键盘有设置和指示各种参数的键盘.显示器。有的带有显示器。有的带有后备手操器。当发生故障时后备手操器。当发生故障时, 用手操器改变输出用手操器改变输出,进行遥控。进行遥控。通信接口电路通信接口电路将欲发送的数据转换成标准通信格式的数字信号将欲发送的数据转换成标准通信格式的数字信号,由发送由发送电路送往外部通信线路

31、电路送往外部通信线路(数据通道数据通道),同时通过接收电路接收同时通过接收电路接收来自通信线路的数字信号来自通信线路的数字信号,将其转换成被计算机接收的数据。将其转换成被计算机接收的数据。1.硬件部分硬件部分包括包括系统程序和用户程序。系统程序系统程序和用户程序。系统程序是软件的主体。是软件的主体。(1).系统程序系统程序:包括包括监控程序和功能模块监控程序和功能模块。监控程序监控程序:使控制器各硬件电路能正常工作并实现所规定使控制器各硬件电路能正常工作并实现所规定的功能的功能,同时完成各组成部分之间的管理。同时完成各组成部分之间的管理。2.数字式控制器软件数字式控制器软件功能模块功能模块:提

32、供各种功能提供各种功能,用户可选择所需的功能模块构成用户可选择所需的功能模块构成用户程序用户程序,使控制器实现用户所规定的功能。使控制器实现用户所规定的功能。(2).用户程序用户程序 用户选择所需的功能模块用户选择所需的功能模块, 按一定的规则连接起来。按一定的规则连接起来。作用是使控制器完成预定的控制与运算功能。作用是使控制器完成预定的控制与运算功能。编制程序是完成功能模块的连接编制程序是完成功能模块的连接,即组态工作。即组态工作。编程采用编程采用“面向过程面向过程POL语言语言”,是为了定义和解决某些是为了定义和解决某些问题而设计的问题而设计的专用专用程序语言。程序语言。特点特点:程序设计

33、简单程序设计简单.操作方便操作方便.容易掌握和调试。容易掌握和调试。在线编程在线编程:利用控制器自身的利用控制器自身的CPU,通过编程器将用户程通过编程器将用户程序序写入写入EPROM。离线编程离线编程:编程器脱离控制器编程器脱离控制器,用专门的编程器先编程用专门的编程器先编程,并并写入写入EPROM中中,再把该再把该EPROM插在控制器上相应的插在控制器上相应的插座上。插座上。2.数字式控制器软件数字式控制器软件编程编程是通过是通过专用的编程器专用的编程器进行的进行的,有在线和离线两种方法。有在线和离线两种方法。 (2).用户程序用户程序用户程序有组态式和空栏式语言。组态式用户程序有组态式和

34、空栏式语言。组态式:表格式表格式 (KMM调节器调节器)和助记符式组态语言和助记符式组态语言(SLPC调节器调节器)。这种控制器的控制规律可根据需要由用户自己编程这种控制器的控制规律可根据需要由用户自己编程,且可且可修改修改,实际是一台可编程的数字控制器。可编程序实际是一台可编程的数字控制器。可编程序调节器调节器三、三、KMM可编程序调节器可编程序调节器是一种单回路数字控制器。它有是一种单回路数字控制器。它有45个运算和控制模块。个运算和控制模块。根据需要选部分模块进行组态根据需要选部分模块进行组态,但一次最多可选但一次最多可选30个模块个模块组态。用户程序用组态。用户程序用POL语言语言编写

35、编写,采用表格式采用表格式组态组态方式。方式。 可接收可接收5个模拟输入信号个模拟输入信号,4个数字输入信号个数字输入信号,输出输出3个模拟个模拟信号信号(1-5V),其中一个为其中一个为420mA和输出和输出3个数字信号。个数字信号。 功能功能:用于单回路的简单控制系统和复杂串级控制系统。用于单回路的简单控制系统和复杂串级控制系统。完成比例积分微分运算外完成比例积分微分运算外,还进行加还进行加.减减.乘乘.除除.开方等运算开方等运算,还可进行高还可进行高.低值选择和逻辑运算等低值选择和逻辑运算等,还能直接接受上位机还能直接接受上位机的设定值信号的设定值信号,可作为分散型数字控制系统中装置级的

36、可作为分散型数字控制系统中装置级的控制器使用。控制器使用。特点特点:控制精度高控制精度高.使用方便灵活使用方便灵活.还具有自诊断的功能还具有自诊断的功能,维修方便。维修方便。1.上下限报警指示灯上下限报警指示灯2.仪表异常指示灯仪表异常指示灯1.KMM调节器的面板及其功能键调节器的面板及其功能键当调节器自诊断检出异常时当调节器自诊断检出异常时,指示灯就亮。指示灯就亮。此时调节器处于此时调节器处于“后备手操后备手操”运行方式运行方式,在此状态时在此状态时,各指针的指各指针的指示值均无效。示值均无效。此后的操作由装在仪表内部的此后的操作由装在仪表内部的“后备操作单元后备操作单元”进行。异常原因进行

37、。异常原因不排除不排除,调节器就不会自行切换到其他运行方式。调节器就不会自行切换到其他运行方式。1.上下限报警指示灯上下限报警指示灯2.仪表异常指示灯仪表异常指示灯3.通信指示灯通信指示灯4.联锁状态指示灯联锁状态指示灯 及复位按钮及复位按钮R调节器通过附加通讯接口与上位机通讯调节器通过附加通讯接口与上位机通讯,此时此时3号灯亮。号灯亮。1.KMM调节器的面板及其功能键调节器的面板及其功能键此时调节器功能与手动方式相同。此时调节器功能与手动方式相同。每次切换到此方式后每次切换到此方式后,联锁信号中断联锁信号中断,如不按复位键如不按复位键R,就不能切换到就不能切换到其他运行方式。一按复位键其他运

38、行方式。一按复位键R,就返回到就返回到“手动手动”方式。方式。1.上下限报警指示灯上下限报警指示灯2.仪表异常指示灯仪表异常指示灯3.通信指示灯通信指示灯4.联锁状态指示灯联锁状态指示灯 及复位按钮及复位按钮R1.KMM调节器的面板及其功能键调节器的面板及其功能键5.串级运行方式按串级运行方式按钮及指示灯钮及指示灯当按下按钮当按下按钮C时时,指示灯指示灯5亮亮,这时调节器为串级运行方式这时调节器为串级运行方式,给定值来给定值来自另一个运算单元或从调节器外部来的信号。自另一个运算单元或从调节器外部来的信号。6.自动运行方式按自动运行方式按钮及指示灯钮及指示灯当按下按钮当按下按钮A时时,指示灯指示

39、灯6亮亮,这时调节器为这时调节器为“自动自动”运行方式运行方式,给定给定值值通过按钮通过按钮8进行内给定值的增减。进行内给定值的增减。8.内给定值设定按钮内给定值设定按钮1.上下限报警指示灯上下限报警指示灯2.仪表异常指示灯仪表异常指示灯3.通信指示灯通信指示灯4.联锁状态指示灯联锁状态指示灯 及复位按钮及复位按钮R1.KMM调节器的面板及其功能键调节器的面板及其功能键8.内给定值设定按钮内给定值设定按钮5.串级运行方式按串级运行方式按钮及指示灯钮及指示灯6.自动运行方式按自动运行方式按钮及指示灯钮及指示灯7.手动运行方式按手动运行方式按钮及指示灯钮及指示灯9.输出操作按钮输出操作按钮当按下按

40、钮当按下按钮M时时,指示灯指示灯7亮亮,这时调节器为这时调节器为“手动手动”运行方式运行方式,通过通过按钮按钮9可进行输出的手动操作。可进行输出的手动操作。按下右边按钮的时按下右边按钮的时, 输出增加输出增加;按下左边按钮的时按下左边按钮的时, 输出减少。输出减少。输出值由输出值由12号显示。号显示。12.输出指针输出指针1.上下限报警指示灯上下限报警指示灯2.仪表异常指示灯仪表异常指示灯3.通信指示灯通信指示灯4.联锁状态指示灯联锁状态指示灯 及复位按钮及复位按钮R输入到输入到PID运算单元的测量值和给定值。运算单元的测量值和给定值。1.KMM调节器的面板及其功能键调节器的面板及其功能键10

41、.测量值测量值(PV)指针指针11.给定值给定值(SP)指针指针13.备忘指针备忘指针8.内给定值设定按钮内给定值设定按钮5.串级运行方式按串级运行方式按钮及指示灯钮及指示灯6.自动运行方式按自动运行方式按钮及指示灯钮及指示灯7.手动运行方式按手动运行方式按钮及指示灯钮及指示灯给正常运行时的测量值、给定值、输出值做记号用。给正常运行时的测量值、给定值、输出值做记号用。9.输出操作按钮输出操作按钮12.输出指针输出指针14.标牌标牌2.KMM调节器的侧面调节器的侧面图10-5 KMM调节器的右侧面1数据设定器 (任选)；2备用手操器；3辅助开关；4电源单元；5BUF板(前)；6IOC板(中)；7

42、CPU板 (后)数据设定器可设定数据设定器可设定PID参数参数,数字显示给定值、测量值。数字显示给定值、测量值。BUF:缓冲区缓冲区; IOC:控制反转控制反转3.调节器的启动步骤调节器的启动步骤1) 调节器在启动前调节器在启动前,先将先将“后备手操单元后备手操单元”的的“后备后备/正正常常”切换到切换到“正常正常”。2) 使调节器通电使调节器通电,调节器处于调节器处于“联锁手动联锁手动”运行方式运行方式,联联锁指示灯亮。锁指示灯亮。3) 用用“数据设定器数据设定器”显示、核对运行所需的数据显示、核对运行所需的数据,必要必要时可改变时可改变PID参数。参数。4) 按下按下“R”键键(复位键复位

43、键),解除解除“联锁联锁”。可进行手动、。可进行手动、自动、串级操作。自动、串级操作。第五节第五节 可编程序控制器可编程序控制器(PLC)一、概述一、概述1 定义定义:是一种数字运算操作的电子系统是一种数字运算操作的电子系统,专为在工业环境专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器应用而设计的。它采用一类可编程的存储器,用于其内部用于其内部存储程序存储程序.执行逻辑运算执行逻辑运算.顺序控制顺序控制.定时定时.计数与算术操作计数与算术操作等面向用户的指令等面向用户的指令,并通过数字或模拟式输入并通过数字或模拟式输入/输出控制输出控制各种类型的机械或生产过程。各种类型的机械或生产过程。

44、2 发展过程发展过程:初期主要用于顺序控制初期主要用于顺序控制开关量逻辑控制开关量逻辑控制.机械加工的数字控制机械加工的数字控制.机器人的控制机器人的控制连续生产过程的连续生产过程的闭环控制闭环控制单回路控制与各种复杂控制单回路控制与各种复杂控制,也可组成多级也可组成多级控制系统控制系统,实现工厂自动化网络。实现工厂自动化网络。 第五节第五节 可编程序控制器可编程序控制器(PLC)一、概述一、概述3 分类分类1) 按容量分按容量分:小型小型PLC.中型中型PLC.大型大型PLC小型小型PLC:I/O点总数为点总数为20128点。具有逻辑运算点。具有逻辑运算.定时计数定时计数.移位处理等功能移位

45、处理等功能,采用专用简易编程器。用来代替继电器采用专用简易编程器。用来代替继电器控制控制,用于机床控制用于机床控制.机械加工和小规模生产过程联锁控制。机械加工和小规模生产过程联锁控制。中型中型PLC:I/O点总数为点总数为129512点点,内存在内存在8K以下适合开以下适合开关量逻辑控制和过程变量检测及连续控制。具有小型关量逻辑控制和过程变量检测及连续控制。具有小型PLC功能外功能外,还有算术运算还有算术运算.数据处理及数据处理及A/D.D/A转换转换.联网通信联网通信.远程远程I/O等功能等功能, 用于较复杂过程控制。用于较复杂过程控制。大型大型PLC:I/O点总数在点总数在513点以上点以

46、上,具有中小型具有中小型PLC功能外功能外,还有还有PID运算及高速计数等功能运算及高速计数等功能, 与工业控制计算机相似。与工业控制计算机相似。第五节第五节 可编程序控制器可编程序控制器(PLC)一、概述一、概述3 分类分类2) 按硬件结构分按硬件结构分:整体式整体式PLC.模块式模块式PLC.叠装式叠装式PLC整体式整体式PLC:各组成部分集装在一个机壳内。编程器和主各组成部分集装在一个机壳内。编程器和主机是分离的。具有结构紧凑机是分离的。具有结构紧凑.体积小体积小.价格低的特点。价格低的特点。小型小型PLC为整体式结构。为整体式结构。模块式模块式PLC:采用积木搭接的方式组成系统采用积木

47、搭接的方式组成系统,由框架和由框架和各模块组成各模块组成,各模块插在相应插槽上各模块插在相应插槽上,通过总线连接。通过总线连接。 I/O点数较多的大型点数较多的大型.中型和部分小型采用此结构。中型和部分小型采用此结构。叠装式叠装式PLC:结合上述两种的优点结合上述两种的优点,用扁平电缆连接用扁平电缆连接,紧密拼装后组成一个整齐的体积小的长方体紧密拼装后组成一个整齐的体积小的长方体,且且I/O点数点数的配置灵活。的配置灵活。PLC采用了典型的计算机结构采用了典型的计算机结构,其基本组成如下图。其基本组成如下图。 图图4-23 PLC基本组成基本组成二、二、PLC的基本组成的基本组成二、二、PLC

48、的基本组成的基本组成1. 中央处理器中央处理器 主要作用主要作用:解释并执行用户及系统程序解释并执行用户及系统程序,通过运行用户及通过运行用户及系统程序完成所有控制系统程序完成所有控制.处理处理.通信以及所赋予的其他功能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。控制整个系统协调一致地工作。2. 储存器储存器 (1)储存器类型储存器类型:RAM.ROM.EPROM. E2PROM 。随机储存器随机储存器(RAM):储存储存PLC内部的输入内部的输入.输出信息输出信息,并储存并储存内部继电器内部继电器.移位寄存器移位寄存器.定时器定时器/计数器以及累加器等的计数器以及累加器等的工作状态

49、工作状态,还可储存用户正在调试和修改的程序及各种还可储存用户正在调试和修改的程序及各种暂存的数据暂存的数据.中间变量。中间变量。只读储存器只读储存器(ROM):储存系统程序。储存系统程序。可擦可编程可擦可编程只读储存器只读储存器(EPROM):存放存放PLC的操作系统和的操作系统和监控程序监控程序,如用户程序调试好后可固化在其中。如用户程序调试好后可固化在其中。二、二、PLC的基本组成的基本组成2. 储存器储存器 (2)储存器分配储存器分配:PLC系统存储区和用户存储区储存器。系统存储区和用户存储区储存器。3. 输入输出模块输入输出模块系统存储区系统存储区系统程序存储区系统程序存储区内部工作状

50、态存储区内部工作状态存储区 用户存储区用户存储区数据存储区数据存储区用户程序存储区用户程序存储区是可编程序控制器是可编程序控制器(PLC)和生产过程相联系的桥梁。和生产过程相联系的桥梁。分为开关量输入模块分为开关量输入模块.开关量输出模块开关量输出模块.模拟量输入模块模拟量输入模块.模拟量输出模块模拟量输出模块.脉冲量输入模块等。脉冲量输入模块等。二、二、PLC的基本组成的基本组成4. 编程器编程器: PLC必不可少的重要外部设备必不可少的重要外部设备(1) 编程器的功能编程器的功能:将用户所希望的功能通过编程语言送到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,还

51、能对还能对PLC的工作状态进行监控。的工作状态进行监控。编程可以在计算机上完成。编程可以在计算机上完成。(2).编程器的工作方式编程器的工作方式:在线和离线编程在线和离线编程在线编程是编程器和在线编程是编程器和PLC相连接相连接,可对程序进行调试和可对程序进行调试和修改修改,并监视并监视PLC内部器件的工作状态内部器件的工作状态,还可强迫某个器件还可强迫某个器件置位或复位置位或复位,强迫输出。强迫输出。离线编程是编程器先不和离线编程是编程器先不和PLC相连接相连接, 编制的程序先存在编制的程序先存在编程器中编程器中,程序编写完再与程序编写完再与PLC相连接相连接,送到其中。送到其中。离线编程不

52、影响离线编程不影响PLC的工作的工作,但也不能对其进行监视。但也不能对其进行监视。二、二、PLC的基本组成的基本组成4. 编程器编程器: PLC必不可少的重要外部设备必不可少的重要外部设备(3) 编程器的分类编程器的分类:便携式编程器和通用计算机便携式编程器和通用计算机便携式编程器便携式编程器(简易编程器简易编程器):一般用助记符指令形式编程一般用助记符指令形式编程,只能联机编程只能联机编程, 对对PLC监控功能少监控功能少,适用小型适用小型PLC。通用计算机通用计算机:采用梯形图编程采用梯形图编程,在通用计算机上加上适当的在通用计算机上加上适当的硬件接口和软件包硬件接口和软件包,可进行编程。

53、有较强的监控功能。可进行编程。有较强的监控功能。三、三、PLC的编程语言的编程语言梯形图语言梯形图语言.助记符语言助记符语言.功能表图和某些高级语言。功能表图和某些高级语言。1.梯形图语言梯形图语言是在继电器控制电路基础上开发的一种图形编程语言是在继电器控制电路基础上开发的一种图形编程语言,沿用了继电器沿用了继电器.接点接点.串并联等术语和类似的图形符号串并联等术语和类似的图形符号,是多数是多数PLC的第一用户语言。的第一用户语言。PLC的内部等效继电器电路的内部等效继电器电路。继电器控制系统继电器控制系统三、三、PLC的编程语言的编程语言1.梯形图语言梯形图语言三、三、PLC的编程语言的编程

54、语言1.梯形图语言梯形图语言PLC看成是由许多继电器组成的控制器看成是由许多继电器组成的控制器,但这些继电器的但这些继电器的通断是由软件来控制的通断是由软件来控制的,因此称为因此称为“软继电器软继电器”。 输入触点输入触点中间继电器触点中间继电器触点输出单元输出单元三、三、PLC的编程语言的编程语言1.梯形图语言梯形图语言输入触点输入触点:是是PLC的外接开关的内部影像触点的外接开关的内部影像触点,还可还可PLC的内部继电器触点的内部继电器触点,或定时器或定时器.计数器等状态计数器等状态。每一个。每一个触触点都有自己的特殊编号。点都有自己的特殊编号。输出线圈输出线圈:对应对应PLC内存的相应位

55、内存的相应位,包括中间继电器线圈包括中间继电器线圈.辅助继电器线圈辅助继电器线圈.及定时器及定时器.计数器等计数器等,其逻辑动作只有线其逻辑动作只有线圈接通后圈接通后,对应的触点才可能发生动作对应的触点才可能发生动作。:常开触点常开触点,“1”时闭合时闭合, “0”时打开。时打开。:常闭触点常闭触点,“1”时打开时打开, “0”时闭合。时闭合。PLC的等效继电控制电路的等效继电控制电路三、三、PLC的编程语言的编程语言1.梯形图语言梯形图语言梯形图从上至下按行编写梯形图从上至下按行编写,每一行则按从左到右的顺序每一行则按从左到右的顺序编写。编写。 PLC按从左到右、从上至下的顺序执行按从左到右

56、、从上至下的顺序执行程程序。序。梯形图按自上而下梯形图按自上而下,从左到右的顺序排列。从左到右的顺序排列。 在梯形图中在梯形图中,每个继电器线圈为一个逻辑行每个继电器线圈为一个逻辑行,即一层阶梯。即一层阶梯。 梯形图中的继电器不是真实的继电器梯形图中的继电器不是真实的继电器,而是而是“软继电器软继电器”。 继电器实质上是存储器中触发器继电器实质上是存储器中触发器,故其状态有故其状态有“1”和和“0” 。线圈中的电流不是真正的电流线圈中的电流不是真正的电流,而为而为“概念电流概念电流”,两端的两端的母线也不需接电源。母线也不需接电源。梯形图中的线圈是广义的梯形图中的线圈是广义的,它可表示计时器它

57、可表示计时器.计数器计数器.移位寄存器及各种运算结果等。移位寄存器及各种运算结果等。梯形图中不出现输入继电器的线圈梯形图中不出现输入继电器的线圈,而只出现输入继电而只出现输入继电器的触头。其触头的状态由输入继电器线圈的状态确定，器的触头。其触头的状态由输入继电器线圈的状态确定，亦即表示所接收的外部输入信号。亦即表示所接收的外部输入信号。三、三、PLC的编程语言的编程语言1.梯形图语言梯形图语言梯形图中的输出继电器供梯形图中的输出继电器供PLC作输出控制用作输出控制用,而其内部而其内部继电器不能作输出控制用继电器不能作输出控制用,其接点只能供其接点只能供PLC内部使用。内部使用。由梯形图编写指令

58、程序时由梯形图编写指令程序时,应遵循从上到下、从左到右应遵循从上到下、从左到右的顺序的顺序,梯形图中的每个符号对应于一条指令梯形图中的每个符号对应于一条指令,一条指令为一条指令为一个步序一个步序,不存在几条并列支路或一条支路上几个符号同不存在几条并列支路或一条支路上几个符号同时执行的可能性。时执行的可能性。三、三、PLC的编程语言的编程语言1.梯形图语言梯形图语言2. 助记符语言助记符语言是一种类似于汇编语言是一种类似于汇编语言,语句是用户程序的基本单元语句是用户程序的基本单元,每种每种控制功能通过一条或多条语句来描述。不同厂家的控制功能通过一条或多条语句来描述。不同厂家的PLC采用不同的助记

59、符号集采用不同的助记符号集,但基本指令格式是由操作码和但基本指令格式是由操作码和操作数组成。操作数组成。LD I0.0OR Q3.0AND NOT I0.1AND NOT I0.2OUT Q3.0 END3. 逻辑功能图逻辑功能图(FBD)是在数字逻辑电路基础上开发出的一种图形编程语言是在数字逻辑电路基础上开发出的一种图形编程语言,它采用了数字电路的图符它采用了数字电路的图符,用用“与与”、“或或”、“非非”等逻辑等逻辑组合来描述控制功能。组合来描述控制功能。四、四、OMRON C系列系列PLC1. 简介简介指令大多数按位寻址指令大多数按位寻址,个别指令按通道寻址。个别指令按通道寻址。按位寻址

60、的地址编号按位寻址的地址编号:通道号。位号为通道号。位号为0.00表示表示0通道的通道的第第0位位,位为十进制数位为十进制数,范围范围015。C系列系列PLC有有:微型微型.小型小型.中型中型.大型大型微型微型PLC:C20P和和C40H;小型小型PLC:C120和和C200H;中型中型PLC:C500和和C1000H;大型大型PLC: C2000H2. OMRON PLC指令指令可按可按PLC的主机标注编号编程的主机标注编号编程;对模块式对模块式PLC根据输入根据输入或输出模块安装位置编号。或输出模块安装位置编号。指令由助记符和操作数组成指令由助记符和操作数组成,助记符表示指令要完成的功助记