第六章数字式控制器课件

第6章数字式控制器6.1概述6.2SLPC可编程调节器第6章数字式控制器6.1概述6.2SLPC可编程第6章数字式控制器知识目标：掌握数字式控制器的特点了解SLPC调节器的内部结构理解SLPC调节器的指令系统和控制功能指令掌握SLPC调节器的程序编制及操作方法技能目标：能正确操作SLPC调节器能运用SLPC调节器实现常规控制系统方案第6章数字式控制器知识目标：技能目标：能正确操作SLPC问题的引入：过程控制仪表的分类:按结构形式分:1.基地式过程控制仪表2.单元组合式过程控制仪表3.组件组装式过程控制仪表按信号的形式分:1.模拟式过程控制仪表

2.数字式过程控制仪表

模拟式控制仪表的缺点:功能单一信息分散监视操作不便问题的引入：过程控制仪表的分类:按结构形式分:按信号的形式分6.1概述一、分类6.1概述一、分类二、数字控制器的特点实质：是一台工业控制计算机1、性能/价格比高；2、使用方便；3、灵活性强；4、可靠性高二、数字控制器的特点实质：是一台工业控制计算机1、性能/价格三、数字式控制器的基本构成原理1、微处理器CPU2、存贮器ROM、RAM、EPROM3、过程通道输入通道输出通道模拟通道数字通道4、通讯接口5、编程器6、其它：显示报警、手操、电源三、数字式控制器的基本构成原理1、微处理器CPU第六章数字式控制器课件1、系统软件包括有：过程管理软件、输入/输出处理软件、自诊断、通讯、软件自整定、人—机接口管理软件（固化在ROM中）。

四、数字控制器的软件技术2、应用软件运算模块——可供用户调用的具有某种运算功能的标准子程序（固化在ROM中）。用户程序——由用户自己编写（制）用于解决实际控制功能的程序（在EPROM中）。1、系统软件四、数字控制器的软件技术2、应用软件运算模块——（1）过程控制软件包——标准子程序库（PID模块、四则运算、逻辑运算模块）（2）运算模块——可供用户调用的具有某种运算功能的标准子程序（3）用户程序——由用户自己编写（制）用于解决实际控制功能的程序（4）组态——将软件包中的模块作适当的选用、连接的工作叫组套——软连接。（5）编程方式在线编程（联机编程）

离线编程（脱机编程）

3、几个概念：3、几个概念：一、SLPC可编程序调节器的性能指标二、SLPC可编程序调节器的硬件结构三、SLPC可编程序调节器的指令系统四、SLPC可编程调节器的控制功能指令五、SLPC可编程调节器的程序输入方法6.2SLPC*E可编程调节器一、SLPC可编程序调节器的性能指标二、SLPC可编程序调模拟量输入信号1～5VDC5点。模拟量输出信号1～5VDC2点负载电阻≥2KΩ。模拟量输出信号4～20mADC1点状态量输入信号接点或电压电平共6点状态量输出信号晶体管接点（共用型）。状态输入信号规格：接点信号200Ω以下为ON，100kΩ以上为OFF；电平信号-1～+1VDC为ON，4.5V～30VDC为OFF。

比例度δ6.3%～999.9%

积分时间TI1～9999s微分时间TD0～9999s控制功能基本控制功能、串级控制功能、选择控制功能控制要素标准PID控制要素、采样PI控制要素、批量PID控制要素程序功能主程序99步，子程序99步，控制运算周期0.1s或0.2s供电电源交直流两用，无交直流电源换开关100V规格20～130VDC，无极性；80～138VAC220V规格120～340VDC，无极性；138～264VAC一、主要技术指标一、主要技术指标2.侧面板（一）外型结构二、SLPC可编程序调节器的硬件结构1.正面板3.背后接线端子2.侧面板（一）外型结构二、SLPC可编程序调节器的硬件结1.正面板1.正面板2.侧面板2.侧面板3.背后接线端子3.背后接线端子（二）内部电路1.微处理机电路2.状态输入/输出电路（过程数字输入/输出通道）3.模拟输入/输出电路和D/A转换器4.故障处理与报警输出电路5.数据设定器（显示器和键盘）与通讯接口电路6.电源电路7.手操电路（二）内部电路1.微处理机电路内部电路简图内部电路简图状态输出电路及外部负载接法状态输出电路及外部负载接法（二）SLPC*E寄存器的构成（RAM的区域划分）（有17种不同用途的寄存器）三、SLPC可编程序调节器的指令系统（一）SLPC*E内部数据（形式）1、连续数据2、状态数据（三）功能模块（二）SLPC*E寄存器的构成（RAM的区域划分）三、S

SLPC调节器内部的运算是数字式运算，参加运算的数据及运算结果都分为连续数据、状态数据两类。

1.连续数据采用二进制16位数据，其中，一位符号，三位整数。因为实际位数有限，所谓连续数据是以1×2-12即约0．00024(十进制)为最小变化单位的。内部运算精度也因此受到限制。

数据范围为-7．999～+7．999(十进制)。内部运算中参加运算的数据以及任何一步运算结果，都必须在此范围内，否则便以极限值代替运算结果并发出报警。

2.状态数据：只有0和1两个数。

（一）SLPC*E内部数据（形式） （一）SLPC*E内部数据（形式） （二）SLPC*E寄存器的构成（RAM的区域划分）

SLPC内部有许多与应用软件密切相关的用户寄存器，用于寄存各种连续数据、状态数据。

1.基本寄存器主要有8种寄存器

①模拟量输入寄存器Xnn=1～5，共5个寄存器，与5个模拟输入信号相对应。5个模拟输入信号经A/D转换成内部连续数据后存入X1～X5。

②模拟量输出寄存器Ynn=1～6，共6个寄存器。

Y1～Y3对应SLPC的3个模拟输出信号。Y1对应电流输出信号，Y2、Y3对应两个电压输出信号。

Y4～Y6作为与上位系统通信的辅助模拟输出寄存器。如果SLPC与上位系统有通信连接，Y4～Y6内的数据可由SLPC的通信端子传输给上位系统。③状态量输入寄存器DInn=01～06，共6个寄存器，与SLPC的6个状态输入信号相对应。由状态输入信号决定寄存器内状态数据，ON则为1，OFF则为0。

（二）SLPC*E寄存器的构成（RAM的区域划分）（二）SLPC*E寄存器的构成（RAM的区域划分）

④状态量输出寄存器DOnn=01～16，共16个寄存器。

DO01～DO06对应SLPC的6个接点输出信号。寄存器中的状态数据若是1则相应的输出端子为通，0则断。

虽然DIn和DOn各有6个，但编程序时使用的DIn、DOn的总数不得超过6个，且DIn、DOn对应的状态输入输出端子不得重复。SLPC的状态输入输出端子共有6对，每一对端子都可设定用作输入或输出，但同一对端子不可既用作输入又用作输出。

如果编程时没有进行DIO01～DIO06设定，那么DIO01～DIO03自动取初始值0，DIO04～DIO06取初始值1。

DIO07～DIO16用于内部状态数据寄存。它们没有对应的输入输出端子。

⑤可变参数寄存器PnP01～P1616个寄存器用以存放过程控制中需要设定的可变参数，可通过侧面盘设定，Pn的内容可在用户程续中进行读写，其中P01、P02的数值还可由上位系统设定。（二）SLPC*E寄存器的构成（RAM的区域划分）④状态⑥常数寄存器Knn=01～16，共16个寄存器，用于运算中固定常数设定。其数值在编程时通过编程器设定，调节器运行中不能修改，只能读出。

⑦暂存寄存器Tn=01～16，共16个寄存器，用于暂存中间运算结果，便于编程。⑧运算寄存器Snn=1～5，5个寄存器为堆栈结构，S1在最上层，S5在最下层。数据只能从最上层的S1进、出。当把数据装入Sl时，各层中原来的数据依次压入下一层。（二）SLPC*E寄存器的构成（RAM的区域划分）⑥常数寄存器Knn=01～16，共16个寄存器

2.功能扩展寄存器为了扩展控制功能，还设置了A类、B类，FL类功能扩展寄存器，每一类包括多个寄存器，如果不需要进行扩展，可对全部寄存器置于初始值。

①A类寄存器A01～A16共16个寄存器。这类寄存器主要用于扩展PID控制的功能，借助它们实现串级外给定、可变增益、输入输出补偿等控制功能。

②B类寄存器包括B0～B39(编号不连续)。这类寄存器使PID控制的各种参数，如比例度，积分时间、微分时间、报警设定值等等，可由用户程序设定、变更，从而实现这些参数的自动修改。

③FL类寄存器包括FL01～FL32(编号不连续)。其中，FL01～FL80用于存放各种报警的标志；FL09～FLl3用于由用户程序设定调节器的工作方式，从而实现运行方式自动切换；FL19～FL20用于存放自诊断结果的标志。（二）SLPC*E寄存器的构成（RAM的区域划分）2.功能扩展寄存器（二）SLPC*E寄存器的构成（RAM（三）功能模块（指令及功能）1.用户程序结构和运算寄存器的动作2.功能模块介绍（1）数据传输功能模块（2）基本运算功能模块（3）逻辑运算功能模块（4）带编号（函数）运算功能模块（5）控制运算功能模块（三）功能模块（指令及功能）1.用户程序结构和运算寄存器的动1.用户程序结构和运算寄存器的动作(1)用户程序结构(2)运算寄存器(Sn)的动作Sn：运算寄存器有5层结构：堆栈结构数据的进出：从只能从最上层S1输入处理运算处理输出处理结束X1~3DI1~6Y1~3DOI1~6S1S2S3S4S5S1S2S3S4S5数据丢失进出进进数据丢失用户程序结构（三）功能模块（指令及功能）1.用户程序结构和运算寄存器的动作输入处理运算处理输出处理结S1S2S3S4S5ABCDE1.用户程序结构和运算寄存器的动作(1)用户程序结构(2)运算寄存器(Sn)的动作1、LDX12、LDX23、-4、STY15、END例：用户程序输入处理运算处理输出处理结束用户程序结构（三）功能模块（指令及功能）S1S2S3S4S5ABCDE1.用户程序结构和运算寄存器的S1S2S3S4S5ABCDEX1ABCD1、LDX12、LDX23、-4、STY15、END例：用户程序输入处理运算处理输出处理结束用户程序结构X1寄存器E丢失（三）功能模块（指令及功能）1.用户程序结构和运算寄存器的动作(1)用户程序结构(2)运算寄存器(Sn)的动作S1S2S3S4S5ABCDEX1ABCD1、LDX1例S1S2S3S4S5ABCDEX1ABCDX2X1ABC1、LDX12、LDX23、-4、STY15、END例：用户程序输入处理运算处理输出处理结束用户程序结构X1寄存器D丢失X2寄存器1.用户程序结构和运算寄存器的动作(1)用户程序结构(2)运算寄存器(Sn)的动作（三）功能模块（指令及功能）S1S2S3S4S5ABCDEX1ABCDX2X1ABC1、S1S2S3S4S5ABCDEX1ABCDX2X1ABCX1–X2ABCC1、LDX12、LDX23、-4、STY15、END输入处理运算处理输出处理结束用户程序结构X2寄存器X1寄存器运算处理E丢失D丢失不变例：用户程序（三）功能模块（指令及功能）1.用户程序结构和运算寄存器的动作(1)用户程序结构(2)运算寄存器(Sn)的动作S1S2S3S4S5ABCDEX1ABCDX2X1ABCX1S1S2S3S4S5ABCDEX1ABCDX2X1ABCX1-X2ABCCX1-X2ABCC1、LDX12、LDX23、-4、STY15、END输入处理运算处理输出处理结束用户程序结构Y1寄存器X2寄存器X1寄存器运算处理E丢失D丢失不变不变不变例：用户程序（三）功能模块（指令及功能）1.用户程序结构和运算寄存器的动作(1)用户程序结构(2)运算寄存器(Sn)的动作S1S2S3S4S5ABCDEX1ABCDX2X1ABCX1S1S2S3S4S5ABCDEX1ABCDX2X1ABCX1-X2ABCCX1-X2ABCCX1-X2ABCC1、LDX12、LDX23、-4、STY15、END输入处理运算处理输出处理结束用户程序结构结束Y1寄存器X2寄存器X1寄存器运算处理E丢失D丢失不变不变不变例：用户程序（三）功能模块（指令及功能）1.用户程序结构和运算寄存器的动作(1)用户程序结构(2)运算寄存器(Sn)的动作S1S2S3S4S5ABCDEX1ABCDX2X1ABCX12、功能模块介绍SLPC*E可编程调节器有几十种功能模块(标准子程序)每一种标准子程序对应组态语言中的一个指令（1）数据传输功能模块(指令)（2）基本运算功能模块(指令)（3）逻辑运算(条件判断)功能模块(指令)（4）带编号函数运算功能模块(指令)（5）控制运算功能模块(指令)2、功能模块介绍SLPC*E可编程调节器有几十基本运算功能模块加运算+减运算—乘运算×除运算÷开方运算开方逻辑运算功能模块与AND或OR非NOT异或EOR程序结束END数据传输功能模块数据输入LDXn数据输出STYnS寄存器交换CHCS寄存器旋转ROT（1）数据传输功能模块(指令)（2）基本运算功能模块(指令)（3）逻辑运算(条件判断)功能模块(指令)2.功能模块介绍（指令及功能）基本运算功能模块加运算+减运算—乘运算×除运算÷开方运算开方类型名称指令符带编号函数运算功能模块（函数运算指令）10段折线函数运算FXn(n=1~2)任意折线变换函数运算FXn(n=3~4)一阶滞后函数运算LAGn(n=1~8)微分函数运算LEDn(n=1~2)纯滞后函数运算DEDn(n=1~3)积算脉冲输出CPOn(n=1~2)上限报警HALn(n=1~4)下限报警LALn(n=1~4)①

何为带编号函数运算功能模块(指令)②带编号函数运算功能模块的特点除了FXn折线函数运算模块以外，其余模块的运算次数都受到限制一种函数运算的一个编号在用户程序中只能使用一次（4）带编号函数运算功能模块(指令)类型名称指令符带编号函数运算功能模块10段折线函数运算FXn种类名称指令符功能控制运算功能模块（控制运算指令）基本控制功能模块（指令）BSC实现简单PID控制串级控制功能模块（指令）CSC实现串级PID控制选择控制功能模块（指令）SSC实现选择PID控制控制功能模块（指令）的特点：（1）一台SLPC*E调节器中，同时只能使用一种控制功能（2）在一个控制周期（一个用户程序）内也只能使用一次（一）控制功能模块的种类及基本功能四、SLPC可编程调节器的控制功能指令种类名称指令符功能控制运算功能模块（控制运算指令）基本控制功1.控制要素的概念指：各控制功能模块控制运算的控制字（子程序）它是控制运算的核心（子程序）有五个控制要素：CNT1、CNT2、CNT3、CNT4、CNT52.控制要素的功能及规格3.SLPC调节器的控制算法（控制运算规律）

1、标准PID控制算法定值控制算式追值控制算式2、采样值PID控制算法3、批量PID控制算法四、SLPC可编程调节器的控制功能指令（二）控制要素四、SLPC可编程调节器的控制功能指令（二）控制要素1.BSC的基本功能：

（1）指令符：BSC由一个CNT1构成

（2）控制功能框图

（3）应用注意问题：

运算前：PV1→S1（A15内），SV=LSV、RSV

运算后：MV→S1

各种运算要在执行BSC前例题：流量定值控制系统（三）基本控制功能模块（BSC指令）1.BSC的基本功能：（三）基本控制功能模块（BSC指令2.BSC的运转方式（1）

BSC的三种运转方式：

A——自动控制方式（本机给定自动控制方式）

C——自动控制方式（串级外给定自动控制方式）

M——手动控制方式（2）三种工作方式的确定方法①表盘（正面）设定：C—A—M键，和侧盘MODE2参数共同确定分析MODE1~5参数的规格、功能，

MODE2=0C方式无效SV=LSVMODE2=1C方式有效A01=SVMODE2=2C方式有效上位机=SV②用户程序设定（编程序设定）优先！上位机设定例题：将FL11置“1”；FL10L置“1”；FL13置“0”→“C”方式；SV1=CSV（A01）2.BSC的运转方式3.BSC的扩展功能扩展功能寄存器An、Bn、FLn的作用An寄存器的功能：（可读、可写）

存放模拟（连续）数据；实现高级控制Bn寄存器的功能（侧盘设定，程序设定）

存放模拟数据；实现应用数据设定器对控制参数的设定，报警设定值的确定FLn寄存器的功能（FL1~8只可读，FL9~13可读可写）存放状态数据，用于实现运算方式的变更和报警输出3.BSC的扩展功能An寄存器的功能：（可读、可写）带温压补偿的气体流量控制系统4.SLPC的应用案例分析己知仪表参数如下：孔板设计压力Pd=600kPa孔板设计温度Td=300℃流量测量范围0～8000Nm3/h压力变送器量程0～1000kPa温度变送器量程0～500℃差压变送器量程0～32kPa带温压补偿的气体流量控制系统4.SLPC的应用案例分析己（3）确定温差补偿运算的数学模型（1）

确定控制器应承担的任务，PID运算和温差补偿运算（2）

确定控制功能和控制算法，采用基本控制指令BSC，控制算法采用CNT1=1的标准PID算法步骤（3）确定温差补偿运算的数学模型（1）确定控制器应承担（4）数学模型的规格化

设PS、TS、ΔPS分别为压力变送器、温度变送器和差压变送器的量程，QS为换算为标准状态下的流量量程，Pmin

、Tmin分别为用绝对压力和绝对温度表示的压力变送器和温度变送器的下限值，X1、X2、X3和Y2分别为差压信号、压力信号、温度信号和补偿后的流量信号（X、Y信号范围均为0~1）,且因差压和流量测量范围下限值均为零，因此有下列关系：ΔP=ΔPS×X1P=PS×X2＋PminT=TS×X3＋TminQ=QS×Y2（4）数学模型的规格化设PS、TS、ΔPS根据设K1=、K2=、K3=、K4=可以得到设计状态下的系数K为：根据设K1=、K2=信号规格化后的温差补偿运算数学模型为

代入已知条件可求得

K1=1.422;K2=0.147;K3=0.872;K4=0.477最后得到的温差补偿运算的数学模型为：由K1=、K2=、K3=、K4=信号规格化后的温差补偿运算数学模型为代入已知条件可求得

5.列工作清单

(worksheet)用补偿运算式控制指令功能图构成的组合功能图5.列工作清单

(worksheet)用补偿运算式

6.填写数据清单（datasheet）————800.0

0流量10Nm3/h

Y2

0.477K4

100.0

0操作输出%

Y1

模拟输出0.872

K3

500.0

0温度℃X3

0.147

K2

10.00

0压力kgf/cm2[注]X2

1.422

K1

3200

0差压mmH2O

X1

模拟输入记

事数

值固定常数上限下限记事数

据

名6.填写数据清单（datasheet）————800.0步序程序S1S2S3说明12345LDX2LDK01×LDK02+X2K1K1×X2K2a

X2

K1×X2

读取压力信号读取k1=1.422

读取k2=0.147压力补偿项a=678910LDX3LDK03×LDK04+X3K3K3×X3K4bax3aK3×X3a

a

a

读取温度信号读取k3=0.872

读取k4=0.477温度补偿项b=1112131415÷LDX1×√STY2a/bx1

a/b

压力、温度补偿运算读取差压信号C=开方运算补偿信号输出161718BSCSTY1ENDMVMV

执行控制运算

7.程序清单步序程序S1S2S3说明1LDX2X2

（四）串级控制功能模块（CSC指令）1.CSC的基本功能2.CSC的运转方式3.CSC的扩展功能4.CSC的应用实例（1）串级开路：“O方式”（2）串级闭合：“C方式”（3）CSC的运转方式的设定方法（四）串级控制功能模块（CSC指令）1.CSC的基本1.CSC的基本功能指令：CSC，由CNT1、CNT2构成CNT1—主调节器，有三种规律可选CNT2—副调节器，有二种规律可选CNT1、2的正反作用、PID参数，侧盘设定运算前；PV1→S2SV1=LSV或A01

PV2→S1SV2=MV1或SV2侧盘设定

MODE1=0（1、2）决定A/C方式，CSVMODE3=0（1）决定SV2=MV1或SV2内运算后：MV2→S1例：加热炉温度串级控制系统。1.CSC的基本功能指令：CSC，由CNT1、CNT2构加热炉温度控制系统

CSC构成简图步序指令S1S2说明12345

LDX1LDX2CSCSTY1ENDX1X2MVMVMVX1读取PV1读取PV1CSC控制运算MV输出到电流输出端Y1程序结束用户程序加热炉温度控制系统CSC构成简图步序指令S1S2说2.CSC的运转方式1、串级闭合：“C方式”

2、串级开路：“O方式”3、CSC的运转方式的设定方法

⑴侧盘设定（和MODE3）

⑵用户程序设定（FL12=0/1C/O）2.CSC的运转方式1、串级闭合：“C方式”串级控制功能的运行方式MODE3运行方式主回路（CNT1）副回路（CNT2）给定值测量值操作输出给定值测量值操作输出0CA1的信号在正面盘指示自动控制（A）CNT1的输出（串级闭合）MAA用SET键给定自动控制AM用SET键给定跟踪CNT2的测量值M1CA1的信号跟踪CNT2的测量值用侧面盘上的SV2给定（开环）AA用SET键给定M用SET键给定串级控制功能的运行方式运行方式主回路（CNT1）副回3.CSC的扩展功能可利用An、Bn、FLn寄存器来进行CSC控制功能的扩展3.CSC的扩展功能可利用An、Bn、FLn寄存器4.CSC的应用实例例题有一锅炉水位三冲量（前馈－水位/流量串级）控制系统如下图所示，工艺要求对蒸汽流量进行积算,并对汽包水位进行上下限报警进行积算，如果使用SLPC*E型调节器实现自动控制，问:⑴请编写用户程序⑵试分析每一步程序执行后Sn寄存器的内容变化,并简单说明每一句指令的功能。4.CSC的应用实例例题⑴请编写用户程序本章小结本章小结思考与练习题SLPC*E正面板由哪些部分组成？简要说明它们的功能。使用SLPC的状态输出端子，在接线时应注意哪些？简述SLPC*E输入、输出信号的种类、数量和规格。什么是SLPC*E的用户程序？它起什么作用？SLPC*E有哪些寄存器？分别说明它们的用途。什么是功能模块？SLPC*E有哪几类功能模块？哪些功能模块在用户程序中的使用次数有限制？思考与练习题SLPC*E正面板由哪些部分组成？简要说明它们的8.I-PD型算式和PI-D型算式有何区别？9.BSC有哪几种运行方式？如何设定？10.A寄存器、B寄存器和FL寄存器有何功能？在BSC中可利用它们实现哪些扩展功能？11.以下两段程序的运算内容和结果是否相同？

1LDX11LDX12LDX22LDX23+3LDP014LDP014+5-5-7.什么是控制要素？SLPC*E有几个控制要素？它们各用于指定什么控制运算规律？思考与练习题8.I-PD型算式和PI-D型算式有何区别？11.以下两段12.分析下面的用户程序，写出每一步程序执行后S寄存器中数据的变化。

1LDX12LDX23LDP014

5CSC6STY17LDX18LDK01LDK02HAL1STD0112END思考与练习题13.如果要输入上题的用户程序，试说明键盘操作步骤。12.分析下面的用户程序，写出每一步程序执行后S寄存器中数据谢谢大家！再见！谢谢大家！再见！第6章数字式控制器6.1概述6.2SLPC可编程调节器第6章数字式控制器6.1概述6.2SLPC可编程第6章数字式控制器知识目标：掌握数字式控制器的特点了解SLPC调节器的内部结构理解SLPC调节器的指令系统和控制功能指令掌握SLPC调节器的程序编制及操作方法技能目标：能正确操作SLPC调节器能运用SLPC调节器实现常规控制系统方案第6章数字式控制器知识目标：技能目标：能正确操作SLPC问题的引入：过程控制仪表的分类:按结构形式分:1.基地式过程控制仪表2.单元组合式过程控制仪表3.组件组装式过程控制仪表按信号的形式分:1.模拟式过程控制仪表

2.数字式过程控制仪表

模拟式控制仪表的缺点:功能单一信息分散监视操作不便问题的引入：过程控制仪表的分类:按结构形式分:按信号的形式分6.1概述一、分类6.1概述一、分类二、数字控制器的特点实质：是一台工业控制计算机1、性能/价格比高；2、使用方便；3、灵活性强；4、可靠性高二、数字控制器的特点实质：是一台工业控制计算机1、性能/价格三、数字式控制器的基本构成原理1、微处理器CPU2、存贮器ROM、RAM、EPROM3、过程通道输入通道输出通道模拟通道数字通道4、通讯接口5、编程器6、其它：显示报警、手操、电源三、数字式控制器的基本构成原理1、微处理器CPU第六章数字式控制器课件1、系统软件包括有：过程管理软件、输入/输出处理软件、自诊断、通讯、软件自整定、人—机接口管理软件（固化在ROM中）。

四、数字控制器的软件技术2、应用软件运算模块——可供用户调用的具有某种运算功能的标准子程序（固化在ROM中）。用户程序——由用户自己编写（制）用于解决实际控制功能的程序（在EPROM中）。1、系统软件四、数字控制器的软件技术2、应用软件运算模块——（1）过程控制软件包——标准子程序库（PID模块、四则运算、逻辑运算模块）（2）运算模块——可供用户调用的具有某种运算功能的标准子程序（3）用户程序——由用户自己编写（制）用于解决实际控制功能的程序（4）组态——将软件包中的模块作适当的选用、连接的工作叫组套——软连接。（5）编程方式在线编程（联机编程）

离线编程（脱机编程）

3、几个概念：3、几个概念：一、SLPC可编程序调节器的性能指标二、SLPC可编程序调节器的硬件结构三、SLPC可编程序调节器的指令系统四、SLPC可编程调节器的控制功能指令五、SLPC可编程调节器的程序输入方法6.2SLPC*E可编程调节器一、SLPC可编程序调节器的性能指标二、SLPC可编程序调模拟量输入信号1～5VDC5点。模拟量输出信号1～5VDC2点负载电阻≥2KΩ。模拟量输出信号4～20mADC1点状态量输入信号接点或电压电平共6点状态量输出信号晶体管接点（共用型）。状态输入信号规格：接点信号200Ω以下为ON，100kΩ以上为OFF；电平信号-1～+1VDC为ON，4.5V～30VDC为OFF。

比例度δ6.3%～999.9%

积分时间TI1～9999s微分时间TD0～9999s控制功能基本控制功能、串级控制功能、选择控制功能控制要素标准PID控制要素、采样PI控制要素、批量PID控制要素程序功能主程序99步，子程序99步，控制运算周期0.1s或0.2s供电电源交直流两用，无交直流电源换开关100V规格20～130VDC，无极性；80～138VAC220V规格120～340VDC，无极性；138～264VAC一、主要技术指标一、主要技术指标2.侧面板（一）外型结构二、SLPC可编程序调节器的硬件结构1.正面板3.背后接线端子2.侧面板（一）外型结构二、SLPC可编程序调节器的硬件结1.正面板1.正面板2.侧面板2.侧面板3.背后接线端子3.背后接线端子（二）内部电路1.微处理机电路2.状态输入/输出电路（过程数字输入/输出通道）3.模拟输入/输出电路和D/A转换器4.故障处理与报警输出电路5.数据设定器（显示器和键盘）与通讯接口电路6.电源电路7.手操电路（二）内部电路1.微处理机电路内部电路简图内部电路简图状态输出电路及外部负载接法状态输出电路及外部负载接法（二）SLPC*E寄存器的构成（RAM的区域划分）（有17种不同用途的寄存器）三、SLPC可编程序调节器的指令系统（一）SLPC*E内部数据（形式）1、连续数据2、状态数据（三）功能模块（二）SLPC*E寄存器的构成（RAM的区域划分）三、S

SLPC调节器内部的运算是数字式运算，参加运算的数据及运算结果都分为连续数据、状态数据两类。

1.连续数据采用二进制16位数据，其中，一位符号，三位整数。因为实际位数有限，所谓连续数据是以1×2-12即约0．00024(十进制)为最小变化单位的。内部运算精度也因此受到限制。

数据范围为-7．999～+7．999(十进制)。内部运算中参加运算的数据以及任何一步运算结果，都必须在此范围内，否则便以极限值代替运算结果并发出报警。

2.状态数据：只有0和1两个数。

（一）SLPC*E内部数据（形式） （一）SLPC*E内部数据（形式） （二）SLPC*E寄存器的构成（RAM的区域划分）

SLPC内部有许多与应用软件密切相关的用户寄存器，用于寄存各种连续数据、状态数据。

1.基本寄存器主要有8种寄存器

①模拟量输入寄存器Xnn=1～5，共5个寄存器，与5个模拟输入信号相对应。5个模拟输入信号经A/D转换成内部连续数据后存入X1～X5。

②模拟量输出寄存器Ynn=1～6，共6个寄存器。

Y1～Y3对应SLPC的3个模拟输出信号。Y1对应电流输出信号，Y2、Y3对应两个电压输出信号。

Y4～Y6作为与上位系统通信的辅助模拟输出寄存器。如果SLPC与上位系统有通信连接，Y4～Y6内的数据可由SLPC的通信端子传输给上位系统。③状态量输入寄存器DInn=01～06，共6个寄存器，与SLPC的6个状态输入信号相对应。由状态输入信号决定寄存器内状态数据，ON则为1，OFF则为0。

（二）SLPC*E寄存器的构成（RAM的区域划分）（二）SLPC*E寄存器的构成（RAM的区域划分）

④状态量输出寄存器DOnn=01～16，共16个寄存器。

DO01～DO06对应SLPC的6个接点输出信号。寄存器中的状态数据若是1则相应的输出端子为通，0则断。

虽然DIn和DOn各有6个，但编程序时使用的DIn、DOn的总数不得超过6个，且DIn、DOn对应的状态输入输出端子不得重复。SLPC的状态输入输出端子共有6对，每一对端子都可设定用作输入或输出，但同一对端子不可既用作输入又用作输出。

如果编程时没有进行DIO01～DIO06设定，那么DIO01～DIO03自动取初始值0，DIO04～DIO06取初始值1。

DIO07～DIO16用于内部状态数据寄存。它们没有对应的输入输出端子。

⑤可变参数寄存器PnP01～P1616个寄存器用以存放过程控制中需要设定的可变参数，可通过侧面盘设定，Pn的内容可在用户程续中进行读写，其中P01、P02的数值还可由上位系统设定。（二）SLPC*E寄存器的构成（RAM的区域划分）④状态⑥常数寄存器Knn=01～16，共16个寄存器，用于运算中固定常数设定。其数值在编程时通过编程器设定，调节器运行中不能修改，只能读出。

⑦暂存寄存器Tn=01～16，共16个寄存器，用于暂存中间运算结果，便于编程。⑧运算寄存器Snn=1～5，5个寄存器为堆栈结构，S1在最上层，S5在最下层。数据只能从最上层的S1进、出。当把数据装入Sl时，各层中原来的数据依次压入下一层。（二）SLPC*E寄存器的构成（RAM的区域划分）⑥常数寄存器Knn=01～16，共16个寄存器

2.功能扩展寄存器为了扩展控制功能，还设置了A类、B类，FL类功能扩展寄存器，每一类包括多个寄存器，如果不需要进行扩展，可对全部寄存器置于初始值。

①A类寄存器A01～A16共16个寄存器。这类寄存器主要用于扩展PID控制的功能，借助它们实现串级外给定、可变增益、输入输出补偿等控制功能。

②B类寄存器包括B0～B39(编号不连续)。这类寄存器使PID控制的各种参数，如比例度，积分时间、微分时间、报警设定值等等，可由用户程序设定、变更，从而实现这些参数的自动修改。

③FL类寄存器包括FL01～FL32(编号不连续)。其中，FL01～FL80用于存放各种报警的标志；FL09～FLl3用于由用户程序设定调节器的工作方式，从而实现运行方式自动切换；FL19～FL20用于存放自诊断结果的标志。（二）SLPC*E寄存器的构成（RAM的区域划分）2.功能扩展寄存器（二）SLPC*E寄存器的构成（RAM（三）功能模块（指令及功能）1.用户程序结构和运算寄存器的动作2.功能模块介绍（1）数据传输功能模块（2）基本运算功能模块（3）逻辑运算功能模块（4）带编号（函数）运算功能模块（5）控制运算功能模块（三）功能模块（指令及功能）1.用户程序结构和运算寄存器的动1.用户程序结构和运算寄存器的动作(1)用户程序结构(2)运算寄存器(Sn)的动作Sn：运算寄存器有5层结构：堆栈结构数据的进出：从只能从最上层S1输入处理运算处理输出处理结束X1~3DI1~6Y1~3DOI1~6S1S2S3S4S5S1S2S3S4S5数据丢失进出进进数据丢失用户程序结构（三）功能模块（指令及功能）1.用户程序结构和运算寄存器的动作输入处理运算处理输出处理结S1S2S3S4S5ABCDE1.用户程序结构和运算寄存器的动作(1)用户程序结构(2)运算寄存器(Sn)的动作1、LDX12、LDX23、-4、STY15、END例：用户程序输入处理运算处理输出处理结束用户程序结构（三）功能模块（指令及功能）S1S2S3S4S5ABCDE1.用户程序结构和运算寄存器的S1S2S3S4S5ABCDEX1ABCD1、LDX12、LDX23、-4、STY15、END例：用户程序输入处理运算处理输出处理结束用户程序结构X1寄存器E丢失（三）功能模块（指令及功能）1.用户程序结构和运算寄存器的动作(1)用户程序结构(2)运算寄存器(Sn)的动作S1S2S3S4S5ABCDEX1ABCD1、LDX1例S1S2S3S4S5ABCDEX1ABCDX2X1ABC1、LDX12、LDX23、-4、STY15、END例：用户程序输入处理运算处理输出处理结束用户程序结构X1寄存器D丢失X2寄存器1.用户程序结构和运算寄存器的动作(1)用户程序结构(2)运算寄存器(Sn)的动作（三）功能模块（指令及功能）S1S2S3S4S5ABCDEX1ABCDX2X1ABC1、S1S2S3S4S5ABCDEX1ABCDX2X1ABCX1–X2ABCC1、LDX12、LDX23、-4、STY15、END输入处理运算处理输出处理结束用户程序结构X2寄存器X1寄存器运算处理E丢失D丢失不变例：用户程序（三）功能模块（指令及功能）1.用户程序结构和运算寄存器的动作(1)用户程序结构(2)运算寄存器(Sn)的动作S1S2S3S4S5ABCDEX1ABCDX2X1ABCX1S1S2S3S4S5ABCDEX1ABCDX2X1ABCX1-X2ABCCX1-X2ABCC1、LDX12、LDX23、-4、STY15、END输入处理运算处理输出处理结束用户程序结构Y1寄存器X2寄存器X1寄存器运算处理E丢失D丢失不变不变不变例：用户程序（三）功能模块（指令及功能）1.用户程序结构和运算寄存器的动作(1)用户程序结构(2)运算寄存器(Sn)的动作S1S2S3S4S5ABCDEX1ABCDX2X1ABCX1S1S2S3S4S5ABCDEX1ABCDX2X1ABCX1-X2ABCCX1-X2ABCCX1-X2ABCC1、LDX12、LDX23、-4、STY15、END输入处理运算处理输出处理结束用户程序结构结束Y1寄存器X2寄存器X1寄存器运算处理E丢失D丢失不变不变不变例：用户程序（三）功能模块（指令及功能）1.用户程序结构和运算寄存器的动作(1)用户程序结构(2)运算寄存器(Sn)的动作S1S2S3S4S5ABCDEX1ABCDX2X1ABCX12、功能模块介绍SLPC*E可编程调节器有几十种功能模块(标准子程序)每一种标准子程序对应组态语言中的一个指令（1）数据传输功能模块(指令)（2）基本运算功能模块(指令)（3）逻辑运算(条件判断)功能模块(指令)（4）带编号函数运算功能模块(指令)（5）控制运算功能模块(指令)2、功能模块介绍SLPC*E可编程调节器有几十基本运算功能模块加运算+减运算—乘运算×除运算÷开方运算开方逻辑运算功能模块与AND或OR非NOT异或EOR程序结束END数据传输功能模块数据输入LDXn数据输出STYnS寄存器交换CHCS寄存器旋转ROT（1）数据传输功能模块(指令)（2）基本运算功能模块(指令)（3）逻辑运算(条件判断)功能模块(指令)2.功能模块介绍（指令及功能）基本运算功能模块加运算+减运算—乘运算×除运算÷开方运算开方类型名称指令符带编号函数运算功能模块（函数运算指令）10段折线函数运算FXn(n=1~2)任意折线变换函数运算FXn(n=3~4)一阶滞后函数运算LAGn(n=1~8)微分函数运算LEDn(n=1~2)纯滞后函数运算DEDn(n=1~3)积算脉冲输出CPOn(n=1~2)上限报警HALn(n=1~4)下限报警LALn(n=1~4)①

何为带编号函数运算功能模块(指令)②带编号函数运算功能模块的特点除了FXn折线函数运算模块以外，其余模块的运算次数都受到限制一种函数运算的一个编号在用户程序中只能使用一次（4）带编号函数运算功能模块(指令)类型名称指令符带编号函数运算功能模块10段折线函数运算FXn种类名称指令符功能控制运算功能模块（控制运算指令）基本控制功能模块（指令）BSC实现简单PID控制串级控制功能模块（指令）CSC实现串级PID控制选择控制功能模块（指令）SSC实现选择PID控制控制功能模块（指令）的特点：（1）一台SLPC*E调节器中，同时只能使用一种控制功能（2）在一个控制周期（一个用户程序）内也只能使用一次（一）控制功能模块的种类及基本功能四、SLPC可编程调节器的控制功能指令种类名称指令符功能控制运算功能模块（控制运算指令）基本控制功1.控制要素的概念指：各控制功能模块控制运算的控制字（子程序）它是控制运算的核心（子程序）有五个控制要素：CNT1、CNT2、CNT3、CNT4、CNT52.控制要素的功能及规格3.SLPC调节器的控制算法（控制运算规律）

1、标准PID控制算法定值控制算式追值控制算式2、采样值PID控制算法3、批量PID控制算法四、SLPC可编程调节器的控制功能指令（二）控制要素四、SLPC可编程调节器的控制功能指令（二）控制要素1.BSC的基本功能：

（1）指令符：BSC由一个CNT1构成

（2）控制功能框图

（3）应用注意问题：

运算前：PV1→S1（A15内），SV=LSV、RSV

运算后：MV→S1

各种运算要在执行BSC前例题：流量定值控制系统（三）基本控制功能模块（BSC指令）1.BSC的基本功能：（三）基本控制功能模块（BSC指令2.BSC的运转方式（1）

BSC的三种运转方式：

A——自动控制方式（本机给定自动控制方式）

C——自动控制方式（串级外给定自动控制方式）

M——手动控制方式（2）三种工作方式的确定方法①表盘（正面）设定：C—A—M键，和侧盘MODE2参数共同确定分析MODE1~5参数的规格、功能，

MODE2=0C方式无效SV=LSVMODE2=1C方式有效A01=SVMODE2=2C方式有效上位机=SV②用户程序设定（编程序设定）优先！上位机设定例题：将FL11置“1”；FL10L置“1”；FL13置“0”→“C”方式；SV1=CSV（A01）2.BSC的运转方式3.BSC的扩展功能扩展功能寄存器An、Bn、FLn的作用An寄存器的功能：（可读、可写）

存放模拟（连续）数据；实现高级控制Bn寄存器的功能（侧盘设定，程序设定）

存放模拟数据；实现应用数据设定器对控制参数的设定，报警设定值的确定FLn寄存器的功能（FL1~8只可读，FL9~13可读可写）存放状态数据，用于实现运算方式的变更和报警输出3.BSC的扩展功能An寄存器的功能：（可读、可写）带温压补偿的气体流量控制系统4.SLPC的应用案例分析己知仪表参数如下：孔板设计压力Pd=600kPa孔板设计温度Td=300℃流量测量范围0～8000Nm3/h压力变送器量程0～1000kPa温度变送器量程0～500℃差压变送器量程0～32kPa带温压补偿的气体流量控制系统4.SLPC的应用案例分析己（3）确定温差补偿运算的数学模型（1）

确定控制器应承担的任务，PID运算和温差补偿运算（2）

确定控制功能和控制算法，采用基本控制指令BSC，控制算法采用CNT1=1的标准PID算法步骤（3）确定温差补偿运算的数学模型（1）确定控制器应承担（4）数学模型的规格化

设PS、TS、ΔPS分别为压力变送器、温度变送器和差压变送器的量程，QS为换算为标准状态下的流量量程，Pmin

、Tmin分别为用绝对压力和绝对温度表示的压力变送器和温度变送器的下限值，X1、X2、X3和Y2分别为差压信号、压力信号、温度信号和补偿后的流量信号（X、Y信号范围均为0~1）,且因差压和流量测量范围下限值均为零，因此有下列关系：ΔP=ΔPS×X1P=PS×X2＋PminT=TS×X3＋TminQ=QS×Y2（4）数学模型的规格化设PS、TS、ΔPS根据设K1=、K2=、K3=、K4=可以得到设计状态下的系数K为：根据设K1=、K2=信号规格化后的温差补偿运算数学模型为

代入已知条件可求得

K1=1.422;K2=0.147;K3=0.872;K4=0.477最后得到的温差补偿运算的数学模型为：由K1=、K2=、K3=、K4=信号规格化后的温差补偿运算数学模型为代入已知条件可求得

5.列工作清单

(worksheet)用补偿运算式控制指令功能图构成的组合功能图5.列工作清单

(worksheet)用补偿运算式

6.填写数据清单（datasheet）————800.0

0流量10Nm3/h

Y2

0.477K4

100.0

0操作输出%

Y1

模拟输出0.872

K3

500.0

0温度℃X3

0.147

K2

10.00

0压力kgf/cm2[注]X2

1.422

K1

3200

0差压mmH2O

X1

模拟输入记

事数

值固定常数上限下限记事数

据

名6.填写数据清单（datasheet）————800.0步序程序S1S2S3说明12345LDX2LDK01×LDK02+X2K1