过程仪表第5章数字调节器

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1、1第5章数字调节器本章主要内容：概述模拟量输入/输出通道数字式PID调节器PID参数自整定调节器2数字式调节器的优点：开发周期短，性能价格比高；具有自检自诊断的异常报警功能和通信功能；控制精度高，性能稳定，工作可靠；使用和维护方便。数字式调节器目前已在各行各业的自动控制系统中得到广泛的应用。5.1概述31、数字调节器的硬件构成：4由图可见，在直接数字控制系统中，除生产过程及现场仪表外的部分即为数字调节器，它由主机、过程通道、键盘及显示器等基本部分构成。当要求与操作站或上位机通信联络时，需配通信接口，当需打印记录信息时另配打印机接口。主机是整个数字调节器的核心，由它存储程序和执行程序，以配合

2、其它硬件组成和程序完成数字调节器的预定功能。采用不同机型的主机，其总体结构、指令系统不同，将会影响数字调节器的构成、功能和性能。5过程通道是数字调节器的重要组成部分，输入通道用于将现场仪表检测到的被控参数变为主机能够识别和接收的信息，以便进行处理。输出通道用于将主机输出的信息变为现场执行器所需的信号形式。输入通道和输出通道又都包括模拟量通道和开关量通道两种类型。键盘、显示器也是数字调节器的重要组成部分，它是一种简单的人－机接口。2、数字调节器的软件构成：数字调节器的全部工作都是在硬件环境下，由微处理器执行程序完成。数字调节器的软件包括监控管理程序和应用程序两大部分。65.2模拟量输入/输出

3、通道过程输入/输出通道是计算机与生产过程之间的纽带，连续变化的工程量经传感器或变送器后变为模拟电流或电压信号，必须经数字调节器中输入通道的A/D转换器后才能由CPU采入，并进行运算处理及控制算法运算，计算得出的控制量需经模拟输出通道的D/A转换器后送出标准电流信号去控制执行器，对生产过程进行控制。模拟量输入通道1、分类：从接受电信号的电平分：高电平和低电平输入通道；从抗干扰性能角度分：非隔离型和隔离型高抗干扰输入通道；从结构上可按共用一个放大器或A/D转换器及不共用多种组合。7（1）共用一个采样/保持器（S/H）和A/D转换器的高电平模拟量输入通道（如下图所示）。8（2）各通道分用采样／保

4、持器，共用A/D转换器的模拟量输入通道（如下图所示）9（3）低电平模拟量输入通道有的数字调节器具有低电平模拟量输入通道，它能直接接受由传感器输出的毫伏级信号或直接连接热电阻等传感器。由于各种不同的传感器输出信号范围各异，如共用一个不变增益的放大器，采集模拟量输入通道将信号放大后送A/D转换器，就会降低转换精度。为解决此问题，可以有两种结构供选择。1）各通道分别设置放大器，将输出放大到同一电平后再送模拟多路开关。这实际上与高电平模拟输入通道在结构上并无区别，只是将变送器中的放大器移入了输入通道中。2）各通道共用一个程控放大器，对不同通道控制其有不同增益，以使各通道输出范围在A/D转换器前取得

5、一致。10（4）高抗干扰模入通道输入通道的干扰从形式上可分为串模干扰和共模干扰两种类型。串模干扰抑制：串模干扰是指与被测信号相串联的干扰，它可能产生于信号源内部，也可能来自外部，如信号传输线沿途受到干扰产生的感应电动势。由于串模干扰是迭加在被测信号上的，只能利用干扰与有用信号的不同频谱特性通过滤波来加以消除或减小。在过程控制中，一般被测信号变化都较缓慢，而干扰信号频率都较高，可采用低通滤波器减小干扰信号，在模拟量输入的入口处必须接入低通模拟滤波器。11对频率特别低的干扰和尖峰干扰等，可以在其经过输入通道进入主机后，用数字滤波进行处理。更重要的抗干扰措施是消除干扰源对输入回路的影响，如对信号

6、源与微计算机之间的信号传输线采用带屏蔽的双绞线或同轴电缆。共模干扰抑制：共模干扰是指同时作用于两个输入端的干扰。由于数字调节器的信号源分布在生产现场，一般引线都很长，使被测信号端的地线与主机地线间存在一定电位差Vcm，在输入通道的两个输入端上形成同向、等量的干扰电压，这即为共模干扰。它可能是直流电压，也可能为交流电压，数值可达几伏至几十伏，由产生干扰的周围环境条件及接地情况而定。对微弱信号进行放大需使用共模抑制比极高的差动输入放大器。1213二、模拟量输出通道在数字调节器中，运算处理后得到的控制信号仍是数字量，需经模拟量输出通道变换为能直接驱动执行器的信号。进行闭环连续控制的执行器大致有以

7、下几类：1）由伺服马达驱动的电动执行器。2）由电／气转换器驱动的气动执行器。3）由步进电动机驱动的电动执行器。4）控制电加热系统的晶闸管。输出通道根据所用D/A转换器的情况可有两种形式。14①多个输出通道共用一个D/A转换器，其结构示意图如下图所示。多通道共享一个D/A转换器的输出通道适用于输出通道较多或D/A转换器要求高的数字调节器中。由于采用模拟保持器，保持时间有限，故需在一个采样周期内频繁地用已计算出的控制量进行输