08 第九章 调节器.ppt

第1页：第九章 调节器

本章内容

调节器作用、分类，电动调节器工作原理，可编程控制器和单回路调节器的概念和特点，集散系统的概念、特点、发展趋势。

• 第一节 智能控制（调节）器
• 第二节 可编程逻辑控制器
• 第三节 计算机控制系统

第2页：调节器的发展与分类

控制器在系统中起核心作用：比较、运算、给出控制信号。按所用能源分为气动调节器和电动调节器，二者均经历了 Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ 型发展阶段。

• 气动调节器：不需防爆、技术成熟，但反应慢、信号不能远距离传送，需配转换器才能与电动仪表配套
• 电动调节器：又称模拟式控制器
• 数字调节器：20 世纪 80 年代以来发展出可编程调节器、智能调节器、PLC、集散系统、现场总线系统等

第3页：智能控制（调节）器

智能控制器以微处理机为运算与控制核心，PID 及其它调节规律由 CPU 运算实现，算法精度高，由用户组态编程设定调节规律，又称可编程调节器、单回路调节器。

• 具有与常规模拟式调节器同样的外特性
• 运算、控制与通信功能更丰富
• 灵活性好：控制规律多、组织灵活、可修改
• 可靠性高，具有较完备的自诊断和异常报警功能

第4页：数字控制器的功能模块与PID算式

数字控制器中具有各种软件功能模块，主要作用是运算和调节，其中运算模块数目多于调节模块。

PID 运算通过公式运算实现，比模拟式调节器用硬件实现更准确。计算机软件编程不能直接用模拟控制算式，必须使用离散方程，把微分方程变为差分方程，采用近似方法：T 为采样周期，i 和 k 为采样序号，上述为增量型算式，另有位置算式。

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第6页：可编程逻辑控制器（PLC）

PLC 为可编程序逻辑控制器，主要用于顺序控制、逻辑控制，如机械加工过程控制、离散生产过程、连续性生产中开停工泵的启停顺序控制。

目前 PLC 增加了 PID 等模拟控制器功能，整体功能更加丰富完善。软件工作原理为循环扫描方式：I/O 刷新 + 执行指令。

第7页：PLC的特点与编程语言

• 突出特点是可编程，通过编程实现特定控制功能
• 可靠性高，可在工业环境下可靠运行，控制方案实现简单

编程语言：助记符语言、梯形图语言、流程图语言、布尔代数语言、高级语言（C、BASIC、PASCAL 形式，一般用于中大型 PLC）。

梯形图是一种采用常开触点、常闭触点、线圈和功能块的图形语言，类似继电器线路图，直观易懂。

第8页：集散系统的概念

集散系统又称分散型综合控制系统（TDCS），以微处理机为基础，综合计算机（Computer）、控制（Control）、通讯（Communication）、图像显示（CRT）四项 4C 技术，对生产过程进行集中管理和分散控制。

• 集中管理包括管理、操作、显示三方面
• 分散控制包括功能、负荷、危险性三方面
• 系统呈分层结构（金字塔形式）：经营管理级、生产管理级、过程管理级、直接控制级

第9页：集散控制系统的发展过程

• 初创期（1975—1980年）：重点实现分散控制
• 成熟期（1980—1985年）：重点实现全系统管理，引入局部网络技术
• 扩展期（1985年以后）：把过程控制、监督控制、管理、调度有机结合，加强逻辑控制功能，采用专家系统，使用 MAP（制造自动化协议）标准

第10页：集散系统的特点

• 操作方便，人机界面友好
• 系统构成灵活、扩展方便
• 完善的控制功能
• 管理能力强，可实现 4A 目标：PA 生产过程自动化、FA 工厂自动化、LA 实验室自动化、OA 办公自动化
• 可靠性高、危险分散
• 采用局部网络通信技术

第11页：集散系统的组成与发展趋势

集散系统基本组成：

• 过程输入输出接口
• 过程控制单元
• CRT 操作站
• 上位管理计算机
• 通信系统

发展趋势：朝着过程控制系统与信息管理系统紧密结合的管控一体化新一代系统方向发展。

第12页：浙大中控系统结构图

本页为浙大中控集散控制系统结构图，展示该系统的网络层级与设备构成，具体结构以课件图示为准。

第13页：现场总线控制系统（FCS）

现场总线控制系统基于网络通讯技术实现整个控制系统的网络化管理与信息传输，各现场仪表是相对独立的网络节点，通过固定通讯协议相互之间及与上层监控计算机交流信息，从而实现系统控制功能。

• 基金会现场总线（FF）
• PROFIBUS
• LONWORKS（分布式智能控制网络）
• CANBUS 现场总线

第14页：现场总线的连接方式

现场总线使用一根电缆连接所有现场设备，采用数字通信方式取代设备级的 4～20mA / 24VDC 信号传递。

第15页：监控与数据采集系统（SCADA）

本页介绍监控与数据采集系统 SCADA，并以油田局域网为例说明其组网与数据采集方式，具体结构以课件图示为准。