第06章 控制器-1
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物联网技术导论--第06章
卫星导航系统
GPS的组成
用户设备部分用户设备主要是GPS接收机，它是一种特制的 无线电接收机，主要作用是从GPS卫星收到信号并利用传来
的信息计算用户的三维位置及时间。用户设备部分的主要
设备是GPS 接收机。
《物联网技术导论(第二版)》
22
卫星导航系统
GPS的定位原理
GPS定位的基本原理是根据高速运动的卫星瞬间位置作为已 知的起算数据，并测出信号从该观测点到 4个卫星的传播时
《物联网技术导论(第二版)》
25
卫星导航系统
GPS的定位原理：
GPS定位可分为单点定位和相对定位（或称差分定位）。
单点定位就是根据一台接收机的观测数据来确定接收机位 置的方式，它只能采用伪距观测量，可用于车船等的概略 导航定位。利用单独的GPS接收机定位的精度为30米左右。
《物联网技术导论(第二版)》
的广泛应用。
《物联网技术导论(第二版)》 29
卫星导航系统
北斗卫星导航系统简介
北斗卫星导航系统包括北斗卫星导航试验系统（北斗一号）和 北斗卫星导航定位系统（北斗二号）。第一代的北斗卫星导航 试验系统（也称双星定位导航系统）覆盖范围较小，仅能覆盖
我国周围附近地区。在第一代北斗卫星导航试验系统的基础上，
发生故障的卫星。这24颗卫星均匀分布在6 个轨道平面内，
每个轨道面包含4颗卫星。
《物联网技术导论(第二版)》 19
卫星导航系统
GPS中的卫星分布图
《物联网技术导论(第二版)》
20
卫星导航系统
GPS的组成：
GPS 的地面监控部分主要由分布全球的 6 个地面站构成，其 中包括卫星监测站、主控站、备用主控站和信息注入站。
第06章硬布线控制器
对每一条指令都进行同样的分析，得出逻辑表达式。 对每一条指令都进行同样的分析，得出逻辑表达式。
主要结论： 主要结论：
（1）取指周期cy1的信号对所有指令均相同。 取指周期cy 的信号对所有指令均相同。 （2）同一控制信号可能在多个指令中运用。 同一控制信号可能在多个指令中运用。 加法指令·cy2+ 加法指令·cy4 如：‘+’= 加法指令 cy2+ 加法指令 cy4 + 减法指 令·cy2+ 转移指令 cy2+…… cy2+ 转移指令·cy2+ （3）同种类型的指令所需要的控制信号大部分相同。 同种类型的指令所需要的控制信号大部分相同。 如：所有的算术逻辑运算指令仅在ALU的操作命令及 所有的算术逻辑运算指令仅在ALU的操作命令及 ALU 是否置状态位上不同，其他均完全相同。 是否置状态位上不同，其他均完全相同。 （4）在确定指令操作码时，要认真做好分类。 在确定指令操作码时，要认真做好分类。
一、 时序与节拍
一条指令的实现可分成:取指、计算地址、 一条指令的实现可分成:取指、计算地址、取数及执行 等几个步骤。在微程序控制方式中， 等几个步骤。在微程序控制方式中，每一步由一条微指令实 现，而硬布线控制方式则由指令的操作码直接控制并产生实 现上述各步骤所需的控制信号 控制信号。 现上述各步骤所需的控制信号。一条指令的每一步由一个机 器周期实现，如何区分一条指令的四个机器周期呢? 器周期实现，如何区分一条指令的四个机器周期呢? 方法有两种： 方法有两种： 方法1. 方法1. 两位计数器的译码输出产生的四个状态来表示当 前所处的机器周期，（ ，（2 译码器）如图6 31所示 所示； 前所处的机器周期，（2－4译码器）如图6．31所示； 方法2. 用四位触发器来分别表示四个周期， 方法2. 用四位触发器来分别表示四个周期，当机器处于 某一周期时，相应的触发器处于“ 状态， 某一周期时，相应的触发器处于“1”状态，而其余三个触 发器则处于“ 状态，四位移位寄存器即可实现此功能。 发器则处于“0”状态，四位移位寄存器即可实现此功能。
JavaEE框架技术-06SpringMVC-第一个程序
录失败到失败页面，这里不访问数据库，假定用户名：张三、密 码：111为登录成功，使用springMVC实现。运行如下 什么都不输入，提交，登录失败
输入用户名张三、密码111
软件工程系本科课件
框架程序2设0计
8.1.2第一个springMVC程序 步骤1 首先参考刚刚的例2搭建好MVC框架
步骤2 在WEB-INF/jsp文件夹下加入登陆页面(login.jsp) 在WEB-INF/jsp/login文件夹下加入登陆成功页面
软件工程系本科课件
框架程序1设8计
8.1.2第一个springMVC程序
在spring配置文件中加入视图解析器配置：
<bean class="org.springframework.web.servlet.view.InternalRe
sourceViewResolver">
<property name="prefix" value="/WEB-
框架程序设计（Java）
第8章 SpringMVC框架 1搭建第一个SpringMVC程序
1
8.1学习目标
1
认识springMVC框架
2 搭建第一个使用springMVC框架的 程序
3
springMVC框架的运行流程
2
8.1.1认识spring框架-springMVC来了 springMVC是一款优秀的MVC应用框架，目前主流的MVC框架之一 spring3.0后全面超越struts2，成为最优秀的MVC框架 springMVC通过一系列MVC注解，使得普通javabean成为处理请求
xmlns="/schema/beans"
输入用户名张三、密码111
软件工程系本科课件
框架程序2设0计
8.1.2第一个springMVC程序 步骤1 首先参考刚刚的例2搭建好MVC框架
步骤2 在WEB-INF/jsp文件夹下加入登陆页面(login.jsp) 在WEB-INF/jsp/login文件夹下加入登陆成功页面
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框架程序1设8计
8.1.2第一个springMVC程序
在spring配置文件中加入视图解析器配置：
<bean class="org.springframework.web.servlet.view.InternalRe
sourceViewResolver">
<property name="prefix" value="/WEB-
框架程序设计（Java）
第8章 SpringMVC框架 1搭建第一个SpringMVC程序
1
8.1学习目标
1
认识springMVC框架
2 搭建第一个使用springMVC框架的 程序
3
springMVC框架的运行流程
2
8.1.1认识spring框架-springMVC来了 springMVC是一款优秀的MVC应用框架，目前主流的MVC框架之一 spring3.0后全面超越struts2，成为最优秀的MVC框架 springMVC通过一系列MVC注解，使得普通javabean成为处理请求
xmlns="/schema/beans"
第06章 机车救援及回送操作2013.10.11.
第6章机车救援及回送操作动车组可以一列回送，也可以两列重联回送。
每列动车组均配备有过渡车钩、BP 橡胶软管、MR 橡胶软管、安装橡胶软管的扳手等搭载物品。
一、动车组2小时及以上时间的无火回送 1．回送方式及动作原理动车组的回送采用回送车与动车组固定联接，而后由客运机车牵引回送。
由于动车组两头车采用10号车钩，其高度为1000mm，而回送车车钩距轨面高度为880mm，为15号车钩，所以回送车与动车组通过过渡车钩连接，连接方式见图6－1。
图6－1 回送联挂方式简图2．回送用过渡车钩回送时，过渡车钩用于回送车或机车与动车组联挂。
过渡车钩构造简图见图6－2。
规格如下：最高使用速度： 120 km/h最大连接辆数： 17 辆 重量： 64 kg拉伸变形1mm 时的载荷不小于392 kN(40t) 拉伸断裂载荷不小于392 kN(40t)1 车钩体2 锁3 挡板 4固定螺丝图6－2 过渡车钩构造简图3．回送运行时制动指令转换器的连接当牵引机车发出制动指令时，制动指令转换器将列车管压力信号转换成常用制动用的电气指令，向动车组输出。
动车组随着制动指令转换器发出的常用制动1挡～7挡的指令进行制动。
回送运行空气管路连接示意图如图6－3，回送运行制动指令转换器与电气系统连接示意图如图6－4。
过渡车钩10号车钩15号车钩图6－3 回送运行空气管路连接示意图图6－4 回送运行制动指令转换器与电气系统连接示意图4．一列（8辆编组）动车组回送程序一列动车组回送时，先与1辆回送车连接组成固定编组，在动车组1、2位端均可。
机车在1位端和2位端均可联挂和牵引。
机车与回送车连接回送见图6－5。
无回送车时，机车通过过度车钩直接与动车组连接。
制动指令 转换器回送车或机车侧动车组侧制动指令 转换器救援救援旁通10号车钩图6－5 机车通过回送车联挂方式5．动车组与回送车联挂前的准备（1）确认动车组状态正常，满足120km/h运行要求，铁鞋安放正确。
《机车总体结构及设计》06机车辅助系统
10
东风机在电力机车上的应用
对于一些距离车体较远的设备通常用离心式通风机冷却， 如牵引电动机；
一些设备因位置局限，通常用轴流式通风机，如制动电阻 柜；
一台通风机能冷却多台设备，通常采用通风支路的方式， 或将被冷却设备布置在通风机的进风口和出风口一侧；无 论采用何种方式，都必须计算风道的流通阻力和冷却空气 的流量，以保证冷却效果。
4、空气管路系统的布置方式相同，采用气阀柜，并通过底 架管路将各部分管路连通。
22
风源系统组成：空气压缩机组、压力控制器、总风缸、止 回阀、高压安全阀、启动电空阀、空气干燥器、塞门以及 连接钢管等；
控制管路系统组成：辅助压缩机组、控制风缸、门联锁阀 、膜板塞门、调压阀、止回阀、风压继电器、保护电空阀 、升弓电空阀、辅助风缸以及塞门、连接钢管等；
机车通风装置的要求：要充分利用有限的风源，还要求进风 速度低，减少尘埃侵入；同时要求风道短，弯道少且圆滑过 渡，减少风压损失。
机车通风方式： 独立通风：设置专用风道，便于集中去尘； 车体通风：风由侧墙吸入车体内，再自行分配进入各风道。
5
一、机车冷却装置的基本要求
对机车冷却装置，应从结构、能耗、工艺和运营各方面提 出如下要求： 结构紧凑；布置合理；制造维修工艺性好；在各种气 候条件下可靠工作；应用集中或成组的空气滤清器和通风 系统；冷却风量可自动调节；进气装置有良好的动力学性 能和合理结构；充分利用车架间的空间；较高的运用可靠 性和使用寿命。
砂箱安装在转向架构架端部的四个角上，每个砂箱的装砂 量约为100kg。
20
五、辅助管路系统
风喇叭、刮雨器及电气部分的电空阀等的用风，均由机车 上的风源系统供风。设在司机室顶部的风喇叭，司机室瞭 望窗上的刮雨器，根据需要司机可操纵有关按钮，由总风 缸的压力空气(750～900 kPa)直接供给，使风喇叭发出鸣 叫和刮雨器进行动作。
东风机在电力机车上的应用
对于一些距离车体较远的设备通常用离心式通风机冷却， 如牵引电动机；
一些设备因位置局限，通常用轴流式通风机，如制动电阻 柜；
一台通风机能冷却多台设备，通常采用通风支路的方式， 或将被冷却设备布置在通风机的进风口和出风口一侧；无 论采用何种方式，都必须计算风道的流通阻力和冷却空气 的流量，以保证冷却效果。
4、空气管路系统的布置方式相同，采用气阀柜，并通过底 架管路将各部分管路连通。
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风源系统组成：空气压缩机组、压力控制器、总风缸、止 回阀、高压安全阀、启动电空阀、空气干燥器、塞门以及 连接钢管等；
控制管路系统组成：辅助压缩机组、控制风缸、门联锁阀 、膜板塞门、调压阀、止回阀、风压继电器、保护电空阀 、升弓电空阀、辅助风缸以及塞门、连接钢管等；
机车通风装置的要求：要充分利用有限的风源，还要求进风 速度低，减少尘埃侵入；同时要求风道短，弯道少且圆滑过 渡，减少风压损失。
机车通风方式： 独立通风：设置专用风道，便于集中去尘； 车体通风：风由侧墙吸入车体内，再自行分配进入各风道。
5
一、机车冷却装置的基本要求
对机车冷却装置，应从结构、能耗、工艺和运营各方面提 出如下要求： 结构紧凑；布置合理；制造维修工艺性好；在各种气 候条件下可靠工作；应用集中或成组的空气滤清器和通风 系统；冷却风量可自动调节；进气装置有良好的动力学性 能和合理结构；充分利用车架间的空间；较高的运用可靠 性和使用寿命。
砂箱安装在转向架构架端部的四个角上，每个砂箱的装砂 量约为100kg。
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五、辅助管路系统
风喇叭、刮雨器及电气部分的电空阀等的用风，均由机车 上的风源系统供风。设在司机室顶部的风喇叭，司机室瞭 望窗上的刮雨器，根据需要司机可操纵有关按钮，由总风 缸的压力空气(750～900 kPa)直接供给，使风喇叭发出鸣 叫和刮雨器进行动作。
第06章DMA
8
3.
8086系统中的DMA信号
•最小模式 CPU通过HOLD接收DMA控制器的总线请求； 在HLDA引脚上发出对总线请求的允许信号。 •最大模式 通过RQ/GT0和RQ/GT1引脚接收DMA控制器的 总线请求，发送对总线请求的允许信号。 RQ/GT0引脚有较高的优先权。
9
6.2 DMA控制器8237A
11
（3）请求传输方式
• 申请一次总线可以连续进行多个数据的传输。
• 每传输1个字节后，8237A都对外设接口的请求信号 进行测试：
DREQ端无效，暂停传输；
DREQ有效，接着进行下一个数据的传输。
• 允许数据不连续，按照外设的最高速度进行数据传输， 使用比较灵活。
12
（4）级联传输方式
• 几个8237A进行级联，一片8237A用作主片，其余用 作从片，构成主从式DMA系统。 • 从片收到外设接口的DMA请求信号后，向DMA控制器 主片申请，再由主片向CPU申请。 • 一片主片最多可以连接四片从片。这样，五片8237A 构成的二级DMA系统，可以得到16个DMA通道。 • 级联时，主片通过软件在方式寄存器中设置为级联 传输方式。从片设置成上面的三种方式之一。
17
DMA通道--地址寄存器
• 由基地址寄存器和当前地址寄存器组成。 • 对8237编程时，把本通道DMA传输的地址初值写入基地址寄 存器，再由8237A传送到当前地址寄存器。 • 当前地址寄存器在每次DMA传输后自动加 1或减1。 • CPU可以通过输入指令读出当前地址寄存器值(每次读8位)。 基地址寄存器不能被读出，且一直保持初值。 • 数据块传送完成后，可以把当前地址寄存器的内容恢复为基 地址寄存器保存的初值。 （需要在编程时设置“自动预置”方式）
3.
8086系统中的DMA信号
•最小模式 CPU通过HOLD接收DMA控制器的总线请求； 在HLDA引脚上发出对总线请求的允许信号。 •最大模式 通过RQ/GT0和RQ/GT1引脚接收DMA控制器的 总线请求，发送对总线请求的允许信号。 RQ/GT0引脚有较高的优先权。
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6.2 DMA控制器8237A
11
（3）请求传输方式
• 申请一次总线可以连续进行多个数据的传输。
• 每传输1个字节后，8237A都对外设接口的请求信号 进行测试：
DREQ端无效，暂停传输；
DREQ有效，接着进行下一个数据的传输。
• 允许数据不连续，按照外设的最高速度进行数据传输， 使用比较灵活。
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（4）级联传输方式
• 几个8237A进行级联，一片8237A用作主片，其余用 作从片，构成主从式DMA系统。 • 从片收到外设接口的DMA请求信号后，向DMA控制器 主片申请，再由主片向CPU申请。 • 一片主片最多可以连接四片从片。这样，五片8237A 构成的二级DMA系统，可以得到16个DMA通道。 • 级联时，主片通过软件在方式寄存器中设置为级联 传输方式。从片设置成上面的三种方式之一。
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DMA通道--地址寄存器
• 由基地址寄存器和当前地址寄存器组成。 • 对8237编程时，把本通道DMA传输的地址初值写入基地址寄 存器，再由8237A传送到当前地址寄存器。 • 当前地址寄存器在每次DMA传输后自动加 1或减1。 • CPU可以通过输入指令读出当前地址寄存器值(每次读8位)。 基地址寄存器不能被读出，且一直保持初值。 • 数据块传送完成后，可以把当前地址寄存器的内容恢复为基 地址寄存器保存的初值。 （需要在编程时设置“自动预置”方式）
PLC第六、七节
字节（byte）：二个数字或8个二进制位构成。 字（word）：二个字节或16个二进制位构成。字也称为通道。
一个通道含16个继电器
第一章 可编程控制器概述
PLC的性能指标
1. 用户程序存储器容量
2. I/O点数
3. 扫描速度 4. 指令种类及条数 5. 内部器件的种类和数量 6. 扩展能力
决定可以容纳用户程序的长短， 这是衡量PLC编程能力强弱的 输入、输出端子的个数。I/O点数 主要指标。指令种类及条数越多， 一般以字为单位计算，中、小型PLC 越多，PLC可外接的输入开关器件和 内部器件包括辅助继电器、定时 扫描速度是指PLC执行程序的 其编程功能就越强。即处理能力、 在8K字以下；大型PLC达256K~2M 输出控制器件就越多，控制规模就越 器、计数器、 保持继电器、特殊辅 速度。是衡量PLC控制速度的重要指 控制能力越强。 字。 大，I/O点数是衡量PLC的一个重要 助继电器、数据存储器等等。其种类 标。以ms/K字为单位表示。 PLC利用智能单元可完成模拟量 指标。 和数量越多，同样反映其控制功能越 控制、位置和速度控制以及通信联网 强。 等。智能单元的种类、功能的强弱是 I/O点数扩展；特殊功能模块扩 衡量PLC产品水平高低的一个重要指 展 标。
7. 智能单元
第一章 可编程控制器概述
§ 1-7 国内外主要PLБайду номын сангаас产品概述
PLC的主要生产厂商集中在一些欧美国家和日本。美国和欧洲一些
国家的PLC是在互相封闭的情况下发展起来的。因此差异很大。日本的
PLC是在引进美国的PLC技术的基础上发展起来的。欧美国家的PLC是 以大型而闻名，而日本的则以高性价比的小型机著称。
第一章 可编程控制器概述
一个通道含16个继电器
第一章 可编程控制器概述
PLC的性能指标
1. 用户程序存储器容量
2. I/O点数
3. 扫描速度 4. 指令种类及条数 5. 内部器件的种类和数量 6. 扩展能力
决定可以容纳用户程序的长短， 这是衡量PLC编程能力强弱的 输入、输出端子的个数。I/O点数 主要指标。指令种类及条数越多， 一般以字为单位计算，中、小型PLC 越多，PLC可外接的输入开关器件和 内部器件包括辅助继电器、定时 扫描速度是指PLC执行程序的 其编程功能就越强。即处理能力、 在8K字以下；大型PLC达256K~2M 输出控制器件就越多，控制规模就越 器、计数器、 保持继电器、特殊辅 速度。是衡量PLC控制速度的重要指 控制能力越强。 字。 大，I/O点数是衡量PLC的一个重要 助继电器、数据存储器等等。其种类 标。以ms/K字为单位表示。 PLC利用智能单元可完成模拟量 指标。 和数量越多，同样反映其控制功能越 控制、位置和速度控制以及通信联网 强。 等。智能单元的种类、功能的强弱是 I/O点数扩展；特殊功能模块扩 衡量PLC产品水平高低的一个重要指 展 标。
7. 智能单元
第一章 可编程控制器概述
§ 1-7 国内外主要PLБайду номын сангаас产品概述
PLC的主要生产厂商集中在一些欧美国家和日本。美国和欧洲一些
国家的PLC是在互相封闭的情况下发展起来的。因此差异很大。日本的
PLC是在引进美国的PLC技术的基础上发展起来的。欧美国家的PLC是 以大型而闻名，而日本的则以高性价比的小型机著称。
第一章 可编程控制器概述
四川久远智能火灾报警控制器JB-TG-JF999(联动型)使用说明书
电源接线安全警示本机使用AC220V,50HZ交流电，电源接线端子位于机柜背面。
使用前需用钥匙打开背面板，按端子标识接好市电。
接线前请确认已切断相关电源，接线时注意火线、零线、地线严禁接错，具体操作步骤：1．用钥匙打开立柜后门；2．取下接线端子的塑料护盖。
3．按照端子所标的标志连接电源线。
4．扣好接线端子的塑料护盖。
5．装上电源插箱后面板的电源端子保护盖板。
6．扎线固定电源电缆。
在立柜底部设有专用机柜接地柱，以确保安全，建议以≥平方毫米的多股铜芯软线接入接地电阻小于2欧的大地接地桩。
危险：没有正确可靠的保护接地有可能造成机壳带电，有电击危险。
目录电源接线安全警示................................................ 错误!未定义书签。
第一章控制器的特点.............................................. 错误!未定义书签。
第二章控制器特性................................................ 错误!未定义书签。
控制器组成 ....................................................... 错误!未定义书签。
控制器结构........................................................ 错误!未定义书签。
技术特性 ......................................................... 错误!未定义书签。
第三章控制器主要功能............................................ 错误!未定义书签。
第四章安装调试步骤.............................................. 错误!未定义书签。
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16
黑龙江大学化学化工学院化工系 过程输入通道 模拟量输入通道
—过程控制基础及应用—
将多个模拟量输入信号分别转换为CPU所接受的数字量。 所接受的数字量。 将多个模拟量输入信号分别转换为 所接受的数字量 多路模拟开关将多个模拟量输入信号分别连接到采样／保持器。 多路模拟开关将多个模拟量输入信号分别连接到采样／保持器。 采样／保持器具有暂时存储模拟输入信号的作用 采样／ A／D转换器的作用是将模拟信号转换为相应的数字量。 ／ 转换器的作用是将模拟信号转换为相应的数字量 转换器的作用是将模拟信号转换为相应的数字量。 利用D／ 转换器与电压比较器 按逐位比较原理来实现模／数转换的。 转换器与电压比较器， 利用 ／A转换器与电压比较器，按逐位比较原理来实现模／数转换的。
开关量输出通道
开关量输出通道通过锁存器输出开关量（包括数字、脉冲量）信号， 开关量输出通道通过锁存器输出开关量（包括数字、脉冲量）信号，以便控制 继电器触点和无触点开关的接通与释放，也可控制步进电机的运转。 继电器触点和无触点开关的接通与释放，也可控制步进电机的运转。 采用光电耦合器件作为输出电路进行隔离传输
内、外给定的选择 内给定的调整
3
黑龙江大学化学化工学院化工系 正、反作用的选择 何谓正作用？何谓反作用？ 何谓正作用？何谓反作用？
—过程控制基础及应用—
为了构成一个负反馈控制系统， 为了构成一个负反馈控制系统 ， 必须正确的确定 调节器的正、 反作用， 调节器的正 、 反作用 ， 否则整个控制系统就无法 正常运行。 调节器的正、 反作用， 是通过正、 正常运行 。 调节器的正 、 反作用 ， 是通过正 、 反 作用开关来选择的。 作用开关来选择的。 手/自动双向切换 手动操作 无扰动切换 何谓手动？何谓自动？为什么要进行手自动切换？ 何谓手动？何谓自动？为什么要进行手自动切换？ 可以调整手操拨盘或者手操扳键来改变调节器的输出 手自动切换时都希望不给控制系统带来扰动， 手自动切换时都希望不给控制系统带来扰动，即调节 器的输出信号不发生突变（即必须要求无扰动切换） 器的输出信号不发生突变（即必须要求无扰动切换） 改变控制器的特性 4
13
黑龙江大学化学化工学院化工系 数字调节器构成原理
—过程控制基础及应用—
以微处理器（ 以微处理器（CPU）为核心构成的硬件电路 ） 由系统程序、 由系统程序、用户程序构成的软件
数字调节器的主要功能由软件决定
模拟调节器：硬件决定一切， 模拟调节器：硬件决定一切，功能单一
14
黑龙江大学化学化工学院化工系 硬件部分
黑龙江大学化学化工学院化工系
—过程控制基础及应用—
第6章 控制器
概述 模拟调节器 数字控制器
1
黑龙江大学化学化工学院化工系
—过程控制基础及应用—
6.1 概 述
控制器是控制系统的核心 控制器是控制系统的核心， 其作用是将被控变量测量值与 是控制系统的核心， 结定值进行比较，然后对比较后得到的偏差进行比例、积分、 结定值进行比较，然后对比较后得到的偏差进行比例、积分、 微分等运算，并将运算结果以一定的信号形式送往执行器， 微分等运算，并将运算结果以一定的信号形式送往执行器，以 实现对被控变量的自动控制。 实现对被控变量的自动控制。
Kp/Ti/Td的设置 Kp/Ti/Td的设置
黑龙江大学化学化工学院化工系
—过程控制基础及应用—
6.2 模拟式控制器
基本结构
比较环节
测量值与设定值比较获得偏差。 测量值与设定值比较获得偏差。
反馈环节
控制器输出的电信号通过电阻和电容构成的无源网络 反馈到输入端。 反馈到输入端。
放大器
5
黑龙江大学化学化工学院化工系
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黑龙江大学化学化工学院化工系 过程输出通道 模拟量输出通道
—过程控制基础及应用—
依次将多个运算处理后的数字信号进行数／模转换 依次将多个运算处理后的数字信号进行数／ D/A转换器起数／模转换作用。 转换器起数／模转换作用。 转换器起数 V／I转换器将 ／ 转换器将 转换器将1~5V的模拟电压信号转换成 的模拟电压信号转换成4~20mA的电流信号。 的电流信号。 的模拟电压信号转换成 的电流信号
黑龙江大学化学化工学院化工系
—过程控制基础及应用—
基型调节器的构成方框图
P.36
9
黑龙江大学化学化工学院化工系 基型调节器的整机电路
—过程控制基础及应用—
仅作参考
10
黑龙江大学化学化工学院化工系
—过程控制基础及应用—
6.3 数字式控制器
数字式调节器类型 ： 定程序调节器 可编程调节器 混合调节器 批量调节器
开关量输入通道
开关量指的是在控制系统中电接点的通与断，或者逻辑电平为“ 与 开关量指的是在控制系统中电接点的通与断，或者逻辑电平为“1”与“0”这类两种状态的信号 这类两种状态的信号 开关量输入通道将多个开关输入信号转换成能被计算机识别的数字信号。 开关量输入通道将多个开关输入信号转换成能被计算机识别的数字信号。 开关量输入通道常采用电耦合器件作为输入电路进行隔离传输。 开关量输入通道常采用电耦合器件作为输入电路进行隔离传输。
—过程控制基础及应用—
1
DDZ― DDZ―Ⅲ型电动单元控制器
2
3
4
5
6 7
6
图4-2 DDZ－III型调节器正面图 － 型调节器正面图
1－位号牌 2－内外给定指示 3－内给定设定拨盘 4-A/M/H切换 5－阀位表 6－软手动操作扳键 6 7－双针全刻度指示表
黑龙江大学化学化工学院化工系 DDZ― DDZ―Ⅲ型电动单元控制器简介 DDZ―Ⅲ型调节器的基本性能 DDZ―Ⅲ型调节器的基本组成 参见教材
常规控制器（模拟调节器，控制算法由电路实现） 常规控制器（模拟调节器，控制算法由电路实现） 数字控制器（ CPU，控制算法由程序实现） 数字控制器（含CPU，控制算法由程序实现）
2
黑龙江大学化学化工学院化工系 适应自动控制的需要，一般调节器具备如下功能： 适应自动控制的需要，一般调节器具备如下功能： 偏差指示
11
黑龙江大学化学化工学院化工系 数字调节器的特点（ 数字调节器的特点（1）
—过程控制基础及应用—
实现了模拟仪表与计算机一体化 将CPU引入控制器，使其功能得到来很大 CPU引入控制器 引入控制器， 的增强，提高了性能价格比。同时考虑到人们长期以来的习惯，数字控制 的增强，提高了性能价格比。同时考虑到人们长期以来的习惯， 器在外形结构、面板布置、操作方式等方面保留了模拟调节器的特征。 器在外形结构、面板布置、操作方式等方面保留了模拟调节器的特征。 运算控制功能强 数字控制器具有比模拟调节器更丰富的运算控制功能， 数字控制器具有比模拟调节器更丰富的运算控制功能， 一台数字控制器既可实现简单PID控制，也可以实现串级控制、前馈控制、 一台数字控制器既可实现简单PID控制，也可以实现串级控制、前馈控制、 PID控制 变增益控制和史密斯补偿控制；既可以进行连续控制，也可以进行采样控 变增益控制和史密斯补偿控制；既可以进行连续控制， 制、选择控制和批量控制。此外，数字控制器还可对输入信号进行处理， 选择控制和批量控制。此外，数字控制器还可对输入信号进行处理， 如线性化、数据滤波、标度变换、逻辑运算等。 如线性化、数据滤波、标度变换、逻辑运算等。 通过软件实现所需功能 数字控制器的运算控制功能是通过软件实现的。在 数字控制器的运算控制功能是通过软件实现的。 可编程调节器中，软件系统提供了各种功能模块， 可编程调节器中，软件系统提供了各种功能模块，用户选择所需的功能模 块，通过编程将它们连接在一起，构成用户程序，便可实现所需的运算与 通过编程将它们连接在一起，构成用户程序， 控制功能。 控制功能。
—过程控制基础及应用—
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黑龙江大学化学化工学院化工系
—过程控制基础及应用—
DDZ―Ⅲ型电动调节器 Ⅲ
DDZ―Ⅲ型调节器有两种：全刻度指示调节器 偏差指示调节器 全刻度指示调节器和偏差指示调节器 全刻度指示调节器 它们的结构和线路相同，仅指示电路有些差异。 这两种基型调节器均具有一般调节器应具有的: 对偏差进行PID PID运算 对偏差进行PID运算 偏差指示 正反作用切换 内外给定切换(产生内给定信号) 内外给定切换(产生内给定信号) 手动/ 手动/自动双向切换 阀位显示等功能。 阀位显示等功能。 在基型调节器的基础上，可附加某些单元，如输入报警、偏差报警、 输出限幅单元等。也可构成各种特种调节器，如抗积分饱和调节器、 前馈调节器、输出跟踪调节器、非线性调节器等以及构成与工业计 算机联用的调节器。 8
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黑龙江大学化学化工学院化工系 数字调节器的特点（ 数字调节器的特点（2）
—过程控制基础及应用—
具有和模拟调节器相同的外特性 尽管数字控制器内部信息均为数字量，但 尽管数字控制器内部信息均为数字量， 为了保证数字式控制器能够与传统的常规仪表相兼容， 为了保证数字式控制器能够与传统的常规仪表相兼容，数字控制器模拟量输 入输出均采用国际统一标准信号（4～20mADC，1～5VDC），可以方便地与DDZ 20mADC， 5VDC），可以方便地与 入输出均采用国际统一标准信号（ ），可以方便地与DDZ －III型仪表相连。同时数字控制器还有数字量输入输出功能。 III型仪表相连。同时数字控制器还有数字量输入输出功能。 型仪表相连 具有通讯功能， 具有通讯功能，便于系统扩展 数字控制器除了用于代替模拟调节器构成独 立的控制系统之外，还可以与上位计算机一起组成DCS控制系统。数字控制器 DCS控制系统 立的控制系统之外，还可以与上位计算机一起组成DCS控制系统。 与上位计算机之间实现串行双向的数字通讯，可以将手、自动状态、PID参数 与上位计算机之间实现串行双向的数字通讯，可以将手、自动状态、PID参数 及输入/输出值等信息送到上位计算机， 及输入/输出值等信息送到上位计算机，必要时上位计算机也可对控制器施加 干预，如工作状态的变更，参数的修改等。 干预，如工作状态的变更，参数的修改等。 可靠性高， 在硬件方面， 可靠性高，维护方便 在硬件方面，一台数字式控制器可以替代数台模拟仪 表，同时控制器所用硬件高度集成化，可靠性高。在软件方面，数字式控制 同时控制器所用硬件高度集成化，可靠性高。在软件方面， 器的控制功能主要通过模块软件组态来实现，具有多种故障的自诊断功能， 器的控制功能主要通过模块软件组态来实现，具有多种故障的自诊断功能， 能及时发现故障并采取保护措施。 能及时发现故障并采取保护措施。
黑龙江大学化学化工学院化工系 过程输入通道 模拟量输入通道
—过程控制基础及应用—
将多个模拟量输入信号分别转换为CPU所接受的数字量。 所接受的数字量。 将多个模拟量输入信号分别转换为 所接受的数字量 多路模拟开关将多个模拟量输入信号分别连接到采样／保持器。 多路模拟开关将多个模拟量输入信号分别连接到采样／保持器。 采样／保持器具有暂时存储模拟输入信号的作用 采样／ A／D转换器的作用是将模拟信号转换为相应的数字量。 ／ 转换器的作用是将模拟信号转换为相应的数字量 转换器的作用是将模拟信号转换为相应的数字量。 利用D／ 转换器与电压比较器 按逐位比较原理来实现模／数转换的。 转换器与电压比较器， 利用 ／A转换器与电压比较器，按逐位比较原理来实现模／数转换的。
开关量输出通道
开关量输出通道通过锁存器输出开关量（包括数字、脉冲量）信号， 开关量输出通道通过锁存器输出开关量（包括数字、脉冲量）信号，以便控制 继电器触点和无触点开关的接通与释放，也可控制步进电机的运转。 继电器触点和无触点开关的接通与释放，也可控制步进电机的运转。 采用光电耦合器件作为输出电路进行隔离传输
内、外给定的选择 内给定的调整
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黑龙江大学化学化工学院化工系 正、反作用的选择 何谓正作用？何谓反作用？ 何谓正作用？何谓反作用？
—过程控制基础及应用—
为了构成一个负反馈控制系统， 为了构成一个负反馈控制系统 ， 必须正确的确定 调节器的正、 反作用， 调节器的正 、 反作用 ， 否则整个控制系统就无法 正常运行。 调节器的正、 反作用， 是通过正、 正常运行 。 调节器的正 、 反作用 ， 是通过正 、 反 作用开关来选择的。 作用开关来选择的。 手/自动双向切换 手动操作 无扰动切换 何谓手动？何谓自动？为什么要进行手自动切换？ 何谓手动？何谓自动？为什么要进行手自动切换？ 可以调整手操拨盘或者手操扳键来改变调节器的输出 手自动切换时都希望不给控制系统带来扰动， 手自动切换时都希望不给控制系统带来扰动，即调节 器的输出信号不发生突变（即必须要求无扰动切换） 器的输出信号不发生突变（即必须要求无扰动切换） 改变控制器的特性 4
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黑龙江大学化学化工学院化工系 数字调节器构成原理
—过程控制基础及应用—
以微处理器（ 以微处理器（CPU）为核心构成的硬件电路 ） 由系统程序、 由系统程序、用户程序构成的软件
数字调节器的主要功能由软件决定
模拟调节器：硬件决定一切， 模拟调节器：硬件决定一切，功能单一
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黑龙江大学化学化工学院化工系 硬件部分
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—过程控制基础及应用—
第6章 控制器
概述 模拟调节器 数字控制器
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—过程控制基础及应用—
6.1 概 述
控制器是控制系统的核心 控制器是控制系统的核心， 其作用是将被控变量测量值与 是控制系统的核心， 结定值进行比较，然后对比较后得到的偏差进行比例、积分、 结定值进行比较，然后对比较后得到的偏差进行比例、积分、 微分等运算，并将运算结果以一定的信号形式送往执行器， 微分等运算，并将运算结果以一定的信号形式送往执行器，以 实现对被控变量的自动控制。 实现对被控变量的自动控制。
Kp/Ti/Td的设置 Kp/Ti/Td的设置
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—过程控制基础及应用—
6.2 模拟式控制器
基本结构
比较环节
测量值与设定值比较获得偏差。 测量值与设定值比较获得偏差。
反馈环节
控制器输出的电信号通过电阻和电容构成的无源网络 反馈到输入端。 反馈到输入端。
放大器
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黑龙江大学化学化工学院化工系 过程输出通道 模拟量输出通道
—过程控制基础及应用—
依次将多个运算处理后的数字信号进行数／模转换 依次将多个运算处理后的数字信号进行数／ D/A转换器起数／模转换作用。 转换器起数／模转换作用。 转换器起数 V／I转换器将 ／ 转换器将 转换器将1~5V的模拟电压信号转换成 的模拟电压信号转换成4~20mA的电流信号。 的电流信号。 的模拟电压信号转换成 的电流信号
黑龙江大学化学化工学院化工系
—过程控制基础及应用—
基型调节器的构成方框图
P.36
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黑龙江大学化学化工学院化工系 基型调节器的整机电路
—过程控制基础及应用—
仅作参考
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—过程控制基础及应用—
6.3 数字式控制器
数字式调节器类型 ： 定程序调节器 可编程调节器 混合调节器 批量调节器
开关量输入通道
开关量指的是在控制系统中电接点的通与断，或者逻辑电平为“ 与 开关量指的是在控制系统中电接点的通与断，或者逻辑电平为“1”与“0”这类两种状态的信号 这类两种状态的信号 开关量输入通道将多个开关输入信号转换成能被计算机识别的数字信号。 开关量输入通道将多个开关输入信号转换成能被计算机识别的数字信号。 开关量输入通道常采用电耦合器件作为输入电路进行隔离传输。 开关量输入通道常采用电耦合器件作为输入电路进行隔离传输。
—过程控制基础及应用—
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DDZ― DDZ―Ⅲ型电动单元控制器
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图4-2 DDZ－III型调节器正面图 － 型调节器正面图
1－位号牌 2－内外给定指示 3－内给定设定拨盘 4-A/M/H切换 5－阀位表 6－软手动操作扳键 6 7－双针全刻度指示表
黑龙江大学化学化工学院化工系 DDZ― DDZ―Ⅲ型电动单元控制器简介 DDZ―Ⅲ型调节器的基本性能 DDZ―Ⅲ型调节器的基本组成 参见教材
常规控制器（模拟调节器，控制算法由电路实现） 常规控制器（模拟调节器，控制算法由电路实现） 数字控制器（ CPU，控制算法由程序实现） 数字控制器（含CPU，控制算法由程序实现）
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黑龙江大学化学化工学院化工系 适应自动控制的需要，一般调节器具备如下功能： 适应自动控制的需要，一般调节器具备如下功能： 偏差指示
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黑龙江大学化学化工学院化工系 数字调节器的特点（ 数字调节器的特点（1）
—过程控制基础及应用—
实现了模拟仪表与计算机一体化 将CPU引入控制器，使其功能得到来很大 CPU引入控制器 引入控制器， 的增强，提高了性能价格比。同时考虑到人们长期以来的习惯，数字控制 的增强，提高了性能价格比。同时考虑到人们长期以来的习惯， 器在外形结构、面板布置、操作方式等方面保留了模拟调节器的特征。 器在外形结构、面板布置、操作方式等方面保留了模拟调节器的特征。 运算控制功能强 数字控制器具有比模拟调节器更丰富的运算控制功能， 数字控制器具有比模拟调节器更丰富的运算控制功能， 一台数字控制器既可实现简单PID控制，也可以实现串级控制、前馈控制、 一台数字控制器既可实现简单PID控制，也可以实现串级控制、前馈控制、 PID控制 变增益控制和史密斯补偿控制；既可以进行连续控制，也可以进行采样控 变增益控制和史密斯补偿控制；既可以进行连续控制， 制、选择控制和批量控制。此外，数字控制器还可对输入信号进行处理， 选择控制和批量控制。此外，数字控制器还可对输入信号进行处理， 如线性化、数据滤波、标度变换、逻辑运算等。 如线性化、数据滤波、标度变换、逻辑运算等。 通过软件实现所需功能 数字控制器的运算控制功能是通过软件实现的。在 数字控制器的运算控制功能是通过软件实现的。 可编程调节器中，软件系统提供了各种功能模块， 可编程调节器中，软件系统提供了各种功能模块，用户选择所需的功能模 块，通过编程将它们连接在一起，构成用户程序，便可实现所需的运算与 通过编程将它们连接在一起，构成用户程序， 控制功能。 控制功能。
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—过程控制基础及应用—
DDZ―Ⅲ型电动调节器 Ⅲ
DDZ―Ⅲ型调节器有两种：全刻度指示调节器 偏差指示调节器 全刻度指示调节器和偏差指示调节器 全刻度指示调节器 它们的结构和线路相同，仅指示电路有些差异。 这两种基型调节器均具有一般调节器应具有的: 对偏差进行PID PID运算 对偏差进行PID运算 偏差指示 正反作用切换 内外给定切换(产生内给定信号) 内外给定切换(产生内给定信号) 手动/ 手动/自动双向切换 阀位显示等功能。 阀位显示等功能。 在基型调节器的基础上，可附加某些单元，如输入报警、偏差报警、 输出限幅单元等。也可构成各种特种调节器，如抗积分饱和调节器、 前馈调节器、输出跟踪调节器、非线性调节器等以及构成与工业计 算机联用的调节器。 8
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黑龙江大学化学化工学院化工系 数字调节器的特点（ 数字调节器的特点（2）
—过程控制基础及应用—
具有和模拟调节器相同的外特性 尽管数字控制器内部信息均为数字量，但 尽管数字控制器内部信息均为数字量， 为了保证数字式控制器能够与传统的常规仪表相兼容， 为了保证数字式控制器能够与传统的常规仪表相兼容，数字控制器模拟量输 入输出均采用国际统一标准信号（4～20mADC，1～5VDC），可以方便地与DDZ 20mADC， 5VDC），可以方便地与 入输出均采用国际统一标准信号（ ），可以方便地与DDZ －III型仪表相连。同时数字控制器还有数字量输入输出功能。 III型仪表相连。同时数字控制器还有数字量输入输出功能。 型仪表相连 具有通讯功能， 具有通讯功能，便于系统扩展 数字控制器除了用于代替模拟调节器构成独 立的控制系统之外，还可以与上位计算机一起组成DCS控制系统。数字控制器 DCS控制系统 立的控制系统之外，还可以与上位计算机一起组成DCS控制系统。 与上位计算机之间实现串行双向的数字通讯，可以将手、自动状态、PID参数 与上位计算机之间实现串行双向的数字通讯，可以将手、自动状态、PID参数 及输入/输出值等信息送到上位计算机， 及输入/输出值等信息送到上位计算机，必要时上位计算机也可对控制器施加 干预，如工作状态的变更，参数的修改等。 干预，如工作状态的变更，参数的修改等。 可靠性高， 在硬件方面， 可靠性高，维护方便 在硬件方面，一台数字式控制器可以替代数台模拟仪 表，同时控制器所用硬件高度集成化，可靠性高。在软件方面，数字式控制 同时控制器所用硬件高度集成化，可靠性高。在软件方面， 器的控制功能主要通过模块软件组态来实现，具有多种故障的自诊断功能， 器的控制功能主要通过模块软件组态来实现，具有多种故障的自诊断功能， 能及时发现故障并采取保护措施。 能及时发现故障并采取保护措施。