第九章 控制器第九章 控制器

9.1 9.1 DDZ-ⅢDDZ-Ⅲ型控制器型控制器

9.2 9.2 单回路数字式控制器单回路数字式控制器

控制器是控制系统的核心。控制器是控制系统的核心。

控制器的作用：控制器的作用：控制执行器，改变操纵变量，使控制执行器，改变操纵变量，使

被控变量符合生产要求。 被控变量符合生产要求。

控制器在闭环控制系统中将检测变送环节传控制器在闭环控制系统中将检测变送环节传

送过来的信息与被控变量的设定值比较后得到偏送过来的信息与被控变量的设定值比较后得到偏

差，然后根据偏差按照一定的控制规律进行运算，差，然后根据偏差按照一定的控制规律进行运算，

最终输出控制信号作用于执行器上。最终输出控制信号作用于执行器上。

9.1 DDZ-Ⅲ9.1 DDZ-Ⅲ 型控制器型控制器

图 9-1 DDZ-Ⅲ型基型控制器电路结构方框图

DDZ-ⅢDDZ-Ⅲ 型控制器的外部结构型控制器的外部结构

0

20

40

60

80

100

0 100X S

10

7

3

1

2

5

4

9

8

6

12

11(a) ÕýÃæ°å

ÓÒ²àͼ

(b) ²àÃæͼ

×ó²àͼ

19

16 17 23 13 20

22211514

24 27 26 25 18

图 9-2 DTL-3100 型控制器外形图

DDZ-ⅢDDZ-Ⅲ 型控制器侧面板结构型控制器侧面板结构

控制器的侧面板结构如图控制器的侧面板结构如图 9-29-2 （（ bb ）所示。其中）所示。其中

DDZ-ⅢDDZ-Ⅲ 型控制器表尾结构型控制器表尾结构

DTL-3100DTL-3100 控制器的表尾共有控制器的表尾共有 1515 个端子，各端子的个端子，各端子的

意义如下：意义如下：

端子 1+ 端子 2- 端子 3 端子 4+ 端子 5- 端子 6 端子 7+ 端子 8- 端子 9 端子 10常 闭 端子 11公共端 端子 12常 开 端子 13+ 端子 14- 端子 15

输入信号 1~5V DC

输出信号 4~20mA DC

外设定信号 4~20mA DC

电源

接地端子

报警单元的报警输出端子

内 部 报 警 灯

图图9-3 DTL-31009-3 DTL-3100

控制器端子

控制器端子

9.1.19.1.1 模拟式控制器模拟式控制器

9.1.1.1 9.1.1.1 模拟式控制器基本结构模拟式控制器基本结构

模拟式控制器所传送的信号形式为连续的模模拟式控制器所传送的信号形式为连续的模

拟信号，其基本结构包括拟信号，其基本结构包括比较环节、比较环节、反馈环节放反馈环节放

大器大器。。 比较环节比较环节

将被控变量的将被控变量的测量值与设定值测量值与设定值进行比较得到进行比较得到偏差。偏差。电动控制器是在输入电路电动控制器是在输入电路中进行电压或电中进行电压或电

流信号的比较。流信号的比较。 反馈环节 反馈环节

控制器的控制器的 PIDPID 控制规律是通过反馈环节进行控制规律是通过反馈环节进行的。输出的电信号通过电阻和电容构成的无源网的。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。络反馈到输入端。

放大器 放大器

放大器实质上是一个稳态增益很大的比例环节。放大器实质上是一个稳态增益很大的比例环节。在电动控制器中可采用高增益的集成运算放大器。在电动控制器中可采用高增益的集成运算放大器。

9.1.2 DDZ-Ⅲ9.1.2 DDZ-Ⅲ 型电动单元控制器型电动单元控制器

是模拟式控制器中较为常见的一种，它以来自变是模拟式控制器中较为常见的一种，它以来自变送器或转换器的送器或转换器的 11 ～～ 5V5V 直流测量信号作为输入信号直流测量信号作为输入信号，，与与 11 ～～ 5V5V 直流设定信号相比较得到偏差信号，然后直流设定信号相比较得到偏差信号，然后对此信号进行对此信号进行 PIDPID 运算后，运算后，输出输出 11 ～～ 5V5V 或或 44 ～～ 20mA20mA直流控制信号，直流控制信号，以实现对工艺变量的控制。以实现对工艺变量的控制。

整套仪表可以构成安全火花型防爆系统，整套仪表可以构成安全火花型防爆系统，而且增而且增加了安全栅，实现控制室与危险场所之间的能加了安全栅，实现控制室与危险场所之间的能

量限制和隔离。量限制和隔离。 有软、硬两种手动操作方式，有软、硬两种手动操作方式，软手动与自动软手动与自动之间相互切换具有双向无平衡无扰动特性，提高之间相互切换具有双向无平衡无扰动特性，提高了控制器的操作性能。这是因为在自动与软手动了控制器的操作性能。这是因为在自动与软手动之间有保持状态，此时控制器输出可长期保持不之间有保持状态，此时控制器输出可长期保持不变，所以即使有偏差存在，也能变，所以即使有偏差存在，也能实现无扰动切换。实现无扰动切换。

采用国际标准信号制，采用国际标准信号制，现场传输信号为现场传输信号为 44 ～～20mA20mA 直流电流，控制室联络信号为直流电流，控制室联络信号为 11 ～～ 5V5V 直流直流电压，信号电流和电压的转换电阻为电压，信号电流和电压的转换电阻为 250Ω250Ω 。由。由于电于电

气零点不是从零开始，因此容易识别断电、断线气零点不是从零开始，因此容易识别断电、断线等故障。信号传输采用电流传送等故障。信号传输采用电流传送 -- 电压接受的并电压接受的并联方式，即进出控制室的传输信号为直流电流信联方式，即进出控制室的传输信号为直流电流信号（号（ 44 ～～ 20mA20mA ），将此电流信号转换成直流电压），将此电流信号转换成直流电压信号后，以并联形式传输给控制室各仪表。信号后，以并联形式传输给控制室各仪表。

机型控制器（见下图所示）机型控制器（见下图所示） ::

控制器的工作状态有“自动”、“软手动”、“硬手动”及“保持”四种。

图 9-4 机型控制器

当控制器处于当控制器处于“自动”状态“自动”状态时，测量信号与设时，测量信号与设定信号通过输入电路进行比较，由比例微分电路、定信号通过输入电路进行比较，由比例微分电路、比例积分电路对其偏差进行比例积分电路对其偏差进行 PDPD 和和 PIPI 运算后，再经运算后，再经过电路转换为过电路转换为 44 ～～ 20mA20mA 直流电流，作为控制器的直流电流，作为控制器的输出信号，去控制执行器。输出信号，去控制执行器。

当控制器处于当控制器处于“保持”“保持”状态（即它的输出保持状态（即它的输出保持切换前瞬间的数值）时，若同时将控制器切换到切换前瞬间的数值）时，若同时将控制器切换到“软手动”“软手动”状态，输出可按快或慢两种速度线性地状态，输出可按快或慢两种速度线性地增加或减小，以对工艺过程进行手动控制。当控增加或减小，以对工艺过程进行手动控制。当控

制器处于制器处于“硬手动”“硬手动”状态时，控制器的输出与手操电状态时，控制器的输出与手操电压成比例，即输出值与硬手动操作杆的位置一一对应。压成比例，即输出值与硬手动操作杆的位置一一对应。

控制器还设有“正”、“反”作用开关供选择，控制器还设有“正”、“反”作用开关供选择，以满足控制系统的控制要求。以满足控制系统的控制要求。

控制器中将偏差控制器中将偏差 ee定义为测量值与设定值之差定义为测量值与设定值之差（（ e=y-re=y-r），若测量值大于设定值，称为正偏差；若），若测量值大于设定值，称为正偏差；若测量值小于设定值，称为负偏差。测量值小于设定值，称为负偏差。当控制器置当控制器置

于“正”作用时，控制器的输出随着正偏差的增加于“正”作用时，控制器的输出随着正偏差的增加而增加；置于“反”作用时，控制器的输出随着正而增加；置于“反”作用时，控制器的输出随着正偏差的增加而减小。偏差的增加而减小。若是负偏差，其控制器在若是负偏差，其控制器在“正”、“反”作用下的输出刚好与正偏差的情况“正”、“反”作用下的输出刚好与正偏差的情况相反。相反。

使用基型控制器时有几点应注意：使用基型控制器时有几点应注意：

正确设置内、外设定开关正确设置内、外设定开关

“ “内”设定时，设定电压信号由控制器内部内”设定时，设定电压信号由控制器内部的设的设

定电路产生，操作者通过设定值拨盘确定设定信定电路产生，操作者通过设定值拨盘确定设定信号大小。号大小。在定值控制系统中，控制器应置于在定值控制系统中，控制器应置于“内”设定。“内”设定。

“ “外”设定时，由外部装置提供设定值信号。外”设定时，由外部装置提供设定值信号。在随动控制系统中，控制器应置于“外”设定。在随动控制系统中，控制器应置于“外”设定。如串级控制系统中的副控制器设定值由主控制器如串级控制系统中的副控制器设定值由主控制器的输出值提供；比值控制中的从动量控制器设定的输出值提供；比值控制中的从动量控制器设定值由主动量测量值提供。值由主动量测量值提供。

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9.2 9.2 单回路数字控制器简介单回路数字控制器简介

9.2.1 9.2.1 概述概述 单回路数字控制器是以微处理机为核心，接单回路数字控制器是以微处理机为核心，接收和输出都可以是收和输出都可以是 4~20mA DC4~20mA DC 标准的、连续的电标准的、连续的电模拟量信号；内部处理信号为数字量，可由用户模拟量信号；内部处理信号为数字量，可由用户编制程序，可组成多种控制规律的一种数字式过编制程序，可组成多种控制规律的一种数字式过程控制装置。程控制装置。

结构原理结构原理 ::

数 据 设定器

用户 ROM

输入 接口

输出 接口

ROM RAM

CPU

通讯口

显示器

A/D及 D/A

多 路 开 关

模拟输入

多 路 开 关

模拟输出

手操电路

电源

面板开关输入

数字输入

数字输出

图 9-5 单回路数字控制器的基本组成

9.2.29.2.2 PMKPMK 可编程调节器可编程调节器

PMKPMK可编程调节器的特点可编程调节器的特点

PMKPMK可编程调节器的软件结构可编程调节器的软件结构

输入模块输入模块

控制运算模块控制运算模块

输出模块输出模块

PMKPMK可编程调节器的硬件结构可编程调节器的硬件结构

图 9-6 PMK可编程调节器外形结构图 返回