第九章 控制器
? 概述
? 模拟调节器
? 数字控制器
概述
控制器的作用 是将被控变量测量值与结定值进行比较, 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, 以实现对被控变量的自动控制 。
模拟调节器 （ 控制算法由电路实现 ）
数字控制器 （ 含 CPU,控制算法由程序实现 ）
一般调节器还需要具备如下功能, 以适应自动控制的需要,
偏差指示 指示偏差信号
模拟调节器 —— 指针式表头
全刻度指示,输入信号和设定值分别由不同的指针在
0～ 100％ 范围指示
偏差值指示,仅利用一个指针来指示偏差信号 ± 30％
数字控制器 —— 通过 LED或者液晶屏显示
输出显示 显示调节器输出信号的大小, 习惯上输出显示表也称作阀位表 。
内, 外给定的选择 给定信号可以由调节器内部产生, 也可以由其它仪表外部提供
内给定的调整 若设定值为内给定, 用户可以调整调节器上的内给定拨盘来改变设定值
正, 反作用的选择 何谓正作用？ 何谓反作用？
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, 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, 反作用开关来选择的 。
手 /自动双向切换 何谓手动？ 何谓自动？ 为什么要进行手自动切换？
手动操作 可以调整手操拨盘或者手操扳键来改变调节器的输出
无扰动切换 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 ）
Kp/Ti/Td的设置 改变控制器的特性
调节器的初步认识 1
2
3
4
5
6
6
7
图 4-2 DDZ－ III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
7－双针全刻度指示表
DDZ－ II型仪表
（包括 调节器 ）
DDZ一 III型仪表
（包括 调节器 ） III型仪表优点
电 源 220VAC 24VDC集中供电 ·可用 24VDC蓄电池作备用电源 ·仪表内部没有变压器，不发热，为实现更好的防爆措施提供条件。
防 爆 隔离防爆 本安型防爆 （安全火花型） 故障状态：电流小于 35mA,电压小于 35VDC,可带电维修 。
输出信号 0~10mA 4~20mA ① 电气零点从 4 mA开始, 不与机械零点重合, 容易识别断电, 断线等故障 。 ② 只要改变转换电阻阻值, 便可接收其他电流信号, 例如将 10～ 50mA等直流电流信号转
换为 l～ 5V信号 。
③因为最小输入信号不为零，为现场变送器实现两线制创造了条件。变送器与调节器用两
线联接，既节省电缆线和安装费用，还有利于安全防爆。 输入信号 0~10mA
4~20mA
1~5V
元器件
分离元件
（电阻、电容、晶
体管 …… ）
集成电路
（运放电路 …… ）
① 由于集成运放均为差分放大器, 且输人对称性好, 漂移小, 仪表的稳定性得到提高 。
② 由于集成运放有高增益, 因而开环放大倍数很高, 这使仪表的精度得到提高 。
③由于采用了集成电路，焊点少，强度高，大大提高了仪表的可靠性。
指示表头 单针偏差指示 （ 0~± 30%） 有双针全刻度大表头指示（ 0~100%） 分别指示测量值 （ 红针 ）, 给定值 （ 黑针 ） 当仪表置于, 内给定,,设定值由黑针指示 。
手动方式 硬手动 硬手动、软手动
硬手动 ——输出与拨盘数值直接对应
软手动 ——同时按下软手动操作板键 6,调节器的输出便随时间按一定的速度增加或减小；
若手离开操作极键则当时的信号值就被保持
通常都是用软手动操作板键进行手动操作, 这样控制比较平稳精细, 只有当需要给出恒定
不变的操作信号 （ 例如, 阀的开度要求长时间不变 ） 或者在紧急时要一下子就控制到安全
开度等情况下, 才使用硬手动操作 。
手自动切换 预平衡 无平衡、无扰动
“自 动, ?,软手动, 切换是双向无平衡无扰动
,硬手动, ?,软手动, 切换是无平衡无扰动
,硬手动, ?,自 动, 切换是无平衡无扰动
,软手动, ?,硬手动, 切换是 预平衡无扰动
,自 动, ?,硬手动, 切换是 预平衡无扰动
其 它
·正反作用切换（操作点：调节器内部）
·PID参数设置（操作点：调节器内部）
·…………
二者基本相同
DDZ― Ⅲ 型电动调节器简介
DDZ― Ⅲ 型调节器的基本性能
DDZ― Ⅲ 型调节器的基本组成
DDZ― Ⅲ 型电动调节器
DDZ― Ⅲ 型调节器有两种,全刻度指示调节器 和 偏差指示调节器
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 )
手动 /自动双向切换
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 。
P.36
基型调节器的构成方框图
数字式调节器
定程序调节器
可编程调节器
混合调节器
批量调节器
数字式调节器类型,
1.数字调节器的特点
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
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
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,
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、
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
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，
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
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
控制功能。
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
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
－ III型仪表相连。同时数字控制器还有数字量输入输出功能。
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
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，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。
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
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。
2.数字调节器构成原理
以微处理器（ CPU）为核心构成的硬件电路
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，功能单一
硬件部分
数字式调节器的硬件电路构成框图
主机电路
ROM存放系统程序。
EPROM存放用户程序,
RAM 存放输入数据、显示数据、运算的中间值、结果
CTC的定时功能用来确定调节器的采样周期等等
多为单片机
是数字式调节器的核心，用于实现仪表数
据运算处理，各组成部分之间的管理。
过程输入通道
将多个模拟量输入信号分别转换为 CPU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。
采样／保持器具有暂时存储模拟输入信号的作用
A／ D转换器的作用是将模拟信号转换为相应的数字量。
利用 D／ 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。
模拟量输入通道
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
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
过程输出通道
依次将多个运算处理后的数字信号进行数／模转换
D/A转换器起数／模转换作用。
V／ I转换器将 1~5V的模拟电压信号转换成 4~20mA的电流信号。
模拟量输出通道
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，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。
采用光电耦合器件作为输出电路进行隔离传输
开关量输出通道
HMI (Human Machine Interface)
正面板,
测量值和给定值显示器
输出电流显示器
运行状态（自动／串级／手动）切换按钮
给定值增／减按钮和手动操作按钮等
状态显示灯
侧面板,
有设置和指示各种参数的键盘、显示器
通信接口电路
主要有
以位并
行、字
节串行
位串行，即
一次传送一
位，连续传
送
功能：将欲发送的数据转换成标准通信格式的数字信号，经发
送电路送至通信线路（数据通道）上；
同时通过接收电路接收来自通信线路的数字信号，将其
转换成能被计算机接受的数据。
并行 和 串行两种 工业控制网络及仪表的通信方式
基本上都采用, 串行通信
原因, 实施方便
成本低
适于远距离传输
软件部分
系统程序, 系统程序是调节器软件的主体部分
通常由 监控程序 和 功能模块 两部分组成 。
数字式调节器的软件分为 系统程序 和 用户程序 两大部分
用户程序, 用户程序是用户根据控制系统要求，在系统程序
中选择所需要的功能模块，并将它们按一定的规
则连接起来的结果。
作用是使调节器完成预定的控制与运算功能。
监控程序
·系统初始化
·中断管理
·自诊断处理
·键处理
·定时处理
·通信处理
·掉电处理
·运行状态控制
一般来说，数字调节器需要完成以下一些任务
监控程序使调节器各硬件电路能正常工作并
实现所规定的功能，同时完成各组成部分之
间的管理。
功能模块
·数据传送
用户可以选择所需要的功能模块以构成用户程
序，使调节器实现用户所规定的功能。
调节器提供的功能模块主要有
·PID运算
·四则运算
·逻辑运算
·开平方运算
·取绝对值运算
·脉冲输入计数与积算脉冲输出
·高值选择和低值选择
·上限幅和上限幅
·折线逼近法函数运算
·一阶惯性滞后处理
·纯滞后处理
·移动平均值运算
·控制方式切换
输入、输出以及基本传送命令
基本功能
如：流量积算
选择性控制
如热电偶信号的线性化等等
输入信号的软件滤波
均值计算
收自动切换
用户程序
用户程序的编程通常采用面向过程 POL语言
(Procedure-Oriented Language)。
编程方式简单易学。
用户根据控制系统要求，选择所需要的功能模块，并按
一定的规则连接起来，使调节器完成预定的控制与运算
功能。用户程序的编制过程也称为“组态” 。
调节器的编程工作是通过专用的编程器进行的，有“在
线”和“离线”两种编程方法。
专用编程器 → 组态 → 用户程序写入 EPROM
→ EPROM 安装到数字调节器上
特点总结
运算控制功能强
通过软件实现所需功能
带有自诊断功能
带有数字通讯功能
具有和模拟调节器相同的外特性
保持常规模拟式调节器的操作方式
In Short, 简单易学，功能介于常规模拟调节器和计
算机控制系统之间
SLPC可编程调节器
SLPC可编程调节器是一种有代表性的、功能较为齐全的可编程调节器
·具有基本 PID、串级、选择、非线性、采样 PI、批量 PID等控制功能
·具有自整定功能，可使 PID参数实现最佳整定
·具有通信功能，可与上位计算机联系起来构成集散型控制系统
·具有可变型给定值平滑功能，能够改善给定值变更的响应特性
·具有自诊断功能，在输入输出信号、运算控制回路、备用电池及通信
出现异常情况时，进行故障处理并进行故障显示
用户只需使用简单的编程语言，即可编制各种控制与运算程序，使调节
器具有规定的控制运算功能。
SLPC的主要性能
模拟量输入 1~5V（ DC） 5点 。
模拟量输出 1~5V（ DC） 2点, 负载电阻＞ 3k?。
4~20mA（ DC） 1点, 负载电阻 = 0 ~ 750?。
数字量输入 接点或电压电平 与数字量输出 6点共用 。
数字量输出 晶体管接点 。
故障状态输出 晶体管接点 1点 。
运算周期 0.2s和 0.1s。
比 例 度 6.3℅~ 999.9℅
积分时间 1~ 9999s
微分时间 0~ 9999s
控制功能 基本控制功能；串级控制功能；选择控制功能 。
控制算法 标准 PID；采样值 PI；批量 PID
供电电源 交直流两种 （ 100V规格和 200V规格 ）
SLPC的硬件电路
指示
HMI
A/M AO
通信接口
主机
部分
AI
DI,DO
Return
SLPC的软件部分
包括系统程序和功能模块,
系统程序用于保证整个调节器正常运
行，这部分用户是不能调用的
能模块提供了各种功能，用户可以根
据需要选用，以构成用户程序，功能模
块以指令形式提供
指令
指令对各种寄存器进行操作，寄存器实际上是
对应于随机读写存储器 RAM中各个不同的存储
单元，只是为了使用和表示方便，才特地定义
了不同的名称和符号
指令都与五个运算寄存器 S1~S5有关。
五个运算寄存器以堆栈方式构成,
指令类型
1、信号读取指令 LD——用于把数据 → S1
2、信号存储指令 ST——用于把 S1中的数据 → 有关寄存器
3、程序结束指令 END——将控制无条件地转移出用户程
序，结束本控制周期内的一切运算
指令有 4种类型
基本运算 —— +,-,×, ÷ 等
带设备编号的运算 —— 十段折线函数运算 等
条件判断 —— 上下限报警、逻辑运算、转移跳转 等
寄存器移位 —— S寄存器交换,S寄存器循环移位
控制功能 —— BBC,CSC,SSC
4、功能指令 —— 完成各种指定功能
控制功能指令的基本功能
② 串级控制指令 CSC：内含 2个串联的调节单元 CNT1,CNT2，可组成
串级调节统
③ 选择控制指令 SSC：内含 2个并联的调节单元 CNT1,CNT2和一个切换
开关 CNT3，可组成选择控制系统
每台 SLPC调节器只能选用其中的一种，且同一应用程序中只能使用一次
① 基本控制指令 BSC：内含 1个调节单元 CNT1，相当于 1台模拟 PID调节器
CNT1
BSC
PV
MV
CNT1
CSC PV
1
MV2
CNT2
PV2
MV1
CNT1
SSC PV1
MV
CNT2
PV2
MV1
CNT3
MV2
MV3
BSC
(1)LD X1 读入测量值 X1
(2)BSC 基本控制
(3)ST Y1 控制输出 MV送 Y1
(4)END
例：某单回路控制系统,
被控变量接到模拟量输入通道 X1
阀位信号接到模拟量输出通道 Y1,
则实现单回路 PID控制的程序如下
主要作用是把运算寄存器 S1里的数据与设
定值相减,得到偏差。再经过由 CNT1所决
定的控制算法运算后,把结果再存入 S1
CNT1
BSC
PV
MV
CSS
(1)LD X2 读入测量值副回路 X2
(2)LD X1 读入测量值主回路 X2
(3)CSC 串级控制
(4)ST Y1 控制输出 MV送 Y1
(5)END
CSC指令中具有两个调节单元 CNT1和 CNT2，可实现串级控制。
串级控制时，将主回路的测量值 PV1送入 S1，副回路的测量值 PV2送入 S2，
并执行 CNT1和 CNT2所指定的运算，最后将运算结果（即将要输出的 MV
值）存入 S1中。
CNT1
CSC PV
1
MV2
CNT2
PV2
MV1
SLPC可编程调节器的应用
带温压补偿的气体流量调节系统 仅作参考
? 概述
? 模拟调节器
? 数字控制器
概述
控制器的作用 是将被控变量测量值与结定值进行比较, 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, 以实现对被控变量的自动控制 。
模拟调节器 （ 控制算法由电路实现 ）
数字控制器 （ 含 CPU,控制算法由程序实现 ）
一般调节器还需要具备如下功能, 以适应自动控制的需要,
偏差指示 指示偏差信号
模拟调节器 —— 指针式表头
全刻度指示,输入信号和设定值分别由不同的指针在
0～ 100％ 范围指示
偏差值指示,仅利用一个指针来指示偏差信号 ± 30％
数字控制器 —— 通过 LED或者液晶屏显示
输出显示 显示调节器输出信号的大小, 习惯上输出显示表也称作阀位表 。
内, 外给定的选择 给定信号可以由调节器内部产生, 也可以由其它仪表外部提供
内给定的调整 若设定值为内给定, 用户可以调整调节器上的内给定拨盘来改变设定值
正, 反作用的选择 何谓正作用？ 何谓反作用？
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, 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, 反作用开关来选择的 。
手 /自动双向切换 何谓手动？ 何谓自动？ 为什么要进行手自动切换？
手动操作 可以调整手操拨盘或者手操扳键来改变调节器的输出
无扰动切换 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 ）
Kp/Ti/Td的设置 改变控制器的特性
调节器的初步认识 1
2
3
4
5
6
6
7
图 4-2 DDZ－ III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
7－双针全刻度指示表
DDZ－ II型仪表
（包括 调节器 ）
DDZ一 III型仪表
（包括 调节器 ） III型仪表优点
电 源 220VAC 24VDC集中供电 ·可用 24VDC蓄电池作备用电源 ·仪表内部没有变压器，不发热，为实现更好的防爆措施提供条件。
防 爆 隔离防爆 本安型防爆 （安全火花型） 故障状态：电流小于 35mA,电压小于 35VDC,可带电维修 。
输出信号 0~10mA 4~20mA ① 电气零点从 4 mA开始, 不与机械零点重合, 容易识别断电, 断线等故障 。 ② 只要改变转换电阻阻值, 便可接收其他电流信号, 例如将 10～ 50mA等直流电流信号转
换为 l～ 5V信号 。
③因为最小输入信号不为零，为现场变送器实现两线制创造了条件。变送器与调节器用两
线联接，既节省电缆线和安装费用，还有利于安全防爆。 输入信号 0~10mA
4~20mA
1~5V
元器件
分离元件
（电阻、电容、晶
体管 …… ）
集成电路
（运放电路 …… ）
① 由于集成运放均为差分放大器, 且输人对称性好, 漂移小, 仪表的稳定性得到提高 。
② 由于集成运放有高增益, 因而开环放大倍数很高, 这使仪表的精度得到提高 。
③由于采用了集成电路，焊点少，强度高，大大提高了仪表的可靠性。
指示表头 单针偏差指示 （ 0~± 30%） 有双针全刻度大表头指示（ 0~100%） 分别指示测量值 （ 红针 ）, 给定值 （ 黑针 ） 当仪表置于, 内给定,,设定值由黑针指示 。
手动方式 硬手动 硬手动、软手动
硬手动 ——输出与拨盘数值直接对应
软手动 ——同时按下软手动操作板键 6,调节器的输出便随时间按一定的速度增加或减小；
若手离开操作极键则当时的信号值就被保持
通常都是用软手动操作板键进行手动操作, 这样控制比较平稳精细, 只有当需要给出恒定
不变的操作信号 （ 例如, 阀的开度要求长时间不变 ） 或者在紧急时要一下子就控制到安全
开度等情况下, 才使用硬手动操作 。
手自动切换 预平衡 无平衡、无扰动
“自 动, ?,软手动, 切换是双向无平衡无扰动
,硬手动, ?,软手动, 切换是无平衡无扰动
,硬手动, ?,自 动, 切换是无平衡无扰动
,软手动, ?,硬手动, 切换是 预平衡无扰动
,自 动, ?,硬手动, 切换是 预平衡无扰动
其 它
·正反作用切换（操作点：调节器内部）
·PID参数设置（操作点：调节器内部）
·…………
二者基本相同
DDZ― Ⅲ 型电动调节器简介
DDZ― Ⅲ 型调节器的基本性能
DDZ― Ⅲ 型调节器的基本组成
DDZ― Ⅲ 型电动调节器
DDZ― Ⅲ 型调节器有两种,全刻度指示调节器 和 偏差指示调节器
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 )
手动 /自动双向切换
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 。
P.36
基型调节器的构成方框图
数字式调节器
定程序调节器
可编程调节器
混合调节器
批量调节器
数字式调节器类型,
1.数字调节器的特点
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
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
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,
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、
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
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，
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
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
控制功能。
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
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
－ III型仪表相连。同时数字控制器还有数字量输入输出功能。
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
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，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。
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
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。
2.数字调节器构成原理
以微处理器（ CPU）为核心构成的硬件电路
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，功能单一
硬件部分
数字式调节器的硬件电路构成框图
主机电路
ROM存放系统程序。
EPROM存放用户程序,
RAM 存放输入数据、显示数据、运算的中间值、结果
CTC的定时功能用来确定调节器的采样周期等等
多为单片机
是数字式调节器的核心，用于实现仪表数
据运算处理，各组成部分之间的管理。
过程输入通道
将多个模拟量输入信号分别转换为 CPU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。
采样／保持器具有暂时存储模拟输入信号的作用
A／ D转换器的作用是将模拟信号转换为相应的数字量。
利用 D／ 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。
模拟量输入通道
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
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
过程输出通道
依次将多个运算处理后的数字信号进行数／模转换
D/A转换器起数／模转换作用。
V／ I转换器将 1~5V的模拟电压信号转换成 4~20mA的电流信号。
模拟量输出通道
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，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。
采用光电耦合器件作为输出电路进行隔离传输
开关量输出通道
HMI (Human Machine Interface)
正面板,
测量值和给定值显示器
输出电流显示器
运行状态（自动／串级／手动）切换按钮
给定值增／减按钮和手动操作按钮等
状态显示灯
侧面板,
有设置和指示各种参数的键盘、显示器
通信接口电路
主要有
以位并
行、字
节串行
位串行，即
一次传送一
位，连续传
送
功能：将欲发送的数据转换成标准通信格式的数字信号，经发
送电路送至通信线路（数据通道）上；
同时通过接收电路接收来自通信线路的数字信号，将其
转换成能被计算机接受的数据。
并行 和 串行两种 工业控制网络及仪表的通信方式
基本上都采用, 串行通信
原因, 实施方便
成本低
适于远距离传输
软件部分
系统程序, 系统程序是调节器软件的主体部分
通常由 监控程序 和 功能模块 两部分组成 。
数字式调节器的软件分为 系统程序 和 用户程序 两大部分
用户程序, 用户程序是用户根据控制系统要求，在系统程序
中选择所需要的功能模块，并将它们按一定的规
则连接起来的结果。
作用是使调节器完成预定的控制与运算功能。
监控程序
·系统初始化
·中断管理
·自诊断处理
·键处理
·定时处理
·通信处理
·掉电处理
·运行状态控制
一般来说，数字调节器需要完成以下一些任务
监控程序使调节器各硬件电路能正常工作并
实现所规定的功能，同时完成各组成部分之
间的管理。
功能模块
·数据传送
用户可以选择所需要的功能模块以构成用户程
序，使调节器实现用户所规定的功能。
调节器提供的功能模块主要有
·PID运算
·四则运算
·逻辑运算
·开平方运算
·取绝对值运算
·脉冲输入计数与积算脉冲输出
·高值选择和低值选择
·上限幅和上限幅
·折线逼近法函数运算
·一阶惯性滞后处理
·纯滞后处理
·移动平均值运算
·控制方式切换
输入、输出以及基本传送命令
基本功能
如：流量积算
选择性控制
如热电偶信号的线性化等等
输入信号的软件滤波
均值计算
收自动切换
用户程序
用户程序的编程通常采用面向过程 POL语言
(Procedure-Oriented Language)。
编程方式简单易学。
用户根据控制系统要求，选择所需要的功能模块，并按
一定的规则连接起来，使调节器完成预定的控制与运算
功能。用户程序的编制过程也称为“组态” 。
调节器的编程工作是通过专用的编程器进行的，有“在
线”和“离线”两种编程方法。
专用编程器 → 组态 → 用户程序写入 EPROM
→ EPROM 安装到数字调节器上
特点总结
运算控制功能强
通过软件实现所需功能
带有自诊断功能
带有数字通讯功能
具有和模拟调节器相同的外特性
保持常规模拟式调节器的操作方式
In Short, 简单易学，功能介于常规模拟调节器和计
算机控制系统之间
SLPC可编程调节器
SLPC可编程调节器是一种有代表性的、功能较为齐全的可编程调节器
·具有基本 PID、串级、选择、非线性、采样 PI、批量 PID等控制功能
·具有自整定功能，可使 PID参数实现最佳整定
·具有通信功能，可与上位计算机联系起来构成集散型控制系统
·具有可变型给定值平滑功能，能够改善给定值变更的响应特性
·具有自诊断功能，在输入输出信号、运算控制回路、备用电池及通信
出现异常情况时，进行故障处理并进行故障显示
用户只需使用简单的编程语言，即可编制各种控制与运算程序，使调节
器具有规定的控制运算功能。
SLPC的主要性能
模拟量输入 1~5V（ DC） 5点 。
模拟量输出 1~5V（ DC） 2点, 负载电阻＞ 3k?。
4~20mA（ DC） 1点, 负载电阻 = 0 ~ 750?。
数字量输入 接点或电压电平 与数字量输出 6点共用 。
数字量输出 晶体管接点 。
故障状态输出 晶体管接点 1点 。
运算周期 0.2s和 0.1s。
比 例 度 6.3℅~ 999.9℅
积分时间 1~ 9999s
微分时间 0~ 9999s
控制功能 基本控制功能；串级控制功能；选择控制功能 。
控制算法 标准 PID；采样值 PI；批量 PID
供电电源 交直流两种 （ 100V规格和 200V规格 ）
SLPC的硬件电路
指示
HMI
A/M AO
通信接口
主机
部分
AI
DI,DO
Return
SLPC的软件部分
包括系统程序和功能模块,
系统程序用于保证整个调节器正常运
行，这部分用户是不能调用的
能模块提供了各种功能，用户可以根
据需要选用，以构成用户程序，功能模
块以指令形式提供
指令
指令对各种寄存器进行操作，寄存器实际上是
对应于随机读写存储器 RAM中各个不同的存储
单元，只是为了使用和表示方便，才特地定义
了不同的名称和符号
指令都与五个运算寄存器 S1~S5有关。
五个运算寄存器以堆栈方式构成,
指令类型
1、信号读取指令 LD——用于把数据 → S1
2、信号存储指令 ST——用于把 S1中的数据 → 有关寄存器
3、程序结束指令 END——将控制无条件地转移出用户程
序，结束本控制周期内的一切运算
指令有 4种类型
基本运算 —— +,-,×, ÷ 等
带设备编号的运算 —— 十段折线函数运算 等
条件判断 —— 上下限报警、逻辑运算、转移跳转 等
寄存器移位 —— S寄存器交换,S寄存器循环移位
控制功能 —— BBC,CSC,SSC
4、功能指令 —— 完成各种指定功能
控制功能指令的基本功能
② 串级控制指令 CSC：内含 2个串联的调节单元 CNT1,CNT2，可组成
串级调节统
③ 选择控制指令 SSC：内含 2个并联的调节单元 CNT1,CNT2和一个切换
开关 CNT3，可组成选择控制系统
每台 SLPC调节器只能选用其中的一种，且同一应用程序中只能使用一次
① 基本控制指令 BSC：内含 1个调节单元 CNT1，相当于 1台模拟 PID调节器
CNT1
BSC
PV
MV
CNT1
CSC PV
1
MV2
CNT2
PV2
MV1
CNT1
SSC PV1
MV
CNT2
PV2
MV1
CNT3
MV2
MV3
BSC
(1)LD X1 读入测量值 X1
(2)BSC 基本控制
(3)ST Y1 控制输出 MV送 Y1
(4)END
例：某单回路控制系统,
被控变量接到模拟量输入通道 X1
阀位信号接到模拟量输出通道 Y1,
则实现单回路 PID控制的程序如下
主要作用是把运算寄存器 S1里的数据与设
定值相减,得到偏差。再经过由 CNT1所决
定的控制算法运算后,把结果再存入 S1
CNT1
BSC
PV
MV
CSS
(1)LD X2 读入测量值副回路 X2
(2)LD X1 读入测量值主回路 X2
(3)CSC 串级控制
(4)ST Y1 控制输出 MV送 Y1
(5)END
CSC指令中具有两个调节单元 CNT1和 CNT2，可实现串级控制。
串级控制时，将主回路的测量值 PV1送入 S1，副回路的测量值 PV2送入 S2，
并执行 CNT1和 CNT2所指定的运算，最后将运算结果（即将要输出的 MV
值）存入 S1中。
CNT1
CSC PV
1
MV2
CNT2
PV2
MV1
SLPC可编程调节器的应用
带温压补偿的气体流量调节系统 仅作参考
