动力工程测控技术.ppt

动力工程测控技术,热工程研究所章立新,,,,4.动力工程计算机测控技术,计算机测控发展,4.1基本概念,巡回检测数据处理系统操作指导控制系统,4.1基本概念,直接数字控制系统（DDC）,4.1基本概念,监督控制系统（SCC）模拟调节器控制监督控制系统（SCC）DDC,4.1基本概念,分散控制系统（DCS）,4.1基本概念,石洞口第二电厂1、2号机组系统结构,4.1基本概念,4.1基本概念,4.1基本概念,测控系统的基本术语被控对象需要维持被控参数数值不超过允许值的设备或地点；被控参数需要维持数值不变或在允许范围内变化的参数；偏差被控参数与给定值的差值；扰动引起被控参数产生偏差的因素；调节量由调节器输出的一种控制量，去控制调节机构，以消除扰动对被控参数的影响，使之趋于给定值。反馈将输出量的一部分或全部按一定的方式送回到输入回路，来影响输入量的连接方式。,4.1基本概念,测控系统的品质指标,超调量B过渡过程曲线的第一个峰值与新稳定值之差；衰减比n均相对于新稳定值，过渡过程曲线的第一个峰值和第二个峰值之比；余差C过渡过程终了时，新稳定值与设定值之间的偏差；回复时间τ从扰动开始作用起，直到被控参数进入新稳定值的5（或2）范围内不再越出为止所经历的时间。,最大偏差A被控变量偏离设定值的最大数值；,数字信号传输模拟信号转换转换电路模拟信号放大电路,4.2传感器及信号变换放大电路,阻抗转换电路；线性转换电路；对数转换电路；有效值转换电路；电流/电压转换电路；电压/电流转换电路；电压/频率转换电路。,通用运算放大器；低温漂移运算放大器；集成测量放大器；可编程增益放大器。,滞后问题供电问题信号传输测量系统的干扰,4.2传感器及信号变换放大电路,传感器特性；安装位置；信号传递方式,单独供电；集中供电；局部集中供电,四线制；三线制；两线制,信噪比PS信号功率，PN噪声功率干扰源外部干扰、内部干扰；干扰电压串模干扰、共模干扰；,干扰抑制在电源进线端加接电源滤波器和在继电器两端加抑制电路。采用屏蔽线、隔离变压器、光电耦合器、隔离放大器抑制共模噪声，并注意多路切换时同时切换屏蔽层。设置远端放大器，提高信噪比。RC滤波器抑制串模噪声。采用双绞屏蔽线并正确铺设。分清保护地、信号地、信号源地、交流电源地4类地线并正确接地。,4.2传感器及信号变换放大电路,信息的量化过程及量化误差,4.3模/数与数/模转换,量化过程即信息分层，时间分层即采样，电平分层即编码，分层后在量化值与采样值之间存在量化误差。,采样定理采样频率必须大于或等于信号最高频率的两倍。实际使用时,模拟多路开关,4.3模/数与数/模转换,将各被测模拟量按顺序采样方式或随机方式，分时地输入到A/D上。,如CD4051，AD7051,采样-保持器（S/H）,4.3模/数与数/模转换,采样模式读入当前值（跟踪）；保持模式保持在发出保持命令时的值。,典型集成芯片AD582SHA-2A,A/D转换器,4.3模/数与数/模转换,分类,4.3模/数与数/模转换,4位逐次比较式A/D,组成,由解码电阻网络、串行移位数据发生器、数码寄存器、比较器、控制与时序部件组成。,4.3模/数与数/模转换,工作过程,4.3模/数与数/模转换,主要技术指标,误差转换误差、量化误差转换精度瞬时值响应、平均值响应输入和输出电阻要求高输入低输出输入零电流输入接地时有电流，产生误差稳定度受漂移、基准变化的影响分辨率主要与漂移、噪声、死区有关输入模拟电压范围用bit表示,4.3模/数与数/模转换,多通道A/D转换器芯片内部结构（ADC0808/9）,出,D/A转换器,4.3模/数与数/模转换,组成,由T型电阻解码网络、MOS或TTL型电流开关、基准电源和运算放大器组成,4位R-2R电阻解码网络,4.3模/数与数/模转换,工作原理,4.3模/数与数/模转换,DAC0832转换器内部结构与引脚,模拟地,数字地,电流输出1,电流输出2,反馈电阻,允许输入锁存,片选,写信号,传递控制信号,基准电压输入,数字电压输入,UREF10-10VUCC515V,4.3模/数与数/模转换,,DAC0832与微机的连接,常用模入模出接口板,4.3模/数与数/模转换,4.3模/数与数/模转换,例一线性输出变送器，量程范围为0～103，要求分辨率为5，应该选择Ａ／Ｄ的最小位数是多少如果测量值为890，写出Ａ／Ｄ转换后相应的二进制码。解,4.3模/数与数/模转换,,4.4I/0接口,4.4I/0接口,并行接口芯片Z80-PIO的主要功能,Z80-PIO内部结构与引脚,4.4I/0接口,PA0,Z80-PIOD端口框图,4.4I/0接口,中断矢量,4.5测控系统,,硬件传感器及信号变换放大电路模拟量输入通道数字量输入通道模拟量输出通道,4.5测控系统,由信号处理装置、多路转换采样器、采样保持和放大器、A/D转换器、采样控制器组成,由信号处理装置、采样开关、读出回路、计数寄存器、采样控制器组成,数字量输出通道计算机外部设备驱动执行机构操作控制台软件,4.5测控系统,接口、总线、运算器、控制器、存储器,继电器、接触器、电力驱动机构、液压驱动机构、气力驱动机构,微机测控系统的研制开发研制的基本原则研制方法,4.5测控系统,满足生产工艺的要求，保证测控系统的可靠性，使用和维护方便，具有通用性和扩充性，配置经济合理。,1.熟悉工艺生产过程，通过工艺理论分析或实验测试法建立被控对象的数学模型（如阶跃特性、脉冲特性等）。,2.确定微机测控系统的总体方案3.选择微机,4.5测控系统,1）确定系统方案（DDC，SCC，DCS等）；2）选择传感器和变送器（对象、规格、型号、精度等）；3）选择执行器（电、液、气）；4）选择输入/输出通道及外围设备（被控对象参数数量；通道串/并行操作、传递速率、数据字长及选择位数；对显示、打印的要求等）；5）画出系统原理图,1）机型（现成微机系统；单板机系统；标准模块构成的系统；新设计的微机系统）2）机种（字长、指令系统、运算速度、中断系统、实时时钟、人机对话能力等）,4.选用控制算法（数字PID算法；大林算法等）5.系统的硬件设计（接口电路；逻辑电路；操作面板）6.自动化仪表系统选择、安装和调试7.软件设计（模块程序设计法，结构化程序设计法等，要求具有实时性、针对性、灵活性、通用性、可靠性）8.系统调试（硬件调试、软件调试、模拟联调、仪表调试、现场调试）,4.5测控系统,,,4.5测控系统,4.6应用实例,空调房间恒温、恒湿的微机测控,4.6应用实例,温度设定与控制,1）简单设定如设定温度范围为12.0℃28.0℃，用8位的D/A，其分辨能力为1/281/256，在设定温度范围内，D/A转换精度（28-12）/2560.0625℃。设定20.0℃时，将其换为00HFFH的数字量，计算法为D/A转换成05V的模拟量温度设定电压UD加在PID调节器上。,4.6应用实例,2）有温升程控要求和热电偶非线性补偿的温度设定设100min300min时间区段内，要求室温由50℃上升到70℃，180min的设定值℃如果整个温控区间为-40℃82℃，考虑热电偶非线性补偿，由热电偶非线性系数折算，按下式将设定值换算为二进制送给D/ADT76.52T0.00217T276.52*580.00217*582199.8加在PID调节器上的设定电压,4.6应用实例,PIO工作原理,,4.6应用实例,热箱法测量墙体构件的传热系数,4.6应用实例,,4.6应用实例,4.6应用实例,被测信号经多路模拟开关，分别经运放使信号放大。模拟信号经A/D转换器后成为数字信号由CPU接受。经过处理后，由CPU送出调节量，通过D/A转换以及驱动器后，控制电加热器，同时送出开关指令，分别控制制冷机和风机。由CPU的地址线译码选择模拟开关通道，由CPU的控制线控制A/D的启动与信号输出。根据设定值与测量值的温差，分段采用斜率-幅值控制方式和双位-PID控制方式控制温升速率和温降速率，达到设定值并且稳定后，记录数据，输出结果。,,4.6应用实例,控制流程图,4.6热工控制图,电气原理图,4.6热工控制图,安装接线图,4.6热工控制图,第4章结束，谢谢大家,,