SLPCE可编程调节器的程序编制与调试.docx

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SLPCE可编程调节器的程序编制与调试

本次课标题：

模块二——SLPC*E可编程调节器的程序编制与调试

授课班级

上课

时间

周月日第节

上课

地点

过程控制实验室

周月日第节

教

学

目

的

能用SLPC可编程调节器合理地组成与实施蒸汽流量测量系统。

教学

目标

能力（技能）目标

知识目标

1、能用编程器编制气体温压补偿的测量程序。

2、能用编程器调试程序，并下载到SLPC可编程调节器内。

3、能组成合理的测量系统，并正确调试系统。

SLPC可编程调节器的工作原理，气体的温压补偿测量原理。

重点

难点

及

解决方法

重点：

学会用户程序的编制及SLPC可编程调节器的硬件联接。

难点：

温压补偿测量的数据规格化运算。

解决办法：

理论联系实际的分析——教师操作演示的讲解——学生动手实践的能力提高。

参考资料

[1]高志宏主编，《过程控制与自动化仪表》，浙江大学出版社，2006年

[2]厉玉鸣主编，《化工仪表及自动化》，化学工业出版社，2004年.

[3]王森等主编，《仪表工试题集》，化学工业出版社，2003年第二版.

[4]解怀仁、杨彬彦主编，《石油化工仪表控制系统选用手册》，北京，中国石化出版，2004年

[5]吴勤勤主编，《控制仪表及装置》，化学工业出版社，2002年第二版.

课前准备：

多媒体课件制作、演示实验设备调试、以4人/小组进行分组。

一、SLPC*E的工作节拍和程序运行原理（20分钟）

通过前面部分的学习，我们已经熟悉了可编程调节器的功能与结构、掌握了参数设置等基本操作，但仅这样做可编程调节器并不能工作，必须编写满足工艺要求的用户程序，才能使可编程调节器在系统程序的管理下，按照编写好的用户程序要求进行工作。

为此，本次将重点介绍用户程序的编写方法，并通过大家的动手实践掌握好该项技能。

为了对SLPC可编程调节器有一正确而较全面的理解，从而科学地掌握其操作及程序的编制，我们首先介绍其工作节拍与程序运行原理。

1、SLPC*E的工作节拍

SLPC*E是按100ms或200ms的定周期节拍工作的，图1是其常用的200ms工作时序图。

从图1可以看出，在控制周期内，控制器依靠内部的定时器，每隔10ms向CPU发出一次中断申请，启动相应程序顺序执行。

CPU累计定时器中断申请次数，每20次，即200ms完成一个控制循环。

图1

在每个控制周期的开始，首先判断是否编程工作状态。

若是，则转入编程处理程序；若不是，则进入自检状态——检查RAM、ROM、D/A、A/D工作是否正常。

如果这些检查都正常，则读入状态寄存器的数据，以判明控制器处于自动、手动还是串级工作状态。

并对输出回路的连接状态及RAM备用电源的电压进行检查。

在定周期节拍的最初10ms内完成上述自检工作后，在第二、第三两个10ms定时中断的作用下，由输入程序自动对各路模拟量输入进行两次A/D转换，取其平均值存入RAM的输入寄存器Xn中。

在A/D转换结束后，CPU就从用户ROM中取出用户程序，按编制好的程序顺序执行，直到最后一句END为止。

在执行完用户程序的各项操作之后，调用输出处理程序进行输出处理，依次用10ms的时间对PV、SV、Y1、Y2、Y3进行D/A转换，向外输出模拟信号。

在完成上述程序后，系统转入等待状态，直到200ms的固定控制周期结束，再进入下一个新的控制周期。

SLPC*E单回路控制器就是按照这样的工作节拍反复循环着。

从图1中还可看到一项D/A刷新操作，这是为了保持输出值稳定而采取的软件措施。

从前面的系统原理图可以得知，控制器的模拟量输出采用输出电容进行保持，为了尽量减小电容的放电电流，CPU每隔20ms对输出电容进行0.1ms的短暂充电，以补充放电损失的电荷量，对输出保持的质量大大提高。

为了保障定周期工作节拍的正常进行，系统中还设有专门的监视器WTD（软件狗），实时地监视控制周期的时间进程。

如果CPU因故障等原因经过200ms不能完成工作循环，就发出报警信号，并采取以下应急处理措施：

保持输出状态不变，控制方式自动切换到手动方式，指示表及操作电流输出切换到后备电路，以避免事故的发生或进一步扩大。

2、用户程序运算原理

SLPC*E的用户程序采用面向对象的程序设计语言编制，结构类似于一般的计算机高级语言。

只要根据控制流程图的各项功能，选用相应的功能模块指令进行顺序排列，即可组成一个用户程序。

这种利用功能模块组成控制系统的方法，在数字控制仪表中称为“组态”。

下面以一个2输入变量相加的运算为例，说明用户程序的运算原理。

假设运算前各运算寄存器内的数据分别为A、B、C、D、E。

表1输入加法运算

程序号

程序

运算后s寄存器内的数据

说明

S1

S2

S3

S4

S5

1

2

3

4

5

LDX1

LDX2

+

STY1

END

X1

X2

X1+X2

X1+X2

X1+X2

A

X1

A

A

A

B

A

B

B

B

C

B

C

C

C

D

C

C

C

C

读入X1数据，E消失

读入X2数据，D消失

加法运算，A、B都消失

电流输出

程序输出

第一步：

LDX1输入寄存器X1内的数据

在用户程序执行前，SLPC的输入处理程序已将各路模拟量输入信号，经A/D转换后存入寄存器X1～X5中。

执行程序LDX1后，X1中的数据就进入运算寄存器S1中，根据堆栈原理，其它各运算寄存器内的数据顺序下移，原S5中的数据被丢失。

第二步：

LDX2输入寄存器X2内的数据

执行LDX2后，X2中的数据进入运算寄存器S1，其余各寄存器内的数据再次下移，原S5中的数据D被丢失。

第三步：

+加法运算，对X1、X2求和。

将S2中的数据加上S1中的数据，和数（X2+X1）存入S1中。

其它各寄存器中的数据上移一格，但S5中的数据不变。

第四步：

STY1将S1中的数据送到输出寄存器Y1中，运算寄存器中的数据不变。

送入Y1中的数据由输出处理程序转换成模拟电信号。

第五步：

END程序结束。

至此，一个控制周期的运算结束，等到下一个控制周期再重新开始执行用户程序。

从这个实例可以看出：

（1）运算过程的三个基本动作

①取数存入运算寄存器LD指令

②数据运算运算指令

③输出结果ST指令

（2）S寄存器的作用

用户程序的执行都是通过运算寄存器进行的，输入输出指令只对S1操作，其它指令则围拢着S1～S5进行。

因此，在设计用户程序时必须熟悉指令执行时各种数据在运算寄存器中的正确位置。

二、操作演示——用户程序的写入（45分钟）

1、用户程序的编写方法

SLPC的用户程序编制是用专门的编程器SPRG写入，编程器内部有RAM、ROM和存储用户程序的EPROM，但没有CPU，使用时必须通过扁平电缆与SLPC或其它YS-80系列可编程仪表连接，其相互关系如图2所示。

通过SPRG面板上的显示器和键盘，将用户程序逐句键入。

为便于程序的修改，首先暂存于SPRG的RAM中，经调试确认无误后，写入用户EPROM中，最后将其插入SLPC的侧面的对应插座上，可编程控制器就可以投入运行。

图2

2、SPRG编程器的结构

图3是SPRG的面板正视图，图中显示其正面板上有：

（1）电源开关（POWER）

（2）工作方式切换开关

其中

图3SPRG的正面板图

PROGRAM：

编程状态，可以进行程序输入、修改和打印。

TESTRUN：

试运行状态，对编制的用户程序和仿真程序进行试运行。

（3）EPROM插座

可插入用户程序的EPROM，以便写入用户程序或对存储在EPROM中的用户程序读出。

（4）显示器

对工作状态、输入的程序和数据等进行显示。

（5）键盘

SLPC*E键盘共有41个按键，具体分布见图4所示。

可以分为：

编程控制键：

第一排和最右边的按键用于编程控制，具体功能见表Z所示。

数字键：

0～9十个数字，小数点“·”和正负符号键“（

）”。

寄存器名键：

X、Y、DI、DO、P、T、K、A、B、FL、E、D、CI、CO、KY和LP。

指令符号键：

所有运算、控制功能指令符号。

为了减少按键数目，一个按键都集成1～3功能：

单功能键：

具有键上所标符号代表的功能。

图4

双功能键：

键上所标符号代表一种功能，键上方蓝色符号代表第二种功能。

三功能键：

键上所标符号代表一种功能，键左上方黄色符号代表第二种功能，键右上方蓝色符号代表第三种功能。

功能选择是通过键盘右上方的两个功能键——蓝色的F键和黄色的G键进行设置，它们与功能键配合使用，以便选择第二或第三功能。

例如，直接按“1”键表示选择数字1，如先按黄色的G键，再按“1”键，则表示选择运算符号SW，如先按蓝色的F键，再按“1”键，则表示选择运算符号HSL。

键盘上有几个符号是SLPC所不具有的指令代码。

3、编程方法

（1）初始化：

编程时，先将工作状态开关“TESTRUN/PROGRAM”置于PROGRAM位置，然后用“INZ”键对用户程序区，包括CNT和DIO等设定状态进行初始化，接着，用“INIP”键对参数进行初始化。

（2）输入程序：

完成初始化操作后，便可用键盘输入用户程序。

按照设计好的程序表，在编程器上寻找对应的键，从主程序MPR开始，顺序逐句键入，主程序输入完成后，接着输入子程序SBP。

（3）输入常数：

接下来是指定可编程开关量输入输出接口DIO的功能，指定控制字CNT，以及固定常数K、折线函数转折点等，这些数据的输入都必须按“ENT”键才能真正输入。

至此，用户程序及必要的指定项目已输入完毕。

三、动手实践——用户程序的编写训练（65分钟）

1、准备工作

（1）在执行试验程序状态下的动作检验用仪表和试验仪器，其配线要领如图5所示。

执行上述配线时，不能接通电源。

图5仪表配线图

（2）将编程器的TESTRUN/PROGRAM开关给定成PROGRAM状态。

（3）将仪表和编程器连接起来。

（4）在编程器的电源开关呈OFF状态时，编程器插头与电源插座连接。

（5）将编程器的电源开关置于ON，接通仪表电源，同时向试验仪器供电，进行预热。

（6）键操作编程器显示

　　　　　　　　　　　　MAINPROGRAM

①Fm1

②☐INITPROGRAM

　瞬时MAINPROGRAM

③Gm1

④☐INITPARAMETER

瞬时MAINPROGRAM

利用这种键操作，以使编程器进入程序输入状态。

2、试验程序

用键输入程序，对含有仪表的输入输出的动作进行检验。

（1）将TESTRUN/PROGRAM开关打至→TESTRUN。

（2）键操作编程器显示

m3EDN

①RUN（=GKY）TESTRUN

（3）操作与仪器的输入信号端子连接的电压发生器，使电压在1～5VDC信号相同的值。

（4）在使用SLPC可编程调节器时，用侧面整定盘上的键盘选择X1，SLPC的显示器，显示与输入信号1～5VDC相对应的0.0～100.0的值。

Y2也用同样的方法进行选择和显示。

编程器显示器，可以显示输入输出寄存器的内容。

3、显示格式的指定

在前项中的SLPC的显示器上的显示值是0.0～100.0%的值。

下面介绍将上述显示值用与1～5VDC输入信号相对应的实际工业量（例如：

1.000～5.000）进行显示时的键操作。

（1）将TESTRUN/PROGRAM开关打至→PROGRAM侧。

在IPL上的故障灯点亮后开始键操作。

（2）键操作编程器显示

MAINPROGRAM

①XX>

②1X1H100.0

③ENTX1L000.0

④ENTX1H100.0

每按压1次ENT键，X1的100.0%，0%的指定值交互进行显示。

（3）X1的指定

键操作编程器显示

X1H100.0

①5X1H5

②·X1H5·

③0X1H5·0

④0X1H5·00

⑤0X1H5·000

⑥ENT5·000的数值很快消失后，

X1H5·000

对数值进行键输入后，必须按压ENT键。

⑦ENTX1L0·000

⑧1X1L1·000

⑨·X1L1·

⑩0X1L1·0

……

（4）执行与上述相同的键操作，对输出信号同校也可以进行工业量显示。

（5）将TESTRUN/PROGRAM开关打至TESTRUN侧，并按压RUN键，然后对显示器的显示和输入信号的电流电压发生器值呈1︰1对应关系进行确认。

四、技能提高——蒸汽流量的温压补偿运算与实现（130分钟）

流量的温压补偿运算涉及到数据格式的转换问题，为此，我们先对SLPC可编程调节器（或数字控制仪表）的数据格式进行分析。

（一）数据格式

众所周知，常规的模拟仪表信号统一为4～20mA（DC）。

由于模拟仪表的输入、运算和输出信号都遵循了这一标准，各种仪表才能连接和运算，从而构成一个完整的控制系统。

与此类似，计算机控制系统的输入、运算和输出信号一般采用标准数0～1，称为标准化内部数据。

通常将被测参数的量程范围定义为输入标准数0～1。

SLPC的数字运算采用16位二进制内部数据，具体格式见图6所示。

图6SLPC内部数据格式

（图中数据为3.250）

从图6可看出，第1位是符号，第2位～第4位是整数位，从第5位起都表示小数。

因此，数据范围为－7.999～+7.999，运算精度为2－12（0.00024）。

与模拟输入信号1～5V（DC）相对应的内部数据为0.000～1.000。

例如，某信号量程为0～1600℃，温度变送器输出4～20mA（DC），经模拟量输入端子、A/D转换器变为内部标准数存放在RAM中。

那么0～1600℃存放结果如表2所示。

表2输入标准数对应关系

温度（℃）

输入标准数

双字节定点数

0

0.000

0000.000000000000

400

0.250

0000.010000000000

800

0.500

0000.100000000000

1200

0.750

0000.110000000000

1600

1.000

0001.000000000000

（二）蒸汽流量的温压补偿运算

1、数据的规格化运算

（1）气体温压补偿运算理想气体流量的温压补偿运算式为：

式中

——差压信号

Q——补偿后换算成标准状态下的流量

——气体测量压力

——气体用孔板设计的基准压力（绝对压力）

——气体测量温度

——气体设计基准温度

（2）规格化运算就是将气体流量测量回路的差压、压力、温度等物理量，按照给出的补偿运算式转换成单回路可编程调节器内部信号“0—1”（对应1～5V），这一运算过程称为规格化运算，其转换过程如下：

式中

——压力变送器量程

——压力变送器最小刻度（用绝对压力表示）

——温度变送器量程

——温度变送器最小刻度（用绝对温度表示）

——补偿后标准状态下的气体流量量程

——差压变送器量程

——规格化运算后的差压信号“0—1”

——规格化运算后的压力信号“0—1”

——规格化运算后的温度信号“0—1”

——规格化运算后的流量输出

补偿式可改写为

孔板的Q和△p在设计基准状态下，设计时一般取

，而不需进行标准变换，因此有

式中

如果温度压力补偿的已知条件：

孔板设计基准压力pn=0.1MP

孔板设计基准温度Tn=50℃

压力变送器量程为0～0.1MP

温度变送器量程为0～80℃

将这些设计值代入运算式，可计算出各系数为

数据表见表3所示

表3数据表

备注

0%

100%

常数

备注

模拟输入

X1

差压mmH2O

0

3200

固定常数

K1

0.492

X2

压力kPa

0

1000

X3

温度℃

0

80.0

K2

0.508

模拟输出

Y1

操作输出%

0

100.0

K3

0.247

Y2

流量×10Nm3/h

0

800.0

K4

0.845

2、用户程序的编制

（1）准备工作（简述）

a）将差压信号、压力信号和温度信号的输入分别与可编程调节器的X1、X2、X3相连接，并联接好220V输入电源线。

b）将SPRG与调节器正确联接。

c）检查无误后，按正确步骤接通调节器和编程器的电源。

d）按工艺要求，设置好调节器的有关参数（量程、显示位数、固定常数等）。

（2）程序编制

按前面训练过的正确方法，对SPRG编程器进行相应的初始化工作，待仪表正常后，编写出蒸汽流量的温压补偿程序。

具体方法与步骤如表4所示。

表4具有温压补偿的流量测量程序

程序步

程序

S1

S2

S3

说明

1

2

3

4

5

LDX2

LDK01

×

LDK03

+

X2

K01

K1×X2

K03

a

X2

K1×X2

压力信号读入

常数读入K01=0.492

K03=0.147

压力补偿项

a=K01×X2+K03

6

7

8

9

10

LDX3

LDK02

×

LDK04

+

X3

K02

K02×X3

K04

b

a

X2

A

K02×X3

a

a

a

温度信号读入

K02=0.508

K04=0.845

温度补偿b=K02×X3+K04

11

12

13

14

15

÷

LDX1

×

STY2

a/b

X1

C

a/b

压力、温度补偿项运算

差压信号读入

温压补偿运算

补偿信号输出

3、实战练习

请同学们按照上面介绍的方法与步骤进行分组练习。

务必请大家注意操作规范，以避免仪表损坏或意外的伤害事故发生，不清楚的地方请及时提问。

五、小结，学生课后自学布置（10分钟）

1、小结

在本次课学习中，通过老师的操作演示和学生的动手实践，掌握了SLPC可编程调节器的用户程序开发及硬件联接，进一步理解与熟悉了其结构原理与基本使用方法。

作为本次课的难点是数据规格化运算，此技术虽是从但单回路控制器的应用引出，但它对于基于计算机的控制技术都要涉及到，所以请同学们在课后应进一步理解与消化。

要掌握好可编程调节器的应用技术，关键是多训练，实验室现已基本开放，同学们可在实验员的指导下自己动手练习。

同学们是否还有问题，可当场提问。

2、作业布置

1）复习上课内容；2）完成本次实验报告。