1、1本次课标题：模块二 SLPC*E 可编程调节器的程序 编制与调试周 月 日 第 节 过程控制实验室授课班级上课时间 周 月 日 第 节上课地点教学目的能用 SLPC 可编程调节器合理地组成与实施蒸汽流量测量系统。能力（技能）目标 知识目标教学目标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
2、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.2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
3、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 100 ms 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
4、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。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。图 13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
5、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
6、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
7、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 输入加法运算运算后 s 寄存器内的数据程序号 程序S1 S2 S3 S4 S5说明12345LD X1LD X2+ST Y1ENDX1X2X1+X2X1+X2X1+X2AX1AAABABBBCBCCCDCCCC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4第一步：LD X1 输入
8、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 X1X5 中。执行程序 LD X1 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：LD X2 输入寄存器 X2 内的数据执行 LD X2 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
9、中的数据不变。第四步：ST Y1 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 取数存入运算寄存器 LD 指令 数据运算 运算指令 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
10、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-805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。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
11、开关（POWER）（2）工作方式切换开关其中图 2 图 3 SPRG 的正面板图6PROGRAM：编程状态，可以进行程序输入、修改和打印。TEST RUN：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：09 十个数字，小数点“ ”和正负符号键“（ ） ”。S寄存器名键：X、
12、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 13 功能：单功能键：具有键上所标符号代表的功能。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，则表示选图 47择运算符号
13、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“TEST RUN/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
14、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。8图 5 仪表配线图（2）将编程器的 TEST RUN/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。
15、（6）键操作 编程器显示MAIN PROGRAM F m 1 INIT PROGRAM瞬 时 MAIN PROGRAM G m 1 INIT PARAMETER瞬 时 MAIN PROGRAM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 TEST RUN/PROGRAM 开关打至TEST RUN。（2）键操作 编程器显示m 3 EDN RUN （=G KY） T E S T RUN（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 15V DC 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
16、盘选择 X1，SLPC 的显示器，显示与输入信号 15V DC 相对应的 0.0100.0 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 0.0100.0%的值。下面介绍将上述显示值9用与 15V DC 输入信号相对应的实际工业量（例如：1.0005.000）进行显示时的键操作。（1）将 TEST RUN/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MAIN PROGRAM X X 1 X1H 100.0 ENT X1L 000.
17、0 ENT X1H 100.0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X1H 100.0 5 X1H 5 X1H 5 0 X1H 50 0 X1H 500 0 X1H 5000 ENT 5000 的数值很快消失后，X1H 5000对数值进行键输入后，必须按压 ENT 键。 ENT X1L 0000 1 X1L 1000 X1L 1 0 X1L 10（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 TEST RUN/PROGRAM 开关打至 TEST RUN 侧，并按压 RUN 键，然后对10显示
18、器的显示和输入信号的电流电压发生器值呈 11 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 420mA（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 01，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 01。SLPC 的数字运算采用 16 位二进制内部数据，
19、具体格式见图 6 所示。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 212 （0.00024） 。与模拟输入信号15V（DC）相对应的内部数据为 0.0001.000。例如，某信号量程为 01600，温度变送器输出 420mA(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 01600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 0000.0000 00000000400 0.250 0000.0100 000
20、00000800 0.500 0000.1000 000000001200 0.750 0000.1100 000000001600 1.000 0001.0000 00000000（二）蒸汽流量的温压补偿运算图 6 SLPC 内部数据格式(图中数据为 3.250)111、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： pTQfn式中 差压信号pQ 补偿后换算成标准状态下的流量气体测量压力f气体用孔板设计的基准压力（绝对压力）np气体测量温度fT气体设计基准温度n（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
21、调节器内部信号“01” （对应 15V） ，这一运算过程称为规格化运算，其转换过程如下：132minXpyQTTsansanfp式中 压力变送器量程span压力变送器最小刻度（用绝对压力表示）mi温度变送器量程spanT温度变送器最小刻度（用绝对温度表示）mi补偿后标准状态下的气体流量量程spanQ差压变送器量程s规格化运算后的差压信号“01”X规格化运算后的压力信号“01”2规格化运算后的温度信号“01”312规格化运算后的流量输出y补偿式可改写为 132minXpTXpyQsansassnspan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，xy因此有 4321K
22、Xy式中nspanspaTK/43/21mii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 00.1MP温度变送器量程为 080将这些设计值代入运算式，可计算出各系数为845.02.7350)(4 83508.13.0)(2 492准准1 KK绝 对 温 度孔 板 设 计 基 准 温 度温 度 变 送 器 最 小 刻 度绝 对 温 度孔 板 设 计 基 准 温 度温 度 变 送 器 量 程绝 对 压 力孔 板 设 计 基 准 压 力压 力 变 送 器 最 小 刻 度绝 对 压 力力设 计数据表见表 3 所示表 3 数据表备注 0%
23、100% 常数 备注X1 差压 mmH2O 0 3200模 拟输 入 X2 压力 kPa 0 1000固 定 常 数 K1 0.49213X3 温度 0 80.0 K2 0.508Y1 操作输出% 0 100 .0 K3 0.247模 拟输 出 Y2 流量10Nm 3/h 0 800.0 K4 0.8452、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、
24、显示位数、固定常数等） 。蒸 汽S L P C * E 可 编 程 调 节 器差 压 温 度压 力图 7 流 量 温 压 补 偿 测 量 简 图X 1X 2 X 3（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12345LD X2LD K01LD K03+X2K01K1X2K03aX2K1X2压力信号读入常数读入 K01=0.492K03=0.147压力补偿项a=K01X2+K036789LD X3LD K02LD K
25、04X3K02K02X3K04aX2AK02X3aa温度信号读入K02=0.508K04=0.8451410 + b a 温度补偿 b=K02X3+K041112131415LD X1ST Y2a/bX1Ca/b压力、温度补偿项运算差压信号读入 104321XKC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。
