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过程控制考试期中试卷 答案解析
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过程控制考试期中试卷 答案解析
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LDTW-3112/G
发布人:lanyuyb
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LDTW-3112/G技术参数
智能温湿度调节仪包括两部分,一部分是检测部分,温度检测采用热敏电阻传感器,湿度检测采用高分子电容湿敏元件,通过温湿度转换电路,将其转换为4～20mA电流信号,便于远传。一部分是调节仪显示部分,A/D转换器采用八位双通道串行逼近模数转换器,调节部分采用单片机组成,通过软件编程来实现温度和湿度的指示和调节智能温湿度调节仪,以单片机为核心,它将来自温、湿度检测部分的4～20mA电流信号,进行运算、处理,显示温度和湿度,另一方面根据实际需要决定是否有温度或湿度输出。
LDTW-3112/G量程:温度测量为0～80℃;湿度测量为0～100%RH,对应模拟输出为4～20mA.
精度等级:相对湿度量程5%～98%RH,
补偿 温度范围:40℃,2%RH;50℃,3%RH;80℃,5%RH;温度:0～50℃精度为0.5%;50～80℃精度为1%。
温度传感器适用温度范围:-40～100℃.&负载能力:恒流负载100～500Ω（4～20mA）。
LDTW-3112/G稳定性:常温及低温状态下湿度测量3年漂移量1%～2%RH,高温、高湿（40℃,80%RH以上）环境下湿度测量漂移量每年1%RH,传感器不失效寿命5～8a.
响应时间:升湿1s,脱湿10s～2min,升温5s.
智能调节器
智能调节器是一种数字化的过程控制仪表，以微处理器或单片微型计算机为核心，具有数据通信功能，能完成生产过程1~4个回路直接数字控制任务，在DCS的分散过程控制级中得到了广泛的应用。智能调节器不仅可接受4~20mA DC电流信号输入的设定值，还具有异步通信接口RS-422/485、RS-232等，可与上位机连成主从式通信网络，发送接收各种过程参数和控制参数。智能调节器在我国的工业控制领域得到了广泛应用。LDTW-3112/G地址域在帧的开始部分，由一个字节（8位二进制码）组成，十进制为0 ~ 255，在我们的系统中只使用1 ~ 247，其它地址保留。&& 仪表设定数据永久保存，掉电后不丢失；
1、LDTW-3112/G作用
调节器将来自变送器的测量值与给定值相比较后产生的偏差进行比例、积分、微分（PID）运算，并输出统一标准信号，去控制执行机构的动作，以实现对温度、压力、流量、液位及其他工艺便利的自动控制。
在工业过程控制中，PID控制是历史最悠久，生命力最强的一种控制方式。它是迄今为止最通用的控制方法。它提供一种反馈控制，通过积分作用可以消除稳态误差，通过微分作用可以预测未来。智能控制器能解决许多控制问题，尤其在动态过程是良性的和性能要求不太高的情况下。智能控制不仅是分布式控制系统的重要组成部分，而且嵌入在许多有特殊要求的控制系统中。在过程控制中，90%以上的控制回路采用PID类型的控制器，因此，大多数反馈回路采用该方法或其较小的变形来控制。
2、调节器原理
单回路控制系统中，由于扰动作用使被控变量偏离给定值，从而产生偏差e=xi-xx??，式中e-偏差；xi -测量值；xx-给定值。调节器接受偏差信号后，按一定的运算规律输出控制信号，作用于被控对象，以消除扰动对被控变量的影响，从而使被控变量回到给定值上来。
调节器的运算规律就是指调节器的输出信号与输入偏差之间随时间的变化规律。习惯上称e&0为正偏差；e&0为负偏差。若e&0时，对应的输出信号变化量?y&0，则成调节器为正作用调节器；若e&0时，对应的输出信号变化量?y&0，则称调节器为反作用调节器。
3、LDTW-3112/G分类
按使用能源的不同分类可分为：电动调节器、气动调节器和液动调节器；按控制规律的不同可分为：位式调节器、比例积分调节器、比例微分调节器和三作用调节器；按传递的运算信号形式可分为：模拟式和数字式两类。
按其结构和组成的形式可分为以下几种类型。
(1)基地式调节器
基地式调节器吧对被控量的测量、变送、调节、显示等作用部件合为一体，彼此以下可分离的机械结构和联接，并装在一个表壳内，有的甚至还包容了检测元件和执行器，能完成单回路控制系统的就地检测、记录及调节等全部功能。&当数据帧到达终端设备时，它通过一个简单的“端口”entry被寻址到的设备，该设备去掉数据帧的“信封”（数据头），读取数据，如果没有错误，就执行数据所请求的任务，然后，它将自己生成的数据加入到取得的“信封”中，把数据帧返回给发送者。
(2)单元组合式调节器
单元组合式调节器式单元组合仪表的调节单元。按其能源的不同分为电动和气动两大类。它们的输入信号和输出信号都是统一的标准信号，电动Ⅱ型调节器式0-10mA直流电流信号，电动Ⅲ型调节器式4-20mA直流电流信号，气动调节器为20-100kPa气压信号[3]。
(3)组装式电子控制装置
组装式电子控制装置式在电动单元组合仪表的基础上发展起来的，是一种将仪表与生产过程控制系统有机地、紧密地结合在一起的综合性成套仪表。
(4)可编程调节器
可编程调节器是一种智能化面板式过程控制仪表。它以微处理机作为运算、判断和控制的核心。它的控制规律或是运算功能是根据过程控制的需要，通过用户编程来实现的，但其外表和操作方式却与DDZ系列仪表相似，并且可以与之混合使用。
(5)集中分散型控制装置
集中分散型控制装置是把整个控制系统分成若干级，最基层的是直接数字控制，上一级是优化控制，这样既能发挥计算机控制多功能的特点，满足现代化工生产集中操作、显示和报警的要求，又能避免危险过分集中，使整个系统安全可靠。
4、LDTW-3112/G微处理器的选择
从价格、字长、输入/输出的执行速度、编程的灵活性、寻址能力、中断功能、直接存储器访问（DMA）能力、配套的外围电路芯片是否丰富以及相应的开发系统是否具备等多方面进行综合考虑[4][5]。&以下列出几种微处理器，予以比较：
(1)51单片机
仿真63K程序空间,接近64K&的16位地址空间；仿真64Kxdata&空间,全部64K&的16位地址空间;真实仿真全部32&条IO脚；完全兼容keilC51&UV2&调试环境,可以通过UV2&环境进行单步,断点,全速等操作；使用C51语言或者ASM汇编语言进行调试；可选使用用户晶振，支持0－40MHZ&晶振频率；仿真双DPTR&指针；仿真去除ALE&信号输出；RS-232接口不计成本采用MAX202集成电路,串行通讯稳定可靠,绝非一般三极管的简易电路可比。
(2)&AVR单片机
在相同的系统时钟下AVR运行速度最快；芯片内部的Flsah、EEPROM、SRAM容量较大；所有型号的Flash、EEPROM都可以反复烧写、全部支持在线编程烧写(ISP)；多种频率的内部RC振荡器、上电自动复位、看门狗、启动延时等功能，零外围电路也可以工作；每个IO口都可以以推换驱动的方式输出高、低电平，驱动能力强；内部资源丰富，一般都集成AD、DA模数器；PWM；SPI、USART、TWI、I2C通信口；丰富的中断源等。返回的响应数据中包含了以下内容：终端从机地址（Address），被执行了的命令（Function），执行命令生成的被请求数据（Data）和一个校验码（Check）。发生任何错误都不会有成功的响应，或者返回一个错误指示帧。
(3)&PIC单片机
PIC最大的特点是不搞单纯的功能堆积，而是从实际出发，重视产品的性能与价格比，靠发展多种型号来满足不同层次的应用要求。精简指令使其执行效率大为提高。PIC系列8位CMOS单片机具有独特的RISC结构，数据总线和指令总线分离的哈佛总线（Harvard）结构，使指令具有单字长的特性，且允许指令码的位数可多于8位的数据位数，这与传统的采用CISC结构的8位单片机相比，可以达到2:1的代码压缩，速度提高4倍。PIC有优越开发环境。产品上市零等待（Zero&time&to&market）。彻底的保密性。自带看门狗定时器，可以用来提高程序运行的可靠性。睡眠和低功耗模式。
(4)&MSP430单片机
处理能力强；运算速度快；超低功耗；片内资源丰富；方便高效的开发环境。
本设计采用AVR单片机或MSP430单片机。
5、LDTW-3112/G控制算法的选择
基本的控制算法有：程序控制和顺序控制、PID控制、直接数字控制、最优控制、模糊控制、神经网络控制。其中PID控制最为成熟，控制结构简单，参数容易控制，且不必求出被控对象的数字模型就可进行调节[7]。
PID控制算法是计算机控制的一个广泛应用的基本算法，而PID控制的数字化是属于控制算法设计中的模拟化设计方法，或称间接设计方法。lanyuyb
LDTW-3112/G
该域允许主机和终端检查传输过程中的错误。有时，由于电噪声和其它干扰，一组数据在从一个设备传输到另一个设备时在线路上可能发生一些改变，出错校验能够保证主机或者终端不去响应那些传输过程中发生了改变的数据，这就提高了系统的安全性和效率，错误校验使用了16位循环冗余的方法（CRC16）。&&出厂默认设置：
LDTW-3112/G硬件电路设计
智能调节器的硬件电路由主机电路、过程输入/输出通道、人机接口电路以及通信接口电路等部分组成。
其中主机电路由CPU、存储器（ROM、EPROM、RAM）、定时/计数器及I/O接口等组成，是智能调节器的核心，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/输出通道包括模拟量输入/输出通道和开关量输入/输出通道，前者用于接收/输出模拟量信号，后者用于接收/输出开光信号；一台智能调节器通常都可以接收/输出若干个模拟量信号和开关量信号。人机接口部件一般由操作按钮和显示部件组成，用于实现调节器与使用人员之间的各种信息的交流。通信接口电路主要用于智能调节器与其他控制设备之间的数据通信，大多采用串级传输方式。
硬件是整个设计的基础。在本系统中选用以AT89C51单片机为控制核心，输入电压通过AD转换器，输出数字信号送入AT89C51单片机进行PID运算，运算完成后一路输出结果进入74ALS573锁存器。通过人机界面的设计，在LED上显示出来。其中键盘的三个按键功能分别为“功能选择键”&、“&+”&、“&-”&。一路通过DA转换芯片将转换值返回输入端。
LDTW-3112/G在生产CRC时，每个字节的8位与寄存器中的内容进行异或，然后将结果向低位移位，高位则用“0”补充，最低位（LSB）移出并检测，如果是1，该寄存器就与一个预设的固定值（0A001H）进行一次异或运算，如果最低位为0，不作任何处理。 &&开关定值、回滞量到控制输出：
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