“现场工程师”——SR70A系列新概念PID调节器

　　1　概述

　　SR70A系列是日本SHIMADEN公司1997年推出的原SR70系列的改进型仪表,分为SR73A(96×96)、SR74A(96×48)两种外型,测量精度为0.5%级,双4位数字显示,设计上采纳了国内用户及代理的建议,增加了更适合工业现场的丰富的软硬件功能,如通讯接口、可编数显量程、手动输出、上电缓起动和功率限幅等,是一种更适合90年代工业现场的高性能价格比调节器。

　　2　SR70A仪表电路原理

　　2.1　硬件原理框图

　　硬件原理框图见图1。

　　2.2　工作原理

　　输入部分采用电压二重积分线路,由测量积分时间来得出输入信号的测定值,具有线性度高、线路简单、抗干扰能力强和成本低等特点。

　　多路开关的输入信号有经输入回路进行信号调理的PV测量值;由半导体PN结温度—电压特性检测出的热电偶冷端温度对应的电压,经冷端补偿回路调理输出电压的CJ;基准参考电压Vref;模拟地Com。该线路在测量PV和CJ的同时,也分别检测Vref基准参考电压和Com模拟地。这样可以动态修正温度漂移对输入回路的零点和满度的影响,提高测量精度。整个测量系统的测量精度为0.5%,分辨率为14～16位(二进制),根据测量范围有所不同。

　　输出部分采用PWM脉冲宽度调制技术。MPU将PID的运算结果送PWM发生器,用于所需的脉冲宽度。脉冲宽度正比于PID输出值,为8位分辨率。该调宽脉冲经光耦隔离,送输出回路进行滤波后,得到平滑脉冲波形,作为控制调节输出。

　　MPU为MITSUBISH(三菱)的16位单片机,为该调节仪表的核心。用于完成测量信号的采集测量、数字滤波、冷端补偿、线性化处理、精度校正、PID运算、报警输出、控制输出和串口通讯等单回路控制功能,同时还用于人机对话的仪表面板显示和键盘输入。

　　3　技术特色

　　3.1　无超调专家PID

　　继双自由度、自适应、模糊等调节算法后,岛电开发出了独特的带有专家经验的PID调节算法模块,它克服了普通PID算法易超调及某些抗超调的算法过渡过程时间长的缺点。实现了无超调、过渡过程时间短的优良的调节品质。在普通P、I、D3个参数的基础上增加了SF参数。用于设定专家PID算法的超调抑制作用的强弱见图2。专家PID能够启动当前测量值到达目标值前的偏差预测系统,计算出防止超调、欠调对调节输出值的提前补偿量,提前进行比例调节,延时进行积分调节,这样超调和欠调就被得到抑制。出厂时SF=0.4。SF=0时,为常规PID;SF减小抑制作用变弱;SF增大抑制作用变强;SF=1时抑制作用最强。用户可按实际超调结果和工艺要求综合选择。