【正文】 .19 IFIX 的工作機(jī)制 .....................................................................................................19 IFIX 新建工程與配置 .............................................................................................19 工作臺(tái) ...................................................................................................................20 數(shù)據(jù)庫(kù)管理器 .......................................................................................................21第 4 章 基于 GE PAC RX3i 液位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) ..............................................................22 PID 理論知識(shí) .........................................................................................................22 PID 控制器 .................................................................................................22 模擬 PID 控制原理 ...................................................................................22 數(shù)字 PID 控制算法 ...................................................................................24 系統(tǒng)控制原理 .......................................................................................................25 硬件連接 ................................................................................................................25 軟件設(shè)計(jì) ...............................................................................................................27 主程序模塊 ................................................................................................28 初始化模塊 ................................................................................................29 PID 程序 ..................................................................................................29第五章 基于 IFIX 的液位監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ......................................................................32 監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ...................................................................................................32 創(chuàng)建 IFIX 系統(tǒng)工程 ..................................................................................32 創(chuàng)建組態(tài)畫面 ............................................................................................33 構(gòu)造數(shù)據(jù)庫(kù) ................................................................................................34 運(yùn)行與調(diào)試 ...........................................................................................................36 通訊的調(diào)試 ................................................................................................36 數(shù)據(jù)連接的調(diào)試 ........................................................................................36 PID 比例、積分、微分參數(shù)值整定 .........................................................37結(jié) 論 ..............................................................................................................................43參考文獻(xiàn) ..............................................................................................................................45第 1 章 緒 論 PLC 的發(fā)展及過(guò)程控制簡(jiǎn)介20 世紀(jì) 20 年代起，人們把各種繼電器、定時(shí)器、接觸器及其觸點(diǎn)按一定的邏輯關(guān)系連接起來(lái)組成控制系統(tǒng)，控制各種生產(chǎn)機(jī)械，這就是大家所熟悉的傳統(tǒng)繼電接觸器控制系統(tǒng)。由于它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易掌握，價(jià)格便宜，在一定范圍內(nèi)能滿足控制要求，因而使用面甚廣，在工業(yè)控制領(lǐng)域中一直占主導(dǎo)地位。但是繼電接觸器控制系統(tǒng)有明顯的缺點(diǎn)：設(shè)備體積大，可靠性差，動(dòng)作速度慢，功能少，難與實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的控制，特別是由于它是靠硬連線邏輯構(gòu)成的系統(tǒng)，接線復(fù)雜，當(dāng)生產(chǎn)工藝或?qū)ο蟾淖儠r(shí)，原有的接線和控制盤就要更換，所以通用性和靈活性較差。20 世紀(jì) 60 年代末期，美國(guó)的汽車制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)激烈，各生產(chǎn)廠家的汽車型號(hào)不斷更新，它必然要求生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)亦隨之改變，以及對(duì)整個(gè)開展系統(tǒng)重新配置。為拋棄傳統(tǒng)的繼電接觸器控制系統(tǒng)的束縛，適應(yīng)白熱化的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)要求，1968 年美國(guó)通用汽車公司公開向社會(huì)招標(biāo)，對(duì)汽車流水線控制系統(tǒng)提出具體要求，歸納起來(lái)是：（1） 編程方便，可現(xiàn)場(chǎng)修改程序（2） 維修方便，采用插件式結(jié)構(gòu)（3） 可靠性高于繼電器控制裝置（4） 體積小于繼電器控制盤（5） 數(shù)據(jù)可直接送入管理計(jì)算機(jī)（6） 成本可與繼電器控制盤競(jìng)爭(zhēng)（7） 輸入可以是交流 150V 以上（8） 輸出為交流 115V，容量要求在 2A 以上，可直接驅(qū)動(dòng)接觸器，電磁閥等（9） 擴(kuò)展時(shí)原系統(tǒng)改變最小（10）用戶存儲(chǔ)器至少能擴(kuò)張到 4KB（適應(yīng)當(dāng)時(shí)汽車裝配過(guò)程的需要）十項(xiàng)指標(biāo)的核心要求是采用軟布線（編程）方式代替繼電控制的硬接線方式，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)線的流程控制。美國(guó)國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）在 1987 年對(duì)可編程序控制器做出如下定義：可編程序控制器是一類專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字式電子系統(tǒng)，它采用了可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部進(jìn)行存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、定時(shí)、記數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等功能的面向用戶的指令，并通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入或輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程?？杀槌绦蚩刂破鳂O其相關(guān)外部設(shè)備，都應(yīng)按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。隨著信息技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)在過(guò)程工業(yè)的廣泛應(yīng)用，過(guò)程控制系統(tǒng)在過(guò)程工業(yè)中愈顯重要。過(guò)程控制從應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)至今經(jīng)歷了由簡(jiǎn)單到復(fù)雜、從低級(jí)到高級(jí)的過(guò)程。在過(guò)程控制中，通常對(duì)液位、溫度、壓力、流量的參數(shù)進(jìn)行控制。其中液位控制技術(shù)在國(guó)民生活、生產(chǎn)中發(fā)揮了重要作用，如民用水塔供水，精餾塔液位控制，鍋爐氣泡液位控制等。液位控制的精確度與精度都直接或間接影響著生產(chǎn)、生活的質(zhì)量與安全。為了保證安全、合理高效生產(chǎn)，急需開展先進(jìn)的液位控制方法和策略的研究和開發(fā)。 過(guò)程控制液位自動(dòng)控制是通過(guò)控制投料閥來(lái)控制液位的高低，當(dāng)傳感器檢測(cè)到液位設(shè)定值時(shí)，閥門關(guān)閉，防止物料溢出；當(dāng)檢測(cè)液位低于設(shè)定值時(shí)，閥門打開，使液位上升，從而達(dá)到控制液位的目的。在制漿造紙工廠中，常見有兩種方式的液位控制：常壓容器和壓力容器的液位控制，例如漿池和蒸汽閃蒸罐。液位自動(dòng)控制系統(tǒng)有液位變送器（或差壓變送器） 、電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和液位自動(dòng)控制器構(gòu)成。根據(jù)用戶需要也可采用控制泵啟?；蚋淖冸姍C(jī)頻率方式來(lái)進(jìn)行液位控制。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便，操作簡(jiǎn)便直觀，可以長(zhǎng)期連續(xù)穩(wěn)定在無(wú)人監(jiān)控狀態(tài)下運(yùn)行?？刂破?、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、測(cè)量變送器都屬于自動(dòng)化儀表，他們都是圍繞被控對(duì)象工作的。因此，對(duì)被控對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行深入了解是過(guò)程控制的一個(gè)重要任務(wù)。只有深入了解被控對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性，了解他的內(nèi)在規(guī)律，了解被控對(duì)象的性能指標(biāo)，為控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。性能指標(biāo)確定后，設(shè)計(jì)出合理的控制方案，也離不開對(duì)被控對(duì)象動(dòng)態(tài)特性的了解。有了正確的控制方案，控制系統(tǒng)中控制器，測(cè)量變送器、執(zhí)行器等儀表的選擇，必須以被控對(duì)象的特性為依據(jù)。在控制系統(tǒng)組成后，合適的控制參數(shù)的確定及控制系統(tǒng)的調(diào)整，也完全依賴于對(duì)被控對(duì)象動(dòng)態(tài)特性的理解。過(guò)程控制的被控對(duì)象設(shè)計(jì)的范圍很廣。被控對(duì)象不一定是指一個(gè)具體的設(shè)備，不少情況下被控對(duì)象是指一個(gè)過(guò)程。有些過(guò)程可能涉及好幾種設(shè)備，而在有些設(shè)備內(nèi)部可能包括幾個(gè)過(guò)程。過(guò)程控制被控對(duì)象的內(nèi)在機(jī)理較為復(fù)雜，有簡(jiǎn)單過(guò)程，又存在嚴(yán)重非線性的過(guò)程，有多變量過(guò)程，有些被控對(duì)象的特性隨時(shí)間或工作條件而變化。對(duì)被控對(duì)象動(dòng)態(tài)的理解，一種方法是通過(guò)分析被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型。這種方法通過(guò)測(cè)量被控對(duì)象的階躍響應(yīng)曲線，近似確定被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，研究被控對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性。 液位控制系統(tǒng)的組成本論文對(duì)水箱液位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是一個(gè)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)，所謂簡(jiǎn)單液位控制系統(tǒng)通常是指由一個(gè)被控對(duì)象、一個(gè)檢測(cè)變送單元（檢測(cè)元件及變送器） 、一個(gè)控制器和一個(gè)執(zhí)行器（控制閥）所組成的單閉環(huán)負(fù)反饋控制系統(tǒng)，也稱為單回路控制系統(tǒng)。簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)有著共同的特征，它們均有四個(gè)基本環(huán)節(jié)組成，即被控對(duì)象、測(cè)量變送裝置、控制器和執(zhí)行器。對(duì)于不同對(duì)象的簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)，盡管其具體裝置與變量不相同，但都可以用圖 11 表示：圖 11 閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)框圖由這個(gè)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)通用的框圖設(shè)計(jì)出水箱液位控制系統(tǒng)的原理框圖如圖 12 所 示。 圖 12 水箱控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖這是單回路水箱液位控制系統(tǒng)，單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)一般指在一個(gè)調(diào)節(jié)對(duì)象上用一個(gè)調(diào)節(jié)器來(lái)保持一個(gè)參數(shù)的恒定，而調(diào)節(jié)器只接受一個(gè)測(cè)量信號(hào)，其輸出也只控制一個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。本系統(tǒng)所要保持的恒定參數(shù)是液位的給定高度，即控制的任務(wù)是控制水箱液位等于給定值所要求的高度。根據(jù)控制框圖，這是一個(gè)閉環(huán)反饋單回路液位控制，采用工業(yè)智能儀表控制。 液位控制系統(tǒng)的功能液位控制系統(tǒng)基本功能 設(shè)置液位高度后，通過(guò)控制變送器，自動(dòng)調(diào)節(jié)液位高度到設(shè)置值。如果自動(dòng)調(diào)節(jié)出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，可以切換到手動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)和診斷。可以通過(guò)實(shí)時(shí)曲線去分析系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差、超調(diào)量、調(diào)整時(shí)間等動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。實(shí)時(shí)監(jiān)控功能 系統(tǒng)管理員可以通過(guò)微機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，包括查看現(xiàn)場(chǎng)工作設(shè)備情況、手動(dòng)/自動(dòng)無(wú)擾切換、液位設(shè)置和液位顯示、報(bào)警顯示、實(shí)時(shí)曲線。控制器 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 被控對(duì)象測(cè)量變送器——設(shè)定值PID 控制器變送器 水箱液位傳感器——設(shè)定值異常報(bào)警功能 在異常狀況下可以實(shí)現(xiàn)音響報(bào)警，分別為高高報(bào)警、高報(bào)警、低報(bào)警、低低報(bào)警。通過(guò)查看報(bào)警次數(shù)和時(shí)間，對(duì)液位的狀況進(jìn)行跟蹤分析，最后進(jìn)行確認(rèn)報(bào)警。 研究意義及發(fā)展方向水箱液位控制系統(tǒng)是設(shè)計(jì)和開發(fā)液位控制策略的一個(gè)開放式平臺(tái)，具有觀察直觀、測(cè)量容易、組態(tài)靈活，可實(shí)施各種相異的控制方案，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者和技術(shù)人員基于該類裝置做出了重要的研究報(bào)告，以驗(yàn)證重要的理論成果和指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐。然而，目前我國(guó)這類控制實(shí)驗(yàn)裝置主要用于高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)，存在著實(shí)驗(yàn)采集數(shù)據(jù)誤差較大、實(shí)驗(yàn)對(duì)象過(guò)于單一等不足。PAC 系統(tǒng)是繼 PLC、DCS 之后的新一代控制系統(tǒng)，是綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)的一種新型的、實(shí)用的多功能控制器平臺(tái)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域。GE PACSystems 提供第一代可編程自動(dòng)化控制系統(tǒng)，為多個(gè)硬件平臺(tái)提供一個(gè)控制引擎和一個(gè)開發(fā)環(huán)境，與其他 PLC 相比具有更強(qiáng)的處理速度和通信速度。液位控制