【正文】 于水塔、鍋爐、高層建筑水箱、罐、工業(yè)化工槽等受壓容器的液位測(cè)量。 本設(shè)計(jì)采用了 PACSystems RX3i 控制器對(duì)水箱液位設(shè)備控制進(jìn)行了系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在簡(jiǎn)要介紹了 PACSystems RX3i 系列 PLC 的硬件模塊、工作原理和梯形圖等基礎(chǔ)知識(shí)上，給出了 PACSystems RX3i 梯形圖編程和實(shí)驗(yàn)設(shè)備的組態(tài)，最后通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線（以太網(wǎng)總線）將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和節(jié)點(diǎn)連接。 data collection。 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(kāi)展系統(tǒng)重新配置。 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。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。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。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)。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。 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。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。 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。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。在設(shè)計(jì)中針對(duì)水箱實(shí)物模型，要求熟悉 RX3i 系列控制器的結(jié)構(gòu)、功能和基本指令，利用 GE PACSystems RX3i 編制 PAC 程序完成水箱液位 PID 控制。從而引入 GE PACSystems RX3i 系統(tǒng)。 本論文的主要內(nèi)容與方法 隨著 科學(xué)技術(shù) 的 進(jìn)步和微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展 ， 可編程序已廣泛應(yīng)用于各行業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域，在現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)、加工和制造過(guò)程中起到了非常重要的作用。 本論文介紹了基于可編程控制器 GE PACSystems RX3i 和 IFIX 組態(tài)軟件的液位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。在簡(jiǎn)要介紹 GE PACSystems 系列 PLC 的硬件單元、工作原理和梯形圖編程理論知識(shí)基礎(chǔ)上，給出了利用 GE PACSystems 梯形圖編程，實(shí)現(xiàn) 液位控制的設(shè)計(jì)過(guò)程，最后結(jié)合 IFIX 組態(tài) 軟件 ，詳細(xì)敘述了 液位控制 系統(tǒng)的的實(shí)現(xiàn)過(guò)程。第 2 章介紹 GE PACSytems RX3i 系列 PLC 的相關(guān)知識(shí)。所以本章也對(duì)梯形圖編程的編程環(huán)境PME 進(jìn)行了詳細(xì)介紹。第 4 章介紹基于 GE PAC RX3i 的液位系統(tǒng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 6 頁(yè) 第 2 章 GE PACSystems RX3i 簡(jiǎn)介 GE PACSystem 系列 PLC 概念 PAC 概念的提出 可編程自動(dòng)控制器（ Programmable Automation Controller,PAC）是由 ARC 咨詢集團(tuán)的高級(jí)研究員 Craig Resnick 提出的。 PAC 基本要求如下： （邏輯、運(yùn)動(dòng)、驅(qū)動(dòng)和過(guò)程） —— 這個(gè)概念支持多種 I/O 類型。 de facto 網(wǎng)絡(luò)和語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn) —— 這個(gè)技術(shù)必須利用高投入技術(shù)。 PAC 設(shè)計(jì)了一個(gè)通用、軟件形式的控制引擎用于應(yīng)用程序的執(zhí)行。 PAC 系統(tǒng)具備以下主要的特征和性能 ： 1) 提供通用發(fā)展平臺(tái)和單一數(shù)據(jù)庫(kù)，以滿足多領(lǐng)域自 動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)和集成要求。 5) 支持 IEC61158 現(xiàn)場(chǎng)總線規(guī)范，可以實(shí)現(xiàn)基于現(xiàn)場(chǎng)總線的高度分散性的工廠自動(dòng)化環(huán)境 6) 支持事實(shí)上的工業(yè)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，可以與工廠的 EMS、 ERP系統(tǒng)輕易集成。目前， GE 控制器硬件家族有兩大類控制器：基于 VME 的 RX7i 和基于 PCI 的 RX3i 提供強(qiáng)大的 CPU 和高寬帶背板總線，使得復(fù)雜編程能簡(jiǎn)便快速的執(zhí)行。 。 IEC1131 PACSystems 系列產(chǎn)品代表了控制工業(yè)領(lǐng)域的革命，同時(shí)解決了業(yè)內(nèi)一直存在的與工業(yè)和商業(yè)都有關(guān)的問(wèn)題，即如何實(shí)現(xiàn) 更高的產(chǎn)量和提供更開(kāi)放的通信方式。PACSystems RX3i 易于集成，為多平臺(tái)的應(yīng)用提供空前的自由度，能統(tǒng)一過(guò)程控制系統(tǒng)，并可以更靈活、更開(kāi)放地升級(jí)或者轉(zhuǎn)換。無(wú)需多個(gè)控制器，使控制更簡(jiǎn)單 ? 通用的 PCI 總線背板，背 板高速 PCI 總線速度為 27MHz，使得復(fù)雜 I/O 的數(shù)據(jù)吞吐率更大，簡(jiǎn)單 I/O的串行總線讀寫(xiě)更快，優(yōu)化了系統(tǒng)性能和投資。 ? PACSystems 便攜控制引擎在不同的平臺(tái)上都能提供出色的性能，使 OEM和最終用戶都能從眾多的應(yīng)用選擇方案中找到最適合他們需要的控制系統(tǒng)硬件 —— 所有需要都在一個(gè)單一、緊湊而且高度集成的組件中。例如，可在南京對(duì)上海的 RX3i 進(jìn)行編程和修改。 ? 支持冗余電源 ? 支持多種現(xiàn)場(chǎng)總線。 ? 支持以太網(wǎng)遠(yuǎn)程 I/0站。它支持帶電插拔以減少停機(jī)時(shí)間。直流電源 IC695PSD40占用一個(gè)插槽，交流電源 IC695PSA40占用兩個(gè)插槽。每個(gè) I/O槽都有兩個(gè)連接器，因此每個(gè)基于 PCI 的 RX3i 模塊或者串行模塊都可以安裝在任何一個(gè) I/O 插槽。 PACSystem RX3i CPU 高性能的 CPU 基于具有高速運(yùn)算和高速數(shù)據(jù)吞吐的最新處理器。RX3i支持多種 IEC 語(yǔ)言和 C語(yǔ)言，使用戶編程更靈活。電源模塊具有限流功能，發(fā)生短路時(shí)，電源模塊會(huì)自 動(dòng)關(guān)斷來(lái)避免硬件損壞。 GE Fanuc 智能設(shè)備提供一系列能支持最大允許電流、不同的電壓范圍和類型、隔離與響應(yīng)時(shí)間的模塊，來(lái)滿足用戶應(yīng)用的需要。PACSystem RX3i的離散量輸出點(diǎn)可以是 1 32點(diǎn)等，輸出模塊可以接 120VAC、240VAC、 12VAC/DC、 125VDC、 24VDC、 5/12VDC 等負(fù)載。對(duì)于差分模擬輸入，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)是在電壓 IN+和 IN之間的差值。 模擬量 I/O 模塊（輸出） GE Fanuc 提供易于使用的用于控制過(guò)程的 模擬量輸出模塊，例如：流量、溫度和壓力控制等。 編程設(shè)備 編程設(shè)備的作用是供用戶進(jìn)行程序的編制、編輯、調(diào)試和監(jiān)視。 PLC 作為一種特殊形式的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)的硬件邏輯控制系統(tǒng)“繼電器控制”進(jìn)行“硬件軟化”的結(jié)果。 CPU 掃描 在收到編程器，其他設(shè)備，或 CPU 上的運(yùn)行 /停止轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)發(fā)出的停止命令前，CPU 內(nèi)的應(yīng)用程序重復(fù)執(zhí)行。邏輯窗口在每一次掃描過(guò)程中完全執(zhí)行。如果還沒(méi)到掃描周期時(shí)間， CPU輪流執(zhí)行通訊 西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 12 頁(yè) 窗口和后臺(tái)窗口，一直執(zhí)行到設(shè)定的掃描時(shí)間。 CPU以以下四種模式中的一種運(yùn)行 ■ 運(yùn)行 /不輸出 ■ 運(yùn)行 /輸出使能 ■ 停止 /IO 掃描 ■ 停止 /無(wú) IO CPU掃描的各個(gè)部分典型的部分包括 7個(gè)階段： 內(nèi)部清理： 內(nèi)部清理部分完成掃描開(kāi)始前的準(zhǔn)備工作。 輸入掃描： 輸入掃描過(guò)程中， CPU 從 Genius 總線控制器和輸入模塊讀取輸入數(shù)據(jù)。 輸出掃描： CPU將輸出數(shù)據(jù)寫(xiě)到總線控制器或輸出模塊。所有輸出數(shù)據(jù)發(fā)出之后，輸出掃描完成。后臺(tái)檢測(cè)幫助確認(rèn)運(yùn)行模式下的 CPU 內(nèi)的程序的完整性。執(zhí)行的窗口條目如下： ■ 重新配置擴(kuò)展機(jī)架和獨(dú)立模塊。 ■ 通訊活動(dòng)包括內(nèi)置以太網(wǎng)接口和 2 個(gè) CPU串行端口 是否執(zhí)行控制器通訊窗口和執(zhí)行控制器通訊窗口的時(shí)間可以使用編程軟件進(jìn)行配置?；跈C(jī)架的以太網(wǎng)接口模塊在背板通訊窗口通訊。 背板通訊窗口缺省為完成 (運(yùn)行 完成 )模式。通訊窗口時(shí)間可以設(shè)定為0~255 毫秒，缺省值為 255 毫秒。也可以設(shè)定其他的值并存儲(chǔ)到 CPU 當(dāng)中或者通過(guò)編程軟件在線更改。國(guó)際電工委員會(huì)（ IEC） 1994 年 5 月公布的 IEC11313（可編程控制器語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)）詳細(xì)地說(shuō)明了句法、語(yǔ)義和下述 5 種編程語(yǔ)言：功能表圖、梯形圖、功能塊圖、指令表、結(jié)構(gòu)文本。它的連線有兩種：一為母線，另一為內(nèi)部橫豎線。 要了解梯形圖必須理解軟繼電器的概念。使用中也常將這些 “軟繼電器 ”稱為編程元件。邏輯解算是根據(jù)輸入映像寄存器中的值，而不是根據(jù)解算瞬時(shí)外部輸入觸點(diǎn)的狀態(tài)來(lái)進(jìn)行的。 (2) 觸點(diǎn)的使用次數(shù)不受限制。對(duì)于 “雙線圈輸出 ”，有些 PLC 將其視為語(yǔ)法錯(cuò)誤，絕對(duì)不允許；有些 PLC 則將前面的輸出視為無(wú)效，只有最后一次輸出有效；而有些 PLC，在含有跳轉(zhuǎn)指令或步進(jìn)指令的梯形圖中允許雙線圈輸出。這樣所編制的程序簡(jiǎn)潔明了，語(yǔ)句較少。如圖 24所示 的起動(dòng)、保持和停止程序（簡(jiǎn)稱起保停程序）就是典型的具有自鎖功能的梯形圖， X1為起動(dòng)信號(hào)和 X2為停止信號(hào)。在實(shí)際應(yīng)用中，起動(dòng)信號(hào)和停止信號(hào)可能由多個(gè)觸點(diǎn)組成的串、并聯(lián)電路提供 [7]。 PME 提供統(tǒng)一的用戶界面、拖放的編輯功能，及支持項(xiàng)目需要的多目標(biāo)組件的編輯功能。選擇所需要的組件進(jìn)行安裝。 西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 17 頁(yè) 圖 25 安裝界面 圖 26 安裝配置界面 圖 27 確認(rèn)注冊(cè)界面 圖 28 注冊(cè)界面 制作一個(gè)工程的一般過(guò)程 建立 MEPLC項(xiàng)目工程的一般 過(guò)程是 ： ? 進(jìn)入 ME軟件，系統(tǒng)列出“ My Computer”（本機(jī)）上已經(jīng)創(chuàng)建的工程 ? 工程 (Project)：包含一個(gè)或多個(gè) PLC的程序 ? 用鼠標(biāo)右擊“ My Computer”，選擇“ New”，即可創(chuàng)建一個(gè)新工程 見(jiàn)下圖 ? 創(chuàng)建工程時(shí)，選擇工程中第一個(gè) PLC的類型 西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 18 頁(yè) ? 工程創(chuàng)建完成以后，用鼠標(biāo)右擊工程名，可以在工程中添加目標(biāo) ? 目標(biāo) (Target)：一個(gè) PLC或一個(gè)觸摸屏的程序及組態(tài)內(nèi)容 ? 在同一個(gè)工程中的多個(gè)目標(biāo)之間可以共享變量（如：觸摸屏組態(tài)內(nèi)容可以共享PLC程序中變量） 圖 29 ME啟動(dòng)工程界面 西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 19 頁(yè) 第 3 章 組態(tài)軟件 iFix 簡(jiǎn)介 iFix 功能 iFix 是提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)給操作員的應(yīng)用軟件，是基于 windows 的一套工業(yè)自動(dòng)化軟件，為用戶提供一個(gè)“過(guò)程化的窗口”。從而加快產(chǎn)品對(duì)市場(chǎng)的反應(yīng)速度。 I/O 驅(qū)動(dòng)器： iFix 和 PLC 之間的接口稱為 I/O 驅(qū)動(dòng)器。 iFix 的工作原理如圖 31 所示。 Intellution Workspace 向PDB 發(fā)出請(qǐng)求，用于圖形顯示。在 Windows 左下角運(yùn)行中 輸入： /FactoryDefault,確定。 5）選擇創(chuàng)建新工程項(xiàng)目，恢復(fù)整個(gè)文件。 2）選擇：文件 —— 新建；選擇：配置 —— 路徑，將當(dāng)前配置中的應(yīng)用路徑改為新建路徑，點(diǎn)擊更改目錄把所有路徑更改，提示是否生成默認(rèn)的 iFix 文件，選擇否。提示是否寫(xiě)入注冊(cè)表，選擇“是“ 。 Intellution 工。而工 作臺(tái)是監(jiān)控界面開(kāi)發(fā)環(huán)境。 SCADA 支持選擇啟用；選擇一個(gè) I/O 驅(qū)動(dòng)器名稱 —— 添加；確定，如果提示數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用，選擇“是”，這樣就可以和 PLC 進(jìn)行通訊了。詳細(xì)配置后面基于具體工程再介紹。 3）選擇項(xiàng)目恢復(fù)向?qū)?，點(diǎn)擊下一步。數(shù)據(jù)從圖形顯示送入 PDB ，再傳到 DIT ， I/O 驅(qū)動(dòng)器從 DIT 中取數(shù)，再寫(xiě)入過(guò)程硬件。然后 SAC從 DIT中讀取數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)傳送至 PDB,如果數(shù)據(jù)超過(guò)設(shè)定值，則報(bào)警。 SAC：掃描、報(bào)警、及控制。 iFix 的工作機(jī)制 首先介紹幾個(gè)基本概念。具體來(lái)說(shuō)， iFix 可以精確地監(jiān)視、控制生產(chǎn)過(guò)程，并優(yōu)化生產(chǎn)設(shè)備和企業(yè)資源管理。點(diǎn)擊 Key Code 進(jìn)入注冊(cè)界面，如圖 28 所示。打開(kāi)安裝 Machine Edition。 PME提供了一個(gè)統(tǒng)一的完整系統(tǒng)用于解決自動(dòng)化控制方案。圖 24b 為起動(dòng)優(yōu)先程序，即當(dāng) X1 和 X2 同時(shí)接通，則 Y1 接通。建議用戶盡可能用輸入設(shè)備的常開(kāi)觸點(diǎn)與 PLC 輸入端連接，如果某些信號(hào)只能用常閉輸入，可先按輸入設(shè)備為常開(kāi)來(lái)設(shè)計(jì)，然后將梯形圖中對(duì)應(yīng)的輸入繼電器觸點(diǎn)取反（常開(kāi)改成常閉、常閉改成常開(kāi)）。 (7) 有幾個(gè)串聯(lián)電路相并聯(lián)時(shí)，應(yīng)將串聯(lián)觸點(diǎn)多的回路放在上方，如圖 23a 所示。 (4) 一般情況下，在梯形圖中同一線圈只能出現(xiàn)一次。 (1) 每一邏輯行總是起于左母線，然后是觸點(diǎn)的連接，最后終止于線圈或右母線（右母線可以不畫(huà)出）。梯形圖中邏