【正文】 ......................................................................................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 ................................................................................................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)。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。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?。?0）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。可遍程序控制器極其相關(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)。過程控制從應(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)的過程。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。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)。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。根據(jù)用戶需要也可采用控制泵啟?；蚋淖冸姍C(jī)頻率方式來進(jìn)行液位控制?？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。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)。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)。過程控制的被控對(duì)象設(shè)計(jì)的范圍很廣。有些過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)過程。對(duì)被控對(duì)象動(dòng)態(tài)的理解，一種方法是通過分析被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型。 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)。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。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。 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，通過控制變送器，自動(dòng)調(diào)節(jié)液位高度到設(shè)置值?？梢酝ㄟ^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)?？刂破?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。 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。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。液位控制是常見的工業(yè)過程控制之一，它廣泛運(yùn)用于水塔、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。利用 iFIX 組態(tài)軟件，將液位控制中的重要數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和管理。為了解決傳統(tǒng)控制的控制準(zhǔn)確度低、控制速度慢、靈敏度低等一系列問題。一個(gè)系統(tǒng)的液位是否穩(wěn)定，直接影響到了工業(yè)生產(chǎn)的安全、生產(chǎn)效率的高低、能源的合理利用等一系列重要的問題?；?GE PACSystems RX3i的水箱液位控制設(shè)計(jì)具有一定意義。再加上控制器技術(shù)可編程控制器的功能日益完善，其小型化、價(jià)格低、可靠性高，在現(xiàn)代工業(yè)中的作用更加突出。PID 閉環(huán)控制是控制系統(tǒng)中應(yīng)用很廣泛的一種控制算法，對(duì)大部分控制對(duì)象都有良好的控制效果，組態(tài)軟件 iFix 因其簡(jiǎn)單易用的特點(diǎn)，在控制界面的設(shè)計(jì)中得到廣泛的應(yīng)用。GE PACSystems RX3i 作為下位機(jī)完成液位的采集和數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換；上位機(jī)利用組態(tài)軟件 IFIX 設(shè)計(jì)人機(jī)界面，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集與處理；可編程控制器和組態(tài)軟件通過現(xiàn)場(chǎng)總線以太網(wǎng)進(jìn)行通訊；通過 PME 軟件編寫程序?qū)崿F(xiàn)液位控制，實(shí)時(shí)控制水箱液位。本報(bào)告分三部分。 本論文的結(jié)構(gòu)安排本論文共分五章。主要介紹液位控制系統(tǒng)的定義、組成、功能以及液位控制系統(tǒng)的研究方向和意義，并簡(jiǎn)單講述了本論文的主要內(nèi)容、方法及結(jié)構(gòu)安排。從 PAC 系統(tǒng)的提出到應(yīng)用。當(dāng)然在自動(dòng)控制領(lǐng)域，一個(gè)系統(tǒng)的組成除了硬件系統(tǒng)外還有軟件系統(tǒng)。第 3 章對(duì)組態(tài)軟件 iFix 進(jìn)行了介紹。因?yàn)橹挥辛私饬?IFIX 的工作原理，才能設(shè)計(jì)好合理的監(jiān)控界面。講述了液位控制系統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)和軟件。最后得出結(jié)論。PAC 的概念定義為：控制引擎的集中，以及制造業(yè)廠商對(duì)信息的需求，涵蓋 PLC 用戶的多種需求。PAC 包括開放數(shù)據(jù)格式和網(wǎng)絡(luò)連接功能。邏輯、運(yùn)動(dòng)和其他功能的集成是不斷增長(zhǎng)的復(fù)雜控制方法的要求。——這個(gè)軟件工具必須能適應(yīng)分布式操作。、模塊化體系結(jié)構(gòu)——設(shè)計(jì)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范必須是實(shí)現(xiàn)開放、模塊化、可結(jié)合的。 PAC 是一種多功能控制器平臺(tái)，它包含多種可按照用戶意愿組合、搭配和實(shí)施的技術(shù)和產(chǎn)品，PLC 性能的實(shí)現(xiàn)主要依賴于專用硬件，應(yīng)用程序的執(zhí)行依靠專用硬件芯片實(shí)現(xiàn)，硬件的非通用性會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的功能前景和開放性受到限制，由于是專用操作系統(tǒng)，實(shí)時(shí)可靠性和功能都無法與通用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)相比，這樣導(dǎo)致了 PLC 整體性能的專用性和封閉性。控制引擎位于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)與應(yīng)用程序之間，這個(gè)控制引擎與硬件平臺(tái)無關(guān)，可在不同平臺(tái)的PAC 系統(tǒng)間移植。這樣，根據(jù)用戶需求的迅速擴(kuò)展和變化，用戶系統(tǒng)和程序無需變化，即可無縫移植。2) 一個(gè)輕便的控制引擎，可以實(shí)現(xiàn)多領(lǐng)域的功能，包括：邏輯控制、過程控制、運(yùn)動(dòng)控制和人機(jī)界面等。4) 采用開放的、模塊化的硬件架構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)不同功能的自由組合與搭配，減少系統(tǒng)升級(jí)帶來的麻煩。7) 使用既定的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、程序語言標(biāo)準(zhǔn)，以保障用戶的投資及多供應(yīng)商網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)交換。它能應(yīng)用到高速處理、數(shù)據(jù)存取和需大內(nèi)存的應(yīng)用中。PACSystem 的特點(diǎn)： 系統(tǒng)是繼 PLC、DCS 之后的新一代控制系統(tǒng)。 VME/PCI。 FBD,可用于過程控制，尤其適用于混合型集散控制系統(tǒng)。這一靈活的技術(shù)幫助用戶全面提升整個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)的性能，降低工程成本，解決了有關(guān)短期和長(zhǎng)期的系統(tǒng)升級(jí)問題，以及控制平臺(tái)壽命的問題。和 PACSystems 家族的其他成員一樣，RX3i 具備單一的控制引擎和通用的編程環(huán)境，使其能靈活的應(yīng)用于多種硬件平臺(tái)上。在 PME 的開發(fā)軟件環(huán)境中，他單一的控制引擎和通用的編程環(huán)境整體上提升了自動(dòng)化水平。圖 21PACSystems RX3i 模塊在一個(gè)小型的、低成本的系統(tǒng)中提供了高級(jí)功能，它具有下列性能上的優(yōu)點(diǎn)：? 擁有 300MHZ 微處理器 10MByte 用戶內(nèi)存的高性能控制器。背板總線支持帶電插拔功能，減少系統(tǒng)停機(jī)時(shí)間。此外，系統(tǒng)還提供多種網(wǎng)絡(luò)接口模塊。? 消除信息的瓶頸現(xiàn)象，獲得更快通過量。? 支持以太網(wǎng)遠(yuǎn)程編程。PACSystems RX3i 功能及其強(qiáng)大，具有 64M 用戶編程內(nèi)存和 64M 閃存，支持多種編程語言：梯形圖，C 語言（效率為梯形圖的 610 倍） 、FBD 功能塊圖、用戶定義結(jié)構(gòu)化文本、指令表、符號(hào)變量編程等。? 模塊支持帶電插拔。支持 Modbus、Profibus、Genius（包括雙網(wǎng)冗余） ，還支持工業(yè)以太網(wǎng)，以及串行總線。? 支持持 PCI 總線模塊和所有 9030 背板總線。? 真正的實(shí)時(shí)多任務(wù)控制系統(tǒng)。 GE PACSystems RX3i 基本模塊背板RX3i 背板（機(jī)架）采用通用的 PCI 總線，分為 12 槽和 16 槽兩種尺寸用于滿足用戶不同的應(yīng)用需要。擴(kuò)展背板（機(jī)架）有 5 槽和 10 槽兩種尺寸，將您的應(yīng)用靈活性最大化。通用背板模塊的位置，IC695 電源模塊可以安裝在任何插槽。RX3i CPU 模塊除了擴(kuò)展插槽外可以安裝在背板的任何地方。I/O 和其他功能模塊可以安裝在除了 0 插槽和擴(kuò)展插槽以外的任何插槽，0 插槽只能用于 IC695 電源。最右端的插槽是擴(kuò)展插槽。在 PACSystem RX3i 系統(tǒng)中，電源一般在 0 插槽，CPU 一般在 12 插槽，背板擴(kuò)展模塊在 12 插槽，I/O 模塊在 311 插槽中。這個(gè)強(qiáng)大的CPU 依靠 300M Hz 的處理器和 10M bytes 的用戶內(nèi)存能輕松地完成各種復(fù)雜的應(yīng)用。RX3i 廣泛的診斷機(jī)制和帶電插拔能力增加了機(jī)器循環(huán)次數(shù)，減少了停機(jī)時(shí)間，用戶能存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)，減少外圍硬件花費(fèi)。PACSystem RX3i 的電源RX3i 電源模塊像 I/O 一樣簡(jiǎn)單地扣在背板上，并且能與任何標(biāo)準(zhǔn)型號(hào) RX3i CPU協(xié)同工作。用戶無需跳線選擇不同的輸入電壓，RX3i 電源模塊的輸入電壓可以有 100240VAC、125VDC