組態(tài)及過(guò)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)樣本

成績(jī)成績(jī)實(shí)訓(xùn)實(shí)習(xí)報(bào)告實(shí)訓(xùn)課程名稱組態(tài)及過(guò)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)專業(yè)班級(jí)小組組長(zhǎng)姓名組員姓名設(shè)計(jì)地點(diǎn)指導(dǎo)教師設(shè)計(jì)起止時(shí)間：11月26日至12月07日目錄TOC\o"1-3"\h\u19490一、設(shè)計(jì)任務(wù) 23864二、設(shè)計(jì)過(guò)程 2151612.1、方案描述，需求分析 2292432.1.1水箱液位控制系統(tǒng)原理 230002.1.2整體方案 3290972.1.3詳細(xì)流程 478872.2電氣原理圖 4224982.3選型 448052.3.1M420變頻器參數(shù)設(shè)定 4309002.3.2液位變送器 4267042.4PID控制 5178412.4.1PID指令簡(jiǎn)介 5142432.4.2PID控制原理 6223992.4.3PID調(diào)節(jié)各個(gè)環(huán)節(jié) 669132.4.3PID參數(shù)整定 7235712.5基于GEPACRX3i液位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1087172.5.1系統(tǒng)控制原理 10143812.5.2硬件連接 1180222.5.3軟件設(shè)計(jì) 1320942.6基于iFIX液位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 16250542.6.1iFIX開(kāi)發(fā)流程 1627052.6.2創(chuàng)立驅(qū)動(dòng)配備 17224972.6.3創(chuàng)立組態(tài)畫(huà)面 1881032.6.4構(gòu)造數(shù)據(jù)庫(kù) 19264682.6.5建立動(dòng)畫(huà) 2026737三、安裝、調(diào)試 21317893.1通訊調(diào)試 21238703.2數(shù)據(jù)連接調(diào)試 22620四、設(shè)計(jì)中問(wèn)題分析 238756五、設(shè)計(jì)總結(jié) 237062六、參照文獻(xiàn) 23實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目組態(tài)及過(guò)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)任務(wù)液位控制系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)，水箱特性擬定，GEPAC可編程控制器硬件掌握，PID參數(shù)整定及各個(gè)參數(shù)控制性能比較，整個(gè)系統(tǒng)各個(gè)某些簡(jiǎn)介和應(yīng)用PAC語(yǔ)句編程來(lái)控制水箱水位。二、設(shè)計(jì)過(guò)程2.1、方案描述，需求分析2.1.1水箱液位控制系統(tǒng)原理人工控制與自動(dòng)控制在人工控制,為保持水箱液位恒定，操作人員應(yīng)依照液位高度變化狀況控制凈水量。手工控制過(guò)程重要分為三步：EQ\o\ac(○,1)用眼睛觀測(cè)水箱液位高低以獲取測(cè)量值，并通過(guò)神經(jīng)系統(tǒng)傳到大腦；EQ\o\ac(○,2)大腦依照眼睛看到水位高度，與設(shè)定值進(jìn)行比較，得出偏差大小和方向，然后依照操作經(jīng)驗(yàn)發(fā)出控制命令；EQ\o\ac(○,3)依照大腦發(fā)出命令，用雙手去變化給水閥（或進(jìn)水閥）開(kāi)度，使水箱液位包持在工藝規(guī)定高度上。在整個(gè)手工控制過(guò)程中，操作人員眼、腦、手、三個(gè)器官，分別肩負(fù)了檢測(cè)、判斷、和運(yùn)算、執(zhí)行三個(gè)作用，來(lái)完畢測(cè)量、求偏差、在施加控制操作以糾正偏差工作過(guò)程，保持水箱液位恒定。如果采用檢測(cè)儀表和自動(dòng)控制裝置來(lái)代替人工控制，就成為過(guò)程控制系統(tǒng)。在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，當(dāng)系統(tǒng)受到擾動(dòng)作用后，被控變量（液位）發(fā)生變化，通過(guò)檢測(cè)變送儀表得到其測(cè)量值；控制器接受液位測(cè)量變送器送來(lái)信號(hào)，與設(shè)定值相比較得出偏差，按某種運(yùn)算規(guī)律進(jìn)行運(yùn)算并輸出控制信號(hào)；控制閥接受控制器控制信號(hào)，按其大小變化閥門(mén)開(kāi)度，調(diào)節(jié)給水量，以克服擾動(dòng)影響，使被控變量回到設(shè)定值，最后達(dá)到水箱液位恒定。這樣就完畢了所規(guī)定控制任務(wù)。這些自動(dòng)控制裝置和被控工藝設(shè)備構(gòu)成了一種沒(méi)有人直接參加自動(dòng)控制系統(tǒng)。2.1.2整體方案本系統(tǒng)設(shè)計(jì)如下水箱液位為控制對(duì)象，以水泵為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以GEPACCPU310為主控制器。模仿輸入通道與液位傳感器相連，獲得輸入信號(hào)(即測(cè)量值信號(hào))，經(jīng)程序比較測(cè)量值與設(shè)定值偏差，通過(guò)對(duì)偏差P或PI或PID調(diào)節(jié)器得到控制信號(hào)(即輸值)，PAC通過(guò)模仿通道輸出控制信號(hào)到水泵，以控制出水口流量，從而達(dá)到控制水位目。為實(shí)現(xiàn)上位機(jī)軟件監(jiān)控，可通過(guò)IFIX組態(tài)軟件與PAC設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)互換，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)監(jiān)控、整定PID參數(shù)、保存實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)等功能。圖2-1方案構(gòu)造框圖2.1.3詳細(xì)流程該設(shè)計(jì)采用PACSystems完畢數(shù)據(jù)采集和對(duì)水泵等設(shè)備控制任務(wù)，運(yùn)用PID控制算法來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)液位控制，采用工程整定法對(duì)P、I、D三參數(shù)進(jìn)行整定，在IFIX組態(tài)環(huán)境下實(shí)現(xiàn)對(duì)水箱液位監(jiān)測(cè)控制，以及實(shí)時(shí)監(jiān)視被控對(duì)象運(yùn)營(yíng)狀態(tài)。詳細(xì)實(shí)行方案如下：1）畫(huà)出電氣連接圖以及液位控制系統(tǒng)框圖；2）擬定系統(tǒng)控制規(guī)定及元?dú)饧x型；3）對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行特性分析；4）控制方案擬定；5）控制系統(tǒng)硬件接線；6）對(duì)IFIX和PAC進(jìn)行軟件編程；7）系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)調(diào)試。2.2電氣原理圖見(jiàn)附錄2.3選型2.3.1M420變頻器參數(shù)設(shè)定表2-1變頻器參數(shù)設(shè)立參數(shù)號(hào)出廠值設(shè)立值闡明P000311設(shè)顧客訪問(wèn)級(jí)為原則級(jí)P001001迅速調(diào)試P010000工作地區(qū)：功率以KW表達(dá)，頻率為50HzP0304230380電動(dòng)機(jī)額定電壓（V）P03053.250.95電動(dòng)機(jī)額定電流（A）P03070.750.37電動(dòng)機(jī)額定功率（KW）P030800.8電動(dòng)機(jī)額定功率（COS￠）P03105050電動(dòng)機(jī)額定頻率(Hz)P0311102800電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速(r/min)2.3.2液位變送器液位變送器檢測(cè)元件是由壓力傳感器、測(cè)量電路和過(guò)程連接件三某些構(gòu)成。它能將測(cè)壓元件傳感器感受到氣體、液體等物理壓力參數(shù)轉(zhuǎn)變成原則電信號(hào)（如4~20mADC等），以供應(yīng)批示報(bào)警儀、記錄儀、調(diào)節(jié)器等二次儀表進(jìn)行測(cè)量、批示和過(guò)程調(diào)節(jié)。當(dāng)壓力信號(hào)作用于傳感器時(shí)，壓力變送器被測(cè)介質(zhì)兩種壓力通入高、低兩壓力室，低壓室壓力采用大氣壓或真空，作用在δ元件（即敏感元件）兩側(cè)隔離膜片上，通過(guò)隔離片和元件內(nèi)填充液傳送到測(cè)量膜片兩側(cè)。壓力變送器是由測(cè)量膜片與兩側(cè)絕緣片上電極各構(gòu)成一種電容器。當(dāng)兩側(cè)壓力不一致時(shí)，致使測(cè)量膜片產(chǎn)生位移，其位移量和壓力差成正比，故兩側(cè)電容量就不等，通過(guò)振蕩和解調(diào)環(huán)節(jié)，轉(zhuǎn)換成與壓力成正比電信號(hào)。經(jīng)差分放大和輸出放大器放大，最后經(jīng)V/A電壓電流轉(zhuǎn)換成與被測(cè)介質(zhì)（液體）液位壓力成線性相應(yīng)關(guān)系4-20mA原則電流輸出信號(hào)。擴(kuò)散硅壓力變送器具備工作可靠、性能穩(wěn)定、安裝使用以便、體積小、重量輕、性能價(jià)格比高等特點(diǎn)，能在各種正負(fù)壓力測(cè)量中得到廣泛應(yīng)用。采用進(jìn)口擴(kuò)散硅或芯體作為壓力檢測(cè)元件，傳感器信號(hào)經(jīng)高性能電子放大器轉(zhuǎn)換成0-10mA或4-20mA統(tǒng)一輸出信號(hào)?？纱胬鲜竭h(yuǎn)傳壓力表，霍爾元件、差動(dòng)變送器。2.4PID控制2.4.1PID指令簡(jiǎn)介GEPAC比例積分微分指令即PID指令其指令簡(jiǎn)介如下：SP：控制過(guò)程設(shè)定值，PID函數(shù)調(diào)節(jié)輸出控制變量以使過(guò)程變量等于設(shè)定值；PV：過(guò)程變量；MAN：手動(dòng)，如果設(shè)為1，PID塊為手動(dòng)調(diào)節(jié)模式，如果設(shè)為0，PID塊為自動(dòng)調(diào)節(jié)模式；UP：如果和MAN一起設(shè)為1，每調(diào)用一次PID函數(shù)，控制變量值（CV）加1；DN：如果和MAN一起設(shè)為1，每調(diào)用一次PID函數(shù)，控制變量值（CV）減1；CV：控制變量；PID函數(shù)參數(shù)塊。PID函數(shù)參數(shù)塊前13個(gè)字是可配備。各個(gè)字功能如表2-2所示。表2-2PID函數(shù)參數(shù)塊地址參數(shù)/描述低位單元范疇地址+0環(huán)號(hào)整型0～255地址+1運(yùn)算法則由CPU設(shè)定地址+2采樣時(shí)間10ms0～65535地址+3死區(qū)+PV計(jì)算0～32767地址+4死區(qū)-PV計(jì)算-32767～0地址+5比例增益KP設(shè)定為1代表1%CV%/PV%0.01CV%/PV%地址+6微分增益KD設(shè)定為1代表0.01秒0.01s0～327.67地址+7積分比率KI設(shè)定為1代表0.001秒累加值/1000s0～32.767累加值/秒地址+8CV誤差/輸出偏移CVCount-32768～32767地址+9、+10CV上下限幅CVCount-32768～32767地址+11最小回轉(zhuǎn)時(shí)間Second/FullTravel地址+12配備字使用低6位0～2位用于Error+/-OutPolarity，Deriv地址+13手動(dòng)命令CVCounts自動(dòng)模式下跟蹤C(jī)V值，手動(dòng)模式下設(shè)定CV2.4.2PID控制原理PID控制是控制系統(tǒng)中最慣用控制辦法，其控制框圖如圖2-2所示。被控量值由傳感器或變送器來(lái)檢測(cè)，這個(gè)值與給定值進(jìn)行比較，得到偏差，模仿調(diào)節(jié)器以一定控制規(guī)律使操作變量變化，以使偏差趨近于零，其輸出通過(guò)執(zhí)行器作用于過(guò)程。圖2-2PID控制原理圖2.4.3PID調(diào)節(jié)各個(gè)環(huán)節(jié)圖2-3PID基本框圖a、比例（P）控制比例控制是一種最簡(jiǎn)樸控制方式。其控制器輸出與輸入誤差信號(hào)成比例關(guān)系。當(dāng)僅有比例控制時(shí)系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差（Steady-stateerror）。b、積分（I）控制在積分控制中，控制器輸出與輸入誤差信號(hào)積提成正比關(guān)系。對(duì)一種自動(dòng)控制系統(tǒng)，如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個(gè)控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差或簡(jiǎn)稱有差系統(tǒng)（SystemwithSteady-stateError）。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必要引入“積分項(xiàng)”。積分項(xiàng)對(duì)誤差取決于時(shí)間積分，隨著時(shí)間增長(zhǎng)，積分項(xiàng)會(huì)增大。這樣，即便誤差很小，積分項(xiàng)也會(huì)隨著時(shí)間增長(zhǎng)而加大，它推動(dòng)控制器輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小，直到等于零。因而，比例+積分（PI）控制器，可以使系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無(wú)穩(wěn)態(tài)誤差。c、微分（D）控制在微分控制中，控制器輸出與輸入誤差信號(hào)微分（即誤差變化率）成正比關(guān)系。自動(dòng)控制系統(tǒng)在克服誤差調(diào)節(jié)過(guò)程中也許會(huì)浮現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。其因素是由于存在有較大慣性組件（環(huán)節(jié)）或有滯后（delay）組件，具備抑制誤差作用，其變化總是落后于誤差變化。解決辦法是使抑制誤差作用變化“超前”，即在誤差接近零時(shí)，抑制誤差作用就應(yīng)當(dāng)是零。這就是說(shuō)，在控制器中僅引入“比例”項(xiàng)往往是不夠，比例項(xiàng)作用僅是放大誤差幅值，而當(dāng)前需要增長(zhǎng)是“微分項(xiàng)”，它能預(yù)測(cè)誤差變化趨勢(shì)，這樣，具備比例+微分控制器，就可以提前使抑制誤差控制作用等于零，甚至為負(fù)值，從而避免了被控量嚴(yán)重超調(diào)。因此對(duì)有較大慣性或滯后被控對(duì)象，比例+微分（PD）控制器能改進(jìn)系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過(guò)程中動(dòng)態(tài)特性。2.4.3PID參數(shù)整定在數(shù)字PID控制中，由于采樣周期比較小，PID控制參數(shù)KP、TI、TD可以按模仿PID控制器中辦法來(lái)選取。在各種干擾下，被控量應(yīng)能保持在給定值附近。顯然，上述規(guī)定要都滿足是很困難，因而，必要依照詳細(xì)實(shí)際狀況，在滿足重要方面前提下，兼顧其她方面。在選取控制器參數(shù)前，應(yīng)一方面擬定控制器構(gòu)造。對(duì)于液位控制系統(tǒng)，普通慣用PI或PID控制器構(gòu)造，以保證被控系統(tǒng)穩(wěn)定，并盡量消除靜態(tài)誤差。PID參數(shù)選取慣用選取辦法有兩種：理論計(jì)算法和實(shí)驗(yàn)擬定法。理論計(jì)算法擬定PID控制參數(shù)前提是被控對(duì)象有精確數(shù)學(xué)模型，這在液位控制中往往難以做到。因而，用下列兩種實(shí)驗(yàn)擬定法來(lái)選取PID控制參數(shù)，就成為當(dāng)前經(jīng)常采用，并且行之有效辦法。試湊法試湊法是通過(guò)模仿或閉環(huán)運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)，來(lái)觀測(cè)系統(tǒng)響應(yīng)曲線，然后依照各控制參數(shù)對(duì)系統(tǒng)響應(yīng)大體影響來(lái)變化參數(shù)，重復(fù)試湊，懂得以為得到滿意響應(yīng)為止。試湊前，要先理解PID參數(shù)值對(duì)系統(tǒng)響應(yīng)影響。增大比例系數(shù)KP，普通可以加快系統(tǒng)響應(yīng)速度，有助于減少靜態(tài)誤差。但是，過(guò)大比例系數(shù)會(huì)使系統(tǒng)有較大超調(diào)，因而產(chǎn)生振蕩，破壞系統(tǒng)穩(wěn)定性。增大積分常數(shù)TI有助于減小超調(diào)，減少振蕩，使系統(tǒng)更穩(wěn)定。但系統(tǒng)靜態(tài)誤差消除將隨之減慢。增大微分常數(shù)TD也可以加快系統(tǒng)響應(yīng)，使超調(diào)量減少，穩(wěn)定性增長(zhǎng)，但系統(tǒng)抗干擾能力減少，對(duì)擾動(dòng)有明顯響應(yīng)。在考慮了以上參數(shù)對(duì)控制過(guò)程影響后，試湊時(shí)，可按先比例-后積分-再微分順序重復(fù)調(diào)試參數(shù)。詳細(xì)環(huán)節(jié)如下：一方面只調(diào)節(jié)比例某些，將比例系數(shù)由小到大，并觀測(cè)系統(tǒng)所相應(yīng)響應(yīng)，直到得到響應(yīng)快、超調(diào)量小響應(yīng)曲線為止。如果這時(shí)系統(tǒng)靜態(tài)誤差已在容許范疇內(nèi)，并且達(dá)到1/4衰減度響應(yīng)曲線，那么只需用比例調(diào)節(jié)器即可，比例系數(shù)KP可由此擬定。如果比例調(diào)節(jié)基本上，系統(tǒng)靜態(tài)誤差沒(méi)有達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)定，則必要加入積分環(huán)節(jié)，積分常數(shù)才試湊時(shí)，先給一種較大值，并將上一步調(diào)節(jié)時(shí)獲得比例系數(shù)略微減小，然后逐漸減小積分常數(shù)進(jìn)行試湊，并依照所獲得響應(yīng)曲線進(jìn)一步調(diào)節(jié)比例系數(shù)和積分常數(shù)，直到消除靜態(tài)誤差，并且能保持良好動(dòng)態(tài)性能為止。如果使用比例積分環(huán)節(jié)消除了靜態(tài)誤差，但系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能仍不能令人滿意，這時(shí)可加入微分環(huán)節(jié)。在試湊時(shí)，可先給一種很小微分常數(shù)，然后再逐漸增大，同步相應(yīng)地變化比例系數(shù)和積分常數(shù)，直到獲得滿意效果為止，被控對(duì)象不同和控制規(guī)定不同，所謂“滿意”效果也不同，由于比例、積分、微分三者控制作用有互相重疊之處，某一環(huán)節(jié)作用減小往往可以由其她環(huán)節(jié)作用來(lái)補(bǔ)償。因而，能達(dá)到“滿意”參數(shù)組合并不是唯一。2.經(jīng)驗(yàn)法經(jīng)驗(yàn)法是PID調(diào)節(jié)器三個(gè)參數(shù)、、整定一種辦法，也是工程上經(jīng)常使用一種辦法。所謂經(jīng)驗(yàn)法就是一種湊試法。它是通過(guò)模仿運(yùn)營(yíng)觀測(cè)系統(tǒng)響應(yīng)曲線（例如節(jié)約響應(yīng)），然后依照各調(diào)節(jié)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)相應(yīng)大體影響，重復(fù)湊試參數(shù)，以達(dá)到滿意響應(yīng)，從而擬定PID調(diào)節(jié)參數(shù)。增大比例系數(shù)，普通將加快系統(tǒng)響應(yīng)，有助于減小靜差，但過(guò)大比例洗漱會(huì)使系統(tǒng)有較大超調(diào)，并產(chǎn)生振蕩，削弱穩(wěn)定性。增大有助于減小超調(diào)，使系統(tǒng)穩(wěn)定，但系統(tǒng)靜差消除將減慢。增大有助于加快系統(tǒng)響應(yīng)，使超調(diào)減小，穩(wěn)定性增長(zhǎng)，但對(duì)于干擾信號(hào)抑制能力將削弱。在湊試時(shí)，可參照以上參數(shù)對(duì)控制過(guò)程影響趨勢(shì)，對(duì)參數(shù)進(jìn)行先比例，后積分，再微分整定環(huán)節(jié)。一方面整定比例某些。將比例系數(shù)由小變大，并觀測(cè)相應(yīng)系統(tǒng)響應(yīng)，直到得到反映快、超調(diào)小響應(yīng)曲線。如果系統(tǒng)沒(méi)有靜差或靜差小到容許范疇之內(nèi)，并且響應(yīng)曲線已屬滿意，那么只需要比例調(diào)節(jié)器即可，最優(yōu)比例系數(shù)可由次擬定。如果僅此調(diào)節(jié)比例調(diào)節(jié)器參數(shù)，系統(tǒng)靜差還達(dá)不到設(shè)計(jì)規(guī)定，則需加入積分。一方面置積分常數(shù)為一較大值，并將經(jīng)第一步整定得到比例系數(shù)略微縮小，然后減小積分常數(shù)，使系統(tǒng)在保持良好動(dòng)態(tài)性能狀況下，消除靜差。在此過(guò)程中，可依照響應(yīng)曲線好壞重復(fù)修改比例系數(shù)和積分常數(shù)，直到得到滿意成果。若使用比例積分器能消除靜差，但動(dòng)態(tài)過(guò)程經(jīng)重復(fù)調(diào)節(jié)后仍達(dá)不到規(guī)定，這時(shí)可加入微分。在整定期，先置微分常數(shù)為零，在第二步整定基本上，增大，同步相應(yīng)變化和，逐漸湊試，后來(lái)滿意調(diào)節(jié)成果和參數(shù)。實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)法調(diào)節(jié)PID參數(shù)辦法中較慣用是擴(kuò)充臨界比例度法，其最大長(zhǎng)處是，參數(shù)整定不依賴受控對(duì)象數(shù)學(xué)模型，直接在現(xiàn)場(chǎng)整定、簡(jiǎn)樸易行。3．?dāng)U充臨界比例度法臨界比例度法是一種非常知名PID控制器參數(shù)整定辦法，曾在工程上獲得廣泛應(yīng)用。該法不依賴于對(duì)象數(shù)學(xué)模仿參數(shù)，而是總結(jié)了前人理論和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)由公式得到PID控制器最優(yōu)整定參數(shù)。擴(kuò)充比例度法合用于有自平衡特性受控對(duì)象，是對(duì)持續(xù)-時(shí)間PID控制器參數(shù)整定臨界比例度法擴(kuò)充。整定環(huán)節(jié)：擴(kuò)充比例度法整定數(shù)字PID控制器參數(shù)環(huán)節(jié)是：預(yù)選取一種足夠短采樣周期。普通說(shuō)應(yīng)不大于受控對(duì)象純延遲時(shí)間十分之一。表2-3臨界振蕩整定計(jì)算公式 調(diào)節(jié)參數(shù)控制規(guī)律P2PI2.2/1.2PID1.60.50.25（2）用選定使系統(tǒng)工作。這時(shí)去掉積分作用和微分作用，將控制選取為純比例控制器，構(gòu)成閉環(huán)運(yùn)營(yíng)。逐漸減小比例度，即減小，直至系統(tǒng)對(duì)輸入階躍信號(hào)響應(yīng)浮現(xiàn)臨界振蕩（穩(wěn)定邊沿），將這時(shí)比例放大系數(shù)記為，臨界振蕩周期記為。（3）

依照表2-2臨界振蕩整定計(jì)算公式代入

、值，計(jì)算出調(diào)節(jié)器各個(gè)參數(shù)、、值。（4）依照上述計(jì)算成果設(shè)立調(diào)節(jié)器參數(shù)值。觀測(cè)系統(tǒng)響應(yīng)過(guò)程，若記錄曲線不符合規(guī)定期，再恰當(dāng)調(diào)節(jié)整定參數(shù)值。臨界振蕩整定計(jì)算公式如表2-3所示。2.5基于GEPACRX3i液位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.5.1系統(tǒng)控制原理該系統(tǒng)是一種基于模仿信號(hào)控制系統(tǒng)。由液位測(cè)量變送器、水泵變頻電機(jī)、水箱等設(shè)備構(gòu)成，液位測(cè)量變送器測(cè)量水箱水位高度范疇為0-31000mm，相應(yīng)輸出4-20mA電流信號(hào)，該信號(hào)送給RX3i內(nèi)，RX3i將該液位電壓信號(hào)作為PID塊PV值，與SP設(shè)定值相減，在PID塊內(nèi)進(jìn)行積分、比例、微分運(yùn)算后，最后輸出0-10V電壓信號(hào)到水泵變頻電機(jī)(0-10V信號(hào)相應(yīng)水泵變頻電機(jī)0-50HZ頻率)，控制變頻器轉(zhuǎn)速，控制出水量，從而達(dá)到控制水位高度目。圖2-7系統(tǒng)控制原理圖前一種調(diào)節(jié)器稱為主調(diào)節(jié)器，它所檢測(cè)和控制變量稱主變量（主被控參數(shù)），即工藝控制指標(biāo)；后一種調(diào)節(jié)器稱為副調(diào)節(jié)器，它所檢測(cè)和控制變量稱副變量（副被控參數(shù)），是為了穩(wěn)定主變量而引入輔助變量。整個(gè)系統(tǒng)涉及兩個(gè)控制回路，主回路和副回路。副回路由副變量檢測(cè)變送、副調(diào)節(jié)器、調(diào)節(jié)閥和副過(guò)程構(gòu)成；主回路由主變量檢測(cè)變送、主調(diào)節(jié)器、副調(diào)節(jié)器、調(diào)節(jié)閥、副過(guò)程和主過(guò)程構(gòu)成。一次擾動(dòng)：作用在主被控過(guò)程上，而不涉及在副回路范疇內(nèi)擾動(dòng)。二次擾動(dòng)：作用在副被控過(guò)程上，即涉及在副回路范疇內(nèi)擾動(dòng)。2.5.2硬件連接要進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，一方面應(yīng)當(dāng)做工作是在PME軟件中進(jìn)行硬件配備，本設(shè)計(jì)所涉及到硬件涉及背板IC695CHS012、CPU模塊IC695CPU310、通行模塊IC695ETM001、模仿量輸入模塊IC695ALG600、模仿量輸出模塊IC695ALG704?？紤]到所使用設(shè)備為實(shí)驗(yàn)室整體設(shè)備。因此本設(shè)計(jì)沒(méi)有卸載掉未用模塊。在PME中進(jìn)行硬件配備如圖2-8所示。圖2-8PME硬件配備本設(shè)計(jì)進(jìn)行以太網(wǎng)通信進(jìn)行有關(guān)配備。一方面把RX3i暫時(shí)IP設(shè)立成192.168.1.46。然后進(jìn)行如圖2-9和圖2-10所示配備。圖2-9網(wǎng)絡(luò)配備a圖2-10網(wǎng)絡(luò)配備b需要對(duì)模仿量輸入/輸出模塊進(jìn)行通道選取并設(shè)立相應(yīng)參數(shù)。本設(shè)計(jì)模仿量輸入模塊采用IC695ALG600通道2，可以檢測(cè)到0到10V電壓，如圖2-11所示。輸出模塊采用IC695ALG704通道4，可以輸出0到10V電壓進(jìn)行控制水泵變頻電機(jī)，如圖2-12所示。圖2-11模仿量輸入?yún)?shù)配備圖2-12模仿量輸出參數(shù)配備2.5.3軟件設(shè)計(jì)依照實(shí)際狀況，分派I/O地址，如表2-4所示。該系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程圖如圖2-13所示。表2-4程序I/O地址及變量表輸入地址功能輸出地址功能I00017啟動(dòng)Q00001變頻器得電I00018停止Q00002變頻器使能I00019液位控制Q00003上比例閥I00020壓力控制Q00004加熱棒I00021流量控制Q00005下比例閥I00022電磁閥啟動(dòng)AQ00001變頻器電壓I00023溫度控制AI0001液位輸入AI0002溫度輸入主程序模塊液位溫度壓力流量2.6基于iFIX液位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.6.1iFIX開(kāi)發(fā)流程IFIX是GEFanuc過(guò)程解決及監(jiān)控產(chǎn)品中一種核心組件，是全球最領(lǐng)先HMI/SCADA自動(dòng)化監(jiān)控組態(tài)軟件。它可覺(jué)得精確開(kāi)放安全數(shù)據(jù)采集及管理公司級(jí)生產(chǎn)過(guò)程提供一整套解決方案。是世界領(lǐng)先工業(yè)自動(dòng)化軟件解決方案，提供了生產(chǎn)操作過(guò)程可視化、數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)監(jiān)控。IFIX可以精準(zhǔn)地監(jiān)視、控制生產(chǎn)過(guò)程，并優(yōu)化生產(chǎn)設(shè)備和公司資源管理。它可以對(duì)生產(chǎn)事件迅速反映，減少原材料消耗，提高生產(chǎn)率，從而加快產(chǎn)品對(duì)市場(chǎng)反映速度，提高顧客收益。IFIX開(kāi)發(fā)流程圖如圖2-14所示。圖2-14IFIX開(kāi)發(fā)流程圖2.6.2創(chuàng)立驅(qū)動(dòng)配備良好開(kāi)端是成功一半，采集數(shù)據(jù)是iFix最基本功能。諸多人以為，能采集到數(shù)據(jù)就算完畢了設(shè)計(jì)一半。而驅(qū)動(dòng)配備與采集數(shù)據(jù)直接有關(guān)。在進(jìn)行驅(qū)動(dòng)配備之前應(yīng)保證使本機(jī)IP與PLCIP處在同一種網(wǎng)段，子網(wǎng)掩碼相似，關(guān)閉防火墻。然后在用Ping命令測(cè)試一下本機(jī)與否與PLC連。下面就簡(jiǎn)介本設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)配備。圖2-15工程配備圖2-16驅(qū)動(dòng)配備a一方面運(yùn)營(yíng)“系統(tǒng)配備文獻(xiàn)SCU”，打開(kāi)SCADA組態(tài)，添加GE9驅(qū)動(dòng)。在圖2-15中，雙擊GE9，選取UseLocalServer,進(jìn)入驅(qū)動(dòng)配備界面，如圖2-16所示，點(diǎn)擊，添加通道，勾上Enable屬性。點(diǎn)擊，添加Device，輸入PLC設(shè)備IP地址192.168.1.46，勾上Enable屬性，如圖2-17所示。最后點(diǎn)擊，添加Datablock,對(duì)數(shù)據(jù)塊進(jìn)行設(shè)立，如圖2-18所示。圖2-17驅(qū)動(dòng)配備b圖2-18驅(qū)動(dòng)配備c2.6.3創(chuàng)立組態(tài)畫(huà)面至此，已經(jīng)創(chuàng)立好了液位控制系統(tǒng)iFix工程，并進(jìn)行了驅(qū)動(dòng)等有關(guān)配備。接下來(lái)進(jìn)行液位控制系統(tǒng)監(jiān)控界面設(shè)計(jì)。啟動(dòng)iFix軟件yeiwei工程，就可覺(jué)得工程創(chuàng)立各種界面。本設(shè)計(jì)創(chuàng)立了現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、監(jiān)控主界面、報(bào)警顯示及趨勢(shì)曲線五個(gè)監(jiān)控界面。每個(gè)界面上生成有有關(guān)聯(lián)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)圖像對(duì)象。這些畫(huà)面都是由iFix組態(tài)軟件提供豐富圖形對(duì)象構(gòu)成，重要從圖符集中調(diào)出，運(yùn)用iFix可以兼容第三方圖庫(kù)，可以創(chuàng)造出精美而實(shí)用畫(huà)面。系統(tǒng)為顧客提供了直線、橢圓、矩形、多邊形、文本等基本圖形對(duì)象，也提供了趨勢(shì)曲線窗口、按鈕、報(bào)表、報(bào)警一覽等復(fù)雜圖形對(duì)象。iFix提供非常和諧圖形設(shè)計(jì)界面，也涉及人們都熟知且易上手編輯操作，涉及對(duì)圖形移動(dòng)、縮放、復(fù)制、粘貼、刪除、對(duì)齊等。iFix采用面向?qū)ο缶幊碳夹g(shù)，使顧客可以以便地建立畫(huà)面圖形界面。顧客構(gòu)圖時(shí)可以像搭積木那樣運(yùn)用系統(tǒng)提供圖形對(duì)象完畢畫(huà)面設(shè)計(jì)。同步支持畫(huà)面之間圖形對(duì)象拷貝，可重復(fù)使用此前設(shè)計(jì)圖形。1.定義新畫(huà)面啟動(dòng)iFix工作臺(tái)，在系統(tǒng)樹(shù)上選中“畫(huà)面”，右鍵“新建畫(huà)面”。彈出新建畫(huà)面對(duì)話框，可進(jìn)行選取建立滿足你需求屬性畫(huà)面。2.工具欄工具欄提供了涉及圖形、數(shù)據(jù)戳、報(bào)警一覽等各種圖形對(duì)象。展開(kāi)“系統(tǒng)樹(shù)下項(xiàng)目工具欄文獻(xiàn)”，選取“工具欄”，會(huì)展開(kāi)各種工具，里面提供了各種可以控制對(duì)象。3.圖符集圖符集提供了各種生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)等設(shè)備，是iFix進(jìn)行界面設(shè)計(jì)不可缺少部件。涉及批示燈、泵、閥、灌、管道等。在本設(shè)計(jì)中重要用到圖形對(duì)象重要有按鈕、批示燈、數(shù)據(jù)戳、報(bào)警一覽、矩形，運(yùn)用iFix提供各種編輯功能完畢液位控制系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)，圖2-19為本設(shè)計(jì)監(jiān)控主界面。圖2-19液位控制系統(tǒng)監(jiān)控主界面2.6.4構(gòu)造數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)庫(kù)是組態(tài)軟件核心。工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)狀況要反映在監(jiān)控界面上。計(jì)算機(jī)操作發(fā)送指令需要迅速傳送到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)。所有這一切實(shí)現(xiàn)都離不開(kāi)數(shù)據(jù)庫(kù)這個(gè)中間環(huán)節(jié)。因此說(shuō)數(shù)據(jù)庫(kù)是生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)和監(jiān)控橋梁。iFix提供了數(shù)據(jù)管理器來(lái)管理數(shù)據(jù)庫(kù)。相稱于組態(tài)王中“數(shù)據(jù)詞典”。數(shù)據(jù)庫(kù)有數(shù)據(jù)庫(kù)標(biāo)簽構(gòu)成，數(shù)據(jù)庫(kù)標(biāo)簽記錄了顧客所使用變量詳細(xì)信息。數(shù)據(jù)庫(kù)標(biāo)簽分為一級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)標(biāo)簽和二級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)標(biāo)簽。一級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)標(biāo)簽是用來(lái)發(fā)送和接受來(lái)自DIT表數(shù)據(jù)，普通有掃描時(shí)間，與I/O硬件有關(guān)。二級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)標(biāo)簽大多數(shù)從鏈上游發(fā)送和接受數(shù)據(jù)。一種數(shù)據(jù)庫(kù)標(biāo)簽涉及變量名、描述、數(shù)據(jù)塊類型、I/O地址、所用驅(qū)動(dòng)設(shè)備、工程單位等屬性。變量名是由顧客取能唯一標(biāo)記變量字符串。描述用于描述該變量功能。數(shù)據(jù)塊類型又分為模仿量報(bào)警、模仿量輸入、模仿量輸出、模仿量寄存器、布爾、計(jì)算、數(shù)字量報(bào)警、數(shù)字量輸入、數(shù)字量輸出、數(shù)字量寄存器。I/O地址指明變量數(shù)據(jù)來(lái)源。工程單位表白數(shù)據(jù)取值范疇。本設(shè)計(jì)建立1個(gè)名為YEIWEIAI類型（模仿量輸入標(biāo)簽），用于采集傳感器傳送過(guò)來(lái)電壓信號(hào)，即反映液位高度值；5個(gè)AR類型（模仿量寄存器類型）標(biāo)簽，分別是KP、KI、KD、T、SP，分別代表PID參數(shù)比例常數(shù)、積分系數(shù)微分系數(shù)、采樣時(shí)間及設(shè)定值；1個(gè)CA塊是YEIWEI下一塊，計(jì)算實(shí)際高度值，最后顯示到界面上；尚有各種DR類型變量，用于開(kāi)關(guān)量控制。如圖2-20所示。圖2-20系統(tǒng)所用數(shù)據(jù)庫(kù)標(biāo)簽2.6.5建立動(dòng)畫(huà)動(dòng)畫(huà)事實(shí)上也是對(duì)象，用于iFIX中進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞。指在數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)變量與畫(huà)面圖形對(duì)象之間建立一種關(guān)系。當(dāng)為一種對(duì)象定義動(dòng)畫(huà)時(shí)，動(dòng)畫(huà)對(duì)象被加入原對(duì)象屬性中，顧客可以看到對(duì)象執(zhí)行可視化及其她功能動(dòng)作，事實(shí)上動(dòng)畫(huà)是對(duì)象屬性，而不是對(duì)象自身，數(shù)據(jù)源是用來(lái)完畢動(dòng)畫(huà)值，由于動(dòng)畫(huà)變化了對(duì)象屬性，因此只有在屬性接受數(shù)據(jù)后，才干用于動(dòng)畫(huà)對(duì)象屬性，所有動(dòng)畫(huà)都可用VBA腳本完畢。在監(jiān)控界面形象表達(dá)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備工作狀況并依照現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)變換而變化，這里需要進(jìn)行動(dòng)畫(huà)連接。右鍵對(duì)象，選取動(dòng)畫(huà)，進(jìn)入對(duì)象基本動(dòng)畫(huà)對(duì)話框設(shè)立界面。涉及顏色、移動(dòng)、填充、命令和高檔動(dòng)畫(huà)。本設(shè)計(jì)用最多是命令中單擊下各種專家。在自動(dòng)/手動(dòng)無(wú)擾切換過(guò)程中用到了打開(kāi)數(shù)字量專家/關(guān)閉數(shù)字量專家，在界面切換時(shí)用到了替代畫(huà)面專家。為了顯示液位高度，本設(shè)計(jì)還用到了動(dòng)畫(huà)填充比例動(dòng)畫(huà)功能。圖.2-21動(dòng)畫(huà)構(gòu)造圖三、安裝、調(diào)試3.1通訊調(diào)試在完畢了各項(xiàng)配備之后，就可以對(duì)數(shù)據(jù)服務(wù)器“站點(diǎn)”（PC機(jī)）中“I/O采集站”（RX3i）進(jìn)行通訊調(diào)試了，一方面要看驅(qū)動(dòng)與否可以正常采集到數(shù)據(jù)。在驅(qū)動(dòng)配備中，由停止模式切換到運(yùn)營(yíng)模式，從配備模式轉(zhuǎn)換到顯示模式，會(huì)顯示如圖5-8所示圖形。如果顯示good,那么驅(qū)動(dòng)可以正常采集到數(shù)據(jù)，并且可以查看傳送數(shù)據(jù)和接受數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)。如果顯示為Bad,則驅(qū)動(dòng)程序和RX3i不能正常通訊。圖3-1通訊測(cè)試3.2數(shù)據(jù)連接調(diào)試如果驅(qū)動(dòng)程序可以和RX3i進(jìn)行正常通訊，接下來(lái)需要測(cè)試數(shù)據(jù)庫(kù)標(biāo)簽與否與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)相符，本設(shè)計(jì)中，打開(kāi)數(shù)據(jù)庫(kù)管理器，進(jìn)行不斷刷新數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)會(huì)隨著現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備變化而變化，以液位高度為例，本設(shè)計(jì)水箱液位高度從0到310變化時(shí)，數(shù)據(jù)庫(kù)中YEIWEI值從-26000到32767變化。然后測(cè)試監(jiān)控界面與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與否有關(guān)聯(lián)起來(lái)。將iFix從編輯模式切換到運(yùn)營(yíng)模式（點(diǎn)擊或者按Ctrl+W）。本設(shè)計(jì)中，應(yīng)當(dāng)