应用PAC技术设计的温度控制自动化实验系统

  本文设计了一个基于PAC的温度控制自动化实验系统。本实验系统以信号盒和信号发生器产生的模拟信号为被控对象,能够较好地实现被控对象的自动化控制。

  本系统模拟化工过程稀释罐、反应罐液位和反应罐温度的变化,对这一过程进行监控。系统使用ADAM5510KW作为现场数据采集和监控设备,ADAM5018采集温度,由ADAM5017采集液位,ADAM5060控制启停开关、原料进口阀、水进口阀、原料出口泵、成品出口泵,ADAM5080采集成品出口流速。

  这些量都是假设的,是由信号盒和信号发生器产生,主要为了便于学习设备和软件。上位机监控程序使用Aotoview编写。作为一个完整的控制系统,本系统具备以下组成部分,如图1所示。

  本实验系统采用研华的LABS-1000DEMO箱中温度加热控制器来实现对反应罐温度的变化模拟,控制对象是温度箱的温度,以5510KW进行温度PID控制,通过调节风扇的启停来控制温度箱温度。

  用信号盒产生的信号模拟液位的变化,通过调节信号强弱,从上微机系统画面观测液位的变化。用信号发生器产生实验需要的模拟流速,并通过上位机监控画面的启/停开关完成继电器开合,成功的完成对原料进口阀、水进口阀、原料出口泵、成品出口泵的模拟控制[5]。

  ADAM-5510KW系统是模块化的结构,控制范围包括直接插入本地的I/O模块和通过RS-485网络连接的ADAD-4000系列远程I/O模块。

  (1)I/O模块和底座连接时,要把模块和底座的上下插槽对准,固定后把固定夹推入以使模块牢固地连接到系统上。

  (2)I/O模块与设备的连接,连线mm,导线不能有接头,使用线鼻子,输入线和输出线远离,避免导线弯折,同时避免靠近高压线)接口的连接

  面板安装时,为保证有良好的通风条件,系统需要水平安装,不垂直安装、倒装或在光滑水平向上安装;在导轨上安装系统,应该在导轨的两头加装堵头,防止系统在导轨上水平滑动,当系统安装在导轨上,上推系统底部锁定开关,把系统锁定在导轨上。

  在程序中直接调用Multiprog软件中ProconOS.fwl中的FPID功能块,ADAM-5018的每一路输入即对应该FPID功能块的PV值,PID运算后的MV值经比例关系调整并对应到ADAM-5024的输出;对于FPID的SV、KP、TI、TD、手动/自动无扰切换等均可通过组态软件来进行设置。

  (1)动态图形显示建立画面的图素与数据库变量的对应关系。建立动画连接后,根据数据库中变量的变化,图形对象可以按动画连接的要求进行改变。一个图形对象可以同时定义多个动画连接,从而可以实现复杂的动画功能。

  实时趋势用于实时显示数据的变化情况。在画面运行时实时趋势曲线对象由系统自动更新。数据将从趋势的右边进入,同时趋势将从右向左移动。

  本功能可以应用于报警信息的传送,在现场无人职守的情况下如果产生报警,可在报警预置自定义函数中定义发送Email信息。

  运行报警和事件记录是实验系统中必不可少的功能,当变量的数值或数值的变化异常时,将产生报警,以便操作者采取必要的措施。报警的记录可以是文本文件、开放式数据库或打印机。另外,用户可以从人机界面提供的报警窗中查看报警和事件信息。(5)通信模块

  Autoview完全基于网络的概念,是一种真正的客户/服务器模式,支持分布式历史数据库和分布式报警系统,可运行在基于TCP/IP网络协议的网上,使用户能够实现上、下位机以及更高层次的连网。假设网络节点“数据采集站”直接从工业现场采集数据,变量名为“反应罐温度”,网络工程人员在节点“调度室”上查看此数据。网络参数和I/O变量已按上节所述方法正确设置。启动节点“数据采集站”上的“Autoview”画面运行系统TouchVew,在“Autoview”信息窗口中可以看到网络连接的过程:初始化TCP/IP网络完成后开始采集数据。

  1)PID功能调用FPID功能块即可方便实现;PID调节时,手动/自动无扰切换、SV、KP、TI、TD等参数可经过Modbus协议与上位机组态软件的人机接口连接,并方便更改设置等。2)模拟量输入部分:将5017模块中16位A/D的采集信号转换为-20~ +20mA的物理值,并送入FPID功能块的“X”,对应为PV值。

  3)模拟量输出部分:12位D/A的5024模块输出范围是:4-20mA;将Yout值(对应MV)转换为0-4095之间的DA值送入ADAM-5024输出到固态继电器。

  4)在调试PID参数时,调节效果PV值也可通过Modbus协议上传到组态软件中进行曲线显示,察看调节效果。

  完整的控制程序由加热程序设计、采集温度程序设计、高低温控制设计、程序设计、显示程序设计各部分程序构成,就可以实现整个系统的设计,将程序下载到可编程序自动化控制器,从而实现完整的温度控制系统。

  (2)在上位机组态软件中,调节KP和TI两个参数,TD=0.0,对Set Point进行设置,并显示PV(红色曲线)和YOUT(绿色曲线 控制曲线

  本设计在深入研究了可编程序控制器实验的基础上,从现场应用的角度设计了以可编程自动化控制器(PAC)为基础的温度自动控制实验系统,应用PAC及相关技术,完成了对温度的自动控制。结合上位机的组态软件让使用者在最快的时间之内学会在PAC平台上搭建一个完整的自动化控制系统。

  

  (摘编自《电气技术》,原文标题为“基于PAC的温度控制自动化实验系统设计”,作者为任永辉。)

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