序論：寫作是一種深度的自我表達。它要求我們深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隱藏在內(nèi)心深處的真相，好投稿為您帶來了七篇過程控制系統(tǒng)范文，愿它們成為您寫作過程中的靈感催化劑，助力您的創(chuàng)作。

篇(1)

控 制 統(tǒng)設(shè) 計

系

目錄

1．系統(tǒng)控制要求 ······························································································ 4 2．系統(tǒng)硬件設(shè)計 ······························································································ 4

2.1 方案論述····························································································· 4 2.2 主要控制器件選擇 ················································································ 6

2.2.1 PLC的選擇 ················································································· 6 2.2.2變頻器的選擇 ·············································································· 7 2.2.3溫度變送器的選擇 ········································································ 8 2.2.4流量變送器的選擇 ········································································ 9 2.2.5 壓力變送器的選擇 ······································································· 9 2.2.6液位變送器的選擇 ······································································· 10 2.2.7 觸摸屏的選擇 ············································································ 10 2.2.8 A/D模塊的選擇 ·········································································· 11 2.2.9 D/A模塊的選擇 ·········································································· 12 2.3 系統(tǒng)其它設(shè)備及元器件規(guī)格 ··································································· 14 2.4 系統(tǒng)電氣原理 ····················································································· 14 3．系統(tǒng)軟件設(shè)計 ····························································································· 16

3.1 變頻器配置 ························································································· 16

3.1.1 變頻器配置參數(shù) ········································································· 16 3.1.2 FR-D700系列的操作面板 ······························································ 17 3.1.3 變頻器的運行模式 ······································································ 18 3.2 PLC程序設(shè)計 ····················································································· 19 3.3 觸摸屏界面設(shè)置 ·················································································· 20 4．安全文明規(guī)范操作 ······················································································· 26 5．系統(tǒng)安裝與調(diào)試 ·························································································· 26

5.1 系統(tǒng)安裝···························································································· 26 5.2 系統(tǒng)調(diào)試···························································································· 26

5.2.1 硬件調(diào)試 ·················································································· 26 5.2.2 軟件調(diào)試 ·················································································· 27

6．總結(jié) ········································································································· 27 7．附錄 ········································································································· 28

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摘要

【摘要】隨著科技的發(fā)展社會的進步，人們對工業(yè)控制的要求越來越高。本文主要介紹了如何利用觸摸屏、變頻器、PLC 、AD 模塊、DA 模塊與各種變送器設(shè)計出過程控制系統(tǒng)。利用該系統(tǒng)來準(zhǔn)確、及時、有效的控制溫度、壓力、流量和液位。

【關(guān)鍵詞】過程控制；觸摸屏；變頻器；PLC ；PID 運算。

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1、系統(tǒng)控制要求

液位、壓力、流量過程控制系統(tǒng)由一臺帕斯卡微泵驅(qū)動，該泵的速度利用三菱PLC 由PID 指令運算產(chǎn)生的數(shù)字量經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換成的模擬量控制，以實現(xiàn)恒液位、恒壓力、恒流量；恒溫度過程控制采用加熱棒控制。

（1）系統(tǒng)配置：PLC （含 D/A、A/D模塊） 、變頻器、觸摸屏、帕斯卡微泵、液位計變送器、壓力變送器、渦輪流量變送器、溫度變送器。

（2）系統(tǒng)連接：從工作臺的電源板用安全插線引出電源到電源端子排，變頻器連接 PLC的 D/A ，觸摸屏利用串口通訊連接 PLC ，用于參數(shù)設(shè)定及顯示，壓力、流量、液位及溫度傳感器與A/D模塊連接。

（3）觸摸屏界面編制：開關(guān)、指示燈在觸摸屏第一頁顯示，液位、流量、壓力、溫度在此頁面選擇。液位、流量、溫度、壓力頁面分別顯示每個傳感器所對應(yīng)的實際值、設(shè)定值和對P 、I 、D 的設(shè)置。

2、系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1 方案論述

本系統(tǒng)通過PLC 、變頻器實現(xiàn)了對電動機的轉(zhuǎn)速控制，并通過觸摸屏實現(xiàn)了實際設(shè)定和實測數(shù)值的顯示。通過編寫程序使得PLC 輸出變頻器的啟動信號，同時通過PLC （A/D模塊）的運算處理把通過液位傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器、流量傳感器采集的這一模擬量（電流）轉(zhuǎn)換成數(shù)字量輸入，PLC （D/A模塊）通過運算輸出啟動信號和頻率信號轉(zhuǎn)換成的模擬量（電流信號）給變頻器，變頻器按照給定的頻率信號，實時輸出不同頻率的電流從而改變電機的轉(zhuǎn)速， PLC和觸摸屏進行通訊，把傳感器讀出的這一數(shù)據(jù)量通過PLC 運算在觸摸屏上進行顯示。本系統(tǒng)是實時信號輸入，實時反饋信號，并且實時顯示數(shù)據(jù)值。

該系統(tǒng)的主要硬件配置為PLC 、變頻器、觸摸屏、SBWZP 型溫度變送器、LWGY-A 型渦輪流量傳感器、AOB-131型壓力變送器、GB2100A 型液位傳感器、加熱棒各一個和一臺三相異步電機，其框圖如圖2-1所示, 其軟件流程圖如2-2所示。

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圖2-1 系統(tǒng)主要硬件

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圖2-2軟件流程圖

2.2 主要控制器件選擇

2.2.1 PLC的選擇

由于此控制系統(tǒng)采用液位傳感器、壓力變送器、流量傳輸器、溫度變送器對水位、水壓力、水流量、水溫進行實時測量，并根據(jù)設(shè)定值計算控制電機的轉(zhuǎn)速、加熱棒加熱時間，并將此數(shù)值和溫度值反饋至觸摸屏加以顯示。因此，在選擇PLC 時，要考慮PLC 的功能是否滿足題目要求，而且在在根據(jù)實驗室的現(xiàn)有設(shè)備，

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本系統(tǒng)選擇了FX3U 系列的PLC ，F(xiàn)X3U 系列PLC 是FX2N 系列的升級產(chǎn)品，具有功能強大、速度快、容量大、性價比高等特點完全滿足此控制系統(tǒng)的控制要求。PLC 另外承擔(dān)的任務(wù)是通過輸出點的開關(guān)信號控制變頻器的啟停、脈沖信號控制繼電器的閉合，因此在選擇PLC 輸出點類型時，采用繼電器、晶體管輸出型均可，綜上所述，采用實驗室現(xiàn)有的PLC 型號：FX3U-32M 作為系統(tǒng)的控制器，各部位名稱如圖2-6所示。

【1】 上蓋板 【2】 電池蓋板 【3】 連接特殊適配器

用的卡扣

【11】 連接擴展設(shè)備用的連接器蓋板

【4】 功能擴展板部分的

空蓋板 【5】 RUN/STOP開關(guān)

【6】 連接外圍設(shè)備用的連接口 【7】 安裝DIN 導(dǎo)軌用的卡扣

【13】 顯示輸出用的LED 【12】 顯示運行狀態(tài)的LED 【9】 顯示輸入用的LED 【10】 端子排蓋板

【8】 型號顯示

圖2-6三菱FX3u 型PLC-32MR 的各部位名稱

三菱FX3u-32M 型PLC 的主要特點有可編程控制器上直接接線的輸入輸出（最大256點）和網(wǎng)絡(luò)（CC-Link ）上的遠程I/O（最大256點）的合計點數(shù)可以擴展到384點；輸入輸出的擴展設(shè)備可以連接FX3u 系列的輸入輸出擴展單元/模塊；可以通過內(nèi)置開關(guān)進行RUN/STOP的操作，也可以從通用的輸入端子或外圍設(shè)備上發(fā)出RUN/STOP的指令；通過計算機用的編程軟件，可以在可編程控制器RUN 時更改程序。 2.2.2變頻器的選擇

變頻器在此控制系統(tǒng)中主要根據(jù)實際反饋的數(shù)值對三相導(dǎo)步電動機進行調(diào)速，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計方案中，采用變頻器的模擬量輸入功能即可滿足題目要求，對變頻器的其他功能沒有太高要求，普通變頻器即可滿足要求。因此，選擇實驗室現(xiàn)有的變頻器型號：FR-D700。

變頻器頻率給定通道有兩種選擇方案，一種是采用外部輸入模擬量信號給定，即通過變頻器的模擬量端子從外部輸入模擬量信號（電壓或電流）進行給定，

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并通過調(diào)節(jié)模擬量的大小來改變變頻器的輸出頻率。需要PLC 連接D/A特殊功能模塊，優(yōu)點：PLC 程序編制簡單方便、工作穩(wěn)定。缺點：在大規(guī)模生產(chǎn)線中，控制電纜較長，尤其是D/A模塊采用電壓信號輸出時，線路有較大的電壓降，影響了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。另一種是采用端子脈沖給定，即通過變頻器的特定的高速開關(guān)端子從外部輸入脈沖序列信號進行頻率給定，并通過調(diào)節(jié)脈沖的頻率來改變變頻器的輸出頻率。由PLC 輸出點產(chǎn)生可調(diào)脈沖，要求PLC 的輸出類型為晶體管型，且輸出脈沖頻率達50KHZ 。

根據(jù)以上分析及實驗室現(xiàn)有條件，采用外部輸入模擬量（電流）信號作為變頻器的頻率給定通道。

變頻器與PLC 的接線如圖2-7所示，變頻器的STF 接控制電機的線圈Y6、SD 接公共端COM2，變頻器的U 、V 、W 分別接電機的三根相線，因為變頻器的模擬量輸入我們用的是電流輸入，而且是通道一，所以變頻器的4端與D/A模塊的IOUT1相接，5接公共端COM1。并且在D/A模塊和變頻器接線的時候用的線是屏蔽線，這樣能夠很好的避免電壓信號的干擾。

圖2-7 變頻器與PLC 的接線

2.2.3溫度變送器的選擇

熱電偶溫度變送器的工作原理是，兩種不同成分的導(dǎo)體兩端經(jīng)焊接、形成

回路，當(dāng)測量端和參比端存在溫差時，就會在回路中產(chǎn)生熱電流，接上顯示儀表，儀表上就指示出熱電偶所產(chǎn)生的熱電動勢的對應(yīng)溫度值。

根據(jù)實際情況的設(shè)備，本文所選的溫度變送器的規(guī)格如表2-1所示。

表2-1 溫度變送器規(guī)格表

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2.2.4流量變送器的選擇

渦輪流量傳感器是一種精密流量測量儀表，與相應(yīng)的流量積算儀表配套可用于測量液體的流量和總量。

其工作原理：流體流經(jīng)傳感器殼體，由于葉輪的葉片與流向有一定的角度，流體的沖力使葉片具有轉(zhuǎn)動力矩，克服摩擦力矩和流體阻力之后葉片旋轉(zhuǎn)，在力矩平衡后轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，在一定的條件下，轉(zhuǎn)速與流速成正比，由于葉片有導(dǎo)磁性，它處于信號檢測器的磁場中，旋轉(zhuǎn)的葉片切割磁力線，周期性的改變著線圈的磁通量，從而使線圈兩端感應(yīng)出電信號，此信號經(jīng)過處理后，可遠傳至顯示儀表，顯示出流體的瞬時流量和累計量。

根據(jù)實際情況的設(shè)備，本文所選的溫度變送器的規(guī)格如表2-2所示。

表2-2 流量傳感器規(guī)格表

2.2.5 壓力變送器的選擇

壓力變送器主要由測壓原件傳感器（也稱作壓力傳感器）、測量電路和過程連接件三部分組成。它能將測壓元件傳感器感受到的氣體、液體等物理壓力參數(shù)轉(zhuǎn)變成標(biāo)準(zhǔn)的電信號（如4~20MADC等）， 以供給指示報警儀、記錄儀、調(diào)節(jié)器等二次儀表進行測量、指示和過程調(diào)節(jié)。

工作原理:當(dāng)壓力信號作用于傳感器時，壓力傳感器將壓力信號轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)差分放大和輸出放大器放大，最后經(jīng)電流轉(zhuǎn)換成與被測介質(zhì)（液體）的液位壓力成線性對應(yīng)關(guān)系的4-20MA 標(biāo)準(zhǔn)電流輸出信號。

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根據(jù)實際情況的設(shè)備，本文所選的溫度變送器的規(guī)格如表2-3所示。

表2-3 壓力變送器規(guī)格表

2.2.6液位變送器的選擇

S18UIA 工作原理：可分為四個區(qū)域，最小和最大工作范圍，近限和遠限設(shè)定點。

（1）檢測物體在最小和最大工作范圍內(nèi)，電源指示燈變?yōu)榫G色，代表物體在可工作區(qū)域內(nèi)；

（2）檢測物體在近限和遠限設(shè)定點內(nèi)，信號指示燈變?yōu)辄S色，代表物體在 設(shè)定點范圍內(nèi)，有信號輸出；

（3）檢測物體在最小和最大工作范圍外，電源指示燈變?yōu)榧t色，信號指示燈變?yōu)榘咨?，代表物體在工作范圍外，無信號輸出。

根據(jù)實際情況的設(shè)備，本文所選的液位傳感器的規(guī)格如表2-4所示。

表2-4

液位變送器規(guī)格表

2.2.7 觸摸屏的選擇

觸摸屏的主要作用是從觸摸點檢測裝置上接收觸摸信息，并將它轉(zhuǎn)換成觸點

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坐標(biāo)，再送給CPU ，它同時能接收CPU 發(fā)來的命令并加以執(zhí)行。在此控制系統(tǒng)中，觸摸屏提供系統(tǒng)的啟動與停止信號并設(shè)定P 、I 、D 值和所需的數(shù)值，顯示實際中的設(shè)定值和傳感器的輸入值，因此，普通的觸摸屏便可滿足要求，選擇了實驗室內(nèi)現(xiàn)有三菱GT15觸摸屏，該觸摸屏具有表現(xiàn)力豐富的字體、語言切換畫面制作簡單、支持USB 接口/FA透明傳輸?shù)忍攸c，并能同時讓電腦監(jiān)測程序運行狀況，提高了工作效率，縮短了啟動與調(diào)試時間，完全滿足此系統(tǒng)的控制要求。 2.2.8 A/D模塊的選擇

A/D模塊的外部聯(lián)接則需根據(jù)外界輸入的電壓或電流量不同而有所不同，選擇分辨率為12位的A/D模塊。 由需要四路輸入方可滿足要求，因此，選擇了FX2N-2AD 作為模擬量的輸入模塊。FX2N -2AD有2個輸入通道，分別為通道1（CH1）、通道2（CH2）。每一通道都可以進行A/D轉(zhuǎn)換，輸入的模擬值范圍，電壓為 DC-10V ～ +10V，DC0V ～ +5V， DC-4MA ～+20MA，分辨率為2.5MV,1. 25MV ，4uA 。

D/A轉(zhuǎn)換模塊提供了12位高精度分辨率（包括符號）；2通道電壓輸入（DC0～+10V，DC0～+5V）或電流輸出（DC4～+20MA）；對每一通道，可以規(guī)定電壓或電流輸入。FX2N —2AD 模擬量輸入模塊的性能見表2-5。

表2-5 FX2N—2DA 模擬量輸入模塊的性能

A/D轉(zhuǎn)換的關(guān)系有電壓和電流輸入兩種形式，本系統(tǒng)設(shè)計采用電電流輸入模式。其轉(zhuǎn)換關(guān)系如圖2-8所示

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圖2-8 A/D轉(zhuǎn)換的關(guān)系

FX2N —2AD 的緩沖寄存器（BFM ）分配見表2-6

表2-6 FX2N—2AD BFM分配表

BFM#0：由BFM#17(低8位數(shù)據(jù)) 指定的通道的輸入數(shù)據(jù)當(dāng)前值被存儲。當(dāng)前值數(shù)據(jù)以二進制形式存儲。BFM#1：輸入數(shù)據(jù)當(dāng)前值（高端4位數(shù)據(jù)）被存儲。當(dāng)前值數(shù)據(jù)以二進制形式存儲。BFM#17：b0進行模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換的通道(CH1,CH2)被指定。當(dāng)b0由10時，通道CH2A/D轉(zhuǎn)換開始。當(dāng)b1由10時，通道CH1D/A轉(zhuǎn)換開始。 2.2.9 D/A模塊的選擇

D/A模塊的作用是將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量的裝置，此模擬量作為變頻器的頻率給定，為了提高設(shè)定與運行速度曲線的平滑度和精度，選擇分辨率為12位的D/A模塊。由于只需要一路輸出便可滿足要求，因此，選擇了FX2N-2DA 作為模擬量的輸出模塊。FX2N -2DA 有2個輸出通道，分別為通道1（CH1）、通道2（CH2）。每一通道都可以進行D/A轉(zhuǎn)換，輸出的模擬值范圍，電壓為 DC0V ～

+10V，DC0V ～ +5V， DC4MA ～+20MA，分辨率為2.5MV ,1. 25MV，4uA 。

D/A轉(zhuǎn)換模塊提供了12位高精度分辨率（包括符號）；2通道電壓輸出（DC0 V ～+10V，DC0V ～+5V）或電流輸出（DC4 MA～+20MA）；對每一通道，可以規(guī)定電壓或電流輸出。FX2N —2DA 模擬量輸出模塊的性能見表2-7。

表2-7 FX2N—2DA 模擬量輸出模塊的性能

D/A轉(zhuǎn)換的關(guān)系有電壓和電流輸出兩種形式，系統(tǒng)設(shè)計采用電流輸出模式。其轉(zhuǎn)換關(guān)系如圖2-9所示，

圖2-9 D/A轉(zhuǎn)換的關(guān)系

FX2N —2DA 的緩沖寄存器（BFM ）分配見表2-8。BFM#16用于寫入由BFM#17通道指定標(biāo)注位指定的通道輸出的D/A轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)值，數(shù)據(jù)值按二進制形式保存，這樣可以有利于保存低八位和高四位數(shù)據(jù)分兩部分保存。在BFM#17中，當(dāng)b0由10時，通道CH2D/A轉(zhuǎn)換開始。當(dāng)b1由10時，通道CH1D/A轉(zhuǎn)換開始。當(dāng)b2由10時，D/A轉(zhuǎn)換的低八位數(shù)據(jù)保持。

表2-8 FX2N—2DA BFM分配表

2.3 系統(tǒng)其它設(shè)備及元器件規(guī)格

該系統(tǒng)除了PLC 、D/A模塊、A/D模塊、變頻器、觸摸屏、傳感器等，還用到了一些其它設(shè)備及元器件，其名稱、規(guī)格型號和數(shù)量見表2-9。

2.4 系統(tǒng)電氣原理

篇(2)

Abstract: The so-called process control system refers to the realization of automatic control of production process of system. As stated in the introduction, in petroleum, chemical production process, generally includes the content of automatic detection, automatic protection, automatic regulation and automatic controlling. Automatic detection system can complete "understanding" production task; Signal interlocking protection system could only take safety measures when process conditions are into some kind of limit state to provent production accidents. Automatic control system can be only predefined procedures in accordance with the operation of a cyclical or regularity, only automatic adjustment system can automatically eliminate all sorts of interference factors on the influence of process parameters, that they remain in prescribed numerical to ensure production in normal or the best maintain process operation condition.

關(guān)鍵詞：過程控制；自動調(diào)節(jié)；程序控制

Key words: process control; automatic regulation; program control

中圖分類號：TP27 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2011）12-0058-01

1 自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的組成

自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)是在人工調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上產(chǎn)生和發(fā)展起來的，自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的組成包含三部分：

1.1 測量變送器 測量實際液位高度并將其轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號。

1.2 調(diào)節(jié)器 接收變送器送來的液位信號，與事先設(shè)定好的工藝希望的液位值即給定值進行比較得出偏差，然后根據(jù)一定的運算規(guī)律進行運算，然后將運算得出的調(diào)節(jié)器命令用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號發(fā)送出去。

1.3 執(zhí)行器 通常指調(diào)節(jié)閥，它和普通閥的功能一樣，只不過它能自動地根據(jù)調(diào)節(jié)器送來的調(diào)節(jié)命令改變閥門的開度。

2 自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的分類

2.1 定值調(diào)節(jié)系統(tǒng) 所謂定值調(diào)節(jié)系統(tǒng)就是給定值是恒定的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。在工藝生產(chǎn)中，如果要求調(diào)節(jié)系統(tǒng)的被調(diào)參數(shù)保持在一個生產(chǎn)指標(biāo)上不變，或者說要求工藝參數(shù)的給定值不變，那么就要采用定值調(diào)節(jié)系統(tǒng)。在定值調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，引起被調(diào)參數(shù)波動的原因是各種干擾，對于這類調(diào)節(jié)系統(tǒng)，設(shè)計分的重點是在存在干擾的情況下如何將被調(diào)參數(shù)控制在所希望的給定值上。石油、化工生產(chǎn)中大多數(shù)調(diào)節(jié)系統(tǒng)屬于這種類型。

2.2 隨動調(diào)節(jié)系統(tǒng)（或稱自動跟蹤系統(tǒng)） 隨動調(diào)節(jié)系統(tǒng)即給定值不是固定的，是隨時間不斷變化的，而且這種變化不是預(yù)先規(guī)定好的，即給定值是隨機變化的。隨動調(diào)節(jié)系統(tǒng)時目的就是使所控制的工藝參數(shù)準(zhǔn)確而快速地跟隨給定值的變化而變化。比如各種變送器均可看作是一個隨動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，它的輸出應(yīng)嚴(yán)格、及時地隨輸入而變化，再比如后面將要介紹的比值調(diào)節(jié)系統(tǒng)、串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的副回路都是隨動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的一些例子。

2.3 程序控制系統(tǒng) 這類系統(tǒng)的給定值也是變化的，但它是一個已知的時間函數(shù)，即生產(chǎn)指標(biāo)需按一定的時間程序變化。近年來，隨著微機的廣泛應(yīng)用，為程序調(diào)節(jié)系統(tǒng)提供了良好的技術(shù)工具與有利條件。

3 自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的過渡過程

當(dāng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)受到外界干擾信號或給定值變化信號時，被調(diào)參數(shù)都會被迫離開原來的平衡狀態(tài)而開始變化，只有當(dāng)調(diào)節(jié)作用重新找到一個合適的新數(shù)值來平衡外界干擾或給定值的變化時，此系統(tǒng)才可處于新的平衡狀態(tài)。因此，調(diào)節(jié)系統(tǒng)的過渡過程實際上是：當(dāng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)在外界干擾或給定干擾作用下，從一個平衡狀態(tài)過渡到另一個新的平衡狀態(tài)的過程，它是一個調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用不斷克服干擾影響的過程。

自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的過渡過程直接表示了調(diào)節(jié)系統(tǒng)質(zhì)量的好壞，與生產(chǎn)中的安全及產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量有著密切的聯(lián)系，因此研究過渡過程具有相當(dāng)重要的意義。

4 自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)與動態(tài)

自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的過渡過程包括了靜態(tài)與動態(tài)。把被調(diào)參數(shù)不隨時間變化的平衡狀態(tài)稱為系統(tǒng)的靜態(tài)，而把被調(diào)參數(shù)隨時間變化的不平衡狀態(tài)稱為系統(tǒng)的動態(tài)。

當(dāng)一個自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的給定和外界干擾恒定不變時，整個系統(tǒng)就處于一個相對的平衡狀態(tài)，系統(tǒng)的各個組成環(huán)節(jié)如調(diào)節(jié)器、調(diào)節(jié)閥、變送器等都暫不動作，它們的輸出信號都處于相對靜止?fàn)顟B(tài)，這種狀態(tài)就是上述的靜態(tài)。注意這里所指的靜態(tài)與習(xí)慣中所講的靜態(tài)不同。習(xí)慣中所說的靜態(tài)都指靜止不動，而在自動化領(lǐng)域中的靜態(tài)是指各參數(shù)（或信號）的變化率為零。如果一個系統(tǒng)原來處于相對平衡狀態(tài)即靜態(tài)，由于干擾的作用，破壞了這種平衡。被調(diào)參數(shù)就會變化，從而使調(diào)節(jié)器等自動化裝置也就會改變調(diào)節(jié)作用以克服干擾的影響，并力求使系統(tǒng)恢復(fù)平衡狀態(tài)。從干擾的發(fā)生，經(jīng)過調(diào)節(jié)，直到系統(tǒng)重新建立平衡，在這一段時間中整個系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)和參數(shù)都處于變動狀態(tài)之中，這種狀態(tài)就稱之為動態(tài)。

在研究調(diào)節(jié)系統(tǒng)的過渡過程時，雖然研究其靜態(tài)是重要的，但研究其動態(tài)更為重要。因為在干擾引起系統(tǒng)變動后，需要知道系統(tǒng)的動態(tài)情況，即被調(diào)參數(shù)是如何運動的，并搞清系統(tǒng)究竟能否建立新的平衡和怎樣去建立平衡，干擾作用總是會不斷產(chǎn)生，調(diào)節(jié)作用也就不斷地去克服干擾作用的影響，所以自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)總是處在運動狀態(tài)之中，而靜態(tài)或平衡是暫時的，因此，研究自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，重點要研究過渡過程的動態(tài)。

5 分析自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)常用的干擾形式――階躍干擾

篇(3)

1引言

德龍鋼鐵850mm熱連軋廠建于2003年，水系統(tǒng)于2003年底正式投產(chǎn)，這條熱連軋生產(chǎn)線上的工藝設(shè)備用水較多，有電機冷卻凈環(huán)水，軋機除塵水，層流冷卻水，設(shè)備冷卻濁環(huán)水，上塔冷卻水等，由人工在四個泵房進行啟停操作，人工操作嚴(yán)重影響了生產(chǎn)效率，通過PCS控制系統(tǒng)升級改造，滿足了生產(chǎn)的要求。2PCS過程控制系統(tǒng)的概述PCS控制系統(tǒng)是南瑞繼保公司在總結(jié)多年過程控制研究成果及現(xiàn)場運行經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，推出的過程級控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)由PCS－9150控制器及I/O單元組成，由PCS－Explorer2組態(tài)軟件實現(xiàn)工程的創(chuàng)建、硬件組態(tài)、算法組態(tài)、在線監(jiān)視、無擾更新等功能。PCS－9150過程控制系統(tǒng)適用于各種工藝設(shè)備、工藝段、廠區(qū)的過程控制，涵蓋發(fā)電、鋼鐵、化工等，其特點有:⑴采用南瑞繼保公司研制的UAPC綜合保護控制平臺，采用高性能DSP進行信號處理，實現(xiàn)了大容量、高精度的快速、實時信息處理。⑵自主知識產(chǎn)權(quán)的高速背板總線HTM，帶寬可達320Mbps。⑶硬件和軟件均采用模塊化設(shè)計，靈活可配置，具有插件、軟件模塊通用，易于擴展、易于維護的特點。⑷一體化設(shè)計，機箱式結(jié)構(gòu)，工業(yè)級防護外殼，抗干擾能力強。⑸無風(fēng)扇，寬溫運行。⑹冗余220VAC/DC電源輸入。

2熱連軋生產(chǎn)線水系統(tǒng)的功能

德龍850mm熱連軋生產(chǎn)線水系統(tǒng)由中心泵房、層流泵房、一次池泵房、高壓水泵房組成。中心泵房常用泵組有凈環(huán)高壓泵組、濁環(huán)高壓泵組、濁環(huán)低壓泵組、上塔高壓泵組，主要供軋線直流電機冷卻使用、軋輥冷卻使用、加熱爐門冷卻、水池上塔冷卻等，層流泵房常用泵組有上箱高壓泵組、上塔高壓泵組，主要供軋線層流冷水使用及冷卻水上塔降溫，一次池泵組主要是軋線用水回收再利用，供濁環(huán)泵組使用，高壓水泵房四個泵組主要供軋線除鱗水使用。四個泵房所在位置比較分散，軋線生產(chǎn)時四個泵房都需要人工進行啟停操作，隨著產(chǎn)量的提高和生產(chǎn)節(jié)奏的加快，四個泵房仍由人工操作嚴(yán)重影響了生產(chǎn)效率，迫切需要進行電氣控制升級改造，來滿足生產(chǎn)的要求。

3PCS系統(tǒng)在熱連軋水系統(tǒng)改造中應(yīng)用

在水系統(tǒng)電氣控制改造中，集中控制室內(nèi)增加了HMI人機界面、中心泵房PLC柜、一次池泵房PLC柜，層流泵房和高壓水泵房分別安裝了PLC柜。中心泵房PLC柜作為主站運行，層流泵房和高壓水泵房PLC柜作為從站運行，中心泵房PLC柜內(nèi)安裝DPU01和DPU02控制器，DPU01實現(xiàn)中心泵房和一次池各泵組的控制，DPU02通過光纖以太網(wǎng)實現(xiàn)對層流泵房和高壓水泵房各泵組的遠程控制，圖1為人機界面。本次升級改造使用的PCS－9150IO單元是與PCS－9150控制器配套的信號輸入輸出單元，IO單元采用嵌入安裝方式，固定在機柜上，控制器通過IOLINK插件與PCS－9150IO單元進行雙向?qū)崟r通訊［1］。PCS－9150IO元由IO機箱、電源插件、總線接口插件、IO插件組成，插件間通過機箱背板總線進行向?qū)崟r通訊，IO插件處理器采用高性能MCU，同時包含了性能高及豐富的硬件資源，包括RAM、閃存、UART(UniversalAsynchronousReceiver/Transmitter，通用異步接收/發(fā)送裝置)、CAN、定時器、看門狗電路、DMA(直接內(nèi)存訪問)和GPIO(通用輸入/輸出)，本次升級改造現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜，需要大量的數(shù)字量、模擬量輸入輸出信號，并且實現(xiàn)與從站遠程通訊，各類IO插件大量使用，NR1201B負責(zé)IO單元內(nèi)部總線通信，NR1136D負責(zé)對控制器IOLINK的通訊，NR1301T負責(zé)控制器供電的電源插件，采用冗余方式配置，NR1425B是6通道模擬量輸入插件，NR1424A是7通道模擬量輸出插件，NR1504D是19通道開關(guān)量輸入插件，NR1521E是11通道開關(guān)量輸出插件(圖2)。編程軟件PCS－Explorer2是交直流保護控制和工業(yè)控制多領(lǐng)域的組態(tài)配置工具，同時也是日常運行和維護的工具［2］。軟件總體結(jié)構(gòu)如圖3所示，包括菜單欄區(qū)域、管理視圖、工作區(qū)域、屬性視圖和輸出視圖五大部分。其中:⑴管理視圖，包含工程和庫兩個Tab頁。可通過切換打開。⑵工作區(qū)域集成了列表配置和圖形組態(tài)兩種功能，根據(jù)不同類型的組態(tài)配置自動加載生成列表或圖形。⑶屬性視圖，包含輸入、輸出和參數(shù)三個Tab頁，用于顯示元件模塊的變量。⑷輸出視圖，包含輸出、警告/錯誤、查找/替換結(jié)果和交叉引用結(jié)果四個Tab頁，用于顯示編譯配置組態(tài)結(jié)果。

篇(4)

關(guān)鍵詞：熱軋；過程控制；內(nèi)存映像網(wǎng)絡(luò)

中圖分類號：TP277 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）09-0018-01

今年來國內(nèi)冶金行業(yè)中，熱軋過程控制系統(tǒng)有了進一步發(fā)展。在鋼鐵行業(yè)中，過程控制系統(tǒng)（以下簡稱二級），與一級基礎(chǔ)自動化（以下簡稱一級）和零級傳動組成自動化控制的三個重要部分。

1 系統(tǒng)簡介

此系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)分為非控和模型兩部分。

其中非控包括粗軋非控、精軋非控、層冷非控、數(shù)據(jù)中心；非控部分主要功能包括了粗軋、精軋、層冷控制系統(tǒng)間的電文的通訊；采集一級反饋的現(xiàn)場的實時數(shù)據(jù)，提供給模型計算，并將計算結(jié)構(gòu)準(zhǔn)確的下發(fā)給基礎(chǔ)自動化；根據(jù)傳感器信號跟蹤板坯號；數(shù)據(jù)中心接收并保存粗軋、精軋和層冷控制系統(tǒng)產(chǎn)生的過程數(shù)據(jù)，與三級、加熱爐二級、磨輥系統(tǒng)進行通訊，班次處理。

模型包括粗軋模型、精軋模型和層冷模型。三種模型根據(jù)非控跟蹤的板坯號，在不同的位置進行適當(dāng)?shù)挠嬎愫妥詫W(xué)習(xí)，為一級提供設(shè)定依據(jù)。

系統(tǒng)硬件分別由粗軋服務(wù)器、精軋服務(wù)器、層冷服務(wù)器和數(shù)據(jù)中心服務(wù)器組成，分別部署了粗軋二級、精軋二級、層冷二級和數(shù)據(jù)中心，由一臺以太網(wǎng)交換機相連，用于過程控制系統(tǒng)間通訊，又通過一臺內(nèi)存映象網(wǎng)交換機與一級相連，用于二級與一級之間的通訊。

2 非控部分

2.1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

此熱軋生產(chǎn)線二級分三個網(wǎng)絡(luò)段。

第一個網(wǎng)絡(luò)為Level2內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，由一臺以太網(wǎng)交換機為樞紐，將粗軋二級（RMC）、精軋二級（FMC）、層冷二級（CTC）、數(shù)據(jù)中心（DCC）、加熱爐二級、運輸鏈二級聯(lián)系起來，組成Level2內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)。用于各控制服務(wù)器間傳送數(shù)據(jù)；通過此網(wǎng)絡(luò)粗軋二級接收加熱爐二級發(fā)送過來的初始基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，精軋二級將跟蹤數(shù)據(jù)發(fā)送給運輸鏈二級。

第二個網(wǎng)絡(luò)為實績數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，由一臺以太網(wǎng)交換機連接數(shù)據(jù)中心（DCC）、MES、軋輥間（RS），數(shù)據(jù)中心按要求向MES發(fā)送板坯的軋制數(shù)據(jù)，在粗軋機、精軋機換輥期間數(shù)據(jù)中心向軋輥間發(fā)送舊輥軋制數(shù)據(jù)，接收軋輥間新輥數(shù)據(jù)并發(fā)送給粗軋二級或精軋二級。

第三個網(wǎng)絡(luò)為內(nèi)存映像網(wǎng)絡(luò)，是一種用于高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)。此網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備包括粗軋過二級、精軋二級、層冷二級、畫面服務(wù)器以及一級的控制器。

2.2 軋件跟蹤

系統(tǒng)引進“跟蹤共享區(qū)”概念，將共享區(qū)分成90個區(qū)域，可以存放90塊鋼的數(shù)據(jù)。循環(huán)使用1～86號共享區(qū)；按照實際出爐的順序，將板坯初始信息、計算結(jié)果存放在此共享區(qū)，然后根據(jù)軋線中多個關(guān)鍵的傳感器信號，來進行板坯跟蹤。

2.3 人機交互界面（HMI）

HMI包括軋線跟蹤、粗軋設(shè)定、精軋設(shè)定、層冷設(shè)定四個主要頁面。方便操作人員和調(diào)試人員查看板坯狀態(tài)。

3 模型部分

模型分為粗軋模型、精軋模型和層冷模型。

3.1 粗軋模型

粗軋平輥模型根據(jù)PDI數(shù)據(jù)和加熱爐實時數(shù)據(jù)進行計算，主要計算出粗軋各道次的軋制溫度、相對壓下率，軋制速度。粗軋立輥模型實現(xiàn)目標(biāo)寬度控制、中間坯寬度控制、板坯頭尾短行程寬度控制、板坯頭部縮頸補償控制。帶鋼經(jīng)過精軋出口時，精軋二級系統(tǒng)將實際測量的帶鋼出口寬度和實際厚度反送給粗軋模型。模型通過對控制目標(biāo)寬度和實測寬度進行比對，修正精軋出口寬度自學(xué)習(xí)參數(shù)，從而修正中間坯的控制寬度，提高寬度控制精度。

3.2 精軋模型

精軋設(shè)定模型根帶鋼的目標(biāo)厚度和中間坯的厚度，確定各機架出口厚度；末架的穿帶速度可采用查表法或者利用終軋溫度與末架穿帶速度的經(jīng)驗公式來確定；結(jié)合各機架的前滑值，求出各機架的穿帶速度。利用溫度模型預(yù)報精軋入口和出口以及各機架的溫度，計算各機架軋制力，然后完成輥縫設(shè)定計算。

精軋模型自學(xué)習(xí)的過程：根據(jù)實測數(shù)據(jù)計算模型自學(xué)習(xí)所需的導(dǎo)出變量；通過軋制過程模型求逆反算模型自學(xué)習(xí)參數(shù)；更新設(shè)定模型自學(xué)習(xí)系數(shù)，以便用于隨后的軋制，以提高模型預(yù)報精度。

3.3 層冷模型

CTC是一個以前饋為主，反饋為輔，不斷進行自學(xué)習(xí)的閉環(huán)控制系統(tǒng)。將板帶從頭部到尾部進行物理分段（以下稱為樣本），對每一段分別進行信號檢測，并根據(jù)目標(biāo)溫度分別進行模型計算，求出各樣本的集管組態(tài)，對其實施分段控制。

4 結(jié)語

本系統(tǒng)經(jīng)過在生產(chǎn)線部署后的不斷調(diào)試，目前已經(jīng)能夠滿足生產(chǎn)線的要求，厚度控制穩(wěn)定，卷取溫度基本合格，凸度和表面質(zhì)量能控制在目標(biāo)范圍內(nèi)，整體效果較好。系統(tǒng)整體運行穩(wěn)定，維護方便，是國內(nèi)自主集成熱軋生產(chǎn)線中較先進的二級系統(tǒng)。

參考文獻

篇(5)

關(guān)鍵詞:Web;Socket;遠程監(jiān)控

中圖分類號:TP311.52文獻標(biāo)識碼:A文章編號:1007-9599 (2010) 11-0000-02

Web-based Software Design of Process Control SystemWang Hongmeng(Sixth Design and Research Institute of Machinery Industry,Zhengzhou450007,China)

Abstract:Web technology rapid development,to provide a new way of thinking for remote monitoring system,this article from the perspective of system integration,to explore the Web technology for real-time remote monitoring and control system implementation and software design.

Keywords:Web;Socket;Remote monitoring

一、引言

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和Web技術(shù)的飛速發(fā)展、Internet的迅速普及與它的開放性密切相關(guān),而正是基于Web的B/S結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了這種特性,此項技術(shù)目前在電子商務(wù)、辦公信息系統(tǒng)等領(lǐng)域已得到廣泛的應(yīng)用。目前,Intranet企業(yè)網(wǎng)中的信息網(wǎng)絡(luò)已較好地實現(xiàn)了開放性策略,控制網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)正沿著開放性方向發(fā)展,這些都為信息網(wǎng)絡(luò)和控制網(wǎng)絡(luò)的集成提供了有力的支持。采用何種集成技術(shù)方便地將企業(yè)內(nèi)部的信息網(wǎng)絡(luò)層和控制網(wǎng)絡(luò)層集成起來實現(xiàn)信息的溝通匯集與數(shù)據(jù)共享已成為當(dāng)今控制系統(tǒng)集成發(fā)展方向。隨著Internet/Intranet向社會各個領(lǐng)域迅速滲透發(fā)展,給人們提供了一個基于Web的信息平臺,于是人們將目光投向了構(gòu)建Internet的Web技術(shù)。將實時監(jiān)視與控制系統(tǒng)構(gòu)筑于Internet之上,通過Internet實現(xiàn)對工業(yè)生產(chǎn)過程的實時遠程監(jiān)控、遠程設(shè)備調(diào)試、遠程實驗、遠程設(shè)備故障診斷,將實時生產(chǎn)數(shù)據(jù)、實驗數(shù)據(jù)與ERP系統(tǒng)以及實時的用戶需求結(jié)合起來,使生產(chǎn)不只是面向定單的生產(chǎn),而是直接面向市場的“電子制造”,從而使企業(yè)能夠適應(yīng)經(jīng)濟全球化的要求,基于Web的遠程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控就是在這樣的背景下提出的。

本文以過程控制系統(tǒng)中經(jīng)常需要控制的液位信號為例從系統(tǒng)集成與實現(xiàn)角度來研究基于Web的過程控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計。

二、基于Web的過程控制系統(tǒng)的組成

基于Web的過程控制系統(tǒng)設(shè)計采用了多層結(jié)構(gòu),各部分的功能如下:

(一)設(shè)備服務(wù)器模塊

設(shè)備服務(wù)器即現(xiàn)場監(jiān)控站,接受來自網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器驗證的遠方客戶端請求,并且負責(zé)執(zhí)行遠方用戶的操作請求,并且把工業(yè)現(xiàn)場數(shù)據(jù)歷史數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫中,允許遠方用戶通過動態(tài)網(wǎng)頁查詢歷史數(shù)據(jù)。由于設(shè)備服務(wù)器直接與現(xiàn)場實驗裝置相連,所以在網(wǎng)絡(luò)通信穩(wěn)定的基礎(chǔ)上,要求實現(xiàn)對現(xiàn)場裝置控制的高效性和安全性。

(二)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器模塊

管理登錄用戶,負責(zé)對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行更新。

(三)遠程用戶模塊

遠程用戶模塊采用ActiveX或Java Applet嵌入到網(wǎng)頁中的形式,實現(xiàn)遠程用戶同工業(yè)現(xiàn)場信息的交互,所有的用戶操作都將在這個模塊中完成,通過與設(shè)備服務(wù)器的通信實現(xiàn)實驗過程,同時與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器通過動態(tài)網(wǎng)頁交互實現(xiàn)用戶注冊、登錄。

三、基于Web的過程控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計

在遠程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控軟件系統(tǒng)設(shè)計中,應(yīng)用層數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議的設(shè)計是一項很重要的工作。只有采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議,遠程客戶端和本地監(jiān)控站才能“理解”對方發(fā)送數(shù)據(jù)的含義,從而進行有效的數(shù)據(jù)傳輸。對于監(jiān)控程序而言,主要是設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑O(shè)計。

(一)設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑O(shè)計

設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)傳輸主要是指把設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)信息以何種數(shù)據(jù)形式發(fā)送給遠程客戶端使其能夠識別不同設(shè)備的工作狀況。

設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)傳輸在設(shè)計時應(yīng)盡量滿足如下要求:

準(zhǔn)確性:在掃描到設(shè)備的狀態(tài)信息,必須能夠準(zhǔn)確的將這些設(shè)備狀態(tài)參數(shù)準(zhǔn)確地傳輸?shù)奖O(jiān)控端。

完整性:掃描的狀態(tài)數(shù)據(jù)能夠提供足夠的信息,使遠方用戶對設(shè)備有一個充分了解,這樣才能使遠方用戶對設(shè)備工況作出正確判斷。

簡單性:設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不應(yīng)太復(fù)雜,這樣在遠程監(jiān)控程序中比較容易實現(xiàn)數(shù)據(jù)封裝,以及遠程客戶端程序的解封裝。

(二)設(shè)備服務(wù)器模塊的軟件設(shè)計

設(shè)備服務(wù)器模塊的軟件設(shè)計主要包括三部分內(nèi)容:設(shè)備服務(wù)器與PLC站的通信、遠程監(jiān)控設(shè)計。

本地水位監(jiān)控系統(tǒng)采用Omron公司的C200HG系列的PLC為下位機,用RS-232型電纜將HOST LINK模塊直接連到作為設(shè)備服務(wù)器的計算機串口上。在此我們采用C++Builder6.0作為開發(fā)設(shè)備服務(wù)器與PLC的串口通信程序。編程時采用Visual Basic提供的MSComm32控件來實現(xiàn)。本文不再贅述。

遠程監(jiān)控程序是實現(xiàn)遠程客戶和現(xiàn)場設(shè)備進行信息交換的“橋梁”,遠程監(jiān)控程序跟遠方客戶的通信采用Socket技術(shù)來實現(xiàn),監(jiān)控程序作為Socket的服務(wù)器端,通過與遠程Socket客戶端的通信,實現(xiàn)在Internet上傳輸數(shù)據(jù)。同時把用戶設(shè)定的操作參數(shù)和現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫中,供用戶進行本地和遠方查詢。

實現(xiàn)Socket的服務(wù)器端主要是利用C++Bulider提供的TServerSocket組件,采用非阻塞模式進行通信,當(dāng)客戶端進行讀寫時,服務(wù)器端就會得到通知。

…

ServerSocket1->Port=1024;//確定Socket服務(wù)器的監(jiān)視端口

ServerSocket1->ThreadCacheSize=5;//確定創(chuàng)建服務(wù)器線程的最大數(shù)目

ServerSocket1->ServerType=stNonBlocking;

//采用非阻塞模式進行通信,當(dāng)客戶端進行讀寫時,服務(wù)器端就會得到通知

ServerSocket1->Active=true;//服務(wù)器端進入偵聽狀態(tài)

ServerSocket1->Socket->Connections[0]->SendText(s);//s為發(fā)送給客戶端的信息

本地監(jiān)控站主監(jiān)控界面如圖1所示。

圖1本地監(jiān)控站主監(jiān)控界面

(三)基于Web的遠程客戶端模塊的設(shè)計

遠程客戶端模塊的軟件設(shè)計通過嵌入在Web頁面中的ActiveX或Java Applet提供HMI實現(xiàn)遠程HMI與現(xiàn)場設(shè)備的交互,客戶端程序的設(shè)計包括控制數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑O(shè)計、采用Socket客戶端實現(xiàn)與監(jiān)控程序通信的設(shè)計、HMI界面的設(shè)計、用戶管理的設(shè)計。

我們在設(shè)計中采用C++Builder開發(fā)ActiveX Form,C++Builder將會自動生成一個ActiveForm的模板程序。該模板程序經(jīng)過編譯后將成為一個.OCX形式的控件,可以嵌入到Web網(wǎng)頁中。

ActiveForm主要實現(xiàn)Socket客戶端和遠程監(jiān)控界面,監(jiān)控界面的設(shè)計同開發(fā)普通的Windows應(yīng)用程序類似,下面主要討論Socket客戶端的實現(xiàn)。

實現(xiàn)Socket的客戶端主要是利用C++Bulider提供的TClientSocket組件,首先對TClientSocket對象進行初始化,其部分源程序如下:Socket客戶端接向遠程監(jiān)控發(fā)送控制指令的程序如下:

ClientSocket1->Socket->SendText(s);

當(dāng)遠程監(jiān)控程序發(fā)送控制系統(tǒng)狀態(tài)信息給Socket客戶端時將響應(yīng)OnRead事件,我們在此事件中對控制系統(tǒng)狀態(tài)信息進行讀取。

void__fastcall TLabClientX::ClientSocket1Read

(TObject*Sender,TCustomWinSocket*Socket)

{…

ReceiveServerData=Socket->ReceiveText();

…}

以ActiveX控件形式的遠程客戶端Web網(wǎng)頁如圖2所示。

圖2以ActiveX控件形式的遠程客戶端Web網(wǎng)頁

四、總結(jié)

遠程監(jiān)控技術(shù)是一門綜合性技術(shù),涉及控制、網(wǎng)絡(luò)、計算機、數(shù)據(jù)庫等多個領(lǐng)域,本文從系統(tǒng)集成的角度深入研究了基于Web的遠程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計中的軟件設(shè)計,在企業(yè)要求各個生產(chǎn)部門信息共享的今天,將現(xiàn)場監(jiān)控級的數(shù)據(jù)以B/S方式傳送到企業(yè)信息層具有一定的指導(dǎo)意義。

參考文獻:

[1]唐鴻儒.基于Internet的遠程監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)研究[J].測控技術(shù),2003

篇(6)

關(guān)鍵詞：過程控制系統(tǒng)；A3000；教學(xué)改革

作者簡介：商志根（1979-），男，江蘇鹽城人，鹽城工學(xué)院電氣工程學(xué)院，講師。（江蘇 鹽城 224051）

中圖分類號：G642.0 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）32-0095-02

“過程控制系統(tǒng)”是自動化專業(yè)的重要課程，其先修課程包括自動控制原理、傳感器及檢測技術(shù)、可編程控制器等，在專業(yè)培養(yǎng)方案中起加強學(xué)生專業(yè)知識學(xué)習(xí)的作用。[1]“過程控制系統(tǒng)”作為一門綜合性很強的課程，學(xué)生通過對該課程的學(xué)習(xí)，掌握過程控制系統(tǒng)的基本概念、基本組成環(huán)節(jié)和基本控制規(guī)律及自動控制系統(tǒng)中調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計方法，應(yīng)對控制理論在實際過程控制系統(tǒng)的運行和設(shè)計中的應(yīng)用有較全面的認識了解，培養(yǎng)學(xué)生利用過程控制課程所學(xué)知識，從事電力、冶金石化、輕紡及其它工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)過程自動化裝置的研究、設(shè)計和開發(fā)的能力。如果課程教學(xué)僅以理論推導(dǎo)和證明為主，不與實際對象聯(lián)系，會使學(xué)生出現(xiàn)厭學(xué)情緒。針對上述問題，結(jié)合筆者的教學(xué)體會，利用A3000仿真平成專家PID控制算法設(shè)計、[2]預(yù)測控制算法[3]等，擴寬學(xué)生的理論深度，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在課堂上講解復(fù)雜控制原理，豐富學(xué)生知識，鼓勵學(xué)生通過實驗來驗證算法的效果。

一、A3000的應(yīng)用實例

A3000過程控制系統(tǒng)仿真平臺總體物理系統(tǒng)如圖1所示（控制系統(tǒng)有30多種，現(xiàn)場系統(tǒng)具有現(xiàn)場總線）。在此平臺上，學(xué)生可完成單閉環(huán)流量控制、單容和雙容液位定制控制、鍋爐水溫定值控制等簡單實驗，也可完成閉環(huán)雙水箱液位串級控制、專家PID液位控制、管道壓力和流量解耦控制等復(fù)雜實驗。A3000過程控制系統(tǒng)可幫助學(xué)生熟悉過程控制對象。

1.實例要求

以基于可編程控制器（PLC）和變頻器的下水箱液位控制為例，在已利用組態(tài)王建立下水箱液位控制工程的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生在組態(tài)王的應(yīng)用程序命令語言中實現(xiàn)專家PID控制，即依據(jù)誤差和誤差的變化趨勢實時改變PID的三個參數(shù)。此實例的難度在于變頻器使用、PLC程序編程和專家PID規(guī)則的實現(xiàn)。

所用到的變頻器為三菱變頻器，它具有幾種不同的工作模式，它可以實現(xiàn)對電機的啟停以及調(diào)速控制。而控制變頻器的是PLC，系統(tǒng)中所使用的是S7-200系列PLC具體型號為S7-200 CPU222N。PLC的主要工作是完成數(shù)據(jù)采集并控制變頻器，從而控制電機的運行。對PLC進行編程的軟件為STEP7 Micro/WIN，該軟件可直接在計算機上使用。

2.組態(tài)王與PID

組態(tài)軟件選擇組態(tài)王（Kingview），以此在計算機上實時顯示運行參數(shù)。組態(tài)王是一個具有開放、易用等特征的通用組態(tài)軟件。使用組態(tài)王，學(xué)生可將注意力集中在控制對象的分析。在課時數(shù)有限的情況下，組態(tài)王使得學(xué)生實現(xiàn)更復(fù)雜的控制算法成為可能。

可編程控制器和變頻器的相關(guān)知識都已通過過程控制系統(tǒng)的先修課程掌握，學(xué)生可快速完成編寫PLC的PID控制算法程序。

在組態(tài)王中編寫應(yīng)用程序之前，需使用臨界比例度法進行PID參數(shù)整定，并得到PID的三個參數(shù)為：Kp=20、TI=17、TD=4。普通PID控制器的運行結(jié)果如圖2所示。

3.專家PID及其運行

對實時改變PID參數(shù)的專家經(jīng)驗不做過多介紹，僅以其中一條規(guī)則做詳細說明。當(dāng)且時，其中表示離散化的當(dāng)前采樣時刻的誤差值；和分別表示上個和上上個時刻采樣的誤差值，說明此時誤差處于極值狀態(tài)，并將此條件再分為兩種情況：若，也就是誤差的絕對值比較大，要加強控制作用，PID的三個參數(shù)變?yōu)?、、；若，也就是誤差的絕對值比較小，要減弱控制作用，PID的三個參數(shù)變?yōu)椤?、?/p>

設(shè)計與此規(guī)則對應(yīng)的組態(tài)王的應(yīng)用程序命令，得到程序：

if （（＼＼本站點＼errk*＼＼本站點＼deltaerrk）

{if（Abs（ ＼＼本站點＼errk ）>15）

{＼＼本站點＼S7200P=20*1.2；

＼＼本站點＼S7200I=9999；

＼＼本站點＼S7200D=0；}

else

{＼＼本站點＼S7200P=20*0.8；

＼＼本站點＼S7200I=9999；

＼＼本站點＼S7200D=0；}}

學(xué)生可依據(jù)上述程序?qū)懗稣麄€專家PID控制的應(yīng)用程序命令，通過A3000仿真平臺，得到專家PID控制的液位控制運行結(jié)果，如圖3所示。由圖2和圖3可知，與普通PID相比較，專家PID的控制更精確、更快速，在設(shè)計中采用專家PID控制可改善控制效果。在實現(xiàn)專家PID控制過程中，無需掌握被控對象的數(shù)學(xué)模型，只需實時計算誤差和誤差的變化趨勢。通過此例，學(xué)生可理解專家PID控制算法的原理，并掌握如何實現(xiàn)專家PID控制算法，可提高學(xué)生的理論分析能力和實踐能力。

二、A3000和MATLAB相結(jié)合的應(yīng)用實例

在組態(tài)王的應(yīng)用程序命令語言中，可實現(xiàn)簡單的編程，但對于復(fù)雜的控制算法，這種實現(xiàn)方式明顯運算能力不足。MATLAB是一個高精度的科學(xué)計算語言，運算能力強大，[4]可彌補組態(tài)王運算能力不足的缺點。利用MATLAB可方便實現(xiàn)矩陣運算等任務(wù)，可較為容易地實現(xiàn)復(fù)雜的控制算法。

1.實例要求

本實例要求學(xué)生在A3000過程控制實驗系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，設(shè)計溫度預(yù)測控制系統(tǒng)。利用組態(tài)王、MATLAB等相關(guān)軟件的功能，建立起組態(tài)王與MATLAB之間的DDE通信，并將建立起的工程在A3000平臺上運行調(diào)試，從而完成溫度預(yù)測控制系統(tǒng)的設(shè)計。預(yù)測控制的算法有很多種，本實例采用預(yù)測控制算法中的動態(tài)矩陣控制方法。被控的鍋爐溫度即是一個漸近穩(wěn)定的對象。預(yù)測控制具有多步測試、滾動優(yōu)化和反饋校正等特征，這些優(yōu)點使得預(yù)測控制在實際應(yīng)用中能夠產(chǎn)生很好的控制效果和魯棒性，對于一些相對復(fù)雜的工業(yè)生產(chǎn)過程，預(yù)測控制也能起到比較理想的控制作用。掌握預(yù)測控制原理，可拓寬學(xué)生知識面，幫助學(xué)生熟悉過程控制的新技術(shù)。

MATLAB是一個優(yōu)秀的數(shù)學(xué)軟件，其版本的不斷升級加強和完善了其強大的功能。在數(shù)值運算中，數(shù)值的穩(wěn)定性和運算的可靠性要好于其他高級語言。許多在其他高級語言中復(fù)雜的編程問題在MATLAB語言編程中，有時只需一條專用的指令就可實現(xiàn)。許多MATLAB指令都以應(yīng)用為目的設(shè)計出來的，從而使得面向?qū)ο蟮挠嬎銠C程序思想變得很具體。對于自動化專業(yè)的學(xué)生，MATLAB是其必須掌握的仿真工具，控制系統(tǒng)仿真訓(xùn)練等課程已使其掌握了MATLAB的基本應(yīng)用能力。

因為使用的是動態(tài)矩陣控制方法，故預(yù)測控制的內(nèi)部模型即溫度的階躍響應(yīng)。因為學(xué)生利用MATLAB可以方便地實現(xiàn)矩陣等運算，并且通過工控機等相關(guān)課程的學(xué)習(xí)，對DDE通信的概念已較為熟悉，所以在學(xué)生理解動態(tài)矩陣控制算法的基礎(chǔ)上，讓學(xué)生編寫算法的MATLAB程序是可行的。

2.DDE通信與預(yù)測控制

在工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)中，工控組態(tài)軟件通過驅(qū)動程序來從工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備中采集數(shù)據(jù)，然后傳送給MATLAB進行復(fù)雜的運算處理，再將結(jié)果傳送到組態(tài)軟件，最后由組態(tài)軟件將數(shù)據(jù)輸出到工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備上進行控制。組態(tài)軟件和MATLAB都可以作為服務(wù)器和客戶應(yīng)用程序，這里MATLAB作為客戶應(yīng)用程序，組態(tài)王充當(dāng)MATLAB的服務(wù)器，同時作為設(shè)備驅(qū)動程序的客戶。當(dāng)組態(tài)王采集的數(shù)據(jù)發(fā)生變化，希望直接傳給MATLAB進行處理時，雙方動態(tài)數(shù)據(jù)交換以熱鏈的方式完成。

在課堂上完成動態(tài)矩陣控制的相關(guān)原理的講解，并分析控制算法的MATLAB程序。在講解過程中，突出預(yù)測控制的三個基本特征：預(yù)測模型、滾動優(yōu)化和優(yōu)化控制與反饋。對于預(yù)測模型，使學(xué)生清楚一些非參數(shù)模型，諸如脈沖響應(yīng)或者階躍響應(yīng)之類，只要是屬于線性穩(wěn)定的對象，通常也是能夠用來作為預(yù)測模型。對于滾動優(yōu)化，要讓學(xué)生清楚優(yōu)化性能指標(biāo)在每一個采樣時刻只會涉及到未來的有限時間，當(dāng)?shù)竭_下一個采樣時刻的時候，這一優(yōu)化時域同時也會向前推移。所以無論在哪一個時刻，預(yù)測控制都會有與此時刻相對應(yīng)的優(yōu)化功能指標(biāo)。對于優(yōu)化控制與反饋，讓學(xué)生明白在預(yù)測控制中，反饋不但沒有被拋棄，反而得到了更充分的運用。盡管預(yù)測控制得到的是全局次優(yōu)解，但是其優(yōu)化始終建立在實際的基礎(chǔ)上的，其控制效果可達到實際上的最優(yōu)。

3.預(yù)測控制運行

學(xué)生需完成組態(tài)王界面制作、變量定義、動畫連接、MATLAB程序編寫等工作。組態(tài)王軟件負責(zé)從下位機采集數(shù)據(jù)與向上位機輸出數(shù)據(jù)，MATLAB負責(zé)后臺計算。結(jié)合組態(tài)王和MATLAB的長處使得動態(tài)矩陣控制算法便于應(yīng)用到實際控制系統(tǒng)中。圖4為學(xué)生通過實驗得到的預(yù)測控制運行結(jié)果。雖然此實例有一定難度，但對于自動化專業(yè)的學(xué)生而言，本實例設(shè)計是可完成的，并且可激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

三、結(jié)束語

在A3000控制系統(tǒng)仿真平臺的基礎(chǔ)上設(shè)計專家PID液位控制和溫度預(yù)測控制等復(fù)雜控制。在課程的理論教學(xué)中，講解復(fù)雜控制的相關(guān)原理，拓寬學(xué)生的知識面，提高學(xué)生在復(fù)雜控制方面的理論層次。在實踐教學(xué)中，要求學(xué)生實現(xiàn)復(fù)雜控制算法以驗證其優(yōu)越性，并要求學(xué)生掌握復(fù)雜控制算法的多種實現(xiàn)方式，提高學(xué)生對過程控制系統(tǒng)課程的興趣，進而提高該課程的理論教學(xué)和實踐教學(xué)的質(zhì)量。

參考文獻：

[1]邵裕森，戴先中.過程控制工程[M].第二版.北京：機械工業(yè)出版社，2011.

[2]劉金琨.智能控制[M].北京：電子工業(yè)出版社，2005.

[3]丁寶蒼.預(yù)測控制的理論與方法[M].北京：機械工業(yè)出版社，

篇(7)

投資成本。

關(guān)鍵詞：煙氣脫硫 S7-300 軟冗余 PROFIBUS總線

1、引言

由于我國絕大多數(shù)火電廠采用的燃料是煤，其帶來的嚴(yán)重后果是大量so2氣體對外排放，造成對環(huán)境的嚴(yán)重污染。根據(jù)《國務(wù)院關(guān)于酸雨控制區(qū)和二氧化硫污染控制區(qū)有關(guān)問題的批復(fù)》，對火電廠二氧化硫排放提出了明確要求，即要求“兩控區(qū)”的火電廠做到，對煙氣脫硫工藝過程控制系統(tǒng)的研究成為我國當(dāng)前一個緊迫和重要的問題。

2、系統(tǒng)工藝

此脫硫系統(tǒng)采用濕法強制氧化、石灰石-石膏回收工藝（FGD裝置），為二爐一塔制，吸收塔的類型采用先進的逆流式旋切噴淋塔。整個FGD工藝系統(tǒng)分為7個子系統(tǒng)：煙氣系統(tǒng)、吸收塔系統(tǒng)、石膏脫水系統(tǒng)、回流水系統(tǒng)、石灰漿液配制系統(tǒng)、工藝水和電氣系統(tǒng)及儀控系統(tǒng)。

由鍋爐引風(fēng)機排出的原煙氣經(jīng)左右分布對稱的2臺增壓風(fēng)機增壓后進入煙道，在吸收塔入口初步降溫后從塔體的下部旋切進入吸收塔，經(jīng)過兩層旋流板噴淋層，在旋流板上均勻分布了16只托盤旋切裝置使煙氣加速旋轉(zhuǎn)，每個托盤旋切裝置上部對應(yīng)布置一個空心噴嘴，由循環(huán)泵送來的漿液經(jīng)過噴嘴霧化噴出與高速旋轉(zhuǎn)的煙氣充分混合、攪拌，從而與煙氣中有害成分（主要為S O2、HC l、H F和飛灰）發(fā)生充分的物理和化學(xué)反應(yīng)，將煙氣中有害成分S O2吸附生成硫酸鈣，經(jīng)氧化風(fēng)機強制氧化生成硫酸鈣的沉淀，再經(jīng)過渣漿泵、真空過濾機脫干至石膏房。凈化后的煙氣繼續(xù)向上流經(jīng)布置在塔頂?shù)某F器（M E），凈煙氣夾帶的液滴在除霧器中被除去。離開除霧器后的凈煙氣經(jīng)凈煙氣擋板由煙道進入煙囪排向大氣。

3、控制系統(tǒng)設(shè)計

3.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計

電廠輔機連續(xù)可靠工作對電廠安全運行具有重要意義，因此，用戶要求該段處理控制器、控制電源及控制網(wǎng)絡(luò)實施冗余配置。我們知道，搭建什么類型什么品牌的冗余系統(tǒng)依賴于被控對象的工藝以及用戶需求，也直接決定了項目成本的高低。硬冗余切換速度快，可達毫秒級，但造價高；軟冗余切換速度在秒級，造價低。決定采用性價比較高的西門子公司S7-300 軟冗余控制系統(tǒng)。

S7-300 軟冗余CPU 模塊須集成有Profibus-DP 通訊接口，輸入輸出模塊均為S7-300 通用模塊（本系統(tǒng)I /O 不冗余），共用I /O 模板安裝在標(biāo)準(zhǔn)遠程從站ET200M 上， 特殊的是ET200M 需采用有源總線模塊及專用安裝板。

S7-300 軟冗余系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)冗余有三種方式可選， 分別是：MPI（Siemens 多點通訊接口），Profibus，Ethernet。區(qū)別是數(shù)據(jù)傳輸速率不同，MPI 方式周期最長，Profibus 方式適中，Ethernet方式最快。此處選用Profibus方式。

3.2 冗余軟件編程

西門子提供了軟冗余軟件光盤（須單獨訂購），其中包括了冗余功能程序塊庫、不同系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的例子程序和軟冗余使用手冊。光盤安裝后，相應(yīng)的功能塊就會加載到Step7 Manager 的庫文件中。與S7-300 Profibus冗余相關(guān)的主要有功能塊FC100-“SWR_Start”（軟冗余初始化），F(xiàn)C102-“SWR_DIAG”（軟冗余診斷）， 功能塊FB101 -“SWR_ZYK” （ 軟冗余功能程序），F(xiàn)B103-“SWR_SFCCOM”（軟冗余數(shù)據(jù)傳送）。

在Step7 中分別創(chuàng)建主站Smatic300（A）和備用站Simatic300（B），從“Library”的“SWR_LIB”中將FC100 分別置于兩站的組織塊OB100 中進行初始化，F(xiàn)B103 為FB101 隱含調(diào)用，F(xiàn)B101 置于OB1 頭尾重復(fù)調(diào)用，以便主站和備用站在程序掃描時同步交換數(shù)據(jù)。其中，F(xiàn)C100 的設(shè)置十分關(guān)鍵，對其每一參數(shù)都應(yīng)搞清楚。特別幾個參數(shù)要注意，“MPI_ADR”是指對方站的MPI 站地址，采用MPI網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)同步時才有意義?！癓ADDR”是CP 通訊處理器組態(tài)的硬件地址。“DB_COM_NO”應(yīng)為系統(tǒng)中未使用過的數(shù)據(jù)塊，建議采用默認的DB5。具體以設(shè)置A 站為例：

在組織塊OB1 中進行冗余的編程操作，分四步：

1）啟動系統(tǒng)的冗余數(shù)據(jù)同步功能，調(diào)用FB101。

2）根據(jù)狀態(tài)字判斷是否為主系統(tǒng)，為主系統(tǒng)時執(zhí)行第三步，

否則跳到第四步。

3）執(zhí)行需冗余的程序段。

4）調(diào)用FB101，停止系統(tǒng)的冗余數(shù)據(jù)同步。

通過上述步驟并結(jié)合例子程序，編譯無誤后下載到PLC，就

可以實行包括斷電、停機、故障等在內(nèi)的冗余功能了。誰是主站、DP 從站連接是否正常等冗余信息可以從相關(guān)狀態(tài)字讀出

3.3 S7-300軟冗余與WINCC的連接

西門子為WinCC 連接軟冗余系統(tǒng)只需一個連接一套變量提供了解決方案。按如下步驟操作：

1）在WinCC S7 協(xié)議組件中，建立一個到2#站的Profibus連接，可命名為“SW_REDUNDANZ”。

2）在WinCC 中建立一個結(jié)構(gòu)變量用于反映、控制冗余主站和備用站的切換。該結(jié)構(gòu)變量包含：①冗余狀態(tài)字（字無偏移），②主備切換操作位（偏移2 位0），③切換使能位（偏移2 位9），④切換禁止位（偏移2 位8）。

3）第一步的“SW_REDUNDANZ”連接下，定義結(jié)構(gòu)變量元素在PLC 數(shù)據(jù)塊中的真實地址，冗余狀態(tài)字對應(yīng)DB 中冗余狀態(tài)字，其它三個位變量對應(yīng)DB 控制字中的位。

4）在WinCC 編輯畫面“對象選項板”的“控件”中，鼠標(biāo)右鍵點擊空白處，尋找添加控件“WinCC.SWRedundanz″，雙擊該控件添加在編輯畫面中。

5）在“WinCC.SWRedundanz″控件屬性的相應(yīng)位置動態(tài)連接上述結(jié)構(gòu)變量， 這樣控制器冗余控制和狀態(tài)部分的工作就算設(shè)置完成了。

6）在WinCC 編輯畫面動態(tài)向?qū)е?，進行“建立冗余連接”向?qū)гO(shè)置，完成后系統(tǒng)會自動生成全局動作，這樣，WinCC 就可以現(xiàn)通過一套IO變量對冗余PLC 數(shù)據(jù)交換了。