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文檔簡介
1、前言可編程控制器是一種應用很廣泛的自動控制裝置,它將傳統(tǒng)的繼電器控制技術、 計算機技術和通訊技術融為一體,具有控制能力強、操作靈活方便、可靠性高、 適宜長期連續(xù)工作的特點,非常適合溫度控制的要求。在工業(yè)領域,隨著自動化程度的迅速提高,用戶對控制系統(tǒng)的過程監(jiān)控要求越來 越高,人機界面的出現(xiàn)正好滿足了用戶這一需求。人機界面可以對控制系統(tǒng)進行 全面監(jiān)控,包括過程監(jiān)測、報警提示、數(shù)據(jù)記錄等功能,從而使控制系統(tǒng)變得操 作人性化、過程可視化,在自動控制領域的作用日益顯著。本文主要介紹了基于三菱公司 FX2N系列的可編程控制器和亞控公司的組態(tài)軟件 組態(tài)王的某一對象溫度控制系統(tǒng)的設計方案。編程時調(diào)用了編程軟件
2、STEP 7 -Micro WIN中自帶的PID控制模塊,使得程序更為簡潔,運行速度更為理想。利 用組態(tài)軟件組態(tài)王設計人機界面,實現(xiàn)控制系統(tǒng)的實時監(jiān)控、數(shù)據(jù)的實時采樣與 處理。目錄第一章概述2第二章總方案32.1 系統(tǒng)框圖32.2 下位機設計42.2.1 元件選擇62.3 上位機設計82.3.1 監(jiān)控主界面 92.3.2 實時趨勢曲線102.3.3 歷史趨勢曲線 112.3.4 報警窗口 112.3.5 設定畫面122.3.6 變量設置132.3.7 動畫連接 15第三章總結17第四章參考文獻171第一章概述 溫度控制在電子、冶金、機械等工業(yè)領域應用非常廣泛。由于其具有工況復雜、參數(shù)多變、運行
3、慣性大、控制滯后等特點,它對控制調(diào)節(jié)器要求極高。目前 ,仍有 相當部分工業(yè)企業(yè)在用窯、爐等烘干生產(chǎn)線,存在著控制精度不高、爐內(nèi)溫度均勻性差等問題,達不到工藝要求,造成裝備運行成本費用高,產(chǎn)出品品質低下,嚴 重影響企業(yè)經(jīng)濟效益,急需技術改造。近年來,國內(nèi)外對溫度控制器的研究進行了廣泛、深入的研究,特別是隨著計算 機技術的發(fā)展,溫度控制器的研究取得了巨大的發(fā)展,形成了一批商品化的溫度 調(diào)節(jié)器,如:職能化PID、模糊控制、自適應控制等,其性能、控制效果好 ,可廣 泛應用于溫度控制系統(tǒng)及企業(yè)相關設備的技術改造服務。在工業(yè)自動化領域內(nèi),PLC (可編程控制器) 以其可靠性高、抗干擾能力強、編程 簡單、功
4、能強大、性價比高、體積小、能耗低等顯著特點廣泛應用于現(xiàn)代工業(yè)的 自動控制之中。目前的工業(yè)控制中,常常選用PLC作為現(xiàn)場的控制設備,用于數(shù)據(jù) 采集與處理、邏輯判斷、輸出控制;而上位機則是利用HMI軟件來完成工業(yè)控制狀態(tài)、流程和參數(shù)的顯示,實現(xiàn)監(jiān)控、管理、分析和存儲等功能 。這種監(jiān)控系 統(tǒng)充分利用了 PLC和計算機各自的特點,得到了廣泛的應用。在這種方式的基礎 上設計了一套溫度控制系統(tǒng)。以基于 PLC的下位機和完成HMI功能的上位機相 結合,構建成分布式控制系統(tǒng),實現(xiàn)了溫度自動控制。此外,隨著工業(yè)自動化水平的迅速提高,用戶對控制系統(tǒng)的過程監(jiān)控要求越來越 高,人機界面(HMI)的出現(xiàn)正好滿足了用戶這
5、一需求。人機界面可以對控制系 統(tǒng)進行全面監(jiān)控,包括參數(shù)監(jiān)2測、信息處理、在線優(yōu)化、報警提示、數(shù)據(jù)記錄等功能,從而使控制系統(tǒng)變得簡 單易懂、操作人性化,深受廣大用戶的喜歡。人機界面( HMI)在自動控制領域 的作用日益顯著。HMI正在成為引導工業(yè)生產(chǎn)制造走向成功的重要因素,因為這 些系統(tǒng)越來越多的用于監(jiān)控生產(chǎn)過程,讓過程變得更加準確、簡潔和快速。 第二章總方案2.1 系統(tǒng)框圖系統(tǒng)整體設計方案及硬件連接圖。系統(tǒng)選用 FX2NPLC為控制器,Pt100型熱電偶 將檢測到的實際爐溫轉化為電壓信號,經(jīng)過 FX2N-4AD模擬量輸入模塊轉換成數(shù) 字量信號并送到PLC中進行PID調(diào)節(jié),PID控制器輸出量轉化
6、成占空比,通過固 態(tài)繼電器控制爐子加熱的通斷來實現(xiàn)對爐子溫度的控制。PLC和HMI相連接,實現(xiàn)了系統(tǒng)的實時監(jiān)控。整個硬件連接圖如圖 2-1所示。32.2 下位機設計根據(jù)對系統(tǒng)設計內(nèi)容的分析,確定控制系統(tǒng)所需要的輸入輸出點數(shù)為1/3點。選用FX2N系列PLC,輸入輸出點數(shù)的分配如表2-1所示,由于系統(tǒng)必須對溫度信號 進行采集和控制,還必須使用到模擬量輸入/輸出模塊FX2N-4AD模塊、品閘管 跳功模塊、溫度變送器。整個硬件系統(tǒng)的原理圖2-2如下:下位機總框圖2-2分析簡述工作流程:通過熱電偶對被測對象進行溫度測量,將測量的結果送到溫度變送器,通過溫度變送器將模擬量轉換為標準1-5V的電壓信號。轉
7、換后的標準電壓信號通過FX2N-4AD的A/D器轉換為PLC可以識別的數(shù)字量。FX2NPLC檢 測到來自A/D轉換后的信號,通過內(nèi)部的程序進行比較和運算將所得的控制信號 輸出給固態(tài)繼電器。固態(tài)繼電器按照原先設定的準則進行工作從而控制閥門的開 或關,以實現(xiàn)蒸汽量的進或出從而使被控對象得到預期的控制。熱電偶溫度變送跑溫控PTC1h同態(tài)維電得b被抻對象i卜蒸汽最進/出陽門承英wJ4電器原理圖如下圖所示:FX2n48RL熱電阻220V MAX:100C溫度變送器6中。沖26-r皿水箱溫度信號二 X2MADL =*£§1?一%- N>c下位機設計接線原理圖52.2.1 元件的選
8、型1 .溫度傳感器溫度傳感器是用來檢測水溫的,他將溫度信號轉換為電信號,再送到變送器。本 次設計選用Pt100鋁電阻作溫度傳感器,珀電阻的阻值變化范圍為100.0-138.5歐,經(jīng)變送器轉換后輸出4-20mA電流。2 .溫度變送器溫度變送器,專應于熱電阻或熱點偶,將溫度轉換成4-20MA的電流信號。本次選用WZPB 一體化溫度變送器,WZPB 一體化溫度變送器是溫度傳感器與變送器 的完美結合,以十分簡捷的方式把-200+1600 C范圍內(nèi)的溫度信號轉換為二線 制420mA DC的電信號傳輸給顯示儀、調(diào)節(jié)器、記錄儀、DCS等,實現(xiàn)對溫度的精確測量和控制。一體化溫度變送器是現(xiàn)代工業(yè)現(xiàn)場、科研院所溫
9、度測控的更 新?lián)Q代產(chǎn)品,是集散系統(tǒng)、數(shù)字總線系統(tǒng)的必備產(chǎn)品。3 . PLC控制器本次設計中,我們將采用FX2n系列PLC,FX系歹IPLC為單元型,內(nèi)含CPU、電 源和固定搭配的輸入/輸出。Q4AR系列為雙機熱備系列,最大輸入輸出點數(shù)為 8192點。A系列PLC的最大輸入輸出點數(shù)為2048點。F系列程控器的最大輸入 輸出點數(shù)為256點。三菱小型FX 2 (N)系列程控器的輸入輸出點最大不超過 256點。每臺主機可連模入、模出、高速記數(shù)、定位等特殊功能模塊,不超過 8 個。FX系列在日本三菱的姬路制作所生產(chǎn)。目前 FX系列PLC為中國內(nèi)地銷量 最多的小型PLC。FX2n系列PLC是該系列中功能最
10、強、速度最快的微型 PLC。 有RAM, EPROM和EEPROM FX2N系列PLC的特點超高速的運算速度 0.08微 秒.比FX2的0.48微秒6快六倍.容量極大8K步(最大16K步).比FX2大四倍.機體小型化 比FX2小50% . 兼容FX2的編程設計.備有多種不同的FX2N擴展單元及特殊模塊.輸入輸出點數(shù)的分配表表2-1功能鍵設定輔助繼電器輸出繼電器nni的控制M0Y0閥門2的控制MlY1停止加熱控制M2Y2總件控制旃1(外滯兀件)X0(內(nèi)粼地址)根據(jù)設計要求,本次設計選用模擬量輸入模塊FX2N-4AD,該模塊用4個12位模擬量輸入通道,輸入量程為 DC-10V-+10V和420MA
11、 ,轉換速度為15MS/通 道或6MS/通道(高速)。4 .調(diào)壓器調(diào)壓器是應用晶閘管(又稱可控硅)及其觸發(fā)控制電路用于調(diào)整負載功率的盤裝 功率調(diào)整單元。本次設計選用 PAD-37系列SCR品閘管作為交流調(diào)壓器,PAD37 系列晶閘管調(diào)功器”通過對電壓、電流和功率的精確控制,從而實現(xiàn)精密控溫。 并且憑借其先進的數(shù)字控制算法,優(yōu)化了電能使用效率。隨著自動化技術迅猛發(fā)展,控制系統(tǒng)功能越來越強大,控制過程也變得越來越復 雜,系統(tǒng)操作最大透明化已經(jīng)成為一種需要。人機界面( HMI Human Machine Interface)以其過程可視化、操作員對操作過程可方便的控制等顯著特點,很好 的滿足了這種需
12、求而得到廣泛的應用。工業(yè)HMI又稱觸摸屏監(jiān)控器,是一種智能化操作控制顯示裝置。它一般與 PLC等工業(yè)控制設備,利用顯示 7 屏顯示,通過輸入單元(如觸摸屏、鍵盤、鼠標等)寫入工作參數(shù)或輸入操作命 令,實現(xiàn)人與機器信息交互。HMI的主要功能有:數(shù)據(jù)的輸入與顯示;系統(tǒng)或設 備的操作狀態(tài)方面的實時信息顯示;報警處理及打??;數(shù)據(jù)歸檔和報表系統(tǒng)。此 外,新一代工業(yè)人機界面還具有簡單的編程、對輸入的數(shù)據(jù)進行處理、數(shù)據(jù)登錄 及配方等智能化控制功能。5 .3上位機設計HMI監(jiān)控系統(tǒng)由監(jiān)控主畫面及相應的功能子畫面組成,HMI畫面設計對于HMI來說是非常關鍵的。HMI畫面是用組態(tài)軟件來做的,常見的組態(tài)軟件有西門子
13、公 司的Wincc、羅克韋爾公司的RsView及國產(chǎn)的組態(tài)王、力控等。在本溫度控制 系統(tǒng)設計中,我們選擇了組態(tài)王來完成監(jiān)控畫面的設計。組態(tài)王和其他組態(tài)軟件 相比最大的優(yōu)勢是它操作方便,提供了資源管理器式的操作主界面,并且提供了 以漢字作為關鍵字的腳本語言支持,對于新手來說很容易上手。我們從北京亞控公司的主頁上下載了組態(tài)王 6.5.1演示版,安裝好以后。雙擊桌 面圖標,打開工程管理器,建立工程。如圖所示,最下面的一行是我們新建的工 程,工程名稱為 組態(tài)王”。雙擊工程管理器中的工程名,出現(xiàn)工程瀏覽器。在工 程瀏覽器中,雙擊新建圖標,新建畫面(如圖 2-3-2所示)。在這里我們制作了 監(jiān)控主界面、實
14、時趨勢曲線、歷史趨勢曲線、報警窗口等畫面。下面詳細介紹每個畫面的設計方法。8圖2-3-1新建工程9于 nfl afpii Biw jJUn imzi w<i報警窗口實時越勢曲戰(zhàn)參數(shù)設置歷史疸勢曲線圖2-3-3溫度控制界面2.3.2 實時趨勢曲線打開開發(fā)系統(tǒng)頁面后,點擊工具箱中的實時趨勢曲線”把實時趨勢曲線放進開發(fā)頁面,然后雙擊曲線畫面,對曲線進行設置,如X軸和Y軸的設置及標示定義等,最后利用工具箱做好 返回主界面”按鈕,即可形成如圖2-3-4所示的實時趨 勢曲線畫面。系統(tǒng)運行時,實時趨勢曲線會顯示當前溫度值的變化趨勢和設定溫 度值。點擊 返回主界面”按鈕,就會回到主界面。10圖2-3-4
15、實時趨勢曲線2.3.3 歷史趨勢曲線打開開發(fā)系統(tǒng)頁面后,點擊 圖庫”,打開圖庫管理器,雙擊 歷史曲線”把它放進 開發(fā)頁面,再雙擊歷史趨勢曲線畫面,對曲線進行設置,包括曲線定義,坐標 系,操作面板和安全屬性等設置,最后利用工具箱做好返回主界面”按鈕,即可形成如圖2-3-5所示的歷史趨勢曲線畫面。系統(tǒng)運行時,畫面上會記錄某段時間 內(nèi)設定溫度值和當前溫度值的變化曲線。點擊返回主界面”按鈕,就會回到主界面。2.3.4 報警窗口打開開發(fā)系統(tǒng)頁面后,點擊工具箱中的報警窗口”把報警窗口放進開發(fā)頁面,然后雙擊畫面,對報警窗口進行設置,包括通用屬性、列屬性、操作屬性、條件屬 性、顏色和字體屬性的設置。最后利用工
16、具箱做好返回主界面”按鈕,即可形成如圖2-3-6所示的報警窗口畫面。系統(tǒng)運行時,報警窗口會根據(jù)當前溫度值國叫叫 更| m UkiR4g IE11做出適當?shù)膱缶?。此項目中我們設置當前溫度低于90度時,報警類型”欄顯示當前溫度偏低。當前溫度超過105度時,報警類型”欄顯示當前溫度偏高。圖2-3-5歷史趨勢曲線圖2-3-6報警窗口2.3.5 設定畫面設定畫面的設計和上面4個畫面類似,系統(tǒng)運行時該畫面會顯示增益Kp、積分時間Ti、微分時間Td、采樣時間、溫度輸入等參數(shù)的值。122.3.6 變量設置打開工程瀏覽器,點擊 數(shù)據(jù)詞典”,再點擊 新建”建立溫度”、輸入閥”、輸出 閥”、指示燈"、“K
17、p': "Ti、” “Td';溫度輸入”等變量。其中變量類型和寄存器 是最關鍵的,在組態(tài)王和 PLC之間傳輸?shù)淖兞慷际荌/O類型的,只在組態(tài)王內(nèi)部 需要的是內(nèi)存型的。寄存器和數(shù)據(jù)類型要與程序中一致,否則組態(tài)王就不能起到 監(jiān)控作用了。比如 溫度”的寄存器為INCREA200,數(shù)據(jù)類型為SHORT。下面我們以溫度設置為例來說明變量設置的步驟和方法。圖2-3-7為變量溫度”基本屬性設置圖,變量類型設置為I/O實數(shù),連接設備為新IO設備,寄存器為 INCREA200,數(shù)據(jù)類型是 SHORT。圖2-3-7溫度基本屬性設置圖2-3-8為變量 溫度”報警定義設置圖,我們設置了當前溫
18、度低于10度時,報警當前溫度太低。當前溫度10度到50之間時,報警當前溫度偏低。當前溫度大于190時,報警當前溫度偏13圖2-3-8溫度報警定義設置圖2-3-9為變量 溫度”記錄和安全區(qū)設置圖,我們設置 記錄”為數(shù)據(jù)變化記錄, 變化靈敏度設為1.這個主要是為歷史趨勢曲線服務的,若不設置這個,往往歷史 趨勢曲線就出不來或者效果很差。圖2-3-9當前溫度記錄和安全區(qū)設置142.3.7 動畫連接打開主界面,雙擊 停止”按鈕,出現(xiàn)如圖2-3-10的動畫連接畫面。在按下時左邊 打溝,點擊 確定”,出現(xiàn)命令語言輸入窗口,在該窗口中輸入圖2-3-11所示的命令,再點擊 確定”,就完成了停止”按鈕的動畫連接設
19、置。這樣,點擊 停止” 后,系統(tǒng)就開始運行。對象類型技困我象鈉二|£SS3B£B左簾 ± 210高度卯 亮度HQ推示文本:|雷區(qū)登化L 續(xù)密性位置與大4五北水平移動| 事直移動 簟在用tr 文本色優(yōu)先皺;R5-安全區(qū)校眼保護訪畫連接 值喻人等價譴r Ctrl I- Shi £t 無前亡唔嘉隹接f? tmt r二群寸_ 圖2-3-10動畫連接打開主界面,雙擊目前溫度值下面的框,出現(xiàn)如圖2-3-10所示的動畫連接畫面。在模擬值輸出左邊打鉤,出現(xiàn)模擬值輸出連接畫面。點擊表達式框右邊的問號,選擇變量 溫度”。輸出格式中設置整數(shù)位數(shù)為2,小數(shù)位數(shù)為1,顯示格式設置 為十進制,最后點擊 確定”。這樣,變量 溫度”的動畫連接設置就完成了。打開主界面,雙擊 溫度控制”按鈕,出現(xiàn)如圖2-3-10的動15畫連接畫面。在按下時左邊打溝,點擊 確定”,出現(xiàn)命令語言輸入窗口,在該窗 口中輸入圖2-3-12所示的命令,再點擊 確定”,就完成了溫度控制”按鈕的動畫 連接設置。運行時,點擊主界面中的溫度控制”就可以進入設定畫面了。其他按鈕的動畫連接方法和 停止”按鈕類似,只是輸入的命令稍有不同。
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