锅炉液位控制系统

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毕业设计(论文)锅炉液位控制系统摘要本文以Rockwell实验室的过程控制实验装置为实验平台，针对工业过程控制中精确控制锅炉液位，采用Rockwell公司推出的ControlLogix5555控制器和它的配套编程软件RSLogix5000支持的功能块编集器及其专门用于过程控制的PIDE指令，进行系统设计实现了对水箱液位的控制。全文由五章构成：第一章简要概述了过程控制的研究背景及其发展；第二章介绍了控制系统的组成及其硬件结构；第三章锅炉液位系统软件设计；第四章人机界面与系统调试。本系统采用简洁有效的专门用于过程控制和传动控制的功能块编辑器，大大简化了编程的工作量，具有一定的学术价值；而且给出的结论对实际控制系统的设计和应用具有很大的指导意义和应用价值。关键词：ControlLogix5555，功能块，PIDE BoilerfluidpositioncontrolsystemAuthor：ZhangHefengTutor：ZhaoQiangAbstractThisarticletakestheRockwellLaboratoryprocesscontroldevicesastestingplatform.Aimingatpreciseprocesscontrollingofboilerfluidposition,thearticleusestheControlLogix5555controllerandprogramsoftwareRSLogix5000whichsupportsfunctionblockprogrammingandhasspecialprocessinstructionssuchasPIDEinstructiontodesignthesystemtorealizethewatertank’sfluidpositioncontrol.Thisdissertationiscomposedoffivechapters.Thefirstchapterbrieflyhasoutlinedtheprocesscontrolresearch’sbackgroundanditsdevelopment;thesecondchapterintroducesthecontrolsystem’scompositionanditshardwarearchitecture;thethirdchapterboilerfluidpositionsystemsoftwaredesign;thefourthchapterman-machinecontactsurfaceandsystemdebugging.Thissystem’sdesignadoptsfunctionblockeditorwhichiseffectivespeciallyusedintheprocesscontrolandthetransmissioncontrol,soitgreatlysimplifiedtheprogrammingwork,anditalsohascertainacademicvalue;Moreover,conclusionsofthearticlehavegreatsignificanceandapplicationvaluetotheactualcontrolsystemdesignandapplication.Keywords:ControlLogix5555，FunctionBlockDiagramming，PIDE 目录1绪论11.1液位控制研究的背景及意义11.2PLC在过程控制中应用的发展11.3本文工作及意义22锅炉液位控制系统的硬件设计32.1系统实验平台整体概述32.2控制环节42.2.1Controllogix系统的特点42.2.2Controllogix系统的结构52.3执行环节62.3.1电动调节阀62.3.2变频器83锅炉液位系统软件设计113.1RSLogix5000软件中的功能块113.1.1功能块的特点123.1.2功能块的结构和使用133.1.3功能模块的表现形式133.1.4功能块中特有指令简介153.1.5功能块的一些应用规则173.2系统软件编程203.2.1调用功能块界面203.2.2选择主要模块213.2.3锅炉液位控制系统的编程234人机界面与系统调试30致谢38参考文献39附录A40 1绪论1.1液位控制研究的背景及意义自本世纪30年代以来，自动化技术获得了惊人的成就，已在工业生产和科学发展中起着关键的作用。工业过程自动化涉及的范围极广，过程控制是其中最重要的一个分支。它主要针对所谓六大参数，即温度、压力、流量、液位、成分和物性等参数的控制问题，它能覆盖许多工业部门，诸如石油、化工、电力、冶金、轻工、纺织等等。以往一般的过程控制系统均采用DCS系统实现，随着PLC的迅速发展它已不局限于顺序控制，在其他领域也开始广泛应用。由于液位控制系统是典型的一阶系统，故本文以液位控制为例说明。1.2PLC在过程控制中应用的发展传统PLC被广泛应用于离散过程控制领域，但现在，PLC已被广泛应用于连续过程控制领域，而且基于连续过程控制技术的发展趋势正在进一步得到增长。通信是PLC应用的关键技术，这种技术在PLC领域已经得到扩展。同系统一样，对PLC进行分散化处理已经成为可能，所以更容易进行管理，以便能够更好地集成在一起。 面对传统工业过程控制市场所存在的巨大竞争压力，许多PLC供应商正在开始主动转移他们所服务的过程控制应用领域，而且必须放弃传统PLC应用已经占据的一些市场份额。Rockwell自动化公司为增强A-B公司的ControlLogix多功能控制器的过程控制性能，同时增加一套冗余解决方案和流量仪表模件。其1756-CFM可组态流量仪表模件将提供支持两通道0-120kHz范围内频率输入的能力，可以接受大多数涡轮或者质量流量仪表的输入信号。在6.0版本的RSLogix 5000中，将同时提供功能模块图表（FBD）和过程控制指令表两种编程方式。其ControlLogix平台也同时集成了RSView可视化HMI软件部件。在ControlLogix中，ActiveX面板显示控件与过程控制指令表同时工作，并在RSView的基础上为过程控制应用提供完美的画面显示。另外，其RS系列批量控制应用也提供了集成化S88批量处理能力。  同时 ，Rockwell自动化公司也推出了增强型ProcessLogix分散型控制系统。随后，又公布了其FlexLogix分散型控制系统，其中内藏有5430型FlexLogix控制器和现有的Flex I/O控制设备产品。5430型控制器与A-B公司的ControlLogix多功能控制器使用了与Rockwell自动化公司相同的过程控制软件包RSLogix5000。Rockwell自动化公司的ControlLogix 5550多功能控制器，为满足运动控制的需要已经增加了3种新指令，它们都遵循了IEC 61131-3国际标准，非常适合于连续过程控制和PLC应用的需要。通过允许RSLinx软件用一个请求命令能够接收全部标识符数据列表的方式，网络数据吞吐量得到了极大的提高。另外，I/O工具现在具备了图形化接口，允许对趋势图表和柱状图的数值进行监控，大大增加了一个系统的浏览工具。 1.3本文工作及意义本文以锅炉过程控制为模型，从控制对象、控制算法两个方面来阐述本次毕业设计的内容。同时也将介绍Rockwell公司的ControlLogix5555处理器及其功能块图开发软件RSLogix5000，然后利用RSLogix5000在ControlLogix可编程逻辑控制器上开发出锅炉控制系统的控制程序。本系统主要由三部分组成：单容下水箱的液位单闭环控制、串接双容下水箱的液位单闭环控制、双容水箱上水箱下水箱的液位串级控制。本文对系统整体方案的设计，编程方式以及参数调节都做了全面的介绍。本设计系统以实验台模拟工业现场，采用了先进的ControlLogix控制器、传统的电动调节阀，应用功能块编辑中特有的PIDE指令实现PID调节，系统结构简单易行，不仅有较高的学术价值，而且文中得出的结论，对实现控制系统的设计和应用具有很大的指导意义和应用价值。通过本次设计不仅熟练掌握了功能块编辑方式和PID参数的调整，而且对ControlLogix控制器、I/O的使用都有了较深入的理解。在整个毕业设计过程中，锻炼了思维能力，提高了动手能力和分析问题、解决问题的能力，对将要从事的工作有很大的帮助。 2锅炉液位控制系统的硬件设计2.1系统实验平台整体概述图2.1SAC-JGK-Ⅱ型过程控制实验装置本系统采用的是沈阳沈飞电子科技发展有限公司生产的SAC-JGK-Ⅱ型过程控制实验装置。该装置以热水锅炉为对象，配以高位水箱、液位水槽、循环水泵以及相应的检测仪表、执行机构、调节装置等。此装置由不锈钢架子，两台SZ045三相电机，两个液位变送器，一个压力变送器，一个温度变送器，两个转子流量计，两个压力表，一个电动调节阀，一个热电阻，一个走线端子箱构成。其中，三相电机由变频器供电，允许输入0－50Hz频率的电。四个变送器都为24V直流供电，输出都为4－20mA电流信号。转子流量计、热电阻和电动调节阀的供电为220V，对应的输出信号也为4－20mA的电流信号。本系统各装置的配线定义说明见附录1。配线注意事项：1.接线时，高压信号线与低压信号线不要离得太近，应空开，以免烧损模块。2.直流电源一定要注意正负极的区别。 3.应注意将各个地线接到一起，尤其要将电源线的地线接好，以保证电流回路的构成和静电电流的入地。4.系统上电以前一定要保证接线的正确性，以免在通电的状态下发生事故。5.每一个端子上，尽量不要连接超过两根线，以保证线路接触良好。最好将接完的配线做标注以便查找。本套装置可以进行几十套调节系统的自由组合，将逻辑控制和回路控制集成在一起，构成自动化系统中的基础级控制。然后通过工业控制网络和以太网将基础控制和生产过程控制联系起来，基础控制级接受并执行过程控制级的各种指令，并把过程参数、设备状态等数据传送给过程监控系统。运用数字PID控制，流量、压力、液位、温度的多变量解耦技术，以及神经元控制方法，实现对过程控制级的优化设定。2.2控制环节控制环节是整个系统的核心部分。本系统采用Rockwell公司生产的ControlLogix5555可编程控制器作为处理器。如图2.2所示。图2.2Controllogix控制系统Controllogix系列可编程序控制器是罗克韦尔公司推出的AB系列模块化PLC，是目前世界上比较具有竞争力的控制系统之一，Controllogix将顺序控制、过程控制、传动控制及运动控制、通讯、IO技术集成在一个平台上，可以为各种工业应用提供强有力的支持，适用于各种场合，最大的特点是可以使用网络将其相互连接，各个控制站之间能够按照客户的要求进行信息的交换。2.2.1Controllogix系统的特点 ControlLogix是可同时完成时序处理和动态控制,集可编程序控制器、计算机发展技术和现代控制思想于一体的新一代信息控制系统。ControlLogix控制平台具有下列特点：l无缝连接：易于和现有PLC系统集成：现有网络的用户可以与其他网络上的程序控制器透明地收发信息。l快速性：ControlLogix平台通过背板提供了高速数据传输，而且ControlLogix5000控制器提供了一个高速控制平台，提供了一种模块化的控制方法。l可升级：根据您的需要，增加或减少控制器和通讯模块的个数，可在一个机架内使用多个控制器。请选择满足您应用需求的控制器内存容量。l工业化：提了一个硬件平台，可耐受振动，高温和各种工业环境下的电气干扰。l集成化：建立一个集成了多技术的系统平台，包括顺序控制、运动控制、传动控制和过程应用。2.2.2Controllogix系统的结构图2.3ControlLogix5555基本组成编程设备外部设备外部设备输入模块输出模块电源模块微处理器存储器CPU模块Controllogix采用框架式结构，所有得模块都插在框架的背板上，背板支持模块的热插拔。ControlLogix控制器最大存储容量可达8兆，支持过程密集型的应用和快速运动控制应用。可以根据应用要求，选用不同存储容量的控制器。CompactFlash卡可做程序的移动存储。多种处理器、多种通讯模块和I/O可以混合使用，不受限制。不需要处理器执行I/O的桥接和路由，随着系统的增大，可用网络把控制分布到另外的机架。ControlLogix处理器提供模块化用户内存（750K到8M 字节）能解决大量I/O问题（4000点模拟量和128，000点数字量）。可以控制本地和远程I/O。处理器可以通过EtherNet/IP、ControlNet、DeviceNet和UniversalRemoteI/O监控I/O。如图2.3所示是Controllogix控制器的基本组成。2.3执行环节2.3.1电动调节阀图2.4电动调节阀阀本系统选用了上海万迅仪表有限公司的QSVY系列智能电动小流量调节阀。它是QS智能电动调节阀系列产品之一，由QSL奇胜智能型电动执行器与优质的国产阀门相组合构成，是一种高性能的调节阀。适用于实验室及石油、化工、医药等生产过程中需加入少量添加剂和密封要求高的场合，可广泛用于较小流量的调节。电动执行机构接受0-10mA／4-20mA／0-5V／1～5V等控制信号，改变阀门的开度，同时将阀门开度的隔离信号反馈给控制系统，实现对压力、温度、流量、液位等参数的调节。2.3.1.1电动调节阀功能组件说明1.智能伺服放大器（A、B、C）A、B、C智能伺服放大器应用了当今先进的计算机单片技术及控制系统软件，所有控制均可编程实现。控制精度高，动作灵活，操作方便，配线简单，具有一定的人机对话功能。A、B、C智能伺服放大器以220V单相交流电为动力源，接受调节器或工控机4~20mA输入标准电信号来控制交流同步和异步伺服电机，以确定执行器阀位，同时可输出1个同输入信号完全隔离的0~10mA或4~20mA阀位信号。A、B、C智能伺服放大器操作面板设有数字显示器、各种功能指示灯、各种功能开关，不仅能实现调试全过程，而且可随时进行键操作，使得操作更加方便；具有自诊断保护和远程报警功能；能自动分辨干扰信号和控制信号，调整自适应死区，不会发生超调及振荡现象；长期运行后，仍能保证可靠的关闭和良好运行状态；无任何机械磨损，使用寿命长；输出阀位信号可选择0~10mA或4~20mA。其电路原理见图2.5，A、B、C 智能伺服放大器以专用单片微处理器为基础，通过输入回路把模拟信号、阀位电阻信号转换成数字信号，微处理器根据采样结果通过人工智能控制软件后，显示结果及输出控制信号。微处理器输入信号模拟量微处理器光电隔离光电隔离开关量输出模拟量输出阀位输入阀位电阻LED显示面板设定图2.5伺服放大器工作原理2.附加行程限位开关（2K）附加行程限位开关（2K）为2个一组的附加开关，可以满足当执行器到达在适当的位置时输出2个无源触点信号（220V，5A）。3.加热电阻（HR）安装在执行器内部，使执行器内部保持一定的温度，以避免在低温（-20℃以下）使用时结霜而损坏执行器电气元件。4.智能位置变送器（K）当不需配内置伺服功能，而只需要输出0～10mA/4～20mA阀位信号时选用。其带有现场电动软手操功能，可用上升键或下降键进行操作；输出阀位信号可选择0~10mA或4~20mA。 2.3.1.2电气接线图2.6电动调节阀面板电气接线如图2.6所示输入：4～20mA、0~20mA、0~5V、1～5V、0～10V、2～10V；输出：0～10mA/4～20mA本系统液位控制设计方案中电动调节阀接受PLC扩展输出模块1796-OF2的4～20mA输出信号，由电动执行机构改变阀门开度从而调节水箱的进水流量。2.3.2变频器本系统选用Rockwell公司生产的160SSC变频器来控制电机的启动和停止。2.3.2.1160SSC端子排的接线160SSC共有3排接线端子：TB1、TB2和TB3。TB1为变频器的动力电输入，接380V交流电；TB2为交流输出，接三相交流异步电机；TB3为控制端。TB3上的11个控制端子可分为3组：1~4为运行频率控制端，提供了电机的运行频率；5~8为正反转及停止控制端，用于电机的启动、停止及正反转控制；9~11为变频器的输出端，可通过P47参数组态。 2.3.2.2160SSC的工作模式160SSC有10种不同的工作模式，可通过编程参数P46-[输入模式]设置，如表2.1所示。表2.1160SSC的工作模式P46设置说明设置0三线控制（厂家预设的缺省值）设置1两线“正向运行/反向运行”控制设置2编程键盘模块（PKM）/通讯模块控制设置3瞬时“正向/反向”控制设置4两线“加速/减速”控制设置5两线“使能”控制设置6两线“TB3控制/编程键盘模块或者通讯控制”设置7两线“P59[频率选择]”控制设置8两线“预置速度”控制设置9两线“比例/积分”控制本系统160SSC设置成模式1，接线如图2.7所示。56788RunReverseRunForwardCommonStop图2.7160SSC模式1接线图MicroLogix1500与160SSC的实际接线如图2.8所示。 DCCOMDCCOMMI/1I/0OA/0V(＋)OA(－)O/5O/7O/6VACVDC12345678TB3控制端子24VDC24VDC图2.8控制器与160SSC控制端的实际接线图2.3.2.3160SSC参数的含义及设置方法160SSC的参数包括显示参数和编程参数。例如：P01-[输出频率（OutputFrequency）]；P01表示参数号，参数名在中括号内。显示参数为P1-P19号参数，是只读的，它们描述了变频器当前的工作状态。编程参数为P31~P84号参数，可根据不同的控制要求设置参数。通过编程键盘模块可以方便的查看和设置这些参数。本系统中变频器的参数设置如下：（1）设置P30-[加速时间1]为12.0。（2）设置P31-[减速时间1]为8.0。（3）设置P32-[最小频率]为0。（4）设置P33-[最大频率]为50。电机的运行频率范围0~50Hz。（5）设置P35-[基本频率]为50，即电机的铭牌频率。（6）设置P46[输入模式]为1，即两线“正向运行/反向运行”控制模式。（7）设置P56-[Reset模式]为2。把P56-[Reset模式]设为2的作用是使新的P46-[输入模式]的参数值有效，注意每次改变P46-[输入模式]后都要将P56设置为2。变频器确认后自动把P56-[Reset模式]复位为0（8）设置P58-[内部频率]为42，即电机稳态运行时的频率为42Hz。（9）设置P59-[频率选择]为1，表示电机运行的频率为P58-[内部频率]；设为0时表示电机运行频率来自外部模拟量输入。 3锅炉液位系统软件设计锅炉液位控制系统基于ControlLogix控制平台。它是基于罗克韦尔三层网络体系而建立起来的一种最先进的可编程控制器系统，除了完成传统的逻辑控制功能外它在运动控制传动控制和过程控制方面的能力越来越引起工控界的注意。ControlLogix系统比PLC和SLC功能更强大，除了具备PLC和SLC的大部分逻辑控制功能以外，还集成了多种控制规律（顺序控制、运动控制、驱动控制和过程控制等），具有一些优点：1、模块化结构。ControlLogix系统不仅包括模拟量、数字量这些不同模块，而且还有专门的过程控制模块及相应的全套的过程控制指令。2、硬冗余。省去了软冗余中编程的麻烦，减少了设备切换时间，降低了故障的发生率。3、强大的网络功能。主要包括EtherNet、ControlNet、DeviceNet三层网。4.系统间结合紧密。可与现有的Rockwell各层网络上的设备通过相应的连接模块进行信息交换，实现与其它网络上的程序处理器之间无缝对接。5.带电插拔。用户就可以在继续维持系统运行的同时更换有故障的模块，而不会影响整个系统其它部分的正常运行。6.系统小型化、抗干扰性强。适用于有限的安装空间，并且携带方便，可耐受振动，高温以及各种工业环境下的电气干扰。随着科技的不断进步和工业生产规模的不断扩大，尤其是工业现场中对过程变量控制要求的提高，再加上传统的PLC系统在处理模拟量方面的不足，ControlLogix系统一经推出，在工控领域就受到关注，得到了用户的认可和广泛应用。3.1RSLogix5000软件中的功能块硬件功能的充分发挥，要靠软件来实现。RSLogix5000软件是Logix-5555系列处理器专用的编程组态软件。用RSlogix5000软件可以组态ControlLogix系统的I/O和通讯模块，以及对处理器编程，向用户提供强大的功能。RSLogix5000软件向用户提供两种常用的编程方式：梯形图（Ladder）和功能块图（FunctionBlockDiagram）编程方式。 1、梯形图方式是一种用户熟悉的方式。它采用图形语言，在RSLogix5000编程软件中，延续了以前编程方式的优点，在大部分以前功能的基础上，又新添加了一些小的功能。如输入可以串联、可以有多个输出等。虽然梯形图形象、直观，在处理数字量方面的能力也有所提高，但只适用于顺序逻辑控制、离散量控制、定时/计数控制等操作,对于过程变量的处理，还是显得不够简洁。2、功能块图编程方式是最新推出的模块化的编程方式。它也是一种图形化的编程语言,可以形象地比喻为“软件的集成电路”。功能块表达了功能块应用所实现的基本自动化功能。这种编程方式较为简单只需将单个的、本身独立的、具有一定独特功能的模块，用连线的方式简单的连接起来，就可实现一定的系统控制功能。该方式提供了多种过程控制方面的指令模块，因而在过程变量的处理方面，有独特的一面。3.1.1功能块的特点功能模块图程序设计语言是采用功能模块来表示模块所具有的功能，不同的功能模块有不同的功能。它有若干个输入端和输出端，通过软连接的方式，分别连接到所需的其它端子，完成所需的控制运算或控制功能。功能模块可以分为不同的类型，在同一种类型中，也可能因功能参数的不同而使功能或应用范围有所差别，例如，输入端的数量、输入信号的类型等的不同使它的使用范围不同。由于采用软连接的方式进行功能模块之间及功能模块与外部端子的连接，因此控制方案的更改、信号连接的替换等操作可以很方便实现。功能模块图程序设计语言的特点是：（1）以功能模块为单位，从控制功能入手，使控制方案的分析和理解变得容易；（2）功能模块是用图形化的方法描述功能，它的直观性大大方便了设计人员的编程和组态，有较好的易操作性；（3）对控制规模较大、控制关系较复录的系统，由于控制功能的关系可以较清楚地表达出来，因此，编程和组态时间可以缩短，调试时间也能减少；（4）由于每种功能模块需要占用一定的程序内存，对功能模块。3.1.2功能块的结构和使用功能块(FunctionBlock，FB)可以被描述成一个具有可被一种或多种算法控制的特定数据结构的“软件功能单元” 。每一个功能块都要根据特定的控制算法和一套输入、输出和内部控制参数对输入信号进行处理。同时,功能块的输出又可以为同一功能块应用进图3.1功能块的内部结构图程或其它功能块应用进程中的其它功能块所使用。功能块的内部结构如图3.1所示。图中，左、右两边的一组输入参数与输出参数，是本功能块与其它功能块之间要交换的数据和信息，其中输出参数是由输入参数、本功能块的内含参数、算法的共同作用而产生的。功能块将输入参数在内部进行处理。并且把按内部算法处理过的参数输出，作为下一个功能块的输入参数。这就要求将其输出、输入的参数经过功能块之间的连线。使用软件RSLogix5000中的功能块图编程方式时，就需要用连线把一个个有独立功能的功能模块连接起来，使它们具有一定的逻辑关系，在程序运行时，连线具有数据传输功能。3.1.3功能模块的表现形式图3.2功能块编辑指令栏在功能块编辑画面中，点击指令栏中的指令，在编辑画面上就会出现相应的功能块。如图3.2所示，功能块的表现形式和梯形图中指令的表现形式存在很大的不同。以PID指令为例，如图3.3所示：图3.3中，左边是功能块中的PIDE指令，右边是梯形图中的PID指令。从图中可以看出，该指令模块和电子电路中的芯片有类似的地方。模块的引脚，用于数据传输中数据的输入输出连接等。点击PID 右上角的属性按钮，就可以看到功能块内部定义的各个参数。如图3.4和3.5所示：图3.4PIDE指令的参数列表在属性框中，有Parameters和Tag两个选择项。在Parameters选择项中可以看到：属性框左边的“I”表示该引脚为输入，“O”表示该引脚为输出。Vis：该引脚是否可见。对号表示可见，空白表示不可见。Name：该模块中已经被定义好的引脚名称。Value：该引脚对应的数值。Type：数值的类型。在功能块中，该数值类型已经定义好了，不可以更改。Description：对引脚的简单描述。在Tag选择项中可以看到： 图3.5PIDE属性中的tag对话框Name：模块的名称。可以更改，以使编程思路清楚。图3.5PIDE属性中的tag对话框Description：对该模块的作用做简单的描述，使程序明了易懂。参数的编辑和修改都可以在各自的模块上进行。当使用引脚时，可以在参数编辑栏中，点击管脚前的对号，这时在程序编辑界面上，这个管脚就会出现。不用时，再将对号点掉，管脚就消失了。这样使程序编辑界面非常清晰，使用模块也非常方便。DataType:模块的数据类型。指令模块的数据类型已规定好不可更改。Scope:模块的作用范围。3.1.4功能块中特有指令简介在RSLogix5000指令集里，功能块编辑器里有42条专门用于过程控制和传动控制的编程指令。这42条指令使Logix 处理器在过程控制应用中得心应手，不用写大量复杂的代码就可以实现常规过程处理中需要的控制算法。下面分为几种指令集中，简单介绍一下这些指令。★ProcessControlInstructions（过程控制指令）ALM（alarm）：报警功能块，提供各种模拟量的报警。 SCL(Scale)：参数整定功能块PIDE（enhancedPID）：增强型PID功能块。比PID有更强大的调节和设置功能。RMPS（ramp/soak）：斜坡函数功能块。POSP（positionproportional）：位置比例功能块，用于信号反馈。SRTP（rangetimeproportional）：时间范围比例功能块。LDLG（lead-lag）：超前滞后功能块。FGEN（functiongeneral）：函数功能块。TOT（totalize）：总计功能块。DEDT（deadtime）：延时功能块。D2SD（discrete2-statedevice）：离散设备状态★DrivesInstructions（驱动指令）PMUL（pulsemultiplier）：脉冲乘法器。该模块提供位置量输入的转化界面。可用在位置随动系统中。SCRV（S-curve）：曲面化模块。该模块用于对有波动输入的平滑处理，以减缓输出的波动。PI（proportionalintegrator）：比例积分调节模块。INTG（integrator）：积分调节模块。SOC（secondcontroller）：二级处理器。UPDN（up/downaccumulator）：累加器模块。★SelectLimitInstructions（选择限制指令）SEL（二选一模块）：此模块是典型的二输入，选择一个输出的模块。当SelectorIn的值为“0”时，Out的输出值为In1的输入值，当SelectorIn的值为“1”时，Out的输出值为In2的输入值。ESEL(EnhancedSEL):增强型选择模块。此模块可以对6个输入进行选择。SSUM（SelectedSummer）：该模块可以对4个输入有选择的相加。SNEG（selectablenegater）：取反模块。 HLL（high/lowlimit）：输出限幅模块。用于对某一过程变量的上下限的限定。RLIM（ratelimiter）：变化率限制器。★FilterInstructions（滤波指令）HPF（high-passfilter）：高通滤波器。LPF（low-passfilter）：低通滤波器。NTCH（notchfilter）：带通滤波器。LDL2（second-orderlead-lag）：超前滞后模块。DERV（derivative）派生模块。从特有的功能块指令中可以看出，功能块编程方式在对过程变量处理时，提供了多种指令模块。这样，将大大减轻编程的工作量，减少编程语言的使用量，可以简化程序，使程序更清晰明了，简单易懂。3.1.5功能块的一些应用规则功能块编程方式在数据的输入和程序的执行方面，都不同于梯形图编程方式（1）数据的输入和输出图3.6数据的输入输出用功能块编程时，可以用外部Tag或者系统数值完成数据的输入和输出，而不需要另外的连线。在数据的输入输出时，需要使用下列指令：IREF（inputdataelementreferences）用于数据的输入，OREF(outputdataelementreferences)用于数据的输出。图中TAGI[1]、TAGI[2]是数据输入端，TAGO[2]、TAGO[3] 是数据的输出端，数据用连线进行传输。一个输入可以被多个功能块使用，而输出只能是唯一的，也就是说，如果图中TAGO[2]改名称为TAGO[3]，系统就会出错。交叉相连的地方，软件默认为一黑点。功能块都是透明的，也就是说，功能块可以叠加，它们之间的连线可以相互交叉不相连，而并不会影响功能块的逻辑关系和功能块之间的数据传输。ICON和OCON（I/Owireconnectors）用于数据的连接。图3.7数据的连接当数据连接不太方便，或者编程的过程中需要翻页的时候，用此指令。（2）功能块顺序执行图3.8功能块的执行顺序通过连线将各个功能块连接起来，不但可以对功能快进行逻辑关系设置，还可以对功能块的执行顺序进行设置。功能块的执行过程遵守以下原则：顺序执行如果顺序连接功能块，执行时，数据从输入，经过内部运算后到输出，然后到下一功能块。如图3.8所示：如图4.8所示，不经过连线的连接，功能块之间不具有逻辑关系，执行的时候，数据不会从一条路径传输到另外一条路径中。即1、3、5功能块和2、4、6 功能块之间没有任何的关系。程序执行时输入数据经功能块1、3、5执行完后直接给输出。（3）反馈信号的处理图3.9反馈线的连接如果功能块形成了环状，处理器就不能对信号的执行先后做出判断。也就是说，要想把以某功能块的输出作为另一功能块的输入，即反馈，这时，要对该信号进行处理，以让处理器可以对信号的执行顺序做出正确的判断。此时，要用到局部反馈线（localizedfeedbackwire）。如图3.9所示：连接反馈线的时候，要用带双箭头的连线。具体用法：连接数据输出输入端点，选择连线，用鼠标右键点击连线，选择“localizedfeedbackwire”。如果不使用localizedfeedbackwire，在程序编译的时候，会出现错误，并且提示数据没有经过处理。（4）子程序的调用把系统要实现的功能分开，做成子程序，有助于编辑程序。下面以三个实数的和为例，用功能块连接成求和子程序，如图3.10所示，图3.10三数和的主程序和子程序调用该求和子程序时，要在JSR模块中的Routine对子程序选择，这就要求对子程序要有合理的命名，以便于调用。 3.2系统软件编程3.2.1调用功能块界面图3.11功能块调用界面面进入RSLogix5000编程界面，右键点击左边控制栏里的MainProgram，选择NewRoutine，出现如图3.11所示的对话框：在“Name”栏里为该程序取名“pide”，在“Type”栏里点击下拉框，选择FunctionBlockDiagram。然后点击“OK”。（一般的RSLogix5000软件只有梯形图，功能块要激活才能使用。）将会在MainProgram下出现框。双击此选项，就进入功能块编程界面了。在这里要注意：在要将设为主程序，因为系统默认梯形图为主程序，否则程序执行的时候默认先运行梯形图程序，功能块程序将不被运行。右键点击，选择菜单中的“Properties”，在出现的对话框“Configuration”，在“Main”的下拉框中调入“pide”即可。下图4.12所示是功能块的调用界面： 图3.12功能块编辑界面面3.2.2选择主要模块（1）二选一功能块Select（SEL）SelectIn引脚数据类型为Bool值SelectIn＝0时Out＝In2SelectIn＝1时Out＝In1选择该功能块主要是利用输入一BOOL值来调用一REAL值或INT值输（2）使能选择功能块EnhancedSelect（ESEL）该功能块有6个模拟量输入端子（In1~In6），可以对其中的任何输入进行选择。通过InsUsed引脚可以对输入端子的数量做限制，输入端子数量可以是1~6个。SelectorMode引脚可以选择输入的模式。该功能块有6个模拟量输入端子（In1~In6），可以对其中的任何输入进行选择。通过InsUsed引脚可以对输入端子的数量做限制输入端子数量可以是1~6个。SelectorMode引脚可以选择输入的模式： SelectorMode=0manualselectSelectorMode=1highselectSelectorMode=2lowselectSelectorMode=3medianselectSelectorMode=4averageselect（3）参数标定功能块Scale（SCL）该功能块是将输入量标定成实际所要求的工程量。此设计中采集上来的数据经过1794-IF2XOF2I模块将模拟量转化成数字量。而我们要将它标定为我们在实验中的工程量温度值。因此我们在InputParameter中的InRawMax中输入1794-IF2XOF2I输入通道对应的最大数字量30840，在InEUMax中输入我们所需要的工程量最大值1000。（4）超前滞后模块（LDLG）该功能块用于自动控制系统的校正，对输入信号的相位做超前、滞后或超前滞后的补偿。但利用它还可以仿真一阶系统阶跃响应曲线。常用参数：Lead（超前）、Lag（滞后）方程式：（5）死区时间（DEDT）该功能块用于执行输入信号的延时，用一个数据存储器来存储延时的数据。因此StorageArray必须设置为数组类型。另外，Deadtime用来设置延时时间。(6)比例积分微分功能块（PIDE）PIDE指令主要是对诸如流速，压力，温度或液位等过程变量进行控制。PIDE指令接收来自数据输入模块或外部导入的过程变量PV ，通过指令内部集成算法计算后输出控制变量CV，从而保持过程变量在希望的设定点。PIDE指令其实是一个复合程序模块。它能够根据程序员的设置，在一个闭环系统中完成一个PID控制器的作用，大大减少了编制PID控制算法的工作量，也增加了系统的可靠性。3.2.3锅炉液位控制系统的编程3.2.3.1单容下水箱的液位单闭环控制下水箱流量计1手调阀5⒈工艺流程LT02021液位检测变送电动调节阀电机1截止阀7储水箱手调阀8图3.13单容下水箱液位控制工艺流程简图本设计的控制对象是下水箱的液位，其工艺流程如图4.13所示。2.结构框图与实际接线 图3.14单容下水箱液位单闭环控制原理图N(s)Y(s)PID控制器下水箱液位电动调节阀液位变送器2R(s)+—E(s)本系统为单回路下水箱液位控制系统，单回路调节系统一般指在一个调节对象上用一个调节器来保持一个参数的恒定，而调节器只接受一个测量信号，其输出也只控制一个执行机构。单回路反馈控制系统结构简单，投资少，易于调整、投运，又能满足一般生产过程的控制要求，应用十分广泛，尤其适用于被控对象为纯滞后、惯性小、负荷和干扰变化比较平缓、或者对被控量要求不太高的场合。本设计的目的是使下水箱的液位通过单闭环控制能稳定在给定值，能够减少或消除来自系统内部或外部扰动，结构框图如图4.14所示。ANLGComIin0＋LT－200－2LT－200－124VDC＋－液位变送器21769－IF4PLCANLGComIout0＋1769－OF2KE－100－2KE－100－1KE－100－LKE－100－N电动调节阀220VAC上位机上位机图3.15单容下水箱液位控制接线图该系统控制的任务是控制下水箱液位等于设定值所要求的高度。PLC将设定值与从液位变送器2采集进来的液位高度值相比较后，经过PID运算，输出电流控制信号给智能电动调节阀，调节阀将根据控制信号调节阀门开度来控制进水管道的流量，从而控制下水箱的液位高度。接线如图3.15所示。3.软件设计本系统选用Rockwell公司的PLC（ControlLogix5555）作为处理器，通常PLC不采用微机的编程语言，而采用面向控制过程、面向问题的自然语言编程，这些编程语言有梯形图、语句表、功能图、顺序功能图等。Rockwell公司的编程软件RSLogix5000支持功能块图的编程方式。 系统程序主要由两部分组成，即系统起停控制、PID控制算法。图3.16系统起停控制程序（1）系统起停控制设置“起”、“停”控制位，以便用户在系统发生异常时能通过人机界面恢复正常输出。（2）PID控制算法PID控制算法程序的核心部分是一个PID算法指令。由于PIDE指令本身对输入量PV没有工程量整定的功能，因此在输入之前必须用SCL整定指令进行工程量整定。而输出量CV则可直接在功能块内部进行整定。图3.17PIDE控制程序 3.2.3.2串接双容下水箱的液位单闭环控制1.工艺流程这也是一个单回路控制系统，与设计一不同的是有两个水箱相串联，控制的目的是使下水箱的液位高度等于给定值所期望的高度，其工艺流程如图3.18所示。2.双容水箱特征在相连的两个水箱间有控制水流量的阀门。当阀门关死时，两个水箱之间的水不能互相流通，在这种状态下实施控制，就相当于单独对一个的水箱实施控制。当阀门打开时，两个水箱之间的水就可以互相流通了，且水流流通的速度一部分由上水箱的液位高度决定，一部分由阀门的开度决定。本设计仅仅打开上水箱的入水阀门，而完全关闭下水箱的入水阀门，由上水箱控制整个系统的入水，同时上水箱的出水阀门完全关闭，仅仅打开下水箱的出水阀门，由下水箱的出水阀门出水。如图3.18所示。本系统流量计1电动调节阀电机1截止阀7储水箱液位变送LT02021手调阀8下水箱手调阀1上水箱图3.18串接双容下水箱的液位单闭环控制工艺流程简图不但是一个含有积分环节的过程，而且由于两水箱串联而存在容量滞后，上水箱的进水流量由电动调节阀控制，因而还存在从电动调节阀到上水箱的纯滞后。本系统的结构原理框图和接线图与单容下水箱的液位单闭环控制相同，见图3.14与图3.15。 3.软件设计由于本设计依然采用单闭环控制，故程序与单容下水箱的液位单闭环控制程序相同。这里不在赘述。3.2.3.3双容水箱液位的串级控制虽然单回路控制系统解决了工艺生产过程自动化中大量的参数值问题，但是，单回路系统仅适用于比较简单的单输出生产过程的控制，不能解决多输出过程的控制问题。随着现代工业生产的迅速发展对产品的产量、质量，对提高生产效率、降耗节能，以及环境保护提出了更高的要求，这使工业生产过程对操作条件要求更加严格，对工业参数要求更加苛刻，从而对控制系统的精度和功能要求更高。单回路控制系统往往不能满足生产工艺的要求。在这样的情况下，串级控制系统就应运而生。实验表明双容水箱按单回路方法设计控制系统，则因作用于系统的扰动要经过一个滞后时间才能使被控量有所反应，而调节器的控制作用又不能及时反映出来。因此将导致控制过头，产生振荡。与单回路方案相比串级控制系统具有明显优点，在克服容量滞后和纯滞后对控制质量的影响方面有其独到之处。串级控制系统在结构上形成两个闭环，即主回路和副回路，不只采用一个控制器，而是将两个控制器相串级，主控制器的输出作为副控制器设定值的控制系统。串级控制系统只比单回路控制系统多了一个测量变送器和一个调节器，而控制效果得到了显著的改善。故本设计采用串级控制。1.工艺流程本设计的控制对象依然是双容下水箱的液位，其工艺流程如图3.19所示。 流量计1电动调节阀电机1截止阀7储水箱液位变送LT021手调阀8下水箱手调阀1上水箱图3.19双容水箱的串级液位控制工艺流程简图液位变送LT02021从图中可看出，与串接双容下水箱的液位单闭环控制相比只是上水箱多了一个液位变送器。2.结构框图与实际接线Y(s)N2(s)N1(s)E(s)R(s)－－液位变送器1主调节器副调节器调节阀上水箱液位下水箱液位液位变送器2图3.20双容水箱液位的串级控制原理图基于双容水箱的特征，下水箱的液位高度不仅由阀门的开度决定，还由上下水箱的液位差决定(实际上，也就相当于由上水箱的液位高度决定)，所以要想控制好下水箱的液位高度，就要控制好上水箱的液位高度。因此本系统将上水箱的液位作为副参数，下水箱的液位为主参数，系统方框图如图3.20所示。从图中可以看出液位变送器2将采集的下水箱液位信号送入主调节器，主调节器将其与设定值进行比较，经PID运算后将结果送入副调节器作为设定值，与液位变送器1采集的上水箱液位信号相比较后，PID运算后的结果给电动调节阀，调节阀根据控制信号调节阀门开度来调节流量，从而达到控制液位的目的。接线如4.21图所示。 PLCKE－100－2KE－100－1KE－100－LKE－100－N电动调节阀220VACANLGComIout0＋1769－OF2LT－100－2LT－100－2上水箱下水箱Iin1＋Iin0＋ANLGCom1769－IF424VDC＋－LT－200－2LT－200－1液位变送器2液位变送器1上位机上位机图3.21双容水箱液位的串级控制接线图3.软件设计本系统程序依然由两部分组成，即系统起停控制、PID控制算法。图3.22PID控制程序图其中系统起停控制与单容下水箱的液位单闭环基本相同，不再赘述。不同的只是PID控制算法中，由于串极控制需要两个调节器，因此在程序中需要两条PIDE指令。程序如图3.22。 4人机界面与系统调试RSView32是一种基于Windows的用于创建和运行数据采集、监视以及控制的应用程序。它是基于MicrosoftWindowsNT和Windows9x平台的设计软件，而且是第一个把ActiveX控制嵌入画面的软件包。由于可与其它Rockwellsoftware产品集成，RSView32为监视和运行控制系统提供了极大的灵活性。RSView32可以提供：图形与动画RSView32提供的绘图工具可生成简单或复杂的图形对象或文本，它本身也包含许多常用图形对象的库，这些图形对象可以拖放到画面中。而且RSView32还可以导入其它格式的图像并转化成RSView32的对象。使用RSView32动画功能，可以激活图形对象以使它们反映出过程的变化。报警监视可对开关量或模拟量标签组态报警，并使用警告摘要窗口显示报警信息。可以自定义报警摘要窗口，如使用颜色标明警告严重性等级，以使操作者易于警告，或按时间顺序或严重性等级排列报警信息，或过滤警告，这样就只会看到那些希望看到的警告。日志用于在运行记录系统信息。动作登录记录了系统动作，如命令或宏的运行。报警登录报警信息，即在报警监视中，当某标签进入报警状态，脱离报警状态，报警被确定，以及报警被强制时登录信息。数据登记记录了一定条件下的标签值或数据。这些条件在登录模式中定义。所有的登录信息保存为DBASEIV（.DBF）格式，且可被第三方软件如Excel、CrystalReport和FoxPro所使用。趋势利用RSView32，可在一个趋势中绘制16条标签曲线，并且当标签穿越参考值时可以使用阴影突显出来，组态趋势可在运行时动态调整坐标轴以控制数据的显示。事件检测事件是可触发的RSView32表达式，利用事件检测使用软件能对系统和过程的事件进行自动响应。 工程项目级安全系统允许限制用户或用户组访问特定的画面或某些标签值。系统级安全系统允许用户锁定在RSView32应用软件中。重复使用标签数据库只要打开RSView32标签浏览器，就可以导入逻辑编程软件中使用的全部数据库，或者选择梯形逻辑所用的标签，而不需导入整个数据库。RSView32提供了方便直观的文件夹结构以使组织和重新利用标签更容易。重复利用画面RSView32支持多种图形格式文件，可使用现存的图形而不必重画。可以拖放图形，或复制并粘贴到RSView32画面，使用RSView32图形库而不必绘制复杂图形。RSView32自带上百个图形对象，可将它们拖放到画中，对经常使用的图形对象，可创建自己的库。扩展和升级项目与系统当项目扩展时，可很容易地将RSView32软件升级到更多标签数据库限制版本，最多可以扩展到70,000个点，而对项目无需改变。互操作性能RockwellSoftware的产品可以集成工作，因而可以建立自定义程序。与Microsoft产品共享信息利用RSView32的开放式设计可容易地与Microsoft产品共享信息。RSView32标签数据库是ODBC兼容数据库，可用其它数据库工具浏览并管理标签。利用RSView32实现监控的前提是首先能与处理器进行通讯，下面介绍如何实现与PLC的通讯及监控界面的开发步骤。1、创建新项目在开始菜单中打开RSView32Works，在出现的界面菜单中点击新建图标，即可创建一个新的项目，在出现的对话框中填入项目的名字保存即可。2、RSView32与PLC的通讯创建新项目后，要建立RSView32与所使用硬件和设备之间的通信。（1）通道的设置 图4.9节点的设置打开工程管理器中的System折叠文件夹，双击Channel，出现通道设置的对话框。在选择网络协议时取决于在使用RSLinx组态网络时，用到的处理器所在网络使用的驱动类型。本系统在Network下拉菜单中选择TCP/IP，相应的在PrimaryCommunicationDriver中选择AB_ETH-1，点击OK键，即完成了通道的设置。（2）节点的设置双击System中的Node，弹出如图4.9所示的Node对话框。数据源选用直接驱动，在Name中输入自定义的可编程控制器、网络服务器或Windows程序名；在Channel中选择已设置好的1－TCP/IP通道，该通道一定要经“通道”编辑器设置过才有效。如果该通道未经设置，在下拉列表中会有标志；在Station中输入通信通道内可编程控制器的物理站地址，地址格式取决于该节点所用通道和网络类型，本系统为192.168.1.61；Type类型选择正在使用的可编程控制器的类型；超时（Timeout）输入在报告通信错误之前RSView32等待的秒数(0~65535)，一般三秒就够了，本系统输入0.1秒，点击Close完成节点的设置。（3）标签的建立Tag是设备或内存中一个变量的逻辑名字。当需要时，当前Tag值可以由设备不断刷新。Tag值被连接和存储到计算机的内存——数值表（ValueTable）中，RSView32的各个部件可以迅速存取它。在Tag库中，用户可以定义或创建想要RSView32监控的Tag。在工程管理器中，打开System文件夹，双击TagDatabase,进入Tag库编辑器。这里以双容水箱液位串级控制为例说明如何创建标签数据库。可以根据需要建立三种不同标签：模拟量Tag，数字量Tag，字符量Tag 。根据水箱系统的需要只建立前两种Tag。加数字量Tag图4.11监控系统主界面电机的起动开关需要创建一个数字量标签。在Name中输入标签名字start，在Type框中，选择Digital，点击NodeName后面的“…”后，选择建立的节点名即可。在Address中填入RSLogix500中所用的地址名即可，本设计为b3:0.0。加模拟量Tag下水箱水位的设定值需要创建一个模拟量标签in，地址为N7:1。与数字量标签不同的是在Type框中选择Analog，在minimum和maximum中分别输入最小值和最大值。本设计还需要建立下面几个模拟量Tag：主回路比例系数Kp，N7:2；主回路积分时间ti，N7:3；实际液位值spv，N7:4；副回路比例系数kp1，N7:5。已创建好的标签数据库如图4.10所示。3、系统监控界面的设计双容水箱液位串级的监控界面分为监控主界面与下水箱液位实时曲线界面。监控主界面的设计主界面实现的功能为开关按钮起动电机开始给水箱供水；可以设定下水箱的液位，下水箱的实际液位不但以数字的形式显示，还以柱形图的形式动态地显示出来；能够动态的显示水流的回路；下水箱液位趋势图按钮可以调出液位的实时曲线图。 设计好的界面如图4.11所示。（2）下水箱液位实时曲线图图4.10以创建完成的标签趋势图是监视某段时间内，系统中某个标签值的变化规律的有效工具。在下水箱液位实时曲线图里能够实时的显示设定值与实际液位的曲线，并能改变P、I、D参数进行调节。下面介绍如何组态一个实时趋势曲线图。点击工具栏里的Trend图标，拖动鼠标画出一个合适大小的趋势图的方框，双击该趋势图方框即可弹出Trend对话框。在Trend对话框里有TrendConfiguration和PenConfiguration两个窗口。1）TrendConfiguration设置在TrendConfiguration窗口里可以设置横坐标（时间）和纵坐标并选择一个数据源。如果选择的数据源不是“实时”，必须指定数据模式，有时还要指定模式里的文件。只有在设置了“数据记录”选项的情况下才可用这些设置。要想用实时状态下的数据画一个趋势，选择“实时”作为数据源，开始时间将被设为“最新”。各选项的意义如下。Start：如果选择了“实时” 作为数据源，默认开始时间就是最新。如果设置了数据记录组件，可以选择“历史记录”、“最旧”、“最新”或选择“文件”作为数据源并键入一个绝对的开始时间。TimeRange：键入一个数及其单位指定时间（水平）轴上的时间范围。有效的单位是Sec、Min、Hour、Day、Week。开始时间和时间范围一起确定了在时间轴上划多少个点。RealTime：单击这个按钮将在趋势里使用实时状态下的数据。当选择了“实时”，开始时间将是“最新”。一个实时状态下的趋势可以使每个标记保留多达2000个采样数值。Historical：单击这个按钮把记录到数据模式里的数据用在趋势里。如果没有设置“数据记录”，这项呈灰色，无法选用它。Rate：键入一个数，指定多长时间显示一次趋势和更新一次控制标记。时间的单位是秒。指定的速率不能比服务器里定义的更新速率还快。其中各项的设置如图4.12所示。图4.12趋势组态设置2）PenConfiguration设置图4.13为水箱系统趋势配置中的笔迹设置（PenConfiguration），其中各选项的意义如下。TagorValue：可以填写作为数据源的模拟量和数字量的标签以及标签标识符。PenSelection：选择所要绘制的曲线。ShowLine：如果选中此选项可以显示趋势图中标签数值的变化曲线。 Color：变化曲线的颜色，值得注意的是此曲线的颜色不能和背景颜色冲突。本设计液位设定值选择了绿色，实时值选择了红色。LineInterpolation：这项主要定义如何画曲线，主要有以下四选项。Automatic：根据标签的类型绘画适当的曲线。Linear：在逐渐变化的两点之间绘画直线。Digital：在第一个值时，曲线平行于时间轴，当变化到第二个值时，曲线垂直达到第二个值。FullWitch：绘画最新的平行于时间轴的Tag值，也就是说当Tag值开始变化时，曲线立即变到新的值，看不到这两个值的变化过程，前后看到的只是平行于时间轴的两条直线。CustomPenWitch：选中此项，可以改变曲线线条的宽度。图4.13趋势图笔迹设置CustomMax/Min：根据需要来确定曲线刻度的最大和最小范围。完成上述的设置后，下水箱液位的实时曲线图就创建起来了，如图4.14所示。实时曲线图中不仅能显示设定值与实时值的曲线，还能以数字的形式显示出来，而且能在线调节系统的主副回路P、I等参数，在线更改液位的设定值。 图4.14下水箱液位实时曲线图这样，双容下水箱液位串级控制系统的监控界面也就完成了。单容下水箱液位单闭环系统，双容下水箱液位单闭环系统，下水箱温度单闭环系统的监控界面与双容串级的相似，这里不再赘述。 致谢在本篇论文完成之际，首先感谢我的指导老师汪晋宽教授和赵强老师在毕业设计期间对我的关怀和指导，是他们的严格要求使我顺利地完成了本论文的研究工作。赵老师渊博的知识、严谨的治学态度和兢兢业业的敬业精神，让我终身受益。在课题方案制定、软件的编制及论文的撰写等各个方面赵老师都一直非常耐心地指导我，还亲自与我一同调试设备，使我的学识得到了很大的提高。在此，向他们表示由衷的感谢。还要感谢实验室的其他老师和同学，在这半年的毕业设计期间，他们也曾给我提出了许多启发性的意见，对毕业设计的完成提供了很大帮助。再次向所有曾给予我热情帮助的人们表示最诚挚的感谢！谢谢！！！ 参考文献[1].Allen-Bradley,Logix5550控制器用户手册，RockwellAutomation，2002[2].Allen-Bradley,Logix5550控制器指令集参考手册，RockwellAutomation，2002[3].Allen-Bradley，ControlLogixDeviceNetInterfaceModule1756-DNB[4].Allen-Bradley,ControlLogixDeviceNetAdapteModule(Cat.No.1794-ADNSeriesB)，UserManual[5].钱晓龙，李鸿儒，智能电器与MicroLogix控制器[M]，北京：机械工业出版社,2003[6].潘新民，王燕芳，微型计算机控制技术[M]，北京：高等教育出版社，2000[7].李时学，周广兴，于海英，孔庆臣，计算机控制技术[M]，哈尔滨[8].金以慧，过程控制[M]，北京：清华大学出版社，1991[9].何离庆，过程控制系统与装置[M]，重庆：重庆大学出版社，2003[10].曹润生，黄祯地，周泽魁，过程控制仪表[M]，杭州：浙江大学出社，1997[11].任彦硕，自动控制原理[M]，北京：机械工业出版社，2004[12].王锦标，房崇智，过程计算机控制[M]，北京：清华大学出版社，1992[13].任丽房，基于SAC-JGK-Ⅱ型过程控制实验装置的系统设计[D]，秦皇岛：东北大学秦皇岛分校，2000[14].郗恺，智能PID在炉温控制中的应用[D]，沈阳：东北大学，2002[15].刘文，炉温控制系统功能块分析及编程实现[D]，秦皇岛：东北大学秦皇岛分校,2000 附录AAdvancedPIDELoopControlConceptsinRSLogix50001.Howdoyoucontroldifferentapplications?Inthepast,youoftenhadtousedifferentkindsofcontrolsystemsfordifferentapplicationsinyourplant:PLC’sforsequentialcontrol；DCSsystemsforprocesscontrolMotioncontrollersformotioncontrol；Drivesystemsfordrivescontrol2.TheproblemwithseparatecontrolsystemsWithseparatecontrolsystems,youhavetoworryabout:DifferentprogrammingsoftwareDifferenthardwareforsparepartsTrainingoneachdifferentsystemMakingeachsystemcommunicatewiththeothers3.OnecontrollertodoitallTheFunctionBlockDiagrammingeditorandtheprocessanddrivescontrolinstructionsprovideyouthetoolstoeffectivelyusethesameLogix5000controllersandRSLogix5000programmingsoftwareforalltheapplicationsinyourplant.4.RSLogix5000FBDEditorFullyintegratedwiththeothereditorsinRSLogix5000.Youdon’thavetolearnadifferentsoftwarepackagetoprograminFBD.Functionblockroutinesco-existwithotherroutinetypesinthesamecontroller.Youcanprogramdifferentportionsofyourapplicationinthemostappropriatelanguage.SupportsuploadofFBDroutines.Youdon’tneedtohavethesourceprograminordertomonitorandmaintaintheprograminthecontroller.TheFBDeditorsupportsallofthenewprocessanddrivesfunctionsandmostoftheexistingLogix5000instructions.5.NewProcessandDrivesControlFunctionsThese42newinstructionsprovidethetoolsyouneedtoperformsophisticated processanddrivescontrol.ProcessInstructionsAlarm、EnhancedPID、Ramp/Soak、Scale、PositionProportional、SplitRangeTimeProportional、Lead-Lag、FunctionGenerator、Totalizer、Deadtime、Discrete2-StateDevice、Discrete3-StateDeviceDrivesInstructionsPulseMultiplier、S-Curve、PI、Integrator、Second-OrderController、Up/DownAccumulatorFilterInstructionsHigh-PassFilter、Low-PassFilter、NotchFilter、Second-OrderLead-Lag、DerivativeLogicalInstructionsBooleanAnd、BooleanOr、BooleanExclusiveOr、BooleanNOT、SetDominant、ResetDominantSelect/LimitInstructionsSelect、EnhancedSelect、SelectedSummer、SelectableNegate、Multiplexer、H/LLimit、RateLimiterStatisticalInstructionsMovingAverage、MovingStandardDeviation、MinimumCapture、MaximumCapture EnhancedPIDinFunctionBlockDiagrammingEditorVelocityformalgorithmFullsetofmodesEasyselectionoftimingmodesEasyhandlingofPV/CVfaultsFullbumplesstransferintoandoutofCascademode6.WhatmakestheEnhancedPID“Enhanced?”StandardPIDinLadderEditorPositionalformalgorithmVerylimitedsetofmodesNotimingmodeNohandlingofPV/CVfaultsNobumplesstransferintoandoutofCascademode7.Velocityvs.PositionalPIDAlgorithmThePIDEinstructionusesa“velocity”PIDalgorithm.Worksonchangeinerror.SametypeofalgorithmusedbymostDCSsystemsPLC-5andLogixladderPIDinstructionusea“positional”PIDalgorithmWorksonerrordirectly 8.Velocityvs.PositionalPIDAlgorithmPositionalalgorithm:Velocityalgorithm:EnhancedPIDinFunctionBlockDiagrammingEditorProgram/OperatorControlCascade/RatiomodeAutomodeManualmodeOverridemodeHandmodeStandardPIDinLadderEditorNoProgram/OperatorControlNoCascade/RatiomodeAutomodeSoftwareManualmodeNoOverridemodeManualmode9.ModeControlOptions10.Program/OperatorControlCertainfunctionscanswitchbetweenoperatorandprogramcontrolPIDE,Ramp/Soak,Totalizer,D2SD,D3SD,EnhancedSelectThesemodestatesindicate‘who’canmakechangestoinstructionparametersIftheOperatorhascontrolfromanHMIscreen,youmightnotwanttorunanautomatedsequenceIfacriticalautomatedsequenceisrunning,youdon’twantanoperatortooverrideProgram/OperatorcontrolguaranteesthecorrectaccessattherighttimeTypicalDCSfunctionality在RSLogix5000中高级PIDE回路控制概念1.不同的应用软件怎样配合使用? 过去,在控制平台上往往需要不同的控制系统实现不同的应用：PLC主要用于顺序控制；DCS系统主要用于过程控制运动控制器主要用于运动控制；驱动系统主要用于驱动控制2.分散的控制系统的问题使用分散的控制系统,你不得不担心以下问题:不同的编程软件被用部分的不同硬件不同控制系统的培训每个系统之间彼此的通讯3.一个控制器就可完成所有工作功能块图编辑器和过程、传动指令可提供给你一个有效的工具，它可在你的控制平台上同Logix5000控制器和RSLogix5000编程软件有效地使用于所有应用.4.RSLogix5000功能块编辑器在RSLogix5000中，它与其它编辑器完全兼容.使用FBD不需要学习其他的软件包来编程.在同一控制器中功能块程序与其它类型程序共存.可以应用不同的编程语言编辑不同的应用程序块.支持上载的FBD程序.在控制器中不需要用源程序来监控和维持源程序.FBD支持所有新的过程和传动功能和Logix5000已经存在的多数指令.5.新增的过程控制和传动控制功能这42指令为实现常见的过程控制和传动控制提供了强大的工具.过程指令报警、增强PID、斜坡函数、参数整定、位置比例、时间范围比例、超前滞后、函数、总计、延时、二级离散设备状态、三级离散设备状态驱动指令脉冲乘法器、S型曲线化、比例积分调节、积分调节、二级处理器、累加器滤波指令高通滤波器、低通滤波器、带通滤波器、二级超前滞后校正、派生模块逻辑指令 布尔与、布尔或、二取一布尔或、布尔非、设置优先、重新设置优先选择、限制指令选择（二选一）、增强型选择器（多选一）、选择加、选择取反、多路复用、输出限幅、变化率限制器统计指令平均值转换、标准值转换、最小值计算、最大值计算功能块编辑器中的增强型PID速度型算法丰富的设置模式三种可选时间设置模式过程量或控制量出错处理串级模式无扰切换6.增强型PID“增强”在哪些方面? 梯形图编辑器中的标准PID位置型算法非常有限的模式设置只有一种固定的时间模式设置没有过程量或控制量出错处理串级模式切换有扰动7.速度型和位置型PID算法比较PIDE指令应用速度型算法.对偏差的改变量进行运算.大多数DCS系统应用这种算法.PLC-5andLogix梯形图中的PID指令应用位置型算法-直接对偏差值进行运算8.速度型和位置型PID算法比较位置型算法:速度型算法:9.控制模式选择 功能快中增强型PID程序控制或操作员控制串级/比例模式自动模式手动模式代理模式协助模式梯形图中标准PID没有程序控制或操作员控制选项没有串级/比例模式自动模式软手动模式没有代理模式手动模式10.程序控制/操作员控制一些可以在程序控制和操作员控制之间转换的功能块PIDE,Ramp/Soak,Totalizer,D2SD,D3SD,EnhancedSelect这种模式的状态设置显示‘谁’来控制指令的参数变化如果从人机界面来实现操作员控制,就不能实现自动顺序的执行如果一个紧急的自动顺序正在执行你就不能实现操做员代理程序控制和操作员控制保证了在正确的时间正确的访问路径典型的DCS系统控制功能