基于GE_PACSystems_RX3i的水箱液位控制設(shè)計畢業(yè)設(shè)計論文

1、基于GE_PACSystems_RX3i的水箱液位控制設(shè)計畢業(yè)設(shè)計論文 畢業(yè)設(shè)計(論文)基于GE PACSystems RX3i的水箱液位控制設(shè)計院 系 信息科學與技術(shù)學院 專 業(yè)自 動 化年 級姓 名 題 目 基于PACSystems RX3i的水箱液位控制設(shè)計指導教師評 語指導教師 簽章評 閱 人評 語 評 閱 人 簽章成績答辯委員會主任 簽章年 月 日畢業(yè)設(shè)計(論文)任務(wù)書班 級 自動化1班 學生姓名學 號發(fā)題日期:2011年11月17日完成日期:2012年6月15 日題 目 基于GE PACSystem RX3i的水箱液位控制設(shè)計1、本論文的目的、意義PAC系統(tǒng)是繼PLC、DCS之后的

2、新一代控制系統(tǒng),是綜合了計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)的一種新型的、實用的多功能控制器平臺,廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域。GE PACSystems提供第一代可編程自動化控制系統(tǒng),為多個硬件平臺提供一個控制引擎和一個開發(fā)環(huán)境,與現(xiàn)有的PLC相比具有更強的處理速度和通信速度。液位控制是常見的工業(yè)過程控制之一,它廣泛運用于水塔、鍋爐、高層建筑水箱、罐、工業(yè)化工槽等受壓容器的液位測量。在設(shè)計中針對水箱實物模型,要求熟悉RX3i系列控制器的結(jié)構(gòu)、功能和基本指令,利用GE PACSystem RX3i編制PAC程序完成水箱液位PID控制。利用iFIX組態(tài)軟件,將液位控制中的重要數(shù)據(jù)進行采集和管理。通過調(diào)用

3、采集的數(shù)據(jù),設(shè)計液位監(jiān)控畫面,以圖形和圖表等形象直觀的方式呈現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場信息,實現(xiàn)液位狀況的實時監(jiān)視。2、學生應(yīng)完成的任務(wù) 1.查閱有關(guān)PACSystem RX3i系統(tǒng)的國內(nèi)外研究資料和文獻,學習PAC RX3i系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作原理、編程環(huán)境等相關(guān)知識。2.學習PAC指令的應(yīng)用。3.完成基于GE PACSystem RX3i的水箱液位控制系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試。4. 學習組態(tài)軟件iFix程序開發(fā)。5. 完成水箱液位控制系統(tǒng)的監(jiān)控界面設(shè)計與調(diào)試。3、論文各部分內(nèi)容及時間分配:(共 16 周)第一部分GE PAC RX3i系統(tǒng)等相關(guān)知識學習和實驗 3周 第二部分利用PAC編程軟件進行梯形圖程序開發(fā) 2周

4、 第三部分完成基于GE PAC RX3i系統(tǒng)的液位控制設(shè)計與調(diào)試。 4周第四部分完成水箱液位控制系統(tǒng)的監(jiān)控界面設(shè)計與調(diào)試4周 第五部分撰寫論文2周評閱及答辯 1周備 注指導教師:王茜 2011 年11 月 17 日審 批 人: 年 月 日摘 要 液位控制是常見的工業(yè)過程控制之一,它廣泛運用于水塔、鍋爐、高層建筑水箱、罐、工業(yè)化工槽等受壓容器的液位測量。隨著科技的進步,人們對生產(chǎn)的控制精度要求越來越高,所以提高液位控制系統(tǒng)的性能顯得十分重要。PAC系統(tǒng)是繼PLC、DCS之后的新一代控制系統(tǒng),綜合了計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)的一種新型的、多功能控制器平臺,廣泛應(yīng)用工業(yè)控制領(lǐng)域。因此我們很有

5、必要對PAC RX3i液位控制系統(tǒng)設(shè)計進行研究。 本設(shè)計采用了PACSystems RX3i控制器對水箱液位設(shè)備控制進行了系統(tǒng)設(shè)計。主控器采用PACSystems RX3i系列的IC695CPU310模塊,控制對象為實驗室的水箱液位設(shè)備,采用以太網(wǎng)進行通訊,用PME軟件完成了系統(tǒng)硬件配置,各個模塊的的梯形圖設(shè)計與調(diào)試,實現(xiàn)了任意液位高度的手動/自動調(diào)節(jié)。在系統(tǒng)遠程監(jiān)控方面,利用IFIX軟件進行了遠程監(jiān)控界面的設(shè)計,通過對液位數(shù)據(jù)的采集、處理、輸出處理,實現(xiàn)了對液位高度的實時監(jiān)控、自動/手動的無擾切換、報警顯示等功能。 本論文分三部分。在簡要介紹了PACSystems RX3i系列PLC的硬件模

6、塊、工作原理和梯形圖等基礎(chǔ)知識上,給出了PACSystems RX3i梯形圖編程和實驗設(shè)備的組態(tài),最后通過現(xiàn)場總線(以太網(wǎng)總線)將現(xiàn)場設(shè)備和節(jié)點連接。實現(xiàn)了液位控制系統(tǒng)的設(shè)計。 關(guān)鍵詞:液位控制; PACSystems RX3i; 實時監(jiān)控; 以太網(wǎng)Abstract The level control is one of the common industrial process control, it is widely used in cooling towers, boilers, high-rise buildings, water tanks, tanks, industrial c

7、hemical tank level measurement of the pressure vessel. With the advances in technology, production control accuracy requirements are high, so to improve the performance of the liquid level control system is very important. The PAC system is following a new generation of PLC, DCS control system, a co

8、mbination of computer technology, automatic control technology and communication technology, a new, multi-function controller platform, widely used in industrial control field. Therefore imperative that we study the design of the PAC the RX3i level control system?This design uses the PACSystems RX3i

9、 controller tank level device control system design. The master control object for laboratory equipment of the Water Level PACSystems RX3i series IC695CPU310 module, using the Ethernet communication, the PME software system hardware configuration, design and debugging of various modules of the ladde

10、r to achieve a any level of a high degree of manual / automatic adjustment. IFIX software system RMON RMON interface design, the level of data collection, processing, output processing, the liquid level in the real-time monitoring, automatic / manual bumpless switching, alarm display and other funct

11、ions?This thesis is divided into three parts. Briefly introduced the PACSystems RX3i Series PLC basic knowledge of the hardware module, working principle and ladder given PACSystems RX3i ladder programming and laboratory equipment configuration, and finally through the field bus Ethernet bus field d

12、evices and node connections. Level control system designKeywords: level control; PACSystems RX3i ; data collection;Ethernet目 錄摘 要IVAbstractV目 錄VI第1章 緒 論11.1 PLC的發(fā)展及過程控制簡介11.1.1 過程控制21.1.2 液位控制系統(tǒng)的組成31.1.3 液位控制系統(tǒng)的功能31.2 研究意義及發(fā)展方向41.3 本論文的主要內(nèi)容與方法51.4 本論文的結(jié)構(gòu)安排5第2章 GE PACSystems RX3i簡介62.1 GE PACSystem系列

13、PLC概念62.1.1 PAC概念的提出62.1.1 PAC特征62.1.3 GE PACSystems72.2 GE PACSystems RX3i的硬件結(jié)構(gòu)82.2.1 GE PACSystems RX3i簡介82.2.2 GE PACSystems RX3i基本模塊92.2.3 編程設(shè)備112.3 GE PACSystems系列PLC的工作原理112.3.1工作原理112.3.2 CPU掃描112.4 梯形圖編程知識142.4.1 梯形圖的基本概念142.4.2 梯形圖的編程規(guī)則152.4.3 具有自鎖功能的程序梯形圖162.5 編程環(huán)境 Proficy Machine Edition簡

14、介162.5.1 Proficy Machine Edition的安裝162.5.2 制作一個工程的一般過程17第3章 組態(tài)軟件iFix簡介193.1 iFix功能193.2 iFix的工作機制193.3 iFix新建工程與配置193.4 工作臺203.5 數(shù)據(jù)庫管理器21第4章 基于GE PAC RX3i液位控制系統(tǒng)設(shè)計224.1 PID理論知識224.1.1 PID控制器224.1.2 模擬PID控制原理224.1.3 數(shù)字PID控制算法244.2 系統(tǒng)控制原理254.3硬件連接254.4 軟件設(shè)計274.3.1 主程序模塊284.3.2 初始化模塊294.3.3 PID程序29第五章 基

15、于iFIX的液位監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計325.1 監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計325.1.1 創(chuàng)建IFIX系統(tǒng)工程325.1.3 創(chuàng)建組態(tài)畫面335.1.4 構(gòu)造數(shù)據(jù)庫345.2 運行與調(diào)試365.2.1 通訊的調(diào)試365.2.2 數(shù)據(jù)連接的調(diào)試365.2.3 PID比例、積分、微分參數(shù)值整定37結(jié) 論43參考文獻45第1章 緒 論1.1 PLC的發(fā)展及過程控制簡介 20世紀20年代起,人們把各種繼電器、定時器、接觸器及其觸點按一定的邏輯關(guān)系連接起來組成控制系統(tǒng),控制各種生產(chǎn)機械,這就是大家所熟悉的傳統(tǒng)繼電接觸器控制系統(tǒng)。由于它結(jié)構(gòu)簡單,容易掌握,價格便宜,在一定范圍內(nèi)能滿足控制要求,因而使用面甚廣,在工業(yè)控制領(lǐng)域

16、中一直占主導地位。但是繼電接觸器控制系統(tǒng)有明顯的缺點:設(shè)備體積大,可靠性差,動作速度慢,功能少,難與實現(xiàn)較復雜的控制,特別是由于它是靠硬連線邏輯構(gòu)成的系統(tǒng),接線復雜,當生產(chǎn)工藝或?qū)ο蟾淖儠r,原有的接線和控制盤就要更換,所以通用性和靈活性較差。 20世紀60年代末期,美國的汽車制造業(yè)競爭激烈,各生產(chǎn)廠家的汽車型號不斷更新,它必然要求生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)亦隨之改變,以及對整個開展系統(tǒng)重新配置。為拋棄傳統(tǒng)的繼電接觸器控制系統(tǒng)的束縛,適應(yīng)白熱化的市場競爭要求,1968年美國通用汽車公司公開向社會招標,對汽車流水線控制系統(tǒng)提出具體要求,歸納起來是: 編程方便,可現(xiàn)場修改程序 維修方便,采用插件式結(jié)構(gòu) 可靠性

17、高于繼電器控制裝置 體積小于繼電器控制盤 數(shù)據(jù)可直接送入管理計算機 成本可與繼電器控制盤競爭 輸入可以是交流150V以上 輸出為交流115V,容量要求在2A以上,可直接驅(qū)動接觸器,電磁閥等 擴展時原系統(tǒng)改變最小(10)用戶存儲器至少能擴張到4KB(適應(yīng)當時汽車裝配過程的需要) 十項指標的核心要求是采用軟布線(編程)方式代替繼電控制的硬接線方式,實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)線的流程控制。 美國國際電工委員會(IEC)在1987年對可編程序控制器做出如下定義:可編程序控制器是一類專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字式電子系統(tǒng),它采用了可編程序的存儲器,用來在其內(nèi)部進行存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、定時、記數(shù)和算術(shù)運

18、算等功能的面向用戶的指令,并通過數(shù)字式或模擬式的輸入或輸出,控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？杀槌绦蚩刂破鳂O其相關(guān)外部設(shè)備,都應(yīng)按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體,易于擴展其功能的原則而設(shè)計。 隨著信息技術(shù)、自動化技術(shù)在過程工業(yè)的廣泛應(yīng)用,過程控制系統(tǒng)在過程工業(yè)中愈顯重要。過程控制從應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)至今經(jīng)歷了由簡單到復雜、從低級到高級的過程。在過程控制中,通常對液位、溫度、壓力、流量的參數(shù)進行控制。其中液位控制技術(shù)在國民生活、生產(chǎn)中發(fā)揮了重要作用,如民用水塔供水,精餾塔液位控制,鍋爐氣泡液位控制等。液位控制的精確度與精度都直接或間接影響著生產(chǎn)、生活的質(zhì)量與安全。為了保證安全、合理高效生產(chǎn),急需開展

19、先進的液位控制方法和策略的研究和開發(fā)。1.1.1 過程控制 液位自動控制是通過控制投料閥來控制液位的高低,當傳感器檢測到液位設(shè)定值時,閥門關(guān)閉,防止物料溢出;當檢測液位低于設(shè)定值時,閥門打開,使液位上升,從而達到控制液位的目的。在制漿造紙工廠中,常見有兩種方式的液位控制:常壓容器和壓力容器的液位控制,例如漿池和蒸汽閃蒸罐。液位自動控制系統(tǒng)有液位變送器(或差壓變送器)、電動執(zhí)行機構(gòu)和液位自動控制器構(gòu)成。根據(jù)用戶需要也可采用控制泵啟停或改變電機頻率方式來進行液位控制。結(jié)構(gòu)簡單,安裝方便,操作簡便直觀,可以長期連續(xù)穩(wěn)定在無人監(jiān)控狀態(tài)下運行。 控制器、執(zhí)行機構(gòu)、測量變送器都屬于自動化儀表,他們都是圍繞

20、被控對象工作的。因此,對被控對象的動態(tài)特性進行深入了解是過程控制的一個重要任務(wù)。只有深入了解被控對象的動態(tài)特性,了解他的內(nèi)在規(guī)律,了解被控對象的性能指標,為控制系統(tǒng)的設(shè)計提供一個標準。性能指標確定后,設(shè)計出合理的控制方案,也離不開對被控對象動態(tài)特性的了解。有了正確的控制方案,控制系統(tǒng)中控制器,測量變送器、執(zhí)行器等儀表的選擇,必須以被控對象的特性為依據(jù)。在控制系統(tǒng)組成后,合適的控制參數(shù)的確定及控制系統(tǒng)的調(diào)整,也完全依賴于對被控對象動態(tài)特性的理解。過程控制的被控對象設(shè)計的范圍很廣。被控對象不一定是指一個具體的設(shè)備,不少情況下被控對象是指一個過程。有些過程可能涉及好幾種設(shè)備,而在有些設(shè)備內(nèi)部可能包括

21、幾個過程。 過程控制被控對象的內(nèi)在機理較為復雜,有簡單過程,又存在嚴重非線性的過程,有多變量過程,有些被控對象的特性隨時間或工作條件而變化。對被控對象動態(tài)的理解,一種方法是通過分析被控對象的數(shù)學模型。這種方法通過測量被控對象的階躍響應(yīng)曲線,近似確定被控對象的數(shù)學模型,研究被控對象的動態(tài)特性。1.1.2 液位控制系統(tǒng)的組成 本論文對水箱液位控制系統(tǒng)的設(shè)計是一個簡單控制系統(tǒng),所謂簡單液位控制系統(tǒng)通常是指由一個被控對象、一個檢測變送單元(檢測元件及變送器)、一個控制器和一個執(zhí)行器(控制閥)所組成的單閉環(huán)負反饋控制系統(tǒng),也稱為單回路控制系統(tǒng)。 簡單控制系統(tǒng)有著共同的特征,它們均有四個基本環(huán)節(jié)組成,即被

22、控對象、測量變送裝置、控制器和執(zhí)行器。對于不同對象的簡單控制系統(tǒng),盡管其具體裝置與變量不相同,但都可以用圖1-1表示:圖1-1 閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)框圖由這個簡單控制系統(tǒng)通用的框圖設(shè)計出水箱液位控制系統(tǒng)的原理框圖如圖1-2所 示。 圖1-2 水箱控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 這是單回路水箱液位控制系統(tǒng),單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)一般指在一個調(diào)節(jié)對象上用一個調(diào)節(jié)器來保持一個參數(shù)的恒定,而調(diào)節(jié)器只接受一個測量信號,其輸出也只控制一個執(zhí)行機構(gòu)。本系統(tǒng)所要保持的恒定參數(shù)是液位的給定高度,即控制的任務(wù)是控制水箱液位等于給定值所要求的高度。根據(jù)控制框圖,這是一個閉環(huán)反饋單回路液位控制,采用工業(yè)智能儀表控制。1.1.3 液位控制系統(tǒng)的功能

23、 液位控制系統(tǒng)基本功能 設(shè)置液位高度后,通過控制變送器,自動調(diào)節(jié)液位高度到設(shè)置值。如果自動調(diào)節(jié)出現(xiàn)錯誤時,可以切換到手動進行調(diào)節(jié)和診斷?？梢酝ㄟ^實時曲線去分析系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差、超調(diào)量、調(diào)整時間等動態(tài)性能指標。 實時監(jiān)控功能 系統(tǒng)管理員可以通過微機進行實時監(jiān)控,包括查看現(xiàn)場工作設(shè)備情況、手動/自動無擾切換、液位設(shè)置和液位顯示、報警顯示、實時曲線。 異常報警功能 在異常狀況下可以實現(xiàn)音響報警,分別為高高報警、高報警、低報警、低低報警。通過查看報警次數(shù)和時間,對液位的狀況進行跟蹤分析,最后進行確認報警。1.2 研究意義及發(fā)展方向 水箱液位控制系統(tǒng)是設(shè)計和開發(fā)液位控制策略的一個開放式平臺,具有觀察直觀、

24、測量容易、組態(tài)靈活,可實施各種相異的控制方案,國內(nèi)外許多學者和技術(shù)人員基于該類裝置做出了重要的研究報告,以驗證重要的理論成果和指導生產(chǎn)實踐。然而,目前我國這類控制實驗裝置主要用于高校實驗教學,存在著實驗采集數(shù)據(jù)誤差較大、實驗對象過于單一等不足。 PAC系統(tǒng)是繼PLC、DCS之后的新一代控制系統(tǒng),是綜合了計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)的一種新型的、實用的多功能控制器平臺,廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域。GE PACSystems提供第一代可編程自動化控制系統(tǒng),為多個硬件平臺提供一個控制引擎和一個開發(fā)環(huán)境,與其他PLC相比具有更強的處理速度和通信速度。液位控制是常見的工業(yè)過程控制之一,它廣泛運用于水塔

25、、鍋爐、高層建筑水箱、罐、工業(yè)化工槽等受壓容器的液位測量。在設(shè)計中針對水箱實物模型,要求熟悉RX3i系列控制器的結(jié)構(gòu)、功能和基本指令,利用GE PACSystems RX3i編制PAC程序完成水箱液位PID控制。利用iFIX組態(tài)軟件,將液位控制中的重要數(shù)據(jù)進行采集和管理。通過調(diào)用采集的數(shù)據(jù),設(shè)計液位監(jiān)控畫面,以圖形和圖表等形象直觀的方式呈現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場信息,實現(xiàn)液位狀況的實時監(jiān)視。 為了解決傳統(tǒng)控制的控制準確度低、控制速度慢、靈敏度低等一系列問題。從而引入GE PACSystems RX3i系統(tǒng)。一個系統(tǒng)的液位是否穩(wěn)定,直接影響到了工業(yè)生產(chǎn)的安全、生產(chǎn)效率的高低、能源的合理利用等一系列重要的問題。

26、隨著現(xiàn)代化工業(yè)的要求越來越高,自動化控制系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足工業(yè)生產(chǎn)控制的需求,所以研究用處理速度快、算法精度高的自動控制系統(tǒng)很有必要?；贕E PACSystems RX3i的水箱液位控制設(shè)計具有一定意義。1.3 本論文的主要內(nèi)容與方法 隨著科學技術(shù)的進步和微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展,可編程序已廣泛應(yīng)用于各行業(yè)自動化控制領(lǐng)域,在現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)、加工和制造過程中起到了非常重要的作用。再加上控制器技術(shù)可編程控制器的功能日益完善,其小型化、價格低、可靠性高,在現(xiàn)代工業(yè)中的作用更加突出。它將傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)、計算機技術(shù)和通訊技術(shù)融為一體,具有控制能力強、操作靈活方便、可靠性高、適合長期連續(xù)工作的特點,

27、非常適合液位控制的要求。PID閉環(huán)控制是控制系統(tǒng)中應(yīng)用很廣泛的一種控制算法,對大部分控制對象都有良好的控制效果,組態(tài)軟件iFix因其簡單易用的特點,在控制界面的設(shè)計中得到廣泛的應(yīng)用。 本論文介紹了基于可編程控制器GE PACSystems RX3i和IFIX組態(tài)軟件的液位控制系統(tǒng)的設(shè)計方案。GE PACSystems RX3i作為下位機完成液位的采集和數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換;上位機利用組態(tài)軟件IFIX設(shè)計人機界面,實現(xiàn)控制系統(tǒng)的實時監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集與處理;可編程控制器和組態(tài)軟件通過現(xiàn)場總線以太網(wǎng)進行通訊;通過PME軟件編寫程序?qū)崿F(xiàn)液位控制,實時控制水箱液位。實驗證明,液位控制系統(tǒng)效果比較令人滿意,具有一定的

28、工程實用價值。 本報告分三部分。在簡要介紹GE PACSystems系列PLC的硬件單元、工作原理和梯形圖編程理論知識基礎(chǔ)上,給出了利用GE PACSystems梯形圖編程,實現(xiàn)液位控制的設(shè)計過程,最后結(jié)合IFIX組態(tài)軟件,詳細敘述了液位控制系統(tǒng)的的實現(xiàn)過程。1.4 本論文的結(jié)構(gòu)安排 本論文共分五章。第1章,緒論。主要介紹液位控制系統(tǒng)的定義、組成、功能以及液位控制系統(tǒng)的研究方向和意義,并簡單講述了本論文的主要內(nèi)容、方法及結(jié)構(gòu)安排。第2章介紹GE PACSytems RX3i系列PLC的相關(guān)知識。從PAC系統(tǒng)的提出到應(yīng)用。重點介紹PAC RX3i系統(tǒng)的特點和硬件結(jié)構(gòu),包括背板、中央處理器、數(shù)字量

29、輸入/輸出模塊、模擬量輸入輸出模塊及其工作原理和使用方法。當然在自動控制領(lǐng)域,一個系統(tǒng)的組成除了硬件系統(tǒng)外還有軟件系統(tǒng)。所以本章也對梯形圖編程的編程環(huán)境PME進行了詳細介紹。第3章對組態(tài)軟件iFix進行了介紹。其中IFIX的工程創(chuàng)建、系統(tǒng)配置、工作臺、數(shù)據(jù)庫和工作機制是本章的重點。因為只有了解了IFIX的工作原理,才能設(shè)計好合理的監(jiān)控界面。第4章介紹基于GE PAC RX3i的液位系統(tǒng)控制系統(tǒng)設(shè)計。講述了液位控制系統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計、硬件設(shè)計和軟件。第5章介紹基于IFIX液位監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計,其中包括 IFIX節(jié)點與GE PAC RX3i的通訊、液位控制液位系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計和調(diào)試過程。最后得出結(jié)論。

30、第2章 GE PACSystems RX3i簡介2.1 GE PACSystem系列PLC概念2.1.1 PAC概念的提出 可編程自動控制器(Programmable Automation Controller,PAC)是由ARC咨詢集團的高級研究員Craig Resnick提出的。PAC的概念定義為:控制引擎的集中,以及制造業(yè)廠商對信息的需求,涵蓋PLC用戶的多種需求。PAC包括PLC的主要功能和擴大的控制能力,以及PC-based控制中基于對象開放數(shù)據(jù)格式和網(wǎng)絡(luò)連接等功能。 PAC包括開放數(shù)據(jù)格式和網(wǎng)絡(luò)連接功能。PAC基本要求如下: 1.多域功能(邏輯、運動、驅(qū)動和過程)? 這個概念支持多

31、種I/O類型。邏輯、運動和其他功能的集成是不斷增長的復雜控制方法的要求。 2.單一的多學科開發(fā)平臺 ? 單一的開發(fā)環(huán)境必須能支持各種I/O和控制方案。 3.用于設(shè)計貫穿多個機器或處理單元的應(yīng)用程序的軟件工具?這個軟件工具必須能適應(yīng)分布式操作。 4.一組de facto網(wǎng)絡(luò)和語言標準?這個技術(shù)必須利用高投入技術(shù)。 5.開放式、模塊化體系結(jié)構(gòu)?設(shè)計和技術(shù)標準規(guī)范必須是實現(xiàn)開放、模塊化、可結(jié)合的。2.1.1 PAC特征 在形式上,PAC與傳統(tǒng)PLC很相似,但PAC性能卻廣泛很多。PAC是一種多功能控制器平臺,它包含多種可按照用戶意愿組合、搭配和實施的技術(shù)和產(chǎn)品,PLC性能的實現(xiàn)主要依賴于專用硬件,應(yīng)

32、用程序的執(zhí)行依靠專用硬件芯片實現(xiàn),硬件的非通用性會導致系統(tǒng)的功能前景和開放性受到限制,由于是專用操作系統(tǒng),實時可靠性和功能都無法與通用實時操作系統(tǒng)相比,這樣導致了PLC整體性能的專用性和封閉性。 PAC設(shè)計了一個通用、軟件形式的控制引擎用于應(yīng)用程序的執(zhí)行?？刂埔嫖挥趯崟r操作系統(tǒng)與應(yīng)用程序之間,這個控制引擎與硬件平臺無關(guān),可在不同平臺的PAC系統(tǒng)間移植。因此對于用戶來說,同樣的應(yīng)用程序不需修改即可下載到不同PAC硬件系統(tǒng)中,用戶只需根據(jù)系統(tǒng)功能需求和投資預算選擇不同性能PAC平臺。這樣,根據(jù)用戶需求的迅速擴展和變化,用戶系統(tǒng)和程序無需變化,即可無縫移植。PAC系統(tǒng)具備以下主要的特征和性能: 提

33、供通用發(fā)展平臺和單一數(shù)據(jù)庫,以滿足多領(lǐng)域自動化系統(tǒng)設(shè)計和集成要求。 一個輕便的控制引擎,可以實現(xiàn)多領(lǐng)域的功能,包括:邏輯控制、過程控制、運動控制和人機界面等。 允許用戶根據(jù)系統(tǒng)實施的要求,在同一平臺上運行多個不同功能的應(yīng)用程序,并根據(jù)控制系統(tǒng)的設(shè)計要求,在各程序間進行系統(tǒng)資源的分配。 采用開放的、模塊化的硬件架構(gòu),以實現(xiàn)不同功能的自由組合與搭配,減少系統(tǒng)升級帶來的麻煩。 支持IEC-61158現(xiàn)場總線規(guī)范,可以實現(xiàn)基于現(xiàn)場總線的高度分散性的工廠自動化環(huán)境 支持事實上的工業(yè)以太網(wǎng)標準,可以與工廠的EMS、ERP系統(tǒng)輕易集成。 使用既定的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、程序語言標準,以保障用戶的投資及多供應(yīng)商網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)

34、交換。2.1.3 GE PACSystems GE PACSystem 提供第一代可編程自動化控制系統(tǒng)?為多個硬件平臺提供一個控制引擎和一個開發(fā)環(huán)境,比現(xiàn)有PLC更強大的處理速度和通信速度,以及編程能力。它能應(yīng)用到高速處理、數(shù)據(jù)存取和需大內(nèi)存的應(yīng)用中。目前,GE控制器硬件家族有兩大類控制器:基于VME的RX7i和基于PCI的RX3i提供強大的CPU和高寬帶背板總線,使得復雜編程能簡便快速的執(zhí)行。 PACSystem的特點: 1.PAC系統(tǒng)是繼PLC、DCS之后的新一代控制系統(tǒng)。 2.克服了PLC/DCS長期過于封閉化、專業(yè)化的缺點,導致其技術(shù)發(fā)展緩慢,消除了PLC/DCS與PC機間不斷擴大的技

35、術(shù)差距的瓶頸。 3.操作系統(tǒng)和控制功能獨立于硬件。 4.采用標準的嵌入式系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計。 5.開放式標準背板總線VME/PCI。/PM處理器。 7.支持FBD,可用于過程控制,尤其適用于混合型集散控制系統(tǒng)。 8.編程語言符合IEC1131 PACSystems系列產(chǎn)品代表了控制工業(yè)領(lǐng)域的革命,同時解決了業(yè)內(nèi)一直存在的與工業(yè)和商業(yè)都有關(guān)的問題,即如何實現(xiàn)更高的產(chǎn)量和提供更開放的通信方式。這一靈活的技術(shù)幫助用戶全面提升整個自動化系統(tǒng)的性能,降低工程成本,解決了有關(guān)短期和長期的系統(tǒng)升級問題,以及控制平臺壽命的問題。2.2 GE PACSystems RX3i的硬件結(jié)構(gòu)2.2.1 GE PACSyste

36、ms RX3i簡介 PACSystems RX3i控制器是創(chuàng)新的可編程自動化控制器,是可編程自動化控制器PACSystems家族的新增加的一員。和PACSystems 家族的其他成員一樣,RX3i具備單一的控制引擎和通用的編程環(huán)境,使其能靈活的應(yīng)用于多種硬件平臺上。PACSystems RX3i易于集成,為多平臺的應(yīng)用提供空前的自由度,能統(tǒng)一過程控制系統(tǒng),并可以更靈活、更開放地升級或者轉(zhuǎn)換。在PME的開發(fā)軟件環(huán)境中,他單一的控制引擎和通用的編程環(huán)境整體上提升了自動化水平。PACSystems RX3i系統(tǒng)外形示意圖如圖2-1所示。圖2-1 PACSystems RX3i模塊在一個小型的、低成本

37、的系統(tǒng)中提供了高級功能,它具有下列性能上的優(yōu)點: 擁有300MHZ微處理器10MByte用戶內(nèi)存的高性能控制器。無需多個控制器,使控制更簡單 通用的PCI總線背板,背板高速PCI總線速度為27MHz,使得復雜I/O的數(shù)據(jù)吞吐率更大,簡單I/O的串行總線讀寫更快,優(yōu)化了系統(tǒng)性能和投資。背板總線支持帶電插拔功能,減少系統(tǒng)停機時間。 廣泛的I/O模塊選擇(已推出40多種)適合從簡單到復雜的應(yīng)用。此外,系統(tǒng)還提供多種網(wǎng)絡(luò)接口模塊。 PACSystems便攜控制引擎在不同的平臺上都能提供出色的性能,使OEM和最終用戶都能從眾多的應(yīng)用選擇方案中找到最適合他們需要的控制系統(tǒng)硬件?所有需要都在一個單一、緊湊而

38、且高度集成的組件中。 消除信息的瓶頸現(xiàn)象,獲得更快通過量。 大容量的電源,支持多個裝置的額外功率或多余要求,支持多電源功率負載共擔或冗余功能。 支持以太網(wǎng)遠程編程。例如,可在南京對上海的RX3i進行編程和修改。PACSystems RX3i功能及其強大,具有64M用戶編程內(nèi)存和64M閃存,支持多種編程語言:梯形圖,C語言(效率為梯形圖的6-10倍)、FBD功能塊圖、用戶定義結(jié)構(gòu)化文本、指令表、符號變量編程等。PACSystems RX3i還具有以下特點:最多支持32K DI、32K DO、32K AI、32K AO。模塊支持帶電插拔。支持冗余電源支持多種現(xiàn)場總線。支持Modbus、Profib

39、us、Genius(包括雙網(wǎng)冗余),還支持工業(yè)以太網(wǎng),以及串行總線。兩條背板總線,216MbpsPCI總線和90-30背板總線。支持持PCI總線模塊和所有90-30背板總線。支持以太網(wǎng)遠程I/0站。真正的實時多任務(wù)控制系統(tǒng)。支持16個中斷優(yōu)先級。2.2.2 GE PACSystems RX3i基本模塊背板 RX3i背板(機架)采用通用的PCI總線,分為12槽和16槽兩種尺寸用于滿足用戶不同的應(yīng)用需要。它支持帶電插拔以減少停機時間。擴展背板(機架)有5槽和10槽兩種尺寸,將您的應(yīng)用靈活性最大化。背板高速PCI總線速度為27MHZ,使得復雜I/O的數(shù)據(jù)吞吐率更大,簡單I/O的串行總線讀寫更快,優(yōu)化

40、了系統(tǒng)的投資和性能。通用背板模塊的位置,IC695電源模塊可以安裝在任何插槽。直流電源IC695PSD40占用一個插槽,交流電源IC695PSA40占用兩個插槽。RX3i CPU模塊除了擴展插槽外可以安裝在背板的任何地方。CPU模塊占用兩個插槽。I/O和其他功能模塊可以安裝在除了0插槽和擴展插槽以外的任何插槽,0插槽只能用于IC695電源。每個I/O槽都有兩個連接器,因此每個基于PCI的RX3i模塊或者串行模塊都可以安裝在任何一個I/O插槽。最右端的插槽是擴展插槽。它只能用于可選擇串行串行擴展模塊IC695LRE001。在PACSystem RX3i系統(tǒng)中,電源一般在0插槽,CPU一般在1-2

41、插槽,背板擴展模塊在12插槽,I/O模塊在3-11插槽中。 PACSystem RX3i CPU 高性能的CPU基于具有高速運算和高速數(shù)據(jù)吞吐的最新處理器。這個強大的CPU依靠300M Hz的處理器和10M bytes的用戶內(nèi)存能輕松地完成各種復雜的應(yīng)用。控制器在多種標準編程語言下能處理高達32K的I/O。RX3i廣泛的診斷機制和帶電插拔能力增加了機器循環(huán)次數(shù),減少了停機時間,用戶能存儲大量數(shù)據(jù),減少外圍硬件花費。RX3i支持多種IEC語言和C語言,使用戶編程更靈活。PACSystem RX3i的電源 RX3i電源模塊像I/O一樣簡單地扣在背板上,并且能與任何標準型號RX3i CPU協(xié)同工作。

42、每個電源模塊具有自動電壓適應(yīng)功能。用戶無需跳線選擇不同的輸入電壓,RX3i電源模塊的輸入電壓可以有100-240VAC、125VDC、24VDC或12VDC等備選。電源模塊具有限流功能,發(fā)生短路時,電源模塊會自動關(guān)斷來避免硬件損壞。其他的性能和安全特性還包括先進的診斷機制和內(nèi)置智能開關(guān)熔絲。多功能電源可被配置用于增加容量或電源冗余。離散量 I/O 模塊(輸入) 輸入模塊提供PLC和諸如接近開關(guān)、按鈕、開關(guān)的接口。GE Fanuc智能設(shè)備提供一系列能支持最大允許電流、不同的電壓范圍和類型、隔離與響應(yīng)時間的模塊,來滿足用戶應(yīng)用的需要。PACSystem RX3i的離散量輸入點可以是8、16、32點

43、等,輸入電壓可以是120VAC、240VAC、12VAC/DC、125VDC、24VDC、5/12VDC等。離散量 I/O 模塊(輸出) 離散量I/O模塊(輸出)輸出模塊提供PLC和諸如接觸器、繼電器、BCD顯示和指示燈這樣的外部輸出設(shè)備之間的接口。GE Fanuc 智能設(shè)備提供一系列能支持不同的電壓范圍和類型、最大允許電流、隔離與響應(yīng)時間的模塊,來滿足用戶應(yīng)用的需要。PACSystem RX3i的離散量輸出點可以是5、6、8、16、32點等,輸出模塊可以接120VAC、240VAC、12VAC/DC、125VDC、24VDC、5/12VDC等負載。輸出電流有0.5A、1A、2A、4A、8A等

44、。模擬量I/O模塊(輸入) GE Fanuc 提供易于使用的用于控制過程的模擬量輸入模塊,例如:流量、溫度和壓力等。模擬量模塊將輸入電流或輸入電壓轉(zhuǎn)變成內(nèi)在的數(shù)字數(shù)據(jù),向PLC CPU提供所得的數(shù)字數(shù)據(jù)。對于差分模擬輸入,轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)是在電壓IN+和IN-之間的差值。差分輸入對干擾和接地電流不太敏感。一對差分輸入的雙方都參照一個公共的電壓(COM)。PACSystem RX3i的輸入模塊信號可以使電壓型、也可以使電流型,通道數(shù)量可以是4、8、16、32等。模擬量I/O模塊(輸出) GE Fanuc 提供易于使用的用于控制過程的模擬量輸出模塊,例如:流量、溫度和壓力控制等。IC695ALG708為

45、8點AO模塊,具有16位分辨率。通訊模塊 網(wǎng)絡(luò)和分布式 I/O 系統(tǒng)RX3i為分布式控制和分布式I/O設(shè)計了很多可選通信模塊。用戶可以從以太網(wǎng) EGD、Profibus-DP、Genius和DeviceNet中進行選擇,這些通訊模塊都能容易地安裝并且快速地配置。2.2.3 編程設(shè)備 編程設(shè)備的作用是供用戶進行程序的編制、編輯、調(diào)試和監(jiān)視。編程設(shè)備可以是專用的手持式的編程器,也可以是安裝了專門的編程通信軟件的個人計算機。用戶可以通過鍵盤輸入和調(diào)試程序;另外,在運行時還可以對整個控制過程進行監(jiān)控。2.3 GE PACSystems系列PLC的工作原理 考慮到GE PAC與傳統(tǒng)PLC的工作原理相同。

46、PLC作為一種特殊形式的計算機控制系統(tǒng),是利用計算機技術(shù)對傳統(tǒng)的硬件邏輯控制系統(tǒng)“繼電器控制”進行“硬件軟化”的結(jié)果。但在運行方式上,PLC的軟件邏輯也與繼電器控制系統(tǒng)的硬件邏輯存在根本性的差別。 繼電器控制系統(tǒng)的硬件邏輯采用的是并行運行的方式,即如果一個繼電器的線圈通電或放電,該繼電器的所有觸點(不論是常開還是常閉,也不論其處于繼電器線路的哪個位置上)都會立即動作;而PLC的軟件邏輯是通過CPU逐行掃描執(zhí)行用戶程序來實現(xiàn)的,即如果一個邏輯線圈被截圖或斷開,該線圈的所有觸點并不會立即動作,必須等掃描到該觸點時才會動作。為了消除兩者之間由于運行方式不同而造成的這種差異,PLC在程序運行方式、輸入

47、輸出操作、特殊功能模塊等方面作了特別的考慮。2.3.2 CPU掃描 在收到編程器,其他設(shè)備,或CPU上的運行/停止轉(zhuǎn)換開關(guān)發(fā)出的停止命令前,CPU內(nèi)的應(yīng)用程序重復執(zhí)行。除了執(zhí)行應(yīng)用程序做內(nèi)部清理工作,CPU還完成通訊任務(wù)以及做自檢,保存輸入設(shè)備的輸入數(shù)據(jù),將輸出數(shù)據(jù)傳給輸出設(shè)備。這個序列稱為掃描。 CPU 掃描有以下三種模式: Normal掃描 這種模式下,每次掃描時間可以不同。邏輯窗口在每一次掃描過程中完全執(zhí)行。通訊窗口和后臺窗口可設(shè)為受限制Limited或運行-完成Run-to-Completion模式。 Constant掃描 這種模式下,相鄰的兩次掃描的開始時間間隔由用戶設(shè)定。邏輯窗口在

48、每一次掃描過程中完全執(zhí)行。如果還沒到掃描周期時間,CPU輪流執(zhí)行通訊窗口和后臺窗口,一直執(zhí)行到設(shè)定的掃描時間。 Constant Window 這種模式下,每次掃描時間可以不同。邏輯窗口在每一次掃描過程中完全執(zhí)行。CPU輪流執(zhí)行通訊窗口和后臺窗口,執(zhí)行時間由用戶確定。 CPU以以下四種模式中的一種運行 運行/不輸出 運行/輸出使能 停止/IO 掃描 停止/無IO CPU掃描的各個部分典型的部分包括7個階段:內(nèi)部清理:內(nèi)部清理部分完成掃描開始前的準備工作。包括更新%S位,確定定時器的最新值,確定掃描模式停止或者運行以及檢測擴展機架。 循環(huán)檢測以確定擴展機架電源是否正常。一旦檢測到擴展機架,則擴展

49、機架配置及所有模塊數(shù)據(jù)傳到控制器通訊窗口中。輸入掃描:輸入掃描過程中,CPU從Genius總線控制器和輸入模塊讀取輸入數(shù)據(jù)。如果數(shù)據(jù)是從EGD頁得到的,CPU會將頁內(nèi)數(shù)據(jù)從以太網(wǎng)接口拷貝到適當?shù)拇鎯ξ恢?。?yīng)用程序執(zhí)行:CPU執(zhí)行程序邏輯時,總是從第1 條指令開始,執(zhí)行到最后一條指令終止。執(zhí)行完最后一條指令后產(chǎn)生新的輸出數(shù)據(jù)。輸出掃描:CPU將輸出數(shù)據(jù)寫到總線控制器或輸出模塊。用戶程序檢查投入使用。 輸出掃描過程中,CPU向Genius總線控制器和輸出模塊寫入輸出數(shù)據(jù)。到達EGD發(fā)送頁時間節(jié)點時,CPU從存儲器上的對應(yīng)位置向以太網(wǎng)接口拷貝輸出頁數(shù)據(jù)。所有輸出數(shù)據(jù)發(fā)出之后,輸出掃描完成。 如果CP

50、U處于運行模式并且配置為執(zhí)行后臺檢測,則后臺檢測在輸出掃描進程的最后時間段內(nèi)執(zhí)行。檢測字數(shù)的缺省值為16。如果每次掃描的檢測字數(shù)設(shè)為0,則這個過程跳過。后臺檢測幫助確認運行模式下的CPU 內(nèi)的程序的完整性。控制器通訊窗口:板子上的以太網(wǎng)和串行端口服務(wù)。重新配置這部分掃描時的擴展機架和獨立模塊。 CPU總是執(zhí)行這個窗口。執(zhí)行的窗口條目如下: 重新配置擴展機架和獨立模塊?？刂破鞔翱趦?nèi)優(yōu)先級高的重新配置。在分配給這個窗口的時間內(nèi),需要的話重新配置模塊。重新配置模塊需要幾個掃描周期。 通訊活動包括內(nèi)置以太網(wǎng)接口和2 個CPU串行端口 是否執(zhí)行控制器通訊窗口和執(zhí)行控制器通訊窗口的時間可以使用編程軟件進行

51、配置。也可以在用戶程序中使用服務(wù)請求功能3 進行動態(tài)配置。窗口時間可以設(shè)定為0255 圖2-2毫秒,缺省值為10毫秒。背板通訊窗口:通過此窗口與智能設(shè)備進行通訊。基于機架的以太網(wǎng)接口模塊在背板通訊窗口通訊。在本階段掃描過程中,CPU與Genius總線控制器和TCP/IP以太網(wǎng)模塊等智能模塊進行通訊 。在這個窗口,CPU在執(zhí)行隊列中的請求之前,首先完成前面未完成的請求。分配給這個窗口的時間用完以后,進程停止。 背板通訊窗口缺省為完成運行-完成模式。這意味著所有智能模塊中當前未完成的請求在每個掃描過程中都要處理。這個窗口也可以以限制Limited 模式運行,這種情況下需設(shè)定每個掃描周期內(nèi)分配給本窗

52、口的最大時間。 模式和時間可以配置并且存儲到CPU當中,也可以在用戶程序中使用服務(wù)請求功能4 進行動態(tài)配置。通訊窗口時間可以設(shè)定為0255 毫秒,缺省值為255 毫秒。掃描時間比較緊張的時候跳過此功能后臺窗口:本窗口進行CPU自檢。自檢中包括對CPU操作系統(tǒng)軟件的檢測。 后臺窗口時間缺省值為0 毫秒。也可以設(shè)定其他的值并存儲到CPU當中或者通過編程軟件在線更改。 后臺窗口的執(zhí)行和時間也可以在用戶程序中使用服務(wù)請求功能5 進行動態(tài)配置。掃描時間比較緊張的時候跳過后臺功能。 2.4 梯形圖編程知識2.4.1 梯形圖的基本概念 PLC是專為工業(yè)控制而開發(fā)的裝置,其主要使用者是工廠廣大電氣技術(shù)人員,為了適應(yīng)他們的傳統(tǒng)習慣和掌握能力,通常PLC不采用微機的編程語言,而常常采用面向控制過程、面向問題的“自然語言”