畢業(yè)設(shè)計(jì)水箱液位控制設(shè)計(jì)

題目基于PACSystemsRX3i的水箱液位控制設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書班級自動化1班學(xué)生姓名陳成學(xué)號20082477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GEPACSystemRX3i的水箱液位控制設(shè)計(jì)1、本論文的目的、意義PAC系統(tǒng)是繼PLC、DCS之后的新一代控制系統(tǒng)，是綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)的一種新型的、實(shí)用的多功能控制器平臺，廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域。GEPACSystems提供第一代可編程自動化控制系統(tǒng)，為多個(gè)硬件平臺提供一個(gè)控制引擎和一個(gè)開發(fā)環(huán)境，與現(xiàn)有的PLC相比具有更強(qiáng)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(yùn)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(jì)中針對水箱實(shí)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GEPACSystemRX3i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(jìn)行采集和管理。通過調(diào)用采集的數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)液位狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)視。2、學(xué)生應(yīng)完成的任務(wù)1．查閱有關(guān)PACSystemRX3i系統(tǒng)的國內(nèi)外研究資料和文獻(xiàn)，學(xué)習(xí)PACRX3i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(xué)習(xí)PAC指令的應(yīng)用。3．完成基于GEPACSystemRX3i的水箱液位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試。4.學(xué)習(xí)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(jì)與調(diào)試。3、論文各部分內(nèi)容及時(shí)間分配：（共16周）第一部分GEPACRX3i系統(tǒng)等相關(guān)知識學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)(3周)第二部分 利用PAC編程軟件進(jìn)行梯形圖程序開發(fā)(2周)第三部分完成基于GEPACRX3i系統(tǒng)的液位控制設(shè)計(jì)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(jì)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(dǎo)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(yùn)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(jìn)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(jì)算機(jī)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。因此我們很有必要對PACRX3i液位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行研究。本設(shè)計(jì)采用了PACSystemsRX3i控制器對水箱液位設(shè)備控制進(jìn)行了系統(tǒng)設(shè)計(jì)。主控器采用PACSystemsRX3i系列的IC695CPU310模塊，控制對象為實(shí)驗(yàn)室的水箱液位設(shè)備，采用以太網(wǎng)進(jìn)行通訊，用PME軟件完成了系統(tǒng)硬件配置，各個(gè)模塊的的梯形圖設(shè)計(jì)與調(diào)試，實(shí)現(xiàn)了任意液位高度的手動/自動調(diào)節(jié)。在系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控方面，利用IFIX軟件進(jìn)行了遠(yuǎn)程監(jiān)控界面的設(shè)計(jì)，通過對液位數(shù)據(jù)的采集、處理、輸出處理，實(shí)現(xiàn)了對液位高度的實(shí)時(shí)監(jiān)控、自動/手動的無擾切換、報(bào)警顯示等功能。本論文分三部分。在簡要介紹了PACSystemsRX3i系列PLC的硬件模塊、工作原理和梯形圖等基礎(chǔ)知識上，給出了PACSystemsRX3i梯形圖編程和實(shí)驗(yàn)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(diǎn)連接。實(shí)現(xiàn)了液位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：液位控制；PACSystemsRX3i；實(shí)時(shí)監(jiān)控；以太網(wǎng)AbstractThelevelcontrolisoneofthecommonindustrialprocesscontrol,itiswidelyusedincoolingtowers,boilers,high-risebuildings,watertanks,tanks,industrialchemicaltanklevelmeasurementofthepressurevessel.Withtheadvancesintechnology,productioncontrolaccuracyrequirementsarehigh,sotoimprovetheperformanceoftheliquidlevelcontrolsystemisveryimportant.ThePACsystemisfollowinganewgenerationofPLC,DCScontrolsystem,acombinationofcomputertechnology,automaticcontroltechnologyandcommunicationtechnology,anew,multi-functioncontrollerplatform,widelyusedinindustrialcontrolfield.ThereforeimperativethatwestudythedesignofthePACtheRX3ilevelcontrolsystem.

ThisdesignusesthePACSystemsRX3icontrollertankleveldevicecontrolsystemdesign.ThemastercontrolobjectforlaboratoryequipmentoftheWaterLevelPACSystemsRX3iseriesIC695CPU310module,usingtheEthernetcommunication,thePMEsoftwaresystemhardwareconfiguration,designanddebuggingofvariousmodulesoftheladdertoachieveaanylevelofahighdegreeofmanual/automaticadjustment.IFIXsoftwaresystemRMONRMONinterfacedesign,thelevelofdatacollection,processing,outputprocessing,theliquidlevelinthereal-timemonitoring,automatic/manualbumplessswitching,alarmdisplayandotherfunctions.

Thisthesisisdividedintothreeparts.BrieflyintroducedthePACSystemsRX3iSeriesPLCbasicknowledgeofthehardwaremodule,workingprincipleandladdergivenPACSystemsRX3iladderprogrammingandlaboratoryequipmentconfiguration,andfinallythroughthefieldbus(Ethernetbus)fielddevicesandnodeconnections.Levelcontrolsystemdesign.Keywords:levelcontrol;PACSystemsRX3i;datacollection;Ethernet目錄摘要IVAbstractV目錄VI第1章緒論11.1PLC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GEPACSystemsRX3i簡介62.1GEPACSystem系列PLC概念62.1.1PAC概念的提出62.1.1PAC特征62.1.3GEPACSystems72.2GEPACSystemsRX3i的硬件結(jié)構(gòu)82.2.1GEPACSystemsRX3i簡介82.2.2GEPACSystemsRX3i基本模塊92.2.3編程設(shè)備112.3GEPACSystems系列PLC的工作原理112.3.1工作原理112.3.2CPU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ProficyMachineEdition簡介162.5.1ProficyMachineEdition的安裝162.5.2制作一個(gè)工程的一般過程17第3章組態(tài)軟件iFix簡介193.1iFix功能193.2iFix的工作機(jī)制193.3iFix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GEPACRX3i液位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)224.1PID理論知識224.1.1PID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(jì)274.3.1主程序模塊284.3.2初始化模塊294.3.3PID程序29第五章基于iFIX的液位監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)325.1監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(yùn)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365.2.3PID比例、積分、微分參數(shù)值整定37結(jié)論43參考文獻(xiàn)45第1章緒論1.1PLC的發(fā)展及過程控制簡介20世紀(jì)20年代起，人們把各種繼電器、定時(shí)器、接觸器及其觸點(diǎn)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(jī)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(jià)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)域中一直占主導(dǎo)地位。但是繼電接觸器控制系統(tǒng)有明顯的缺點(diǎn)：設(shè)備體積大，可靠性差，動作速度慢，功能少，難與實(shí)現(xiàn)較復(fù)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(fù)雜，當(dāng)生產(chǎn)工藝或?qū)ο蟾淖儠r(shí)，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(jì)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(gè)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(biāo)，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(jì)算機(jī)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(kuò)展時(shí)原系統(tǒng)改變最小（10）用戶存儲器至少能擴(kuò)張到4KB（適應(yīng)當(dāng)時(shí)汽車裝配過程的需要）十項(xiàng)指標(biāo)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(shí)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(jì)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(jìn)行存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、定時(shí)、記數(shù)和算術(shù)運(yùn)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(jī)械或生產(chǎn)過程。可遍程序控制器極其相關(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(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。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(fù)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(jìn)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)，急需開展先進(jìn)的液位控制方法和策略的研究和開發(fā)。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(dāng)傳感器檢測到液位設(shè)定值時(shí)，閥門關(guān)閉，防止物料溢出；當(dāng)檢測液位低于設(shè)定值時(shí)，閥門打開，使液位上升，從而達(dá)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(jī)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?；蚋淖冸姍C(jī)頻率方式來進(jìn)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(yùn)行?？刂破鳌?zhí)行機(jī)構(gòu)、測量變送器都屬于自動化儀表，他們都是圍繞被控對象工作的。因此，對被控對象的動態(tài)特性進(jìn)行深入了解是過程控制的一個(gè)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(biāo)，為控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。性能指標(biāo)確定后，設(shè)計(jì)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(jì)的范圍很廣。被控對象不一定是指一個(gè)具體的設(shè)備，不少情況下被控對象是指一個(gè)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)部可能包括幾個(gè)過程。過程控制被控對象的內(nèi)在機(jī)理較為復(fù)雜，有簡單過程，又存在嚴(yán)重非線性的過程，有多變量過程，有些被控對象的特性隨時(shí)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(xué)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(xué)模型，研究被控對象的動態(tài)特性。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(jì)是一個(gè)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(gè)被控對象、一個(gè)檢測變送單元（檢測元件及變送器）、一個(gè)控制器和一個(gè)執(zhí)行器（控制閥）所組成的單閉環(huán)負(fù)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(gè)基本環(huán)節(jié)組成，即被控對象、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：控制器控制器執(zhí)行機(jī)構(gòu)被控對象-測量變送器——設(shè)定值圖1-1閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)框圖由這個(gè)簡單控制系統(tǒng)通用的框圖設(shè)計(jì)出水箱液位控制系統(tǒng)的原理框圖如圖1-2所示。PID控制器PID控制器變送器水箱-液位傳感器——設(shè)定值圖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(gè)調(diào)節(jié)對象上用一個(gè)調(diào)節(jié)器來保持一個(gè)參數(shù)的恒定，而調(diào)節(jié)器只接受一個(gè)測量信號，其輸出也只控制一個(gè)執(zhí)行機(jī)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(gè)閉環(huán)反饋單回路液位控制，采用工業(yè)智能儀表控制。液位控制系統(tǒng)的功能液位控制系統(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(cuò)誤時(shí)，可以切換到手動進(jìn)行調(diào)節(jié)和診斷?？梢酝ㄟ^實(shí)時(shí)曲線去分析系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差、超調(diào)量、調(diào)整時(shí)間等動態(tài)性能指標(biāo)。實(shí)時(shí)監(jiān)控功能系統(tǒng)管理員可以通過微機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)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(bào)警顯示、實(shí)時(shí)曲線。異常報(bào)警功能在異常狀況下可以實(shí)現(xiàn)音響報(bào)警，分別為高高報(bào)警、高報(bào)警、低報(bào)警、低低報(bào)警。通過查看報(bào)警次數(shù)和時(shí)間，對液位的狀況進(jìn)行跟蹤分析，最后進(jìn)行確認(rèn)報(bào)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(jì)和開發(fā)液位控制策略的一個(gè)開放式平臺，具有觀察直觀、測量容易、組態(tài)靈活，可實(shí)施各種相異的控制方案，國內(nèi)外許多學(xué)者和技術(shù)人員基于該類裝置做出了重要的研究報(bào)告，以驗(yàn)證重要的理論成果和指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐。然而，目前我國這類控制實(shí)驗(yàn)裝置主要用于高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)，存在著實(shí)驗(yàn)采集數(shù)據(jù)誤差較大、實(shí)驗(yàn)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(jì)算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)的一種新型的、實(shí)用的多功能控制器平臺，廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域。GEPACSystems提供第一代可編程自動化控制系統(tǒng)，為多個(gè)硬件平臺提供一個(gè)控制引擎和一個(gè)開發(fā)環(huán)境，與其他PLC相比具有更強(qiáng)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(yùn)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(jì)中針對水箱實(shí)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GEPACSystemsRX3i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(jìn)行采集和管理。通過調(diào)用采集的數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)液位狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)視。為了解決傳統(tǒng)控制的控制準(zhǔn)確度低、控制速度慢、靈敏度低等一系列問題。從而引入GEPACSystemsRX3i系統(tǒng)。一個(gè)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。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。基于GEPACSystemsRX3i的水箱液位控制設(shè)計(jì)具有一定意義。1.3本論文的主要內(nèi)容與方法隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)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(jià)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(jì)算機(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)融為一體，具有控制能力強(qiáng)、操作靈活方便、可靠性高、適合長期連續(xù)工作的特點(diǎn)，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(diǎn)，在控制界面的設(shè)計(jì)中得到廣泛的應(yīng)用。本論文介紹了基于可編程控制器GEPACSystemsRX3i和IFIX組態(tài)軟件的液位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。GEPACSystemsRX3i作為下位機(jī)完成液位的采集和數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換；上位機(jī)利用組態(tài)軟件IFIX設(shè)計(jì)人機(jī)界面，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)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(jìn)行通訊；通過PME軟件編寫程序?qū)崿F(xiàn)液位控制，實(shí)時(shí)控制水箱液位。實(shí)驗(yàn)證明，液位控制系統(tǒng)效果比較令人滿意，具有一定的工程實(shí)用價(jià)值。本報(bào)告分三部分。在簡要介紹GEPACSystems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GEPACSystems梯形圖編程，實(shí)現(xiàn)液位控制的設(shè)計(jì)過程，最后結(jié)合IFIX組態(tài)軟件，詳細(xì)敘述了液位控制系統(tǒng)的的實(shí)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GEPACSytemsRX3i系列PLC的相關(guān)知識。從PAC系統(tǒng)的提出到應(yīng)用。重點(diǎn)介紹PACRX3i系統(tǒng)的特點(diǎn)和硬件結(jié)構(gòu)，包括背板、中央處理器、數(shù)字量輸入/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(dāng)然在自動控制領(lǐng)域，一個(gè)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(jìn)行了詳細(xì)介紹。第3章對組態(tài)軟件iFix進(jìn)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(jī)制是本章的重點(diǎn)。因?yàn)橹挥辛私饬薎FIX的工作原理，才能設(shè)計(jì)好合理的監(jiān)控界面。第4章介紹基于GEPACRX3i的液位系統(tǒng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。講述了液位控制系統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)和軟件。第5章介紹基于IFIX液位監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，其中包括IFIX節(jié)點(diǎn)與GEPACRX3i的通訊、液位控制液位系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)試過程。最后得出結(jié)論。

第2章GEPACSystemsRX3i簡介2.1GEPACSystem系列PLC概念2.1.1PAC概念的提出可編程自動控制器（ProgrammableAutomationController,PAC）是由ARC咨詢集團(tuán)的高級研究員CraigResnick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(kuò)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(yùn)動、驅(qū)動和過程）——這個(gè)概念支持多種I/O類型。邏輯、運(yùn)動和其他功能的集成是不斷增長的復(fù)雜控制方法的要求。2.單一的多學(xué)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(jì)貫穿多個(gè)機(jī)器或處理單元的應(yīng)用程序的軟件工具——這個(gè)軟件工具必須能適應(yīng)分布式操作。4.一組defacto網(wǎng)絡(luò)和語言標(biāo)準(zhǔn)——這個(gè)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(jì)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范必須是實(shí)現(xiàn)開放、模塊化、可結(jié)合的。2.1.1PAC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(shí)施的技術(shù)和產(chǎn)品，PLC性能的實(shí)現(xiàn)主要依賴于專用硬件，應(yīng)用程序的執(zhí)行依靠專用硬件芯片實(shí)現(xiàn)，硬件的非通用性會導(dǎo)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(shí)時(shí)可靠性和功能都無法與通用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)相比，這樣導(dǎo)致了PLC整體性能的專用性和封閉性。PAC設(shè)計(jì)了一個(gè)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?shí)時(shí)操作系統(tǒng)與應(yīng)用程序之間，這個(gè)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(yù)算選擇不同性能PAC平臺。這樣，根據(jù)用戶需求的迅速擴(kuò)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(jì)和集成要求。一個(gè)輕便的控制引擎，可以實(shí)現(xiàn)多領(lǐng)域的功能，包括：邏輯控制、過程控制、運(yùn)動控制和人機(jī)界面等。允許用戶根據(jù)系統(tǒng)實(shí)施的要求，在同一平臺上運(yùn)行多個(gè)不同功能的應(yīng)用程序，并根據(jù)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，在各程序間進(jìn)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(shí)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(shí)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(shí)上的工業(yè)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，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(biāo)準(zhǔn)，以保障用戶的投資及多供應(yīng)商網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)交換。GEPACSystemsGEPACSystem提供第一代可編程自動化控制系統(tǒng)——為多個(gè)硬件平臺提供一個(gè)控制引擎和一個(gè)開發(fā)環(huán)境，比現(xiàn)有PLC更強(qiáng)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(qiáng)大的CPU和高寬帶背板總線，使得復(fù)雜編程能簡便快速的執(zhí)行。PACSystem的特點(diǎn)：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(diǎn)，導(dǎo)致其技術(shù)發(fā)展緩慢，消除了PLC/DCS與PC機(jī)間不斷擴(kuò)大的技術(shù)差距的瓶頸。3.操作系統(tǒng)和控制功能獨(dú)立于硬件。4.采用標(biāo)準(zhǔn)的嵌入式系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)。5.開放式標(biāo)準(zhǔn)背板總線VME/PCI。6.CPU均為PШ/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IEC1131PACSystems系列產(chǎn)品代表了控制工業(yè)領(lǐng)域的革命，同時(shí)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(shí)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(gè)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。2.2GEPACSystemsRX3i的硬件結(jié)構(gòu)GEPACSystemsRX3i簡介PACSystemsRX3i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。PACSystemsRX3i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。PACSystemsRX3i系統(tǒng)外形示意圖如圖2-1所示。圖2-1PACSystemsRX3i模塊在一個(gè)小型的、低成本的系統(tǒng)中提供了高級功能，它具有下列性能上的優(yōu)點(diǎn)：擁有300MHZ微處理器10MByte用戶內(nèi)存的高性能控制器。無需多個(gè)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(fù)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(jī)時(shí)間。廣泛的I/O模塊選擇（已推出40多種）適合從簡單到復(fù)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(gè)單一、緊湊而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(gè)裝置的額外功率或多余要求，支持多電源功率負(fù)載共擔(dān)或冗余功能。支持以太網(wǎng)遠(yuǎn)程編程。例如，可在南京對上海的RX3i進(jìn)行編程和修改。PACSystemsRX3i功能及其強(qiáng)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。PACSystemsRX3i還具有以下特點(diǎn)：最多支持32KDI、32KDO、32KAI、32KAO。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、Profibus、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(yuǎn)程I/0站。真正的實(shí)時(shí)多任務(wù)控制系統(tǒng)。支持16個(gè)中斷優(yōu)先級。GEPACSystemsRX3i基本模塊背板RX3i背板（機(jī)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(jī)時(shí)間。擴(kuò)展背板（機(jī)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(fù)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)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(gè)插槽，交流電源IC695PSA40占用兩個(gè)插槽。RX3iCPU模塊除了擴(kuò)展插槽外可以安裝在背板的任何地方。CPU模塊占用兩個(gè)插槽。I/O和其他功能模塊可以安裝在除了0插槽和擴(kuò)展插槽以外的任何插槽，0插槽只能用于IC695電源。每個(gè)I/O槽都有兩個(gè)連接器，因此每個(gè)基于PCI的RX3i模塊或者串行模塊都可以安裝在任何一個(gè)I/O插槽。最右端的插槽是擴(kuò)展插槽。它只能用于可選擇串行串行擴(kuò)展模塊IC695LRE001。在PACSystemRX3i系統(tǒng)中，電源一般在0插槽，CPU一般在1-2插槽，背板擴(kuò)展模塊在12插槽，I/O模塊在3-11插槽中。PACSystemRX3iCPU高性能的CPU基于具有高速運(yùn)算和高速數(shù)據(jù)吞吐的最新處理器。這個(gè)強(qiáng)大的CPU依靠300MHz的處理器和10Mbytes的用戶內(nèi)存能輕松地完成各種復(fù)雜的應(yīng)用。控制器在多種標(biāo)準(zhǔn)編程語言下能處理高達(dá)32K的I/O。RX3i廣泛的診斷機(jī)制和帶電插拔能力增加了機(jī)器循環(huán)次數(shù)，減少了停機(jī)時(shí)間，用戶能存儲大量數(shù)據(jù)，減少外圍硬件花費(fèi)。RX3i支持多種IEC語言和C語言，使用戶編程更靈活。PACSystemRX3i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(biāo)準(zhǔn)型號RX3iCPU協(xié)同工作。每個(gè)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(shí)，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(jìn)的診斷機(jī)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。GEFanuc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(shí)間的模塊，來滿足用戶應(yīng)用的需要。PACSystemRX3i的離散量輸入點(diǎn)可以是8、16、32點(diǎn)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。GEFanuc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(shí)間的模塊，來滿足用戶應(yīng)用的需要。PACSystemRX3i的離散量輸出點(diǎn)可以是5、6、8、16、32點(diǎn)等，輸出模塊可以接120VAC、240VAC、12VAC/DC、125VDC、24VDC、5/12VDC等負(fù)載。輸出電流有0.5A、1A、2A、4A、8A等。模擬量I/O模塊（輸入）GEFanuc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?jǐn)?shù)據(jù)，向PLCCPU提供所得的數(shù)字?jǐn)?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(gè)公共的電壓（COM）。PACSystemRX3i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）GEFanuc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8點(diǎn)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(jì)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(jìn)行選擇，這些通訊模塊都能容易地安裝并且快速地配置。編程設(shè)備編程設(shè)備的作用是供用戶進(jìn)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(gè)人計(jì)算機(jī)。用戶可以通過鍵盤輸入和調(diào)試程序；另外，在運(yùn)行時(shí)還可以對整個(gè)控制過程進(jìn)行監(jiān)控。2.3GEPACSystems系列PLC的工作原理工作原理考慮到GEPAC與傳統(tǒng)PLC的工作原理相同。PLC作為一種特殊形式的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對傳統(tǒng)的硬件邏輯控制系統(tǒng)“繼電器控制”進(jìn)行“硬件軟化”的結(jié)果。但在運(yùn)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(yùn)行的方式，即如果一個(gè)繼電器的線圈通電或放電，該繼電器的所有觸點(diǎn)（不論是常開還是常閉，也不論其處于繼電器線路的哪個(gè)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(shí)現(xiàn)的，即如果一個(gè)邏輯線圈被截圖或斷開，該線圈的所有觸點(diǎn)并不會立即動作，必須等掃描到該觸點(diǎn)時(shí)才會動作。為了消除兩者之間由于運(yùn)行方式不同而造成的這種差異，PLC在程序運(yùn)行方式、輸入輸出操作、特殊功能模塊等方面作了特別的考慮。CPU掃描在收到編程器，其他設(shè)備，或CPU上的運(yùn)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(fù)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(gè)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(shí)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(yùn)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(shí)間間隔由用戶設(shè)定。邏輯窗口在每一次掃描過程中完全執(zhí)行。如果還沒到掃描周期時(shí)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(shí)間。ConstantWindow這種模式下，每次掃描時(shí)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(shí)間由用戶確定。CPU以以下四種模式中的一種運(yùn)行■運(yùn)行/不輸出■運(yùn)行/輸出使能■停止/IO掃描■停止/無IOCPU掃描的各個(gè)部分典型的部分包括7個(gè)階段：內(nèi)部清理：內(nèi)部清理部分完成掃描開始前的準(zhǔn)備工作。包括更新%S位，確定定時(shí)器的最新值，確定掃描模式(停止或者運(yùn)行)以及檢測擴(kuò)展機(jī)架。循環(huán)檢測以確定擴(kuò)展機(jī)架電源是否正常。一旦檢測到擴(kuò)展機(jī)架，則擴(kuò)展機(jī)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(dāng)?shù)拇鎯ξ恢?。?yīng)用程序執(zhí)行：CPU執(zhí)行程序邏輯時(shí)，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(dá)EGD發(fā)送頁時(shí)間節(jié)點(diǎn)時(shí)，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CPU處于運(yùn)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(jìn)程的最后時(shí)間段內(nèi)執(zhí)行。檢測字?jǐn)?shù)的缺省值為16。如果每次掃描的檢測字?jǐn)?shù)設(shè)為0，則這個(gè)過程跳過。后臺檢測幫助確認(rèn)運(yùn)行模式下的CPU內(nèi)的程序的完整性?？刂破魍ㄓ嵈翱冢喊遄由系囊蕴W(wǎng)和串行端口服務(wù)。重新配置這部分掃描時(shí)的擴(kuò)展機(jī)架和獨(dú)立模塊。CPU總是執(zhí)行這個(gè)窗口。執(zhí)行的窗口條目如下：■重新配置擴(kuò)展機(jī)架和獨(dú)立模塊。控制器窗口內(nèi)優(yōu)先級高的重新配置。在分配給這個(gè)窗口的時(shí)間內(nèi)，需要的話重新配置模塊。重新配置模塊需要幾個(gè)掃描周期?！鐾ㄓ嵒顒影▋?nèi)置以太網(wǎng)接口和2個(gè)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(shí)間可以使用編程軟件進(jìn)行配置。也可以在用戶程序中使用服務(wù)請求功能3進(jìn)行動態(tài)配置。窗口時(shí)間可以設(shè)定為0~255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(jìn)行通訊?；跈C(jī)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(jìn)行通訊。在這個(gè)窗口，CPU在執(zhí)行隊(duì)列中的請求之前，首先完成前面未完成的請求。分配給這個(gè)窗口的時(shí)間用完以后，進(jìn)程停止。背板通訊窗口缺省為完成(運(yùn)行-完成)模式。這意味著所有智能模塊中當(dāng)前未完成的請求在每個(gè)掃描過程中都要處理。這個(gè)窗口也可以以限制(Limited)模式運(yùn)行，這種情況下需設(shè)定每個(gè)掃描周期內(nèi)分配給本窗口的最大時(shí)間。模式和時(shí)間可以配置并且存儲到CPU當(dāng)中，也可以在用戶程序中使用服務(wù)請求功能4進(jìn)行動態(tài)配置。通訊窗口時(shí)間可以設(shè)定為0~255毫秒，缺省值為255毫秒。掃描時(shí)間比較緊張的時(shí)候跳過此功能后臺窗口：本窗口進(jìn)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(shí)間缺省值為0毫秒。也可以設(shè)定其他的值并存儲到CPU當(dāng)中或者通過編程軟件在線更改。后臺窗口的執(zhí)行和時(shí)間也可以在用戶程序中使用服務(wù)請求功能5進(jìn)行動態(tài)配置。掃描時(shí)間比較緊張的時(shí)候跳過后臺功能。2.4梯形圖編程知識梯形圖的基本概念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(xí)慣和掌握能力，通常PLC不采用微機(jī)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”編程。國際電工委員會（IEC）1994年5月公布的IEC1131-3（可編程控制器語言標(biāo)準(zhǔn)）詳細(xì)地說明了句法、語義和下述5種編程語言：功能表圖、梯形圖、功能塊圖、指令表、結(jié)構(gòu)文本。梯形圖和功能塊圖為圖形語言，指令表和結(jié)構(gòu)文本為文字語言，功能表圖是一種結(jié)構(gòu)塊控制流程圖。梯形圖與電器控制系統(tǒng)的電路圖很相似，具有直觀易懂的優(yōu)點(diǎn)，很容易被工廠電氣人員掌握，特別適用于開關(guān)量邏輯控制。梯形圖是通過連線把PLC指令的梯形圖符號連接在一起的連通圖，用以表達(dá)所使用的PLC指令及其前后順序，它與電氣原理圖很相似。它的連線有兩種：一為母線，另一為內(nèi)部橫豎線。內(nèi)部橫豎線把一個(gè)個(gè)梯形圖符號指令連成一個(gè)指令組，這個(gè)指令組一般總是從裝載（LD）指令開始，必要時(shí)再繼以若干個(gè)輸入指令（含LD指令），以建立邏輯條件。最后為輸出類指令，實(shí)現(xiàn)輸出控制，或?yàn)閿?shù)據(jù)控制、流程控制、通訊處理、監(jiān)控工作等指令，以進(jìn)行相應(yīng)的工作。母線是用來連接指令組的。要了解梯形圖必須理解軟繼電器的概念。PLC梯形圖中的某些編程元件沿用了繼電器這一名稱，如輸入繼電器、輸出繼電器、內(nèi)部輔助繼電器等，但是它們不是真實(shí)的物理繼電器，而是一些存儲單元（軟繼電器），每一軟繼電器與PLC存儲器中映像寄存器的一個(gè)存儲單元相對應(yīng)。該存儲單元如果為“1”狀態(tài)，則表示梯形圖中對應(yīng)軟繼電器的線圈“通電”，其常開觸點(diǎn)接通，常閉觸點(diǎn)斷開，稱這種狀態(tài)是該軟繼電器的“1”或“ON”狀態(tài)。如果該存儲單元為“0”狀態(tài)，對應(yīng)軟繼電器的線圈和觸點(diǎn)的狀態(tài)與上述的相反，稱該軟繼電器為“0”或“OFF”狀態(tài)。使用中也常將這些“軟繼電器”稱為編程元件。根據(jù)梯形圖中各觸點(diǎn)的狀態(tài)和邏輯關(guān)系，求出與圖中各線圈對應(yīng)的編程元件的狀態(tài)，稱為梯形圖的邏輯解算。梯形圖中邏輯解算是按從左至右、從上到下的順序進(jìn)行的。解算的結(jié)果，馬上可以被后面的邏輯解算所利用。邏輯解算是根據(jù)輸入映像寄存器中的值，而不是根據(jù)解算瞬時(shí)外部輸入觸點(diǎn)的狀態(tài)來進(jìn)行的。梯形圖的編程規(guī)則盡管梯形圖與繼電器電路圖在結(jié)構(gòu)形式、元件符號及邏輯控制功能等方面相類似，但它們又有許多不同之處，梯形圖具有自己的編程規(guī)則。(1)每一邏輯行總是起于左母線，然后是觸點(diǎn)的連接，最后終止于線圈或右母線（右母線可以不畫出）。注意：左母線與線圈之間一定要有觸點(diǎn)，而線圈與右母線之間則不能有任何觸點(diǎn)。(2)觸點(diǎn)的使用次數(shù)不受限制。(3)梯形圖中的觸點(diǎn)可以任意串聯(lián)或并聯(lián)，但繼電器線圈只能并聯(lián)而不能串聯(lián)。(4)一般情況下，在梯形圖中同一線圈只能出現(xiàn)一次。如果在程序中，同一線圈使用了兩次或多次，稱為“雙線圈輸出”。對于“雙線圈輸出”，有些PLC將其視為語法錯(cuò)誤，絕對不允許；有些PLC則將前面的輸出視為無效，只有最后一次輸出有效；而有些PLC，在含有跳轉(zhuǎn)指令或步進(jìn)指令的梯形圖中允許雙線圈輸出。(6)對于不可編程梯形圖必須難過等效變換，變成可編程梯形圖。(7)有幾個(gè)串聯(lián)電路相并聯(lián)時(shí)，應(yīng)將串聯(lián)觸點(diǎn)多的回路放在上方，如圖2-3a所示。在有幾個(gè)并聯(lián)電路相串聯(lián)時(shí)，應(yīng)將并聯(lián)觸點(diǎn)多的回路放在左方，如圖2-3b所示。這樣所編制的程序簡潔明了，語句較少。另外，在設(shè)計(jì)梯形圖時(shí)輸入繼電器的觸點(diǎn)狀態(tài)最好按輸入設(shè)備全部為常開進(jìn)行設(shè)計(jì)更為合適，不易出錯(cuò)。建議用戶盡可能用輸入設(shè)備的常開觸點(diǎn)與PLC輸入端連接，如果某些信號只能用常閉輸入，可先按輸入設(shè)備為常開來設(shè)計(jì)，然后將梯形圖中對應(yīng)的輸入繼電器觸點(diǎn)取反（常開改成常閉、常閉改成常開）。圖2-3串并聯(lián)電路的編程處理具有自鎖功能的程序梯形圖利用自身的常開觸點(diǎn)使線圈持續(xù)保持通電即“ON”狀態(tài)的功能稱為自鎖。如圖2-4所示的起動、保持和停止程序（簡稱起保停程序）就是典型的具有自鎖功能的梯形圖，X1為起動信號和X2為停止信號。圖2-4自鎖電路圖2-4a為停止優(yōu)先程序，即當(dāng)X1和X2同時(shí)接通，則Y1斷開。圖2-4b為起動優(yōu)先程序，即當(dāng)X1和X2同時(shí)接通，則Y1接通。起保停程序也可以用置位（SET）和復(fù)位（RST）指令來實(shí)現(xiàn)。在實(shí)際應(yīng)用中，起動信號和停止信號可能由多個(gè)觸點(diǎn)組成的串、并聯(lián)電路提供[7]。2.5編程環(huán)境ProficyMachineEdition簡介ProficyMachineEdition(簡稱PME)是GE公司提供的Windows的應(yīng)用軟件。PME提供了一個(gè)統(tǒng)一的完整系統(tǒng)用于解決自動化控制方案。它是一個(gè)適合用于邏輯程序編寫、人機(jī)界面開發(fā)、運(yùn)動控制及控制應(yīng)用的通用開發(fā)環(huán)境。PME提供統(tǒng)一的用戶界面、拖放的編輯功能，及支持項(xiàng)目需要的多目標(biāo)組件的編輯功能。2.5.1ProficyMachineEdition的安裝找到安裝軟件，雙擊圖標(biāo)，進(jìn)入安裝界面，如圖2-5所示。打開安裝MachineEdition。點(diǎn)擊下一步直到ProficyMachineEdition配置界面，如圖2-6所示。選擇所需要的組件進(jìn)行安裝。安裝完成時(shí)，系統(tǒng)提示你是否立即注冊ME軟件，如圖2-7所示。點(diǎn)擊KeyCode進(jìn)入注冊界面，如圖2-8所示。輸入注冊碼完成注冊。圖2-5安裝界面圖2-6安裝配置界面圖2-7確認(rèn)注冊界面圖2-8注冊界面制作一個(gè)工程的一般過程建立ME-PLC項(xiàng)目工程的一般過程是：進(jìn)入ME軟件，系統(tǒng)列出“MyComputer”（本機(jī)）上已經(jīng)創(chuàng)建的工程工程(Project)：包含一個(gè)或多個(gè)PLC的程序用鼠標(biāo)右擊“MyComputer”，選擇“New”，即可創(chuàng)建一個(gè)新工程見下圖創(chuàng)建工程時(shí)，選擇工程中第一個(gè)PLC的類型工程創(chuàng)建完成以后，用鼠標(biāo)右擊工程名，可以在工程中添加目標(biāo)目標(biāo)(Target)：一個(gè)PLC或一個(gè)觸摸屏的程序及組態(tài)內(nèi)容在同一個(gè)工程中的多個(gè)目標(biāo)之間可以共享變量（如：觸摸屏組態(tài)內(nèi)容可以共享PLC程序中變量）圖2-9ME啟動工程界面第3章組態(tài)軟件iFix簡介3.1iFix功能iFix是提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)給操作員的應(yīng)用軟件，是基于windows的一套工業(yè)自動化軟件，為用戶提供一個(gè)“過程化的窗口”。它的基本功能包括數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)管理。具體來說，iFix可以精確地監(jiān)視、控制生產(chǎn)過程，并優(yōu)化生產(chǎn)設(shè)備和企業(yè)資源管理。它能夠?qū)ιa(chǎn)事件快速反應(yīng)，減少原材料消耗，提高生產(chǎn)率。從而加快產(chǎn)品對市場的反應(yīng)速度。生產(chǎn)的關(guān)鍵信息可以通過iFix貫穿從生產(chǎn)現(xiàn)場到企業(yè)經(jīng)理的桌面的全廠管理體系，以方便管理者作出更快速更高效的決策，從而獲得更高效的經(jīng)濟(jì)效益。3.2iFix的工作機(jī)制首先介紹幾個(gè)基本概念。過程數(shù)據(jù)：iFix用于連接工廠中的過程硬件。I/O驅(qū)動器：iFix和PLC之間的接口稱為I/O驅(qū)動器。DIT（驅(qū)動器映像表）：在SCADA服務(wù)器內(nèi)存中存儲I/O驅(qū)動器存儲輪詢記錄數(shù)據(jù)的區(qū)域。SAC：掃描、報(bào)警、及控制。過程數(shù)據(jù)庫（PDB）：由標(biāo)簽變量組成的一個(gè)過程，數(shù)據(jù)的集合及其存儲的區(qū)域。iFix的工作原理如圖3-1所示。首先由過程硬件（傳感器）采集數(shù)據(jù)后，I/O驅(qū)動器從過程硬件中獲取源數(shù)據(jù)，再將數(shù)據(jù)傳輸至驅(qū)動器映像表（DriverImageTable）中的地址中。然后SAC從DIT中讀取數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)傳送至PDB,如果數(shù)據(jù)超過設(shè)定值，則報(bào)警。一旦數(shù)據(jù)進(jìn)入PDB，它們可以用圖形方式進(jìn)行顯示。IntellutionWorkspace向PDB發(fā)出請求，用于圖形顯示。反之，操作員也可以對執(zhí)行器進(jìn)行控制，此時(shí)反順序執(zhí)行上述過程，可以完成該功能。數(shù)據(jù)從圖形顯示送入PDB，再傳到DIT，I/O驅(qū)動器從DIT中取數(shù)，再寫入過程硬件。3.3iFix新建工程與配置iFix新建工程步驟如下：1）關(guān)閉iFix所有文件。在Windows左下角運(yùn)行中輸入：BackupRestore.exe/FactoryDefault,確定。

2）在菜單中點(diǎn)擊ProficyiFix項(xiàng)目備份/工程項(xiàng)目恢復(fù)向?qū)D標(biāo)。

3）選擇項(xiàng)目恢復(fù)向?qū)?，點(diǎn)擊下一步。4）輸入要恢復(fù)的文件名旁邊“瀏覽”中找到，IFIX安裝目錄下:GeFanuc\ProficyiFIX\FactoryDefault.IFD文件。5）選擇創(chuàng)建新工程項(xiàng)目，恢復(fù)整個(gè)文件。圖3-1iFix工作機(jī)制創(chuàng)建好工程之后，再簡單介紹iFix的系統(tǒng)配置。詳細(xì)配置后面基于具體工程再介紹。1）打開iFix文件，運(yùn)行系統(tǒng)配置應(yīng)用（SCU）。2）選擇：文件——新建；選擇：配置——路徑，將當(dāng)前配置中的應(yīng)用路徑改為新建路徑，點(diǎn)擊更改目錄把所有路徑更改，提示是否生成默認(rèn)的iFix文件，選擇否。3）選擇:配置——SCADA。SCADA支持選擇啟用；選擇一個(gè)I/O驅(qū)動器名稱——添加；確定，如果提示數(shù)據(jù)庫應(yīng)用，選擇“是”，這樣就可以和PLC進(jìn)行通訊了。4）文件——保存，選擇新建路徑下的LOCAL文件夾，保存。提示是否寫入注冊表，選擇“是“。3.4工作臺iFix最重要的功能是監(jiān)控和管理。而工作臺是監(jiān)控界面開發(fā)環(huán)境。iFix的圖形功能有很多內(nèi)容，所有這些都包含在Intellution工作臺，如圖3-2所示。Intellution工作臺提供了圖形設(shè)計(jì)工具，包括圖形文字、動畫和圖表工具，方便生成操作員易于理解的畫面；同時(shí)為操作員提供了命令或用圖形交互方式進(jìn)行報(bào)警確認(rèn)和改變過程設(shè)置點(diǎn)。工作臺界面如圖所示。和大多數(shù)windows應(yīng)用軟件界面類似，由系統(tǒng)樹、工作區(qū)、菜單欄、和工具欄組成。圖3-2工作臺界面3.5數(shù)據(jù)庫管理器過程數(shù)據(jù)庫是iFIX系統(tǒng)的核心，從硬件中獲取或給硬件發(fā)送過程數(shù)據(jù)。過程數(shù)據(jù)庫由標(biāo)簽（塊）組成。數(shù)據(jù)庫標(biāo)簽可以接收、檢查、處理并輸出過程值。也可以構(gòu)成數(shù)據(jù)鏈，以完成特定的功能。數(shù)據(jù)庫以電子數(shù)據(jù)表的形式顯示，每行都是一個(gè)獨(dú)立的標(biāo)簽。數(shù)據(jù)庫的主要功能就是接收來自DIT表或來自上游數(shù)據(jù)庫標(biāo)簽（鏈的上游）的數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行處理，最后發(fā)送到監(jiān)控界面顯示或者更改DIT數(shù)據(jù)表。如圖3-3所示：圖3-3第4章基于GEPACRX3i液位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1PID理論知識4.1.1PID控制器將偏差的比例、積分和微分通過線性組合作為輸出的控制，稱為PID控制。PID控制是控制系統(tǒng)中技術(shù)比較成熟、且應(yīng)用比較廣泛的一種控制方法。PID控制器作為PID控制的設(shè)備，它的結(jié)構(gòu)簡單，參數(shù)容易調(diào)整，不一定需要系統(tǒng)確切的數(shù)學(xué)模型，所以，在各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。PID控制器最先出現(xiàn)在模擬控制系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的模擬PID控制器是通過硬件如放大器組成的電路等來實(shí)現(xiàn)的功能。隨著數(shù)字電子技術(shù)的快速發(fā)展，將原來硬件電路實(shí)現(xiàn)的功能，由微處理器來實(shí)現(xiàn)，稱作數(shù)字PID控制器，控制所用的算法則叫數(shù)字PID算法。與傳統(tǒng)模擬PID控制器相比，數(shù)字PID控制器可以根據(jù)試驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)在線調(diào)整參數(shù)，具有很強(qiáng)的靈活性，可以得到更好的控制效果。模擬PID控制原理PID控制是控制系統(tǒng)中最常用的控制方法，其控制框圖如圖4-1所示。被控量的值由傳感器或變送器來檢測，這個(gè)值與給定值進(jìn)行比較，得到偏差，模擬調(diào)節(jié)器以一定控制規(guī)律使操作變量變化，以使偏差趨近于零，其輸出通過執(zhí)行器作用于過程。圖4-1模擬PID控制原理框圖下面給一個(gè)直流電機(jī)轉(zhuǎn)速的PID控制原理。如圖4-2所示，給定轉(zhuǎn)速與實(shí)際轉(zhuǎn)速進(jìn)行比較，其差值，經(jīng)PID控制器調(diào)整后輸出電壓控制信號，經(jīng)功率放大后，驅(qū)動直流電機(jī)改變轉(zhuǎn)速。圖4-2直流電機(jī)轉(zhuǎn)速的PID調(diào)節(jié)常規(guī)的模擬PID控制系統(tǒng)原理圖如圖4-3所示，系統(tǒng)有模擬PID控制器和被控對象組成，模擬PID控制器又由比例環(huán)節(jié)、積分環(huán)節(jié)、被控對象等構(gòu)成。圖中，為給定值，為系統(tǒng)的實(shí)際輸出值，實(shí)際輸出值與給定值比較形成控制偏差，即4-1作為控制器的輸入；作為被控對象的輸入和控制器的輸出。即模擬PID控制器的數(shù)學(xué)模型4-2其中為比例系數(shù)；為積分常數(shù)；為控制常數(shù)；比例環(huán)節(jié)的作用是對偏差的大小進(jìn)行比例調(diào)節(jié)，并做出快速反應(yīng)。偏差一旦產(chǎn)生，控制器立即產(chǎn)生作用，使控制量向偏差減小的方向變化，控制效果的強(qiáng)弱由比例常數(shù)決定。值越大，控制作用越強(qiáng)。但過大的會導(dǎo)致產(chǎn)生系統(tǒng)振蕩，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。只有當(dāng)偏差存在時(shí)，才有控制量輸出。所以，對大部分控制對象要加上一個(gè)適當(dāng)?shù)目刂瞥Ａ?。上式中沒有寫出。圖4-3模擬PID控制系統(tǒng)原理圖積分環(huán)節(jié)的作用是把偏差的積累作為輸出，在PID控制系統(tǒng)中，只要偏差不為零，積分環(huán)節(jié)的輸出就會不斷增大，直到偏差為零。輸出才可能維持在某恒定值，但也會增加系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間，并增加超調(diào)量。越大，積分環(huán)節(jié)的積累作用越弱。反之，增大積分常數(shù)會減慢靜態(tài)誤差的消除過程，但可以減少超調(diào)量，提高形同的穩(wěn)定性。微分環(huán)節(jié)的作用是阻止偏差的變化，根據(jù)偏差的變化趨勢進(jìn)行控制。偏差變化得越快，微分控制器的輸出就越大，并在偏差值變大之前進(jìn)行修正，微分控制的引入，有助于克服振蕩，減小超調(diào)量，讓系統(tǒng)趨于穩(wěn)定。但微分環(huán)節(jié)對輸入信號的噪聲很敏感，對噪聲較大的系統(tǒng)最好不要采用微分控制，當(dāng)然也可以在微分作用前進(jìn)行濾波處理。適當(dāng)選擇微分常數(shù)，可以使微分作用達(dá)到最優(yōu)。數(shù)字PID控制算法隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，微機(jī)開始進(jìn)入控制領(lǐng)域，為控制帶來了革新技術(shù)，人們將模擬PID控制規(guī)律引入到數(shù)字計(jì)算機(jī)中，對模擬PID控制規(guī)律進(jìn)行離散化，就可以用軟件來實(shí)現(xiàn)PID控制，成為數(shù)字PID控制。數(shù)字PID控制算法可以分為位置式控制算法和增量式控制算法。.1位置式PID控制算法計(jì)算機(jī)控制與傳統(tǒng)的模擬量控制不同，它是采用一種采樣控制，只能根據(jù)采樣時(shí)刻的偏差值進(jìn)行計(jì)算控制。不能像模擬量控制那樣連續(xù)輸出控制量進(jìn)行連續(xù)控制。因此，對模擬量控制中的積分項(xiàng)和微分項(xiàng)必須先進(jìn)行離散化處理。根據(jù)數(shù)字信號處理相關(guān)知識可知，離散化處理：離散采樣時(shí)間kT對應(yīng)著連續(xù)時(shí)間（其中k為采樣序號，T為采樣周期），用求和的形式代替積分，以增量的形式代替微分，可進(jìn)行近似變換得到4-3式中，k為采樣序號，k=0,1,2,3；為第k次采樣時(shí)刻的輸入偏差值；為第k-1次采樣時(shí)刻的輸入偏差值；；為微分常數(shù)；;為控制常量。當(dāng)采樣周期T足夠小，上述計(jì)算結(jié)果可以達(dá)到足夠精確，離散控制過程可近似看成為連續(xù)控制過程。上述過程采用了全部控制量，因此被稱為全量式或位置式PID控制算法。因?yàn)槭侨枯敵?，所以每次輸出結(jié)果均與過去狀態(tài)有關(guān)，計(jì)算式對進(jìn)行累加，工作量大且控制器輸出的對應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際位置，在控制器出現(xiàn)故障時(shí)，如果輸出發(fā)生大幅度變化，會引起執(zhí)行機(jī)構(gòu)的大幅度變化，可能造成嚴(yán)重的生產(chǎn)事故。.2增量式PID控制算法增量式PID是指數(shù)字控制器的輸出只是控制量的增量，當(dāng)執(zhí)行器需要的控制量是增量而不是位置時(shí)，可以使用增量式PID算法進(jìn)行控制。由4-3式可得控制器在第k-1個(gè)采樣采樣時(shí)刻的輸出值為：4-4由4-3和4-4相減并整理，可得到增量式PID控制算法公式為：==4-5式中，;,上式中，還可以寫成下面的形式：4-6式中，；；；由式4-6可以看出，如果計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)采用恒定的采樣周期T，一旦確定了A、B、C，只要使用前后三次測量的偏差值即可，就可以求出控制增量，與位置式算法相比，計(jì)算量小得多，因此在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)用廣泛。4.2系統(tǒng)控制原理液位系統(tǒng)是一個(gè)基于模擬信號的控制系統(tǒng)。由液位測量變送器、水泵變頻電機(jī)、水箱等設(shè)備組成，液位測量變送器測量水箱的水位高度范圍為0-310mm,對應(yīng)輸出0-10V的電壓信號，該信號送給RX3i內(nèi)，RX3i將該液位電壓信號作為PID塊的PV值，與SP設(shè)定值相減，在PID塊內(nèi)進(jìn)行積分、比例、微分運(yùn)算后，最后輸出0-10V電壓信號到水泵變頻電機(jī)(0-10V信號對應(yīng)水泵變頻電機(jī)的0-50HZ頻率)，控制變頻器的轉(zhuǎn)速，控制出水量，從而達(dá)到控制水位高度的目的。4.3硬件連接要進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，首先應(yīng)該做的工作是在PME軟件中進(jìn)行硬件配置，本設(shè)計(jì)所涉及到的硬件包括背板IC695CHS012、CPU模塊IC695CPU310、通行模塊IC695ETM001、模擬量輸入模塊IC695ALG600、模擬量輸出模塊IC695ALG704?？紤]到所使用設(shè)備為實(shí)驗(yàn)室整體設(shè)備。所以本設(shè)計(jì)沒有卸載掉未用的模塊。在PME中進(jìn)行硬件配置如圖4-4所示。圖4-4PME的硬件配置要進(jìn)行硬件之間電壓的信號傳輸，則需建立RX3i與PME軟件的通信。本設(shè)計(jì)采用以太網(wǎng)進(jìn)行通信。以太網(wǎng)有如下優(yōu)點(diǎn)：應(yīng)用廣泛以太網(wǎng)是應(yīng)用最廣泛的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，所以發(fā)展較為成熟。通信速率高目前，10、100Mb/s的快速以太網(wǎng)已開始廣泛應(yīng)用，1Gb/s以太網(wǎng)技術(shù)也逐漸成熟，比傳統(tǒng)的現(xiàn)場總線最高速率12Mb/s高得多。資源共享能力強(qiáng)隨著Internet/Intranet的發(fā)展，以太網(wǎng)已滲透到各個(gè)角落，在互聯(lián)網(wǎng)的任何一臺計(jì)算機(jī)上都能瀏覽工業(yè)控制現(xiàn)場的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)“控管一體化”，這是其他現(xiàn)場總線不能比擬的?？沙掷m(xù)發(fā)展?jié)摿Υ笥脩粼诩夹g(shù)升級方面無需獨(dú)自的研究投入，對于這一點(diǎn)，任何現(xiàn)有的現(xiàn)場總線技術(shù)也是無法比擬的。同時(shí)，機(jī)器人技術(shù)、智能技術(shù)的發(fā)展都要求通信網(wǎng)絡(luò)具有更高的帶寬和性能，通信協(xié)議有更高的靈活性，這些要求以太網(wǎng)都能很好地滿足。本設(shè)計(jì)進(jìn)行以太網(wǎng)通信進(jìn)行相關(guān)配置。首先把RX3i的臨時(shí)IP設(shè)置成192.168.1.46。然后進(jìn)行如圖4-5和圖4-6所示配置。圖4-5網(wǎng)絡(luò)配置a圖4-6網(wǎng)絡(luò)配置b需要對模擬量輸入/輸出模塊進(jìn)行通道的選擇并設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)。本設(shè)計(jì)模擬量輸入模塊采用IC695ALG600的通道2，能夠檢測到0到10V的電壓，如圖4-7所示。輸出模塊采用IC695ALG704通道4，能夠輸出0到10V的電壓進(jìn)行控制水泵變頻電機(jī)，如圖4-8所示。圖4-7模擬量輸入?yún)?shù)配置圖4-8模擬量輸出參數(shù)配置4.4軟件設(shè)計(jì)根據(jù)實(shí)際情況，分配I/O地址，如表4-1所示。該系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)流程圖如圖4-9所示。表4-1程序I/O地址及變量表地址變量名描述備注%R00110KP比例參數(shù)%R00111KI積分參數(shù)%R00112KD微分參數(shù)%R00135SP設(shè)定值%R00113T采樣周期%M00022M00022啟停控制%AI00057AI0001模擬量信號采集值0-10V電壓輸入%AI00033AQ0001模擬量信號輸出值0-10V電壓輸出主程序模塊主程序調(diào)用兩個(gè)塊，一個(gè)為初始化塊，另一個(gè)為PID塊。如圖4-10所示。開始開始初始化參數(shù)計(jì)算PID模塊參數(shù)初始化調(diào)用PID模塊是否手動？手動控制程序啟停控制YesYesNoNo圖4-9系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程圖圖4-10主程序初始化模塊INIT塊就是將必要的參數(shù)進(jìn)行初始化設(shè)置。包括比例常數(shù)KP、積分常數(shù)KI、微分常數(shù)KD、采樣時(shí)間T及設(shè)定值SP等。如圖4-11所示。圖4-11初始化程序4.3.3PID程序在本設(shè)計(jì)中，把主要的程序放在了PID程序塊中。包括數(shù)值的處理、PID功能塊的初始化程序、啟?？刂啤⒆詣邮謩忧袚Q控制。我們需要設(shè)定實(shí)際的液位高度，然而模擬量輸入模塊的數(shù)值是-32767到+32767之間，所以我們必須進(jìn)行一次數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。通過實(shí)際觀察得知液位在最低位置5mm對應(yīng)的模擬量模塊中的值為-32700，最高液位位置305mm對應(yīng)模擬量模塊中的值為26700。我們進(jìn)行一次數(shù)學(xué)映射可以通過如圖4-12來實(shí)現(xiàn)。其次，本設(shè)計(jì)通過調(diào)用梯形圖PID程序來實(shí)現(xiàn)液位高度的控制。在PID功能塊中，SP為設(shè)定值，PV為測量值，CV為PID的輸出值，當(dāng)MAN為“0”時(shí)，設(shè)定PID塊為手動方式，當(dāng)MAN為“1”時(shí)，設(shè)定PID塊為自動方式，這里通過常閉觸電M00055來控制。PID塊共占用了40個(gè)R地址，R00051(5)=R00056為P比例值,R00051(6)=R00057為D微分值,R00051(7)=R00058為I積分值,當(dāng)PID在手動方式時(shí),R00051(13)=R00064中的值自動作為PID的輸出值CV。為了實(shí)現(xiàn)液位控制系統(tǒng)的啟停控制，本設(shè)計(jì)增加常閉觸電M00023來控制。如圖4-13和4-14所示。圖4-12PID模塊參數(shù)初始化最后，如果當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)問題時(shí)就需要用到手動調(diào)節(jié)來進(jìn)行調(diào)試。本設(shè)計(jì)對自動/手動的無擾切換進(jìn)行了梯形圖設(shè)計(jì)。當(dāng)M00055從“1”變?yōu)椤?”時(shí)，PID從自動轉(zhuǎn)為手動控制模式，無擾切換程序?qū)⑥D(zhuǎn)換時(shí)AQ001值送到寄存器R00107中暫存，然后切換時(shí)，又將R00107返回到AQ0001中，從而實(shí)現(xiàn)了無擾切換。在手動控制模式下，可以通過給AQ0001賦值來實(shí)現(xiàn)是否給水箱加水，從而實(shí)現(xiàn)液位高度的控制，手動控制是通過觸電M00022來控制的。如圖4-15所示。4-13PID初始化4-14調(diào)用PID功能塊4-15無擾切換和手