噴霧干燥過程雙重控制系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)設(shè)計

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1、噴霧干燥過程雙重控制系統(tǒng)設(shè)計 噴霧干燥過程雙重控制系統(tǒng)設(shè)計 前 言 本畢業(yè)設(shè)計（計算機(jī)雙重控制系統(tǒng)上位機(jī)程序設(shè)計，Computer Dual Control System and Computer Programming） 為噴霧干燥過程的雙重控制系統(tǒng)。漿料從噴頭噴淋下來，與熱風(fēng)接觸換熱，漿料被干燥并從干燥塔底部排出，干燥的程度由間接指標(biāo)溫度控制。為了獲得高精度的溫度控制及盡可能節(jié)省蒸汽的消耗量，采用雙重控制系統(tǒng)，可以取得良好的控制效果。 本計算機(jī)雙重控制系統(tǒng)設(shè)計主要包含四部分： 第一部分是干燥過程計算機(jī)控制方案的確定，主要包括：干燥過程的工藝流程、控制要求及擾動分析、雙重控制方案

2、的分析、控制方案具體的設(shè)計過程。 第二部分是干燥過程控制系統(tǒng)PLC控制的實現(xiàn)，主要包括：可編程控制器簡介、PLC的特點及作用、PLC控制系統(tǒng)工程設(shè)計的方法和步驟以及計算機(jī)PLC控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計步驟和注意問題、軟件設(shè)計流程圖和梯形圖設(shè)計。 第三部分是計算機(jī)雙重控制系統(tǒng)上位機(jī)人機(jī)界面的設(shè)計（在實驗室中進(jìn)行模擬實驗，以液位為控制變量，變頻器和電動閥作為操作變量進(jìn)行雙重控制實驗）主要包括：組態(tài)軟件MCGS的簡介、MCGS工程的構(gòu)成、組建MCGS工程的一般過程以及雙重控制中人機(jī)界面MCGS的具體應(yīng)用、設(shè)計步驟。 第四部分是計算機(jī)雙重控制系統(tǒng)的調(diào)試，主要包括：計算機(jī)與PLC之間的通訊、PLC程序的

3、寫入和在線調(diào)試及修改和完善、MCGS與PLC的連通和調(diào)試以及整個系統(tǒng)的實驗仿真。 計算機(jī)雙重控制系統(tǒng)，具有友好的人機(jī)界面，方便直觀的實現(xiàn)了對指標(biāo)溫度的監(jiān)控和操作?？刂菩Ч哂辛己玫姆€(wěn)定性和準(zhǔn)確性，為方便對系統(tǒng)的調(diào)節(jié)，控制系統(tǒng)有手動和自動兩種模式，并且之間的切換是無擾動的。 在實驗室THSA實驗平臺及液位裝置上進(jìn)行模擬仿真，通過對程序的在線調(diào)試和系統(tǒng)結(jié)果的分析，噴霧干燥過程計算機(jī)雙重控制系統(tǒng)達(dá)到了設(shè)計的要求，并且體現(xiàn)了良好的控制性能。 1 噴霧干燥過程計算機(jī)雙重控制系統(tǒng)控制方案的確定 1.1 噴霧干燥過程的工藝流程 干燥是一種古老的操作，也是高能耗的操作工藝之一，因

4、此，在能源緊張的今天，干燥工藝是否節(jié)能越來越受到業(yè)界的關(guān)注。高能耗除了因干燥本身需要大量的熱量去蒸發(fā)水分或者其它溶劑外，大部分干燥工藝的熱效率偏低也是一個重要因素。 噴霧干燥是一種已被業(yè)界廣泛接受的干燥工藝，其特點是可以把初始狀態(tài)為含固的液體通過特殊設(shè)計的霧化器物化后再與干燥介質(zhì)接觸，在短時間內(nèi)完成蒸發(fā)干燥而獲得干燥的產(chǎn)品。但是，噴霧干燥的研究還有很多方面需要不斷提高和深入。 噴霧干燥過程可分為四個階段：料液霧化為料液霧化為霧滴；霧滴與空氣接觸(混合與流動)；霧滴干燥(水分蒸發(fā))；干燥產(chǎn)品與空氣分離。從這四個階段，可以了解到噴霧干燥的某些特點，現(xiàn)分別說明如下。 1 料液霧化。料液霧化的

5、目的在于將料液分散為微細(xì)的霧滴，霧滴的平均直徑一般為20—60Pm，因此具有很大的表面積，當(dāng)其與熱空氣接觸時，霧滴中的水分迅速汽化而干燥為粉末或顆粒狀產(chǎn)品。霧滴大小和均勻程度對于產(chǎn)品質(zhì)量和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)影響很大，特別是熱敏性物料的干燥尤為重要。如果噴出的霧滴大小很不均勻，就會出現(xiàn)大顆粒還未達(dá)到干燥要求，小顆粒卻已干燥過度而變質(zhì)。因此，使料液霧化所用的霧化器是噴霧干燥的關(guān)鍵部件。 2 霧滴——空氣接觸（混合和流動）。在干燥室內(nèi)，霧滴和空氣的接觸有并流式、逆流式和混合流式三種。 霧滴和空氣的接觸方式不同，對于干燥室內(nèi)的溫度分布、液滴和顆粒的運(yùn)動軌跡、物料在干燥室中的停留時間以及產(chǎn)品質(zhì)量都有很大影

6、響。 在并流系統(tǒng)中，最熱的干燥空氣和水分含量最大的霧滴接觸，因而水分迅速蒸發(fā)，霧涌表面溫度接近于空氣的濕球溫度，同時空氣溫度也顯著降低，因此從霧滴到干燥成品的整個歷程中，物料的溫度不高，這對于熱敏性物料的干燥是特別有利的。這時，由于水分的迅速蒸發(fā)，液滴膨脹甚至破裂，因此并流操作時所得干燥產(chǎn)品常為非球形的多孔顆粒，具有較低的松密度。 對于逆流系統(tǒng)，在塔頂噴出的霧滴與塔底上來的較濕空氣相接觸，因此水分蒸發(fā)速率較并流的為侶。在塔底最熱的干燥空氣與最干的顆粒相接觸，因此對于能經(jīng)受高溫、需要含水量低和松密度較高的非熱敏性物料，用逆流系統(tǒng)操作合適。此外，在逆流系統(tǒng)中，全過程的平均溫度差和分壓差較大，停

7、留時間較長，有利于傳熱傳質(zhì)，熱的利用率也高。 混合流系統(tǒng)實際上是并流和逆流二者的結(jié)合，其性能也介于二者之間。對于能耐高溫的干物料，這種系統(tǒng)最為經(jīng)濟(jì)。 3 霧滴干燥（水分蒸發(fā)）。噴霧干燥時，物料也經(jīng)歷著恒速干燥和降速干燥兩個階段，這與物料在常規(guī)干燥設(shè)備中所經(jīng)歷的歷程完全相同。 霧滴與熱空氣接觸時，熱量由空氣經(jīng)過霧滴表面的飽和蒸汽膜傳遞給霧滴，使霧滴中的水分汽化，只要霧滴內(nèi)部的水分力“散列表面的量足以補(bǔ)充表面的水分損失，蒸發(fā)就以恒速進(jìn)行，這時霧滴表面溫度相當(dāng)于熱量’之的濕球溫度，這就是恒速干燥階段。當(dāng)霧滴內(nèi)部水分向表面的擴(kuò)散而不足以保持表面的潤濕狀態(tài)時。也就是達(dá)到臨界點以后，霧滴表面逐漸形成

8、干殼，干殼隨時間的增加而增厚，水分從液滴內(nèi)部通過干殼向外擴(kuò)散的速度也隨之大為降低，亦即蒸發(fā)速率逐漸降低，這財物料表面溫度將高于熱空氣的濕球溫度、這一階段就是降速干燥階段。 4 干燥產(chǎn)品與空氣分離。干燥的粉末或顆粒產(chǎn)品落到干燥室的錐體壁并滑行至錐底，通過線形閥等的排料裝置排出，少量細(xì)粉隨空氣進(jìn)入旋風(fēng)分離器中進(jìn)—步分離。然后，將這兩部分成品輸送到另—處混合后貯入成品庫中或直接送去包裝成袋。 1.2確定設(shè)計方案的原則 確定設(shè)計方案，要遵循下列原則： 1、滿足工藝要求。所確定的流程和設(shè)備，必須保證產(chǎn)品的質(zhì)量能達(dá)到規(guī)定的要求，而且質(zhì)量要穩(wěn)定。這就要求各物流的流量穩(wěn)定，有關(guān)的操作參數(shù)穩(wěn)定。同

9、時設(shè)計方案要有一定的適應(yīng)性，例如能適應(yīng)季節(jié)的變化、原料濕含量及粒度的變化等。因此，應(yīng)考慮在適當(dāng)?shù)奈恢冒惭b必要的控制調(diào)節(jié)裝置和測量儀表等。 2、經(jīng)濟(jì)上要合理。要節(jié)省熱能和電能，盡量降低生產(chǎn)過程中各種物料的損耗，減少設(shè)備費和操作費，使總費用盡量降低。 3、保證生產(chǎn)安全，注意改善勞動條件。處理易燃易爆或有毒物料時，要有相應(yīng)的安全措施。確定設(shè)計方案時，應(yīng)采取有效措施防止環(huán)境污染。 1.3 噴霧干燥過程的控制方案 1.3.1雙重控制方案 雙重控制系統(tǒng)是一種常用的復(fù)雜控制系統(tǒng)，它根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)命名。 一個被控變量采用兩個或兩個以上的操縱變量進(jìn)行控制。這類控制系統(tǒng)不止一個控制器，其中一

10、個控制器輸出作為另一個另一個控制器的測量信號。 系統(tǒng)操縱變量的選取需從操作優(yōu)化的要求綜合考慮。它既要考慮工藝的合理和經(jīng)濟(jì)，又要考慮控制性能的快速性。而兩者又常常在一個生產(chǎn)過程中同時存在。雙重控制系統(tǒng)是綜合這些操縱變量的優(yōu)點，克服各自弱點進(jìn)行優(yōu)化控制的。 1.3.2雙重控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù) 主控制器 主控制閥 副控制器 副控制閥 對象 變送器 y 圖1-1雙重控制的基本結(jié)構(gòu) Fig.1-1 dual control of the basic structure 圖1-1 是雙重控制系統(tǒng)的框圖。對框圖稍加變換，可畫成圖1-2a和b

11、的形式。圖中，，分別是主、副廣義對象的傳遞函數(shù)。通常主對象是具有快速響應(yīng)的過程。是主控制器傳遞函數(shù)，是副控制器（或閥位控制器）的傳遞函數(shù)。圖1-2b中=。 與串級控制系統(tǒng)相比，雙重控制系統(tǒng)少用了一個變送器，而多用了一個控制閥。它們都有兩個控制回路，但串級控制系統(tǒng)兩者是串聯(lián)的，雙重控制系統(tǒng)中卻是并聯(lián)的。它們都有“急則治標(biāo)，緩則治本”的功能，但解決的問題不同。 1.3.3系統(tǒng)分析 從整體看，雙重控制系統(tǒng)仍是一個定值控制系統(tǒng),由于增加了一個具有快速響應(yīng)的回路，使它具有一些特殊的功能。 + + _ _ + +

12、a) + _ _ + + + b) 圖1-2雙重控制系統(tǒng)等效框圖 Fig1-2 Equivalent block diagram of a dual control system （1）由于雙回路的存在增加了開環(huán)零點，改善了控制品質(zhì)，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。由圖1-2b所示，假設(shè) （1-1） （1-2）

13、 （1-3） 式中，、、、、、分別是s的、、m、階多項式，一般有 。 在開環(huán)條件下，與慢響應(yīng)的單回路控制系統(tǒng)相比，雙重控制系統(tǒng)的開環(huán)零點增加（）個。而他們的位置可由參數(shù)的改變而得到調(diào)整，所以品質(zhì)得到改善，穩(wěn)定性得到提高。 （2）雙重控制系統(tǒng)的的工作效率也能得到提高。雙重控制系統(tǒng)的特征方程是： （1-4） 由上述假設(shè)可以得到 （1-5） 與兩階標(biāo)準(zhǔn)形式比較，可得

14、 （1-6） 工作頻率 （1-7） 當(dāng)衰減比取相同時，有，因此有 = （1-8） 當(dāng)控制系統(tǒng)正常運(yùn)行時,應(yīng)滿足總回路增益為正，即應(yīng)有 因此有。這表明，雙重控制系統(tǒng)的工作效率提高了，且隨著值的增大而增大。隨著的增大與的減小而增大。當(dāng)時，有 （1-9） 這時，衰減比一定條件下，隨著快響應(yīng)對象

15、時間常數(shù)的減小，雙重控制系統(tǒng)的工作頻率增大。為此，雙重控制系統(tǒng)中，常選時間常數(shù)盡量小的快響應(yīng)通道來提高系統(tǒng)的工作頻率。 （3）動靜結(jié)合，快慢結(jié)合，“急則治標(biāo)，緩則治本”。這里的“快”指動態(tài)性能好，“慢”指靜態(tài)性能好。由于雙回路的存在，使雙重控制系統(tǒng)能先用主控 制的作用使盡快回復(fù)到設(shè)定值，保證了系統(tǒng)具有良好的動態(tài)響應(yīng)，達(dá)到了“急則治標(biāo)“的功效。同時，在偏差減小的同時，雙重控制系統(tǒng)又充分發(fā)揮了副控制器緩慢的調(diào)節(jié)作用，從根本上消除偏差，并使回復(fù)到設(shè)定值，這就使系統(tǒng)具有較好的靜態(tài)性能。由于雙重控制系統(tǒng)較好的解決了動靜的矛 盾，達(dá)到了操作優(yōu)化的目的 圖1-3雙重控制系統(tǒng)響應(yīng)曲線 Fig1-

16、3 Response curve of a dual control system 1.4 噴霧干燥過程計算機(jī)雙重控制系統(tǒng)方案 本畢業(yè)設(shè)計的噴霧干燥過程的雙重控制系統(tǒng)如圖1-4所示。漿料經(jīng)閥后從噴頭噴淋下來，與熱風(fēng)接觸換熱，漿料被干燥并從塔底部排出，干燥的程度由間接指標(biāo)溫度控制。為了獲得高精度的溫度控制及盡可能節(jié)省蒸汽的消耗量，采用圖示的雙重控制系統(tǒng)，取得良好的控制效果。 TC VPC 干燥塔 進(jìn)料 V1 V2 V3 蒸汽 空氣 10% 圖1-4噴霧干燥的雙重控制系統(tǒng) Fig.1-4 Spray-drying system of dual contro

17、l 噴霧干燥過程中，操縱變量的選擇十分重要。調(diào)節(jié)過程如下：圖中，是進(jìn)料量控制閥，由于它受前工序來料的影響，一般不能控制；是旁路冷風(fēng)量控制閥，它具有快速響應(yīng)的特性，但經(jīng)濟(jì)性較差；是蒸汽量控制閥，它具有工藝合理的優(yōu)點，但動態(tài)響應(yīng)慢。該方案中，將調(diào)節(jié)和的優(yōu)點結(jié)合起來，當(dāng)溫度有偏差時，先改變旁路風(fēng)量，使溫度快速回復(fù)到設(shè)定，同時，代表閥位的信號作為VPC的測量，直接說明蒸汽量是否合適，在VPC的調(diào)節(jié)下，蒸汽量逐漸改變，以適應(yīng)熱量平衡的需要，因此，擾動的響應(yīng)最終通過改變載熱體流量克服。 2 噴霧干燥過程控制系統(tǒng)PLC控制的實現(xiàn) 2.1可編程控制器簡介 2.1.1 PLC的概述 可編程控制器（PR

18、OGRAMMABLE CONTROLLER，簡稱PC）。與個人計算機(jī)的PC相區(qū)別，用PLC表示。專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編程序的存貯器，用來在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計[2]。 PLC具有通用性強(qiáng)、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡單等特點。 2.1.2 PLC的結(jié)構(gòu) 從結(jié)構(gòu)上分，PLC分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面

19、板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機(jī)架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。由圖2-1所示PLC實質(zhì)上是一種工業(yè)控制用的計算機(jī)。 圖2-1 PLC硬件系統(tǒng)簡化框圖 Fig.2-1 Block diagram of PLC connection 2.2 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計步驟 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計步驟： (1)根據(jù)被控對象的控制要求，確定整個系統(tǒng)的輸入、輸出設(shè)備的數(shù)量，從而確定PLC的I/O點數(shù)，包括開關(guān)量I/O、模擬量I/O以及特殊功能模塊等。充分估計被控對象和工廠今后發(fā)展的需要，所選的PLC的I/

20、O點數(shù)應(yīng)留有一定的余量。另外，在性價比不大的情況下，盡可能選用同類型中功能強(qiáng)的新一代PLC。 (2)確定選用的PLC機(jī)型。 (3)建立I/O分配表，繪制PLC控制系統(tǒng)的輸入、輸出接線圖。 (4)根據(jù)控制要求繪制用戶程序的流程圖。 (5)編制用戶程序，并借助用戶程序裝入PLC的用戶程序存儲器。 (6)在實驗室模擬調(diào)試用戶程序。 (7)進(jìn)入現(xiàn)場聯(lián)機(jī)調(diào)試用戶程序。 (8)整個系統(tǒng)的調(diào)試工作結(jié)束后，編制技術(shù)文件。 (9)交付使用。 2.3噴霧干燥過程計算機(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 通過以上對PLC的了解和第一章所確定的控制方案，對噴霧干燥計算機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行PLC的硬件設(shè)計。 2.3

21、.1 PLC的選擇 選擇三菱FX2N-48MR的PLC，及其4AD和4DA模塊。 2.3.2 I/O的確定 （1）輸入設(shè)備：間接指標(biāo)溫度T的檢測選用溫度變送器 ，蒸汽和冷空氣流量F的檢測選用流量變送器，采用南京高華科技有限公司的MTH 壓力變送器。 （2）輸出設(shè)備:由溫度控制器和流量控制器來控制調(diào)節(jié)閥動作，同時由報警燈來觀測安全軟限。 2.3.3 PLC硬件連線圖 圖2-2 PLC硬件連接圖 Fig.2-2 The connection of the plc hardware 2.3.4 PLC中數(shù)據(jù)的處理 硬件的A/D、D/A接口，實現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換，可編程控制器就可

22、以方便的處理模擬量。圖說明模擬量處理的流程。從流程中可以看出，實際上用戶程序中處理的只是與模擬量成比例的數(shù)字量。 在噴霧干燥過程雙重控制系統(tǒng)中，將溫度測量值和流量測量值分別通過溫度傳感器和流量傳感器變送成為4－20mA的模擬信號，將此模擬信號接入到模擬量輸入模塊中，轉(zhuǎn)換成0－1000的數(shù)字量信號。在控制器中將數(shù)字信號通過PID運(yùn)算輸出變成0-32767的數(shù)字量，再將此數(shù)字量轉(zhuǎn)換成0-1000的數(shù)字量信號，再將數(shù)字量信號送到模擬量輸出模塊中，變成的模擬量信號來控制控制調(diào)節(jié)閥。 2.4噴霧干燥過程計算機(jī)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計 2.4.1 PLC控制流程圖 為了達(dá)到干燥過程間接指標(biāo)溫度的控制要求，

23、通過對控制過程的分析，建立PLC控制程序的流程圖。如2-3圖所示 圖2-3 PLC控制流程圖 4AD,4DA初始化 4AD數(shù)據(jù)讀入 PID運(yùn)算 判斷流量 判斷溫度符合要求 延時 控制閥V 結(jié)束 對應(yīng)燈亮報警 開始 Yes 判斷溫度 PID運(yùn)算 Yes No No Yes 對應(yīng)燈亮報警 No Fig.2-3 The flow chart of PLC control 2.4.2 PLC梯型圖設(shè)計 2.4.2.1 4AD/4DA的緩沖區(qū)及其初始化 4AD的主要緩沖區(qū)定義： ①#0：通道初始化。在BFM#0中寫入十六進(jìn)制四位數(shù)字HOOOO使各通道

24、初始化。最低位數(shù)字控制通道1，最高位控制通道4，數(shù)字的意義如下： 0代表設(shè)定輸入范圍-10—+10V 1代表設(shè)定輸入范圍+4—+20mA 2代表設(shè)定輸入范圍-20--+20mA 3代表關(guān)閉該通道 將BFM#0=H1111，其中： CH1：出口溫度設(shè)定輸入范圍+4～+20mA CH2：蒸汽流量輸入范圍+4—+20mA CH3：冷空氣流量輸入范圍+4—+20mA CN4：備用通道設(shè)定輸入范圍+4—+20mA ②#1～4：平均采樣數(shù)，缺省設(shè)定值為8 ③#5～8：A/D值 ④#29：錯誤狀態(tài) ⑤#30：特殊功能模塊的識別碼（K2010） 4-20MA的輸入信號經(jīng)4AD轉(zhuǎn)化

25、為0-1000的數(shù)字，則PLC所控制的輸入溫度、流量信號由0-1000的數(shù)字來表示。 4AD的模塊初始化程序如下： 4DA的主要緩沖區(qū)定義： ① #0：輸出模式選擇，寫入十六進(jìn)制4位數(shù)字HOOOO使各通道初始化，其中： 0代表設(shè)定輸出范圍-10-+10V 1代表設(shè)定輸出范圍+4-+20mA 2代表設(shè)定輸出范圍-20-+20mA 3代表關(guān)閉該通道 將BFM#0=H1111，其中： CH1：設(shè)定輸出范圍+4-+20mA，用來控制蒸汽流量閥 CH2設(shè)置同CH1，用來控制冷空氣流量閥 CH3、CH4設(shè)置同CH1 ② #1～4：通道D/A值 ③ #5：數(shù)據(jù)保持模式 ④ #

26、29：錯誤狀態(tài) ⑤ #30：特殊功能模塊的識別碼（K3020） 4DA的模塊初始化程序為： 2.4.2.2 指標(biāo)溫度PID控制 2.4.2.3 流量PID控制 2.4.3 手自動切換控制 如上圖溫度、流量的PID控制程序中，M50、M51實現(xiàn)系統(tǒng)的手自動切換。當(dāng)M50、M51都閉合時的時候為手動狀態(tài)控制，當(dāng)M50、M51都打開的時候為自動狀態(tài)控制。 2.4.4 程序調(diào)試 將程序在編程軟件中反復(fù)調(diào)試，檢查是否有語法錯誤，觀看各步是否順利實現(xiàn)，通過模擬調(diào)試，PLC控制程序初步完成，之后可以進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試。 3 噴霧干燥過程雙重控

27、制系統(tǒng)人機(jī)界面設(shè)計 3.1 MCGS組態(tài)軟件簡介 MCGS (Monitor and Control Generated System，通用監(jiān)控系統(tǒng))是一套用于快速構(gòu)造和生成計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件，可穩(wěn)定運(yùn)行于Windows95/98/NT操作系統(tǒng)，集動畫顯示、流程控制、數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制與輸出、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸、雙機(jī)熱備、工程報表、數(shù)據(jù)與曲線等諸多強(qiáng)大功能于一身，并支持國內(nèi)外眾多數(shù)據(jù)采集與輸出設(shè)備，廣泛應(yīng)用于石油、電力、化工、鋼鐵、礦山、冶金、機(jī)械、紡織、航天、建筑、材料、制冷、交通、通訊、食品、制造與加工業(yè)、水處理、環(huán)保、智能樓宇、實驗室等多種工程領(lǐng)域[5]。 MCGS具有操作簡便、

28、可視性好、可維護(hù)性強(qiáng)、高性能、高可靠性等突出特點，經(jīng)過各種現(xiàn)場的長期實際運(yùn)行，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。 MCGS組態(tài)軟件由組態(tài)環(huán)境和運(yùn)行環(huán)境兩個系統(tǒng)組成。兩部分互相獨立，又緊密相關(guān)。如圖3-1、3-2所示： 圖3-1 MCGS整體結(jié)構(gòu) Fig.3-1 The integer configuration of MCGS 圖3-2 組態(tài)的生成與運(yùn)行 Fig.3-2 Creating and function of configuration 3.2 MCGS的工程構(gòu)成 MCGS組態(tài)軟件工程有五大組成部分。 MCGS組態(tài)軟件所建立的工程由主控窗口、設(shè)備窗口、用戶窗口、

29、實時數(shù)據(jù)庫和運(yùn)行策略五部分構(gòu)成，每一部分分別進(jìn)行組態(tài)操作，完成不同的工作，具有不同的特性。 MCGS 實時數(shù)據(jù)庫 運(yùn)行策略 設(shè)備窗口 主控窗口 用戶窗口 啟動策略 數(shù)據(jù)對象 圖元 設(shè)備構(gòu)件1 系統(tǒng)菜單 循環(huán)策略 推出策略 報警處理 圖符 系統(tǒng)參數(shù) 自定義策略 存盤處理 動畫構(gòu)件 設(shè)備構(gòu)件n 啟動參數(shù) 圖3-3 MCGS工程的構(gòu)成 Fig.3-3 The constitutes of MCGS project 3.2.1主控窗口 主控窗口是

30、工程的主窗口或主框架。在主控窗口中可以放置一個設(shè)備窗口和多個用戶窗口，負(fù)責(zé)調(diào)度和管理這些窗口的打開或關(guān)閉。主要的組態(tài)操作包括：定義工程的名稱，編制工程菜單，設(shè)計封面圖形，確定自動啟動的窗口，設(shè)定動畫刷新周期，指定數(shù)據(jù)庫存盤文件名稱及存盤時間等。 3.2.2 設(shè)備窗口 設(shè)備窗口是連接和驅(qū)動外部設(shè)備的工作環(huán)境。在本窗口內(nèi)配置數(shù)據(jù)采集與控制輸出設(shè)備，注冊設(shè)備驅(qū)動程序，定義連接與驅(qū)動設(shè)備用的數(shù)據(jù)變量。 3.2.3 用戶窗口 用戶窗口主要用于設(shè)置工程中人機(jī)交互的界面，諸如：生成各種動畫顯示畫面、報警輸出、數(shù)據(jù)與曲線圖表等。 3.2.4實時數(shù)據(jù)庫 實時數(shù)據(jù)庫是工程各個部分的數(shù)據(jù)交換與處理中心，

31、它將MCGS工程的各個部分連接成有機(jī)的整體。在本窗口內(nèi)定義不同類型和名稱的變量，作為數(shù)據(jù)采集、處理、輸出控制、動畫連接及設(shè)備驅(qū)動的對象。 3.2.5 運(yùn)行策略 運(yùn)行測略窗口主要完成工程運(yùn)行流程的控制。包括編寫控制程序（if…then腳本程序），選用各種功能構(gòu)件，如：數(shù)據(jù)提取、歷史曲線、定時器、配方操作、多媒體輸出等。 3.3組建MCGS工程的一般過程 3.3.1工程項目系統(tǒng)分析 分析工程項目的系統(tǒng)構(gòu)成、技術(shù)要求和工藝流程，弄清系統(tǒng)的控制流程和測控對象的特征，明確監(jiān)控要求和動畫顯示方式，分析工程中的設(shè)備采集及輸出通道與軟件中實時數(shù)據(jù)庫變量的對應(yīng)關(guān)系，分清哪些變量是要求與設(shè)備連接的，哪

32、些變量是軟件內(nèi)部用來傳遞數(shù)據(jù)及動畫顯示的。 3.3.2工程立項搭建框架 MCGS稱為建立新工程。主要內(nèi)容包括：定義工程名稱、封面窗口名稱和啟動窗口（封面窗口退出后接著顯示的窗口）名稱，指定存盤數(shù)據(jù)庫文件的名稱以及存盤數(shù)據(jù)庫，設(shè)定動畫刷新的周期。經(jīng)過此步操作，即在MCGS組態(tài)環(huán)境中，建立了由五部分組成的工程結(jié)構(gòu)框架。封面窗口和啟動窗口也可等到建立了用戶窗口后，再行建立。 3.3.3設(shè)計菜單基本體系 為了對系統(tǒng)運(yùn)行的狀態(tài)及工作流程進(jìn)行有效地調(diào)度和控制，通常要在主控窗口內(nèi)編制菜單。編制菜單分兩步進(jìn)行，第一步首先搭建菜單的框架，第二步再對各級菜單命令進(jìn)行功能組態(tài)。在組態(tài)過程中，可根據(jù)實際需要，

33、隨時對菜單的內(nèi)容進(jìn)行增加或刪除，不斷完善工程的菜單。 3.3.4制作動畫顯示畫面 動畫制作分為靜態(tài)圖形設(shè)計和動態(tài)屬性設(shè)置兩個過程。前一部分類似于“畫畫”，用戶通過MCGS組態(tài)軟件中提供的基本圖形元素及動畫構(gòu)件庫，在用戶窗口內(nèi)“組合”成各種復(fù)雜的畫面。后一部分則設(shè)置圖形的動畫屬性，與實時數(shù)據(jù)庫中定義的變量建立相關(guān)性的連接關(guān)系，作為動畫圖形的驅(qū)動源。 3.3.5編寫控制流程程序 在運(yùn)行策略窗口內(nèi)，從策略構(gòu)件箱中，選擇所需功能策略構(gòu)件，構(gòu)成各種功能模塊（稱為策略塊），由這些模塊實現(xiàn)各種人機(jī)交互操作。MCGS還為用戶提供了編程用的功能構(gòu)件（稱之為“腳本程序”功能構(gòu)件），使用簡單的編程語言，編寫

34、工程控制程序。 3.3.6完善菜單按鈕功能 包括對菜單命令、監(jiān)控器件、操作按鈕的功能組態(tài)；實現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)、實時數(shù)據(jù)、各種曲線、數(shù)據(jù)報表、報警信息輸出等功能；建立工程安全機(jī)制等。 3.3.7編寫程序調(diào)試工程 利用調(diào)試程序產(chǎn)生的模擬數(shù)據(jù)，檢查動畫顯示和控制流程是否正確。 3.3.8連接設(shè)備驅(qū)動程序 選定與設(shè)備相匹配的設(shè)備構(gòu)件，連接設(shè)備通道，確定數(shù)據(jù)變量的數(shù)據(jù)處理方式，完成設(shè)備屬性的設(shè)置。此項操作在設(shè)備窗口內(nèi)進(jìn)行。 3.3.9工程完工綜合測試 最后測試工程各部分的工作情況，完成整個工程的組態(tài)工作，實施工程交接。 3.4 噴霧干燥過程計算機(jī)控制系統(tǒng)人機(jī)界面MCGS的設(shè)計 3.4.1

35、工程分析 通過上兩章對噴霧干燥過程控制的分析和設(shè)計，整體上對工程的結(jié)構(gòu)、流程、需實現(xiàn)的功能及如何實現(xiàn)這些功能有了詳細(xì)的了解，下面為具體的框架組成。 3.4.1.1工程框架 8個用戶窗口：噴霧干燥過程控制 、PID參數(shù)、實時曲線、歷史曲線、實驗接線圖、數(shù)據(jù)報表、報警顯示 4個主菜單：系統(tǒng)管理、通訊狀態(tài)、清除設(shè)置、幫助 1個子菜單：操作說明 5個策略：啟動策略、退出策略、數(shù)據(jù)顯示、報警數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)對象：流量調(diào)節(jié)閥、流量、溫度、流量上限、溫度上限、流量下限、溫度下限。 3.4.1.2圖形制作 噴霧干燥計算機(jī)控制系統(tǒng)窗口： 干燥塔、調(diào)節(jié)閥、流量傳感器、溫度傳感器：由對象元

36、件庫引入； 管道：通過流動塊構(gòu)件實現(xiàn)； 溫度、流量控制：通過輸入框輸入實現(xiàn)；顯示通過標(biāo)簽構(gòu)件實現(xiàn)； PID設(shè)定和給定值，通過標(biāo)簽、輸入框構(gòu)件實現(xiàn)。 實時曲線窗口：實時曲線，通過實時曲線構(gòu)件實現(xiàn)。 歷史曲線窗口:歷史曲線,通過歷史曲線構(gòu)件實現(xiàn). 報警顯示窗口：報警數(shù)據(jù)，通過報警顯示構(gòu)件實現(xiàn)。 流程控制：通過循環(huán)策略中的腳本程序策略塊實現(xiàn)。 安全機(jī)制:過用戶權(quán)限管理、工程安全管理、腳本程序?qū)崿F(xiàn)。 3.4.2工程建立 在MCGS組態(tài)平臺上，單擊“用戶窗口”，在“用戶窗口”中單擊“新建窗口”按鈕，則產(chǎn)生新“窗口0”， 選中窗口0”，單擊“窗口屬性”，進(jìn)入“用戶窗口屬性設(shè)置”，將“窗

37、口名稱”改為：噴霧干燥；將“窗口標(biāo)題”改為：噴霧干燥；在“窗口位置”中選中“最大化顯示”，其它不變，單擊“確認(rèn)”點擊“保存”按鈕，工程創(chuàng)建完畢。 按上述操作建立“PID參數(shù)”、“實時曲線”、“歷史曲線”、 “數(shù)據(jù)報表”、“報警顯示”等用戶窗口.如圖3-4所示: 圖3-4 用戶窗口 Fig.3-4 The window of user 3.4.3建立和編輯各窗口畫面 圖3-5 噴霧干燥控制系統(tǒng)窗口 Fig.3-5 The window of Spray-drying control system 圖3-6報警顯示窗口 Fig.3-6 Alarm display w

38、indow 圖3-7 PID參數(shù)窗口 Fig.3-7 PID parameters window 圖3-8 通訊狀態(tài)窗口 Fig.3-8 Communication status window 3.4.4定義數(shù)據(jù)對象 實時數(shù)據(jù)庫是MCGS工程的數(shù)據(jù)交換和數(shù)據(jù)處理中心。數(shù)據(jù)對象是構(gòu)成實時數(shù)據(jù)庫的基本單元，建立實時數(shù)據(jù)庫的過程也就是定義數(shù)據(jù)對象的過程。 定義數(shù)據(jù)對象的內(nèi)容主要包括: 指定數(shù)據(jù)變量的名稱、類型、初始值和數(shù)值范圍，確定與數(shù)據(jù)變量存盤相關(guān)的參數(shù)，如存盤的周期、存盤的時間范圍和保存期限等。 數(shù)據(jù)對象進(jìn)行分析： 溫度 T

39、 數(shù)值型 指標(biāo)溫度的變化 流量 F 數(shù)值型 流量的變化 調(diào)節(jié)閥 V 數(shù)值型 控制流量的進(jìn)入 通訊狀態(tài) COMM 開關(guān)型 與PLC通訊 溫度測量值 PV 數(shù)值型 測量溫度 溫度設(shè)定值 SV 數(shù)值型 設(shè)定溫度 溫度比例增益 P2 數(shù)值型 設(shè)定比例 溫度微分時間 D22

40、 數(shù)值型 設(shè)定微分 溫度積分時間 I22 數(shù)值型 設(shè)定積分 流量比例增益 P1 數(shù)值型 設(shè)定比例 流量微分時間 D11 數(shù)值型 設(shè)定微分 流量積分時間 I11 數(shù)值型 設(shè)定積分 定義如圖3-9所示： 圖3-9實時數(shù)據(jù)庫 Fig.3-9 Real time databank 下面以數(shù)據(jù)對象“流量”為例，介紹一下定義數(shù)據(jù)對象的步驟： （1）單擊工作臺中的“實時數(shù)據(jù)庫”窗口標(biāo)簽，進(jìn)入實時數(shù)據(jù)庫窗口頁。

41、（2）單擊“新增對象” 按鈕，在窗口的數(shù)據(jù)對象列表中，增加新的數(shù)據(jù)對象，系統(tǒng)缺省定義的名稱為“Data1”、“Data2”、“Data3”等（多次點擊該按鈕，則可增加多個數(shù)據(jù)對象）。 （3）選中對象，按“對象屬性”按鈕，或雙擊選中對象，則打開“數(shù)據(jù)對象屬性設(shè)置” 窗口。 （4）將對象名稱改為：流量F；對象類型選擇：數(shù)據(jù)型；在對象內(nèi)容注釋輸入框內(nèi)輸入：“蒸汽流量的變化”，單擊“確認(rèn)”。 按照此步驟，根據(jù)上面列表，設(shè)置其他數(shù)據(jù)對象。 3.4.5建立動畫連接和設(shè)備連接 由圖形對象搭制而成的圖形畫面是靜止不動的，需要對這些圖形對象進(jìn)行動畫設(shè)計，真實地描述外界對象的狀態(tài)變化，達(dá)到過程實時監(jiān)控的

42、目的。MCGS實現(xiàn)圖形動畫設(shè)計的主要方法是將用戶窗口中圖形對象與實時數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)對象建立相關(guān)性連接，并設(shè)置相應(yīng)的動畫屬性。在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，圖形對象的外觀和狀態(tài)特征，由數(shù)據(jù)對象的實時采集值驅(qū)動，從而實現(xiàn)了圖形的動畫效果。 MCGS組態(tài)軟件提供了大量的工控領(lǐng)域常用的設(shè)備驅(qū)動程序 （1）在“設(shè)備窗口”中雙擊“設(shè)備窗口”圖標(biāo)進(jìn)入。 （2）點擊工具條中的“工具箱”圖標(biāo)，打開“設(shè)備工具箱”。 （3）單擊“設(shè)備工具箱”中的“設(shè)備管理”按鈕，彈出如圖所示窗口： 圖3-10 設(shè)備工具箱 Fig.3-10 Equipment toolbox （4）在可選設(shè)備列表中，雙擊“通用設(shè)備”。 （5

43、）雙擊“串口通訊設(shè)備”，在下方出現(xiàn)串口通訊設(shè)備圖標(biāo)。 （6）雙擊三菱FX2N設(shè)備圖標(biāo)，即可將其添加到右測選定設(shè)備列表中。 3.4.6報警顯示設(shè)置 MCGS把報警處理作為數(shù)據(jù)對象的屬性，封裝在數(shù)據(jù)對象內(nèi)，由實時數(shù)據(jù)庫來自動處理。當(dāng)數(shù)據(jù)對象的值或狀態(tài)發(fā)生改變時，實時數(shù)據(jù)庫判斷對應(yīng)的數(shù)據(jù)對象是否發(fā)生了報警或已產(chǎn)生的報警是否已經(jīng)結(jié)束，并把所產(chǎn)生的報警信息通知給系統(tǒng)的其它部分，同時，實時數(shù)據(jù)庫根據(jù)用戶的組態(tài)設(shè)定，把報警信息存入指定的存盤數(shù)據(jù)庫文件中。 （1）雙擊“用戶窗口”中的“報警顯示”窗口，進(jìn)入組態(tài)畫面。 （2）選中該圖形，雙擊，再雙擊彈出報警顯示構(gòu)件屬性設(shè)置窗口，如 圖3－11所示：

44、 圖3-11 報警設(shè)置 Fig.3-11 Alarm setting （3）在基本屬性頁中，將：對應(yīng)的數(shù)據(jù)對象的名稱設(shè)為tv1；最大記錄次數(shù)設(shè)為：10。 （4）單擊“確認(rèn)”即可。 3.4.7報表輸出 在工程應(yīng)用中，大多數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)需要對設(shè)備采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行存盤，統(tǒng)計分析，并根據(jù)實際情況打印出數(shù)據(jù)報表。所謂數(shù)據(jù)報表就是根據(jù)實際需要以一定格式將統(tǒng)計分析后的數(shù)據(jù)記錄顯示和打印出來，如：實時數(shù)據(jù)報表、歷史數(shù)據(jù)報表（班報表、日報表、月報表等）。數(shù)據(jù)報表在工控系統(tǒng)中是必不可少的一部分，是數(shù)據(jù)顯示、查詢、分析、統(tǒng)計、打印的最終體現(xiàn)，是整個工控系統(tǒng)的最終結(jié)果輸出；數(shù)據(jù)報表是對生產(chǎn)過程中系統(tǒng)監(jiān)控對象的

45、狀態(tài)的綜合記錄和規(guī)律總結(jié)。 利用利用歷史表格動畫構(gòu)件實現(xiàn)歷史報表: 歷史表格構(gòu)件是基于“Windows下的窗口”和“所見即所得”機(jī)制的，用戶可以在窗口上利用歷史表格構(gòu)件強(qiáng)大的格式編輯功能配合MCGS的畫圖功能做出各種精美的報表。 (1) 在“數(shù)據(jù)顯示”組態(tài)窗口中，選取“工具箱”中的“歷史表格”構(gòu)件，在適當(dāng)位置繪制一歷史表格。 (2) 雙擊歷史表格進(jìn)入編輯狀態(tài)。使用右鍵菜單中的“增加一行”、“刪除一行”按鈕，或者單擊按鈕,制作一個5行3列的表格。參照實時報表部分相關(guān)內(nèi)容制作： 列表頭，分別為：采集時間、干燥塔指標(biāo)溫度、蒸汽流量、冷空氣流量。數(shù)值輸出格式，均為：1|0.參見效果圖 (3

46、) 選中R2、R3、R4、R5，單擊右鍵，選擇“連接”選項。 (4)點擊菜單欄中的“表格”菜單，選擇“合并表元”項，所選區(qū)域會出現(xiàn)反斜杠。 (5)雙擊該區(qū)域，彈出數(shù)據(jù)庫連接設(shè)置對話框，具體設(shè)置如下： 基本屬性頁中，連接方式選?。涸谥付ǖ谋砀駟卧獌?nèi)，顯示滿足條件的數(shù)據(jù)記錄；按照從上到下的方式填充數(shù)據(jù)行；顯示多頁記錄。 數(shù)據(jù)來源頁中，選取組對象對應(yīng)的存盤數(shù)據(jù)；組對象名為：液位組。 顯示屬性頁中，點擊“復(fù)位”按鈕。 時間條件頁中： 排序列名：MCGS_TIME；升序； 時間列名：MCGS_TIME；所有存盤數(shù)據(jù)。 3.4.8曲線顯示 在實際生產(chǎn)過程控制中，對實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)的查看

47、、分析是不可缺少的工作。但對大量數(shù)據(jù)僅做定量的分析還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，必須根據(jù)大量的數(shù)據(jù)信息，畫出曲線，分析曲線的變化趨勢并從中發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)變化規(guī)律，曲線處理在工控系統(tǒng)中也是一個非常重要的部分。 3.4.8.1實時曲線 實時曲線構(gòu)件是用曲線顯示一個或多個數(shù)據(jù)對象數(shù)值的動畫圖形，象筆繪記錄儀一樣實時記錄數(shù)據(jù)對象值的變化情況。 具體制作步驟如下： （1）雙擊進(jìn)入“實時曲線”用戶窗口。 （2）雙擊曲線，彈出“實時曲線構(gòu)件屬性設(shè)置”窗口 設(shè)置：在基本屬性頁中，X、Y軸主劃線設(shè)為：10；X、Y軸次劃線設(shè)為：4;其它不變。在標(biāo)注屬性頁中，時間單位設(shè)為：秒鐘；小數(shù)位數(shù)設(shè)為：1；最大值設(shè)為：10；其它不變。在

48、畫筆屬性頁中，將：曲線1對應(yīng)的表達(dá)式設(shè)為：tsp1；顏色為：紅色。曲線2對應(yīng)表達(dá)式設(shè)為: tv1;顏色為:綠色.曲線3對應(yīng)表達(dá)式設(shè)為: ft1;顏色為:藍(lán)色. （3）點擊“確認(rèn)”即可。如圖3－12所示: 圖 3－12 構(gòu)件屬性設(shè)置 Fig.3-12 Component attribute 3.4.8.2歷史曲線 歷史曲線構(gòu)件實現(xiàn)了歷史數(shù)據(jù)的曲線瀏覽功能。運(yùn)行時，歷史曲線構(gòu)件能夠根據(jù)需要畫出相應(yīng)歷史數(shù)據(jù)的趨勢效果圖。歷史曲線主要用于事后查看數(shù)據(jù)和狀態(tài)變化趨勢和總結(jié)規(guī)律。 具體制作步驟如下： （1）雙擊進(jìn)入“歷史曲線”用戶窗口 （2）雙擊該曲線，彈出“歷史曲線構(gòu)件屬性設(shè)置”窗口

49、，進(jìn)行如下設(shè)置：在基本屬性頁中，將：曲線名稱設(shè)為：加熱爐出口溫度與燃料流量歷史曲線X、Y軸主劃線設(shè)為：10 X、Y軸次劃線設(shè)為：5；背景顏色設(shè)為：白色。 在曲線標(biāo)識頁中：選中曲線，曲線內(nèi)容設(shè)為：tsp1、 tv1、 ft1 、op10；曲線顏色設(shè)為：紅色；工程單位設(shè)為：m；小數(shù)位數(shù)設(shè)為：0；最大值設(shè)為：100；；其它不變。在高級屬性頁中，選中：運(yùn)行時顯示曲線翻頁操作按鈕；運(yùn)行時顯示曲線放大操作按鈕；運(yùn)行時顯示曲線信息顯示窗口；運(yùn)行時自動刷新；將刷新周期設(shè)為：1秒；并選擇在60秒后自動恢復(fù)刷新狀態(tài)。 3.4.9模擬調(diào)試 利用MCGS提供的內(nèi)部模擬模塊進(jìn)行各部分功能仿真，不斷的調(diào)試和各種屬性

50、的修改，組態(tài)運(yùn)行達(dá)到了工程的要求。 通過以上各用戶窗口組態(tài)畫面的設(shè)計及內(nèi)部數(shù)據(jù)對象的定義,加熱爐計算機(jī)控制系統(tǒng)人機(jī)界面MCGS組態(tài)設(shè)計完畢。 4 噴霧干燥過程雙重控制系統(tǒng)的調(diào)試 4.1 計算機(jī)與PLC之間的通訊 基于組態(tài)軟件的PLC仿真系統(tǒng)組成的結(jié)構(gòu)如圖4-1所示: 圖4-1控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 Fig.4-1 Structure of control system ,微型計算機(jī)與下位機(jī)PLC通過RS232串行接口用通信電纜相聯(lián)接,通過編程軟件把已完成的控制程序下載到PLC。在微型計算機(jī)中安裝組態(tài)軟件,并在組態(tài)軟件環(huán)境中運(yùn)行已開發(fā)的一個工程軟件,同時使PLC

51、進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài),即進(jìn)入計算機(jī)組態(tài)過程,通過鼠標(biāo)操作界面上的圖形對象就可以進(jìn)行系統(tǒng)的控制。 本設(shè)計設(shè)備構(gòu)件用于MCGS讀寫三菱FX系列中支持232通信協(xié)議的PLC設(shè)備。MCGS通過上位機(jī)中的串行口設(shè)備和PLC上的通訊單元（編程口）建立串行通訊連接，從而達(dá)到操作PLC設(shè)備的目的。 4.1.1硬件連接 FX系列PLC支持無協(xié)議的RS232和RS485通信協(xié)議兩種通信方式，通過改變D8120的值來改變通信方式。 D8120字寄存器的16位的意義列表如下： （1）系統(tǒng)默認(rèn)設(shè)置： D8120=H0086表示9600，7，偶校驗，1位停止位，無命令頭和命令尾，整個命令不加校驗，無協(xié)議的通信方式，F(xiàn)

52、X0N系列PLC在掉電后D8120恢復(fù)成H0086。 （2）串口父設(shè)備設(shè)置： FX-232設(shè)備必須掛接在串口父設(shè)備下，串口父設(shè)備在通用設(shè)備構(gòu)件中。串口父設(shè)備用來設(shè)置通信參數(shù)和通信端口。通信參數(shù)必須設(shè)置成與PLC的設(shè)置一樣。否則就無法通信。 （3）本設(shè)備屬性設(shè)置： 要使MCGS能正確操作PLC設(shè)備，請按如下的步驟來使用和設(shè)置本構(gòu)件的屬性： 設(shè)備名稱：可根據(jù)需要來對設(shè)備進(jìn)行重新命名，但不能和設(shè)備窗口中已有的其它設(shè)備構(gòu)件同名。 采集周期：為運(yùn)行時，MCGS對設(shè)備進(jìn)行操作的時間周期，單位為毫秒，一般在靜態(tài)測量時設(shè)為1000ms，在快速測量時設(shè)為200ms。 初始工作狀態(tài)：用于設(shè)置設(shè)備的起

53、始工作狀態(tài)，設(shè)置為啟動時，在進(jìn)入MCGS運(yùn)行環(huán)境時，MCGS即自動開始對設(shè)備進(jìn)行操作，設(shè)置為停止時，MCGS不對設(shè)備進(jìn)行操作，但可以用MCGS的設(shè)備操作函數(shù)和策略在MCGS運(yùn)行環(huán)境中啟動或停止設(shè)備。 （4）內(nèi)部屬性： 內(nèi)部屬性用于設(shè)置PLC的讀寫通道，以便后面進(jìn)行設(shè)備通道連接，從而把設(shè)備中的數(shù)據(jù)送入實時數(shù)據(jù)庫中的指定數(shù)據(jù)對象或把數(shù)據(jù)對象的值送入設(shè)備指定的通道輸出。 三菱FX-232 PLC設(shè)備構(gòu)件把PLC的通道分為只讀，只寫，讀寫三種情況，只讀用于把PLC中的數(shù)據(jù)讀入到MCGS的實時數(shù)據(jù)庫中，只寫通道用于把MCGS實時數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)寫入到PLC中，讀寫則可以從PLC中讀數(shù)據(jù)，也可以往PL

54、C中寫數(shù)據(jù)。當(dāng)?shù)谝淮螁釉O(shè)備工作時，把PLC中的數(shù)據(jù)讀回來，之后本設(shè)備會將變化的值往下寫，這種操作的目的是，用戶PLC程序中有些通道的數(shù)據(jù)在計算機(jī)第一次啟動，或計算機(jī)中途死機(jī)時不能復(fù)位。 本設(shè)備構(gòu)件可操作PLC的：X輸入繼電器(位操作只讀) ；Y輸出繼電器(位操作，可讀可寫)； M中間繼電器(位操作，可讀可寫)；D變量存儲器(字，雙字，浮點，可讀可寫)，對其他的寄存器請使用D寄存器，或M繼電器導(dǎo)動。 單擊設(shè)備基本屬性中的“設(shè)置設(shè)備內(nèi)部屬性”在打開的屬性頁中，按“增加通道”按鈕，彈出增加通道窗口，在該窗口中： 1：選擇要對PLC中的那個繼電器區(qū)或寄存器區(qū)進(jìn)行操作即選擇通道類型。 2：選擇

55、是只讀，只寫，還是讀寫，默認(rèn)是只讀。 3：指定操作該繼電器區(qū)或寄存器區(qū)的什么地方即輸入通道地址，如要以字操作的方式讀或?qū)慏W15，則在輸入通道地址中寫15。 4：指定操作該通道地址中的哪一位（0-7)或一次操作1個字16位或2個字32位，或浮點。 5：設(shè)置一次連續(xù)增加多少個PLC通道。 按“確認(rèn)”后則把添加的寄存器顯示到表格中，重復(fù)以上操作可以完成您所要的各種繼電器或寄存器。屬性頁窗體中的“刪除一個”，“刪除全部”，“索引拷貝”可以實現(xiàn)一些快捷的操作。操作完成后，按“確認(rèn)”退出。 4.1.2 MCGS組態(tài)的調(diào)試 首先是進(jìn)入設(shè)備窗口，如圖4－2所示： 圖4-2設(shè)備窗口 Fig

56、.4-2 Equipment window 然后雙擊設(shè)備窗口，進(jìn)入設(shè)備組態(tài)：設(shè)備窗口中，然后雙擊設(shè)備1-[三菱FX-232]進(jìn)入通道設(shè)置窗口，如圖4－3、4－4圖所示 圖4-3通用串口設(shè)備 Fig.4-3 Universal Serial equipment 圖4-4 內(nèi)部屬性設(shè)置 Fig.4-4 Internal attribute set 在圖中設(shè)置設(shè)備內(nèi)部屬性和和PLC連接的通道，根據(jù)該設(shè)計所用到的實時數(shù)據(jù)新建通道如圖4－5所示 圖4-5通道屬性設(shè)置 Fig.4-5 Channel attribute set 然后通過圖4－6 和圖4－7中 的通道連接MCG

57、S連通，在設(shè)備調(diào)試中和對應(yīng)數(shù)據(jù)對象連接。 圖4-6 通道連接 Fig.4-6 Channel link 圖4-7 設(shè)備調(diào)試 Fig.4-7 Equipment debugging 將制作完畢的上位機(jī)程序加上模擬信號，使用正弦模擬信號來代替干燥塔指標(biāo)溫度，流量的變化，驗證實式數(shù)據(jù)，歷史數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)報表，報警顯示等功能。通過不斷調(diào)試和修改準(zhǔn)確實現(xiàn)上述各種功能。 4.1.3 PLC程序的調(diào)試 對PLC程序模擬調(diào)試，檢查語法和基本功能能否正確實現(xiàn)。通過模擬調(diào)試使程序無語法錯誤，基本功能正確實現(xiàn)可以順利運(yùn)行。 4.2 噴霧干燥計算機(jī)控制系統(tǒng)的實驗仿真調(diào)試 利用實驗室里過程綜合自

58、動化控制系統(tǒng)實驗平臺THSA和液位裝置上進(jìn)行模擬仿真調(diào)試。將模擬量輸出通道AO0接到電動調(diào)節(jié)閥，接通電源打開PLC，完成PLC的供電和外部接線。程序調(diào)試如下： 1. 通過設(shè)置各個通道將MCGS與PLC連通。 2. 將PLC程序?qū)懭隤LC，寫入后PLC處于運(yùn)行狀態(tài)。 3. 將具有手自動調(diào)節(jié)的程序?qū)懭隤LC，在PLC處于運(yùn)行狀態(tài)的情況下。 （1）在自動模式下，通過MCGS設(shè)定設(shè)定值為P2＝75，主調(diào)節(jié)器的比例增益為150，積分時間為80；副調(diào)節(jié)器的比例增益設(shè)為P1＝（3～5）P2，積分時間為100；主、副調(diào)節(jié)器都設(shè)為反作用。 （2）在手動模式下， 根據(jù)經(jīng)驗設(shè)置主副調(diào)節(jié)器輸出值，觀察實時曲

59、線直到輸出值穩(wěn)定，說明手動模式工作正常。 （3）手自動切換 預(yù)先設(shè)置好主副調(diào)節(jié)器PID參數(shù)，適當(dāng)改變手動輸入值的大小，待輸出值基本穩(wěn)定不變時，按下“自動”按鈕，使系統(tǒng)由手動操作狀態(tài)變?yōu)樽詣舆\(yùn)行狀態(tài)。 當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)運(yùn)行后，突加階躍擾動（將給定量增/減5％－15％），觀察系統(tǒng)的輸出響應(yīng)曲線。 通過觀察MCGS界面和PLC監(jiān)視模式下內(nèi)存的情況及，調(diào)節(jié)閥的輸出沒有發(fā)生突變，說明手自動無擾切換程序正常。 4. 利用實驗室水箱液位代替溫度、流量進(jìn)行調(diào)試 （1）根據(jù)設(shè)計要求，進(jìn)行硬件接線。實驗面板上的實驗接線如圖4－8所示： 圖4-8 接線圖 Fig.4-8 The chart of

60、 link （2）接通主電源，根據(jù)設(shè)計要求根改溫度、流量參數(shù)后把PLC程序重新寫入到上位機(jī)，并運(yùn)行MCGS控制窗口。 （3）先在手動模式下調(diào)試，根據(jù)經(jīng)驗設(shè)置手動輸出，觀察手動效果并調(diào)試參數(shù)，直到手動模式下達(dá)到穩(wěn)定，達(dá)到設(shè)計要求。 （4）設(shè)置主、副調(diào)節(jié)器的PID參數(shù)，進(jìn)入自動狀態(tài)，實現(xiàn)無擾動切換。并觀察實時曲線、歷史曲線等，直到達(dá)到理想的控制效果。 （5）多次改變系統(tǒng)的設(shè)定值，觀察驗證調(diào)節(jié)效果。 （6）通過實驗室的聯(lián)機(jī)模擬調(diào)試，該系統(tǒng)達(dá)到了良好的控制效果。 圖4-9 實時曲線 Fig.4-9 Real time curve 4.3 工業(yè)控制系統(tǒng)常見故障分析及PLC在應(yīng)用中要注

61、意的問題 一般工業(yè)過程控制與上位機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計中，控制系統(tǒng)之間的通訊使比較經(jīng)常容易出現(xiàn)故障的。若系統(tǒng)通信不正常，則根據(jù)常見故障分析查找原因。要提高PLC控制系統(tǒng)可靠性，一方面要求PLC生產(chǎn)廠家提高設(shè)備的抗干擾能力；另一方面，要求設(shè)計、安裝和使用維護(hù)中引起高度重視，多方配合才能完善解決問題，有效地增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾性能。 4.3.1無法建立通訊連接 （1）檢查PLC是否上電； （2）是否使用標(biāo)準(zhǔn)的三菱PLC編程電纜； （3）通訊參數(shù)設(shè)置使否正確； （4）檢查對某一寄存器的操作是否超出范圍。 （5）確認(rèn)PLC的實際地址是否和設(shè)備構(gòu)件基本屬性頁的地址一致，若不知道PLC的實際地址，則用編

62、程軟件的搜索工具檢查，若有則會顯示PLC的地址。 4.3.2 通訊不可靠如何排除 若通信狀態(tài)時而為0，時而為1，表示通信不可靠（不穩(wěn)定），原因可能有： （1）通信距離太遠(yuǎn)，一般不超過50米； （2）采樣周期太短，試著改變采樣周期； （3）若分析后保證PLC無問題，用三菱PLC的編程軟件能與編程電纜連接，則需檢查MCGS能否正常工作。 4.3.3通訊速度太慢 （1）正常的慢， PLC要讀寫的通道很多，則數(shù)據(jù)更新較慢是正常的。 （2）不屬于上述原因，則可能是有故障，解決的辦法有：在內(nèi)部屬性頁添加通道時，盡量連續(xù)添加。而且把同一類型寄存器的只讀，只寫，讀寫通道盡量分開一些，對D寄存器

63、操作時， 我們的處理方式是，一次最多讀或?qū)?0個字，如連續(xù)40個字是只讀，只寫，或讀寫中的其中一種，這只要操作一次，若此40個字中既有只讀，又有只寫，還有讀寫的通道，這就要讀又要寫，速度就會慢。對于位寄存器也是如此，位寄存器一次讀或?qū)?12個位，32個字。 （3）若按2中添加方式做，還慢，則可能是技術(shù)性問題。 4.3.4 在PLC應(yīng)用中要注意的問題 （1）PLC要求環(huán)境溫度在0～55，安裝時不能放在發(fā)熱量大的元件下面，四周通風(fēng)散熱的空間應(yīng)足夠大。 （2）應(yīng)使PLC遠(yuǎn)離強(qiáng)烈的震動源，防止振動頻率為10～55Hz的頻繁或連續(xù)振動。當(dāng)使用環(huán)境不可避免震動時，必須采取減震措施，如采用減震膠等。

64、 （3）PLC的輸入與輸出最好分開走線，開關(guān)量與模擬量也要分開敷設(shè)。模擬量信號的傳送應(yīng)采用屏蔽線，屏蔽層應(yīng)一端或兩端接地，接地電阻應(yīng)小于屏蔽層電阻的1/10。 （4）PLC對于電源線帶來的干擾具有一定的抵制能力。在可靠性要求很高或電源干擾特別嚴(yán)重的環(huán)境中，可以安裝一臺帶屏蔽層的隔離變壓器，以減少設(shè)備與地之間的干擾。一般PLC都有直流24V輸出提供給輸入端，當(dāng)輸入端使用外接直流電源時，應(yīng)選用直流穩(wěn)壓電源。因為普通的整流濾波電源，由于紋波的影響，容易使PLC接收到錯誤信息。 （5）交流輸出線和直流輸出線不要用同一根電纜，輸出線應(yīng)盡量遠(yuǎn)離高壓線和動力線，避免并行。

65、 5 結(jié)束語 通過對計算機(jī)雙重控制系統(tǒng)的設(shè)計，對需要使用的控制系統(tǒng)方案進(jìn)行了分析，得出雙重控制方案是比較理想的控制方案。 噴霧干燥計算機(jī)控制系統(tǒng)上位機(jī)使用工業(yè)組態(tài)軟件MCGS設(shè)計，具有友好的人機(jī)界面，方便直觀的實現(xiàn)了對干燥塔指標(biāo)溫度的監(jiān)控和操作。計算機(jī)控制系統(tǒng)下位機(jī)通過PLC的控制來實現(xiàn)，具有良好的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，為方便對系統(tǒng)的調(diào)節(jié)，控制系統(tǒng)有手動和自動兩種模式，并且之間的切換是無擾動的。 在實驗室THSA實驗平臺及液位裝置上進(jìn)行模擬仿真，通過對程序的在線調(diào)試和系統(tǒng)結(jié)果的分析，噴霧干燥雙重控制系統(tǒng)達(dá)到了設(shè)計的要求，并且體現(xiàn)了良好的控制性能。 通過本次畢業(yè)設(shè)計，熟悉了噴霧干燥過程的工藝流程及控制方案，MCGS組態(tài)軟件編程方法和三菱PLC軟件編程，硬件接口線路的設(shè)計方法，MCGS組態(tài)和三菱PLC設(shè)計的步驟和方法。對控制系統(tǒng)工程設(shè)計有了更為整體的認(rèn)識，對工程的設(shè)計的方法和步驟有了更為直接的體驗。 41