<化工行業(yè)應(yīng)用>廈門宇電AI系列儀表和組態(tài)王在產(chǎn)品檢測裝置中的應(yīng)用
2011/3/2 10:54:00
一、概述
近三年來，我們在六套產(chǎn)品檢測裝置的建立中先后使用了廈門宇電的產(chǎn)品，其中： AI-808系列儀表約一百二十塊，宇電專用版組態(tài)王三套。主要使用于閥門開度控制、溫度控制、濕度控制、風(fēng)量控制、開關(guān)控制、對熱差式質(zhì)量流量計(jì)的控制、流量積算、計(jì)算機(jī)組態(tài)管理。
二、儀表控制
1. 閥門開度控制
與電動蝶閥的定位器連接對閥門進(jìn)行控制，可實(shí)現(xiàn)閥位的任意角度調(diào)節(jié)。如圖1所示。
在閥門投入使用前，用標(biāo)準(zhǔn)信號校驗(yàn)儀對閥門定位器的4～20mA電流信號進(jìn)行統(tǒng)調(diào)，按照表1設(shè)置參數(shù)，可達(dá)到使用要求。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2。
2. 溫度控制
與鉑電阻溫度變送器、固態(tài)繼電器（SSR）組成加熱爐的溫度控制。如圖2所示。
用鉑電阻溫度變送器作輸入，輸出信號給固態(tài)繼電器，驅(qū)動加熱電爐。加熱電爐保溫差、散熱較快，當(dāng)環(huán)境溫度變化較大時，影響控制精度；因?yàn)殡姞t功率有限，滯后時間較長，使整定時間長、效果差。根據(jù)環(huán)境溫度，適當(dāng)調(diào)整參數(shù)OPL、OPH值。進(jìn)行手動自整定，自整定結(jié)束后，適當(dāng)減小M5，增大t，這樣可以得到較為滿意的效果。參數(shù)設(shè)置見表3，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表4。
3. 濕度控制
與溫濕度傳感器、電熱式加濕器作相對濕度的控制。如圖3所示。
溫濕度傳感器能輸出溫度、相對濕度兩個信號，正常使用AI儀表無法適應(yīng)雙輸入通道的要求，所以在AI儀表輸入端采用1～5V和0.2～1V兩路輸入，通過切換Sn參數(shù)，達(dá)到了顯示溫度、相對濕度和控制相對濕度的目的。由于電熱加濕器動態(tài)特性差的原因，根據(jù)加濕量的要求，適當(dāng)調(diào)整OPH參數(shù)，配合使用手動自整定方法，達(dá)到了控制要求。參數(shù)設(shè)置見表5，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表6。
4. 風(fēng)量控制
與一體化智能孔板流量計(jì)、變頻器、風(fēng)機(jī)作風(fēng)量控制。如圖4所示。
使用的一體化智能孔板流量計(jì)能對孔板的工作狀態(tài)進(jìn)行運(yùn)算，使其測量的不確定度小于±1.5%F.S。
選用風(fēng)機(jī)時，考慮到流量范圍的覆蓋情況，使其能在調(diào)節(jié)頻率的狀態(tài)下，滿足風(fēng)量的要求。
以“三墾力達(dá)”變頻器為例，調(diào)整變頻器參數(shù)，使其在6～65Hz范圍內(nèi)，適應(yīng)AI儀表輸入的要求，滿足風(fēng)機(jī)電機(jī)特性的需求。
AI儀表在上述閉環(huán)控制中，用手動自整定可的滿意結(jié)果。參數(shù)設(shè)置見表7，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表8。
5. AI-301ME5用于開關(guān)控制
與兩位按鈕開關(guān)、接觸器組成門電路，實(shí)現(xiàn)了在實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場和計(jì)算機(jī)上均可啟停設(shè)備的功能。如圖5所示。
AI-301ME5型開關(guān)量模塊沿用了AI儀表的模塊化設(shè)計(jì)，每臺可安裝6個模塊，用戶可選擇不同的模塊來完成開關(guān)量的輸入、輸出功能。6個模塊插座中COMM口為通訊專用插座，如果要通過上位機(jī)對設(shè)備進(jìn)行啟停控制，則必須安裝通訊模塊，其余5個插座每個插座均可安裝2路開關(guān)量輸入模塊或1～2路開關(guān)量輸出模塊。
在試驗(yàn)系統(tǒng)中，我們均選用了S通訊模塊和5個開關(guān)量輸出模塊，與現(xiàn)場操作的帶燈按鈕構(gòu)成門電路，以完成對100多臺儀表和實(shí)驗(yàn)設(shè)備的啟停。
6. 對熱差式質(zhì)量流量計(jì)的控制
與質(zhì)量流量控制器和流量顯示儀組成質(zhì)量流量控制系統(tǒng)。如圖6所示。
通過對熱差式質(zhì)量流量計(jì)的電流信號輸出、輸入控制，實(shí)現(xiàn)對流量的較高精確控制。參數(shù)設(shè)置見表9，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表10。
（注：該質(zhì)量流量計(jì)的測量誤差為±1%F.S。）
7. 流量積算儀的使用
與自制的孔板流量計(jì)、差壓變送器組成了流量測量系統(tǒng)，可測的瞬時流量和累積流量，如圖7所示。
特制孔板流量計(jì)的壓力值經(jīng)差壓變送器變換為4～20mA的電流信號，用于流量測量精度要求不太高的場合。參數(shù)設(shè)置見表11，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表12。
（注：“標(biāo)稱流量”為制造該孔板流量計(jì)時的主要參數(shù)。）
三、計(jì)算機(jī)組態(tài)與管理
1．組態(tài)軟件概述
組態(tài)軟件是一種基于計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的軟件平臺，經(jīng)過了嚴(yán)格的測試，可靠性高，更換驅(qū)動程序和板卡，可以和不同廠家的儀表和PLC組成DCS系統(tǒng)。選用組態(tài)軟件時首要問題是軟硬件的匹配，其次是確保所選軟件能完成自己所需要的功能。在我們的系統(tǒng)中選用的是AI系列儀表，故采用與之匹配的宇電專用版組態(tài)王軟件來開發(fā)集控工作站的圖形界面和數(shù)據(jù)庫。
組態(tài)王（宇電專用版）軟件使用的RS-485接口通訊協(xié)議是宇電自主開發(fā)的AI-BUS協(xié)議，數(shù)據(jù)格式為一個起始位，八位數(shù)據(jù)，無校驗(yàn)位，一個或兩個停止位。通訊傳輸數(shù)據(jù)的波特率可調(diào)為1200～19200 bit/S（波特率為19200時需配高速光耦的通訊模塊）。
2．AI-301ME5型開關(guān)量模塊的使用
開關(guān)量模塊上的D0～D9狀態(tài)對應(yīng)10H參數(shù)的低10位，當(dāng)對某一位置“1”時該觸點(diǎn)閉合，置“0”時斷開，上位機(jī)對開關(guān)量模塊“寫” 狀態(tài)時使用BitSet(Var , bitNo, OnOff )函數(shù)，“讀”狀態(tài)時使用Bit(Var , bitNo)函數(shù)。
3．組態(tài)與管理
根據(jù)要求，組態(tài)結(jié)果能對現(xiàn)場的溫度、濕度、流量、風(fēng)量進(jìn)行監(jiān)測和控制，并對工藝數(shù)據(jù)進(jìn)行儲存和曲線記錄以及報(bào)表打印，并能通過上位機(jī)對儀表和設(shè)備啟停。根據(jù)以上要求，我們在AI系列儀表上安裝上S4通訊模塊，設(shè)置不同的儀表ID地址，并把波特率設(shè)置為9600bit/S，在上位機(jī)的軟件開發(fā)平臺上，新建多個設(shè)備名稱，每個設(shè)備的波特率和數(shù)據(jù)格式都要確認(rèn)滿足AI-BUS通訊的要求，并且每一個設(shè)備的地址要和下位機(jī)儀表的地址相對應(yīng)。計(jì)算機(jī)組態(tài)管理如圖8所示。
近三年來，我們在六套產(chǎn)品檢測裝置的建立中先后使用了廈門宇電的產(chǎn)品，其中： AI-808系列儀表約一百二十塊，宇電專用版組態(tài)王三套。主要使用于閥門開度控制、溫度控制、濕度控制、風(fēng)量控制、開關(guān)控制、對熱差式質(zhì)量流量計(jì)的控制、流量積算、計(jì)算機(jī)組態(tài)管理。
二、儀表控制
1. 閥門開度控制
與電動蝶閥的定位器連接對閥門進(jìn)行控制，可實(shí)現(xiàn)閥位的任意角度調(diào)節(jié)。如圖1所示。
在閥門投入使用前，用標(biāo)準(zhǔn)信號校驗(yàn)儀對閥門定位器的4～20mA電流信號進(jìn)行統(tǒng)調(diào)，按照表1設(shè)置參數(shù)，可達(dá)到使用要求。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2。
2. 溫度控制
與鉑電阻溫度變送器、固態(tài)繼電器（SSR）組成加熱爐的溫度控制。如圖2所示。
用鉑電阻溫度變送器作輸入，輸出信號給固態(tài)繼電器，驅(qū)動加熱電爐。加熱電爐保溫差、散熱較快，當(dāng)環(huán)境溫度變化較大時，影響控制精度；因?yàn)殡姞t功率有限，滯后時間較長，使整定時間長、效果差。根據(jù)環(huán)境溫度，適當(dāng)調(diào)整參數(shù)OPL、OPH值。進(jìn)行手動自整定，自整定結(jié)束后，適當(dāng)減小M5，增大t，這樣可以得到較為滿意的效果。參數(shù)設(shè)置見表3，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表4。
3. 濕度控制
與溫濕度傳感器、電熱式加濕器作相對濕度的控制。如圖3所示。
溫濕度傳感器能輸出溫度、相對濕度兩個信號，正常使用AI儀表無法適應(yīng)雙輸入通道的要求，所以在AI儀表輸入端采用1～5V和0.2～1V兩路輸入，通過切換Sn參數(shù)，達(dá)到了顯示溫度、相對濕度和控制相對濕度的目的。由于電熱加濕器動態(tài)特性差的原因，根據(jù)加濕量的要求，適當(dāng)調(diào)整OPH參數(shù)，配合使用手動自整定方法，達(dá)到了控制要求。參數(shù)設(shè)置見表5，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表6。
4. 風(fēng)量控制
與一體化智能孔板流量計(jì)、變頻器、風(fēng)機(jī)作風(fēng)量控制。如圖4所示。
使用的一體化智能孔板流量計(jì)能對孔板的工作狀態(tài)進(jìn)行運(yùn)算，使其測量的不確定度小于±1.5%F.S。
選用風(fēng)機(jī)時，考慮到流量范圍的覆蓋情況，使其能在調(diào)節(jié)頻率的狀態(tài)下，滿足風(fēng)量的要求。
以“三墾力達(dá)”變頻器為例，調(diào)整變頻器參數(shù)，使其在6～65Hz范圍內(nèi)，適應(yīng)AI儀表輸入的要求，滿足風(fēng)機(jī)電機(jī)特性的需求。
AI儀表在上述閉環(huán)控制中，用手動自整定可的滿意結(jié)果。參數(shù)設(shè)置見表7，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表8。
5. AI-301ME5用于開關(guān)控制
與兩位按鈕開關(guān)、接觸器組成門電路，實(shí)現(xiàn)了在實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場和計(jì)算機(jī)上均可啟停設(shè)備的功能。如圖5所示。
AI-301ME5型開關(guān)量模塊沿用了AI儀表的模塊化設(shè)計(jì)，每臺可安裝6個模塊，用戶可選擇不同的模塊來完成開關(guān)量的輸入、輸出功能。6個模塊插座中COMM口為通訊專用插座，如果要通過上位機(jī)對設(shè)備進(jìn)行啟停控制，則必須安裝通訊模塊，其余5個插座每個插座均可安裝2路開關(guān)量輸入模塊或1～2路開關(guān)量輸出模塊。
在試驗(yàn)系統(tǒng)中，我們均選用了S通訊模塊和5個開關(guān)量輸出模塊，與現(xiàn)場操作的帶燈按鈕構(gòu)成門電路，以完成對100多臺儀表和實(shí)驗(yàn)設(shè)備的啟停。
6. 對熱差式質(zhì)量流量計(jì)的控制
與質(zhì)量流量控制器和流量顯示儀組成質(zhì)量流量控制系統(tǒng)。如圖6所示。
通過對熱差式質(zhì)量流量計(jì)的電流信號輸出、輸入控制，實(shí)現(xiàn)對流量的較高精確控制。參數(shù)設(shè)置見表9，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表10。
（注：該質(zhì)量流量計(jì)的測量誤差為±1%F.S。）
7. 流量積算儀的使用
與自制的孔板流量計(jì)、差壓變送器組成了流量測量系統(tǒng)，可測的瞬時流量和累積流量，如圖7所示。
特制孔板流量計(jì)的壓力值經(jīng)差壓變送器變換為4～20mA的電流信號，用于流量測量精度要求不太高的場合。參數(shù)設(shè)置見表11，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表12。
（注：“標(biāo)稱流量”為制造該孔板流量計(jì)時的主要參數(shù)。）
三、計(jì)算機(jī)組態(tài)與管理
1．組態(tài)軟件概述
組態(tài)軟件是一種基于計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的軟件平臺，經(jīng)過了嚴(yán)格的測試，可靠性高，更換驅(qū)動程序和板卡，可以和不同廠家的儀表和PLC組成DCS系統(tǒng)。選用組態(tài)軟件時首要問題是軟硬件的匹配，其次是確保所選軟件能完成自己所需要的功能。在我們的系統(tǒng)中選用的是AI系列儀表，故采用與之匹配的宇電專用版組態(tài)王軟件來開發(fā)集控工作站的圖形界面和數(shù)據(jù)庫。
組態(tài)王（宇電專用版）軟件使用的RS-485接口通訊協(xié)議是宇電自主開發(fā)的AI-BUS協(xié)議，數(shù)據(jù)格式為一個起始位，八位數(shù)據(jù)，無校驗(yàn)位，一個或兩個停止位。通訊傳輸數(shù)據(jù)的波特率可調(diào)為1200～19200 bit/S（波特率為19200時需配高速光耦的通訊模塊）。
2．AI-301ME5型開關(guān)量模塊的使用
開關(guān)量模塊上的D0～D9狀態(tài)對應(yīng)10H參數(shù)的低10位，當(dāng)對某一位置“1”時該觸點(diǎn)閉合，置“0”時斷開，上位機(jī)對開關(guān)量模塊“寫” 狀態(tài)時使用BitSet(Var , bitNo, OnOff )函數(shù)，“讀”狀態(tài)時使用Bit(Var , bitNo)函數(shù)。
3．組態(tài)與管理
根據(jù)要求，組態(tài)結(jié)果能對現(xiàn)場的溫度、濕度、流量、風(fēng)量進(jìn)行監(jiān)測和控制，并對工藝數(shù)據(jù)進(jìn)行儲存和曲線記錄以及報(bào)表打印，并能通過上位機(jī)對儀表和設(shè)備啟停。根據(jù)以上要求，我們在AI系列儀表上安裝上S4通訊模塊，設(shè)置不同的儀表ID地址，并把波特率設(shè)置為9600bit/S，在上位機(jī)的軟件開發(fā)平臺上，新建多個設(shè)備名稱，每個設(shè)備的波特率和數(shù)據(jù)格式都要確認(rèn)滿足AI-BUS通訊的要求，并且每一個設(shè)備的地址要和下位機(jī)儀表的地址相對應(yīng)。計(jì)算機(jī)組態(tài)管理如圖8所示。
在數(shù)據(jù)詞典里建立變量表，變量可分為內(nèi)部變量和外部變量，根據(jù)要求我們建立了多個測量值變量（PV）、設(shè)定值變量（SV）、輸出值變量（MV）以及相應(yīng)的手自動轉(zhuǎn)換變量（CTRL）與PID參數(shù)變量（M5、P、T）、開關(guān)量模塊的整型變量。以上變量均為外部變量，另外為了完成動畫和其他設(shè)計(jì)的要求，例如“報(bào)表”等等，還需要建立一些內(nèi)部變量作為中間變量使用。
歷史數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)，為了能夠完成對歷史數(shù)據(jù)的記錄和打印要求需要建立歷史數(shù)據(jù)庫，在一般系統(tǒng)中，組態(tài)王自帶的歷史數(shù)據(jù)庫就能滿足要求，我們的系統(tǒng)中就是利用了組態(tài)王自帶的數(shù)據(jù)庫。實(shí)際運(yùn)行效果良好，如果對記錄還有更高要求，那可以通過使用DDE數(shù)據(jù)交換功能，也使用SQLSERVER來做數(shù)據(jù)庫。
圖形界面是工業(yè)控制軟件中的重要內(nèi)容，通常包括總貌顯示，工藝流程圖畫面顯示，分組畫面顯示，實(shí)時/歷史趨勢圖顯示，過程控制實(shí)時數(shù)據(jù)顯示/歷史數(shù)據(jù)顯示以及報(bào)警等。組態(tài)王具備上述的所有功能，一般情況下用戶可以使用組態(tài)王提供的圖形庫和自定義圖形來組態(tài)工藝流程圖等畫面，同時<
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