毕业设计（论文）-DCS温控系统开发.doc

姓 名 专 业 班 级 电气自动化2班 论 文 名 称 DCS温控系统开发 指 导 教 师 深圳职业技术学院毕业设计/论文用纸毕业设计（论文）任务书专业（班）： 姓名： 课题名称、主要内容和基本要求课题名称：主要内容：基本要求：进度安排周次工作内容执行情况指导教师评语 指导教师签名： 评阅教师评语 评阅教师签名： 毕业设计（论文）成绩答辩委员会主任签名： 答 辩 提 纲姓名 班级 指导教师 一、题目 二、内容提要（二百字至三百字。阐明论文（设计）的主要论点和基本内容；或某个实际问题的现象、主要产生原因分析、解决方案、结论；或某项设计的要求、采用方案比较；论文（设计）的特色与创新之处等。） 答辩成绩：内 容 摘 要本课题以温控箱控制系统为对象，运用ABB公司的Freelance V9.2 package软件对其进行软件编程设计、界面组态。本文介绍了集散控制系统的基本结构，AC 700F控制器的结构和硬件配置，温度控制的特点和本温控箱的特点和不足，并决定通过PID占空比调节的方法去实现控制。由于温度是一个不可见的量，所以我们采用电脑作为显示仪器，将时间温度值通过DCS组态，实时电脑监控，从而可以从电脑上看到实际温度值，一目了然。关键字：DCS控制、AC700F、温度控制系统，PID模拟控制、组态目 录第一章综 述- 1 -1-1DCS技术特点- 1 -1-2DCS发展历史与趋势- 2 -第二章ABB DCS系统- 4 -2-1DCS的基本结构- 4 -2-2Freelance控制系统介绍- 5 -第三章温度控制系统- 7 -3-1系统设计背景- 7 -3-2系统设计要求- 7 -3-3系统组成- 8 -3-4系统功能实现- 8 -3-4-1温控箱组成及参数- 8 -3-4-2系统控制策略- 8 -3-4-3系统控制原理- 9 -3-4-4PID控制技术- 10 -3-4-5模拟量单闭环控制系统- 11 -3-4-6控制流程图- 12 -第四章系统硬件设计- 13 -4-1硬件结构设计- 13 -4-2Freelance AC 700F 模块介绍- 13 -4-2-1终端端口TB711F- 13 -4-2-2CPU模件PM783F- 14 -4-2-3数字量I/O模块DC732F- 14 -4-2-4模拟量输入输出端口AX722F- 15 -4-3系统I/O分配及硬件接线图- 16 -4-4设备选型- 17 -4-5仪表回路图- 18 -4-6系统接地设计- 18 -第五章系统软件设计- 19 -5-1创建DCS项目树- 19 -5-1-1组建项目树- 19 -5-2操作员级界面设计- 21 -5-2-1图形显示界面- 21 -5-2-2总貌显示- 21 -5-2-3组显示- 22 -5-2-4报表记录- 23 -5-2-5操作面板- 24 -5-2-6信息列表- 25 -5-3过程站程序设计- 25 -5-3-1创建一个过程站- 25 -5-3-2编写温控箱程序- 26 -5-4系统硬件组态- 29 -5-4-1硬件结构配置- 30 -5-5复杂系统设计- 35 -第六章系统调试- 38 -6-1硬件调试- 38 -6-2软件调试- 38 -6-3程序调试- 44 -6-3-1PID的参数整定- 44 -6-3-2控制范围调试- 44 -致谢- 45 -参考文献- 46 -附件- 47 -第一章 综 述DCS 是 Distribute Control System 的缩写,直接翻译为集散控制系统，顾名思义这个系统的特点是将控制根据工艺流程特点合理进行分布控制，但需要在工厂建立中心操作室对整个工业流程的生产进行集中监控操作及管理 。DCS的骨架系统网络，它是DCS的基础和核心。由于网络对于DCS整个系统的实时性、可靠性和扩充性，起着决定性的作用，因此各厂家都在这方面进行了精心的设计。对于DCS的系统网络来说，它必须满足实时性的要求，即在确定的时间限度内完成信息的传送。1-1 DCS技术特点 控制功能强：其CPU具有强大的处理能力可以运行复杂的PID 和标准的模糊控 制，可以执行大容量的控制程序如SFC (顺序控制控制)； 操作简便：DCS 提供面向系统全局范围的操作员站，实现对系统从流程图监控，控制面板操作，及报警事件管理，到维护和事故分析追忆的一系列功能，目标是实现工程运行操作的简便。 可靠性高：DCS可以提供不同的冗余机制从控制器，通信设备到I/O，保障系统任何单一故障点都不会影响系统运行，同时提供设备在线维护功能，实现快速系统恢复，保障DCS故障对生产的影响降。 开放性：DCS采用开放式、标准化、模块化和系列化设计，系统中各台计算机采用局域网方式通信，实现信息传输，当需要改变或扩充系统功能时，可将新增计算机方便地连入系统通信网络或从网络中卸下，几乎不影响系统其他计算机的工作。 灵活性：通过组态软件根据不同的流程应用对象进行软硬件组态，即确定测量与控制信号及相互间连接关系、从控制算法库选择适用的控制规律以及从图形库调用基本图形组成所需的各种监控和报警画面，从而方便地构成所需的控制系统。DCS主要技术： 计算机技术(Computer)：使用成熟的及能高效运行的CPU，具有纠错能力的内存，通用的操作系统。 控制技术(Control)： 应用成熟的控制理论，如PID，和传统仪表控制技术，同时制订业内控制系统标准提高系统的开放及兼容性，降低用户使用成本，如IEC61131-3工程师编程语言的推广及应用降低用户学习成本；( IEC 61131是国际电工委员会(IEC) 制定的可编程逻辑控制器标准。) 通信技术(Communication)：将可靠实用的通信技术转化为一系列工业级通信标准并推广及指导应用实施来提高DCS的接口能力和开放性，如ProfiBus，Foundation Fieldbus，甚至Ethernet 技术在DCS 中的应用。 CRT或LCD 显示技术：应用最先进的视频显示技术，为操作人员提供最佳的数据显示及图形化操作环境。、1-2 DCS发展历史与趋势PCS：( Pneumatic Control System )气动控制系统：这是第一代过程控制系统,基于3-15 psi的气动信号标准的基地式气动控制仪表系统；ACS：( Analogous Control System )模拟控制系统：这是第二代基于模拟信号( 电流) 标准0-10mA 或4-20 mA的电动单元组合式模拟仪表控制系统；DCS：以微处理器技术为核心，出现于1975年左右，在总结了集中型计算机控制技术失败的教训基础之上，面向控制功能分散、操作管理集中的控制系统；新一代DCS：在传统DCS基础上实施一系列改造，最大化应用最新的计算机技术和控制技术，增强了DCS 的信息集成技术、先进控制技术和生产管理功能。通信技术：更多推广应用基于设备级的标准现场总线技术，实现对现场仪表及设备智能化，从而可以最大化将基础控制下方到现场，同时实现远程设备维护和计算机化设备维护管理，提升工厂设备维护管理效率和人员最大安全性。控制技术：大量应用基于人工智能技术的专家系统或先进控制技术，提高DCS 控制质量和精度。信息化技术：使企业ERP(Enterprise Resource Planning企业资源计划的简称 )及MIS(管 理信息系统)与DCS 紧密结合，在DCS 上开发一系列管理信息系统的接口软件或平台，实现DCS与管理系统的双向信息交互，即DCS将过程数据实时传递到管理系统的同时管理系统可以开放一些基础表单或界面到DCS，使这些基础数据可以在DCS侧由相关的操作人员直接输入或自动采集从而使管理系统的数据更加真实和高效。- 48 -第二章 ABB DCS系统2-1 DCS的基本结构Freelance操作员级Freelance控制系统操作员站DigiVis使用PC硬件，运行在Microsoft Windows操作系统下,支持双屏显示操作技术。操作员级可以安装一个工程师站和几个操作员站。Control Builder F工程师站对系统进行组态和调试。操作员级PC机也可以当作工程师站。工程师站在系统正常运行期间可以关闭无需永久与系统连接。Freelance过程控制级Freelance控制系统的过程控制级由多个连接I/O单元的过程控制站组成。可以选择为冗余模式（CPU冗余、现场总线模块冗余）或非冗余模式。模块化的可插拔式输入/输出模块依照系统过程信号的类型和数量进行自由选择使用。AC800F控制器或AC700F控制器可以通过现场总线来连接远程I/O（例如S800 I/O、S900 I/O或S700 I/O）或者现场设备。现场设备层 ： 控制I/O 设备；控制仪表；基于ProfiBus 总线的智能仪表；基于Profibus 总线的电气设备， 如变频器，MCC等；基于 FF总线的智能仪表；现场操做面板；系统通讯操作员级和过程控制级之间通信使用TCP/IP协议系统总线（基于工业以太网），最多可以集成100台操作员站和100台过程控制站。可以选择不同的传输介质例如AUI、双绞线、光纤或同轴电缆。DCS体系结构2-2 Freelance控制系统介绍Freelance控制系统是ABB公司的一款全能综合型开放过程控制系统，该系统融传统的DCS和PLC优点于一体，并支持多种国际现场总线标准。它既具备了DCS的复杂模拟回路调节能力、友好的操作员站界面以及简单方便的工程组态软件包，同时又具有与高档PLC指标相当的高速逻辑和顺序控制性能。Freelance不仅为用户提供了DCS系统的全面功能，还为用户提供了与PLC相当的具有竞争力的价格，它集成的环境让用户可以方便地进行工程、调试、维护和现场总线管理，直观的操作员界面使得整个系统的操作和诊断更加简单。Freelance过程控制系统提供了一个统一的工程组态软件工具Control Builder F，不仅可以编程组态和调试所有自动化功能，还可以组态操作员界面显示和记录，以及进行现场总线管理。Control Builder F工程软件支持符合IEC 61131-3标准的所有五种编程语言。用户可以在自己熟悉的语言环境中轻松地进行编程设计。通过交叉参考功能使得统一的数据始终贯穿于整个系统之中。Control Builder F可以帮助您快速、方便地对整个系统进行配置，包括： 对现场设备和I/O进行组态和参数化设置；设置总线拓扑结构和参数，例如传输速率和地址。Freelance700F的亮点：（1）使用与AC800F控制器一样的软件编程组态平台，使用简单，功能强大。（2）完全集成于Freelance控制系统家族，无缝集成！（3）基于ABB AC500 PLC控制器硬件平台，经过三年现场应用考核的硬件平台。（4）I/O，模块可以底座分离，维护简单。（5）每个AC700F控制器最多可以扩展8个I/O模块作为本地I/O,安装简单。（6）支持AI(MV,C,RTD),AIO(mA/V,RTD),DIO(24V DC),组太简单。（7）基于ABB S500 I/O模件，经过现场应用验证的硬件平台。第三章 温度控制系统3-1 系统设计背景温度是生活及生产中最基本的物理量，它表征的是物体的冷热程度。自然界中任何物理、化学过程都紧密的与温度相联系。在很多生产过程中，温度的测量和控制都直接和安全生产、提高生产效率、保证产品质量、节约能源等重大技术指标相联系。在现代冶金、石油、化工及电力生产过程中，温度是极为重要而又普遍的热工参数之一，在环境恶劣或温度较高等场合，为了保证生产过程正常安全地进行，提高产品的质量和数量，以及减轻工人的劳动强度、节约能源，要求对加热炉炉温进行测、显示、控制，使之达到工艺标准。如何更快、更准确的控制所需的温度是温度控制技术的关键。本设计是利用Freelance AC700F控制器来控制温控箱。首先研究了温度的PID控制，提出了PID占空比调节的控制思想，结合计算机显示技术，完成对温度控制的实时监控。3-2 系统设计要求系统的基本要求：在恒温箱内装有一个加热元件和一个制冷风扇，电加热元件和风扇的工作状态只有OFF和ON,现要控制箱内温度恒定，其能在20100C范围为可调。 主要性能指标 a.温度设定范围：温度设定为20100最小区分度为1； b.控制精度：温度控制的静态误差名1； c.用电脑作为显示界面显示温度； 扩展功能 a.具有报警功能，当温度达到上限或者下限时系统制动报警；b.能自动显示温度随时间变化的曲线。 3-3 系统组成本系统是一个典型的检测、控制及反馈的闭环控制系统，它要求系统完成从温度检测、信号处理、输入、运算到输出控制、反馈调节，最终找到一个理想的控制点来达到对加热片和制冷风扇的控制，实现温度控制的全过程。因此，以FreelanceAC700F控制器为核心组成一个专用计算机应用系统，以满足检测、控制应用类型的功能要求。另外，DCS控制器的使用特为实现温度的智能化控制以及提供完善的人机界面及多机通讯接口提供了可能 ，而这些功能在常规数字逻辑电路中往往是难以或无法实现的。根据设计任务基本要求，本系统应具有以下基本功能： 可以进行温度设定，并自动调节温度给定的温度值。 可以调整PID控制参数，满足不同控制对象与控制品质要求。 可以实时显示给定温度与温度实测值。 可以显示温度的变化趋势3-4 系统功能实现3-4-1 温控箱组成及参数温度传感器选择PT100的热电阻，带变送器。测量温度为0150C，输出信号为420mA,串接电阻把电流信号转换成010V电压信号，送入AC700F AX722模块的模拟量输入通讯，加热片和风扇工作的电压都为DC24V。3-4-2 系统控制策略对温控箱进行恒温控制，要对温度值进行PID调节。PID运算的结果去控制接通电加热器或制冷风扇。由于电加热器或制冷风扇只能为ON或OFF，不能接受模拟量调节，故采用“占空比”的调节方法。 温度传感器检测到的温度值送入到DCS模块后，若经PID指令运算得到一个01的实数，把该实数按比例换算成一个1100的整数，把该整数作为一个范围为010S的时间T。设计一个周期为10S的脉冲，脉冲宽度为t，把该脉冲加给电加热器或风扇，即可控制温度。3-4-3 系统控制原理系统组成如下图，由Freelance AC 700F控制器、继电器、加热片、制冷风扇、温度变送器等组成的一个闭环反馈系统。Freelance 700F具有数字量输入/输出,模拟量输入/输出模块功能，PID控制和PWM输出等功能。继电器作为加热控制元件。选用PT100温度传感器，量程为0150度，经过温度变送器转换为420mA的电流信号，输入到AC700F的模拟量输入/输出模块，经CPU采样后与温度设定值比较，得到温差信号，经PID运算得到控制量，经控制量转化成脉冲占空比，然后AC 700F输出改占空比的PWM脉冲控制与之相连的继电器通断，控制加热片加热与制冷风扇冷却的通断时间比例，实现温度控制，从而达到温控箱内温度平衡。3-4-4 PID控制技术在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象，或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。PID控制，实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。 PID控制器控制原理图模拟量PID控制器的输出表达式为：需要较好的动态品质和较高的稳态精度时，可以选用PI;控制对象的惯性滞后较大时，应选择PID控制方式。为系统偏差， ；为比例系数；为积分时间常数；为微分时间常数；PID控制器在各校正环节的作用如下：比例环节:成比例地反映控制系统的偏差信号，偏差一旦产生，控制器立即产生控制作用，以减少偏差。积分环节：主要用于消除静差，提高系统的无差度，积分作用的强弱取决于积分时间常数，越大，积分作用越弱，反之则越强。微分环节：反映偏差信号的变化趋势（变化速率），并能在偏差信号变得太大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减少调节时间。3-4-5 模拟量单闭环控制系统该控制系统是一个典型的闭环控制系统，被控制对象是一个连续变化的模拟量。由于来自外界的各种扰动不断产生，要想达到现场控制对象值保持恒定的目的，控制作用就必须不断的进行。若扰动出现使得现场控制对象值(以下简称被控参数)发生变化，现场检测元件就会将这种变化记录并传送给PID控制器，改变过程变量值PV，经变送器送至PID 控制器的输入端，并与其给定值SP进行比较得到偏差值CE，调节器按此偏差并以我们预先定的整定参数控制规律发出控制信号，去改变调节器的开度，使调节器的开度增加或减少，从而使现场控制对象值发生改变，并趋向于给定值(SP值)，以达到控制目的。3-4-6 控制流程图第四章 系统硬件设计4-1 硬件结构设计硬件结构设计包括每个机柜内控制器、I/O模件、网络和通信设备配置和相互连接，是控制系统机柜设计的基础。下面是根据高塔水池对象模型的I/O点数量所配置出的硬件设备清单和DCS I/O表，绘制出水箱控制系统的硬件结构图，包括CPU模件，I/O模件，系统通信接口等，可以用AutoCAD或PowerPoint进行设计。编号说明OS03操作员站PS03AC700F控制器，PM783FP3M1数字量输入/输出模件DC732FP3M2模拟量输入/输出模件AX722F4-2 Freelance AC 700F 模块介绍4-2-1 终端端口TB711F模件连接器：一个插入CPU模件PM783F的连接器，用一个50针的连接器和2个38针连接器和CPU模件建立电路连接。 I/O-总线：总的连接器线I/O接口，10针（孔式）连接到I/O终端单元TU 715F。电源：电源线，5针的具有弹性连接的抽取式终端单元。串口（COM1）：用于Modbus通讯的串行接口。9针的具有弹性连接的抽取式终端单元。诊断口（COM2）:用于诊断的串行接口，9针孔式连接头。以太网接口：以太网接口RJ45。4-2-2 CPU模件PM783FCPU模件PM 783F是AC700F过程站的中央单元，其工作电压是直流24V。特点：(1) 程序内存：2MB (2) 以太网接口：RJ45（非冗余）(3) 其他接口- 用于Modbus通信的串行接口（COM1）(4) 用于故障诊断的串行接口（COM2）- I/O总线(5) 最多集成8个本地I/O模块：DC732：16DI（24VDC）+16DI/DO（24VDC）AI723：16AI（mA，V，RTD）AX722：8AI（mA，V，RTD）+8AO（4 current）；4-2-3 数字量I/O模块DC732F数字量I/O模块DC732F作为AC700F CPU的一个本地扩展模块。这个模块有32个通道，具有以下特点：16个数字量输入，24V DC，两组（1.02.7）以及16个数字量输入/输出（可组态），两组（3.04.7）每个都可用于：(1)- 可作为输入(2)- 可作为晶体管输出，具有短路保护和过载保护，0.5A额定电流，或 可以任意组合输入/输出接线端子：端子信号含义1.8至4.8电源正极过程电压UP=+24VDC1.9至4.9电源负极过程电压ZP=0V1.0至1.7I0至I78个数字量输入2.0至2.7I8至I158个数字量输入3.0至3.7C16至C238个数字量输入/输出4.0至4.7C24至C318个数字量输入/输出4-2-4 模拟量输入输出端口AX722F8个可组态的模拟量输入，一组（1.02.7）8个可组态的模拟量输出，一组（3.04.7）模拟量通道分辨率：电源供电：内部：通过扩展总线接口（I/O Bus）外部：通过端子，24V DC；每个I/O通道的显示具有亮度渐变功能；前8个通道可组态为DI数字量输入。接线端子端子信号含义1.8至4.8电源正极过程电压UP=+24VDC1.9至4.9电源负极过程电压ZP=0V1.0至1.7I0-至I7-前8个模拟量输入负极2.0至2.7I0 +至I7+前8个模拟量输入正极3.0至3.7O0-至O7-前8个模拟量输出负极4.0至4.7O0 +至O7+前8个模拟量输出正极4-3 系统I/O分配及硬件接线图变量说明类型模件通道LT301温控箱温度值AIAX722FIOLIC301_OUTPID输出AOAX722FO0IDF_STAT启动按钮DIDC732I0JR_STAR加热启动指令DODC732C16FS_STAR风扇启动指令DODC732C21IDF_STOP停止按钮DIDC732I1IDF_LOC切换按钮DIDC732I2硬件接线图4-4 设备选型(1）过程站和I/O模块选型：过程站选用Freelance AC700F控制器PM783F。模拟量输入/输出模件选择AX722F，数字量输出/输出模件选择DC732F。(2）工程师/操作员站选型：采用实训室现有标准PC，工程师站兼操作员站。(3）系统网络选型：控制网络采用实训室现TCP/IP以太网交换机，连接工程师/操作员站和过程站控制器。(4）温控箱选择：温度传感器选择SWPZ系列PT100的热电阻，带变送器。测量温度为1150C，输出信号为424mA,串接电阻把电流信号转换成010V电压信号，送入AC700F AX722模块的模拟量输入通讯，加热片和风扇工作的电压都为DC24V。4-5 仪表回路图4-6 系统接地设计 DCS系统工程中使用大量的电子仪表和计算机系统，所以，系统接地已经成为DCS系统工程设计的一个重要组成部分，如果系统接地设计不合理，可能会带来或造成较大的测量控制误差，以至于系统无法正常投运，严重情况下，还可能损害仪表和DCS系统硬件甚至重大人身和设备安全事故。第五章 系统软件设计5-1 创建DCS项目树启动Freelance工程工具软件 开始程序ABB Industrial IT Freelance V9.2 Control Builder F5-1-1 组建项目树通常DCS工具软件都提供一个集成工程界面来完成DCS 系统结构中所有部件的组态编程工作 ，所有编程数据都要在一个统一平台下管理及应用 ，Freelance DCS系统使用目录树的形式进行规划及管理。所以构造项目编程环境的主要任务是创建项目树。这项任务主要包括：（1）按照系统设计的规范创建项目树及对象；（2）正确设置各对象的参数，使其能够支持随后的编程需要；其中对象我们也可以把它称为资源，包括：过程站；操作员站；数据通信网关站；5-2 操作员级界面设计操作员级主要包括：流程图显示、趋势显示、记录和报表、总貌显示、组显示、WEB显示、控制属性组态等。5-2-1 图形显示界面当前过程数据或过程状态可以动态的显示在合适的位置，例如棒图、动态填充和趋势窗口。5-2-2 总貌显示过程信息展示在一个总貌图显示画面中，便于选择组、图形、SFC、Web、时间调度。记录也可以直接从总貌图显示中调出。总貌图中的组显示符号也可以动态显示更新的过程值，允许通过适当的符号和颜色来快速检测波动状态。5-2-3 组显示组显示是几个面板的组合，包含了所涉及过程点的详细信息。所有功能，包括控制器、时间和监控功能以及开环控制功能，都可以被显示和操作。为了提供一个快速的信息资源，模拟量值也可以显示成为带有颜色的棒图。为了更精确的阅读，模拟量值还可以显示为数字变量。各自变量的状态波动显示可以通过颜色和闪烁的变化被快速检测出来，并且可以直接在面板或信息列表中确认。该组态限制附加显示作为符号。5-2-4 报表记录记录用来记录事件、状态和过程顺序。记录文件可以存储在硬盘上，通过显示器显示并输出到打印机或数据媒介如CD、DVD或闪存用于深入分析。另外，存档文件可以自动通过FTP传送到以太网上的任意点。DigiBrowse软件可以用来显示数据并把数据转化为ASCII（CSV文件），如可以使用Excel进行深入分析 。5-2-5 操作面板内置数值编辑直接操作自动排列不会迷失销钉固定不会被替换，最多4个用于所有标准功能块最多可同时打开5个操作面板5-2-6 信息列表在标准系统显示中可以显示Freelance系统硬件和软件的当前状态。并可以监控到系统中的任意设备或现场设备的单独控制器的多种状态信息。所有操作员都可以在DigiVis操作员站上看到简单的系统显示5-3 过程站程序设计5-3-1 创建一个过程站根据温控箱控制系统部分的硬件结构配置，建立温度控制项目的项目树结构，先仅组态一个温控箱的现场过程站和一个现场操作员站。在Control Builder F工程师站软件中，新建一个项目 “thetempercon” 在“CONF”节点下插入一个过程站资源“过程站”，在过程站的“过程站.USRTask(任务列表)”中，插入一个用户任务， “TANK03”。在“TANK03”用户任务下，插入一个程序列表“PL01”，在PL01程序列表下，就可以插入水厂项目的FBD程序了，命名为“1#温控箱”5-3-2 编写温控箱程序根据温控箱过程对象模型，编写一个FBD程序，包括下面两个控制功能块：一个为单相回路控制功能块IDF_1，用于控制设备的启停；另一个为PID功能块，用于控制对象模型的温度，在此，温度为被控变量，作为PID的过程值输入，PID的输出值用于控制继电器的通断时间，从而控制温控箱内恒温。设备启停程序：这段程序用来控制温控箱的启停，主要是通过反馈调节来达到设备启停的目的。PID控制程序：程序设计介绍：程序启动部分采用一个单向IDF控制单元模块，将启动，停止，就地却换按钮按一定的逻辑关系接在上面，并使用反馈调节判断启动指令是否正确。主回路控制部分使用连续控制器通用型带PID控制器，PID控制器采用外部给使能输入，通过IDF模块输出来控制PID控制器是否应该工作，PID比例、积分、微分部分采用外部连接变量形式，可在操作面板上更改其数值。并且此温度控制是一个负反馈闭环控制系统，所以PID控制器选择反作用。PID输出值作为定时器的外部时间，控制继电器的通断时间。数据转换：由于PID输出是一个REAL实数，而定时器接受的是个TIME型，所有要进行相应的数据类型转换，根据Freelance 700F提供的数据转换关系，可以先将REAL型数据转换成DINT型，在将DINT型转换成TIME格式的数据类型给外部定时器作为时间来达到占空比控制的目的。难点：由于采用的占空比的调节方法，当程序刚开始运行时就会按照占空比的调节方法去控制加热片和风扇，这样不仅温度很难达到我们的设定值，而且继电器动作频繁，为了加快温度达到我们设定的温度，采用分段式控制，就是在实际温度与我们设定的温度在某个差值范围内采用占空比的方法调节，当差值小于这个值的时候，我们屏蔽风扇的作用，只加热，不散热，当温度很接近设定值时风扇才动作。这样不仅能迅速让温度达到我们想要控制的值，也可以减少不必要的消耗。不足：由于控制元件是加热片和风扇，加热片的功率不是很高，而风扇的散热效果太强，所有当温度刚达到设定值，制冷风扇已启动便会马上带去很多热量，使温度迅速下降，加温速率又跟不上，所有经过反复整定PID的参数后，最终将温差控制在0.10.2左右。5-4 系统硬件组态前面我们已经基本完成了系统的与应用程序编程工作，但这些程序最终必须要运行到物理硬件系统中。这就需要我们按照实际物理硬件在系统编程工具中进行组态，同时把软件与硬件进行连接，例如过程站资源指定及I/O通道与实际变量连接等。在Freelance系统中系统硬件结构组态包括下列工作：（1）根据实际物理系统结构插入相应资源：过程站（对应正确的控制器类型）及基本参数；操作员站及基本参数；网关站及基本参数；（2）指定项目数中的资源到正确的硬件结构对象；（3）选择过程站，进行控制器详细配置；插入正确的控制器及参数配置；插入正确的通讯模件及参数配置；插入正确的I/O模件进行正确的配置；指定分配变量到正确的I/O通道；5-4-1 硬件结构配置通过“硬件结构”工具栏按钮，进入硬件结构：硬件结构如下：在硬件结构中插入对象打开“硬件结构”右键“插入”“AC700F”，如图：插入一个操作员站打开“硬件结构”右键“插入”“VIS操作员站”，如图：指定资源点击“AC700F1”右键“指定资源”,将“过程站1”指定到“AC700F1”如图：用同样的方法分别指定资源给操作员站，网关站。插入AC700F模件在“AC700F1”过程站中，依次插入“CM722”，“PM783”“DC732F”“AX722F”模块。如图：数字量I/O设置点击DC732F,右键“选择I/O编辑”，打开“I/O编辑窗口”，如图；可以在里面设置开关量的输入/输出变量。以同样的方法在“AX722F”中设置模拟量输入/输出变量注意：在参数设置的时候，要注意模拟量主要是用电压还是电流来反映数值变化的，如图是一个以420mA电流来反映0150c温度值，5-5 复杂系统设计复杂系统指的是由一个工程师站，一个操作界面来监控几个不同的设备的运行状况，这里以三个不同的控制对象来说明，分别是：温控箱，水箱，机械手。首先要创建三个过程站，分别为“过程站1”“过程站2”“过程站3”，程序部分分别命名为“1#温控箱”“1#蓄水池”“1#分拣”。接着组件三个操作员站来分别对这三个不同的设备进行软件组态。操作员站分别为“操作站1”“操作站2”“操作站3”。每个控制对象不同，其组态界面的内容也不一样。下面是改控制系统整体的一个项目数结构：接下来我们要进行硬件结构的设计，在工具栏中点击“硬件结构”按钮，进入硬件结构配置页面，在“HWSYS”下分别插入三个过程站，三个操作员站和一个网关站，如图所示：接着我们要对这些过程站和操作员站及网关站进行资源指定，如图：在三个过程站中分别插入所用到的模件，如图：由于时间原因，复杂系统设计还没有完全实现，部分功能还有待完善，上面指示简单介绍下复杂系统的设计方法，其实与单一控制对象是差不多的，只不过多设计几个过程站和操作员站，最后通过交换机来讲各个控制器连接，最后连接到电脑。第六章 系统调试6-1 硬件调试系统完成现场安装，检查上电并下装系统应用软件后，就进入现场调试阶段，该阶段主要工作： 外部设备不上电状态下，进行I/O 接线打点工作，目标保证所有外部接线准确及 I/O 通道编程准确;外部设备上电，进行单体手动操作，主要目的是调试单体设备的控制逻辑及电气控制的准确；加入模拟介质进行系统联调，主要目的全面测试系统自动运行功能；系统试运行，测试系统综合指标及微调系统控制参数 。6-2 软件调试软件调试相对于硬件来说，复杂很多，对于新手来说软件调试很棘手，稍有一点疏忽，便会出现程序无法运行的现象。第一次使用AC 700F过程站没有分配任何有效的IP参数（IP地址，子网掩码，网管）。当启动控制器时，它将等待IP参数。ABB Freelance700F控制器提供给我们可用的IP地址范围是：4，子网掩码为。为了避免IP地址冲突问题，我们取IP地址为00这个范围。一旦我们的IP参数设置不正确，我们将无法加载程序使其正常运行。当IP配置不正确的时候，我们将的程序将无法加载运行如图：此时我们需要在几个重要的地方设置下参数：本机IP地址设置，这里以IP地址为5为例进行设置。首先右键单击“网上邻居”“属性”点击打开之后，在里面找到“本地连接”然后右键“属性”找到“Internet协议（TCP/IP）”双击打开后在IP地址中如图设置，其它部分缺省，如图所示：接下来我们设置AC700F控制器的IP地址与ID。在进行对AC700F控制器的IP进行设置之前，我们需要先打开另一个软件Configure，对ABB进行配置，具体步骤：ABB Industrial ITFreelance V9.2Configure打开之后，我们将看到如图所示的界面：我们要对里面的参数进行配置，首先在“通用设置”的IP以及子网掩码进行相应的设置，这里的IP地址没有严格的要求，可以保持缺省，这里以电脑IP为例进行修改：Control Builder F里的ID设置为21（一般这项不需要改动）Digivis设置，这部分设置主要是针对操作员站的，如果ID设置不正确将无法加载操作员站。每个资源都有一个独一无二的资源ID。Gateway设置，这项与上面设置一样，ID不重复就行。紧接着我们现在来进行软件的网络设置：首先打开软件Control Builder F，点击组态进入界面后，点击工具栏里的网络“选项”，进入如下界面：我们将网