基于iFIX的多种液体混合自动监控系统研究.docx

收稿日期: 2014-05-23( 修改稿)基于ifix的多种液体混合自动监控系统研究吴会敏 黄宗建( 河南工业职业技术学院，河南 南阳 473009)摘 要 运用 ge 智能平台 pac systems x3i 和 ifix 软件设计了多种液体混合的实时监控系统，实现了对液体混合过程数据采集及历史曲线显示等功能，试验结果表明此监控系统运行稳定、操作简单，有较高的应用价值。关键词 液体混合 实时监控中图分类号 th165 + 2ifixpac 系统文献标识码a文章编号 1000-3932( 2014) 07-0806-04控制2。液体混合控制系统框图如图 1 所示。在化工、制药等行业的生产过程中，多种液体的混合是必不可少的工序。但这些行业的生产过 程中多用到易燃、易爆或有毒性的物质，现场环境 恶劣，不适宜人工现场操作1，而且，生产现场要 求系统具有混合精确、实时测量及控制可靠等特 点，这是人工操作和半自动化控制所难以实现的。 采用可编程自动化控制器 pac( programmable au- tomation controller) 实现多种液体自动混合控制， 不但可以对液体混合过程的各个环节精确控制， 而且能降 低 成 本。同时利用工控组 态 软 件 ifix 作为上位机监控软件，模拟显示并实时监控液体 自动混合系统的全部工作过程，不仅能有效完成 控制任务，而且对现场操作人员的要 求 也 不 高。 基于 ifix 的多种液体混合自动监控系统是实现 多种液体混合自动化控制的重要组成部分，能够 实现数据采集、设备控制、报警、历史记录及人机 交互等功能。1 系统组成及原理本系统由生产现场控制柜、搅拌电机、位置检 测装置、流量测量装置、电磁阀控制开关和 pc 机 组成。上位 pc 机 安 装 在 控 制 室，用 以 接 收 液 体 混合生产线现场的信号和控制现场的运行状态， 液体混合控制柜安装在生产线现场，在控制柜上 可以手动操作也可以自动操作，电机、流量传感器 及位置传感器等安装在生产线上，受现场控制柜图 1液体混合控制系统框图某多种液体混合系统原理如图 2 所示。有 3 个进料罐( a 号罐、b 号罐、c 号罐) 分别对应 3 个 出料电磁阀 ya、yb、yc，有一个搅拌罐对应一个 出料阀 yd，一个成品罐对应一个出料阀 ye; 一个 搅拌电机 m; 4 个流量传感器 f1、f2、f3、f4; 两个 液位传感器 l1、l2; 一个总开关 s1，一个控制电机 的开关 s2，一个紧停按钮。出料电磁阀控制液体 罐的液体注入量或流出量，液位传感器用于测量 液体罐里液体的容量，并实时显示数值。流量传 感器用于测量流经管道中液体的流量，并在监控 界面实时显示出液体流量的数值，流量传感器输 出 4 20ma 的标准电流信号，从而能控制电磁阀 的开关动作3。第 7 期吴会敏等 基于 ifix 的多种液体混合自动监控系统研究807图 2多种液体混合系统原理系统的工作过程为: 初始状态下所有容器均是空的，各个阀门 ya、yb、yc、yd、ye 均为 off， 流量传感器 f1、f2、f3、f4，液位传感器 l1、l2 均 为 off，开关 s1、s2 均为 off; 按 下 启 动 按 钮 s1 后，电磁阀 ya、yb、yc 依次打开，液罐 a、b、c 的 液体按流量分别注入搅拌罐 d 中，当液面高度到 达 l1 时，停止注入; 随后电动机 m 开始运转，等 到 4min 之后，电磁阀 yd = on，这时开始往成品 罐中注入搅拌好的混 合 液 体，等 到 6min 之 后， yd = off。如果需要运输，则电磁阀 ye = on 开 始装车; 按下停止 按 钮 s2，无论出于什么状态均 停止工作; 红色按钮 ( stop) 开关为紧急按钮，当 出现工业故障时用来紧急停止系统的运行。( ic695psd040) 、cpu 模块( ic695cpu315) 、以太网通信 模 块 ( ic695etm001 ) 、数字量输入模块 ( (ic694acc300ic694mdl754ic695alg600) 、) 、) 、数模 模字拟 拟量量 量输输 输出入 出模模 模块块 块( ic695alg704) 。在 proficy me 软件中进行配置后，硬件配置如图 3 所示。2系统硬件配置在本系统中，考虑到系统的可扩展性和维修的方便性，选用美国 ge 公司的 pacsystems x3i控制器作为多种液体混合生产线现 场 控 制 器。 pacsystemstm x3i 系统 拥 有单一的控制引擎和 一个通用的编程环境，能方便地应用在多种硬件 平台上，并且提供真正的集中控制选择4。本系 统中，ge 智能平台主要是为多种液体混合自动监 控系统和液体混合生产线现场设备之间提供通信 的平台。用到的 ge 智能平台设备有: 电 源 模 块图 3系统硬件配置多种液体混合监控系统通信的实现上位机 ifix 与下位机 pac systems x3i 控3制器的通信，有串口通信和以太网通信两种方式。在本系统中，采用以太网通信方式。上位机网卡808化 工 自 动化及仪 表第 41 卷的 ip 地址与下位机 pac 通信模块的地址必须处于同 一 网 段。 例 如，可 将 机 地 址 设 为pcip192 168 1 10，pac 以太网通信模块 ip 地址设为192 168 1 11等。3 1 系统配置系统配置程序 scu 是 ifix 配置计算机的主 要工具。通 过 scu 完 成 ifix 节点的网络配置、 i / o驱动程 序 配 置、数 据 库 配 置、文 件 路 径 配 置、 scada 配置以及报警配置等。当启用 scada 支 持时，本地节点将成为一个可以访问过程硬件的 scada 服务器。由于本系统采用以太网通信方 式，所以选择 ge9( modbusethernetv6 10e) 驱动程 序。同时，增加模拟驱动器 sim，当系统组态完毕 后使用仿真数据测试数据库。scada 系 统 配 置 如图 4 所示。图 5ifix 与 pac systems x3i控制器之间的数据通信过程数据库的建立根据液体混合监控系统的要求和系统分析，4 1确立了液体罐的液位、液体流量传感器、电磁控制阀以及紧急开关等为系统监控点。系统采用 ge9驱动，建立的监控系统数据库如图 6 所示。图 4scada 系统配置多种液体混合监控系统通信的实现如图 5 所示，下位机 pac 控制器不断采集现3 2图 6液体混合监控系统数据库场 数 据，数 据 经 cpu 模 块 处 理 之 后，ifix 通 过ge9 驱动 器 读 取 数 据，并保存在驱动器映像表 dit 中; 扫描报警控制程序 sac 依照配置的扫描 时间，从 dit 中读取数据保存到过程数据库 pdb; 最后画面显示、数据报表及报警记录等应用便可 通过标签名或节点名访问 pdb，实现 ifix 与 pac systems x3i 控制器二者之间的数据双向流动。4 多种液体混合组态监控系统的设计本液体混合监控系统程序采用 ifix5 1 工控 组态软件开发实现，可以实现多种液体混合过程 中所有设备的运行状态、仪 表 参 数 等 的 显 示5。其设计开发包括构建过程数据库、监控界面设计 与编程及监控系统运行调试等方面内容。监控界面设计监控系统界面主要包括多种液体混合主控制 界面、运行历史曲线界面、运行历史报警界面及报 表界面等。多种液体混合主监控 界 面 如 图 7 所 示，主要由标题区、功能选择区、状态显示区和动 画仿真区 4 个区域组成，是模拟仿真多种液体混 合系统现场运行状况的监控界面。4 3 多种液体混合监控系统运行和调试 多种液体混合监控系统使用曲线图来显示参数的变化并且可以进行实时曲线监测、历史曲线 查询和系统运行报警历史查询。点击主画面实时曲 线按钮，画面切换到“直方图表”观察各个传感4 2第 7 期吴会敏等 基于 ifix 的多种液体混合自动监控系统研究809图 9历史报警界面图 7多种液体混合监控主界面器的工作 状 态; 点击历史曲线按钮，画 面 切 换 到 “标准图列表”观察各个罐液位的运行状态; 点击 历史报警按钮，画面切换到“报警一览功能”随时 观察系统报警状况。多种液体混合运行实时曲线 界面和历史报警界面分别如图 8、9 所示。种液体自动混合系统的全部工作过程，实现了对多种液体混合运行状态的实时监控和报警查询。 结果表明，该系统能有效完成控制任务，系统安全 可靠、操作简单，具有较高的应用价值。参 考 文 献1叶虹，李建军 plc 在液体混合自动控制系统的应 用j 福建电脑，2013，29( 2) : 24 25 王宇炎，陈朝晖 基于西门子 plc 的液体混合系统 设计j 自动化技术与应用，2009，28 ( 5 ) : 102 104徐敏 plc 与现场总线技术在工业液体混合控制系 统中的应用j 仪表技术，2011，( 3) : 9 11，14 郁汉琪，王华 可编程自动化控制器 ( pac) 技 术 及 应用( 提高篇) m 北京: 机械工业出版社，2010汪 志 峰 工 控 组 态 软 件m 北 京: 电 子 工 业 出 版 社，200723图 8实时曲线界面4结束语该多种液体混合监控系统结合 pac systemsx3 i 和 ifix 组态软件进行设计 ，能 模 拟 显 示 多55auto-monitoring system for multi-liquid mixture based on ifixwu hui-min，huang zong-jian( henan polytechnic institute，nanyang 473009，china)abstract making use of ge intelligent platform pac systems x3i and ifix software，a monitoring system for multi-liquid mixture was designed to realize functions like collecting the data concerned and displaying thehistoric curves the test results prove the simple operation and higher application value of this systemkey words liquid mixture，real-time monitoring，ifix，pac system( 上接第 757 页)design of new fh iterative learning controllerli yan-hui，zhang chang，zhou xiu-jie( school of electrical engineering and information，northeast petroleum university，daqing 163318，china)abstract aiming at repetitive nonlinear time-varying system with uncertainty and disturbance，a new fh ( feed- back-assisted high-order) iterative learning controller was designed basing on traditional high-order iterative learn-ing control，the proposed controller employs pd control as feedback part and then uses the feedback part to suppressdisturbance influence on the system，and having -norm introduced to discuss algorithm convergenceanalysis re-sults show that