間歇式化學(xué)反應(yīng)器分程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、 學(xué)號(hào)： 常 州 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題 目 間歇式化學(xué)反應(yīng)器分程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué) 生 學(xué) 院 信息科學(xué)與工程學(xué)院 專(zhuān)業(yè)班級(jí) 校內(nèi)指導(dǎo)教師 專(zhuān)業(yè)技術(shù)職務(wù) 校外指導(dǎo)老師 專(zhuān)業(yè)技術(shù)職務(wù) 二一二年六月 間歇式化學(xué)反應(yīng)器分程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要：在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，安全性與化學(xué)反應(yīng)器密切相關(guān)。為保證化學(xué)反應(yīng)器能正常工作，對(duì)其進(jìn)行有效的控制顯得十分必要，分程控制在間歇式化學(xué)反應(yīng)器中起到了廣泛的作用。間歇式化學(xué)反應(yīng)器具有極大的靈活性和多功能性的特點(diǎn)，它是一種間歇的按批量進(jìn)行反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)器，液體物料在反應(yīng)器內(nèi)完全混合而無(wú)流量進(jìn)出。本文主要介紹了間歇式化學(xué)反應(yīng)器的分程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。首先，介紹了可編

2、程控制器plc及mcgs組態(tài)軟件；然后介紹了間歇式分程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，并對(duì)plc程序設(shè)計(jì)及監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)介紹。監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括上位機(jī)與下位機(jī)通訊，模擬動(dòng)態(tài)運(yùn)行，并對(duì)整個(gè)分程控制過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，顯示動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)曲線，保存歷史數(shù)據(jù)。本控制系統(tǒng)的監(jiān)控界面操作方便，簡(jiǎn)潔，有利于提高生產(chǎn)效率。關(guān)鍵詞:間歇式化學(xué)反應(yīng)器，分程控制，plc，組態(tài)軟件 design of the split range control system with batch chemical reactorabstract:in modern chemical industrial production process,

3、 the security is closely related to the chemical reactor. in order to ensure that the chemical reactor works normally, it is very necessary to control effectively, and split range control system has played an extensive role in the batch chemical reactor.batch chemical reactors have great flexibility

4、 and versatility of features. it is an intermittent chemical reaction batch reactor, the liquid material in the reactor completely mixed and no flow in and out.this paper describes the design of the split range control of batch reactor system.first, it introduces the programmable logic controller an

5、d mcgs configuration software; then the design of split range control system with batch chemical reactor, and plc programming and monitoring software design is described in detail. the monitoring system design includes the communication of pc with the sub machine, the simulate of the dynamic operati

6、on,the entire split range control process real-time monitoring of the dynamic real-time curve, the storage of historical data.the interface of the control system is shortcut and convenient, and can greatly improve the industrial producing efficiency. key words:batch chemical reactor; split range con

7、trol; configuration software目 錄摘要i目錄iii1 引言11.1 課題研究的意義、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)11.2. 課題的研究目標(biāo)、內(nèi)容和擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題32 可編程控制器（plc）42.1 plc介紹42.2 plc系統(tǒng)的硬件組成及其工作原理42.3 s7200系列plc52.4 plc編程軟件step 7-micro/win v4.063 組態(tài)軟件93.1 組態(tài)軟件介紹93.2 mcgs的特點(diǎn)與功能114 間歇式分程控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)134.1 間歇式分程控制系統(tǒng)原理134.2間歇式分程控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)155 plc程序設(shè)計(jì)175.1 控制任務(wù)175.2 地址

8、分配175.3 pid控制器及控制指令185.3.1 pid控制器185.3.2 pid控制指令195.4 plc程序設(shè)計(jì)225.4.1 系統(tǒng)流程圖225.4.2 plc程序246 監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)276.1 mcgs與plc通信276.2 創(chuàng)建實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)276.3 監(jiān)控界面設(shè)計(jì)306.3.1 主控界面設(shè)計(jì)306.3.2 報(bào)表組態(tài)336.3.3 實(shí)時(shí)曲線與歷史曲線組態(tài)347 系統(tǒng)調(diào)試378 結(jié)束語(yǔ)39參 考 文 獻(xiàn)40致 謝411 引言在間歇式生產(chǎn)化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中，當(dāng)反應(yīng)物投入設(shè)備后，為了使其達(dá)到化學(xué)反應(yīng)溫度，往往在反應(yīng)開(kāi)始前需要給它提供一定的熱量。一旦達(dá)到反應(yīng)溫度后，就會(huì)隨著化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行不斷釋放

9、出熱量 ，這些熱量如不及時(shí)移走反應(yīng)就會(huì)越來(lái)越劇烈，以至?xí)斜ǖ奈ｋU(xiǎn)。因此對(duì)于這種間歇式化學(xué)反應(yīng)器既要考慮反應(yīng)前的預(yù)熱問(wèn)題，又要考慮反應(yīng)過(guò)程中及時(shí)移走反應(yīng)熱的問(wèn)題。為此我們采用本文介紹的分程控制的辦法來(lái)實(shí)現(xiàn)反應(yīng)的恒溫控制。利用一個(gè)控制器的輸出，通過(guò)與閥門(mén)定位器的配合，分段地控制兩個(gè)或兩個(gè)以上的調(diào)節(jié)閥的控制系統(tǒng)，稱(chēng)為分程控制系統(tǒng)。由于分程控制系統(tǒng)能在被控變量的變化范圍的不同取值范圍時(shí)采取不同的控制手段，滿足某些特殊工況的需要，因此在復(fù)雜過(guò)程的控制中得到了較多的應(yīng)用，如應(yīng)用在某些精餾塔的壓力控制中。在分程控制中，由于用一個(gè)控制器的輸出信號(hào)，同時(shí)控制兩個(gè)或兩個(gè)以上的調(diào)節(jié)閥，使它們?cè)谛盘?hào)的全范圍內(nèi)分別

10、動(dòng)作，因此對(duì)每一個(gè)調(diào)節(jié)閥來(lái)說(shuō)就存在一個(gè)分程特性的問(wèn)題，即存在當(dāng)控制器的輸出信號(hào)發(fā)生變化時(shí)，每一個(gè)調(diào)節(jié)閥是如何動(dòng)作的問(wèn)題。分程特性的確定在分析、設(shè)計(jì)和應(yīng)用分程控制系統(tǒng)時(shí)是一個(gè)重要的問(wèn)題。我們對(duì)分程控制系統(tǒng)中調(diào)節(jié)閥分程特性的確定方法進(jìn)行了進(jìn)一步的計(jì)算，提出了一種更為簡(jiǎn)便、快速、精確和方便的控制方法1。1.1 課題研究的意義、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) 首先，我們要正確認(rèn)識(shí)化學(xué)反應(yīng)器在現(xiàn)代工業(yè)中的重要性?；瘜W(xué)反應(yīng)器是整個(gè)石化行業(yè)的龍頭，提高生產(chǎn)率、減少后處理的負(fù)荷，從而降低生產(chǎn)成本，這一切化學(xué)反應(yīng)器起著關(guān)鍵作用；其次化學(xué)反應(yīng)器經(jīng)常處在高溫、高壓、易燃、易爆條件下進(jìn)行反應(yīng)。 化學(xué)反應(yīng)器按反應(yīng)器的進(jìn)出物料

11、狀況可以分為連續(xù)式和間歇式。其中，間歇式化學(xué)反應(yīng)器具有極大的靈活性和多功能性的特點(diǎn)，它是一種間歇的按批量進(jìn)行反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)器，液體物料在反應(yīng)器內(nèi)完全混合而無(wú)流量進(jìn)出。采用間歇操作的反應(yīng)器叫做間歇反應(yīng)器，其特點(diǎn)是進(jìn)行反應(yīng)所需的原料一次裝入反應(yīng)器，然后在其中進(jìn)行反應(yīng)，經(jīng)一定的時(shí)間后，達(dá)到所要求的反應(yīng)程度便卸除全部反應(yīng)物料，其中主要是反應(yīng)產(chǎn)物以及少量未被轉(zhuǎn)化的原料。另外，整個(gè)石化生產(chǎn)的安全與化學(xué)反應(yīng)器密切相關(guān)。為保證化學(xué)反應(yīng)器能正常工作，對(duì)其進(jìn)行有效的控制顯得十分必要2。為了滿足工藝操作的特殊要求，間歇式反應(yīng)器的內(nèi)溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用了分程控制系統(tǒng)方案。工業(yè)自動(dòng)控制裝置的種類(lèi)有很多，本課題采用的plc是以

12、微處理器為核心，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)而發(fā)展起來(lái)的一種工業(yè)自動(dòng)控制裝置，具有體積小、功能強(qiáng)、程序設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、靈活通用、維護(hù)方便等特點(diǎn)，使得plc迅速普及，廣泛應(yīng)用。20世紀(jì)70年代初出現(xiàn)了微處理器。人們很快將其引入可編程邏輯控制器，使可編程邏輯控制器增加了運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，完成了真正具有計(jì)算機(jī)特征的工業(yè)控制裝置。此時(shí)的可編程邏輯控制器為微機(jī)技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物。個(gè)人計(jì)算機(jī)發(fā)展起來(lái)后，為了方便和反映可編程控制器的功能特點(diǎn)，可編程邏輯控制器定名為programmable logic controller（plc）。20世紀(jì)70年代中末期，可編程邏輯控制器進(jìn)入實(shí)用化發(fā)展

13、階段，計(jì)算機(jī)技術(shù)已全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。更高的運(yùn)算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計(jì)、模擬量運(yùn)算、pid功能及極高的性價(jià)比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位。20世紀(jì)80年代初，可編程邏輯控制器在先進(jìn)工業(yè)國(guó)家中已獲得廣泛應(yīng)用。世界上生產(chǎn)可編程控制器的國(guó)家日益增多，產(chǎn)量日益上升。這標(biāo)志著可編程控制器已步入成熟階段。20世紀(jì)80年代至90年代中期，是可編程邏輯控制器發(fā)展最快的時(shí)期，年增長(zhǎng)率一直保持為3040%。在這時(shí)期，plc在處理模擬量能力、數(shù)字運(yùn)算能力、人機(jī)接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高，可編程邏輯控制器逐漸進(jìn)入過(guò)程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過(guò)程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的

14、dcs系統(tǒng)。20世紀(jì)末期，可編程邏輯控制器的發(fā)展特點(diǎn)是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。這個(gè)時(shí)期發(fā)展了大型機(jī)和超小型機(jī)、誕生了各種各樣的特殊功能單元、生產(chǎn)了各種人機(jī)界面單元、通信單元，使應(yīng)用可編程邏輯控制器的工業(yè)控制設(shè)備的配套更加容易。可編程控制器控制技術(shù)已廣泛應(yīng)用于礦業(yè)、機(jī)械、輕工等領(lǐng)域，為工業(yè)自動(dòng)化提供了有力的工具，加速了機(jī)電一體化的進(jìn)程3。使用情況大致可歸納為如下幾類(lèi)：開(kāi)關(guān)量的邏輯控制、模擬量控制、運(yùn)動(dòng)控制、過(guò)程控制、數(shù)據(jù)處理、通信及聯(lián)網(wǎng)。未來(lái)，plc會(huì)有更大的發(fā)展。從技術(shù)上看，計(jì)算機(jī)技術(shù)的新成果會(huì)更多地應(yīng)用于可編程控制器的設(shè)計(jì)和制造上，會(huì)有運(yùn)算速度更快、存儲(chǔ)容量更大、智能更強(qiáng)的品種出現(xiàn)；從產(chǎn)品

15、規(guī)模上看，會(huì)進(jìn)一步向超小型及超大型方向發(fā)展；從產(chǎn)品的配套性上看，產(chǎn)品的品種會(huì)更豐富、規(guī)格更齊全，完美的人機(jī)界面、完備的通信設(shè)備會(huì)更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場(chǎng)合的需求；從市場(chǎng)上看，各國(guó)各自生產(chǎn)多品種產(chǎn)品的情況會(huì)隨著國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的加劇而打破，會(huì)出現(xiàn)少數(shù)幾個(gè)品牌壟斷國(guó)際市場(chǎng)的局面，會(huì)出現(xiàn)國(guó)際通用的編程語(yǔ)言；從網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展情況來(lái)看,可編程控制器和其它工業(yè)控制計(jì)算機(jī)組網(wǎng)構(gòu)成大型的控制統(tǒng)是可編程控制器技術(shù)的發(fā)展方向4。plc通過(guò)ppi電纜與計(jì)算機(jī)相連，在計(jì)算機(jī)上采用mcgs組態(tài)軟件開(kāi)發(fā)監(jiān)控軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)控制系統(tǒng)的監(jiān)控管理。組態(tài)軟件mcgs為試驗(yàn)者提供了可視化監(jiān)控畫(huà)面，有利于試驗(yàn)者實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控5。mcgs組態(tài)軟件是北京昆

16、侖通態(tài)自動(dòng)化軟件科技有限公司開(kāi)發(fā)的一套用于快速構(gòu)造和生成計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件，它具有簡(jiǎn)單靈活的可視化操作界面、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、良好的并行處理性能、廣泛的數(shù)據(jù)獲取和強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能、完善的安全機(jī)制、強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能和多樣化的報(bào)警功能、支持多種硬件設(shè)備等特點(diǎn)，使得mcgs組態(tài)軟件在自動(dòng)化領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。 先進(jìn)控制技術(shù)以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和良好的性能在間歇化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中的應(yīng)用越來(lái)越多，控制算法研究也在不斷推陳出新，使得間歇化學(xué)反應(yīng)先進(jìn)控制技術(shù)研究成為一個(gè)活躍的領(lǐng)域。先進(jìn)控制技術(shù)將為穩(wěn)定生產(chǎn)過(guò)程、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)能耗、增強(qiáng)企業(yè)能力發(fā)揮重要作用6。1.2. 課題的研究目標(biāo)、內(nèi)容和擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題 本設(shè)

17、計(jì)的控制對(duì)象為間歇式化學(xué)反應(yīng)器，根據(jù)其工藝流程和控制要求，選用分程控制系統(tǒng)。本課題要求該控制系統(tǒng)采用在工業(yè)領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用的西門(mén)子s7200作為控制器，完成對(duì)間歇式化學(xué)反應(yīng)器的控制。plc通過(guò)ppi電纜與計(jì)算機(jī)相連，在計(jì)算機(jī)上采用mcgs組態(tài)軟件開(kāi)發(fā)監(jiān)控軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)控制系統(tǒng)的監(jiān)控管理，同時(shí)要求該監(jiān)控軟件具有顯示動(dòng)態(tài)畫(huà)面，趨勢(shì)曲線、報(bào)警、數(shù)據(jù)顯示、實(shí)時(shí)修改控制參數(shù)、數(shù)據(jù)報(bào)表、使用權(quán)限等功能。通過(guò)編寫(xiě)pid溫度控制程序，再將程序中的地址和需要測(cè)控的參數(shù)關(guān)聯(lián)起來(lái)，并以此設(shè)計(jì)mcgs組態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)用mcgs組態(tài)監(jiān)控的方法直觀、方便地操控反應(yīng)的進(jìn)行。本課題的關(guān)鍵問(wèn)題：a.實(shí)現(xiàn)plc控制裝置與pc機(jī)的通訊。

18、b.編寫(xiě)plc程序完成對(duì)間歇式化學(xué)反應(yīng)器的控制。c.用mcgs組態(tài)軟件開(kāi)發(fā)上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。 2 可編程控制器（plc）2.1 plc介紹 可編程控制器是60年代末在美國(guó)首先出現(xiàn)的，當(dāng)時(shí)叫可編程邏輯控制器plc（programmable logic controller），目的是用來(lái)取代繼電器。以執(zhí)行邏輯判斷、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)等順序控制功能。提出plc概念的是美國(guó)通用汽車(chē)公司。plc的基本設(shè)計(jì)思想是把計(jì)算機(jī)功能完善、靈活、通用等優(yōu)點(diǎn)和繼電器控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)單易懂、操作方便、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，控制器的硬件是標(biāo)準(zhǔn)的、通用的。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用對(duì)象，將控制內(nèi)容編成軟件寫(xiě)入控制器的用戶程序存儲(chǔ)器內(nèi),使控制器和被控

19、對(duì)象連接方便。 70年代中期以后，plc已廣泛地使用微處理器作為中央處理器，輸入輸出模塊和外圍電路也都采用了中、大規(guī)模甚至超大規(guī)模的集成電路，這時(shí)的plc已不再是僅有邏輯(logic)判斷功能，還同時(shí)具有數(shù)據(jù)處理、pid調(diào)節(jié)和數(shù)據(jù)通信功能。國(guó)際電工委員會(huì)(iec)頒布的可編程控制器標(biāo)準(zhǔn)草案中對(duì)可編程控制器作了如下的定義：可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專(zhuān)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用了可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過(guò)數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)外圍設(shè)備，易于與工業(yè)控制

20、系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的設(shè)計(jì)。 可編程控制器對(duì)用戶來(lái)說(shuō)，是一種無(wú)觸點(diǎn)設(shè)備，改變程序即可改變生產(chǎn)工藝。目前，可編程控制器已成為工廠自動(dòng)化的強(qiáng)有力工具，得到了廣泛的普及推廣應(yīng)用。 2.2 plc系統(tǒng)的硬件組成及其工作原理 （1）plc的硬件可編程邏輯控制器實(shí)質(zhì)是一種專(zhuān)用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相同，基本構(gòu)成為： a.電源 可編程邏輯控制器的電源在整個(gè)系統(tǒng)中起著十分重要的作用。如果沒(méi)有一個(gè)良好的、可靠的電源系統(tǒng)是無(wú)法正常工作的，因此，可編程邏輯控制器的制造商對(duì)電源的設(shè)計(jì)和制造也十分重視。 b.中央處理單元(cpu)中央處理單元(cpu)是可編程邏輯控制器的控制中樞。

21、它按照可編程邏輯控制器系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲(chǔ)從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲(chǔ)器、i/o以及警戒定時(shí)器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語(yǔ)法錯(cuò)誤。當(dāng)可編程邏輯控制器投入運(yùn)行時(shí)，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場(chǎng)各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入i/o映象區(qū)，然后從用戶程序存儲(chǔ)器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過(guò)命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運(yùn)算的結(jié)果送入i/o映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將i/o映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運(yùn)行，直到停止運(yùn)行。c.存儲(chǔ)器存放系統(tǒng)軟件的存儲(chǔ)器稱(chēng)為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器。存放應(yīng)用軟件的存儲(chǔ)器稱(chēng)為用戶程序存儲(chǔ)器

22、。 d.輸入輸出接口電路現(xiàn)場(chǎng)輸入接口電路由光耦合電路和微機(jī)的輸入接口電路，作用是可編程邏輯控制器與現(xiàn)場(chǎng)控制的接口界面的輸入通道。現(xiàn)場(chǎng)輸出接口電路由輸出數(shù)據(jù)寄存器、選通電路和中斷請(qǐng)求電路集成，作用可編程邏輯控制器通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)輸出接口電路向現(xiàn)場(chǎng)的執(zhí)行部件輸出相應(yīng)的控制信號(hào)。 e.功能模塊如計(jì)數(shù)、定位等功能模塊。f.通信模塊 （2）plc的工作原理 當(dāng)可編程邏輯控制器投入運(yùn)行后，其工作過(guò)程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。完成上述三個(gè)階段稱(chēng)作一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運(yùn)行期間，可編程邏輯控制器的cpu以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。 a.輸入采樣階段在輸入采樣階段，可編程邏輯

23、控制器以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入i/o映象區(qū)中的相應(yīng)的單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個(gè)階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，i/o映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會(huì)改變。因此，如果輸入是脈沖信號(hào)，則該脈沖信號(hào)的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。 b.用戶程序執(zhí)行階段在用戶程序執(zhí)行階段，可編程邏輯控制器總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時(shí)，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，

24、刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)ram存儲(chǔ)區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在i/o映象區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。 c.輸出刷新階段 當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，可編程邏輯控制器就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間，cpu按照i/o映象區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的外設(shè)。這時(shí)才是可編程邏輯控制器的真正輸出。 2.3 s7200系列plc s7-200 是一種小型的可編程序控制器，適用于各行各業(yè)，各種場(chǎng)合中的檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及控制的自動(dòng)化。s7-200系列的強(qiáng)大功能使其無(wú)論在獨(dú)立運(yùn)行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能。因此s7-200系列具有極高的

25、性價(jià)比。 （1）s7200特點(diǎn)l 極高的可靠性。l 極豐富的指令集。l 易于掌握。l 便捷的操作。l 豐富的內(nèi)置集成功能。l 實(shí)時(shí)特性。l 強(qiáng)勁的通訊能力。l 豐富的擴(kuò)展模塊。 （2）s7200的擴(kuò)展模塊 s7-200系列plc是模塊式結(jié)構(gòu)，可以通過(guò)配接各種擴(kuò)展模塊來(lái)達(dá)到擴(kuò)展功能、擴(kuò)大控制能力的目的。目前s7-200主要有三大類(lèi)擴(kuò)展模塊。a.輸入/輸出擴(kuò)展模塊s7-200 cpu上已經(jīng)集成了一定數(shù)量的數(shù)字量i/o點(diǎn)，但如用戶需要多于cpu單元i/o點(diǎn)時(shí)，必須對(duì)系統(tǒng)做必要的擴(kuò)展。cpu221無(wú)i/o擴(kuò)展能力，cpu 222最多可連接2個(gè)擴(kuò)展模塊（數(shù)字量或模擬量），而cpu224和cpu226最多

26、可連接7個(gè)擴(kuò)展模塊。cpu226適用于復(fù)雜的中小型控制系統(tǒng)，可擴(kuò)展到248點(diǎn)數(shù)字量和35路模擬量，有兩個(gè)rs-485通信接口。 s7-200 plc系列目前總共提供共5大類(lèi)擴(kuò)展模塊：數(shù)字量輸入擴(kuò)展板e(cuò)m221（8路擴(kuò)展輸入）；數(shù)字量輸出擴(kuò)展板e(cuò)m222（8路擴(kuò)展輸出）；數(shù)字量輸入和輸出混合擴(kuò)展板e(cuò)m223（8i/o，16i/o，32i/o）；模擬量輸入擴(kuò)展板e(cuò)m231，每個(gè)em231可擴(kuò)展3路模擬量輸入通道，a/d轉(zhuǎn)換時(shí)間為25s，12位；模擬量輸入和輸出混合擴(kuò)展模板e(cuò)m235，每個(gè)em235可同時(shí)擴(kuò)展3路模擬輸入和1路模擬量輸出通道，其中a/d轉(zhuǎn)換時(shí)間為25s，d/a轉(zhuǎn)換時(shí)間100s，位數(shù)均

27、為12位。b.熱電偶/熱電阻擴(kuò)展模塊 熱電偶、熱電阻模塊（em231）是為cpu222，cpu224，cpu226設(shè)計(jì)的，s7-200與多種熱電偶、熱電阻的連接備有隔離接口。用戶通過(guò)模塊上的dip開(kāi)關(guān)來(lái)選擇熱電偶或熱電阻的類(lèi)型，接線方式，測(cè)量單位和開(kāi)路故障的方向。 c.通訊擴(kuò)展模塊 除了cpu集成通訊口外，s7-200還可以通過(guò)通訊擴(kuò)展模塊連接成更大的網(wǎng)絡(luò)。s7-200系列目前有兩種通訊擴(kuò)展模塊：profibus-dp擴(kuò)展從站模塊（em277）和as-i接口擴(kuò)展模塊（cp243-2）。2.4 plc編程軟件step 7-micro/win v4.0 西門(mén)子于2007年2月正式推出s7-200新

28、版編程軟件step 7-micro/win v4.0 sp5，它是目前的最新版本。s7-200 cn cpu必須配合step 7-micro/win v4.0 sp3或以上版使用。step 7-micro/win v4.0 sp3配合s7-200 cn使用時(shí)，必須設(shè)置語(yǔ)言環(huán)境為中文才能正常工作。step 7-micro/win編程軟件為用戶開(kāi)發(fā)、編輯和監(jiān)控自己的應(yīng)用程序提供了良好的編程環(huán)境。它簡(jiǎn)單、易學(xué)，能夠解決復(fù)雜的自動(dòng)化任務(wù)。它的優(yōu)點(diǎn)很明顯：適用于所有simatic s7-200 plc機(jī)型軟件編程；同時(shí)支持stl、lad、fbd三種編程語(yǔ)言，用戶可以根據(jù)自己的喜好隨時(shí)在三者之間切換；軟件

29、包提供無(wú)微不至的幫助功能，即使初學(xué)者也能容易地入門(mén)；包含多國(guó)語(yǔ)言包，可以方便地在各語(yǔ)言版本間切換；具有密碼保護(hù)功能，能保護(hù)代碼不受他人操作和破壞。 step 7-micro/win提供軟件工具幫助調(diào)試和測(cè)試程序。這些特征包括：監(jiān)視s7-200正在執(zhí)行的用戶程序狀態(tài)，為s7-200指定運(yùn)行程序的掃描次數(shù)，強(qiáng)制變量值等。指令向?qū)Чδ埽簆id自整定界面；plc內(nèi)置脈沖串輸出(pto)和脈寬調(diào)制(pwm)指令向?qū)В粩?shù)據(jù)記錄向?qū)?；配方向?qū)АＶС謙d 200、td 200c和td 400c文本顯示界面。 a.運(yùn)動(dòng)控制 s7-200提供有開(kāi)環(huán)運(yùn)動(dòng)控制的三種方式： l 脈寬調(diào)制（pwm）內(nèi)置于s7-200，用

30、于速度、位置或占空比控制。 l 脈沖串輸出（pto）內(nèi)置于s7-200，用于速度和位置控制。 l em253位控模塊用于速度和位置控制的附加模塊。 為了簡(jiǎn)化應(yīng)用程序中位控功能的使用，step7-micro/win提供的位控向?qū)Э梢詭椭脩粼趲追昼妰?nèi)全部完成pwm、pto或位控模塊的組態(tài)。該向?qū)Э梢陨晌豢刂噶睿脩艨梢杂眠@些指令在應(yīng)用程序中對(duì)速度和位置進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制。對(duì)于位控模塊，step 7-micro/win還提供了一個(gè)控制面板，可以控制、監(jiān)視和測(cè)試用戶的運(yùn)動(dòng)操作。 b.創(chuàng)建調(diào)制解調(diào)模塊程序 使用em241調(diào)制解調(diào)模塊可以將s7-200直接連到一個(gè)模擬電話線上，并且支持s7-200與 2 s

31、tep 7-micro/win的通訊。該調(diào)制解調(diào)模塊還支持modbus從站rtu協(xié)議，該模塊與s7-200之間的通訊通過(guò)擴(kuò)展i/o總線實(shí)現(xiàn)。step 7-micro/win提供一個(gè)調(diào)制解調(diào)擴(kuò)展向?qū)?，它可以幫助用戶設(shè)置一個(gè)遠(yuǎn)端的調(diào)制解調(diào)器，或者設(shè)置將s7-200連向遠(yuǎn)端設(shè)備的調(diào)制解調(diào)模塊。 c.uss協(xié)議庫(kù) step 7-micro/win指令庫(kù)，該指令庫(kù)包括預(yù)先組態(tài)好的子程序和中斷程序，這些子程序和中斷程序都是專(zhuān)門(mén)為通過(guò)uss協(xié)議與驅(qū)動(dòng)通訊而設(shè)計(jì)的。通過(guò)uss指令，用戶可以控制這個(gè)物理驅(qū)動(dòng)，并讀/寫(xiě)驅(qū)動(dòng)參數(shù)?？梢栽趕tep 7-micro/win指令樹(shù)的庫(kù)文件夾中找到這些指令。當(dāng)用戶選擇一個(gè)u

32、ss指令時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)增加一個(gè)或多個(gè)相關(guān)的子程序（uss1到uss7）。 d.modbus從站協(xié)議指令 step 7-micro/win指令庫(kù)包含有專(zhuān)門(mén)為modbus通訊設(shè)計(jì)的預(yù)先定義的子程序和中斷服務(wù)程序，使得與modbus主站的通訊簡(jiǎn)單易行。使用modbus從站協(xié)議指令，用戶可以將s7-200組態(tài)作為modbus rtu從站，與modbus主站通訊?？梢栽趕tep 7-micro/win指令樹(shù)的庫(kù)文件夾中找到這些指令。通過(guò)這些新指令，可以將s7-200作為modbus從站。當(dāng)選擇一個(gè)modbus從站指令時(shí)，會(huì)有一個(gè)或多個(gè)相關(guān)的子程序自動(dòng)添加到用戶的項(xiàng)目中。 e.使用配方 step 7-mi

33、cro/win軟件中提供了配方向?qū)С绦騺?lái)幫助用戶組織配方和定義配方。配方存在存儲(chǔ)卡中，而不是plc中。step 7-micro/win軟件和s7-200 plc已經(jīng)支持配方功能。step 7-micro/win軟件中提供了配方向?qū)С绦騺?lái)幫助用戶組織配方和定義配方。所有配方存在存儲(chǔ)卡中。因此，為了使用配方功能，必須要在plc中插入一塊64k或者256k的存儲(chǔ)卡。要查閱關(guān)于存儲(chǔ)卡的更多信息。 f.使用數(shù)據(jù)記錄 step 7-micro/win提供數(shù)據(jù)記錄向?qū)?，將過(guò)程測(cè)量數(shù)據(jù)存入存儲(chǔ)卡中。將過(guò)程數(shù)據(jù)移入存儲(chǔ)卡可以節(jié)省v存儲(chǔ)區(qū)的地址空間，否則這些數(shù)據(jù)將儲(chǔ)存在v存儲(chǔ)區(qū)中。 g.pid自整定和pid整定控

34、制面板s7-200plc已經(jīng)支持pid自整定功能，step 7-micro/win中也添加了pid整定控制面板。這就大大增強(qiáng)了s7-200plc的功能，并且使這一功能的使用變得更加容易。可以使用操作員面板中的用戶程序或者pid整定控制面板來(lái)啟動(dòng)自整定功能。在同一時(shí)間，不僅僅只有一個(gè)pid回路可以進(jìn)行自整定，如果需要的話，所有8個(gè)pid回路可以同時(shí)進(jìn)行自整定。pid自整定算法向用戶推薦增益值、積分時(shí)間值和微分時(shí)間值。用戶也可以為自己的調(diào)節(jié)回路選擇快速響應(yīng)、中速響應(yīng)、慢速響應(yīng)或者極慢速響應(yīng)等調(diào)節(jié)類(lèi)型。用pid整定控制面板，用戶可以啟動(dòng)自整定過(guò)程，取消自整定過(guò)程和在圖表中監(jiān)視結(jié)果。控制面板會(huì)顯示所有

35、可能發(fā)生的錯(cuò)誤和警告信息。它也允許用戶將自整定后得到的增益值、積分時(shí)間值和微分時(shí)間值應(yīng)用到實(shí)際控制中去。plc程序設(shè)計(jì)運(yùn)行是通過(guò)編程軟件step 7-micro/win v4.0來(lái)完成的。step 7-micro/win v4.0可以使用包括中文在內(nèi)的多種語(yǔ)言，有梯形圖、語(yǔ)句表和功能塊圖編程語(yǔ)言，和simatic、iec 61131-3兩種編程模式。s7-200的指令功能強(qiáng)，易于掌握。step 7-micro/win的監(jiān)控功能形象直觀、使用方便?？梢杂?種編程語(yǔ)言監(jiān)控程序的執(zhí)行情況，用狀態(tài)表監(jiān)視、修改和強(qiáng)制變量，用趨勢(shì)圖監(jiān)視變量。用系統(tǒng)塊設(shè)置參數(shù)方便直觀7。3 組態(tài)軟件3.1 組態(tài)軟件介紹組態(tài)

36、軟件指一些數(shù)據(jù)采集與過(guò)程控制的專(zhuān)用軟件，它們是在自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級(jí)的軟件平臺(tái)和開(kāi)發(fā)環(huán)境，能以靈活多樣的組態(tài)方式（而不是編程方式）提供良好的用戶開(kāi)發(fā)界面和簡(jiǎn)捷的使用方法，它解決了控制系統(tǒng)通用性問(wèn)題。其預(yù)設(shè)置的各種軟件模塊可以非常容易地實(shí)現(xiàn)和完成監(jiān)控層的各項(xiàng)功能，并能同時(shí)支持各種硬件廠家的計(jì)算機(jī)和i/o產(chǎn)品，與高可靠的工控計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)合，可向控制層和管理層提供軟硬件的全部接口，進(jìn)行系統(tǒng)集成。（1）組態(tài)軟件的功能 a.界面顯示組態(tài)功能目前，工控組態(tài)軟件大都運(yùn)行于windows環(huán)境下，充分利用windows的圖形功能完善界面美觀的特點(diǎn)，可視化的風(fēng)格界面、豐富的工具欄，操作人員可以直接進(jìn)人開(kāi)發(fā)

37、狀態(tài)，節(jié)省時(shí)間。豐富的圖形控件和工況圖庫(kù)，既提供所需的組件，又是界面制作向?qū)?。提供給用戶豐富的作圖工具，可隨心所欲地繪制出各種工業(yè)界面，并可任意編輯，從而將開(kāi)發(fā)人員從繁重的界面設(shè)計(jì)中解放出來(lái)，豐富的動(dòng)畫(huà)連接方式，如隱含、閃爍、移動(dòng)等等，使界面生動(dòng)、直觀。b.良好的開(kāi)放性社會(huì)化的大生產(chǎn)，使得系統(tǒng)構(gòu)成的全部軟硬仵不可能出自一家公司的產(chǎn)品，“異構(gòu)”是當(dāng)今控制系統(tǒng)的主要特點(diǎn)之一。開(kāi)放性是指組態(tài)軟件能與多種通信協(xié)議互聯(lián)，支持多種硬件設(shè)備。開(kāi)放性是衡量一個(gè)組態(tài)軟件好壞的重要指標(biāo)。 組態(tài)軟件向下應(yīng)能與低層的數(shù)據(jù)采集設(shè)備通信，向上能與管理層通信，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與下位機(jī)的雙向通信。c.豐富的功能模塊提供豐富的控潲功

38、能庫(kù)，滿足用戶的測(cè)控要求和現(xiàn)場(chǎng)需求。利用各種功能模塊，完成實(shí)時(shí)監(jiān)控 產(chǎn)生功能報(bào)表 業(yè)示歷史曲線、實(shí)時(shí)曲線、提供報(bào)警等功能，使系統(tǒng)具有良好的人機(jī)界面，易于操作，系統(tǒng)既叫適用于單機(jī)集中式控制、dcs分布式控制，也可以是帶遠(yuǎn)程遇信能力的遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng) d.強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫(kù)配有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，可存儲(chǔ)各種數(shù)據(jù)，如模擬量、離散量、字符型等，實(shí)現(xiàn)與外部設(shè)備的數(shù)據(jù)交換。 e.可編程的命令語(yǔ)言有可編程的命令語(yǔ)言，使用戶可根據(jù)自己的需要編撰程序，增強(qiáng)圖形界面。f.周密的系統(tǒng)安全防范對(duì)不同的操作者，賦予不同的操作權(quán)限，保證整個(gè)系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。g.仿真功能提供強(qiáng)大的仿真功能使系統(tǒng)并行設(shè)計(jì)，從而縮短開(kāi)發(fā)周期。（2）常用的組態(tài)

39、軟件a.intouchwonderware（萬(wàn)維公司）是 invensys plc“生產(chǎn)管理”部的一個(gè)運(yùn)營(yíng)單位，是全球工業(yè)自動(dòng)化軟件的領(lǐng)先供應(yīng)商。wonderware的intouch軟件是最早進(jìn)入我國(guó)的組態(tài)軟件。在80年代末、90年代初，基于windows3.1的intouch軟件曾讓我們耳目一新，并且intouch提供了豐富的圖庫(kù)。但是，早期的intouch軟件采用dde方式與驅(qū)動(dòng)程序通信，性能較差，最新的intouch7.0版已經(jīng)完全基于32位的windows平臺(tái)，并且提供了opc支持。b.ifixge fanuc智能設(shè)備公司由美國(guó)通用電氣公司（ge）和日本fanuc公司合資組建，提供自動(dòng)

40、化硬件和軟件解決方案，幫助用戶降低成本，提高效率并增強(qiáng)其盈利能力。intellution公司以fix組態(tài)軟件起家，1995年被愛(ài)默生收購(gòu)，現(xiàn)在是愛(ài)默生集團(tuán)的全資子公司，fix6.x軟件提供工控人員熟悉的概念和操作界面，并提供完備的驅(qū)動(dòng)程序（需單獨(dú)購(gòu)買(mǎi)）。上世紀(jì)90年代末，intellution公司重新開(kāi)發(fā)內(nèi)核，并將重新開(kāi)發(fā)新的產(chǎn)品系列命名為ifix。在ifix中，intellution提供了強(qiáng)大的組態(tài)功能，將fix原有的script語(yǔ)言改為vba（visual basic for application），并且在內(nèi)部集成了微軟的vba開(kāi)發(fā)環(huán)境。為了解決兼容問(wèn)題，ifix里面提供了程序叫fix

41、desktop，可以直接在fix desktop中運(yùn)行fix程序。intellution的產(chǎn)品與microsoft的操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了緊密的集成。intellution也是opc（ole for process control）組織的發(fā)起成員之一。ifix的opc組件和驅(qū)動(dòng)程序同樣需要單獨(dú)購(gòu)買(mǎi)。2002年，ge fanuc公司又從愛(ài)默生集團(tuán)手中，將intellution公司收購(gòu)。2009年12月11日，通用電氣公司（紐約證券交易所：ge）和fanuc公司宣布，兩家公司完成了ge fanuc自動(dòng)化公司合資公司的解散協(xié)議。根據(jù)該協(xié)議，合資公司業(yè)務(wù)將按照其起初來(lái)源和比例各自歸還給其母公司，該協(xié)議并

42、使股東雙方得以將重點(diǎn)放在其各自現(xiàn)有業(yè)務(wù)，謀求在其各自專(zhuān)長(zhǎng)的核心業(yè)內(nèi)的發(fā)展。c.citech悉雅特集團(tuán)（citect）是世界領(lǐng)先的提供工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)、設(shè)施自動(dòng)化系統(tǒng)、實(shí)時(shí)智能信息和新一代 mes 的獨(dú)立供應(yīng)商。cit公司的citech也是較早進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)的產(chǎn)品。citech具有簡(jiǎn)潔的操作方式，但其操作方式更多的是面向程序員，而不是工控用戶。citech提供了類(lèi)似c語(yǔ)言的腳本語(yǔ)言進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，但與ifix不同的是，citech的腳本語(yǔ)言并非是面向?qū)ο蟮模穷?lèi)似于c語(yǔ)言，這無(wú)疑為用戶進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)增加了難度。d.wincc西門(mén)子自動(dòng)化與驅(qū)動(dòng)集團(tuán)(a&d)是西門(mén)子股份公司中最大的集團(tuán)之一，是西門(mén)子工業(yè)

43、領(lǐng)域的重要組成部分。siemens的wincc也是一套完備的組態(tài)開(kāi)發(fā)環(huán)境，simens提供類(lèi)c語(yǔ)言的腳本，包括一個(gè)調(diào)試環(huán)境。wincc內(nèi)嵌opc支持，并可對(duì)分布式系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)。但wincc的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，用戶最好經(jīng)過(guò)siemens的培訓(xùn)以掌握wincc的應(yīng)用。e.aspen-tech（艾斯苯公司）艾斯苯公司(aspentechnology,inc.)是一個(gè)為過(guò)程工業(yè)(包括化工、石化、煉油、造紙、電力、制藥、半導(dǎo)體、日用化工、食品飲料等工業(yè))提供企業(yè)優(yōu)化軟件及服務(wù)的領(lǐng)先供應(yīng)商。f.moviconmovicon是意大利自動(dòng)化軟件供應(yīng)商progea公司開(kāi)發(fā)。該公司自1990年開(kāi)始開(kāi)發(fā)基于windows

44、平臺(tái)的自動(dòng)化監(jiān)控軟件，可在同一開(kāi)發(fā)平臺(tái)完成不同運(yùn)行環(huán)境的需要。特色之處在于完全基于xml，又集成了vba兼容的腳本語(yǔ)言及類(lèi)似step-7指令表的軟邏輯功能。g.世紀(jì)星世紀(jì)星由北京世紀(jì)長(zhǎng)秋科技有限公司開(kāi)發(fā)。產(chǎn)品自1999年開(kāi)始銷(xiāo)售。 h.三維力控三維力控由北京三維力控科技有限公司開(kāi)發(fā)，核心軟件產(chǎn)品初創(chuàng)于1992年。 i.組態(tài)王kingview組態(tài)王kingview由北京亞控科技發(fā)展有限公司開(kāi)發(fā)，該公司成立于1997年。1991年開(kāi)始創(chuàng)業(yè)，1995年推出組態(tài)王1.0版本，目前在市場(chǎng)上廣泛推廣kingview6.53、kingview6.55版本，每年銷(xiāo)量在10,000套以上，在國(guó)產(chǎn)軟件市場(chǎng)中市場(chǎng)占

45、有率第一。j.紫金橋realinfo紫金橋realinfo由紫金橋軟件技術(shù)有限公司開(kāi)發(fā)，該公司是由中石油大慶石化總廠出資成立。k. mcgsmcgs由北京昆侖通態(tài)自動(dòng)化軟件科技有限公司開(kāi)發(fā)，市場(chǎng)上主要是搭配硬件銷(xiāo)售。l.態(tài)神態(tài)神是由南京新迪生軟件技術(shù)有限公司開(kāi)發(fā)，核心軟件產(chǎn)品初創(chuàng)于2005，是首款3d組態(tài)軟件。在對(duì)課題進(jìn)行綜合考慮之后，得出mcgs的成本低，功能相對(duì)較全，可以完全滿足課題的需要的結(jié)論，因此本課題選用mcgs組態(tài)軟件開(kāi)發(fā)監(jiān)控系統(tǒng)。3.2 mcgs的特點(diǎn)與功能相對(duì)于其他的組態(tài)軟件來(lái)說(shuō)，mcgs(monitor and control generated system，通用監(jiān)控系統(tǒng))

46、是一套用于快速構(gòu)造和生成計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件，它能夠在基于microsoft的各種32位windows平臺(tái)上運(yùn)行，通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集處理，以動(dòng)畫(huà)顯示、報(bào)警處理、流程控制、實(shí)時(shí)曲線、歷史曲線和報(bào)表輸出等多種方式向用戶提供解決實(shí)際工程問(wèn)題的方案，在自動(dòng)化領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用8。工控組態(tài)軟件mcgs以其操作簡(jiǎn)便、可視性好、可維護(hù)性強(qiáng)、高性能、高可靠性等突出優(yōu)點(diǎn)，已成功應(yīng)用于包括上海東方明珠電視塔消防控制系統(tǒng)、北京的西客站燈光電源控制系統(tǒng)、中央電視臺(tái)消防供水系統(tǒng)等著名工程在內(nèi)的多種工程應(yīng)用領(lǐng)域9。 在mcgs嵌入版中，在設(shè)備窗口內(nèi)配置不同類(lèi)型的設(shè)備構(gòu)件，根據(jù)外部設(shè)備的類(lèi)型和特征，設(shè)置相關(guān)的屬性，將

47、設(shè)備的操作方法如硬件參數(shù)配置、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、設(shè)備調(diào)試等都封裝在構(gòu)件之中，以對(duì)象的形式與外部設(shè)備建立數(shù)據(jù)的傳輸通道連接。系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，設(shè)備構(gòu)件由設(shè)備窗口同意調(diào)度管理。通過(guò)通道連接，它既可以向?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)提供從外部設(shè)備采集到的數(shù)據(jù)，供系統(tǒng)其它部分進(jìn)行控制運(yùn)算和流程調(diào)度，又能從實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)查詢控制參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備工作狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和過(guò)程的自動(dòng)控制10。4 間歇式分程控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)4.1 間歇式分程控制系統(tǒng)原理 在間歇式生產(chǎn)化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中，當(dāng)反應(yīng)物投入設(shè)備后，需加熱升溫，以達(dá)到化學(xué)反應(yīng)溫度，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為加熱升溫過(guò)程；而反應(yīng)開(kāi)始后則是一個(gè)放熱過(guò)程，一旦達(dá)到反應(yīng)溫度后，就會(huì)隨著化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行不斷釋放出熱量，需

48、及時(shí)移走反應(yīng)熱以保證合成產(chǎn)品質(zhì)量，否則由于連鎖反應(yīng)以致引起爆炸事故。所以要進(jìn)行冷卻以保持恒定溫度，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為恒溫階段。因此對(duì)于這種間歇式化學(xué)反應(yīng)器既要考慮反應(yīng)前的預(yù)熱問(wèn)題，又要考慮反應(yīng)過(guò)程中及時(shí)移走反應(yīng)熱的問(wèn)題。為此設(shè)計(jì)了分程控制系統(tǒng)，系統(tǒng)如圖4.1所示。該控制系統(tǒng)的方塊圖如圖4.2所示。tc蒸汽b閥冷水a(chǎn)閥tt圖4.1 間歇式化學(xué)反應(yīng)器分程控制系統(tǒng)被控對(duì)象控制器被控對(duì)象變送器b閥a閥給定輸出圖4.2 分程控制系統(tǒng)方塊圖工藝上通入蒸汽進(jìn)行加熱，通入冷水進(jìn)行降溫。為達(dá)到控制要求需要確定調(diào)節(jié)閥的分程特性。從生產(chǎn)安全出發(fā)，當(dāng)氣源供氣中斷，或控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障而無(wú)輸出時(shí)，為防止反應(yīng)器因過(guò)熱而發(fā)生爆炸，

49、應(yīng)使冷水閥a打開(kāi)，而蒸汽閥b關(guān)閉，故冷水閥a選用氣關(guān)閥，蒸汽閥b選用氣開(kāi)閥。同時(shí)，溫度調(diào)節(jié)器選擇反作用。這樣既能滿足生產(chǎn)上控制的要求，也能保證當(dāng)氣源供氣中斷時(shí)生產(chǎn)處于安全狀態(tài)的要求。在進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)前的升溫階段，由于溫度測(cè)量值小于給定值，因此調(diào)節(jié)器輸出增大，蒸汽閥b開(kāi)大，冷水閥a關(guān)閉，使反應(yīng)器溫度升高，當(dāng)達(dá)到反應(yīng)溫度時(shí)，化學(xué)反應(yīng)發(fā)生，于是就有熱量放出，反應(yīng)物的溫度逐漸升高。當(dāng)溫升使測(cè)量值大于給定值時(shí)，調(diào)節(jié)器輸出將減小，隨著調(diào)節(jié)器輸出的減小，蒸汽閥b將逐漸關(guān)小乃至完全關(guān)閉，而冷水閥a則逐漸打開(kāi)，這時(shí)反應(yīng)器夾套中流過(guò)的將不再是熱水而是冷水，這樣一來(lái)反應(yīng)所產(chǎn)生的熱量就會(huì)被冷水給帶走，從而達(dá)到維持反應(yīng)溫

50、度的目的。根據(jù)工藝要求，當(dāng)測(cè)量值與給定值相同時(shí)，反應(yīng)器既不用加熱也不用冷卻，因此在分程點(diǎn)時(shí)要求a、b兩閥均為關(guān)閉11。分程控制系統(tǒng)中控制器輸出信號(hào)的分段，是由附設(shè)在控制閥上的閥門(mén)定位器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。閥門(mén)定位器相當(dāng)于一只可變放大倍數(shù)、且零點(diǎn)可以調(diào)整的放大器。如果在分程控制系統(tǒng)中采用了a、b兩只分程閥，并且要求a閥在0.020.06mpa信號(hào)范圍內(nèi)作全行程動(dòng)作，要求b閥在0.060.10mpa信號(hào)范圍內(nèi)作全行程動(dòng)作，那么，就可以對(duì)附設(shè)在控制閥a、b上的閥門(mén)定位器分別進(jìn)行調(diào)整：使控制閥a的閥門(mén)定位器在0.020.06mpa的輸入信號(hào)下，輸出由0.02mpa變化到0.10mpa，這樣控制閥a即在0.020

51、.06mpa信號(hào)范圍內(nèi)走完全行程；調(diào)整控制閥b的閥門(mén)定位器在0.060.10mpa的輸入信號(hào)下，輸出由0.02mpa變化到0.10mpa，這樣控制閥b即在0.060.10mpa信號(hào)范圍內(nèi)走完全行程。這樣一來(lái)，當(dāng)控制器輸出信號(hào)在小于0.06mpa范圍內(nèi)變化時(shí)，就只有控制閥a隨著信號(hào)壓力的變化改變自己的開(kāi)度，而控制閥b則處于某個(gè)極限位置開(kāi)度不變；當(dāng)控制器輸出信號(hào)在大于0.06mpa范圍內(nèi)變化時(shí)，控制閥a因已移動(dòng)到極限位置而開(kāi)度不再變化，而控制閥b卻隨著信號(hào)的變化改變閥門(mén)的開(kāi)度。有一點(diǎn)必須引起重視，就是當(dāng)壓力在給定值附近波動(dòng)時(shí)，a、b兩閥將會(huì)頻繁地動(dòng)作，這將影響到控制閥的使用壽命。為了防止儲(chǔ)罐壓力在

52、給定值附近變化時(shí)，a、b閥頻繁動(dòng)作，可在兩閥信號(hào)交接處設(shè)置一個(gè)不靈敏區(qū)，如圖4.3所示。方法是通過(guò)閥門(mén)定位器的調(diào)整，使a閥在0.020.058mpa信號(hào)范圍內(nèi)從全開(kāi)到全關(guān)，使b閥在0.0620.10mpa信號(hào)范圍內(nèi)從全關(guān)到全開(kāi)。這樣做了以后，當(dāng)控制器輸出信號(hào)在0.0580.062mpa范圍內(nèi)變化時(shí)，a、b閥都處于全關(guān)位置不動(dòng)。這樣做對(duì)于儲(chǔ)罐這樣一個(gè)空間較大，因而時(shí)間常數(shù)較大，且控制精度要求又不是很高的具體壓力對(duì)象來(lái)說(shuō)，是有益的。因?yàn)榱粲羞@樣一個(gè)不靈敏區(qū)之后，將會(huì)使控制過(guò)程變化趨于緩慢，系統(tǒng)更為穩(wěn)定12。100%ab0.0620.100.0580.02 圖4.3 分程閥特性圖（閥壓/mpa）4.

53、2間歇式分程控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)間歇式化學(xué)反應(yīng)器分程控制系統(tǒng)硬件包括pc機(jī)（監(jiān)控系統(tǒng)），plc系統(tǒng)，檢測(cè)與變送裝置和執(zhí)行裝置這四個(gè)部分。硬件結(jié)構(gòu)如圖4.4所示。冷水控制閥蒸汽控制閥溫度檢測(cè)變送cpu模塊mcgspcpc/ppicpu模塊模擬量輸入輸出模塊溫度控制量控制量 圖4.4 間歇式化學(xué)反應(yīng)器分程控制系統(tǒng)硬件框架圖 間歇式化學(xué)反應(yīng)器內(nèi)部溫度經(jīng)檢測(cè)變送為1-5v的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)模擬量擴(kuò)展模塊（a/d）送給cpu模塊，與設(shè)定值比較后經(jīng)pid運(yùn)算得到一控制信號(hào)，通過(guò)對(duì)控制信號(hào)的判斷來(lái)決定蒸汽閥和冷水閥的開(kāi)度，并經(jīng)模擬量擴(kuò)展模塊（d/a）轉(zhuǎn)換為模擬量送到蒸汽閥和冷水閥，通過(guò)兩閥開(kāi)度的變化實(shí)現(xiàn)對(duì)反應(yīng)

54、器內(nèi)部溫度的控制。a.plc系統(tǒng)本課題采用s7200系列plc系統(tǒng)，plc系統(tǒng)包括cpu模塊，pc/ppi電纜和模擬量輸入輸出模塊。cpu模塊采用cpu226，其適用于復(fù)雜的中小型控制系統(tǒng)，可擴(kuò)展到248點(diǎn)數(shù)字量和35路模擬量，有兩個(gè)rs-485通信接口。pc/ppi電纜是一根rs485/rs432的匹配電纜，它的作用是將s7200cpu和pc機(jī)的com口的電氣規(guī)范進(jìn)行匹配，使其相容。 模擬量輸入輸出模塊采用em235和em232。em235是常用的模擬量擴(kuò)展模塊，它實(shí)現(xiàn)了4路模擬量輸入和1路模擬量輸出功能，輸入信號(hào)有16檔量程。模擬量輸入模塊的分辨率為12位，單極性全量程輸入范圍對(duì)應(yīng)的數(shù)字量

55、輸出為032000，雙極性為-32000-+32000。em232有兩路模擬量輸出，量程有-10v-+10v和020ma兩種，對(duì)應(yīng)的數(shù)字量分別為-32000-+32000和032000。滿量程時(shí)電壓輸出和電流輸出的分辨率分別為12位和11位。 b.檢測(cè)與變送裝置檢測(cè)裝置采用pt100熱電阻，它利用pt電阻阻值與溫度之間的良好線性關(guān)系的原理進(jìn)行工作。pt100，又叫鉑電阻，熱電阻，是一種溫度傳感器，適用于精密儀器、恒溫設(shè)備、流體管道等溫度的測(cè)量，非常經(jīng)濟(jì)實(shí)用。鉑電阻溫度傳感器精度高，穩(wěn)定性好，應(yīng)用溫度范圍廣，是中低溫區(qū)（-200400）最常用的一種溫度檢測(cè)器，不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)測(cè)溫，而且被制成各種標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)。變送裝置采用we200系列溫度變送器。它的作用是將傳感器提供的電量轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)量程420