DCS課程設(shè)計(jì) 水箱液位串級(jí)控制

1、目 錄1 題目背景與意義11.1 題目背景11.2 課題意義12 設(shè)計(jì)題目介紹12.1設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求12.2 集散控制系統(tǒng)基本組成22.3 設(shè)計(jì)原理及分析33 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案63.1雙容水箱控制63.2串級(jí)控制74 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)84.1數(shù)據(jù)采集模塊84.1.1 模擬量輸入模塊84.1.2 模擬量輸出模塊94.2儀表和執(zhí)行機(jī)構(gòu)選型114.3系統(tǒng)連線114.3.1 模擬量輸入模塊FM148A接線114.3.2模擬量輸出模塊FM151A接線125 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)125.1組態(tài)畫面的設(shè)計(jì)135.2通訊設(shè)置136 系統(tǒng)仿真調(diào)試147 結(jié)論16參考文獻(xiàn)171 題目背景與意義1.1 題目背景集散控制系統(tǒng)（Dis

2、tributed control system），是以多個(gè)微處理機(jī)為基礎(chǔ)利用現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)、圖形顯示技術(shù)和冗余技術(shù)等實(shí)現(xiàn)對(duì)分散控制對(duì)象的調(diào)節(jié)、監(jiān)視管理的控制技術(shù)。其特點(diǎn)是以分散的控制適應(yīng)分散的控制對(duì)象，以集中的監(jiān)視和操作達(dá)到掌握全局的目的。系統(tǒng)具有較高的穩(wěn)定性、可靠性和可擴(kuò)展性。該系統(tǒng)將若干臺(tái)微機(jī)分散應(yīng)用于過程控制，全部信息通過通信網(wǎng)絡(luò)由上位管理計(jì)算機(jī)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化控制，整個(gè)裝置繼承了常規(guī)儀表分散控制和計(jì)算機(jī)集中控制的優(yōu)點(diǎn)，克服了常規(guī)儀表功能單一，人-機(jī)聯(lián)系差以及單臺(tái)微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)危險(xiǎn)性高度集中的缺點(diǎn)，既實(shí)現(xiàn)了在管理、操作和顯示三方面集中，又實(shí)現(xiàn)了在功能、

3、負(fù)荷和危險(xiǎn)性三方面的分散。DCS系統(tǒng)在現(xiàn)代化生產(chǎn)過程控制中起著重要的作用。隨著工業(yè)自動(dòng)化水平的不斷提高，計(jì)算機(jī)的廣泛運(yùn)用，人們對(duì)工業(yè)自動(dòng)化的要求也越來越高。而DCS又有延續(xù)性和可擴(kuò)充性，易學(xué)易用性和通用性，使得DCS得到長(zhǎng)足的發(fā)展。DCS，分散控制系統(tǒng)，采用控制功能分散，顯示操作集中，兼顧分散而自治的集散控制系統(tǒng)。并隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展迅猛，在工控自動(dòng)化領(lǐng)域發(fā)展中也得到很快的提高。1.2 課題意義集散控制系統(tǒng)是當(dāng)前先進(jìn)工業(yè)控制系統(tǒng)主要的結(jié)構(gòu)形式，在高校，集散控制系統(tǒng)是最接近實(shí)際生產(chǎn)過程的一門專業(yè)課。通過此方向的課程設(shè)計(jì)，能夠聯(lián)系學(xué)生幾年來學(xué)習(xí)的網(wǎng)絡(luò)知識(shí)，計(jì)算機(jī)知識(shí)，儀表傳感器知識(shí)，控制系統(tǒng)知識(shí)，培

4、養(yǎng)學(xué)生的控制工程設(shè)計(jì)能力。主要要求鍛煉學(xué)生以下兩種能力：1.通過工業(yè)數(shù)據(jù)通信與控制網(wǎng)絡(luò)課程設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)，了解工業(yè)數(shù)據(jù)通信與控制網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)貌。  2.從介紹的基礎(chǔ)知識(shí)入手，較深入的了解多種現(xiàn)場(chǎng)總線各自的技術(shù)特點(diǎn)、規(guī)范、通信控制芯片、接口電路以及控制網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用，熟悉工控組態(tài)軟件下的組態(tài)設(shè)計(jì)，并能進(jìn)行較復(fù)雜的工業(yè)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析。2 設(shè)計(jì)題目介紹2.1設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求根據(jù)所提供的雙容水箱工藝對(duì)象，通過分析其對(duì)象動(dòng)態(tài)特性，設(shè)計(jì)和實(shí)施完整的控制方案，具體完成： 根據(jù)提供的工藝對(duì)象，實(shí)驗(yàn)室的和利時(shí)公司集散控制系統(tǒng)，完成系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)配置，硬件系統(tǒng)配置。數(shù)據(jù)庫的錄入。 基礎(chǔ)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，包括溫度，

5、液位控制、流量控制、被控變量、操縱變量、控制規(guī)律、閥門特性等的選擇。并說明理由； 設(shè)計(jì)相關(guān)的控制方案，進(jìn)行控制算法組態(tài)，完成工程師在線下裝； 儀表選型與儀表連接，包括控制器、測(cè)量變送裝置、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇，并表達(dá)出各單元之間的信號(hào)連接； 在MACSV或PCS7上完成DCS應(yīng)用組態(tài)，包括控制算法組態(tài)和監(jiān)控畫面組態(tài)；2.2 集散控制系統(tǒng)基本組成現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí) 又稱數(shù)據(jù)采集裝置，主要是將過程非控變量進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和預(yù)處理，而且對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)一步加工處理，供CRT操作站顯示和打印，從而實(shí)現(xiàn)開環(huán)監(jiān)視，并將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控計(jì)算機(jī)。輸出裝置在有上位機(jī)的情況下，能以開關(guān)量或者模擬量信號(hào)的方式，向終端元件

6、輸出計(jì)算機(jī)控制命令。這一個(gè)級(jí)別直接面對(duì)現(xiàn)場(chǎng)，跟現(xiàn)場(chǎng)過程相連。比如閥門、電機(jī)、各類傳感器、變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等等。它們都是工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的基礎(chǔ)設(shè)備、同樣也是DCS的基礎(chǔ)。在DCS系統(tǒng)中，這一級(jí)別的功能就是服從上位機(jī)發(fā)來的命令，同時(shí)向上位機(jī)反饋執(zhí)行的情況。拿軍隊(duì)來舉例的話，可以形容為最底層的士兵。它們只要能準(zhǔn)確地服從命令，并且準(zhǔn)確地向上級(jí)匯報(bào)情況即完成使命。至于它與上位機(jī)交流，就是通過模擬信號(hào)或者現(xiàn)場(chǎng)總線的數(shù)字信號(hào)。由于模擬信號(hào)在傳遞的過程或多或少存在一些失真或者受到干擾，所以目前流行的是通過現(xiàn)場(chǎng)總線來進(jìn)行DCS信號(hào)的傳遞。過程控制級(jí) 又稱現(xiàn)場(chǎng)控制單元或基本控制器，是DCS系統(tǒng)中的核心部分。生產(chǎn)

7、工藝的調(diào)節(jié)都是靠它來實(shí)現(xiàn)。比如閥門的開閉調(diào)節(jié)、順序控制、連續(xù)控制等等。 上面說到現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)是“士兵”，那么給它發(fā)號(hào)施令的就是過程控制級(jí)了。它接受現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)傳來的信號(hào)，按照工藝要求進(jìn)行控制規(guī)律運(yùn)算，然后將結(jié)果作為控制信號(hào)發(fā)給現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)的設(shè)備。所以，過程控制級(jí)要具備聰明的大腦，能將“士兵”反饋的軍情進(jìn)行分析，然后做出命令，以使“士兵”能打贏“戰(zhàn)爭(zhēng)”。這個(gè)級(jí)別不是最高的，相當(dāng)于軍隊(duì)里的“中尉”。它也一樣必須將現(xiàn)場(chǎng)的情況反饋給更高級(jí)別的“上?！币簿褪窍旅嬷v的過程管理級(jí)。過程管理級(jí) DCS的人機(jī)接口裝置，普遍配有高分辨率、大屏幕的色彩CRT、操作者鍵盤、打印機(jī)、大容量存儲(chǔ)器等。操作員

8、通過操作站選擇各種操作和監(jiān)視生產(chǎn)情況、 這個(gè)級(jí)別是操作人員跟DCS交換信息的平臺(tái)。是DCS的核心顯示、操作跟管理裝置。操作人員通過操作站來監(jiān)視和控制生產(chǎn)過程，可以通過屏幕了解到生產(chǎn)運(yùn)行情況，了解每個(gè)過程變量的數(shù)字跟狀態(tài)。這一級(jí)別在軍隊(duì)中算是很高的“上?！绷?。它所掌握的“大權(quán)”可以根據(jù)需要隨時(shí)進(jìn)行手動(dòng)自動(dòng)切換、修改設(shè)定值，調(diào)整控制信號(hào)、操縱現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程的控制。 經(jīng)營(yíng)管理級(jí) 又稱上位機(jī)，功能強(qiáng)、速度快、容量大。通過專門的通信接口與高速數(shù)據(jù)通路相連，綜合監(jiān)視系統(tǒng)各單元，管理全系統(tǒng)的所有信息。 這是全廠自動(dòng)化系統(tǒng)的最高一層。只有大規(guī)模的集散控制系統(tǒng)

9、才具備這一級(jí)。相當(dāng)于軍隊(duì)中的“元帥”，他們所面向的使用者是廠長(zhǎng)、經(jīng)理、總工程師等行政管理或運(yùn)行管理人員。 它的權(quán)限很大，可以監(jiān)視各部門的運(yùn)行情況，利用歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)可能發(fā)生的各種情況，從企業(yè)全局利益出發(fā)，幫助企業(yè)管理人員進(jìn)行決策，幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)其計(jì)劃目標(biāo)。 圖1 集散控制系統(tǒng)分布圖2.3 設(shè)計(jì)原理及分析集散系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上是一種分散型自動(dòng)化系統(tǒng)，又稱做以微處理機(jī)為基礎(chǔ)的分散綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。集散系統(tǒng)具有分散監(jiān)控和集中綜合管理兩方面的特征，而更將"集 "字放在首位，更注重于全系統(tǒng)信息的綜合管理。工業(yè)自動(dòng)化不僅體現(xiàn)在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，也體現(xiàn)在 企業(yè)

10、事務(wù)行政管理上。集散系統(tǒng)的發(fā)展及工業(yè)自動(dòng)化的需求，導(dǎo)致了一個(gè)更龐大、更完善的計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)CIMS的誕生。集散系統(tǒng)一般分為三級(jí)：過程級(jí)、監(jiān)控級(jí)和管理信息級(jí)。集散系統(tǒng)是將分散于現(xiàn)場(chǎng)的以微機(jī)為基礎(chǔ)的過程監(jiān)測(cè)單元、過程控制單元、圖文操作站及主機(jī)（上位 機(jī)）集成在一起的系統(tǒng)。它采用了局域網(wǎng)技術(shù)，將多個(gè)過程監(jiān)控、操作站和上位機(jī)互連在一起，使通信功能增強(qiáng)，信息傳輸速度加快，吞吐量加大，為信息的綜合管 理提供了基礎(chǔ)。因?yàn)镃IMS具有提高生產(chǎn)率、縮短生產(chǎn)周期等一系列極具吸引力的優(yōu)點(diǎn)，所以已經(jīng)成為未來工廠自動(dòng)化的方向。 而集散控制系統(tǒng)的組成主要分為： (1) 分散過程

11、控制級(jí)(DDC) (2) 計(jì)算機(jī)監(jiān)督控制級(jí)(SCC) (3) 生產(chǎn)管理機(jī)如下圖，分散過程控制級(jí)是DCS的基礎(chǔ)，用于直接控制生產(chǎn)過程。它由各工作站組成，每一個(gè)工作站分別完成數(shù)據(jù)采集、順序控制或某一被控制量的閉環(huán)控制等。分散過程控制級(jí)收集的數(shù)據(jù)供監(jiān)控級(jí)調(diào)用，各工作站接受監(jiān)控級(jí)發(fā)送的信息，并依次而工作，因此局部的故障不會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的工作，從而避免了集中控制系統(tǒng)中“危險(xiǎn)集中”缺點(diǎn)。 監(jiān)控級(jí)的任務(wù)是對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)視與操作。監(jiān)控級(jí)根據(jù)生產(chǎn)管理機(jī)的技術(shù)要求，確定分散過程控制級(jí)的最優(yōu)給定量。監(jiān)控級(jí)能全面地反映各工作站的情況，提供充分的信息，因管理機(jī)則是整個(gè)系統(tǒng)的中樞，它根據(jù)監(jiān)

12、控級(jí)提供的信息及生產(chǎn)任務(wù)的要求，編制全面反映整個(gè)系統(tǒng)工作情況的報(bào)表，審核控制方案，選擇數(shù)據(jù)模型，定制最優(yōu)控制策略，并對(duì)下一級(jí)下達(dá)命令。圖2 集散控制系統(tǒng)基本構(gòu)成此次課程設(shè)計(jì)從溫度、液位、流量，三個(gè)被控量中選擇一個(gè)。并根據(jù)被控量的特性設(shè)計(jì)控制回路，即完成單回路控制系統(tǒng)和串級(jí)回路控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。根據(jù)自己對(duì)知識(shí)的了解，以及對(duì)以前知識(shí)的回顧。決定此次課程設(shè)計(jì)的被控量為：液位。設(shè)備的被控對(duì)象有 ： 水箱：包括上水箱、儲(chǔ)水箱。上水箱采用淡藍(lán)色優(yōu)質(zhì)有機(jī)玻璃，不但堅(jiān)實(shí)耐用，而且透明度高，便于學(xué)生直接觀察液位的變化和記錄結(jié)果。上水箱尺寸為：D=25cm，H=20cm；水箱結(jié)構(gòu)獨(dú)特，由三個(gè)槽組成，分別為緩沖槽、工

13、作槽和出水槽，進(jìn)水時(shí)水管的水先流入緩沖槽，出水時(shí)工作槽的水經(jīng)過帶燕尾槽的隔板流入出水槽，這樣經(jīng)過緩沖和線性化的處理，工作槽的液位較為穩(wěn)定，便于觀察。 管道及閥門：整個(gè)系統(tǒng)管道由敷塑不銹鋼管連接而成，所有的手動(dòng)閥門均采用優(yōu)質(zhì)球閥，徹底避免了管道系統(tǒng)生銹的可能性。有效提高了實(shí)驗(yàn)裝置的使用年限。其中儲(chǔ)水箱底部有一個(gè)出水閥，當(dāng)水箱需要更換水時(shí)，把球閥打開將水直接排出。設(shè)備的變送器有：壓力傳感器、變送器：三個(gè)壓力傳感器分別用來對(duì)上、中、下三個(gè)水箱的液位進(jìn)行檢測(cè)，其量程為05KP，精度為0.5級(jí)。采用工業(yè)用的擴(kuò)散硅壓力變送器，帶不銹鋼隔離膜片，同時(shí)采用信號(hào)隔離技術(shù)，對(duì)傳感器溫度漂移跟隨補(bǔ)償。采用標(biāo)準(zhǔn)二線制

14、傳輸方式，工作時(shí)需提供24V直流電源，輸出：420mADC。流量傳感器、變送器：三個(gè)渦輪流量計(jì)分別用來對(duì)由電動(dòng)調(diào)節(jié)閥控制的動(dòng)力支路、由變頻器控制的動(dòng)力支路及盤管出口處的流量進(jìn)行檢測(cè)。它的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量精度高，反應(yīng)快。采用標(biāo)準(zhǔn)二線制傳輸方式，工作時(shí)需提供24V直流電源。流量范圍：01.2m3/h；精度：1.0%；輸出：420mADC。設(shè)備的執(zhí)行機(jī)構(gòu)有：電動(dòng)調(diào)節(jié)閥：采用智能直行程電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，用來對(duì)控制回路的流量進(jìn)行調(diào)節(jié)。電動(dòng)調(diào)節(jié)閥型號(hào)為：QSTP-16K。具有精度高、技術(shù)先進(jìn)、體積小、重量輕、推動(dòng)力大、功能強(qiáng)、控制單元與電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)一體化、可靠性高、操作方便等優(yōu)點(diǎn)，電源為單相220V，控制信號(hào)為420

15、mADC或15VDC，輸出為420mADC的閥位信號(hào)，使用和校正非常方便。水泵：本裝置采用磁力驅(qū)動(dòng)泵，型號(hào)為16CQ-8P，進(jìn)口直徑：16，出口直徑：12，溫度:<=100，流量為30升/分，揚(yáng)程為8米，功率為180W。泵體完全采用不銹鋼材料，以防止生銹，使用壽命長(zhǎng)。本裝置采用兩只磁力驅(qū)動(dòng)泵,一只為三相380V恒壓驅(qū)動(dòng)，另一只為三相變頻220V輸出驅(qū)動(dòng)。電磁閥：在本裝置中作為電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的旁路，起到階躍干擾的作用。電磁閥型號(hào)為：2W-160-25 ；工作壓力：最小壓力為0Kg/2，最大壓力為7Kg/2 ；工作溫度：580；工作電壓：24VDC。如下圖所示實(shí)驗(yàn)設(shè)備的總圖。圖3 實(shí)驗(yàn)設(shè)備總圖3

16、 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案當(dāng)今的自動(dòng)控制技術(shù)絕大多數(shù)部分是基于反饋。反饋理論包括三個(gè)基本要素：測(cè)量、比較和執(zhí)行。測(cè)量關(guān)心的是變量，并與期望值相比較，以此偏差來糾正和調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的響應(yīng)。反饋理論及其在自動(dòng)控制的應(yīng)用的關(guān)鍵是：作出正確的測(cè)量與比較后，如何將偏差用于系統(tǒng)的糾正和調(diào)節(jié)。 圖4 雙容水箱系統(tǒng)控制方框圖3.1雙容水箱控制此次課程設(shè)計(jì)選擇水箱液位的控制。本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖和方框圖如圖3-2所示。被控量為電動(dòng)調(diào)節(jié)閥支路的流量，實(shí)驗(yàn)要求水箱1水位穩(wěn)定至給定值。將水箱1的液位測(cè)量變送器檢測(cè)到的液位信號(hào)作為反饋信號(hào)，并與給定量比較，其差值通過調(diào)節(jié)器控制電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開度，以達(dá)到控制水箱液位的目的。為了實(shí)現(xiàn)

17、系統(tǒng)在階躍給定和階躍擾動(dòng)作用下的無靜差控制，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器應(yīng)為PI控制。圖5 雙容水箱控制圖3.2串級(jí)控制本實(shí)驗(yàn)為水箱液位的串級(jí)控制系統(tǒng)，它是由主控、副控兩個(gè)回路組成。主控回路中的調(diào)節(jié)器稱主調(diào)節(jié)器，控制對(duì)象為上水箱，其液位為系統(tǒng)的主控制量。副控回路中的調(diào)節(jié)器稱副調(diào)節(jié)器，控制對(duì)象為流量，又稱副對(duì)象，其流量為系統(tǒng)的副控制量。主調(diào)節(jié)器的輸出作為副調(diào)節(jié)器的給定，因而副控回路是一個(gè)隨動(dòng)控制系統(tǒng)。副調(diào)節(jié)器的的輸出直接驅(qū)動(dòng)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，從而達(dá)到控制液位的目的。為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)在階躍給定和階躍擾動(dòng)作用下的無靜差控制，系統(tǒng)的主調(diào)節(jié)器應(yīng)為PI或PID控制。由于副控回路的輸出要求能快速、準(zhǔn)確地復(fù)現(xiàn)主調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)的變化規(guī)律

18、，對(duì)副參數(shù)的動(dòng)態(tài)性能和余差無特殊的要求，因而副調(diào)節(jié)器可采用P調(diào)節(jié)器。（1） 比例（P）調(diào)節(jié)作用 是按比例反應(yīng)系統(tǒng)的偏差，系統(tǒng)一旦出現(xiàn)了偏差，比例調(diào)節(jié)立即產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用用以減少偏差。比例作用大，可以加快調(diào)節(jié)，減少誤差，但是過大的比例，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，甚至造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。  （2） 積分（I）調(diào)節(jié)作用 是使系統(tǒng)消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高無差度。因?yàn)橛姓`差，積分調(diào)節(jié)就進(jìn)行，直至無差，積分調(diào)節(jié)停止，積分調(diào)節(jié)輸出一常值。積分作用的強(qiáng)弱取決與積分時(shí)間常數(shù)Ti，Ti越小，積分作用就越強(qiáng)。反之Ti大則積分作用弱，加入積分調(diào)節(jié)可使系統(tǒng)穩(wěn)定性下降，動(dòng)態(tài)響應(yīng)變慢。積分作用常與另兩

19、種調(diào)節(jié)規(guī)律結(jié)合，組成PI調(diào)節(jié)器或PID調(diào)節(jié)器。  （3） 微分（D）調(diào)節(jié)作用 微分作用反映系統(tǒng)偏差信號(hào)的變化率，具有預(yù)見性，能預(yù)見偏差變化的趨勢(shì)，因此能產(chǎn)生超前的控制作用，在偏差還沒有形成之前，已被微分調(diào)節(jié)作用消除。微分作用對(duì)噪聲干擾有放大作用，因此過強(qiáng)的加微分調(diào)節(jié)，對(duì)系統(tǒng)抗干擾不利。本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖和方框圖如圖所示：圖6 串級(jí)回路控制系統(tǒng)方框圖4 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)4.1數(shù)據(jù)采集模塊4.1.1 模擬量輸入模塊 FM143型模塊是智能型8路熱電阻模擬量輸入模塊，是HollySys公司采用目前世界上先進(jìn)的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)(ProfiBus-DP總線)而新開發(fā)的熱電阻模擬量輸入

20、模塊。通過與配套的底座FM131A連接，用于處理從現(xiàn)場(chǎng)來的熱電阻輸入信號(hào)。FM143與Cu50、Cu100、Pt10、Pt100等類型電阻測(cè)溫元件相連，可處理工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的溫度信號(hào)。通過組態(tài)，該模塊可對(duì)在50383.02歐姆范圍內(nèi)的電阻信號(hào)采樣處理。FM143模塊體積小，重量輕，安裝靈活；具備帶電插拔功能?？稍谙到y(tǒng)加電的情況下直接插拔本模塊，不會(huì)影響本模塊及系統(tǒng)的正常運(yùn)行；具有看門狗定時(shí)器電路，可使模塊在異常情況下自動(dòng)復(fù)位；提供了DC24V反向保護(hù)、通訊線箝壓保護(hù)，信號(hào)輸入通道過壓保護(hù)。另外 FM143A可對(duì)在0147.15歐姆范圍內(nèi)的電阻信號(hào)采樣處理，即可進(jìn)行低溫測(cè)量。其它方面與FM143類似。

21、如下圖所示。圖7 FM148A模塊FM148A型模塊是智能型8路大信號(hào)模擬量輸入模塊，通過與配套的端子底座FM131A連接，用于處理從現(xiàn)場(chǎng)來的010V范圍內(nèi)的電壓信號(hào)和020mA范圍內(nèi)的電流信號(hào)。它適用范圍廣，可以接受二線制電流設(shè)備的電流信號(hào)，也能夠接受四線制電流設(shè)備的電流信號(hào)，還能夠接受電壓信號(hào)。當(dāng)所采集的模擬量信號(hào)的類型發(fā)生變化，不需要在FM148A模塊內(nèi)部進(jìn)行任何設(shè)置，只改變信號(hào)線在端子底座FM131A的上的接法即可。FM148A 模塊體積小，重量輕，安裝靈活。具備帶電插拔功能?？稍谙到y(tǒng)加電的情況下直接插拔本模塊，不會(huì)影響本模塊及系統(tǒng)的正常運(yùn)行。能夠定期檢測(cè)CPU 工作狀態(tài)情況。具有看門

22、狗定時(shí)器電路，可使模塊在異常情況下自動(dòng)復(fù)位。提供了模塊電流過載保護(hù)、DC24V 反向保護(hù)、通訊線箝壓保護(hù)。 支持實(shí)時(shí)的狀態(tài)顯示?？蓪?shí)時(shí)顯示本模塊的運(yùn)行狀態(tài)和通信狀態(tài)。 本模塊加電時(shí)，其面板上的狀態(tài)指示燈（RDY 燈 上 和COM 燈 下）顯示當(dāng)前的工作和通訊狀態(tài)。表1 指示燈的意義 4.1.2 模擬量輸出模塊此次課程設(shè)計(jì)模擬量輸出模塊采用的是FM151A ，如下圖所示。FM151A型模塊是智能型8路420mA模擬量輸出模塊，是HollySys公司采用目前世界上先進(jìn)的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)(ProfiBus-DP總線)而新開發(fā)的模擬量輸出模塊。通過與配套的端子底座FM131A連接，輸出8路420mA的電流

23、信號(hào)。 FM151A模塊體積小，重量輕，安裝靈活。具備帶電插拔功能?？稍谙到y(tǒng)加電的情況下直接插拔本模塊，不會(huì)影響本模塊及系統(tǒng)的正常運(yùn)行。能夠定期檢測(cè)CPU工作狀態(tài)情況。具有看門狗定時(shí)器電路，可使模塊在異常情況下自動(dòng)復(fù)位。提供了模塊電流過載保護(hù)、通訊線箝壓保護(hù)。支持實(shí)時(shí)的狀態(tài)顯示?？蓪?shí)時(shí)顯示本模塊的運(yùn)行狀態(tài)和通信狀態(tài)。具有帶電復(fù)位自保持功能。FM151如下圖所示。圖 8 FM151模塊本模塊加電時(shí)，其面板上的狀態(tài)指示燈（RDY 燈 上 和COM 燈 下）顯示當(dāng)前的工作和通訊狀態(tài)。表2 FM151指示燈意義常用的I/O模塊有：表3 常用的I/O模塊4.2儀表和執(zhí)行機(jī)構(gòu)選型根據(jù)題目要求：實(shí)現(xiàn)水箱液位

24、的控制。選擇實(shí)驗(yàn)所涉及的執(zhí)行機(jī)構(gòu)有上水箱的液位測(cè)量變送器、智能調(diào)節(jié)閥和流量變送器。液位測(cè)量變送器：主要通過對(duì)壓力進(jìn)行測(cè)量并將壓力轉(zhuǎn)化為液位。智能調(diào)節(jié)閥：型號(hào)為QSL智能型直行程執(zhí)行機(jī)構(gòu)，輸入信號(hào)為：4-20mADC/4-12mA/12-20mA/0-5VDC/1-5VDC,輸出信號(hào)：420mADC。流量測(cè)量變送器：即為模擬轉(zhuǎn)換器。4.3系統(tǒng)連線4.3.1 模擬量輸入模塊FM148A接線 模擬量輸入模塊主要采用的是二線制電流信號(hào)的接線 ，接線圖如下所示：圖8 FM148A內(nèi)部接線圖 FM148A 端子信號(hào)的接線要求每路信號(hào)采用兩根導(dǎo)線+24V （屏蔽電纜）接到FM131A 的端子上。針對(duì)不同類型

25、的信號(hào)和供電情況的不同，有三種端子接線方式：二線制電流信號(hào)的接線、四線制電流信號(hào)的接線、電壓信號(hào)的接線。特別強(qiáng)調(diào)：在DCS 系統(tǒng)的運(yùn)用中，為防止多點(diǎn)接地引起信號(hào)測(cè)量不正常，有二線制電流信號(hào)輸入的模塊，嚴(yán)禁接入其它類型（ 四線制電流或電壓型） 的AI 信號(hào)。對(duì)于其它有源設(shè)備來的AI 信號(hào)， 同一處設(shè)備來的信號(hào)盡量集中在一個(gè)。 4.3.2模擬量輸出模塊FM151A接線 模擬量輸出模塊FM151A內(nèi)部接線如下圖所示：圖9 FM151內(nèi)部接線圖FM151A 模塊與 FM131A 底座之間依靠 64 針歐式連接器連接，從而構(gòu)成完整的 I/O 單元。傳給現(xiàn)場(chǎng)的模擬量信號(hào)直接連接到 FM131A 側(cè)邊的雙層端子上。FM151A 端子信號(hào)的接線要求每路信號(hào)采用兩根導(dǎo)線（屏蔽電纜）接到FM131A 的端子上。5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)HOLLiAS- MACS系統(tǒng)的軟件主要包括:組態(tài)軟件、操作員站軟件、服務(wù)器軟件和控制站軟件。 組態(tài)軟件是安裝在工程師站上的，它包括：數(shù)據(jù)庫總控、設(shè)備組態(tài)、服務(wù)器算法組態(tài)、控制器算法組態(tài)、報(bào)表組態(tài)、圖形組態(tài)、工程師在線下裝等組成部分。完成用戶對(duì)于測(cè)點(diǎn)、控制方案、人機(jī)界面等的組態(tài)。操作員站軟件是安裝在