1 系统组成设计方案

本系统模拟化工过程稀释罐、反应罐液位和反应罐温度的变化，对这一过程进行监控。系统使用ADAM5510KW作为现场数据采集和监控设备，ADAM5018采集温度，由ADAM5017采集液位，ADAM5060控制启停开关、原料进口阀、水进口阀、原料出口泵、成品出口泵，ADAM5080采集成品出口流速。

这些量都是假设的，是由信号盒和信号发生器产生，主要为了便于学习设备和软件。上位机监控程序使用Aotoview编写。作为一个完整的控制系统，本系统具备以下组成部分，如图1所示。

图1 完整的控制系统组成部分

2 控制方案的实现

本实验系统采用研华的LABS-1000DEMO箱中温度加热控制器来实现对反应罐温度的变化模拟，控制对象是温度箱的温度，以5510KW进行温度PID控制，通过调节风扇的启停来控制温度箱温度。

用信号盒产生的信号模拟液位的变化，通过调节信号强弱，从上微机系统画面观测液位的变化。用信号发生器产生实验需要的模拟流速，并通过上位机监控画面的启/停开关完成继电器开合，成功的完成对原料进口阀、水进口阀、原料出口泵、成品出口泵的模拟控制^[5]。

3 实验系统配置

3.1 系统配置

ADAM-5510KW系统是模块化的结构，控制范围包括直接插入本地的I/O模块和通过RS-485网络连接的ADAD-4000系列远程I/O模块。

ADAM-5510kW模块化结构如图2所示。

图2 ADAM-5510kW系统模块化结构图

• ADAM-5017模块：将现信号盒模拟液位物理信号转换为4~20mA电流信号，作为ADAM-5017的输入。对应PID功能块的PV值。故ADAM-5017的输入范围设置为：－20 ~ +20mA。
• ADAM-5018模块：用K型热电偶，采集温度信号作为输入，对应PID功能块的PV值。
• ADAM-5024模块：通道输出10V电压控制加热电阻；通道输出0~10V电压控制风扇，ADAM-5024的输出范围设置为4~20mA。

3. 2 模块连接

（1）I/O模块和底座连接时，要把模块和底座的上下插槽对准，固定后把固定夹推入以使模块牢固地连接到系统上。

（2）I/O模块与设备的连接，连线直径为0.5－2.5mm，导线不能有接头，使用线鼻子，输入线和输出线远离，避免导线弯折，同时避免靠近高压线。电源线直径不得小于2.0mm。

（3）接口的连接

• COM1口使用Modbus/ RTU slave协议和触摸屏进行连接，采用RS-232方式。
• COM2口使用Multiprog协议和主机上的Multiprog软件进行连接，编程下载、在线监控等。
• COM3口是保留用于维护的调试/编程端口。
• COM4口是一个RS485/232口，可以进行跳线设置。使用Modbus RTU master协议和ADAM-4055远程模块进行连接。

3. 3 模块安装

面板安装时，为保证有良好的通风条件，系统需要水平安装，不垂直安装、倒装或在光滑水平向上安装；在导轨上安装系统，应该在导轨的两头加装堵头，防止系统在导轨上水平滑动，当系统安装在导轨上，上推系统底部锁定开关，把系统锁定在导轨上。

4 系统的软件实现

在程序中直接调用Multiprog软件中ProconOS.fwl中的FPID功能块，ADAM-5018的每一路输入即对应该FPID功能块的PV值，PID运算后的MV值经比例关系调整并对应到ADAM-5024的输出；对于FPID的SV、KP、TI、TD、手动/自动无扰切换等均可通过组态软件来进行设置。

4.1 监控软件模块

（1）动态图形显示

建立画面的图素与数据库变量的对应关系。建立动画连接后，根据数据库中变量的变化，图形对象可以按动画连接的要求进行改变。一个图形对象可以同时定义多个动画连接，从而可以实现复杂的动画功能。

（2）实时曲线显示

实时趋势用于实时显示数据的变化情况。在画面运行时实时趋势曲线对象由系统自动更新。数据将从趋势的右边进入，同时趋势将从右向左移动。

（3）发送Email

本功能可以应用于报警信息的传送，在现场无人职守的情况下如果产生报警，可在报警预置自定义函数中定义发送Email信息。

（4）实时报警

运行报警和事件记录是实验系统中必不可少的功能，当变量的数值或数值的变化异常时，将产生报警，以便操作者采取必要的措施。报警的记录可以是文本文件、开放式数据库或打印机。另外，用户可以从人机界面提供的报警窗中查看报警和事件信息。（5）通信模块

Autoview完全基于网络的概念，是一种真正的客户/服务器模式，支持分布式历史数据库和分布式报警系统，可运行在基于TCP/IP网络协议的网上，使用户能够实现上、下位机以及更高层次的连网。假设网络节点“数据采集站”直接从工业现场采集数据，变量名为“反应罐温度”，网络工程人员在节点“调度室”上查看此数据。网络参数和I/O变量已按上节所述方法正确设置。启动节点“数据采集站”上的“Autoview”画面运行系统TouchVew，在“Autoview”信息窗口中可以看到网络连接的过程：初始化TCP/IP网络完成后开始采集数据。

4.2 PID控制部分程序的说明

1）PID功能调用FPID功能块即可方便实现；PID调节时，手动/自动无扰切换、SV、KP、TI、TD等参数可经过Modbus协议与上位机组态软件的人机接口连接，并方便更改设置等。

2）模拟量输入部分：将5017模块中16位A/D的采集信号转换为－20~ +20mA的物理值，并送入FPID功能块的“X”，对应为PV值。

3）模拟量输出部分：12位D/A的5024模块输出范围是：4－20mA；将Yout值（对应MV）转换为0－4095之间的DA值送入ADAM-5024输出到固态继电器。

4）在调试PID参数时，调节效果PV值也可通过Modbus协议上传到组态软件中进行曲线显示，察看调节效果。

4.3 程序实现

（1）PID作用是反作用控制，采用FPID功能块。

程序实现过程如图3所示。

图3 程序设计图

完整的控制程序由加热程序设计、采集温度程序设计、高低温控制设计、程序设计、显示程序设计各部分程序构成，就可以实现整个系统的设计，将程序下载到可编程序自动化控制器，从而实现完整的温度控制系统。

（2）在上位机组态软件中，调节KP和TI两个参数，TD=0.0，对Set Point进行设置，并显示PV（红色曲线）和YOUT（绿色曲线）的控制曲线。如图4所示。

图4 控制曲线

结论

本设计在深入研究了可编程序控制器实验的基础上，从现场应用的角度设计了以可编程自动化控制器（PAC）为基础的温度自动控制实验系统，应用PAC及相关技术，完成了对温度的自动控制。结合上位机的组态软件让使用者在最快的时间之内学会在PAC平台上搭建一个完整的自动化控制系统。

（摘编自《电气技术》，原文标题为“基于PAC的温度控制自动化实验系统设计”，作者为任永辉。）