1 系統組成設計方案

本系統模擬化工過程稀釋罐、反應罐液位和反應罐溫度的變化，對這一過程進行監控。系統使用ADAM5510KW作為現場數據采集和監控設備，ADAM5018采集溫度，由ADAM5017采集液位，ADAM5060控制啟停開關、原料進口閥、水進口閥、原料出口泵、成品出口泵，ADAM5080采集成品出口流速。

這些量都是假設的，是由信號盒和信號發生器產生，主要為了便于學習設備和軟件。上位機監控程序使用Aotoview編寫。作為一個完整的控制系統，本系統具備以下組成部分，如圖1所示。

圖1 完整的控制系統組成部分

2 控制方案的實現

本實驗系統采用研華的LABS-1000DEMO箱中溫度加熱控制器來實現對反應罐溫度的變化模擬，控制對象是溫度箱的溫度，以5510KW進行溫度PID控制，通過調節風扇的啟停來控制溫度箱溫度。

用信號盒產生的信號模擬液位的變化，通過調節信號強弱，從上微機系統畫面觀測液位的變化。用信號發生器產生實驗需要的模擬流速，并通過上位機監控畫面的啟/停開關完成繼電器開合，成功的完成對原料進口閥、水進口閥、原料出口泵、成品出口泵的模擬控制^[5]。

3 實驗系統配置

3.1 系統配置

ADAM-5510KW系統是模塊化的結構，控制范圍包括直接插入本地的I/O模塊和通過RS-485網絡連接的ADAD-4000系列遠程I/O模塊。

ADAM-5510kW模塊化結構如圖2所示。

圖2 ADAM-5510kW系統模塊化結構圖

• ADAM-5017模塊：將現信號盒模擬液位物理信號轉換為4~20mA電流信號，作為ADAM-5017的輸入。對應PID功能塊的PV值。故ADAM-5017的輸入范圍設置為：－20 ~ +20mA。
• ADAM-5018模塊：用K型熱電偶，采集溫度信號作為輸入，對應PID功能塊的PV值。
• ADAM-5024模塊：通道輸出10V電壓控制加熱電阻；通道輸出0~10V電壓控制風扇，ADAM-5024的輸出范圍設置為4~20mA。

3. 2 模塊連接

（1）I/O模塊和底座連接時，要把模塊和底座的上下插槽對準，固定后把固定夾推入以使模塊牢固地連接到系統上。

（2）I/O模塊與設備的連接，連線直徑為0.5－2.5mm，導線不能有接頭，使用線鼻子，輸入線和輸出線遠離，避免導線彎折，同時避免靠近高壓線。電源線直徑不得小于2.0mm。

（3）接口的連接

• COM1口使用Modbus/ RTU slave協議和觸摸屏進行連接，采用RS-232方式。
• COM2口使用Multiprog協議和主機上的Multiprog軟件進行連接，編程下載、在線監控等。
• COM3口是保留用于維護的調試/編程端口。
• COM4口是一個RS485/232口，可以進行跳線設置。使用Modbus RTU master協議和ADAM-4055遠程模塊進行連接。

3. 3 模塊安裝

面板安裝時，為保證有良好的通風條件，系統需要水平安裝，不垂直安裝、倒裝或在光滑水平向上安裝；在導軌上安裝系統，應該在導軌的兩頭加裝堵頭，防止系統在導軌上水平滑動，當系統安裝在導軌上，上推系統底部鎖定開關，把系統鎖定在導軌上。

4 系統的軟件實現

在程序中直接調用Multiprog軟件中ProconOS.fwl中的FPID功能塊，ADAM-5018的每一路輸入即對應該FPID功能塊的PV值，PID運算后的MV值經比例關系調整并對應到ADAM-5024的輸出；對于FPID的SV、KP、TI、TD、手動/自動無擾切換等均可通過組態軟件來進行設置。

4.1 監控軟件模塊

（1）動態圖形顯示

建立畫面的圖素與數據庫變量的對應關系。建立動畫連接后，根據數據庫中變量的變化，圖形對象可以按動畫連接的要求進行改變。一個圖形對象可以同時定義多個動畫連接，從而可以實現復雜的動畫功能。

（2）實時曲線顯示

實時趨勢用于實時顯示數據的變化情況。在畫面運行時實時趨勢曲線對象由系統自動更新。數據將從趨勢的右邊進入，同時趨勢將從右向左移動。

（3）發送Email

本功能可以應用于報警信息的傳送，在現場無人職守的情況下如果產生報警，可在報警預置自定義函數中定義發送Email信息。

（4）實時報警

運行報警和事件記錄是實驗系統中必不可少的功能，當變量的數值或數值的變化異常時，將產生報警，以便操作者采取必要的措施。報警的記錄可以是文本文件、開放式數據庫或打印機。另外，用戶可以從人機界面提供的報警窗中查看報警和事件信息。（5）通信模塊

Autoview完全基于網絡的概念，是一種真正的客戶/服務器模式，支持分布式歷史數據庫和分布式報警系統，可運行在基于TCP/IP網絡協議的網上，使用戶能夠實現上、下位機以及更高層次的連網。假設網絡節點“數據采集站”直接從工業現場采集數據，變量名為“反應罐溫度”，網絡工程人員在節點“調度室”上查看此數據。網絡參數和I/O變量已按上節所述方法正確設置。啟動節點“數據采集站”上的“Autoview”畫面運行系統TouchVew，在“Autoview”信息窗口中可以看到網絡連接的過程：初始化TCP/IP網絡完成后開始采集數據。

4.2 PID控制部分程序的說明

1）PID功能調用FPID功能塊即可方便實現；PID調節時，手動/自動無擾切換、SV、KP、TI、TD等參數可經過Modbus協議與上位機組態軟件的人機接口連接，并方便更改設置等。

2）模擬量輸入部分：將5017模塊中16位A/D的采集信號轉換為－20~ +20mA的物理值，并送入FPID功能塊的“X”，對應為PV值。

3）模擬量輸出部分：12位D/A的5024模塊輸出范圍是：4－20mA；將Yout值（對應MV）轉換為0－4095之間的DA值送入ADAM-5024輸出到固態繼電器。

4）在調試PID參數時，調節效果PV值也可通過Modbus協議上傳到組態軟件中進行曲線顯示，察看調節效果。

4.3 程序實現

（1）PID作用是反作用控制，采用FPID功能塊。

程序實現過程如圖3所示。

圖3 程序設計圖

完整的控制程序由加熱程序設計、采集溫度程序設計、高低溫控制設計、程序設計、顯示程序設計各部分程序構成，就可以實現整個系統的設計，將程序下載到可編程序自動化控制器，從而實現完整的溫度控制系統。

（2）在上位機組態軟件中，調節KP和TI兩個參數，TD=0.0，對Set Point進行設置，并顯示PV（紅色曲線）和YOUT（綠色曲線）的控制曲線。如圖4所示。

圖4 控制曲線

結論

本設計在深入研究了可編程序控制器實驗的基礎上，從現場應用的角度設計了以可編程自動化控制器（PAC）為基礎的溫度自動控制實驗系統，應用PAC及相關技術，完成了對溫度的自動控制。結合上位機的組態軟件讓使用者在最快的時間之內學會在PAC平臺上搭建一個完整的自動化控制系統。

（摘編自《電氣技術》，原文標題為“基于PAC的溫度控制自動化實驗系統設計”，作者為任永輝。）