基于PACSystems RX3i的水箱液位控制设计.docx

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基于PACSystemsRX3i的水箱液位控制设计

毕业设计（论文）

基于GEPACSystemsRX3i的水箱液位

控制设计

年级:

2008级

学号:

姓名:

专业:

自动化

指导老师:

二零一二年六月

毕业设计（论文）任务书

发题日期：

2011年11月17日完成日期：

2012年6月15日

题目基于GEPACSystemRX3i的水箱液位控制设计

1、本论文的目的、意义

PAC系统是继PLC、DCS之后的新一代控制系统，是综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术的一种新型的、实用的多功能控制器平台，广泛应用于工业控制领域。

GEPACSystems提供第一代可编程自动化控制系统，为多个硬件平台提供一个控制引擎和一个开发环境，与现有的PLC相比具有更强的处理速度和通信速度。

液位控制是常见的工业过程控制之一，它广泛运用于水塔、锅炉、高层建筑水箱、罐、工业化工槽等受压容器的液位测量。

在设计中针对水箱实物模型，要求熟悉RX3i系列控制器的结构、功能和基本指令，利用GEPACSystemRX3i编制PAC程序完成水箱液位PID控制。

利用iFIX组态软件，将液位控制中的重要数据进行采集和管理。

通过调用采集的数据，设计液位监控画面，以图形和图表等形象直观的方式呈现工业现场信息，实现液位状况的实时监视。

2、学生应完成的任务

1．查阅有关PACSystemRX3i系统的国内外研究资料和文献，学习PACRX3i系统的内部结构、工作原理、编程环境等相关知识。

2．学习PAC指令的应用。

3．完成基于GEPACSystemRX3i的水箱液位控制系统设计与调试。

4.学习组态软件iFix程序开发。

5.完成水箱液位控制系统的监控界面设计与调试。

3、论文各部分内容及时间分配：

（共16周）

第一部分GEPACRX3i系统等相关知识学习和实验（3周）

第二部分利用PAC编程软件进行梯形图程序开发（2周）

第三部分完成基于GEPACRX3i系统的液位控制设计与调试。

（4周）

第四部分完成水箱液位控制系统的监控界面设计与调试（4周）

第五部分撰写论文（2周）

评阅及答辩（1周）

备注

指导教师：

王茜2011年11月17日

审批人：

年月日

摘要

液位控制是常见的工业过程控制之一，它广泛运用于水塔、锅炉、高层建筑水箱、罐、工业化工槽等受压容器的液位测量。

随着科技的进步，人们对生产的控制精度要求越来越高，所以提高液位控制系统的性能显得十分重要。

PAC系统是继PLC、DCS之后的新一代控制系统，综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术的一种新型的、多功能控制器平台，广泛应用工业控制领域。

因此我们很有必要对PACRX3i液位控制系统设计进行研究。

本设计采用了PACSystemsRX3i控制器对水箱液位设备控制进行了系统设计。

主控器采用PACSystemsRX3i系列的IC695CPU310模块，控制对象为实验室的水箱液位设备，采用以太网进行通讯，用PME软件完成了系统硬件配置，各个模块的的梯形图设计与调试，实现了任意液位高度的手动/自动调节。

在系统远程监控方面，利用IFIX软件进行了远程监控界面的设计，通过对液位数据的采集、处理、输出处理，实现了对液位高度的实时监控、自动/手动的无扰切换、报警显示等功能。

本论文分三部分。

在简要介绍了PACSystemsRX3i系列PLC的硬件模块、工作原理和梯形图等基础知识上，给出了PACSystemsRX3i梯形图编程和实验设备的组态，最后通过现场总线（以太网总线）将现场设备和节点连接。

实现了液位控制系统的设计。

关键词：

液位控制；PACSystemsRX3i；实时监控；以太网

Abstract

Thelevelcontrolisoneofthecommonindustrialprocesscontrol,itiswidelyusedincoolingtowers,boilers,high-risebuildings,watertanks,tanks,industrialchemicaltanklevelmeasurementofthepressurevessel.Withtheadvancesintechnology,productioncontrolaccuracyrequirementsarehigh,sotoimprovetheperformanceoftheliquidlevelcontrolsystemisveryimportant.ThePACsystemisfollowinganewgenerationofPLC,DCScontrolsystem,acombinationofcomputertechnology,automaticcontroltechnologyandcommunicationtechnology,anew,multi-functioncontrollerplatform,widelyusedinindustrialcontrolfield.ThereforeimperativethatwestudythedesignofthePACtheRX3ilevelcontrolsystem.    ThisdesignusesthePACSystemsRX3icontrollertankleveldevicecontrolsystemdesign.ThemastercontrolobjectforlaboratoryequipmentoftheWaterLevelPACSystemsRX3iseriesIC695CPU310module,usingtheEthernetcommunication,thePMEsoftwaresystemhardwareconfiguration,designanddebuggingofvariousmodulesoftheladdertoachieveaanylevelofahighdegreeofmanual/automaticadjustment.IFIXsoftwaresystemRMONRMONinterfacedesign,thelevelofdatacollection,processing,outputprocessing,theliquidlevelinthereal-timemonitoring,automatic/manualbumplessswitching,alarmdisplayandotherfunctions.    Thisthesisisdividedintothreeparts.BrieflyintroducedthePACSystemsRX3iSeriesPLCbasicknowledgeofthehardwaremodule,workingprincipleandladdergivenPACSystemsRX3iladderprogrammingandlaboratoryequipmentconfiguration,andfinallythroughthefieldbus（Ethernetbus）fielddevicesandnodeconnections.Levelcontrolsystemdesign.

Keywords:

levelcontrol;PACSystemsRX3i;datacollection;Ethernet

第1章绪论

1.1PLC的发展及过程控制简介

20世纪20年代起，人们把各种继电器、定时器、接触器及其触点按一定的逻辑关系连接起来组成控制系统，控制各种生产机械，这就是大家所熟悉的传统继电接触器控制系统。

由于它结构简单，容易掌握，价格便宜，在一定范围内能满足控制要求，因而使用面甚广，在工业控制领域中一直占主导地位。

但是继电接触器控制系统有明显的缺点：

设备体积大，可靠性差，动作速度慢，功能少，难与实现较复杂的控制，特别是由于它是靠硬连线逻辑构成的系统，接线复杂，当生产工艺或对象改变时，原有的接线和控制盘就要更换，所以通用性和灵活性较差。

20世纪60年代末期，美国的汽车制造业竞争激烈，各生产厂家的汽车型号不断更新，它必然要求生产线的控制系统亦随之改变，以及对整个开展系统重新配置。

为抛弃传统的继电接触器控制系统的束缚，适应白热化的市场竞争要求，1968年美国通用汽车公司公开向社会招标，对汽车流水线控制系统提出具体要求，归纳起来是：

（1）编程方便，可现场修改程序

（2）维修方便，采用插件式结构

（3）可靠性高于继电器控制装置

（4）体积小于继电器控制盘

（5）数据可直接送入管理计算机

（6）成本可与继电器控制盘竞争

（7）输入可以是交流150V以上

（8）输出为交流115V，容量要求在2A以上，可直接驱动接触器，电磁阀等

（9）扩展时原系统改变最小

（10）用户存储器至少能扩张到4KB（适应当时汽车装配过程的需要）

十项指标的核心要求是采用软布线（编程）方式代替继电控制的硬接线方式，实现大规模生产线的流程控制。

美国国际电工委员会（IEC）在1987年对可编程序控制器做出如下定义：

可编程序控制器是一类专门为在工业环境下应用而设计的数字式电子系统，它采用了可编程序的存储器，用来在其内部进行存储执行逻辑运算、顺序运算、定时、记数和算术运算等功能的面向用户的指令，并通过数字式或模拟式的输入或输出，控制各种类型的机械或生产过程。

可遍程序控制器极其相关外部设备，都应按照易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。

随着信息技术、自动化技术在过程工业的广泛应用，过程控制系统在过程工业中愈显重要。

过程控制从应用于工业生产至今经历了由简单到复杂、从低级到高级的过程。

在过程控制中，通常对液位、温度、压力、流量的参数进行控制。

其中液位控制技术在国民生活、生产中发挥了重要作用，如民用水塔供水，精馏塔液位控制，锅炉气泡液位控制等。

液位控制的精确度与精度都直接或间接影响着生产、生活的质量与安全。

为了保证安全、合理高效生产，急需开展先进的液位控制方法和策略的研究和开发。

1.1.1过程控制

液位自动控制是通过控制投料阀来控制液位的高低，当传感器检测到液位设定值时，阀门关闭，防止物料溢出；当检测液位低于设定值时，阀门打开，使液位上升，从而达到控制液位的目的。

在制浆造纸工厂中，常见有两种方式的液位控制：

常压容器和压力容器的液位控制，例如浆池和蒸汽闪蒸罐。

液位自动控制系统有液位变送器（或差压变送器）、电动执行机构和液位自动控制器构成。

根据用户需要也可采用控制泵启停或改变电机频率方式来进行液位控制。

结构简单，安装方便，操作简便直观，可以长期连续稳定在无人监控状态下运行。

控制器、执行机构、测量变送器都属于自动化仪表，他们都是围绕被控对象工作的。

因此，对被控对象的动态特性进行深入了解是过程控制的一个重要任务。

只有深入了解被控对象的动态特性，了解他的内在规律，了解被控对象的性能指标，为控制系统的设计提供一个