智能溫控儀
一、概述

    近三年來(lái)，我們?cè)诹桩a(chǎn)品檢測(cè)裝置的建立中先后使用了廈門宇電的產(chǎn)品，其中： AI-808系列儀表約一百二十塊，宇電專用版組態(tài)王三套。主要使用于閥門開(kāi)度控制、溫度控制、濕度控制、風(fēng)量控制、開(kāi)關(guān)控制、對(duì)熱差式質(zhì)量流量計(jì)的控制、流量積算、計(jì)算機(jī)組態(tài)管理。

 

 

1. 閥門開(kāi)度控制
    與電動(dòng)蝶閥的定位器連接對(duì)閥門進(jìn)行控制，可實(shí)現(xiàn)閥位的任意角度調(diào)節(jié)。如圖1所示。

    在閥門投入使用前，用標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)校驗(yàn)儀對(duì)閥門定位器的4～20mA電流信號(hào)進(jìn)行統(tǒng)調(diào)，按照表1設(shè)置參數(shù)，可達(dá)到使用要求。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

2. 溫度控制
    與鉑電阻溫度變送器、固態(tài)繼電器（SSR）組成加熱爐的溫度控制。如圖2所示。

    用鉑電阻溫度變送器作輸入，輸出信號(hào)給固態(tài)繼電器，驅(qū)動(dòng)加熱電爐。加熱電爐保溫差、散熱較快，當(dāng)環(huán)境溫度變化較大時(shí)，影響控制精度；因?yàn)殡姞t功率有限，滯后時(shí)間較長(zhǎng)，使整定時(shí)間長(zhǎng)、效果差。根據(jù)環(huán)境溫度，適當(dāng)調(diào)整參數(shù)OPL、OPH值。進(jìn)行手動(dòng)自整定，自整定結(jié)束后，適當(dāng)減小M5，增大t，這樣可以得到較為滿意的效果。參數(shù)設(shè)置見(jiàn)表3，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。

3. 濕度控制
    與溫濕度傳感器、電熱式加濕器作相對(duì)濕度的控制。如圖3所示。

    溫濕度傳感器能輸出溫度、相對(duì)濕度兩個(gè)信號(hào)，正常使用AI儀表無(wú)法適應(yīng)雙輸入通道的要求，所以在AI儀表輸入端采用1～5V和0.2～1V兩路輸入，通過(guò)切換Sn參數(shù)，達(dá)到了顯示溫度、相對(duì)濕度和控制相對(duì)濕度的目的。由于電熱加濕器動(dòng)態(tài)特性差的原因，根據(jù)加濕量的要求，適當(dāng)調(diào)整OPH參數(shù)，配合使用手動(dòng)自整定方法，達(dá)到了控制要求。參數(shù)設(shè)置見(jiàn)表5，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表6。

4. 風(fēng)量控制
    與一體化智能孔板流量計(jì)、變頻器、風(fēng)機(jī)作風(fēng)量控制。如圖4所示。

    使用的一體化智能孔板流量計(jì)能對(duì)孔板的工作狀態(tài)進(jìn)行運(yùn)算，使其測(cè)量的不確定度小于±1.5%F.S。
    選用風(fēng)機(jī)時(shí)，考慮到流量范圍的覆蓋情況，使其能在調(diào)節(jié)頻率的狀態(tài)下，滿足風(fēng)量的要求。
    以“三墾力達(dá)”變頻器為例，調(diào)整變頻器參數(shù)，使其在6～65Hz范圍內(nèi)，適應(yīng)AI儀表輸入的要求，滿足風(fēng)機(jī)電機(jī)特性的需求。
    AI儀表在上述閉環(huán)控制中，用手動(dòng)自整定可的滿意結(jié)果。參數(shù)設(shè)置見(jiàn)表7，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表8。

5. AI-301ME5用于開(kāi)關(guān)控制
    與兩位按鈕開(kāi)關(guān)、接觸器組成門電路，實(shí)現(xiàn)了在實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)和計(jì)算機(jī)上均可啟停設(shè)備的功能。如圖5所示。

    AI-301ME5型開(kāi)關(guān)量模塊沿用了AI儀表的模塊化設(shè)計(jì)，每臺(tái)可安裝6個(gè)模塊，用戶可選擇不同的模塊來(lái)完成開(kāi)關(guān)量的輸入、輸出功能。6個(gè)模塊插座中COMM口為通訊專用插座，如果要通過(guò)上位機(jī)對(duì)設(shè)備進(jìn)行啟�？刂�，則必須安裝通訊模塊，其余5個(gè)插座每個(gè)插座均可安裝2路開(kāi)關(guān)量輸入模塊或1～2路開(kāi)關(guān)量輸出模塊。
    在試驗(yàn)系統(tǒng)中，我們均選用了S通訊模塊和5個(gè)開(kāi)關(guān)量輸出模塊，與現(xiàn)場(chǎng)操作的帶燈按鈕構(gòu)成門電路，以完成對(duì)100多臺(tái)儀表和實(shí)驗(yàn)設(shè)備的啟停。
6. 對(duì)熱差式質(zhì)量流量計(jì)的控制
    與質(zhì)量流量控制器和流量顯示儀組成質(zhì)量流量控制系統(tǒng)。如圖6所示。

    通過(guò)對(duì)熱差式質(zhì)量流量計(jì)的電流信號(hào)輸出、輸入控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)流量的較高精確控制。參數(shù)設(shè)置見(jiàn)表9，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表10。

（注：該質(zhì)量流量計(jì)的測(cè)量誤差為±1%F.S。）

7. 流量積算儀的使用
    與自制的孔板流量計(jì)、差壓變送器組成了流量測(cè)量系統(tǒng)，可測(cè)的瞬時(shí)流量和累積流量，如圖7所示。

    特制孔板流量計(jì)的壓力值經(jīng)差壓變送器變換為4～20mA的電流信號(hào)，用于流量測(cè)量精度要求不太高的場(chǎng)合。參數(shù)設(shè)置見(jiàn)表11，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表12。

（注：“標(biāo)稱流量”為制造該孔板流量計(jì)時(shí)的主要參數(shù)。）

三、計(jì)算機(jī)組態(tài)與管理

1．組態(tài)軟件概述
    組態(tài)軟件是一種基于計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的軟件平臺(tái)，經(jīng)過(guò)了嚴(yán)格的測(cè)試，可靠性高，更換驅(qū)動(dòng)程序和板卡，可以和不同廠家的儀表和PLC組成DCS系統(tǒng)。選用組態(tài)軟件時(shí)首要問(wèn)題是軟硬件的匹配，其次是確保所選軟件能完成自己所需要的功能。在我們的系統(tǒng)中選用的是AI系列儀表，故采用與之匹配的宇電專用版組態(tài)王軟件來(lái)開(kāi)發(fā)集控工作站的圖形界面和數(shù)據(jù)庫(kù)。
    組態(tài)王（宇電專用版）軟件使用的RS-485接口通訊協(xié)議是宇電自主開(kāi)發(fā)的AI-BUS協(xié)議，數(shù)據(jù)格式為一個(gè)起始位，八位數(shù)據(jù)，無(wú)校驗(yàn)位，一個(gè)或兩個(gè)停止位。通訊傳輸數(shù)據(jù)的波特率可調(diào)為1200～19200 bit/S（波特率為19200時(shí)需配高速光耦的通訊模塊）。
2．AI-301ME5型開(kāi)關(guān)量模塊的使用
    開(kāi)關(guān)量模塊上的D0～D9狀態(tài)對(duì)應(yīng)10H參數(shù)的低10位，當(dāng)對(duì)某一位置“1”時(shí)該觸點(diǎn)閉合，置“0”時(shí)斷開(kāi)，上位機(jī)對(duì)開(kāi)關(guān)量模塊“寫(xiě)” 狀態(tài)時(shí)使用BitSet(Var , bitNo, OnOff )函數(shù)，“讀”狀態(tài)時(shí)使用Bit(Var , bitNo)函數(shù)。
3．組態(tài)與管理
    根據(jù)要求，組態(tài)結(jié)果能對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的溫度、濕度、流量、風(fēng)量進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制，并對(duì)工藝數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存和曲線記錄以及報(bào)表打印，并能通過(guò)上位機(jī)對(duì)儀表和設(shè)備啟停。根據(jù)以上要求，我們?cè)贏I系列儀表上安裝上S4通訊模塊，設(shè)置不同的儀表ID地址，并把波特率設(shè)置為9600bit/S，在上位機(jī)的軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)上，新建多個(gè)設(shè)備名稱，每個(gè)設(shè)備的波特率和數(shù)據(jù)格式都要確認(rèn)滿足AI-BUS通訊的要求，并且每一個(gè)設(shè)備的地址要和下位機(jī)儀表的地址相對(duì)應(yīng)。計(jì)算機(jī)組態(tài)管理如圖8所示。
    在數(shù)據(jù)詞典里建立變量表，變量可分為內(nèi)部變量和外部變量，根據(jù)要求我們建立了多個(gè)測(cè)量值變量（PV）、設(shè)定值變量（SV）、輸出值變量（MV）以及相應(yīng)的手自動(dòng)轉(zhuǎn)換變量（CTRL）與PID參數(shù)變量（M5、P、T）、開(kāi)關(guān)量模塊的整型變量。以上變量均為外部變量，另外為了完成動(dòng)畫(huà)和其他設(shè)計(jì)的要求，例如“報(bào)表”等等，還需要建立一些內(nèi)部變量作為中間變量使用。
    歷史數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)，為了能夠完成對(duì)歷史數(shù)據(jù)的記錄和打印要求需要建立歷史數(shù)據(jù)庫(kù)，在一般系統(tǒng)中，組態(tài)王自帶的歷史數(shù)據(jù)庫(kù)就能滿足要求，我們的系統(tǒng)中就是利用了組態(tài)王自帶的數(shù)據(jù)庫(kù)。實(shí)際運(yùn)行效果良好，如果對(duì)記錄還有更高要求，那可以通過(guò)使用DDE數(shù)據(jù)交換功能，也使用SQLSERVER來(lái)做數(shù)據(jù)庫(kù)。
    圖形界面是工業(yè)控制軟件中的重要內(nèi)容，通常包括總貌顯示，工藝流程圖畫(huà)面顯示，分組畫(huà)面顯示，實(shí)時(shí)/歷史趨勢(shì)圖顯示，過(guò)程控制實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示/歷史數(shù)據(jù)顯示以及報(bào)警等。組態(tài)王具備上述的所有功能，一般情況下用戶可以使用組態(tài)王提供的圖形庫(kù)和自定義圖形來(lái)組態(tài)工藝流程圖等畫(huà)面，同時(shí)可動(dòng)態(tài)顯示工藝參數(shù)。另外也可使用AutoCAD和CorelDRAW軟件生成對(duì)象，用組態(tài)王激活圖形對(duì)象，使之反映出過(guò)程的動(dòng)態(tài)變化。在我們的系統(tǒng)中包含有工藝流程圖畫(huà)面，分組畫(huà)面控制顯示，實(shí)時(shí)/歷史趨勢(shì)圖顯示，過(guò)程控制實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)報(bào)表顯示/歷史數(shù)據(jù)報(bào)表顯示。
    實(shí)踐證明，組態(tài)王方便于設(shè)計(jì)人員開(kāi)發(fā)組態(tài)軟件，同時(shí)也便于操作人員使用組態(tài)軟件，與國(guó)內(nèi)同行業(yè)軟件相比，具有一定的領(lǐng)先性。

四、使用效果

    根據(jù)我單位的使用情況表明：閥門開(kāi)度偏差為±1.0%；加熱爐的溫度控制精度可達(dá)±3%；濕度控制精度可達(dá)±4%，；風(fēng)量控制精度可達(dá)±2%F.S；對(duì)質(zhì)量流量計(jì)的控制精度可達(dá)±1.5%F.S。與特制孔板流量計(jì)組合的控制精度可達(dá)±6%F.S。在溫度、濕度、風(fēng)量控制中既節(jié)約了能源，又提高了控制的穩(wěn)定性。其性能優(yōu)于同等價(jià)位的其他類型儀表，適用于一些控制性能較高的場(chǎng)合。
    該系統(tǒng)投入使用近兩年來(lái)的運(yùn)行情況表明：價(jià)格經(jīng)濟(jì)、性能可靠、通用性強(qiáng)的AI系列儀表的宜人化設(shè)計(jì)很大程度上方便了實(shí)驗(yàn)人員的操作，給維護(hù)人員提供了便捷，為單位節(jié)約了投資成本。計(jì)算機(jī)組態(tài)與管理的實(shí)施，方便了設(shè)計(jì)人員和使用人員，實(shí)現(xiàn)了人機(jī)隔離和遠(yuǎn)距離控制，很好地滿足了檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì)要求。

參考文獻(xiàn)：
⑴ 張化光.何希勤.《模糊自適應(yīng)理論及其應(yīng)用》.北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2002.
⑵ 陽(yáng)憲惠.《現(xiàn)場(chǎng)總線及其應(yīng)用》.北京:清華大學(xué)出版社,1999.
⑶ 北京亞控科技發(fā)展有限公司.《組態(tài)王6.0使用手冊(cè)》 .北京:亞控公司.2001.
⑷ 廈門宇光電子技術(shù)有限公司.《AI人工智能調(diào)節(jié)器 使用說(shuō)明書(shū)V6.5》.廈門. 宇電公司.2002.