工程案例（十）-青岛大学.ppt

案例分析与设计于海生 丁军航 刘帅 青岛大学自动化工程学院 计算机控制工程案例 ----基于组态王和研华ADAM模块的电阻炉温度控制系统 汇报提纲 1.引言 2.系统控制要求 3.系统控制整体方案设计 4.系统的硬件实现 5.系统的通信设置 6.系统的软件设计 7.系统的调试及运行 8.结束语 1.引言 结合电阻炉温度监控的需要，开发了基于组态王6.55和研华ADAM-4520模块、ADAM-4117模块、ADAM-4024模块的电阻炉温度控制系统，该系统设计包括硬件设计、通信设置和软件设计三部分。 2.系统控制要求 系统要求计算机经通信模块ADAM-4520和研华数据采集与控制模块ADAM-4117、ADAM-4024连接组成作为控制器，由温度传感器和变送器来完成温度信号检测，以电阻炉为被控对象，实现电阻炉温度的实时监测与控制。 3.系统控制整体方案设计 电阻炉的温度由温度传感器进行测量，变送器输出O～10V电压信号(对应温度值O～100℃)，电压信号经过A／D转换模块转化为数字信号送人计算机，跟设定值比较、运算，进行数据处理，并将运算结果送给D／A转换模块，转换成0～10V的电信号送给调功器。系统采用双向可控硅调功器，应用过零触发方式(周波型)，通过控制双向晶闸管在一定时间内导通的周波数，即晶闸管导通时间的占空比，以改变输出的平均电压或平均功率。即通过改变加热丝两端的有效电压的大小来达到控制温度的目的，有效电压在0～220V内变化。 图1 电阻炉温度控制系统结构图 ? 4.系统的硬件实现 结合系统的整体方案设计，对系统进行硬件连线。将ADAM-4520的DATA+、DATA-端子分别与ADAM-4117、ADAM-4024的DATA+、DATA-端子连接，ADAM-4520、ADAM-4117、ADAM-4024模块均以24V直流电源供电，以此实现通信模块与模拟量输入模块和模拟量输出模块的硬件连接。ADAM-4117输入端子VnO+、VnO-分别接温度对象输出端子UOUT+、UOUT-，以此实现模拟量输入模块对温度信息的采集。ADAM-4024输出端子VOUT0、GND分别接温度对象输入端子UIN+、UIN-，以此实现模拟量输出模块对加热丝两端电压的控制。电阻炉温度控制系统硬件连接线路图如图2所示。 图2 电加热炉温度控制系统硬件连接线路图 5.系统的通信设置 . 1.系统的通信设置计算机与ADAM-4520通信：计算机与ADAM-4520模块连接时，RS-232端应使用串口连接。 2.ADAM-4520与ADAM-4117、ADAM-4024通信：使用ADAM-4000的应用软件ADAMUtility配置研华模块的通信速率、量程范围、数据格式、通信协议以及工作方式等，保证在相同RS-485总线上的所有模块和计算机的波特率、校验和相同。 3.ADAM模块与组态王通信：对组态王6．55软件设备组中的COM1口进行通讯参数设置，然后新建设ADAM-4117和ADAM-4024；在数据库组的数据词典中，根据组态王6.55地址与I/O口地址的对应关系，将ADAM-4117和ADAM-4024与组态王中的变量进行动态链接，设置组态王中的变量类型为l/O实数，连接对应的设备名称。 6.系统的软件设计 电阻炉温度控制系统的监控界面主要包括登录画面、主画面、历史曲线画面、报警摘要画画、数据查询画面、系统帮助画面等。系统实时监控主画面如图3所示，包括现场工作动态模拟显示，系统PID调节参数设置，手动／自动切换操作，主要监控变量(温度设定值、检测值、输出值)的实时变化趋势显示，用户登录、操作手册、历史曲线、数据查询、报警摘要等画面切换按钮，系统运行时问和操作身份显示等。 系统的监控界面设计 图3 系统主界面 图4 程序控制系统流程图 7.系统的调试及运行 输入正确的用户名和密码，通信状态灯呈绿色闪烁状时，开始实验。将控制模式切换到手动状态，点击设定值(SV)按钮，输入温度设定值为50℃，输入手动模式下输出值(OP)为90℃，此时控制系统处于开环状态，使下温度检测值(PV)等于或接近设定值(SV)。设置PID初始参数，温度检测值基本稳定后，将手动模式切换到自动模式，系统的抗干扰性能良好。针对温度控制对象的特点，采用经验凑试法对PID控制器的参数进行整定。通过多次在线调试，适合本系统的PID参数为：比例系数Kp=10，积分时间常数Ti=0.1，微分时间常数Td=0.2。系统历史曲线画面如图5。 图5 历史曲线画面 系统调试结果表明：该温度控制系统能完全监视实际系统的运行状态，系统本身超调量小，调