造纸机控制系统系列：Siemens TDC_（3）.TDC现场控制级的设计与实现.docx

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TDC现场控制级的设计与实现

现场控制级概述

在造纸机控制系统中，现场控制级是整个控制hierarchy中最底层的部分，直接与生产过程中的各种设备和传感器进行交互。这一层级的控制主要负责实时数据采集、设备状态监测、基本的控制逻辑执行以及故障诊断等任务。现场控制级的设计和实现对于确保生产过程的稳定性和效率至关重要。

现场控制级的主要功能

数据采集：从传感器和设备中获取实时数据，如温度、压力、流量等。

设备状态监测：监控设备的运行状态，及时发现异常情况。

控制逻辑执行：根据预设的控制策略，实时调整设备的工作参数。

故障诊断：当设备出现故障时，能够快速诊断并采取相应的措施。

现场控制级的硬件构成

现场控制级的硬件构成主要包括各种传感器、执行器、现场总线和PLC（可编程逻辑控制器）等。这些设备通过现场总线相互连接，形成一个完整的控制网络。

传感器

传感器是现场控制级的重要组成部分，用于检测各种物理量，如温度、压力、流量、湿度等。常见的传感器类型包括：

温度传感器：如RTD（ResistanceTemperatureDetector）和热电偶（Thermocouple）。

压力传感器：如压阻式传感器和压电式传感器。

流量传感器：如涡街流量计和超声波流量计。

湿度传感器：如电容式湿度传感器。

执行器

执行器用于根据控制指令调整设备的工作参数。常见的执行器类型包括：

电动执行器：如步进电机和伺服电机。

气动执行器：如气动阀和气缸。

液压执行器：如液压缸和液压马达。

现场总线

现场总线是连接传感器、执行器和PLC的关键通信网络。常见的现场总线标准包括：

PROFIBUS：过程现场总线，适用于工业自动化领域。

PROFINET：基于以太网的现场总线，提供更高的通信速率和更丰富的功能。

HART：高速公路地址远程终端总线，适用于智能仪表的通信。

PLC（可编程逻辑控制器）

PLC是现场控制级的核心设备，负责数据采集、逻辑处理和控制指令的下发。西门子的TDC系统中常用的PLC型号包括S7-300、S7-400和S7-1500等。

现场控制级的软件设计

现场控制级的软件设计主要包括数据采集程序、控制逻辑程序和故障诊断程序。这些程序通常使用西门子的TIAPortal软件进行开发。

数据采集程序

数据采集程序负责从传感器中获取实时数据，并将这些数据传输到PLC中进行处理。以下是一个使用TIAPortal编写的简单的数据采集程序示例：

//定义数据类型

TYPETempData:

STRUCT

TempValue:REAL;//温度值

TempUnit:STRING;//温度单位

END_STRUCT

END_TYPE

//定义全局变量

VAR

tempSensor1:TempData;

tempSensor2:TempData;

END_VAR

//定义数据采集功能块

FUNCTION_BLOCKFB_ReadTempSensor

VAR_INPUT

sensorAddress:INT;//传感器地址

END_VAR

VAR_OUTPUT

tempData:TempData;//采集到的温度数据

END_VAR

//实现数据采集功能

METHODFB_ReadTempSensor

//读取温度传感器数据

tempData.TempValue:=ReadAnalogValue(sensorAddress);//读取模拟值

tempData.TempUnit:=°C;//设置温度单位

END_METHOD

//主程序

PROGRAMMAIN

VAR

fbTempSensor1:FB_ReadTempSensor;

fbTempSensor2:FB_ReadTempSensor;

END_VAR

//调用数据采集功能块

fbTempSensor1(sensorAddress:=1);

tempSensor1:=fbTempSensor1.tempData;

fbTempSensor2(sensorAddress:=2);

tempSensor2:=fbTempSensor2.tempData;

//打印采集到的数据

PRINT(tempSensor1.TempValue,tempSensor1.TempUnit);

PRINT(tempSensor2.TempValue,tempSensor2.TempUnit);

END_P