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西新華化工有限責任公司計量測試中心 作者：張振華 趙惠君 趙繼軍 王悅義 |
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摘要：在我單位產品試驗系統中，大量使用了廈門宇電的AI808型儀表和AI-301ME5型開關量I/O模塊以及基于AI-BUS總線的組態王（宇電專用版）組態軟件，充分利用了儀表的特性，實現了自動控制和人機分離操作，達到了預期的目的。 |
| 關鍵詞：參數 自整定 組態 AI-BUS總線 |
| 一、概述 |
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近三年來，我們在六套產品檢測裝置的建立中先后使用了廈門宇電的產品，其中： AI-808系列儀表約一百二十塊，宇電專用版組態王三套。主要使用于閥門開度控制、溫度控制、濕度控制、風量控制、開關控制、對熱差式質量流量計的控制、流量積算、計算機組態管理。 |
| 二、儀表控制 |
1. 閥門開度控制
與電動蝶閥的定位器連接對閥門進行控制，可實現閥位的任意角度調節。如圖1所示。 |
| 圖1：用作閥門開度控制 |
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在閥門投入使用前，用標準信號校驗儀對閥門定位器的4～20mA電流信號進行統調，按照表1設置參數，可達到使用要求。實驗數據見表2。 |
| 表1：AI-808儀表用于“閥門開度控制”的參數設置 |
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| 表2：閥門開度實驗數據表 |
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2. 溫度控制
與鉑電阻溫度變送器、固態繼電器（SSR）組成加熱爐的溫度控制。如圖2所示。 |
| 圖2：用于控溫 |
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用鉑電阻溫度變送器作輸入，輸出信號給固態繼電器，驅動加熱電爐。加熱電爐保溫差、散熱較快，當環境溫度變化較大時，影響控制精度；因為電爐功率有限，滯后時間較長，使整定時間長、效果差。根據環境溫度，適當調整參數OPL、OPH值。進行手動自整定，自整定結束后，適當減小M5，增大t，這樣可以得到較為滿意的效果。參數設置見表3，實驗數據見表4。 |
| 表3：AI-808儀表用于“控溫”的參數設置 |
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| 表4：溫度實驗數據表 |
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3. 濕度控制
與溫濕度傳感器、電熱式加濕器作相對濕度的控制。如圖3所示。
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| 圖3：用于加濕控制 |
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溫濕度傳感器能輸出溫度、相對濕度兩個信號，正常使用AI儀表無法適應雙輸入通道的要求，所以在AI儀表輸入端采用1～5V和0.2～1V兩路輸入，通過切換Sn參數，達到了顯示溫度、相對濕度和控制相對濕度的目的。由于電熱加濕器動態特性差的原因，根據加濕量的要求，適當調整OPH參數，配合使用手動自整定方法，達到了控制要求。參數設置見表5，實驗數據見表6。 |
| 表5：AI-808儀表用于“加濕控制”的參數設置 |
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| 表6：濕度實驗數據表 |
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4. 風量控制
與一體化智能孔板流量計、變頻器、風機作風量控制。如圖4所示。
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| 圖4：用于風量控制 |
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使用的一體化智能孔板流量計能對孔板的工作狀態進行運算，使其測量的不確定度小于±1.5%F.S。
選用風機時，考慮到流量范圍的覆蓋情況，使其能在調節頻率的狀態下，滿足風量的要求。
以“三墾力達”變頻器為例，調整變頻器參數，使其在6～65Hz范圍內，適應AI儀表輸入的要求，滿足風機電機特性的需求。
AI儀表在上述閉環控制中，用手動自整定可的滿意結果。參數設置見表7，實驗數據見表8。
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| 表7：AI-808儀表用于“風量控制”的參數設置 |
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| 表8：風量實驗數據表 |
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5. AI-301ME5用于開關控制
與兩位按鈕開關、接觸器組成門電路，實現了在實驗現場和計算機上均可啟停設備的功能。如圖5所示。
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| 圖5：開關控制 |
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AI-301ME5型開關量模塊沿用了AI儀表的模塊化設計，每臺可安裝6個模塊，用戶可選擇不同的模塊來完成開關量的輸入、輸出功能。6個模塊插座中COMM口為通訊專用插座，如果要通過上位機對設備進行啟停控制，則必須安裝通訊模塊，其余5個插座每個插座均可安裝2路開關量輸入模塊或1～2路開關量輸出模塊。
在試驗系統中，我們均選用了S通訊模塊和5個開關量輸出模塊，與現場操作的帶燈按鈕構成門電路，以完成對100多臺儀表和實驗設備的啟停。
6. 對熱差式質量流量計的控制
與質量流量控制器和流量顯示儀組成質量流量控制系統。如圖6所示。
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| 圖6：對質量流量的控制 |
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通過對熱差式質量流量計的電流信號輸出、輸入控制，實現對流量的較高精確控制。參數設置見表9，實驗數據見表10。 |
| 表9：AI-808儀表用于“對質量流量計的控制”的參數設置 |
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| 表10：流量實驗數據表 |
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（注：該質量流量計的測量誤差為±1%F.S。）
7. 流量積算儀的使用
與自制的孔板流量計、差壓變送器組成了流量測量系統，可測的瞬時流量和累積流量，如圖7所示。
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| 圖7：用于流量積算 |
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特制孔板流量計的壓力值經差壓變送器變換為4～20mA的電流信號，用于流量測量精度要求不太高的場合。參數設置見表11，實驗數據見表12。 |
| 表11：AI-708儀表用于“流量積算”的參數設置(以30 L/min為例) |
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| 表12：風量實驗數據表 |
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（注：“標稱流量”為制造該孔板流量計時的主要參數。） |
| 三、計算機組態與管理 |
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1．組態軟件概述
組態軟件是一種基于計算機操作系統的軟件平臺，經過了嚴格的測試，可靠性高，更換驅動程序和板卡，可以和不同廠家的儀表和PLC組成DCS系統。選用組態軟件時首要問題是軟硬件的匹配，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王軟件來開發集控工作站的圖形界面和數據庫。
組態王（宇電專用版）軟件使用的RS-485接口通訊協議是宇電自主開發的AI-BUS協議，數據格式為一個起始位，八位數據，無校驗位，一個或兩個停止位。通訊傳輸數據的波特率可調為1200～19200 bit/S（波特率為19200時需配高速光耦的通訊模塊）。
2．AI-301ME5型開關量模塊的使用
開關量模塊上的D0～D9狀態對應10H參數的低10位，當對某一位置“1”時該觸點閉合，置“0”時斷開，上位機對開關量模塊“寫” 狀態時使用BitSet(Var , bitNo, OnOff )函數，“讀”狀態時使用Bit(Var , bitNo)函數。
3．組態與管理
根據要求，組態結果能對現場的溫度、濕度、流量、風量進行監測和控制，并對工藝數據進行儲存和曲線記錄以及報表打印，并能通過上位機對儀表和設備啟停。根據以上要求，我們在AI系列儀表上安裝上S4通訊模塊，設置不同的儀表ID地址，并把波特率設置為9600bit/S，在上位機的軟件開發平臺上，新建多個設備名稱，每個設備的波特率和數據格式都要確認滿足AI-BUS通訊的要求，并且每一個設備的地址要和下位機儀表的地址相對應。計算機組態管理如圖8所示。
在數據詞典里建立變量表，變量可分為內部變量和外部變量，根據要求我們建立了多個測量值變量（PV）、設定值變量（SV）、輸出值變量（MV）以及相應的手自動轉換變量（CTRL）與PID參數變量（M5、P、T）、開關量模塊的整型變量。以上變量均為外部變量，另外為了完成動畫和其他設計的要求，例如“報表”等等，還需要建立一些內部變量作為中間變量使用。
歷史數據庫的設計，為了能夠完成對歷史數據的記錄和打印要求需要建立歷史數據庫，在一般系統中，組態王自帶的歷史數據庫就能滿足要求，我們的系統中就是利用了組態王自帶的數據庫。實際運行效果良好，如果對記錄還有更高要求，那可以通過使用DDE數據交換功能，也使用SQLSERVER來做數據庫。
圖形界面是工業控制軟件中的重要內容，通常包括總貌顯示，工藝流程圖畫面顯示，分組畫面顯示，實時/歷史趨勢圖顯示，過程控制實時數據顯示/歷史數據顯示以及報警等。組態王具備上述的所有功能，一般情況下用戶可以使用組態王提供的圖形庫和自定義圖形來組態工藝流程圖等畫面，同時可動態顯示工藝參數。另外也可使用AutoCAD和CorelDRAW軟件生成對象，用組態王激活圖形對象，使之反映出過程的動態變化。在我們的系統中包含有工藝流程圖畫面，分組畫面控制顯示，實時/歷史趨勢圖顯示，過程控制實時數據報表顯示/歷史數據報表顯示。
實踐證明，組態王方便于設計人員開發組態軟件，同時也便于操作人員使用組態軟件，與國內同行業軟件相比，具有一定的領先性。
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| 圖8：計算機組態管理 |
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| 四、使用效果 |
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根據我單位的使用情況表明：閥門開度偏差為±1.0%；加熱爐的溫度控制精度可達±3%；濕度控制精度可達±4%，；風量控制精度可達±2%F.S；對質量流量計的控制精度可達±1.5%F.S。與特制孔板流量計組合的控制精度可達±6%F.S。在溫度、濕度、風量控制中既節約了能源，又提高了控制的穩定性。其性能優于同等價位的其他類型儀表，適用于一些控制性能較高的場合。
該系統投入使用近兩年來的運行情況表明：價格經濟、性能可靠、通用性強的AI系列儀表的宜人化設計很大程度上方便了實驗人員的操作，給維護人員提供了便捷，為單位節約了投資成本。計算機組態與管理的實施，方便了設計人員和使用人員，實現了人機隔離和遠距離控制，很好地滿足了檢測裝置的設計要求。
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參考文獻：
⑴ 張化光.何希勤.《模糊自適應理論及其應用》.北京:北京航空航天大學出版社,2002.
⑵ 陽憲惠.《現場總線及其應用》.北京:清華大學出版社,1999.
⑶ 北京亞控科技發展有限公司.《組態王6.0使用手冊》 .北京:亞控公司.2001.
⑷ 廈門宇光電子技術有限公司.《AI人工智能調節器 使用說明書V6.5》.廈門. 宇電公司.2002. |
