宇電AI系列儀表和組態(tài)王在產(chǎn)品檢測裝置中的應用
摘要：在我單位產(chǎn)品試驗系統中，大量使用了廈門(mén)宇電的AI808型儀表和AI-301ME5型開(kāi)關(guān)量I/O模塊以及基于A(yíng)I-BUS總線(xiàn)的組態(tài)王（宇電專(zhuān)用版）組態(tài)軟件，充分利用了儀表的特性，實(shí)現了自動(dòng)控制和人機分離操作，達到了預期的目的。
關(guān)鍵詞：參數 自整定 組態(tài) AI-BUS總線(xiàn)
一、概述
近三年來(lái)，我們在六套產(chǎn)品檢測裝置的建立中先后使用了廈門(mén)宇電的產(chǎn)品，其中： AI-808系列儀表約一百二十塊，宇電專(zhuān)用版組態(tài)王三套。主要使用于閥門(mén)開(kāi)度控制、溫度控制、濕度控制、風(fēng)量控制、開(kāi)關(guān)控制、對熱差式質(zhì)量流量計的控制、流量積算、計算機組態(tài)管理。
二、儀表控制
1. 閥門(mén)開(kāi)度控制
與電動(dòng)蝶閥的定位器連接對閥門(mén)進(jìn)行控制，可實(shí)現閥位的任意角度調節。如圖1所示。
圖1：用作閥門(mén)開(kāi)度控制
在閥門(mén)投入使用前，用標準信號校驗儀對閥門(mén)定位器的4～20mA電流信號進(jìn)行統調，按照表1設置參數，可達到使用要求。實(shí)驗數據見(jiàn)表2。
表1：AI-808儀表用于“閥門(mén)開(kāi)度控制”的參數設置
表2：閥門(mén)開(kāi)度實(shí)驗數據表
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。
圖2：用于控溫
用鉑電阻溫度變送器作輸入，輸出信號給固態(tài)繼電器，驅動(dòng)加熱電爐。加熱電爐保溫差、散熱較快，當環(huán)境溫度變化較大時(shí)，影響控制精度；因為電爐功率有限，滯后時(shí)間較長(cháng)，使整定時(shí)間長(cháng)、效果差。根據環(huán)境溫度，適當調整參數OPL、OPH值。進(jìn)行手動(dòng)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(mǎn)意的效果。參數設置見(jiàn)表3，實(shí)驗數據見(jiàn)表4。
表3：AI-808儀表用于“控溫”的參數設置
表4：溫度實(shí)驗數據表
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。
圖3：用于加濕控制
溫濕度傳感器能輸出溫度、相對濕度兩個(gè)信號，正常使用AI儀表無(wú)法適應雙輸入通道的要求，所以在A(yíng)I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，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(dòng)態(tài)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(dòng)自整定方法，達到了控制要求。參數設置見(jiàn)表5，實(shí)驗數據見(jiàn)表6。
表5：AI-808儀表用于“加濕控制”的參數設置
表6：濕度實(shí)驗數據表
4. 風(fēng)量控制
與一體化智能孔板流量計、變頻器、風(fēng)機作風(fēng)量控制。如圖4所示。
圖4：用于風(fēng)量控制
使用的一體化智能孔板流量計能對孔板的工作狀態(tài)進(jìn)行運算，使其測量的不確定度小于±1.5%F.S。
選用風(fēng)機時(shí)，考慮到流量范圍的覆蓋情況，使其能在調節頻率的狀態(tài)下，滿(mǎn)足風(fēng)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(mǎn)足風(fēng)機電機特性的需求。
AI儀表在上述閉環(huán)控制中，用手動(dòng)自整定可的滿(mǎn)意結果。參數設置見(jiàn)表7，實(shí)驗數據見(jiàn)表8。
表7：AI-808儀表用于“風(fēng)量控制”的參數設置
表8：風(fēng)量實(shí)驗數據表
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(mén)電路，實(shí)現了在實(shí)驗現場(chǎng)和計算機上均可啟停設備的功能。如圖5所示。
圖5：開(kāi)關(guān)控制
AI-301ME5型開(kāi)關(guān)量模塊沿用了AI儀表的模塊化設計，每臺可安裝6個(gè)模塊，用戶(hù)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(zhuān)用插座，如果要通過(guò)上位機對設備進(jìn)行啟停控制，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。
在試驗系統中，我們均選用了S通訊模塊和5個(gè)開(kāi)關(guān)量輸出模塊，與現場(chǎng)操作的帶燈按鈕構成門(mén)電路，以完成對100多臺儀表和實(shí)驗設備的啟停。
6. 對熱差式質(zhì)量流量計的控制
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。如圖6所示。
圖6：對質(zhì)量流量的控制
通過(guò)對熱差式質(zhì)量流量計的電流信號輸出、輸入控制，實(shí)現對流量的較高精確控制。參數設置見(jiàn)表9，實(shí)驗數據見(jiàn)表10。
表9：AI-808儀表用于“對質(zhì)量流量計的控制”的參數設置
表10：流量實(shí)驗數據表
（注：該質(zhì)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(shí)流量和累積流量，如圖7所示。
圖7：用于流量積算
特制孔板流量計的壓力值經(jīng)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(chǎng)合。參數設置見(jiàn)表11，實(shí)驗數據見(jiàn)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)
表12：風(fēng)量實(shí)驗數據表
（注：“標稱(chēng)流量”為制造該孔板流量計時(shí)的主要參數。）
三、計算機組態(tài)與管理
1．組態(tài)軟件概述
組態(tài)軟件是一種基于計算機操作系統的軟件平臺，經(jīng)過(guò)了嚴格的測試，可靠性高，更換驅動(dòng)程序和板卡，可以和不同廠(chǎng)家的儀表和PLC組成DCS系統。選用組態(tài)軟件時(shí)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。在我們的系統中選用的是AI系列儀表，故采用與之匹配的宇電專(zhuān)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據庫。
組態(tài)王（宇電專(zhuān)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，數據格式為一個(gè)起始位，八位數據，無(wú)校驗位，一個(gè)或兩個(gè)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(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)對應10H參數的低10位，當對某一位置“1”時(shí)該觸點(diǎn)閉合，置“0”時(shí)斷開(kāi)，上位機對開(kāi)關(guān)量模塊“寫(xiě)” 狀態(tài)時(shí)使用BitSet(Var , bitNo, OnOff )函數，“讀”狀態(tài)時(shí)使用Bit(Var , bitNo)函數。
3．組態(tài)與管理
根據要求，組態(tài)結果能對現場(chǎng)的溫度、濕度、流量、風(fēng)量進(jìn)行監測和控制，并對工藝數據進(jìn)行儲存和曲線(xiàn)記錄以及報表打印，并能通過(guò)上位機對儀表和設備啟停。根據以上要求，我們在A(yíng)I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(kāi)發(fā)平臺上，新建多個(gè)設備名稱(chēng)，每個(gè)設備的波特率和數據格式都要確認滿(mǎn)足AI-BUS通訊的要求，并且每一個(gè)設備的地址要和下位機儀表的地址相對應。計算機組態(tài)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(gè)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(dòng)轉換變量（CTRL）與PID參數變量（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(tài)王自帶的歷史數據庫就能滿(mǎn)足要求，我們的系統中就是利用了組態(tài)王自帶的數據庫。實(shí)際運行效果良好，如果對記錄還有更高要求，那可以通過(guò)使用DDE數據交換功能，也使用SQLSERVER來(lái)做數據庫。
圖形界面是工業(yè)控制軟件中的重要內容，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)/歷史趨勢圖顯示，過(guò)程控制實(shí)時(shí)數據顯示/歷史數據顯示以及報警等。組態(tài)王具備上述的所有功能，一般情況下用戶(hù)可以使用組態(tài)王提供的圖形庫和自定義圖形來(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。另外也可使用AutoCAD和CorelDRAW軟件生成對象，用組態(tài)王激活圖形對象，使之反映出過(guò)程的動(dòng)態(tài)變化。在我們的系統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)/歷史趨勢圖顯示，過(guò)程控制實(shí)時(shí)數據報表顯示/歷史數據報表顯示。
實(shí)踐證明，組態(tài)王方便于設計人員開(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，與國內同行業(yè)軟件相比，具有一定的領(lǐng)先性。
圖8：計算機組態(tài)管理
四、使用效果
根據我單位的使用情況表明：閥門(mén)開(kāi)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(fēng)量控制精度可達±2%F.S；對質(zhì)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(fēng)量控制中既節約了能源，又提高了控制的穩定性。其性能優(yōu)于同等價(jià)位的其他類(lèi)型儀表，適用于一些控制性能較高的場(chǎng)合。
該系統投入使用近兩年來(lái)的運行情況表明：價(jià)格經(jīng)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(shí)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(tài)與管理的實(shí)施，方便了設計人員和使用人員，實(shí)現了人機隔離和遠距離控制，很好地滿(mǎn)足了檢測裝置的設計要求。
參考文獻：
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