宇电AI 系列仪表和组态王在产品检测装置中的应用

宇 电 AI 系 列 仪 表 和 组 态 王 在 产 品 检 测 装 置 中 的 应 用
张 振 华 赵 惠 君 赵 继 军 王 悦 义
( 山 西 新 华 化 工 有 限 责 任 公 司 计 量 测 试 中 心 山 西 太 原 030008)
摘 要 : 在 我 单 位 产 品 试 验 系 统 中 , 大 量 使 用 了 厦 门 宇 电 的 AI808 型 仪 表 和 AI-301ME5
型 开 关 量 I/O 模 块 以 及 基 于 AI-BUS 总 线 的 组 态 王 ( 宇 电 专 用 版 ) 组 态 软 件 , 充 分 利 用 了 仪
表 的 特 性 , 实 现 了 自 动 控 制 和 人 机 分 离 操 作 , 达 到 了 预 期 的 目 的 。
关 键 词 : 参 数 ; 自 整 定 ; 组 态 ;AI-BUS 总 线
一 、 概 述
近 三 年 来 , 我 们 在 六 套 产 品 检 测 装 置 的 建 立 中 先 后 使 用 了 厦 门 宇 电 的 产 品 ,
其 中 : AI-808 系 列 仪 表 约 一 百 二 十 块 , 宇 电 专 用 版 组 态 王 三 套 。 主 要 使 用 于 阀
门 开 度 控 制 、 温 度 控 制 、 湿 度 控 制 、 风 量 控 制 、 开 关 控 制 、 对 热 差 式 质 量 流 量 计
的 控 制 、 流 量 积 算 、 计 算 机 组 态 管 理 。
二 、 仪 表 控 制
1. 阀 门 开 度 控 制
与 电 动 蝶 阀 的 定 位 器 连 接 对 阀 门 进 行 控 制 , 可 实 现 阀 位 的 任 意 角 度 调 节 。 如
图 1 所 示 。
阀 门 定 位 器
电 动 蝶 阀
AI-808A2XS4
图 1
用 作 阀 门 开 度 控 制
在 阀 门 投 入 使 用 前 , 用 标 准 信 号 校 验 仪 对 阀 门 定 位 器 的 4~20mA 电 流 信 号 进 行
统 调 , 按 照 表 1 设 置 参 数 , 可 达 到 使 用 要 求 。 实 验 数 据 见 表 2。
表 1 AI-808 仪 表 用 于 “ 阀 门 开 度 控 制 ” 的 参 数 设 置
HIAL 不 用 LoAL 不 用 dHAL 不 用 dLAL 不 用 dF 0
CtrL 5 M5 不 用 P 不 用 t 不 用 Ctl 1
Sn 33 dIP 1 dIL 0.0 dIH 100.0 Sc 0
oP1 4 oPL 0 oPH 100 ALP 0 CF 0
Addr 由 通 讯 定 bAud 9600 dL 1.0 run 0 Loc 1
EP1 None EP2 None EP3 None EP4 None EP5 None
EP6 None EP7 None EP8 None
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表 2 阀 门 开 度 实 验 数 据 表
开 度 设 定 值 (%) 开 度 显 示 值 (%) 输 入 电 流 (mA) 输 出 电 流 (mA)
0.0 0.6 4.000 4.008
25.0 24.7 8.000 7.997
50.0 50.9 12.000 12.011
75.0 74.3 16.000 15.993
100.0 99.4 20.000 19.996
2. 温 度 控 制
与 铂 电 阻 温 度 变 送 器 、 固 态 继 电 器 (SSR) 组 成 加 热 炉 的 温 度 控 制 。 如 图 2
所 示 。
铂 电 阻 温 度 变 送 器
加 热 电 炉
固 态 继 电 器 (SSR)
AI-808A2GS4
图 2 用 于 控 温
用 铂 电 阻 温 度 变 送 器 作 输 入 , 输 出 信 号 给 固 态 继 电 器 , 驱 动 加 热 电 炉 。 加
热 电 炉 保 温 差 、 散 热 较 快 , 当 环 境 温 度 变 化 较 大 时 , 影 响 控 制 精 度 ; 因 为 电 炉 功
率 有 限 , 滞 后 时 间 较 长 , 使 整 定 时 间 长 、 效 果 差 。 根 据 环 境 温 度 , 适 当 调 整 参 数
OPL、OPH 值 。 进 行 手 动 自 整 定 , 自 整 定 结 束 后 , 适 当 减 小 M5, 增 大 t, 这 样
可 以 得 到 较 为 满 意 的 效 果 。 参 数 设 置 见 表 3, 实 验 数 据 见 表 4。
表 3
AI-808 仪 表 用 于 “ 控 温 ” 的 参 数 设 置
HIAL 不 用 LoAL 不 用 dHAL 不 用 dLAL 不 用 dF 2.0
CtrL 1 M5 40 P 100 t 90 Ctl 3
Sn 21 dIP 1 dIL -20.0 dIH 650.0 Sc 0
oP1 0 oPL 5 oPH 90 ALP 0 CF 2
Addr 由 通 讯 定 bAud 9600 dL 2.0 run 1 Loc 0
EP1 CtrL EP2 M5 EP3 P EP4 t EP5 oPL
EP6 oPH EP7 None EP8 None
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表 4
温 度 实 验 数 据 表
环 境 温 度
参 数 设 置 设 定 值 显 示 值 (℃)
(℃) OPL OPH M5 P t (℃) 上 限 下 限
10 95 50 100 120 300.0 318.3 291.2
28~30
5 90 40 100 90 450.0 461.3 439.5
5 95 40 100 70 450.0 476.4 435.5
3. 湿 度 控 制
与 温 湿 度 传 感 器 、 电 热 式 加 湿 器 作 相 对 湿 度 的 控 制 。 如 图 3 所 示 。
温 湿 度 传 感 器
电 热 式 加 湿 器
AI-808A2GS4
图 3 用 于 加 湿 控 制
温 湿 度 传 感 器 能 输 出 温 度 、 相 对 湿 度 两 个 信 号 , 正 常 使 用 AI 仪 表 无 法 适 应
双 输 入 通 道 的 要 求 , 所 以 在 AI 仪 表 输 入 端 采 用 1~5V 和 0.2~1V 两 路 输 入 , 通
过 切 换 Sn 参 数 , 达 到 了 显 示 温 度 、 相 对 湿 度 和 控 制 相 对 湿 度 的 目 的 。 由 于 电 热
加 湿 器 动 态 特 性 差 的 原 因 , 根 据 加 湿 量 的 要 求 , 适 当 调 整 OPH 参 数 , 配 合 使 用
手 动 自 整 定 方 法 , 达 到 了 控 制 要 求 。 参 数 设 置 见 表 5, 实 验 数 据 见 表 6。
表 5
AI-808 仪 表 用 于 “ 加 湿 控 制 ” 的 参 数 设 置
HIAL 不 用 LoAL 不 用 dHAL 不 用 dLAL 不 用 dF 1.0
CtrL 2 M5 10 P 13 t 20 Ctl 3
Sn 33/32 dIP 1 dIL 0.0 dIH 100.0 Sc 0
oP1 0 oPL 5 oPH 90 ALP 0 CF 2
Addr 由 通 讯 定 bAud 9600 dL 1.0 run 1 Loc 0
EP1 Sn EP2 CtrL EP3 M5 EP4 P EP5 t
EP6 oPH EP7 None EP8 None
表 6
湿 度 实 验 数 据 表
设 定 风 量
参 数 设 置
设 定 值
显 示 值 (%RH)
(m 3 /h) OPH M5 P t (%RH) 上 限 下 限
100 15 10 15 25 80.0 83.6 77.9
200 40 10 13 20 80.0 82.4 78.2
400 75 15 15 15 80.0 83.5 77.8
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4. 风 量 控 制
与 一 体 化 智 能 孔 板 流 量 计 、 变 频 器 、 风 机 作 风 量 控 制 。 如 图 4 所 示 。
一 体 化 智 能 孔 板 流 量 计
风 机
变 频 器
AI-808A2XS4V24
图 4 用 于 风 量 控 制
使 用 的 一 体 化 智 能 孔 板 流 量 计 能 对 孔 板 的 工 作 状 态 进 行 运 算 , 使 其 测 量 的 不
确 定 度 小 于 ±1.5%F.S。
选 用 风 机 时 , 考 虑 到 流 量 范 围 的 覆 盖 情 况 , 使 其 能 在 调 节 频 率 的 状 态 下 , 满
足 风 量 的 要 求 。
以 “ 三 垦 力 达 ” 变 频 器 为 例 , 调 整 变 频 器 参 数 , 使 其 在 6~65Hz 范 围 内 , 适
应 AI 仪 表 输 入 的 要 求 , 满 足 风 机 电 机 特 性 的 需 求 。
AI 仪 表 在 上 述 闭 环 控 制 中 , 用 手 动 自 整 定 可 的 满 意 结 果 。 参 数 设 置 见 表 7,
实 验 数 据 见 表 8。
表 7
AI-808 仪 表 用 于 “ 风 量 控 制 ” 的 参 数 设 置
HIAL 不 用 LoAL 不 用 dHAL 不 用 dLAL 不 用 dF 2.0
CtrL 1 M5 15 P 11 t 7 Ctl 4
Sn 33 dIP 1 dIL 0 dIH 150 Sc 0.0
oP1 4 oPL 0 oPH 100 ALP 0 CF 2
Addr 由 通 讯 定 bAud 9600 dL 2.0 run 1 Loc 0
EP1 CtrL EP2 M5 EP3 P EP4 t EP5 None
EP6 None EP7 None EP8 None
表 8 风 量 实 验 数 据 表
设 定 流 量 (m 3 /h) M5 P T 风 量 上 限 (m 3 /h) 风 量 下 限 (m 3 /h)
50.0 15 21 10 50.4 49.5
50.0 15 10 7 50.2 49.8
100.0 15 8 5 100.8 99.5
100.0 15 7 3 100.5 99.8
140.0 15 13 9 140.8 139.1
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140.0 15 11 7 140.4 139.6
500 150 14 5 505 496
500 150 12 5 504 198
1000 150 13 3 1005 987
1000 150 9 3 1004 998
1400 150 9 3 1406 1394
1400 150 7 3 1403 1398
5. AI-301ME5 用 于 开 关 控 制
与 两 位 按 钮 开 关 、 接 触 器 组 成 门 电 路 , 实 现 了 在 实 验 现 场 和 计 算 机 上 均 可 启
停 设 备 的 功 能 。 如 图 5 所 示 。
两 位 开 关 按 钮
AI-301ME5L2S
接 触 器
L
N
图 5
开 关 控 制
AI-301ME5 型 开 关 量 模 块 沿 用 了 AI 仪 表 的 模 块 化 设 计 , 每 台 可 安 装 6 个 模
块 , 用 户 可 选 择 不 同 的 模 块 来 完 成 开 关 量 的 输 入 、 输 出 功 能 。6 个 模 块 插 座 中
COMM 口 为 通 讯 专 用 插 座 , 如 果 要 通 过 上 位 机 对 设 备 进 行 启 停 控 制 , 则 必 须 安
装 通 讯 模 块 , 其 余 5 个 插 座 每 个 插 座 均 可 安 装 2 路 开 关 量 输 入 模 块 或 1~2 路 开
关 量 输 出 模 块 。
在 试 验 系 统 中 , 我 们 均 选 用 了 S 通 讯 模 块 和 5 个 开 关 量 输 出 模 块 , 与 现 场
操 作 的 带 灯 按 钮 构 成 门 电 路 , 以 完 成 对 100 多 台 仪 表 和 实 验 设 备 的 启 停 。
6. 对 热 差 式 质 量 流 量 计 的 控 制
与 质 量 流 量 控 制 器 和 流 量 显 示 仪 组 成 质 量 流 量 控 制 系 统 。 如 图 6 所 示 。
质 量 流 量 控 制 器
流 量 显 示 仪
AI-808A2XS4
图 6
对 质 量 流 量 的 控 制
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通 过 对 热 差 式 质 量 流 量 计 的 电 流 信 号 输 出 、 输 入 控 制 , 实 现 对 流 量 的 较 高 精
确 控 制 。 参 数 设 置 见 表 9, 实 验 数 据 见 表 10。
表 9
AI-808 仪 表 用 于 “ 对 质 量 流 量 计 的 控 制 ” 的 参 数 设 置
HIAL 不 用 LoAL 不 用 dHAL 不 用 dLAL 不 用 dF 2.0
CtrL 1 M5 0.15 P 6 t 3 Ctl 4
Sn 33 dIP 1 dIL 0.0 dIH 1.0 Sc 0.0
oP1 4 oPL 0.0 oPH 100.0 ALP 0 CF 2
Addr 由 通 讯 定 bAud 9600 dL 5.0 run 1 Loc 0
EP1 CtrL EP2 M5 EP3 P EP4 t EP5 None
EP6 None EP7 None EP8 None
表 10 流 量 实 验 数 据 表
设 定 流 量
(L/min)
M5 P T 流 量 上 限 (m 3 /h) 流 量 下 限 (m 3 /h)
0.2 0.21 0.19
0.4 0.42 0.39
0.6 0.15 6 3
0.61 0.60
0.8 0.81 0.79
1.0
1.00 0.99
( 注 : 该 质 量 流 量 计 的 测 量 误 差 为 ±1%F.S。)
7. 流 量 积 算 仪 的 使 用
与 自 制 的 孔 板 流 量 计 、 差 压 变 送 器 组 成 了 流 量 测 量 系 统 , 可 测 的 瞬 时 流 量 和
累 积 流 量 , 如 图 7 所 示 。
差 压 变 送 器
AI-708HAI4S4
孔 板 流 量 计
图 7
用 于 流 量 积 算
特 制 孔 板 流 量 计 的 压 力 值 经 差 压 变 送 器 变 换 为 4~20mA 的 电 流 信 号 , 用 于
流 量 测 量 精 度 要 求 不 太 高 的 场 合 。 参 数 设 置 见 表 11, 实 验 数 据 见 表 12。
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表 11 AI-708 仪 表 用 于 “ 流 量 积 算 ” 的 参 数 设 置 ( 以 30 L/min 为 例 )
FHIA 不 用 FLoA 不 用 FdF 不 用 CHIA 不 用 CLoA 不 用
PHIA 不 用 PLoA 不 用 ALP 0 Act 0 FSb 0
SPE 不 用 Sn 2 CdIP 1 Co 20.0 CdIH 不 用
CSc 0 PdIP 不 用 Po 0.101 PA 0 PdIH 不 用
Cut 2.0 Frd 不 用 FdIP 1 FdIH 40 FSc 不 用
FdL 0 CF 65 bC 0 FoH 不 用 IoL 不 用
IoH 不 用 Addr 由 通 讯 定 bAud 9600 CLn 不 用 FLJH 不 用
FLJL 不 用 Loc 3698 EP1~EP8 None A00 0 A01 0
A02 5000 A03 25000 A04 25000 d00 0 d01 40
表 12 风 量 实 验 数 据 表
标 称 流 量 (L/min) 设 定 流 量 (L/min) 流 量 上 限 (L/min) 流 量 下 限 (L/min)
100.0 100.0 105.8 95.3
30.0 30.0 31.6 28.2
( 注 :“ 标 称 流 量 ” 为 制 造 该 孔 板 流 量 计 时 的 主 要 参 数 。)
三 、 计 算 机 组 态 与 管 理
1. 组 态 软 件 概 述
组 态 软 件 是 一 种 基 于 计 算 机 操 作 系 统 的 软 件 平 台 , 经 过 了 严 格 的 测 试 , 可 靠
性 高 , 更 换 驱 动 程 序 和 板 卡 , 可 以 和 不 同 厂 家 的 仪 表 和 PLC 组 成 DCS 系 统 。 选
用 组 态 软 件 时 首 要 问 题 是 软 硬 件 的 匹 配 , 其 次 是 确 保 所 选 软 件 能 完 成 自 己 所 需 要
的 功 能 。 在 我 们 的 系 统 中 选 用 的 是 AI 系 列 仪 表 , 故 采 用 与 之 匹 配 的 宇 电 专 用 版
组 态 王 软 件 来 开 发 集 控 工 作 站 的 图 形 界 面 和 数 据 库 。
组 态 王 ( 宇 电 专 用 版 ) 软 件 使 用 的 RS-485 接 口 通 讯 协 议 是 宇 电 自 主 开 发 的
AI-BUS 协 议 , 数 据 格 式 为 一 个 起 始 位 , 八 位 数 据 , 无 校 验 位 , 一 个 或 两 个 停 止
位 。 通 讯 传 输 数 据 的 波 特 率 可 调 为 1200~19200 bit/S( 波 特 率 为 19200 时 需 配 高
速 光 耦 的 通 讯 模 块 )。
2.AI-301ME5 型 开 关 量 模 块 的 使 用
开 关 量 模 块 上 的 D0~D9 状 态 对 应 10H 参 数 的 低 10 位 , 当 对 某 一 位 置 “1”
时 该 触 点 闭 合 , 置 “0” 时 断 开 , 上 位 机 对 开 关 量 模 块 “ 写 ” 状 态 时 使 用 BitSet(Var ,
bitNo, OnOff ) 函 数 ,“ 读 ” 状 态 时 使 用 Bit(Var , bitNo) 函 数 。
3. 组 态 与 管 理
根 据 要 求 , 组 态 结 果 能 对 现 场 的 温 度 、 湿 度 、 流 量 、 风 量 进 行 监 测 和 控 制 ,
并 对 工 艺 数 据 进 行 储 存 和 曲 线 记 录 以 及 报 表 打 印 , 并 能 通 过 上 位 机 对 仪 表 和 设 备
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启 停 。 根 据 以 上 要 求 , 我 们 在 AI 系 列 仪 表 上 安 装 上 S4 通 讯 模 块 , 设 置 不 同 的 仪
表 ID 地 址 , 并 把 波 特 率 设 置 为 9600bit/S, 在 上 位 机 的 软 件 开 发 平 台 上 , 新 建 多
个 设 备 名 称 , 每 个 设 备 的 波 特 率 和 数 据 格 式 都 要 确 认 满 足 AI-BUS 通 讯 的 要 求 ,
并 且 每 一 个 设 备 的 地 址 要 和 下 位 机 仪 表 的 地 址 相 对 应 。 计 算 机 组 态 管 理 如 图 8 所
示 。
在 数 据 词 典 里 建 立 变 量 表 , 变 量 可 分 为 内 部 变 量 和 外 部 变 量 , 根 据 要 求 我 们
建 立 了 多 个 测 量 值 变 量 (PV)、 设 定 值 变 量 (SV)、 输 出 值 变 量 (MV) 以 及 相
应 的 手 自 动 转 换 变 量 (CTRL) 与 PID 参 数 变 量 (M5、P、T)、 开 关 量 模 块 的 整
型 变 量 。 以 上 变 量 均 为 外 部 变 量 , 另 外 为 了 完 成 动 画 和 其 他 设 计 的 要 求 , 例 如 “ 报
表 ” 等 等 , 还 需 要 建 立 一 些 内 部 变 量 作 为 中 间 变 量 使 用 。
历 史 数 据 库 的 设 计 , 为 了 能 够 完 成 对 历 史 数 据 的 记 录 和 打 印 要 求 需 要 建 立 历
史 数 据 库 , 在 一 般 系 统 中 , 组 态 王 自 带 的 历 史 数 据 库 就 能 满 足 要 求 , 我 们 的 系 统
中 就 是 利 用 了 组 态 王 自 带 的 数 据 库 。 实 际 运 行 效 果 良 好 , 如 果 对 记 录 还 有 更 高 要
求 , 那 可 以 通 过 使 用 DDE 数 据 交 换 功 能 , 也 使 用 SQLSERVER 来 做 数 据 库 。
图 形 界 面 是 工 业 控 制 软 件 中 的 重 要 内 容 , 通 常 包 括 总 貌 显 示 , 工 艺 流 程 图 画
面 显 示 , 分 组 画 面 显 示 , 实 时 / 历 史 趋 势 图 显 示 , 过 程 控 制 实 时 数 据 显 示 / 历 史 数
据 显 示 以 及 报 警 等 。 组 态 王 具 备 上 述 的 所 有 功 能 , 一 般 情 况 下 用 户 可 以 使 用 组 态
王 提 供 的 图 形 库 和 自 定 义 图 形 来 组 态 工 艺 流 程 图 等 画 面 , 同 时 可 动 态 显 示 工 艺 参
数 。 另 外 也 可 使 用 AutoCAD 和 CorelDRAW 软 件 生 成 对 象 , 用 组 态 王 激 活 图 形
对 象 , 使 之 反 映 出 过 程 的 动 态 变 化 。 在 我 们 的 系 统 中 包 含 有 工 艺 流 程 图 画 面 , 分
组 画 面 控 制 显 示 , 实 时 / 历 史 趋 势 图 显 示 , 过 程 控 制 实 时 数 据 报 表 显 示 / 历 史 数 据
报 表 显 示 。
实 践 证 明 , 组 态 王 方 便 于 设 计 人 员 开 发 组 态 软 件 , 同 时 也 便 于 操 作 人 员 使 用
组 态 软 件 , 与 国 内 同 行 业 软 件 相 比 , 具 有 一 定 的 领 先 性 。
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RS485/232 转 换 器
计 算 机
控 制 室
实 验 现 场
······ ······
AI-808A2XS4 AI-808A2GS4
AI-808A2XS4V24
AI-708HAI4S4
AI-301ME5L2S
图 8
计 算 机 组 态 管 理
四 、 使 用 效 果
根 据 我 单 位 的 使 用 情 况 表 明 : 阀 门 开 度 偏 差 为 ±1.0%; 加 热 炉 的 温 度 控 制 精
度 可 达 ±3%; 湿 度 控 制 精 度 可 达 ±4%,; 风 量 控 制 精 度 可 达 ±2%F.S; 对 质 量 流
量 计 的 控 制 精 度 可 达 ±1.5%F.S。 与 特 制 孔 板 流 量 计 组 合 的 控 制 精 度 可 达 ±
6%F.S。 在 温 度 、 湿 度 、 风 量 控 制 中 既 节 约 了 能 源 , 又 提 高 了 控 制 的 稳 定 性 。 其
性 能 优 于 同 等 价 位 的 其 他 类 型 仪 表 , 适 用 于 一 些 控 制 性 能 较 高 的 场 合 。
该 系 统 投 入 使 用 近 两 年 来 的 运 行 情 况 表 明 : 价 格 经 济 、 性 能 可 靠 、 通 用 性 强
的 AI 系 列 仪 表 的 宜 人 化 设 计 很 大 程 度 上 方 便 了 实 验 人 员 的 操 作 , 给 维 护 人 员 提
供 了 便 捷 , 为 单 位 节 约 了 投 资 成 本 。 计 算 机 组 态 与 管 理 的 实 施 , 方 便 了 设 计 人 员
和 使 用 人 员 , 实 现 了 人 机 隔 离 和 远 距 离 控 制 , 很 好 地 满 足 了 检 测 装 置 的 设 计 要 求 。
参 考 文 献
⑴ 张 化 光 . 何 希 勤 .《 模 糊 自 适 应 理 论 及 其 应 用 》. 北 京 : 北 京 航 空 航 天 大 学 出 版 社 ,2002.
⑵ 阳 宪 惠 .《 现 场 总 线 及 其 应 用 》. 北 京 : 清 华 大 学 出 版 社 ,1999.
⑶ 北 京 亚 控 科 技 发 展 有 限 公 司 .《 组 态 王 6.0 使 用 手 册 》 . 北 京 : 亚 控 公 司 .2001.
⑷ 厦 门 宇 光 电 子 技 术 有 限 公 司 .《AI 人 工 智 能 调 节 器 使 用 说 明 书 V6.5》. 厦 门 . 宇 电 公 司 .2002.
通 讯 地 址 : 山 西 省 太 原 市 新 兰 路 33 号
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