CN101840204A

CN101840204A - 一种自动化控制中的泛控制系统及方法

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Publication number: CN101840204A
Application number: CN201010177368A
Authority: CN
Inventors: 陈一鸣
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-05-18
Filing date: 2010-05-18
Publication date: 2010-09-22

Abstract

本发明公开了一种自动化控制中的泛控制系统及方法，包括控制器，在控制器内部设立了一个通用的部件库，部件库内的部件具体分为运算部件、输入部件、输出部件、逻辑关联部件、功能部件、共用资源部件六种类型，部件与部件之间通过中间节点，即变量相互关联；部件由专业的程序员进行编程及维护，二次开发人员通过人机维护界面进行配置和调用即可实现所要的控制功能及工艺。本发明有益的效果是：独创了一种全新的控制结构——泛控制结构。在专用控制器或可编程控制器底层软件中引入泛控制结构后。不仅保留了原有硬件的通用性和灵活性，同时具有开发周期超短、工艺流程修改灵活方便、应用开发人员准入门槛低三大优势。

Description

一种自动化控制中的泛控制系统及方法

技术领域

本发明涉及自动化控制领域，主要是一种自动化控制中的泛控制系统及方法。

背景技术

在自动化控制领域，为了针对某种设备及工艺进行全自动控制的方法现有三种方式来实现。方式一(普通机电方式)：采用专用仪表(数显表)、中间继电器、定时继电器、按钮开关等，通过导线等硬连接方式来实现某种控制工艺。此方法简单，适合较为简单的工艺要求。对应用设计人员的要求较低，一般具有电工基础的人员均可。方式二(专用方式)：针对某种设备及工艺进行专用控制器开发的设计。此种方式可有效的控制硬件的生产成本。此种方式设计周期长，对设计人员须具备丰富的软硬件设计能力(涉及电子专业、采用汇编或C语言进行编程)。同时定型后，要修改控制工艺必须由专业开发人员进行。不适合自动化控制专业的人士进行开发。方式三(通用可编程方式)：利用通用的可编程控制器(PLC)。针对某种设备及工艺，由应用工程师进行软硬件的二次开发。由于通用可编程控制器内部的硬件及底层软件由设备供应商提供，应用工程师通过供应商提供的二次开发软件进行工艺编程即可，不需了解控制器内部控制结构。此种方式开发周期短、工艺流程修改方便、适合自动化控制专业的人员进行开发。不适合一般具有电工基础的人员进行开发。

以上三种方式的利弊分析：方式一：对开发人员的要求较低，对控制工艺具有局限性。方式二：对开发人员的要求最高，需涉及微电子技术专业，不适合自动化控制的应用工程师进行应用开发。但是控制工艺的灵活性比较好。方式三：应用工程师通过可编程控制器供应商提供的二次开发软件进行工艺编程即可，不须了解控制器内部控制结构。此种方式开发周期短、工艺流程修改方便、适合自动化控制专业的人士进行开发。需编制大量的T形图来完成控制要求。

发明内容

为了克服现有技术的缺点，本发明提供一种自动化控制中的泛控制系统及方法，一种开发周期超短、工艺流程修改方便、二次开发人员可延伸至具有电工基础的人均可开发的方式。

本发明解决其技术问题采用的技术方案：这种自动化控制中的泛控制系统，包括控制器，在控制器内部设立了一个通用的部件库，部件库内的部件具体分为运算部件、输入部件、输出部件、逻辑关联部件、功能部件、共用资源部件六种类型，部件与部件之间通过中间节点，即变量相互关联；

运算部件：用于温度或压力调节仪；

输入部件：用于开关量信号输入处理、模拟量信号输入处理；

输出部件：用于变频调速、开关量输出、模拟量输出、数据通讯；

逻辑关联部件：逻辑运算用母线图；

功能部件：用于定时、各种参数补偿；

公共资源部件：时钟、故障报警。

本发明中部件库内的部件包括母线功能部件、定时功能部件、机组控制部件、调节仪部件、电加热驱动部件、燃烧机控制部件、阀门控制部件和速度编码部件。

采用这样的泛控制结构，应用人员不需了解相应部件的编程及算法原理，只需简单的对使用部件进行配置即可实现控制任务。

本发明所述的自动化控制中的泛控制系统的方法，在控制器内部设立了一个通用的部件库，部件与部件之间通过中间节点，即变量相互关联；部件由专业的程序员进行编程及维护，二次开发人员通过人机维护界面进行配置和调用即可实现所要的控制功能及工艺。

本发明有益的效果是：独创了一种全新的控制结构——泛控制结构。在专用控制器或可编程控制器底层软件中引入泛控制结构后。不仅保留了原有硬件的通用性和灵活性，同时具有开发周期超短、工艺流程修改灵活方便、应用开发人员准入门槛低三大优势。

附图说明

图1是本发明的系统连接示意图。

图2是本发明的流程示意图。

图3是锅炉及暖通控制实施例中人机界面示意图；

图4是锅炉及暖通控制实施例中开关量部件配置界面示意图；

图5是锅炉及暖通控制实施例中模拟量输入部件配置界面示意图；

图6是锅炉及暖通控制实施例中传感器调校界面示意图；

图7是锅炉及暖通控制实施例中系统时钟部件配置界面示意图；

图8是锅炉及暖通控制实施例中故障报警部件配置界面示意图；

图9是锅炉及暖通控制实施例中故障报警部件配置原理示意图；

图10是锅炉及暖通控制实施例中系统部件配置界面示意图；

图11是锅炉及暖通控制实施例中调节仪部件配置界面示意图；

图12是锅炉及暖通控制实施例中速度编码部件配置界面示意图；

图13是锅炉及暖通控制实施例中阀门控制驱动部件配置界面示意图；

图14是锅炉及暖通控制实施例中多路电加热驱动部件配置界面示意图；

图15是锅炉及暖通控制实施例中燃烧机驱动部件配置界面示意图1；

图16是锅炉及暖通控制实施例中燃烧机驱动部件配置界面示意图2；

图17是锅炉及暖通控制实施例中燃烧机检漏功能块界面示意图；

图18是锅炉及暖通控制实施例中机组控制部件配置界面示意图1；

图19是锅炉及暖通控制实施例中机组控制部件配置界面示意图2；

图20是锅炉及暖通控制实施例中机组控制部件配置界面示意图3；

图21是锅炉及暖通控制实施例中环境温度补偿部件配置界面示意图；

图22是锅炉及暖通控制实施例中定时功能部件配置界面示意图1；

图23是锅炉及暖通控制实施例中定时功能部件配置界面示意图2；

图24是锅炉及暖通控制实施例中逻辑部件配置界面示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

这种自动化控制中的泛控制系统，如图1和图2所示，包括控制器，在控制器内部设立了一个通用的部件库，部件库内的部件具体分为运算部件、输入部件、输出部件、逻辑关联部件、功能部件、共用资源部件六种类型，部件与部件之间通过中间节点，即变量相互关联；

运算部件：用于温度或压力调节仪；

逻辑关联部件：逻辑运算用母线图；

功能部件：用于定时、各种参数补偿；

公共资源部件：时钟、故障报警。

实施例：锅炉及暖通控制案例

1.在锅炉及暖通控制案例中，基本上围绕着以下3个要素进行控制设计：

A.被控对象设备：电动阀门、电加热器、燃烧机、变频器；

B.模拟采集对象：温度传感信号、压力及流量的(0-20mA)信号；

C.控制目的：锅炉及系统管路上的压力、温度调节。

2.首先控制器生产厂家，把带有泛结构的底层程序固化在控制器内(包含了通用部件库)。

3.二次开发及应用人员通过相应的人机界面，进行多个部件的调用及配置。即可实现控制目的。(如图3所示)

每个部件都是一个独立的单元，他们可以共享整个控制器的硬件资源。二次开发及工程应用人员不需了解部件的编程原理及控制器的硬件原理。只需根据实际应用策略进行部件调用选则或调用即可。最后控制器内的运行程序，根据所选择的部件进行自动运行及控制。从而大大节约了二次开发的周期及人员的入门门槛。

4.部件库内的部件说明：(以下说明需根据控制器硬件实际输入/出点进行规划)

A.人机对话界面里标注的“0Xxxx”表示为MODBUS RTU通讯地址，供上位计算机及人机界面数据采集而用。二次开发人员也可通过组态，制作成最后的工程应用界面。

4-1.开关量部件配置：(如图4所示)

A.I0-WP1：为硬件开关量输入端口的实际工作状态，供使用者进行调试监视。I1和I2具备“普通/频率”模式选择功能；当选则频率时，此口为频率输入方式。

B.Q0-Q10：为硬件开关量输出端口的实际工作状态，供使用者进行调试操作。他们具备二种控制方式，当为“QxPLC”模式时，由控制器用作输出控制；为“Qx自由口”模式时，由人机界面或上位机通过数据通讯方式进行输出控制(二次开发人员可在人机界面里用脚本方式编写控制程序)。

4-2.模拟量输入部件配置：(如图5所示)

A.显示控制器采样后的模拟量读数，供二次开发人员监视。同时可对滤波系数、补偿等配置进行修改。

B.针对0-20mA输入方式，可对实际的测量范围进行配置。(如图6所示)

4-3.系统时钟部件配置：

二次开发人员可对控制器的标准时间进行校时。(如图7所示)

4-4.故障报警部件配置：(如图8-图9所示)

系统内部设有故障标志位，当控制器或其他部件把相关位置1后。控制器就会执行相关动作。也可通过简单的逻辑关系把相关位置1后。控制器就会执行相关动作。

4-5.系统部件配置：(如图10所示)

A.二次开发人员可对控制器上的二个通讯口进行参数配置；

B.对公用输入点进行状态监视。

ST手动输入端的状态信号：此输入开关用作对控制器进行手动开机(0x358)、启动(0x359.0x360)、故障复位(0x232)进行外部按钮操作，防止人机界面发生故障后，控制器无法开机/关机。

MOV远控制输入开关：可远程控制系统的输出功能。当输入信号短开时，控制器切断所有继电器输出。

C.系统内部开关机位(0x358)：开机状态时，允许控制器完成任何控制动作，关机时控制器处于休眠状态，切断所有继电器输出。

D.系统内部启/停机位(0x359.0x360)：当系统发生故障后，此位强制置0。一般用作故障连锁。

E.系统故障复位位(0x232)：当系统有故障采生时，此位置1则清除所有故障报警标记位，同时关闭系统报警继电器。

4-6.调节仪部件配置：(如图11所示)

此调节仪的功能，就像一个数显仪表一样。

A.模拟量输入通道配置：只须输入一个通道号(或一个中间变量)，调节仪就可对控制器硬件上的任何一路模拟量进行数据采集。

B.开关量输出通道配置：只须输入一个通道号(或一个中间变量)，调节仪就可对控制器硬件上的任何一路开关量进行数据操作。

C.模拟量输出通道配置：只须输入一个中间变量号，调节仪直接把运算结果写入指定的中间变量内。

D.调节仪内含位式控制单元和PI运算单元。当选择了位式单元，其输出的控制结果为开关位信号；当选择了PI运算单元，其输出结果为变量数值。

E.位式控制单元：可选择控制模式(加热/制冷)。在加热模式下，调节仪输入值＞目标设定值，开关量输出＝0；调节仪输入值＜目标设定值+(一回差设定值)，开关量输出＝1；在制冷模式下，控制反之。

F.目标补偿类型：调节仪根据选择的补偿类型自动的进行目标设定值补偿。详见补偿说明。

G.PI运算单元：调节仪输入值与目标设定值进行偏差比较及PI运算后输出一个0-10000的结果，然后通过输出通道配置把结果放入指定的中间变量内。

H.调节仪内的二个单元可同时工作。可把位式控制单元，用做上下限报警；同时把PI运算单元用作调节控制。

4-7.速度编码部件配置：(如图12所示)

A.只要在12#中间变量内写入0-10000数值，速度编码功能块就会根据此值按比例的计算出相应的控制段速，然后通过继电器输出给变频器进行调速。

B.此功能块可选择3/8两种调速模式。

4-8.阀门控制驱动部件配置：(如图13所示)

A.只要在15#变量内写入0-10000数值，阀门控制驱动功能块就会根据此值按比例的计算出相应的控制开度；然后通过控制正反转继电器的通电时间，对被控阀门进行开度控制。

B.阀门0-100％总运行时间：阀门从全关位置到全开位置总共运行的时间。比如总运行时间为100S，功能块把总运行时间分成20等份。推算出正反转继电器闭合5S，阀门的开度就可+-5％。从而起到了阀门开度控制功能。

C.调节模式：功能块有自动调节/手动调节二钟模式。自动模式的阀门调节量从15#变量内取数值，手动模式的阀门调节量从4x159通讯变量内取数值。

4-9.多路电加热驱动部件配置：(如图14所示)

A.只要在19#变量内写入0-10000数值，电加热驱动功能块就会根据此值按比例的计算出加热管的投入数量。

B.加热路数配置：可配置成4或8路控制方式。

C.加卸载间隔时间：在加卸载的过程中，功能块每隔X秒中进行一次加卸载的输出动作，尽量减少供电网络的负荷波动。

D.交换时间：功能块每隔一定的时间会自动的改变加热控制的起始方向。比如原来的加载方向从Q0-＞Q7逐一递增上去，过了交换时间后，加载方向则从Q7-＞Q0逐一递增上去。从而保证每个加热组的工作寿命大致相同。

E.启动开关输入通道配置：可在这个点上增加一个启动开关的位接点，逻辑通过时允许启动；逻辑未通过时功能块卸载动作，把所有的控制全部关闭。

4-10.燃烧机驱动部件配置：(如图15-图16所示)

A.燃烧机启动条件：由52#位地址决定燃烧机启动条件继电器是否闭合。

B.燃烧机风机吹扫功能开关：此功能块可单独对燃烧机风机执行吹风动作。

C.燃烧机负荷控制配置：根据燃烧机类型该驱动可分段式调节控制/比调控制。段式调节控制模式下，由53#位地址决定大小负荷继电器是否闭合。

D.燃烧机比调控制：只要在14#变量内写入0-10000数值，驱动功能块就会根据此值按比例的计算出相应的燃烧机出力大小；然后通过控制增量或减量继电器的通电时间，对燃烧机的出力进行控制。

E.燃烧机检漏功能块(如图17所示)，此功能开启后，燃气燃烧机在每次启动时，功能块首先要执行该检漏程序，检漏通过后方可执行燃烧机启动程序。当检漏失败，系统则在故障功能块内指定的标记处置1，并执行报警动作。

4-11.机组控制部件配置：(如图18-20所示)

A.控制通道数量选择：该功能块共有六个控制通道可选择。每个通道的测量结果只要满足停机操作，功能块即强行关闭控制输出的启/停开关(中间位变量)。

B.负荷调节通道选择：在4x113通讯变量内输入相应的通道号，功能块则按该通道内的相关调节参数去执行负荷调节，(段式方式：控制中间位变量；比例方式：把负荷调节输出值写入中间变量。)通常此种选择常用于多路热水系统的加热控制。

C.模拟量输入通道配置：只须输入一个通道号(或一个中间变量)，该控制通道就可对控制器硬件上的任何一路模拟量进行数据采集。

D.目标补偿类型：所对应的控制通道，根据选择的补偿类型自动的进行目标设定值补偿。详见补偿说明。

E.目标设定值/停机：当该通道的测量值＞目标设定值/停机时，该通道执行停机操作。

F.回差设定值/停机：当该通道的测量值＜目标设定值/停机+(-回差设定值/停机)时，该通道执行启动操作。

G.目标设定值/负荷调节：在段式控制模式下，当该通道的测量值＞目标设定值/负荷调节时，该通道执行小负荷操作；在比例控制模式下，功能块对该通道的测量值和目标设定值/负荷调节进行PI运算，把负荷调节输出值写入中间变量。

H.回差设定值/负荷调节：当该通道的测量值＜目标设定值/负荷调节+(-回差设定值/负荷调节)时，该通道执行大负荷操作；

I.辅助启动开关输入通道配置：可在控制输出的启/停开关接点前增加一个辅助启动开关的位接点，进行外部逻辑控制。

4-12.补偿类型选择窗口：

00-无补偿功能、01-控制目标值＝目标设定值+定时补偿参数1、02-控制目标值＝目标设定值+定时补偿参数2、03-控制目标值＝目标设定值+定时补偿参数3、04-控制目标值＝目标设定值+定时补偿参数4、05-控制目标值＝目标设定值+环境温度补偿参数。

共有六种补偿方式，供机组控制部件和调节仪部件进行目标补偿类型选择。

4-13.环境温度补偿部件配置：

如图21所示，使用者填表的形式实现补偿功能。

A.补偿功能开关：控制环境补偿功能是否启用。

B.温度测量通道选择：只须输入一个通道号(或一个中间变量)，该控制通道就可对控制器硬件上的任何一路模拟量进行数据采集。

4-14.定时功能部件配置：

如图22-23所示，此功能块共有5个时间段可供用户操作。当时间段满足开机条件时，该功能块自动对14、15、16#中间点进行置1触发，同时执行该时段内的相关参数；当时间段满足关机条件时，该功能块自动对14、15、16#中间点进行置0触发，同时执行非定时段内的相关参数。

4-15.系统限定部件配置：

系统有三个时间限定段可供执行。当满足限定要求后，功能块对14、15、16#中间点强制执行置0操作。

4-16.逻辑部件配置：如图24所示

该功能块可对中间位进行逻辑与或运算。

4-17.参数保存操作：

A.0x226保存操作开关：用于保存带有相关0xXX或4xXX变量的操作。

B.用户配置数据操作：当整个系统功能部件配置完成后，进行数据保存操作。

4-18.相关中间变量及中间位表：

四、控制配置步骤：

实例一：

控制目的：生活热水箱的热水温度控制。

测量点：热水温度(温度传感器已连至控制器的模拟量输入AD1端口)

控制设备：热水循环泵(已连至控制器的开关量输出Q0端口)

调用调节仪部件：

根据以下的地址表，在调节仪部件的开关输出通道配置栏输入“221”；模拟量输入通道配置栏输入“01”；控制模式选择“加热模式”即可。

Claims

1.一种自动化控制中的泛控制系统，包括控制器，其特征是：在控制器内部设立了一个通用的部件库，部件库内的部件具体分为运算部件、输入部件、输出部件、逻辑关联部件、功能部件、共用资源部件六种类型，部件与部件之间通过中间节点，即变量相互关联；

运算部件：用于温度或压力调节仪；

逻辑关联部件：逻辑运算用母线图；

功能部件：用于定时、各种参数补偿；

公共资源部件：时钟、故障报警。

2.根据权利要求1所述的自动化控制中的泛控制系统，其特征是：部件库内的部件包括母线功能部件、定时功能部件、机组控制部件、调节仪部件、电加热驱动部件、燃烧机控制部件、阀门控制部件和速度编码部件。

3.一种采用如权利要求1所述的自动化控制中的泛控制系统的方法，其特征是：在控制器内部设立了一个通用的部件库，部件与部件之间通过中间节点，即变量相互关联；部件由专业的程序员进行编程及维护，二次开发人员通过人机维护界面进行配置和调用即可实现所要的控制功能及工艺。