毕业设计论文 - - 基于GE PACSystems RX3i的水箱液位控制设计 -(3)

西南交通大学本科毕业设计（论文） 第5页 大部分控制对象都有良好的控制效果，组态软件iFix因其简单易用的特点，在控制界面的设计中得到广泛的应用。

本论文介绍了基于可编程控制器GE PACSystems RX3i和IFIX组态软件的液位控制系统的设计方案。GE PACSystems RX3i作为下位机完成液位的采集和数据的转换；上位机利用组态软件IFIX设计人机界面，实现控制系统的实时监控、数据采集与处理；可编程控制器和组态软件通过现场总线以太网进行通讯；通过PME软件编写程序实现液位控制，实时控制水箱液位。实验证明，液位控制系统效果比较令人满意，具有一定的工程实用价值。

本报告分三部分。在简要介绍GE PACSystems系列PLC的硬件单元、工作原理和梯形图编程理论知识基础上，给出了利用GE PACSystems梯形图编程，实现液位控制的设计过程，最后结合IFIX组态软件，详细叙述了液位控制系统的的实现过程。

1.4 本论文的结构安排

本论文共分五章。第1章，绪论。主要介绍液位控制系统的定义、组成、功能以及液位控制系统的研究方向和意义，并简单讲述了本论文的主要内容、方法及结构安排。第2章介绍GE PACSytems RX3i系列PLC的相关知识。从PAC系统的提出到应用。重点介绍PAC RX3i系统的特点和硬件结构，包括背板、中央处理器、数字量输入/输出模块、模拟量输入输出模块及其工作原理和使用方法。当然在自动控制领域，一个系统的组成除了硬件系统外还有软件系统。所以本章也对梯形图编程的编程环境PME进行了详细介绍。第3章对组态软件iFix进行了介绍。其中IFIX的工程创建、系统配置、工作台、数据库和工作机制是本章的重点。因为只有了解了IFIX的工作原理，才能设计好合理的监控界面。第4章介绍基于GE PAC RX3i的液位系统控制系统设计。讲述了液位控制系统的系统设计、硬件设计和软件。第5章介绍基于IFIX液位监控系统的设计，其中包括 IFIX节点与GE PAC RX3i的通讯、液位控制液位系统监控系统的设计和调试过程。最后得出结论。

西南交通大学本科毕业设计（论文） 第6页 第2章 GE PACSystems RX3i简介

2.1 GE PACSystem系列PLC概念

2.1.1 PAC概念的提出

可编程自动控制器（Programmable Automation Controller,PAC）是由ARC咨询集团的高级研究员Craig Resnick提出的。PAC的概念定义为：控制引擎的集中，以及制造业厂商对信息的需求，涵盖PLC用户的多种需求。PAC包括PLC的主要功能和扩大的控制能力，以及PC-based控制中基于对象开放数据格式和网络连接等功能。

PAC包括开放数据格式和网络连接功能。PAC基本要求如下：

1.多域功能（逻辑、运动、驱动和过程）—— 这个概念支持多种I/O类型。逻辑、运动和其他功能的集成是不断增长的复杂控制方法的要求。

2.单一的多学科开发平台 —— 单一的开发环境必须能支持各种I/O和控制方案。

3.用于设计贯穿多个机器或处理单元的应用程序的软件工具——这个软件工具必须能适应分布式操作。

4.一组de facto网络和语言标准——这个技术必须利用高投入技术。 5.开放式、模块化体系结构——设计和技术标准规范必须是实现开放、模块化、可结合的。 2.1.1 PAC特征

在形式上，PAC与传统PLC很相似，但PAC性能却广泛很多。PAC是一种多功能控制器平台，它包含多种可按照用户意愿组合、搭配和实施的技术和产品，PLC性能的实现主要依赖于专用硬件，应用程序的执行依靠专用硬件芯片实现，硬件的非通用性会导致系统的功能前景和开放性受到限制，由于是专用操作系统，实时可靠性和功能都无法与通用实时操作系统相比，这样导致了PLC整体性能的专用性和封闭性。

PAC设计了一个通用、软件形式的控制引擎用于应用程序的执行。控制引擎位于实时操作系统与应用程序之间，这个控制引擎与硬件平台无关，可在不同平台的PAC系统间移植。因此对于用户来说，同样的应用程序不需修改即可下载到不同PAC硬件系统中，用户只需根据系统功能需求和投资预算选择不同性能PAC平台。这样，根据用户需求的迅速扩展和变化，用户系统和程序无需变化，即可无缝移植。 PAC系统具备以下主要的特征和性能：

1) 提供通用发展平台和单一数据库，以满足多领域自动化系统设计和集成要求。

西南交通大学本科毕业设计（论文） 第7页 2) 一个轻便的控制引擎，可以实现多领域的功能，包括：逻辑控制、过程控制、运动控制和人机界面等。

3) 允许用户根据系统实施的要求，在同一平台上运行多个不同功能的应用程序，并根据控制系统的设计要求，在各程序间进行系统资源的分配。

4) 采用开放的、模块化的硬件架构，以实现不同功能的自由组合与搭配，减少系统升级带来的麻烦。

5) 支持IEC-61158现场总线规范，可以实现基于现场总线的高度分散性的工厂自动化环境

6) 支持事实上的工业以太网标准，可以与工厂的EMS、ERP系统轻易集成。 7) 使用既定的网络协议、程序语言标准，以保障用户的投资及多供应商网络的数据交换。

2.1.3 GE PACSystems

GE PACSystem 提供第一代可编程自动化控制系统——为多个硬件平台提供一个控制引擎和一个开发环境，比现有PLC更强大的处理速度和通信速度，以及编程能力。它能应用到高速处理、数据存取和需大内存的应用中。目前，GE控制器硬件家族有两大类控制器：基于VME的RX7i和基于PCI的RX3i提供强大的CPU和高宽带背板总线，使得复杂编程能简便快速的执行。

PACSystem的特点：

1.PAC系统是继PLC、DCS之后的新一代控制系统。

2.克服了PLC/DCS长期过于封闭化、专业化的缺点，导致其技术发展缓慢，消除了PLC/DCS与PC机间不断扩大的技术差距的瓶颈。

3.操作系统和控制功能独立于硬件。 4.采用标准的嵌入式系统架构设计。 5.开放式标准背板总线VME/PCI。 6.CPU均为PШ/PM处理器。

7.支持FBD,可用于过程控制，尤其适用于混合型集散控制系统。 8.编程语言符合IEC1131

PACSystems系列产品代表了控制工业领域的革命，同时解决了业内一直存在的与工业和商业都有关的问题，即如何实现更高的产量和提供更开放的通信方式。这一灵活的技术帮助用户全面提升整个自动化系统的性能，降低工程成本，解决了有关短期和长期的系统升级问题，以及控制平台寿命的问题。

西南交通大学本科毕业设计（论文） 第8页 2.2 GE PACSystems RX3i的硬件结构

2.2.1 GE PACSystems RX3i简介

PACSystems RX3i控制器是创新的可编程自动化控制器，是可编程自动化控制器PACSystems家族的新增加的一员。和PACSystems 家族的其他成员一样，RX3i具备单一的控制引擎和通用的编程环境，使其能灵活的应用于多种硬件平台上。PACSystems RX3i易于集成，为多平台的应用提供空前的自由度，能统一过程控制系统，并可以更灵活、更开放地升级或者转换。在PME的开发软件环境中，他单一的控制引擎和通用的编程环境整体上提升了自动化水平。PACSystems RX3i系统外形示意图如图2-1所示。

图2-1

PACSystems RX3i模块在一个小型的、低成本的系统中提供了高级功能，它具有下列性能上的优点：

? 拥有300MHZ微处理器10MByte用户内存的高性能控制器。无需多个控制器，使控制更简单

? 通用的PCI总线背板，背板高速PCI总线速度为27MHz，使得复杂I/O的数据吞吐率更大，简单I/O的串行总线读写更快，优化了系统性能和投资。背板总线支持带电插拔功能，减少系统停机时间。

? 广泛的I/O模块选择（已推出40多种）适合从简单到复杂的应用。此外，系统还提供多种网络接口模块。

? PACSystems便携控制引擎在不同的平台上都能提供出色的性能，使OEM和最终用户都能从众多的应用选择方案中找到最适合他们需要的控制系统硬件——所有需要都在一个单一、紧凑而且高度集成的组件中。

? 消除信息的瓶颈现象，获得更快通过量。

? 大容量的电源，支持多个装置的额外功率或多余要求，支持多电源功率负载

西南交通大学本科毕业设计（论文） 第9页 共担或冗余功能。

? 支持以太网远程编程。例如，可在南京对上海的RX3i进行编程和修改。PACSystems RX3i功能及其强大，具有64M用户编程内存和64M闪存，支持多种编程语言：梯形图，C语言（效率为梯形图的6-10倍）、FBD功能块图、用户定义结构化文本、指令表、符号变量编程等。PACSystems RX3i还具有以下特点：

? 最多支持32K DI、32K DO、32K AI、32K AO。 ? 模块支持带电插拔。 ? 支持冗余电源

? 支持多种现场总线。支持Modbus、Profibus、Genius（包括双网冗余），还

支持工业以太网，以及串行总线。

? 两条背板总线，216MbpsPCI总线和90-30背板总线。 ? 支持持PCI总线模块和所有90-30背板总线。 ? 支持以太网远程I/0站。

? 真正的实时多任务控制系统。支持16个中断优先级。

2.2.2 GE PACSystems RX3i基本模块

背板

RX3i背板（机架）采用通用的PCI总线，分为12槽和16槽两种尺寸用于满足用户不同的应用需要。它支持带电插拔以减少停机时间。扩展背板（机架）有5槽和10槽两种尺寸，将您的应用灵活性最大化。背板高速PCI总线速度为27MHZ,使得复杂I/O的数据吞吐率更大，简单I/O的串行总线读写更快，优化了系统的投资和性能。通用背板模块的位置，IC695电源模块可以安装在任何插槽。直流电源IC695PSD40占用一个插槽，交流电源IC695PSA40占用两个插槽。RX3i CPU模块除了扩展插槽外可以安装在背板的任何地方。CPU模块占用两个插槽。I/O和其他功能模块可以安装在除了0插槽和扩展插槽以外的任何插槽，0插槽只能用于IC695电源。每个I/O槽都有两个连接器，因此每个基于PCI的RX3i模块或者串行模块都可以安装在任何一个I/O插槽。最右端的插槽是扩展插槽。它只能用于可选择串行串行扩展模块IC695LRE001。在PACSystem RX3i系统中，电源一般在0插槽，CPU一般在1-2插槽，背板扩展模块在12插槽，I/O模块在3-11插槽中。

PACSystem RX3i CPU

高性能的CPU基于具有高速运算和高速数据吞吐的最新处理器。这个强大的CPU依靠300M Hz的处理器和10M bytes的用户内存能轻松地完成各种复杂的应用。控制器在多种标准编程语言下能处理高达32K的I/O。RX3i广泛的诊断机制和带电插拔能力增加了机器循环次数，减少了停机时间，用户能存储大量数据，减少外围硬件花费。RX3i支持多种IEC语言和C语言，使用户编程更灵活。

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