《組態(tài)軟件技術(shù)》課程設(shè)計(jì)報(bào)告書.doc

組態(tài)軟件技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告書題目：雙容水箱液位監(jiān)控系統(tǒng)學(xué)院：信息工程學(xué)院班級：自動化0604班姓名：李 云學(xué)號：06001239時(shí)間：2009年12月摘 要隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)在過程控制中占有十分重要的地位。本設(shè)計(jì)以雙容水箱的液位控制模型為研究對象，采用PID控制算法，并用MCGS組態(tài)軟件進(jìn)行上位機(jī)組態(tài)。用戶窗口包括如下界面：自控雙容水箱、手動雙容水箱、歷史數(shù)據(jù)、報(bào)警記錄、參數(shù)及液位變化曲線、消息、下水箱安全報(bào)警、下水箱越限報(bào)警、上水箱安全報(bào)警。運(yùn)行策略塊包括：啟動策略、退出策略、循環(huán)策略、PID控制、上水箱安全報(bào)警、下水箱安全報(bào)警、下水箱越限報(bào)警。在本設(shè)計(jì)中，我們可以實(shí)現(xiàn)手動與自動的切換，兩個(gè)水箱水位的控制等功能。關(guān)鍵字：MCGS組態(tài)軟件；PID控制算法；雙容水箱液位監(jiān)控系統(tǒng)Abstract With the development of computer technology, computer control technology in process control occupies an important position. The design of double-capacity water tank level control model studied by using PID control algorithm, and use MCGS configuration software host computer configuration. The user interface window includes the following: controlled double-capacity water tanks, manual dual-capacity water tanks, historical data, alarm recording, parameters and level curves, news, security police under the water tanks, water tanks, under the more limited the police, the security alarm on the tank. Operation strategy of block include: Start strategy, exit strategies, recycling strategies, PID control, security alarm on the tanks, water tanks, under safe alarm, water tanks, under the more alarm limits. In this design, we can achieve manual and automatic switch, two water tank water level control. Keywords: MCGS configuration software; PID control algorithm; two-capacity water tank level monitoring system 目 錄第1章 設(shè)計(jì)要求及目的41.1設(shè)計(jì)題目及要求 4 1.1.1 設(shè)計(jì)題目 41.1.2設(shè)計(jì)要求 41.2 設(shè)計(jì)目的4第2章 組態(tài)軟件概述42.1 工控組態(tài)軟件42.2 MCGS組態(tài)軟件的概述 52.2.1 MCGS通用組態(tài)軟件的特點(diǎn) 52.2.2 MCGS組態(tài)軟件構(gòu)成 6第3章 過程控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)63.1系統(tǒng)控制規(guī)律選擇 63.2 工程儀表的選擇 63.3系統(tǒng)流程圖 73.4 系統(tǒng)方框圖 73.5 控制系統(tǒng)連接圖 7第4章 過程控制系統(tǒng)的組態(tài)設(shè)計(jì)84.1實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫 84.2建立運(yùn)行策略組態(tài) 94.2.1 啟動策略 94.2.2 退出策略 94.2.3循環(huán)策略 104.2.4 PID控制 114.2.5 上水箱安全報(bào)警 124.2.6 下水箱安全報(bào)警 124.2.7下水箱越限報(bào)警 134.3主控窗口組態(tài) 144.4 用戶窗口組態(tài) 15第5章 運(yùn)行20第6章 總結(jié)23參考文獻(xiàn)第一章 設(shè)計(jì)要求及目的1.1設(shè)計(jì)題目及要求1.1.1設(shè)計(jì)題目有一雙容液位控制系統(tǒng)，目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)下水箱液位的控制。試用MCGS實(shí)現(xiàn)其算機(jī)控制系統(tǒng)。1.1.2設(shè)計(jì)要求(1) 判斷計(jì)算機(jī)通信以及設(shè)備工作是否正常；如正常，實(shí)時(shí)地顯示上、下水箱的液位和調(diào)節(jié)閥的閥位信箱。(2) 可實(shí)現(xiàn)自動和手動控制液位。自動方式下，下水箱液位設(shè)定值、采樣周期和參數(shù)P、I、D都可以修改，并根據(jù)修改的數(shù)據(jù)完成PID控制算法，調(diào)節(jié)閥開度為控制算法的結(jié)果。手動方式下，調(diào)節(jié)閥閥門開度可以直接在用戶窗口的運(yùn)行界面中認(rèn)為設(shè)定。為保證自動和手動控制無擾切換，在切換瞬間調(diào)節(jié)閥開度不會發(fā)生突變，且手動控制方式選，設(shè)定值需跟隨測量值變化。(3) 當(dāng)上水箱液位高于30cm火下水箱液位高于20cm時(shí)，進(jìn)行安全報(bào)警指示；當(dāng)下水箱液位越限時(shí)，進(jìn)行越限報(bào)警，報(bào)警偏差可在運(yùn)行窗口中修改。(4) 具有顯示下水箱液位設(shè)定值，上，下水箱液位測量值和乏味變化的實(shí)時(shí)曲線及歷史曲線，打印曲線所在窗口畫面的功能；具有下水箱液位設(shè)定值、上、下水箱液位測量值和閥位變化的歷史數(shù)據(jù)查詢功能，并將其存儲到指定的位置。(5) 報(bào)警時(shí)間記錄功能。(6) 采用天辰模擬量輸入儀表和模擬量輸出儀表作為計(jì)算機(jī)與雙容液位系統(tǒng)進(jìn)行信息交換的中間設(shè)備。1.2 設(shè)計(jì)目的(1) 通過本次課程設(shè)計(jì)掌握MCGS組態(tài)軟件的功能和特點(diǎn)。(2) 通過課程設(shè)計(jì)掌握MCGS組態(tài)軟件的系統(tǒng)構(gòu)成。(3) 應(yīng)用MCGS組態(tài)軟件設(shè)計(jì)一個(gè)基于MCGS組態(tài)軟件的雙容水箱液位控制系統(tǒng)演示工程。(4) 通過本次設(shè)計(jì)，深入了解MCGS在工業(yè)應(yīng)用方面的作用，為今后從事這方面的工作打下一個(gè)良好的基礎(chǔ)。第二章 組態(tài)軟件概述2.1 工控組態(tài)軟件組態(tài)的英文是“Configuration”，組態(tài)軟件就是用應(yīng)用軟件中提供的工具、方法來完成工程中某一具體任務(wù)的軟件。工控組態(tài)軟件就是指在數(shù)據(jù)采集和過程控制中使用的專用軟件，即在自動控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級的軟件平臺和開發(fā)環(huán)境下，為用戶提供快速構(gòu)建工業(yè)自動控制、系統(tǒng)監(jiān)控功能的一種軟件工具。組態(tài)軟件一般用于自動控制系統(tǒng)的監(jiān)控層，提供了監(jiān)控層的軟件平臺和開發(fā)環(huán)境，通過靈活的組態(tài)方式，可使用戶快速構(gòu)建工業(yè)自動控制系統(tǒng)監(jiān)控功能。組態(tài)軟件應(yīng)該能支持各種工控設(shè)備和常見的通信協(xié)議，并且通常應(yīng)提供分布式數(shù)據(jù)管理和網(wǎng)絡(luò)功能。對應(yīng)于原有的HMI的概念，組態(tài)軟件是一個(gè)是用戶能快速建立自己的HMI的軟件工具或開發(fā)環(huán)境。目前，常見的監(jiān)控組態(tài)軟件有美國Wonderware公司的Intouch、Intellution公司的FIX系統(tǒng)、德國Simens公司的WinCC等，國內(nèi)主要有昆侖公司的MCGS、亞控公司的KingView組態(tài)王、三維公司的力控的組態(tài)軟件。組態(tài)軟件的主要使用者是從事自動化工程設(shè)計(jì)、維護(hù)、操作的技術(shù)人員，用戶在使用組態(tài)軟件時(shí)，可以生成適合自己需要的應(yīng)用系統(tǒng)，而不需要修改軟件程序的源代碼。組態(tài)軟件具有實(shí)時(shí)性和多任務(wù)性，可以在一臺計(jì)算機(jī)上同時(shí)完成數(shù)據(jù)采集、信號數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)圖形顯示、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的存儲、歷史數(shù)據(jù)的查詢、實(shí)時(shí)通信等多個(gè)任務(wù)。2.2 MCGS組態(tài)軟件的概述2.2.1 MCGS通用組態(tài)軟件的特點(diǎn)(1) 簡單靈活的可視化操作界面。(2) 良好的并行處理功能。(3) 豐富、生動的多媒體畫面。(4) 開放式結(jié)構(gòu)，廣泛的數(shù)據(jù)獲取和強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能。(5) 完善的安全機(jī)制。(6) 強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能。(7) 多樣化的報(bào)警功能。(8) 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫為用戶分布組態(tài)提供極大地方便。(9) 支持多種硬件設(shè)備，實(shí)現(xiàn)組態(tài)與“設(shè)備無關(guān)”。(10) 方便控制復(fù)雜的運(yùn)行流程。(11) 良好的可維護(hù)性和課擴(kuò)充性。(12) 用數(shù)據(jù)庫來管理數(shù)據(jù)存儲，系統(tǒng)可靠性高。(13) 設(shè)立對象元件庫，組態(tài)軟件簡單方便。(14) 實(shí)現(xiàn)對工控系統(tǒng)的分布式控制和管理。2.2.2 MCGS組態(tài)軟件構(gòu)成MCGS系統(tǒng)包括組態(tài)環(huán)境和運(yùn)行環(huán)境。用戶的所有組態(tài)配置工程都在組態(tài)環(huán)境中進(jìn)行，組態(tài)環(huán)境相當(dāng)于一套完整的工具軟件。它幫助用戶設(shè)計(jì)和構(gòu)造自己的應(yīng)用系統(tǒng)。運(yùn)行環(huán)境是一個(gè)獨(dú)立獨(dú)立的運(yùn)行系統(tǒng)，按照組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫中用戶指定的方式進(jìn)行各種組態(tài)設(shè)計(jì)的目標(biāo)和功能。組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫完成了MCGS系統(tǒng)從組態(tài)環(huán)境向運(yùn)行環(huán)境的過渡。由MCGS生成的用戶系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)由主窗口、設(shè)備窗口、用戶窗口、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和運(yùn)行策略五部分構(gòu)成。主控窗口是用戶應(yīng)用系統(tǒng)的主窗口。一般情況下，單機(jī)版的用戶系統(tǒng)只有一個(gè)主窗口，主窗口也是應(yīng)用系統(tǒng)的主框架，展現(xiàn)工程的總體外觀。設(shè)備窗口是MCGS系統(tǒng)與作為測控對象的外部設(shè)備建立聯(lián)系的后臺環(huán)境，負(fù)責(zé)驅(qū)動外部設(shè)備，控制外部設(shè)備的工作狀態(tài)。用戶窗口用來組建系統(tǒng)的圖形界面，一個(gè)用戶應(yīng)用系統(tǒng)經(jīng)常根據(jù)需要創(chuàng)建多個(gè)用戶窗口，創(chuàng)建用戶窗口后，再根據(jù)功能需要放置各種類型的圖形對象，定義相應(yīng)的屬性 ，為用戶提供漂亮、生動、具有多種風(fēng)格和類型的操作界面。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫是MCGS系統(tǒng)的核心，也是應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理中心，系統(tǒng)各部分均已實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫位數(shù)據(jù)公用區(qū)，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換、數(shù)據(jù)處理和實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可視化處理。運(yùn)行策略是指對監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行流程進(jìn)行控制的方法和條件，能夠?qū)ο到y(tǒng)執(zhí)行某項(xiàng)操作和實(shí)現(xiàn)某種功能進(jìn)行喲普條件的約束。第三章 過程控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)控制規(guī)律選擇該設(shè)計(jì)分為手動和自動控制。在自動控制方式下，系統(tǒng)相應(yīng)的控制算法有：雙位控制、標(biāo)準(zhǔn)PID控制、帶死區(qū)的PID控制、積分分離PID控制、不完全PID控制等等。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目的是使兩個(gè)水箱在PID控制算法的調(diào)節(jié)下，最終趨于供給平衡。因此，本系統(tǒng)選擇PID控制。3.2 工程儀表的選擇計(jì)算機(jī)、RS485/232轉(zhuǎn)換器、液位變送器、電動調(diào)節(jié)閥、水泵、手動閥、雙容水箱系統(tǒng)。3.3 系統(tǒng)流程圖3.4 系統(tǒng)方框圖3.5 控制系統(tǒng)連接圖第四章 過程控制系統(tǒng)的組態(tài)設(shè)計(jì)4.1實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫4.2建立運(yùn)行策略組態(tài)4.2.1 啟動策略進(jìn)行系統(tǒng)的初始化op1=20op2=20ts1=0.5p=0.8ti1=5 ssv1=20sv2=154.2.2 退出策略4.2.3循環(huán)策略腳本程序：下水箱控制腳本程序如下：IF com1=0 THEN 通信=設(shè)備正常工作ELSE 通信=設(shè)備停止工作ENDIFe22=e21 上上次偏差e21=e20 上次偏差e20=sv2-pv2 本次偏差pf=p*(e20-e21) 比例作用if ti1=0 then 如果積分時(shí)間=0或偏差太大 jf=0 無積分作用else jf=p*ts1*e20/ti1 否則計(jì)算積分作用endifdf=p*td1*(e20-2*e21+e22)/ts1 微分作用zlpid1=pf+jf+df 增量輸出thisop1=op2+zlpid1 位置輸出if thisop1=100 then thisop1=100 超出調(diào)節(jié)器輸出上限，調(diào)節(jié)器輸出調(diào)節(jié)器輸出上限if thisop15 THEN alarm2=1ELSE alarm2=0ENDIF上水箱控制腳本程序如下：IF pv135 THEN pv1=pv1-15ELSE pv1=pv1+(op1-op2)*1000/4000ENDIF4.2.4 PID控制e22=e21 上上次偏差e21=e20 上次偏差e20=sv2-pv2 本次偏差pf=p*(e20-e21) 比例作用if ti1=0 then 如果積分時(shí)間=0或偏差太大 jf=0 無積分作用else jf=p*ts1*e20/ti1 否則計(jì)算積分作用endifdf=p*td1*(e20-2*e21+e22)/ts1 微分作用zlpid1=pf+jf+df 增量輸出thisop1=op2+zlpid1 位置輸出if thisop1=100 then thisop1=100 超出調(diào)節(jié)器輸出上限，調(diào)節(jié)器輸出調(diào)節(jié)器輸出上限if thisop1=0 then thisop1=0 超出調(diào)節(jié)器輸出下限，調(diào)節(jié)器輸出調(diào)節(jié)器輸出下限op2=thisop1 為下循環(huán)準(zhǔn)備4.2.5 上水箱安全報(bào)警4.2.6 下水箱安全報(bào)警4.2.7下水箱越限報(bào)警4.3主控窗口組態(tài)4.4 用戶窗口組態(tài)自動控制雙容水箱窗口：歷史數(shù)據(jù)窗口：報(bào)警記錄窗口：消息窗口：下水箱安全報(bào)警窗口：下水箱越限警報(bào)窗口：上水箱安全警報(bào)窗口：組態(tài)參數(shù)及液位變化曲線窗口：手動控制雙容水箱窗口：第五章 運(yùn)行改變對象參數(shù)，重新進(jìn)行上述過程PID第六章 總結(jié)通過這次課設(shè)，我深層次地學(xué)習(xí)了MCGS組態(tài)軟件。在平時(shí)做練習(xí)題的基礎(chǔ)上，這次考慮地更周全，更細(xì)心。這次不像平時(shí)練習(xí)時(shí)那樣僅僅只做一個(gè)模塊，而是一個(gè)更為復(fù)雜的系統(tǒng)，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫也比往常多了，畫圖也有一定難度了，再做這門課設(shè)時(shí)