水槽水位控制系統(tǒng)

1、水槽水位控制系統(tǒng)（SP=4.0m）學生學號： 學生姓名： 倪杭建 專業(yè)班級： 自動化091 分 院： 現(xiàn)代科技學院 指導教師： 黃艷巖 起止日期： 2011.12.26- 2012.1.03 中國計量學院China Jiliang University目 錄課程設(shè)計任務第1章 課程設(shè)計的目的-1第2章 目前水槽水位控制現(xiàn)狀-1第3章 工藝過程-2 3.1.保持水槽水位正常-2 3.2.保持給水量穩(wěn)定-2第4章 控制方案的確定-3 4.1.設(shè)計目的與要求-3 4.2.控制系統(tǒng)方法的確定-3第5章 設(shè)備選型和儀表規(guī)格表-4第6章 監(jiān)控軟件組態(tài)-5 6.1.三維力控組態(tài)-5 6.2.系統(tǒng)組態(tài)-6第7

2、章 軟件功能介紹-7 7.1.軟件主界面-7 7.2.實時趨勢-8 7.3.歷史趨勢-8 7.4.歷史報表-9 7.5.萬能報表-9 7.6.總貌報表-10 7.7.報警界面-10 7.8.PID控制界面-11 7.9.策略控制生成器-11第8章 設(shè)計體會-12參考文獻-13課程設(shè)計任務書一、 設(shè)計題目：水槽水位控制系統(tǒng)（SP=4.0m）二、 設(shè)計目的：1.掌握力控組態(tài)軟件的應用以及控制策略器的應用。 2.學習應用MATLAB軟件對系統(tǒng)過程進行仿真。 3.對工程設(shè)計過程有一點的了解。三、設(shè)計任務及要求：設(shè)計并實現(xiàn)水槽水位能保持在一定的給定值：. 能夠?qū)崟r觀察液位的高度，歷史趨勢等。. 具有一定

3、的抗干擾能力。四、設(shè)計時間及進度安排 設(shè)計時間具體安排如下：時間安排設(shè)計內(nèi)容設(shè)計時間兩天文獻檢索2011.12.26-2011.12.27三天設(shè)計力控軟件及Matlab軟件2011.12.28-2011.12.30兩天撰寫設(shè)計報告2011.12.31-2012.1.1第1章 課程設(shè)計的目的課程設(shè)計是學生理論聯(lián)系實際的重要實踐教學環(huán)節(jié)，是對學生進行的一次綜合性專業(yè)設(shè)計訓練。通過課程設(shè)計使學生獲得以下幾方面能力，為畢業(yè)設(shè)計（論文）奠定基礎(chǔ)。1進一步鞏固和加深學生所學一門或幾門相關(guān)專業(yè)課（或?qū)I(yè)基礎(chǔ)課）理論知識，培養(yǎng)學生設(shè)計、計算、繪圖、計算機應用、文獻查閱、報告撰寫等基本技能；2培養(yǎng)學生實踐動手能

4、力及獨立分析和解決工程實際問題的能力；3培養(yǎng)學生的團隊協(xié)作精神、創(chuàng)新意識、嚴肅認真的治學態(tài)度和嚴謹求實的工作作風。第2章 目前水槽水位系統(tǒng)控制現(xiàn)狀該系統(tǒng)廣泛應用于城市、農(nóng)村、學校、工礦企事業(yè)單位及家庭的供水工程和排水工程，亦適用于太陽能熱水器、鍋爐及有關(guān)循環(huán)用水的設(shè)備等水箱的水位自動控制及報警。 改革開放以來，我國的經(jīng)濟建設(shè)及小城鎮(zhèn)建設(shè)迅猛發(fā)展，企業(yè)生產(chǎn)自動化程度大大提高，人們的生活水平邁入小康，對家庭用水質(zhì)量的提高，尤其是對家庭生活的質(zhì)量有著更高的要求，必然需求高品質(zhì)、安全可靠性好的產(chǎn)品。因此，深入研究本課題，可滿足人們對生產(chǎn)和生活中水位控制的高品位的要求，以實現(xiàn)無人值守和家庭優(yōu)雅舒適生活的

5、理想。第3章 工藝過程3.1.保持水槽水位正常使水槽的給水量適應水槽的出水量，保持水槽水位在給定的范圍內(nèi)變化。水槽水位的穩(wěn)定程度反映了給水流量和出水流量之間的物質(zhì)平衡關(guān)系。水槽水位的高低是直接影響水槽安全運行和產(chǎn)品品質(zhì)指標的重要因素。水槽在運行中的水位給定為4m，允許有510cm的波動。工藝控制主界面如圖所示3.2.保持給水流量穩(wěn)定給水流量穩(wěn)定對于給水管道的安全運行有極大的意義。在負荷不變時，給水流量不應出現(xiàn)忽大忽小的劇烈波動。在控制過程中上述兩任務是相互矛盾的，為了提高水位控制的準確性，往往會使給水流量在控制過程中頻繁波動。因此控制時必須全面考慮這兩個指標，在滿足水槽水位要求的基礎(chǔ)上保持給水

6、流量的動態(tài)穩(wěn)定。為了保證機組的安全運行，減輕運行人員的勞動強度，水槽運行中迫切要求對給水實現(xiàn)自動控制。第4章 控制方案的確定4.1.設(shè)計目的與要求對一個水槽水位進行控制，使水槽中水位最終保持為給定值sp=4m左右。水槽水位控制系統(tǒng)是用來實現(xiàn)水槽水位實際測量值在穩(wěn)態(tài)下維持在給定水位值的功能的控制系統(tǒng)。它要求在系統(tǒng)給定信號及擾動信號輸入狀態(tài)下，系統(tǒng)要做出快速響應，使水槽水位在短時間內(nèi)回到系統(tǒng)的給定值，并且不引起系統(tǒng)振蕩。由自動控制理論知單回路系統(tǒng)適合具有上述特征的控制過程，又有結(jié)構(gòu)簡單、投資少、易于調(diào)整和投運的特點，應用十分廣泛。所以本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可采用單回路控制系統(tǒng)。4.2.控制系統(tǒng)方法的確定 對于

7、該液位控制系統(tǒng)，可以采用單回路控制系統(tǒng)，利用PID來控制給定值與實際值之間的變化控制，并能消除干擾的作用。設(shè)定值PID閥門水位擾動液位傳感器圖4-1 控制系統(tǒng)框圖第五章 設(shè)備選型和儀表規(guī)格表現(xiàn)場設(shè)備的選取，是實現(xiàn)自動控制的一個重要環(huán)節(jié)，選擇合適的現(xiàn)場設(shè)備才能讓自動控制系統(tǒng)達到設(shè)計者的設(shè)計目標。使系統(tǒng)具備良好的快速性、準確性及穩(wěn)定性。水槽水位控制系統(tǒng)包括給定量、液位傳感器、執(zhí)行器、控制器、被控對象（水槽）五部分組成。第六章 監(jiān)控軟件組態(tài)6.1.三維力控組態(tài)力控是運行在 Window s98/ NT / 2000/ XP 操作系統(tǒng)上的一種組態(tài)軟件。使用力控，用戶可以方便、快速地構(gòu)造不同需求的數(shù)據(jù)采

8、集與監(jiān)控系統(tǒng)。本系統(tǒng)是基于北京三維力控組態(tài)軟件環(huán)境下設(shè)計制作運行的，其軟件主要特點是：方便、靈活的開發(fā)環(huán)境，提供各種工程、畫面模板、可嵌入各種格式（BMP、GIF、JPG、JPEG、CAD等）的圖片，方便畫面制作，大大降低了組態(tài)開發(fā)的工作量；力控的應用范圍廣泛, 可用于開發(fā)石油、化工、半導體、汽車、電力、機械、冶金、交通、樓宇自動化、食品、醫(yī)藥、環(huán)保等多個行業(yè)和領(lǐng)域的工業(yè)自動化、過程控制、管理監(jiān)測、工業(yè)現(xiàn)場監(jiān)視、遠程監(jiān)視/遠程診斷、企業(yè)管理/資源計劃等系統(tǒng)。1力控軟件的組成力控軟件由以下幾個主要部分組成:工程管理器、開發(fā)系統(tǒng) ( Draw ) 、界面運行系統(tǒng) ( View )、實時數(shù)據(jù)庫 (

9、DB)、 I / O 驅(qū)動程序、網(wǎng)絡(luò)通信程序 ( NetClient/Net Serv er) 、串行通信程序 ( SCOMClient/ SCOMSer ver )撥號通信程序 ( TelClient / TelServ er )、Web 服務器程序 (WebServ er) 、控制策略生成器 ( Stra tegyBuilder )2應用程序工程用力控開發(fā)的每個應用系統(tǒng)稱為一個應用程序工程, 每個工程都必須在一個獨立的目錄中保存、 運行, 不同的工程不能使用同一目錄。這個目錄被稱為工程路徑。如果力控軟件( FORCECONTROL) 安裝在 C: PROGRAM FILES 下, 開發(fā)的工

10、程默認在 C: PROGRAM FILES FORCECONTOL下。 在每個工程路徑中, 保存著力控生成的組態(tài)文件， 這些文件不能被修改或刪除。創(chuàng)建一個應用程序工程的主要內(nèi)容有：( 1) 制作工程畫面, 用力控提供的各種圖形化工具繪制圖形畫面, 描繪實際工藝流程, 模擬工業(yè)現(xiàn)場和工控設(shè)備等。( 2) 創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫, 定義一系列數(shù)據(jù), 用于反映監(jiān)測和被控對象的各種屬性。如： 溫度、壓力、流量、電流、調(diào)節(jié)閥輸出等。( 3) 動畫連接, 建立數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)與圖形畫面中的圖形對象的連接關(guān)系。從而使畫面根據(jù)實際數(shù)據(jù)的變化來產(chǎn)生動畫效果。要創(chuàng)建一個新的應用程序工程, 首先為應用程序工程指定工程路徑。力控用

11、工程路徑標識應用程序工程, 不同的應用程序工程應置于不同的目錄。工作目錄下的文件由力控自動管理。創(chuàng)建新的應用程序工程的一般過程: 繪制圖形界面、創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫、配置 I/ O 設(shè)備并進行 I/ O 數(shù)據(jù)連接、建立動畫連接。3運行及調(diào)試應用程序工程創(chuàng)建好后，就可以開始運行及調(diào)試了，在調(diào)試時是否一定須到現(xiàn)場與工業(yè)控制機連接才可以進行呢，其實很多部分的調(diào)試都無須與工業(yè)控制機連接；可以利用信號發(fā)生器和控制器進行模擬調(diào)試；特別是力控組態(tài)軟件本身提供PLC模擬I/ O驅(qū)動；利于初學者快速掌握軟件的基本應用；提高學習者的興趣；完成應用程序工程的大部分調(diào)試工作, 加快了工程開發(fā)進度。調(diào)試好后就可以在現(xiàn)場運行了,

12、這時控制現(xiàn)場的參數(shù)變化及具體動作就可以在計算機上通過創(chuàng)建的圖形畫面表示出來, 同時可以改變圖形界面上的某些參數(shù)來控制生產(chǎn)現(xiàn)場。這樣就可以直接通過計算機監(jiān)控和管理生產(chǎn)現(xiàn)場。力控還提供豐富的函數(shù), 進行動畫連接時可以利用函數(shù)編寫腳本程序, 動畫效果更能反應現(xiàn)場。同時組態(tài)軟件做監(jiān)控系統(tǒng)的價格低于 DCS, 使它的應用極為廣泛。6.2.系統(tǒng)組態(tài)本系統(tǒng)運用到的組態(tài)有報警、實時趨勢、報表、子圖和策略控制生成器等功能。第七章 軟件功能介紹7.1.軟件主界面在軟件主界面中可以看到水槽水位的運行的相關(guān)參數(shù)，水位高度、水位設(shè)定值、實PID調(diào)節(jié)參數(shù)，實時趨勢，時間等等。主界面右側(cè)是查看系統(tǒng)運行情況的按鈕，本系統(tǒng)提供

13、七個查詢，實時趨勢，歷史趨勢，歷史報表，萬能報表、總貌報表，報警界面，PID配方管理。7.2.實時趨勢實時趨勢中可以看出當前的液位高度，設(shè)定值及擾動的實時值，具備了調(diào)節(jié)時間范圍，數(shù)值范圍，暫停記錄和開始記錄的功能。7.3.歷史趨勢歷史趨勢中可以觀察水槽液位歷史值和液位的設(shè)定值的歷史變化，并提供了放大縮小幅值的功能。7.4.歷史報表歷史報表可以查看液位值，設(shè)定值和擾動值的歷史數(shù)據(jù)，并提供前一天、后一天、前八小時、后八小時的查詢功能和打印功能。7.5.萬能報表萬能報表中提供了給定液位，實際液位和擾動的當前數(shù)據(jù)。7.6.總貌報表總貌報表中可以查詢當前所有數(shù)據(jù)庫變量的數(shù)值，并且提供了可以觀察前一單元，

14、后一單元，前一區(qū)域，后一區(qū)域，前一頁，后一頁和打印功能。7.7.報警界面報警界面中有普通報警和多功能報警，多功能報警可以觀察實時報警和歷史報警。7.8.PID控制界面 基于不同裝置需要用不同的傳函，為了方便調(diào)節(jié)，加入了調(diào)節(jié)配方對PID進行控制，如圖所示，界面中可以選擇，修改，裝入配方等等幾種基本功能。另外也可以在主界面中直接通過游標來調(diào)節(jié)。7.9.策略控制生成器打開組態(tài)軟件的策略控制器，進入策略主函數(shù)main的界面，可以看到上圖，里面增加了擾動值（rd.pv），main函數(shù)正確反應了水槽水位控制的方法和一些參數(shù)。第八章 設(shè)計體會經(jīng)過一周時間的工業(yè)軟件課程設(shè)計，感覺自己學到的東西還是蠻多的。這次課程設(shè)計我選的題目是水槽水位控制系統(tǒng)，在剛確定下題目的時候，自己真的感覺有點不知所措，不知道從哪里下手比較好，最后我還是先回歸了書本，把工業(yè)組態(tài)軟件實用技術(shù)這本書好好的復習了一遍。之后總算還是有所收獲的，讓我知道自己該從哪里下手，但是在這過程中，一個個的問題接踵而至，比如不知道怎么把PID策略控制器和主界面液位相聯(lián)系起來，有軟件不會用等等情況，但是在老師的幫助下和自己努力的查資料之后，一個個問題總算迎刃而解。通過這次課程設(shè)計，讓我掌握了三維力控組態(tài)軟件的使用，現(xiàn)在自己能夠自主設(shè)計一些簡單的工業(yè)過程系統(tǒng)。讓自己重新復習了一遍