單容水箱液位定值控制系統(tǒng)課設(shè)報告

1、綜 合 實(shí) 驗 報 告實(shí) 驗 名 稱 自動控制系統(tǒng)綜合實(shí)驗 題 目單容水箱液位定值控制系統(tǒng)指 導(dǎo) 教 師 王巧玲 設(shè)計起止日期 2013年1月7日1月18日系 別 自動化學(xué)院控制工程系 專 業(yè) 學(xué)生姓名 班級/學(xué)號 成 績 32 / 35文檔可自由編輯目錄第一章MCGS簡介1一、MCGS組態(tài)軟件的系統(tǒng)構(gòu)成11、MCGS組態(tài)軟件的整體結(jié)構(gòu)12、MCGS組態(tài)軟件的五大組成部分1二、MCGS組態(tài)軟件的工作方式21、MCGS如何與設(shè)備進(jìn)行通訊22、MCGS如何產(chǎn)生動畫效果23、MCGS如何實(shí)施遠(yuǎn)程多機(jī)監(jiān)控24、如何對工程運(yùn)行流程實(shí)施有效控制2三 MCGS組態(tài)軟件的一般組態(tài)過程2工程項目系統(tǒng)分析2工程立

2、項搭建框架3設(shè)計菜單基本體系3制作動畫顯示畫面4編寫控制流程程序4完善菜單按鈕功能4編寫程序調(diào)試工程4第二章綜合實(shí)驗綱要6一、綜合實(shí)驗的目的6二、綜合實(shí)驗的基本要求6三、實(shí)驗前的準(zhǔn)備及安全操作規(guī)程6安全操作規(guī)程6四、綜合實(shí)驗內(nèi)容要求7硬件系統(tǒng)設(shè)計7軟硬件測試7數(shù)據(jù)I/O及通信設(shè)計7監(jiān)控組態(tài)界面設(shè)計7控制算法設(shè)計8系統(tǒng)調(diào)試和完善8撰寫設(shè)計報告8第三章單容水箱液位定值控制系統(tǒng)9概況9實(shí)驗所需設(shè)備以及所需軟件9要求9實(shí)驗原理9第四章實(shí)驗設(shè)計10一、實(shí)時數(shù)據(jù)庫的設(shè)計10二、添加設(shè)備10三、添加運(yùn)行策略11四、添加用戶窗口12主窗口屬性13五、設(shè)計主頁面14添加設(shè)定值SV、測量值PV以及輸出值OP的動態(tài)

3、條顯示14添加變量設(shè)定欄15添加變量顯示欄16添加手自動按鈕16添加歷史曲線按鈕17添加實(shí)時曲線顯示17六、歷史曲線頁面18第五章實(shí)驗結(jié)果19一、PID調(diào)試過程19二、PID參數(shù)確定19三、加擾動、測性能20第六章總結(jié)20第七章參考資料文獻(xiàn)20第一章 MCGS簡介一、MCGS組態(tài)軟件的系統(tǒng)構(gòu)成1、MCGS組態(tài)軟件的整體結(jié)構(gòu)MCGS（Monitor and Control Generated System）是一套基于Windows平臺的，用于快速構(gòu)造和生成上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件系統(tǒng)，可運(yùn)行于Microsoft Windows95/98/NT/2000/XP等操作系統(tǒng)。MCGS 軟件為用戶提供了

4、解決實(shí)際工程問題的完整方案和開發(fā)平臺，能夠完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、實(shí)時和歷史數(shù)據(jù)處理、報警和安全機(jī)制、流程控制、動畫顯示、趨勢曲線和報表輸出以及企業(yè)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)等功能。MCGS組態(tài)軟件由“MCGS組態(tài)環(huán)境”和“MCGS運(yùn)行環(huán)境”兩個系統(tǒng)組成。MCGS組態(tài)環(huán)境是生成用戶應(yīng)用系統(tǒng)的工作環(huán)境，用戶的所有組態(tài)配置過程都在組態(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)計和構(gòu)造自己的應(yīng)用系統(tǒng)。用戶可以在組態(tài)環(huán)境中完成動畫設(shè)計、設(shè)備連接、編寫控制流程、編寫工程打印報表等組態(tài)工作。組態(tài)生成的結(jié)果是一個數(shù)據(jù)庫文件，成為組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫，此工程必須存放在MCGS子目錄WORK下。MCGS運(yùn)行環(huán)境是用戶應(yīng)用系統(tǒng)

5、的運(yùn)行環(huán)境，是一個獨(dú)立運(yùn)行系統(tǒng)。它按照組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫中用戶指定的方式進(jìn)行各種處理，完成用戶組態(tài)設(shè)計的目標(biāo)和功能。運(yùn)行環(huán)境本身沒有任何意義，必須與組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫一起作為一個整體，才能構(gòu)成用戶應(yīng)用系統(tǒng)。一旦組態(tài)工作完成，運(yùn)行環(huán)境和組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫就可以離開組態(tài)環(huán)境而獨(dú)立運(yùn)行在監(jiān)控計算機(jī)上。2、MCGS組態(tài)軟件的五大組成部分MCGS組態(tài)軟件所建立的工程由主控窗口、設(shè)備窗口、用戶窗口、實(shí)時數(shù)據(jù)庫和運(yùn)行策略五部分組成，每一部分分別進(jìn)行組態(tài)操作，完成不同的工作。主控窗口：MCGS的主控窗口是組態(tài)工程的主窗口，是所有設(shè)備窗口和用戶窗口的父窗口，可以設(shè)置一個設(shè)備窗口和多個用戶窗口，負(fù)責(zé)這些窗口的管理和調(diào)度，并調(diào)

6、度用戶策略的運(yùn)行。主要的組態(tài)操作包括：定義工程的名稱，編制工程菜單，設(shè)計封面圖形，確定自動啟動的窗口，設(shè)定動畫刷新周期，指定數(shù)據(jù)庫存盤文件名稱及存盤時間等。設(shè)備窗口：設(shè)備窗口是MCGS系統(tǒng)的重要組成部分，是連接和驅(qū)動外部設(shè)備的工作環(huán)境。在本窗口內(nèi)配置數(shù)據(jù)采集與控制輸出設(shè)備，注冊設(shè)備驅(qū)動程序，定義連接與驅(qū)動設(shè)備用的數(shù)據(jù)變量，使系統(tǒng)能夠從外部設(shè)備中讀取數(shù)據(jù)并控制外部設(shè)備的工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對液位系統(tǒng)的實(shí)時控制。用戶窗口：本窗口主要用于設(shè)置工程中人機(jī)交互的界面，是由用戶來定義的，可以是一個或多個用戶窗口組合而成的，它的顯示和關(guān)閉由各種策略構(gòu)件和菜單命令來控制。用戶窗口相當(dāng)于一個“容器”，用來放置圖元、圖

7、符和動畫構(gòu)件等各種圖形對象，通過對圖形對象的組態(tài)設(shè)置，建立與實(shí)時數(shù)據(jù)庫的連接，來完成圖形、界面的設(shè)計工作。實(shí)時數(shù)據(jù)庫：是工程各個部分的數(shù)據(jù)交換與處理中心，它將MCGS工程的各個部分連接成有機(jī)的整體。在本窗口內(nèi)定義不同類型和名稱的變量，變?yōu)閿?shù)據(jù)采集、處理、輸出控制、動畫連接及設(shè)備驅(qū)動的對象。運(yùn)行策略：本窗口主要完成工程運(yùn)行流程的控制。如編寫控制程序（腳本程序），選用各種功能構(gòu)件等。二、 MCGS組態(tài)軟件的工作方式1、MCGS如何與設(shè)備進(jìn)行通訊：MCGS通過設(shè)備驅(qū)動程序與外部設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。包括數(shù)據(jù)采集和發(fā)送設(shè)備指令。設(shè)備驅(qū)動程序是由VB、VC程序設(shè)計語言編寫的DLL（動態(tài)連接庫）文件，設(shè)備驅(qū)動

8、程序中包含符合各種設(shè)備通訊協(xié)議的處理程序，將設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的特征數(shù)據(jù)采集進(jìn)來或發(fā)送出去。MCGS負(fù)責(zé)在運(yùn)行環(huán)境中調(diào)用相應(yīng)的設(shè)備驅(qū)動程序，將數(shù)據(jù)傳送到工程中的各個部分，完成整個系統(tǒng)的通訊過程。每個驅(qū)動程序獨(dú)占一個線程，達(dá)到互不干擾的目的。2、MCGS如何產(chǎn)生動畫效果：MCGS為每一種基本圖形元素定義了不同的動畫屬性，如：一個長方形的動畫屬性有可見度，大小變化，水平移動等，每一種動畫屬性都會產(chǎn)生一定的動畫效果。所謂動畫屬性，實(shí)際上是反映圖形大小、顏色、位置、可見度、閃爍性等狀態(tài)的特征參數(shù)。然而，我們在組態(tài)環(huán)境中生成的畫面都是靜止的，如何在工程運(yùn)行中產(chǎn)生動畫效果呢？方法是：圖形的每一種動畫屬性中都有一

9、個“表達(dá)式”設(shè)定欄，在該欄中設(shè)定一個與圖形狀態(tài)相聯(lián)系的數(shù)據(jù)變量，連接到實(shí)時數(shù)據(jù)庫中，以此建立相應(yīng)的對應(yīng)關(guān)系，MCGS稱之為動畫連接。詳細(xì)情況請參閱MCGS用戶指南。3、MCGS如何實(shí)施遠(yuǎn)程多機(jī)監(jiān)控：MCGS提供了一套完善的網(wǎng)絡(luò)機(jī)制，可通過TCP/IP網(wǎng)、Modem網(wǎng)和串口網(wǎng)將多臺計算機(jī)連接在一起，構(gòu)成分布式網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)間的實(shí)時數(shù)據(jù)同步、歷史數(shù)據(jù)同步和網(wǎng)絡(luò)事件的快速傳遞。同時，可利用MCGS提供的網(wǎng)絡(luò)功能，在工作站上直接對服務(wù)器中的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行讀寫操作。分布式網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的每一臺計算機(jī)都要安裝一套MCGS工控組態(tài)軟件。MCGS把各種網(wǎng)絡(luò)形式，以父設(shè)備構(gòu)件和子設(shè)備構(gòu)件的形式，供用戶調(diào)用，并

10、進(jìn)行工作狀態(tài)、端口號、工作站地址等屬性參數(shù)的設(shè)置。4、如何對工程運(yùn)行流程實(shí)施有效控制：MCGS開辟了專用的運(yùn)行策略窗口，建立用戶運(yùn)行策略。MCGS提供了豐富的功能構(gòu)件，供用戶選用，通過構(gòu)件配置和屬性設(shè)置兩項組態(tài)操作，生成各種功能模塊（稱為用戶策略），使系統(tǒng)能夠按照設(shè)定的順序和條件，操作實(shí)時數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)對動畫窗口的任意切換，控制系統(tǒng)的運(yùn)行流程和設(shè)備的工作狀態(tài)。所有的操作均采用面向?qū)ο蟮闹庇^方式，避免了煩瑣的編程工作。三 MCGS組態(tài)軟件的一般組態(tài)過程工程項目系統(tǒng)分析：分析工程項目的系統(tǒng)構(gòu)成、技術(shù)要求和工藝流程，弄清系統(tǒng)的控制流程和監(jiān)控對象的特征，明確監(jiān)控要求和動畫顯示方式，分析工程中的設(shè)備采集及

11、輸出通道與軟件中實(shí)時數(shù)據(jù)庫變量的對應(yīng)關(guān)系，分清哪些變量是要求與設(shè)備連接的，哪些變量是軟件內(nèi)部用來傳遞數(shù)據(jù)及動畫顯示的。工程立項搭建框架：MCGS 稱為建立新工程。主要內(nèi)容包括：定義工程名稱、封面窗口名稱和啟動窗口（封面窗口退出后接著顯示的窗口）名稱，指定存盤數(shù)據(jù)庫文件的名稱以及存盤數(shù)據(jù)庫，設(shè)定動畫刷新的周期。經(jīng)過此步操作，即在MCGS 組態(tài)環(huán)境中，建立了由五部分組成的工程結(jié)構(gòu)框架。封面窗口和啟動窗口也可等到建立了用戶窗口后，再行建立。如圖1-1所示新建立工程，工程需存放在MCGS子目錄WORK的目錄下，否則工程無法運(yùn)行。圖1-1建立新工程設(shè)計菜單基本體系：為了對系統(tǒng)運(yùn)行的狀態(tài)及工作流程進(jìn)行有效

12、地調(diào)度和控制，通常要在主控窗口內(nèi)編制菜單。編制菜單分兩步進(jìn)行，第一步首先搭建菜單的框架，第二步再對各級菜單命令進(jìn)行功能組態(tài)。在組態(tài)過程中，可根據(jù)實(shí)際需要，隨時對菜單的內(nèi)容進(jìn)行增加或刪除，不斷完善工程的菜單。圖1-2 菜單設(shè)計制作動畫顯示畫面：動畫制作分為靜態(tài)圖形設(shè)計和動態(tài)屬性設(shè)置兩個過程。前一部分類似于畫畫，用戶通過MCGS 組態(tài)軟件中提供的基本圖形元素及動畫構(gòu)件庫，在用戶窗口內(nèi) 組合成各種復(fù)雜的畫面。后一部分則設(shè)置圖形的動畫屬性，與實(shí)時數(shù)據(jù)庫中定義的變量建立相關(guān)性的連接關(guān)系，作為動畫圖形的驅(qū)動源。點(diǎn)擊工具，在下拉選項卡中選擇對象元件庫管理，即可打開基本圖形元素庫，根據(jù)系統(tǒng)需要的設(shè)備圖形來添加

13、組態(tài)，如下圖所示： 圖1-3 對象元件庫編寫控制流程程序：在運(yùn)行策略窗口內(nèi)，從策略構(gòu)件箱中，選擇所需功能策略構(gòu)件，構(gòu)成各種功能模塊（稱為策略塊），由這些模塊實(shí)現(xiàn)各種人機(jī)交互操作。MCGS 還為用戶提供了編程用的功能構(gòu)件（稱之為腳本程序功能構(gòu)件），使用簡單的編程語言，編寫工程控制程序。完善菜單按鈕功能：包括對菜單命令、監(jiān)控器件、操作按鈕的功能組態(tài)；實(shí)現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)、實(shí)時數(shù)據(jù)、各種曲線、數(shù)據(jù)報表、報警信息輸出等功能；建立工程安全機(jī)制等。編寫程序調(diào)試工程：利用調(diào)試程序產(chǎn)生的模擬數(shù)據(jù)，檢查動畫顯示和控制流程是否正確。連接設(shè)備驅(qū)動程序：選定與設(shè)備相匹配的設(shè)備構(gòu)件，連接設(shè)備通道，確定數(shù)據(jù)變量的數(shù)據(jù)處理方式，完

14、成設(shè)備屬性的設(shè)置。此項操作在設(shè)備窗口內(nèi)進(jìn)行。點(diǎn)擊工具，在下拉選項卡中選擇設(shè)備構(gòu)件管理，選擇所需的通訊設(shè)備，如圖3-4所示. 圖1-4 設(shè)備構(gòu)件 圖1-5 設(shè)備組態(tài)窗口工程完工綜合測試：最后測試工程各部分的工作情況，完成整個工程的組態(tài)工作，實(shí)施工程交接。注意：以上步驟只是按照組態(tài)工程的一般思路列出的。在實(shí)際組態(tài)中，有些過程是交織在一起進(jìn)行的，用戶可根據(jù)工程的實(shí)際需要和自己的習(xí)慣，調(diào)整步驟的先后順序，而并有嚴(yán)格的限制與規(guī)定。第二章 綜合實(shí)驗綱要一、綜合實(shí)驗的目的自動控制系統(tǒng)綜合實(shí)驗是在完成了自控理論，檢測技術(shù)與儀表，過程控制系統(tǒng)等課程后的一次綜合訓(xùn)練。要求同學(xué)在給定的時間內(nèi)利用前期學(xué)過的知識和技術(shù)

15、在過程控制實(shí)驗室的現(xiàn)有設(shè)備上，基于mcgs組態(tài)軟件或step7、wincc組態(tài)軟件設(shè)計一個監(jiān)控系統(tǒng)，完成相應(yīng)參數(shù)的控制。在設(shè)計工作中，學(xué)會查閱資料、設(shè)計、調(diào)試、分析、撰寫報告等，達(dá)到綜合能力培養(yǎng)的目的。二、綜合實(shí)驗的基本要求1.學(xué)生應(yīng)根據(jù)項目的內(nèi)容和要求，明確設(shè)計任務(wù)，擬定設(shè)計方案與進(jìn)度計劃，運(yùn)用所學(xué)的專業(yè)知識，進(jìn)行算法設(shè)計、硬件系統(tǒng)設(shè)計、軟件系統(tǒng)設(shè)計、創(chuàng)新方法或功能設(shè)計，完成系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)的連接與調(diào)試以及軟硬件聯(lián)調(diào)，并提交規(guī)范的設(shè)計報告，從而提高理論知識的工程應(yīng)用能力。 2.為了保證綜合實(shí)驗按時圓滿完成，學(xué)生在綜合實(shí)驗期間應(yīng)清楚和遵守以下要求：1) 遵守實(shí)驗室的各項規(guī)定，務(wù)必按規(guī)定的安全操作

16、規(guī)程使用及調(diào)試設(shè)備。2) 課程設(shè)計前做好預(yù)習(xí)，學(xué)習(xí)設(shè)備手冊、軟件的使用；查找資料，提出設(shè)計方案。實(shí)驗設(shè)備手冊見相關(guān)電子文檔。3) 每班分為2-3批，每批2-3人共用一套實(shí)驗設(shè)備。4) 在實(shí)驗室設(shè)計調(diào)試時間不少于32學(xué)時，按規(guī)定時間進(jìn)入實(shí)驗室。5) 在給定的題目中選擇設(shè)計項目，最終必須獨(dú)立完成12個完整的項目，并有創(chuàng)新的設(shè)計內(nèi)容。6) 按時提交設(shè)計報告、準(zhǔn)時參加抽查或答辯。三、實(shí)驗前的準(zhǔn)備及安全操作規(guī)程實(shí)驗前應(yīng)復(fù)習(xí)教科書有關(guān)章節(jié)，認(rèn)真研讀實(shí)驗指導(dǎo)書，了解實(shí)驗?zāi)康摹㈨椖?、方法與步驟，明確實(shí)驗過程中應(yīng)注意的問題，并按實(shí)驗項目準(zhǔn)備記錄等。實(shí)驗前應(yīng)了解實(shí)驗裝置中的對象、水泵和所用控制組件的名稱、作用及其

17、所在位置, 以便于在實(shí)驗中對它們進(jìn)行操作和觀察。熟悉實(shí)驗裝置面板圖，要求做到由面板上的圖形、文字符號能準(zhǔn)確找到該設(shè)備的實(shí)際位置；熟悉工藝管道結(jié)構(gòu)、每個手動閥門的位置及其作用。安全操作規(guī)程1 實(shí)驗之前確保所有電源開關(guān)均處于“關(guān)”的位置，儲水箱中是否有充足的水；2 開水泵前請務(wù)必保證管路通暢，閥門打開。3 切忌禁止帶電接線，尤其是與計算機(jī)連接的線纜嚴(yán)禁帶電插拔。4 若使用現(xiàn)場總線側(cè)控制臺，使用時應(yīng)注意：1）打開電源開關(guān)順序：依次打開PLC控制柜中總電源開關(guān)、變頻器開關(guān)（停大約10S后）、控制站開關(guān)、24VDC開關(guān)等。2）關(guān)閉電源開關(guān)順序：首先關(guān)閉控制站開關(guān)，再依次關(guān)閉其他電源開關(guān)，最后關(guān)閉總電源開

18、關(guān)。3） STEP7硬件組態(tài)下載程序時，請將PLC控制柜中CPU模塊開關(guān)置于STOP狀態(tài)，下載完畢時切換至RUN狀態(tài)。5小心操作，切勿亂扳硬擰，嚴(yán)防損壞儀表及模塊。6嚴(yán)格遵守實(shí)驗室有關(guān)規(guī)定。四、綜合實(shí)驗內(nèi)容要求本次在THPCAT-2型自動控制系統(tǒng)實(shí)驗平臺上完成，實(shí)驗裝置如圖所示。該實(shí)驗平臺的監(jiān)控對象包括模擬鍋爐和水箱，可以設(shè)計實(shí)現(xiàn)溫度控制系統(tǒng)、液位控制系統(tǒng)或流量控制系統(tǒng)。軟件開發(fā)平臺主要是監(jiān)控組態(tài)軟件MCGS和Wincc等，學(xué)生根據(jù)設(shè)計題目和要求在實(shí)驗平臺上選擇相關(guān)設(shè)備及軟件，完成設(shè)計調(diào)試和設(shè)計報告。設(shè)計內(nèi)容需包括以下幾個主要環(huán)節(jié)：硬件系統(tǒng)設(shè)計在理解題目要求和原理的基礎(chǔ)上，深入學(xué)習(xí)設(shè)計題目相關(guān)

19、的軟、硬件手冊，確定系統(tǒng)組成和結(jié)構(gòu)，畫出硬件連接圖。熟練掌握硬件特性和操作、測試方法，完成系統(tǒng)硬件連接。軟硬件測試進(jìn)行系統(tǒng)的硬件連接（包括管路連接和信號連接），借助實(shí)驗平臺提供的項目實(shí)例完成實(shí)驗測試，掌握軟硬件的基本操作和調(diào)試方法、掌握項目運(yùn)行的基本步驟。數(shù)據(jù)I/O及通信設(shè)計研究智能儀表的特性，以及MCGS軟件的通信驅(qū)動方法，實(shí)現(xiàn)被控設(shè)備和上位監(jiān)控PC機(jī)的通信，實(shí)現(xiàn)被控參數(shù)的采集和控制數(shù)據(jù)的輸出，掌握信號測試的方法。圖2-1THPCAT-2型自動控制系統(tǒng)實(shí)驗裝置（常規(guī)儀表側(cè)）監(jiān)控組態(tài)界面設(shè)計深入學(xué)習(xí)MCGS、STEP7及WINCC軟件的應(yīng)用開發(fā)技術(shù)，根據(jù)題目要求設(shè)計合適的監(jiān)控組態(tài)界面，完成硬件

20、組態(tài)和實(shí)時數(shù)據(jù)庫的組態(tài)等，實(shí)現(xiàn)對特定參數(shù)數(shù)據(jù)的實(shí)時采集和監(jiān)控，能夠記錄實(shí)時曲線和歷史曲線。控制算法設(shè)計根據(jù)題目的功能要求，設(shè)計控制算法，畫出軟件流程圖。深入學(xué)習(xí)MCGS的編程語言，進(jìn)行控制算法組態(tài)或控制算法程序的編寫，對控制算法的功能進(jìn)行測試，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動采集和控制等主要功能。系統(tǒng)調(diào)試和完善軟硬件系統(tǒng)聯(lián)調(diào)，記錄實(shí)驗結(jié)果及實(shí)驗中遇到的問題，改進(jìn)設(shè)計中的缺欠，完善系統(tǒng)的功能，保存調(diào)試成果。撰寫設(shè)計報告整理數(shù)據(jù)，并對實(shí)驗數(shù)據(jù)或曲線進(jìn)行分析，總結(jié)，書寫綜合實(shí)驗報告書。設(shè)計報告中應(yīng)如實(shí)明確記錄和說明設(shè)計思路、開發(fā)步驟、完成的成果、以及開發(fā)和調(diào)試過程中遇到的問題及解決辦法，實(shí)驗數(shù)據(jù)的分析等。第三章 單容

21、水箱液位定值控制系統(tǒng)概況：選擇上小水箱、上大水箱或下水箱作為被測對象，實(shí)現(xiàn)對其液位的定值控制。實(shí)驗所需設(shè)備以及所需軟件所需設(shè)備：THPCAT-2型現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)實(shí)驗裝置（常規(guī)儀表側(cè)），水箱裝置， AT-1掛件，智能儀表，485通信線纜一根（或者如果用數(shù)據(jù)采集卡做，AT-4 掛件，AT-1掛件、PCL通訊線一根）。所需軟件：MCGS組態(tài)軟件要求1、用MCGS軟件設(shè)計開發(fā)，包括用戶界面組態(tài)、設(shè)備組態(tài)、數(shù)據(jù)庫組態(tài)、策略組態(tài)等，連接電路，實(shí)現(xiàn)單容水箱的液位定值控制；2、施加擾動后，經(jīng)過一段調(diào)節(jié)時間，液位應(yīng)仍穩(wěn)定在原設(shè)定值；3、改變設(shè)定值，經(jīng)過一段調(diào)節(jié)時間，液位應(yīng)穩(wěn)定在新的設(shè)定值。實(shí)驗原理圖3-1 中

22、水箱單容液位定值控制系統(tǒng)(a)結(jié)構(gòu)圖 (b)方框圖本實(shí)驗系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖和方框圖如圖3-1所示。被控量為上小水箱的液位高度，實(shí)驗要求中水箱的液位穩(wěn)定在給定值。將壓力傳感器LT1檢測到的上小水箱液位信號作為反饋信號，在與給定量比較后的差值通過調(diào)節(jié)器控制電動調(diào)節(jié)閥的開度，以達(dá)到控制水箱液位的目的。為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)在階躍給定和階躍擾動作用下的無靜差控制，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器應(yīng)為PI或PID控制。第四章 實(shí)驗設(shè)計一、實(shí)時數(shù)據(jù)庫的設(shè)計 圖4-1 實(shí)時數(shù)據(jù)庫添加變量如圖4-1所示，分別添加變量：比例常數(shù)P、積分時間I、微分時間D、設(shè)定值SV、輸出值OP以及測量值PV，另外我們加了歷史曲線的對象組用來記錄數(shù)據(jù)。二、 添加設(shè)備

23、如圖4-2所示添加設(shè)備組態(tài)。設(shè)備0選擇串口通訊父設(shè)備，而儀表則選用宇光_AI808P。圖4-2 設(shè)備組態(tài)如圖4-3設(shè)置設(shè)備0串口通訊的基本屬性：圖4-3設(shè)備0串口通訊輔設(shè)備基本屬性如圖4-4、圖4-5設(shè)置儀表的基本屬性和通道連接 圖4-4儀表基本屬性圖4-5儀表通道連接三、添加運(yùn)行策略如圖4-6所示建立運(yùn)行策略。圖4-6運(yùn)行策略策略組態(tài)如圖所示：圖4-7 策略組態(tài)為不同策略添加腳本程序：比例度：!setdevice(儀表,6,write(07H,p)積分時間：!setdevice(儀表,6,write(08H,I)設(shè)定值：!setdevice(儀表,6,write(00H,sv)手自動：!se

24、tdevice(儀表,6,write(18H,run)微分時間：!setdevice(儀表,6,write(09H,D*10)四、添加用戶窗口如圖所示添加主窗口和歷史曲線兩個用戶窗口。圖4-7用戶窗口主窗口屬性如下面四張圖所示設(shè)置主窗口的屬性： 圖4-8主窗口啟動腳本屬性圖4-9主窗口擴(kuò)充屬性 圖4-10主窗口基本屬性圖4-11主窗口退出腳本五、設(shè)計主頁面圖4-12所示為主頁面靜態(tài)圖。圖4-12主頁面添加設(shè)定值SV、測量值PV以及輸出值OP的動態(tài)條顯示添加三個百分比填充構(gòu)件分別表示設(shè)定值SV、測量值PV以及輸出值OP。如下圖書所示設(shè)置百分比填充構(gòu)件的屬性。 圖4-13動態(tài)條屬性添加變量設(shè)定欄

25、圖4-14變量設(shè)定欄屬性設(shè)置 圖4-15變量設(shè)定欄顯示輸出 圖4-14變量設(shè)定欄屬性設(shè)置 圖4-15變量設(shè)定欄顯示輸出如上圖所示添加四個變量設(shè)定欄，分別用于設(shè)定SV、P、I、D這四個參數(shù)。按照圖4-15所示設(shè)定相應(yīng)的運(yùn)行策略，即圖4-6中設(shè)定的運(yùn)行策略。這樣設(shè)定相應(yīng)的值以后既可以完成不同的操作。添加變量顯示欄如圖所示添加兩個用于顯示變量的單元，以顯示PV和OP。圖4-16變量顯示欄屬性添加手自動按鈕如下圖所示添加手自動按鈕，用來切換手動調(diào)整和自動調(diào)整。圖4-17 自動按鈕屬性圖4-18手動按鈕屬性添加歷史曲線按鈕圖4-19歷史曲線按鈕屬性添加實(shí)時曲線顯示 圖4-20實(shí)時曲線屬性六、歷史曲線頁面圖4-21歷史曲線頁面第五章 實(shí)驗結(jié)果一、 PID調(diào)試過程為了得到更好的PID參數(shù)，我們進(jìn)行了多次調(diào)試，歷經(jīng)數(shù)小時。下圖所示為調(diào)試過程。圖5-1歷史曲線調(diào)試過程二、 PID參數(shù)確定經(jīng)過以上調(diào)試，我們得到如下參數(shù)。圖5-2 PID參數(shù)三、加擾動、測性能圖5-3 所得曲線為了檢測我系統(tǒng)的穩(wěn)定性，我們加了階躍信號，如圖可見性能良好。隨后我們又加了閥門開關(guān)的擾動信號和電磁閥開關(guān)的擾動信號，隨后系統(tǒng)都進(jìn)入了穩(wěn)定狀態(tài)，運(yùn)行良好。第六章