單回路控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)1

1、工業(yè)過(guò)程控制課程設(shè)計(jì)題 目: 基于組態(tài)軟件的雙容液位單回路控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 院系名稱： 電氣工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí)： 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 鄭維 設(shè)計(jì)地點(diǎn)： 31-517 設(shè)計(jì)時(shí)間： 2012年6月25日 設(shè)計(jì)成績(jī)： 指導(dǎo)教師： 25工業(yè)過(guò)程控制課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)之六學(xué)生姓名 專業(yè)班級(jí) 學(xué)號(hào) 題 目基于組態(tài)軟件的雙容液位單回路過(guò)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)課題性質(zhì)課題來(lái)源自擬題目指導(dǎo)教師主要內(nèi)容通過(guò)某種組態(tài)軟件，結(jié)合實(shí)驗(yàn)室已有設(shè)備，按照定值系統(tǒng)的控制要求，根據(jù)較快較穩(wěn)的性能要求，采用單閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)和PID控制規(guī)律，設(shè)計(jì)一個(gè)具有較美觀組態(tài)畫(huà)面和較完善組態(tài)控制程序的雙容液位單回路過(guò)程控制系統(tǒng)。任務(wù)要求1. 根據(jù)

2、雙容液位單回路過(guò)程控制系統(tǒng)的具體對(duì)象和控制要求，獨(dú)立設(shè)計(jì)控制方案，正確選用過(guò)程儀表。2. 根據(jù)雙容液位單回路過(guò)程控制系統(tǒng)A/D、D/A和開(kāi)關(guān)I/O的需要，正確選用過(guò)程模塊。3. 根據(jù)與計(jì)算機(jī)串行通訊的需要，正確選用RS485/RS232轉(zhuǎn)換與通訊模塊。4. 運(yùn)用組態(tài)軟件，正確設(shè)計(jì)雙容液位單回路過(guò)程控制系統(tǒng)的組態(tài)圖、組態(tài)畫(huà)面和組態(tài)控制程序。5. 提交包括上述內(nèi)容的課程設(shè)計(jì)報(bào)告。主要參考資料1 組態(tài)王軟件及其說(shuō)明文件2 陳夕松. 過(guò)程控制系統(tǒng)M. 科學(xué)出版社,20113 工業(yè)過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)4 輔導(dǎo)資料審查意見(jiàn)指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日目錄1 設(shè)計(jì)目的52 控制要求53 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)53.1 控制

3、方案53.2 控制規(guī)律73.3 過(guò)程儀表及過(guò)程模塊73.4 硬件連接134 系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計(jì)154.1 組態(tài)軟件介紹154.2 系統(tǒng)流程圖174.3 系統(tǒng)組態(tài)圖174.4 數(shù)據(jù)詞典194.5 組態(tài)畫(huà)面194.6 動(dòng)畫(huà)連接204.7 PID 控制算法流程圖23設(shè) 計(jì) 心 得24參 考 文 獻(xiàn)24附錄 程序代碼25摘 要液位控制系統(tǒng)是生產(chǎn)過(guò)程中的一類常見(jiàn)問(wèn)題。在雙容水箱中，我們需要實(shí)時(shí)檢測(cè)和調(diào)節(jié)水箱水位，為為了最大程度上減輕了人們工作負(fù)擔(dān)，需要設(shè)計(jì)一個(gè)組態(tài)王液位控制系統(tǒng)對(duì)水箱的水位進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)。雙位水箱串級(jí)控制系統(tǒng)是被測(cè)對(duì)象由兩個(gè)不同容積的水箱串聯(lián)組成，故稱其為雙容水箱，控制原理是通過(guò)水泵將儲(chǔ)水箱中的

4、水送上水箱，通過(guò)閥門(mén)對(duì)其控制，使其可以合理的進(jìn)行儲(chǔ)水，當(dāng)然，如果進(jìn)水量大于出水量，則自動(dòng)通過(guò)溢水口排入儲(chǔ)水箱。關(guān)鍵詞：組態(tài)王 液位控制、實(shí)時(shí)檢測(cè)、雙容水箱1 設(shè)計(jì)目的工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化程度在計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制理論和控制技術(shù)迅速發(fā)展的推動(dòng)下不斷更新和發(fā)展。新的控制方法不斷涌現(xiàn)，掌握一項(xiàng)較為流行的過(guò)程控制方法對(duì)今后的工作將有很大的幫助。通過(guò)設(shè)計(jì)，能加深對(duì)過(guò)程控制、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)、自動(dòng)化儀表等自動(dòng)化專業(yè)的主干專業(yè)課程的理解和認(rèn)識(shí)，充分了解控制系統(tǒng)的構(gòu)成，提高綜合運(yùn)用所學(xué)專業(yè)知識(shí)的能力，同時(shí)加深對(duì)過(guò)程控制系統(tǒng)基本原理的理解和對(duì)過(guò)程儀表的實(shí)際應(yīng)用能力，培養(yǎng)運(yùn)用組態(tài)軟件和計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)過(guò)程控制系統(tǒng)的

5、實(shí)際能力。學(xué)會(huì)過(guò)程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，為今后實(shí)際的工程設(shè)計(jì)打下良好的基礎(chǔ)?？偨Y(jié)起來(lái)如下：（1） 加深對(duì)過(guò)程控制系統(tǒng)基本原理的理解和對(duì)過(guò)程儀表的實(shí)際應(yīng)用能力。（2） 培養(yǎng)運(yùn)用組態(tài)軟件和計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)過(guò)程控制系統(tǒng)的實(shí)際能力。2 控制要求（1）能根據(jù)具體對(duì)象及控制要求，獨(dú)立設(shè)計(jì)控制方案，正確選用過(guò)程儀表。（2）能夠根據(jù)過(guò)程控制系統(tǒng)A/D、D/A和開(kāi)關(guān)I/O的需要，正確選用模塊。（3）能根據(jù)與計(jì)算機(jī)串行通訊的需要，正確選用RS485/RS232轉(zhuǎn)換與通訊模塊。（4）能運(yùn)用組態(tài)軟件，正確設(shè)計(jì)過(guò)程控制系統(tǒng)的組態(tài)圖、組態(tài)畫(huà)面和組態(tài)控制程序。（5）對(duì)液位的測(cè)量范圍和測(cè)量精度要求如下：測(cè)量范圍：液位0450cm 測(cè)

6、量精度：液位<2%3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1 控制方案串級(jí)控制系統(tǒng)是一種常見(jiàn)的復(fù)雜控制系統(tǒng)，它是根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)命名的。一、基本原理：它是由兩個(gè)或者兩個(gè)以上的控制器串聯(lián)而成的，一個(gè)控制器的輸出是另一個(gè)控制器的的給定值。二、結(jié)構(gòu)：整個(gè)系統(tǒng)包括兩個(gè)控制回路，即主回路和副回路。主回路有主控制器、副回路、主對(duì)象和主變送器構(gòu)成；而副回路由副控制器、控制閥、副對(duì)象和副變送器構(gòu)成。三、 特點(diǎn)：與簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)相比，串級(jí)控制系統(tǒng)由于在結(jié)構(gòu)上增加了一個(gè)副回路，所以有以下特點(diǎn)(1)、對(duì)于進(jìn)入副回路的擾動(dòng)具有較快、較強(qiáng)的克服能力。(2)、改善主控制器的廣義對(duì)象的特性。(3)、對(duì)符合和操作條件的變化有一定的自適

7、應(yīng)能力。(4)、副回路可以按照主回路的需要更精確地控制操縱變量的質(zhì)量流和能量流。四、應(yīng)用場(chǎng)合：(1)、用于克服變化劇烈的和幅值大的干擾。(2)、用于時(shí)滯較大的對(duì)象。(3)、用于容量之后較大的對(duì)象。(4)、用于克服對(duì)象的非線性。本控制系統(tǒng)中，被控參量有兩個(gè)，上水箱的液位和下水箱的液位，這兩個(gè)參量具有相關(guān)關(guān)系。上水箱的液位可以影響下水箱的液位，根據(jù)上下水箱的液位相關(guān)關(guān)系，故系統(tǒng)采用的串級(jí)控制。其中，內(nèi)環(huán)控制上水箱的液位，外環(huán)控制下水箱的液位，系統(tǒng)遠(yuǎn)行使下水箱的液位跟隨給定值，系統(tǒng)框圖如下圖3.2所示圖3.1雙容液位單回路控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)調(diào)節(jié)閥液位液位液位變送器液位變送器x1(t)z1(t

8、)z2(t)x1(t)e(t)u(t)g(t)f1(t)f2(t)q(t)y(t)圖3.2雙容液位單回路控制系統(tǒng)框圖3.2 控制規(guī)律本設(shè)計(jì)采用的是工業(yè)控制中最常用的PID控制規(guī)律，內(nèi)環(huán)與外環(huán)的控制算法采用PID算法，PID算法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，控制效果好，系統(tǒng)穩(wěn)定性好，外環(huán)PID的輸出作為內(nèi)環(huán)的輸入，內(nèi)環(huán)跟隨外環(huán)的輸出。在工程實(shí)際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡(jiǎn)稱PID控制，又稱PID調(diào)節(jié)。它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，參數(shù)易于調(diào)整，在長(zhǎng)期的應(yīng)用中積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。其主要特點(diǎn)是：(1)技術(shù)成熟；PID調(diào)節(jié)是連續(xù)系統(tǒng)理論中技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛的控制方法，它的結(jié)構(gòu)靈活，不僅可實(shí)現(xiàn)常規(guī)的PID調(diào)節(jié)

9、，而且還可根據(jù)系統(tǒng)的要求，采用PI、PD、帶死區(qū)的PID控制等；(2)不需求出系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型；(3)控制效果好。雖然計(jì)算機(jī)控制是非連續(xù)的，但由于計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度越來(lái)越快，因此用數(shù)字PID完全可代替模擬調(diào)節(jié)器，并且能得到比較滿意的效果。3.3 過(guò)程儀表及過(guò)程模塊本設(shè)計(jì)中共用到了以下過(guò)程儀表和過(guò)程模塊：3.3.1 液位變送器液位傳感器是用來(lái)上位水箱和下位水箱的液位進(jìn)行檢測(cè)，采用工業(yè)用的DBYG擴(kuò)散硅壓力變送器，本變送器按標(biāo)準(zhǔn)的二線制傳輸，采用高品質(zhì)，低功耗精密器件，穩(wěn)定性和可靠性大大提高?？煞奖愕呐c其他DDZIIIX型儀表互換配置，并能直接交換同類儀表。校驗(yàn)的方法是通電預(yù)熱十五分鐘后，分不在零壓力

10、和滿程壓力下檢測(cè)輸出電流值。在零壓力下調(diào)整零電位器。使輸出電流為4mA，在滿程壓力下調(diào)整量程電位器，使輸出電流為20mA。本傳感器精度為0.5級(jí)，因?yàn)槎€制，故工作時(shí)需串聯(lián)24V直流電源。液位傳感器用來(lái)上水位箱和中水位箱的水位進(jìn)行檢測(cè)，采用工業(yè)用的DBYG擴(kuò)散硅壓力變送器，精度為0.5級(jí)，二線制420mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出。 圖3.2 液位傳感器圖3.3壓力傳感器3.3.2 電動(dòng)調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)閥用于調(diào)節(jié)介質(zhì)的流量、壓力和液位。根據(jù)調(diào)節(jié)部位信號(hào)，自動(dòng)控制閥門(mén)的開(kāi)度，從而達(dá)到介質(zhì)流量、壓力和液位的調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)閥由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)（即閥體）兩部分組成。執(zhí)行機(jī)構(gòu)分為三大類：氣動(dòng)、電動(dòng)和液動(dòng)。調(diào)節(jié)閥本質(zhì)上是一個(gè)節(jié)

11、流元件，通過(guò)改變閥芯行程從而改變調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度，達(dá)到控制流量的目的。氣動(dòng)和電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)特點(diǎn)比較如下表：類別氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸入信號(hào)20-100KPa4-20mADC結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單復(fù)雜體積中小信號(hào)管線配置較復(fù)雜簡(jiǎn)單推力中小動(dòng)作滯后大小維修簡(jiǎn)單復(fù)雜適用場(chǎng)合適用于防火防爆場(chǎng)合隔爆型才適用于防火防爆場(chǎng)合價(jià)格便宜貴表3-1 氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)特點(diǎn)比較調(diào)節(jié)并通常分為直通單座式和直通雙座式兩種，后者具有流通能力大、不平衡辦小和操作穩(wěn)定的特點(diǎn)，所以通常特別適用于大流量、高壓降和泄漏少的場(chǎng)合。PSL系列同閥門(mén)的連接采用柔軟盤(pán)黃連接，可避免閥桿與輸出軸不同軸給閥門(mén)帶來(lái)的影響，可預(yù)置閥門(mén)關(guān)斷能力保證閥門(mén)的可

12、靠關(guān)斷，防止泄露。PSQ系列有轉(zhuǎn)矩開(kāi)關(guān)保護(hù)，可防止因閥門(mén)產(chǎn)生過(guò)大轉(zhuǎn)矩而損壞閥桿。驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用高性能稀土磁性材料制作的高速度同步電機(jī)，運(yùn)行平穩(wěn)，具有體積小、轉(zhuǎn)矩大、抗堵轉(zhuǎn)、控制精度高等特點(diǎn)。可設(shè)置分段調(diào)節(jié)，即由一臺(tái)調(diào)節(jié)器輸出的雙時(shí)間比例信號(hào)控制兩臺(tái)執(zhí)行機(jī)構(gòu)（412mA對(duì)應(yīng)PSL1的全開(kāi)全閉，1220mA對(duì)應(yīng)PSL2的全開(kāi)全閉）閥位反饋元件全密封高精度多圈電位器，具有體積小、精度高、死區(qū)小、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。行程可調(diào)，便于與閥門(mén)連接。全部電器元件均采用世界名牌產(chǎn)品，質(zhì)量可靠，使用時(shí)間長(zhǎng)。電器部件布線嚴(yán)謹(jǐn)并傳動(dòng)部件完全隔離，提高執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)行性的可靠。德國(guó)PS公司進(jìn)口的PSL202型智能電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，P

13、S系列電子式執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以用于對(duì)管道的閥門(mén)和風(fēng)門(mén)的調(diào)節(jié)及開(kāi)與關(guān)的控制，其主要特點(diǎn)如下：一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，位置變送器和伺服放大器作為兩個(gè)獨(dú)立部件均可直接裝入執(zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi)部，直接接受420mA的控制信號(hào)，輸出420mA或者15VDC的閥位反饋信號(hào)，具有自診斷功能，使用和調(diào)校十分方便。功能模塊式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，通過(guò)不同可選擇功能的組合，實(shí)現(xiàn)從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的控制，滿足不同的應(yīng)用要求。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小巧，重量輕，便于安裝和維護(hù)，機(jī)械零件全部采用CNC加工部件，工藝精湛。傳動(dòng)全部采用小齒隙密封齒輪，具有效率高，噪聲低，壽命長(zhǎng)和穩(wěn)定可靠，無(wú)需再加油等特點(diǎn)。具有多種運(yùn)行速度，可以滿足各種控制系統(tǒng)的要求，以保證系統(tǒng)的快速響應(yīng)

14、及穩(wěn)定性。圖3.4 電動(dòng)調(diào)節(jié)閥3.3.3 變頻器變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。變頻器實(shí)際上就是一個(gè)逆變器.它首先是將交流電變?yōu)橹绷麟?然后用電子元件對(duì)直流電進(jìn)行開(kāi)關(guān).變?yōu)榻涣麟?一般功率較大的變頻器用可控硅.并設(shè)一個(gè)可調(diào)頻率的裝置.使頻率在一定范圍內(nèi)可調(diào).用來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù).使轉(zhuǎn)數(shù)在一定的范圍內(nèi)可調(diào).變頻器廣泛用于交流電機(jī)的調(diào)速中.變頻調(diào)速技術(shù)是現(xiàn)代電力傳動(dòng)技術(shù)重要發(fā)展的方向，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，交流變頻技術(shù)從理論到實(shí)際逐漸走向成熟。變頻器不僅調(diào)速平滑，范圍大，效率高，啟動(dòng)電流小，運(yùn)行平穩(wěn)，而且節(jié)能效果明顯，所以應(yīng)用越來(lái)越廣泛。三菱FR-S52

15、0變頻器，4-20控制輸入信號(hào)，可對(duì)流量或者壓力進(jìn)行控制，該變頻器體積小，功率小，功能非常強(qiáng)大，運(yùn)行穩(wěn)定安全可靠，操作方便，壽命長(zhǎng)，可外加電流控制，也可通過(guò)本身旋鈕控制頻率。可單相或者三相供電，頻率可高達(dá)200HZ。圖3.5 變頻器3.3.4 水泵水泵是一種利用大氣壓強(qiáng)將低處的水汲往高處的機(jī)器,多半是以電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力。抽水的電動(dòng)機(jī)泵通常把提升液體、輸送液體或使液體增加壓力 , 即把原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能變?yōu)橐后w能量從而達(dá)到抽送液體目的的機(jī)器統(tǒng)稱為泵。這里采用丹麥格蘭富循環(huán)水泵。不會(huì)影響教師授課減少麻煩。功耗低，220V供電即可，在水泵出水口裝有壓力變送器，與變頻器一起可構(gòu)成恒壓供水系統(tǒng)。 圖3.6 水

16、泵3.3.5 模擬量采集模塊模擬量輸入模塊可測(cè)量多通道交流電壓、電流輸入信號(hào)。測(cè)量精度：0.2級(jí)。16位A/D循環(huán)采樣，采樣速率：3000次/S；1.2倍量程可正確測(cè)量，過(guò)載2倍量程輸入1S不損壞；隔離電壓1000VDC。模擬量輸出模塊輸出標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)，可用于驅(qū)動(dòng)繼電器、開(kāi)關(guān)等。這用A/D牛頓7017模塊8路模擬電壓（1-5V）3.3.6 模擬量輸出模塊 D/A牛頓7024模塊4路模擬輸出，電流(420mA) 電壓（15V）信號(hào)均可。3.3.7 通信轉(zhuǎn)換模塊485/232轉(zhuǎn)換牛頓7520模塊，轉(zhuǎn)換速度極高（300115KHz），232口可長(zhǎng)距離傳輸。 圖3.7 牛頓模塊示意圖3.3.8 開(kāi)關(guān)電

17、源 DC24的開(kāi)關(guān)電源，最大電流為2A，可以滿足實(shí)驗(yàn)要求。3.3.9 通訊模塊選擇CAN是一種串行總線系統(tǒng)，特別適合智能工業(yè)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)和樓宇自動(dòng)化控制系統(tǒng)。擁有高傳輸速度(高達(dá)1Mbps) 和可靠性， 可以高性能和高品質(zhì)的來(lái)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)。基于實(shí)時(shí)和多主機(jī)的特性，可以幫助你很容易的建立冗余系統(tǒng)。為了能在通常的RS-232設(shè)備上使用CAN網(wǎng)絡(luò)，7530 被設(shè)計(jì)成通過(guò)RS-232通訊方式釋放CAN 的能量。它可以在CAN與RS-232 間精確的轉(zhuǎn)換信息。7530可以通過(guò)PC或帶RS-232端口的設(shè)備與CAN 設(shè)備通訊。通訊模塊選用485/232轉(zhuǎn)換牛頓7530模塊，轉(zhuǎn)換速度極高（300115KHz），

18、232口可長(zhǎng)距離傳輸。3.4 硬件連接本系統(tǒng)中，D/A模塊中的IO0接口為控制器調(diào)節(jié)閥開(kāi)度的控制通道，IO1為可控硅的電壓控制通道，IO2為變頻器的控制通道。A/D模塊中，IN0為上水箱液位的檢測(cè)，IN1為下水箱液位的檢測(cè)，IN2為主流量的檢測(cè)，IN3誤為副流量的檢測(cè)，IN4為溫度信號(hào)的檢測(cè)，IN5為閥位反饋信號(hào)的檢測(cè)，IN6為水泵出口壓力信號(hào)的檢測(cè)。在D/A模塊中，由于模塊本身不能提供電源，所以在控制時(shí)應(yīng)串入24V直流電源，輸出電流信號(hào)控制執(zhí)行器，AGND為D/A模塊公共地。由于變送器輸出的都是電流信號(hào)，而A/D模塊輸出的都是電壓信號(hào)，所以在A/D通道的正負(fù)端并聯(lián)一個(gè)250歐姆的電阻，將電流

19、信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。 系統(tǒng)采用的液位變送器，壓力變送器都是二線制的，在檢測(cè)液位工作時(shí)要串入DC24V電源。連接圖如圖3.6所示：圖3.6 上水箱特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)接線圖接線要求：（I/O對(duì)應(yīng)關(guān)系表）（1）上水箱液位的檢測(cè)輸出-A/D模塊中，IN0通道輸入（2）下水箱液位的檢測(cè)輸出-A/D模塊中，IN1通道輸入（3）主流量的檢測(cè)輸出-A/D模塊中，IN2通道輸入（4）副流量的檢測(cè)輸出-A/D模塊中，IN3通道輸入（5）溫度信號(hào)的檢測(cè)輸出-A/D模塊中，IN4通道輸入（6）閥位反饋信號(hào)的檢測(cè)輸出-A/D模塊中，IN5通道輸入（7）水泵出口壓力信號(hào)檢測(cè)輸出-A/D模塊中，IN6通道輸入（8）主調(diào)節(jié)閥開(kāi)度的

20、控制輸入-D/A模塊中的IO0通道輸出（9）可控硅的電壓控制輸入-D/A模塊中的IO1通道輸出(10) 變頻器的輸入-D/A模塊中的IO2通道輸出(11) 副調(diào)節(jié)閥開(kāi)度的輸入-D/A模塊中的IO3通道輸出(12) 模塊之間用RS485總線連接(13) 模塊與計(jì)算機(jī)通訊：RS232通訊總線。(14)副閥位反饋信號(hào)檢測(cè)輸出A/D模塊中，IN7通道輸入。4 系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計(jì)4.1 組態(tài)軟件介紹隨著工業(yè)自動(dòng)化水平的迅速提高，計(jì)算機(jī)在工業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，人們對(duì)工業(yè)自動(dòng)化的要求越來(lái)越高，種類繁多的控制設(shè)備和過(guò)程監(jiān)控裝置在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，使得傳統(tǒng)的工業(yè)控制軟件已無(wú)法滿足用戶的各種需求。在開(kāi)發(fā)傳統(tǒng)的工業(yè)控制軟件時(shí)

21、，當(dāng)工業(yè)被控對(duì)象一旦有變動(dòng)，就必須修改其控制系統(tǒng)的源程序，導(dǎo)致其開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)；已開(kāi)發(fā)成功的工控軟件又由于每個(gè)控制項(xiàng)目的不同而使其重復(fù)使用率很低，導(dǎo)致它的價(jià)格非常昂貴；在修改工控軟件的源程序時(shí)，倘若原來(lái)的編程人員因工作變動(dòng)而離去時(shí)，則必須同其他人員或新手進(jìn)行源程序的修改，因而更是相當(dāng)困難。通用工業(yè)自動(dòng)化組態(tài)軟件的出現(xiàn)為解決上述實(shí)際工程問(wèn)題提供了一種嶄新的方法，因?yàn)樗軌蚝芎玫亟鉀Q傳統(tǒng)工業(yè)控制軟件存在的種種問(wèn)題，使用戶能根據(jù)自己的控制對(duì)象和控制目的的任意組態(tài)，完成最終的自動(dòng)化控制工程。組態(tài)（Configuration）為模塊化任意組合。通用組態(tài)軟件主要特點(diǎn)有（1）延續(xù)性和可擴(kuò)充性。用通用組態(tài)軟件開(kāi)發(fā)

22、的應(yīng)用程序，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)（包括硬件設(shè)備或系統(tǒng)結(jié)構(gòu)）或用戶需求發(fā)生改變時(shí)，不需作很多修改而方便地完成軟件的更新和升級(jí)；（2）封裝性（易學(xué)易用），通用組態(tài)軟件所能完成的功能都用一種方便用戶使用的方法包裝起來(lái)，對(duì)于用戶，不需掌握太多的編程語(yǔ)言技術(shù)（甚至不需要編程技術(shù)），就能很好地完成一個(gè)復(fù)雜工程所要求的所有功能；（3）通用性，每個(gè)用戶根據(jù)工程實(shí)際情況，利用通用組態(tài)軟件提供的底層設(shè)備（PLC、智能儀表、智能模塊、板卡、變頻器等）的I/O Driver、開(kāi)放式的數(shù)據(jù)庫(kù)和畫(huà)面制作工具，就能完成一個(gè)具有動(dòng)畫(huà)效果、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理、歷史數(shù)據(jù)和曲線并存、具有多媒體功能和網(wǎng)絡(luò)功能的工程，不受行業(yè)限制。 最早開(kāi)發(fā)的通用組態(tài)軟

23、件是DOS環(huán)境下的組態(tài)軟件，其特點(diǎn)是具有簡(jiǎn)單的人機(jī)界面（MMI）、圖庫(kù)、繪圖工具箱等基本功能。隨著Windows的廣泛應(yīng)用，Windows環(huán)境下的組態(tài)軟件成為主流。與DOS環(huán)境下的組態(tài)軟件成為主流。與DOS環(huán)境下的組態(tài)軟件相比，其最突出的特點(diǎn)是圖形功能有了很大的增強(qiáng)。國(guó)外許多優(yōu)秀通用組態(tài)軟件是在英文狀態(tài)下開(kāi)發(fā)的，它具有應(yīng)用時(shí)間長(zhǎng)、用戶界面不理想、不支持或不免費(fèi)支持國(guó)內(nèi)普遍使用的硬件設(shè)備、組態(tài)軟件本身費(fèi)用和組態(tài)軟件培訓(xùn)費(fèi)用高昂等因素，這些也正是國(guó)內(nèi)通用組態(tài)軟件在國(guó)內(nèi)不能廣泛應(yīng)用的原因。隨著國(guó)內(nèi)計(jì)算機(jī)水平和工業(yè)自動(dòng)化程度的不斷提高，通用組態(tài)軟件的市場(chǎng)需求日益增大。近年來(lái)，一些技術(shù)力量雄厚的高科技公

24、司相繼開(kāi)發(fā)出了適合國(guó)內(nèi)使用的通用組態(tài)軟件。4.2 系統(tǒng)流程圖系統(tǒng)流程圖如圖4.1所示：圖4.1 系統(tǒng)流程圖4.3 系統(tǒng)組態(tài)圖 系統(tǒng)組態(tài)圖如圖4.2所示：PID2OUTPID1LSB1手動(dòng)自動(dòng)LSB2PV2U（K）OUT自動(dòng)手動(dòng)圖4.2 控制系統(tǒng)組態(tài)圖4.4 數(shù)據(jù)詞典數(shù)據(jù)詞典如圖4.3所示：圖4.3 數(shù)據(jù)詞典4.5 組態(tài)畫(huà)面在液位液位PID控制系統(tǒng)中，以液位為被控量。其中，測(cè)量電路主要功能是測(cè)量對(duì)象的液位并對(duì)其進(jìn)行歸一化等處理；PID控制器是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，它根據(jù)設(shè)定值和測(cè)量值的偏差信號(hào)來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而控制雙容水箱的液位達(dá)到期望的設(shè)定值。 單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)可以滿足大多數(shù)工業(yè)生產(chǎn)的要求，只有在單

25、回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)不能滿足生產(chǎn)更高要求的情況下，才采用復(fù)雜的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。 組態(tài)畫(huà)面如圖4.4所示，其設(shè)計(jì)原理可見(jiàn)圖4.1系統(tǒng)流程圖。圖4.4 組態(tài)畫(huà)面4.6 動(dòng)畫(huà)連接首先根據(jù)系統(tǒng)流程圖在系統(tǒng)開(kāi)發(fā)界面畫(huà)好組態(tài)圖面，然后對(duì)各個(gè)器件逐一完成動(dòng)畫(huà)連接，最后在工程瀏覽界面中的命令語(yǔ)言中輸入程序，即完成了動(dòng)畫(huà)。如圖4.5動(dòng)畫(huà)連接示例圖1所示為，系統(tǒng)未起動(dòng)時(shí)的動(dòng)畫(huà)效果，其中各參數(shù)均沒(méi)有設(shè)定。圖4.6動(dòng)畫(huà)連接示例圖2與圖4.7動(dòng)畫(huà)連接示例圖3分別為系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的動(dòng)畫(huà)連接圖，由于參數(shù)不同時(shí)所顯示不同的動(dòng)畫(huà)效果和曲線。 當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，首先設(shè)定PID調(diào)節(jié)參數(shù)，根據(jù)要求設(shè)定給定值，觀察連接圖，根據(jù)需要調(diào)節(jié)PID參數(shù)。最給達(dá)到所

26、要的穩(wěn)定的控制效果。圖4-4 動(dòng)畫(huà)連接示例圖1圖4.5 動(dòng)畫(huà)連接示例圖24.7 PID 控制算法流程圖本系統(tǒng)采用PID位置控制算式，其控制算式如下： 其中Kp為比例系數(shù)，Ti為積分時(shí)間，Td為微分時(shí)間， PID控制算法流程圖如圖4-6所示：取sp , pv形成偏差e(k)取a0 , e(k)做乘法取a1 , e(k-1)做乘法取a2 , e(k-2)做乘法做a2e(k-2)減a1e(k-1)做a2e(k-2)-a1e(k-1)+ a0e(k)做a2e(k-2)-a1e(k-1)+ a0e(k)+u(k-1)輸出u(k)數(shù)據(jù)傳送：u(k)u(k-1)數(shù)據(jù)傳送：e(k)e(k-1)e(k-1) e

27、(k-2)圖4-6 PID控制算法流程圖設(shè) 計(jì) 心 得通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，充分將平時(shí)學(xué)習(xí)的理論知識(shí)與實(shí)踐操作相結(jié)合，在理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)基礎(chǔ)上進(jìn)一步穩(wěn)固和提高自己理論知識(shí)結(jié)構(gòu)，通過(guò)將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際中去，在實(shí)際中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題，提高分析和解決問(wèn)題能力。本次課程設(shè)計(jì)的題目是<<基于組態(tài)軟件的雙容液位單回路控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)>>雖然是第一次接觸，可以說(shuō)是一頭霧水，但通過(guò)指導(dǎo)老師細(xì)心輔導(dǎo)和同學(xué)們的大力支持和幫助下，經(jīng)過(guò)認(rèn)知被控對(duì)象、設(shè)計(jì)控制方案、選擇控制規(guī)律、選擇過(guò)程儀表、選擇過(guò)程模塊、設(shè)計(jì)系統(tǒng)流程圖和組態(tài)圖、設(shè)計(jì)組態(tài)畫(huà)面、設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)詞典等過(guò)程，直到最后的動(dòng)畫(huà)鏈接成功，并達(dá)到控制要求。經(jīng)過(guò)以上步驟，我對(duì)整個(gè)過(guò)程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有了很深的體會(huì)，也學(xué)會(huì)了很多與設(shè)計(jì)相關(guān)的知識(shí)。此次課程設(shè)計(jì)使我對(duì)組態(tài)王軟件的認(rèn)識(shí)與了解及應(yīng)用,深入地了解到科學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)性，自己從中受益匪淺，不但擴(kuò)大了我的視野，提高了我的認(rèn)識(shí)和認(rèn)知能力，同時(shí)，我也讓我深刻的認(rèn)識(shí)到，在此次課程設(shè)計(jì)中暴露出來(lái)不少問(wèn)題：我們所掌握的相關(guān)知識(shí)很少，很多需要用到的知識(shí)都是我