組態(tài)王在鍋爐液位監(jiān)控系統(tǒng)中應(yīng)用

個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用北方民族大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文論文題目:組態(tài)王在鍋爐液位監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用院(部>名稱:電氣信息工程學(xué)院學(xué)生姓名:吳楊希專業(yè):測控技術(shù)與儀器學(xué)號(hào):20050153指導(dǎo)教師姓名:虎恩典論文提交時(shí)間:2009年5月18日論文答辯時(shí)間:2009年5月23日學(xué)位授予時(shí)間:北方民族大學(xué)教務(wù)處制摘要針對(duì)一個(gè)小型鍋爐液位監(jiān)控系統(tǒng)，設(shè)計(jì)開發(fā)了基于組態(tài)王的監(jiān)控系統(tǒng)。本文介紹了系統(tǒng)上位監(jiān)控軟件采用組態(tài)王。該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)了對(duì)過程控制裝置的溫度、壓力、流量、液位等四大熱工參數(shù)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和裝置鍋爐溫度、鍋爐液位的實(shí)時(shí)控制。該系統(tǒng)具有一定的實(shí)用性。 b5E2RGbCAP本文主要分析了鍋爐液位監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，闡述了該系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)原則，并進(jìn)行了仿真。本文設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是 PID控制算法的設(shè)計(jì)，對(duì)其參數(shù)的整定也是設(shè)計(jì)的難點(diǎn)之一。仿真測試結(jié)果表明：該系統(tǒng)滿足跟蹤給定值變化的需求，且可以滿足監(jiān)控液位的設(shè)計(jì)需求 p1EanqFDPw關(guān)鍵詞組態(tài)王液位監(jiān)控1/45個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用ABSTRACTKingviewbasedmonitoringsystemisdesignedforasmallboilersLevercontrolsystem.Inthispaper,itmainlyusesthatmonitoringsoftwareforthehostcomputerofthesystemisKingview.Providingreal-timedataacquisitionoffourprocessparameterssuchastemperature，pressure，flowandlevelintheprocesscontrolfacilityandofferingreal-timecontroloftemperatureandleveloftheboilerinthefacility，thissystemhasacertainpracticalvalueDXDiTa9E3d.ThispapermainlyanalyzedtheboilerLevercontrolsystem'sdesignrequirementsonthesystem'ssoftwareandhardwaredesignprincipleandhascarriedonthesimulation.ThisarticlefocusesonthedesignofPIDcontrolalgorithm。oneofdesigndifficultisalsoinstallationtoitsparameter's.Thesimulationtestresultshowthat:thesystemsatisfiesthedemandoftrackingthegivenvalue.Itcansatisfythedesigndemandofmonitoringsystem.RTCrpUDGiTKEYWORDSKingviewboilersLevercontrolsystemmonitoringsystem5PCzVD7HxA2/45個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用目錄目錄IjLBHrnAILg前言1xHAQX74J0X第一章組態(tài)軟件基礎(chǔ)知識(shí)介紹 1LDAYtRyKfE1.1組態(tài)軟件概述1Zzz6ZB2Ltk1.1.1組態(tài)軟件的概念和產(chǎn)生的背景 1dvzfvkwMI11.1.2組態(tài)軟件的特點(diǎn)和功能 2rqyn14ZNXI1.2組態(tài)軟件現(xiàn)狀和使用組態(tài)軟件的步驟 3EmxvxOtOco1.2.1組態(tài)軟件的現(xiàn)狀 3SixE2yXPq51.2.2使用組態(tài)軟件的一般步驟 36ewMyirQFL1.3KingviewV6.5概述4kavU42VRUs1.3.1工程管理器5y6v3ALoS891.3.2工程瀏覽器5M2ub6vSTnP1.3.3畫面運(yùn)行系統(tǒng)50YujCfmUCw第二章系統(tǒng)設(shè)計(jì)6eUts8ZQVRd2.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 6sQsAEJkW5T2.1.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)6GMsIasNXkA2.1.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)6TIrRGchYzg2.2硬件連線67EqZcWLZNX2.3工程的建立7lzq7IGf02E2.3.1定義外部設(shè)備8zvpgeqJ1hk2.3.2畫面制作10NrpoJac3v12.3.3動(dòng)畫連接121nowfTG4KI2.4控制軟件的設(shè)計(jì) 19fjnFLDa5Zo2.4.1數(shù)字控制器算法流程的設(shè)計(jì) 19tfnNhnE6e52.4.2水箱液位的控制設(shè)計(jì) 21HbmVN777sL2.4.3報(bào)警控制的設(shè)計(jì) 22V7l4jRB8Hs第三章系統(tǒng)調(diào)試 2383lcPA59W93.1仿真調(diào)試23mZkklkzaaP3.2控制軟件的調(diào)試 23AVktR43bpw3.3數(shù)據(jù)測試25ORjBnOwcEd3.4分析討論2MiJTy0dTT27第四章結(jié)論27gIiSpiue7A致謝28uEh0U1Yfmh參考文獻(xiàn)28IAg9qLsgBX附錄1：源程序28WwghWvVhPE附錄2：英文原文30asfpsfpi4k中文譯文39附錄3：ooeyYZTjj1I/45個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用前言由于組態(tài)軟件是運(yùn)行在 WindowsXP／NT／2OOO上的種開放型的工業(yè)監(jiān)控軟件，窗體框架結(jié)構(gòu)；采用多線程、 COM組件等新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)多時(shí)多任務(wù)控制?，F(xiàn)已應(yīng)用于化工、電力、郵電通迅、環(huán)保、水處理、冶金和食品等行業(yè)。組態(tài)王KingView工控軟件是近來很受歡迎的組態(tài)軟件之一，由組態(tài)王與單片機(jī)控制裝置通過 RS485總線進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊組成測控系統(tǒng)，成為一種低成本解決的方案。BkeGuInkxI組態(tài)王內(nèi)置了大量的設(shè)備驅(qū)動(dòng)作為組態(tài)王與外部設(shè)備的通迅接口。組態(tài)王可通過通迅接口和外部設(shè)備交接數(shù)據(jù)，包括采集數(shù)據(jù)和發(fā)送數(shù)據(jù)／指令。每一個(gè)驅(qū)動(dòng)都是一個(gè)COM對(duì)象，這種方式使驅(qū)動(dòng)和組態(tài)王構(gòu)成一個(gè)完整的系統(tǒng)。同時(shí)組態(tài)王軟件作為一個(gè)開放型的通用工業(yè)監(jiān)控軟件，支持與國內(nèi)外常見的 PLC、智能模塊、智能儀表、變頻器、數(shù)據(jù)采集板卡等通過常規(guī)通訊接口進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊 。PgdO0sRlMo組態(tài)王是一個(gè)具有易用性、開放性和集成能力的通用組態(tài)軟件。應(yīng)用組態(tài)王可以使工程師把主要精力放在控制對(duì)象上，而不是形形色色的通信協(xié)議、復(fù)雜的圖形處理、枯燥的數(shù)字統(tǒng)計(jì)，只需要進(jìn)行填表式操作即可生成一個(gè)監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。它可以在整個(gè)生產(chǎn)企業(yè)內(nèi)部將各種系統(tǒng)和應(yīng)用集成在一起，實(shí)現(xiàn)企業(yè)綜合自動(dòng)化的目的。 3cdXwckm15本設(shè)計(jì)中利用組態(tài)王軟件對(duì)過程控制設(shè)備進(jìn)行控，根據(jù)所選對(duì)象，選擇 PID參數(shù)，達(dá)到期望的控制效果。此系統(tǒng)具有開放性、互換性、可操作性、可集成性；系統(tǒng)可靠性高，可維護(hù)性好降低了系統(tǒng)及工程成本；系統(tǒng)所有軟、硬件具有互操作性。h8c52WOngM基于組態(tài)王的監(jiān)控系統(tǒng)不僅操作簡單、結(jié)構(gòu)緊湊、功能豐富，并且隨著工業(yè)計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的日新月異，應(yīng)用前景廣闊。 v4bdyGious第一章 組態(tài)軟件基礎(chǔ)知識(shí)介紹1.1 組態(tài)軟件概述1.1.1 組態(tài)軟件的概念和產(chǎn)生的背景組態(tài)軟件是指一些數(shù)據(jù)采集與過程控制的專用軟件，它們是在自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級(jí)的軟件平臺(tái)和開發(fā)環(huán)境，使用靈活的組態(tài)方式，為用戶提供快速構(gòu)建工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的、通用層次的軟件工具。組態(tài)軟件應(yīng)該能支持各種1/45個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用工控設(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(duì)應(yīng)于原有的HMI<HumanMachineInterface，人機(jī)接口軟件）的概念，組態(tài)軟件應(yīng)該是一個(gè)使用戶能快速建立自己的 HMI的軟件工具或開發(fā)環(huán)境 J0bm4qMpJ9在工業(yè)控制技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用過程中， PC<包括工控機(jī)）相比以前的專用系統(tǒng)具有的優(yōu)勢日趨明顯。這些優(yōu)勢主要體現(xiàn)在： PC技術(shù)保持了較快的發(fā)展速度，各種相關(guān)技術(shù)日臻成熟；由 PC構(gòu)建的工業(yè)控制系統(tǒng)具有相對(duì)較低的擁有成本；PC的軟件資源和硬件資源豐富，軟件之間的互操作性強(qiáng)；基于 PC的控制系統(tǒng)易于學(xué)習(xí)和使用，可以容易的得到技術(shù)方面的支持。在 PC技術(shù)向工業(yè)控制領(lǐng)域的滲透中，組態(tài)軟件占據(jù)著非常特殊而且重要的地位。 XVauA9grYP組態(tài)的英文是“Configuration”,簡單的講，組態(tài)就是用應(yīng)用軟件中提供的工具、方法，完成工程中的某一具體任務(wù)的過程。與硬件生產(chǎn)相對(duì)照，組態(tài)與組裝類似。bR9C6TJscw1.1.2 組態(tài)軟件的特點(diǎn)和功能一般來說，組態(tài)軟件是數(shù)據(jù)采集監(jiān)控 系統(tǒng)<SupervisoryControlandDataAcquisition,SCADA）的軟件平臺(tái)工具，是工業(yè)應(yīng)用軟件的一個(gè)組成部分。它具有豐富的設(shè)置工程，使用方式靈活，功能強(qiáng)大。組態(tài)軟件由早先單一的人機(jī)界面向數(shù)據(jù)處理機(jī)方向發(fā)展，管理的數(shù)據(jù)項(xiàng)越來越大，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫事的作用進(jìn)一步加強(qiáng)。隨著組態(tài)軟件自身以及控制系統(tǒng)的發(fā)展，監(jiān)控組態(tài)軟件部分地與硬件發(fā)生分離，為自動(dòng)化軟件的發(fā)展提供了充分發(fā)揮作用的舞臺(tái)。 OPC<OLEforProcessControl）的出現(xiàn)，以及現(xiàn)場總線尤其是工業(yè)以太網(wǎng)的快速發(fā)展，大大簡化了異種設(shè)備間的互連，降低了開發(fā) I/O設(shè)備驅(qū)動(dòng)軟件的工作量。 I/O驅(qū)動(dòng)軟件也逐漸向標(biāo)準(zhǔn)化的方向發(fā)展。 pN9LBDdtrd組態(tài)軟件的主要特點(diǎn)是：<1）延續(xù)性和可擴(kuò)性。用通用組態(tài)軟件開發(fā)的應(yīng)用程序，當(dāng)現(xiàn)場 <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)，不需要很多修改就可方便的完成軟件的更新和升級(jí)。DJ8T7nHuGT<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的方法包裝起來，對(duì)于用戶，不需要掌握太多的編程語言技術(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。 QF81D7bvUA<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2/45個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用<PLC、智能儀表、智能模塊、板卡、變頻器等）的 I/ODriver、開放式的數(shù)據(jù)庫和畫面制作工具，就能完成一個(gè)具有動(dòng)畫效果、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。 4B7a9QFw9h目前看到的所有組態(tài)軟件都能實(shí)現(xiàn)如下的類似功能 :幾乎所有運(yùn)行于 32位Windows平臺(tái)的組態(tài)軟件都采用類似的資源瀏覽器的窗口結(jié)構(gòu)，并對(duì)工業(yè)控制系統(tǒng)中的各種資源 <設(shè)備、標(biāo)簽、畫面等）進(jìn)行配置和編輯；ix6iFA8xoX處理數(shù)據(jù)報(bào)警及系統(tǒng)報(bào)警；提供多種數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)程序；各類報(bào)表的生成和打印輸出；使用腳本語言提供二次開發(fā)的功能；存儲(chǔ)歷史數(shù)據(jù)并支持歷史數(shù)據(jù)的查詢等。1.2 組態(tài)軟件現(xiàn)狀和使用組態(tài)軟件的步驟1.2.1 組態(tài)軟件的現(xiàn)狀目前應(yīng)用比較廣泛的國外組態(tài)軟件有WondWare的InTouch、西門子公司的WinCC、澳大利亞的CiTech、美國Interlution公司的Fix、意大利LogoSystem的LogView等。這些軟件系統(tǒng)主要有數(shù)據(jù)采集與控制信息發(fā)送、報(bào)警處理和歷史趨勢顯示與記錄功能，但是針對(duì)國內(nèi)的需要，這些系統(tǒng)還有明顯的弱點(diǎn)：本地化差，雖然部分系統(tǒng)已經(jīng)漢化，但是中國市場中某些行業(yè)規(guī)范，它們很難滿足；價(jià)格昂貴，這些系統(tǒng)價(jià)格昂貴，很難為國內(nèi)一般應(yīng)用所接受。 wt6qbkCyDE同國外系統(tǒng)相比，大部分國產(chǎn)通用系統(tǒng)具有較高的性能價(jià)格比，本地化能力較強(qiáng)，如三維科技公司的力控、北京亞控科技公司的組態(tài)王等。但多數(shù)產(chǎn)品仍有諸如與MIS集成能力差、GIS功能薄弱、多任務(wù)調(diào)度能力差、事故追憶和診斷能力缺乏等致命的弱點(diǎn)，要滿足企業(yè)級(jí)和行業(yè)部門級(jí)大型集中監(jiān)控管理 GIS系統(tǒng)的要求，還需要相當(dāng)長的時(shí)間。 Kp5zH46zRk1.2.2 使用組態(tài)軟件的一般步驟如何把具體的工程應(yīng)用在組態(tài)王軟件中進(jìn)行完整、嚴(yán)密的開發(fā)，使組態(tài)軟件能夠在正常工作，主要包括以下幾個(gè)典型的組態(tài)步驟： Yl4HdOAA61(1>將所有I/O點(diǎn)的參數(shù)收集齊全，并填寫表格，以備在監(jiān)控組態(tài)軟件和 PLC上組態(tài)時(shí)使用。3/45個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用(2>搞清楚所使用的 I/O設(shè)備的生產(chǎn)商、種類、型號(hào)、使用的通信接口類型，采用的通信協(xié)議，以便在定義 I/O設(shè)備時(shí)做出準(zhǔn)確選擇。ch4PJx4BlI(3>將所有I/O點(diǎn)的I/O標(biāo)識(shí)收集齊全，并填寫表格，I/O標(biāo)識(shí)是唯一地確定一個(gè)I/O點(diǎn)的關(guān)鍵字，組態(tài)軟件通過向I/O設(shè)備發(fā)出I/O標(biāo)識(shí)來請(qǐng)求其對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)。在大多數(shù)情況下I/O標(biāo)識(shí)是I/O點(diǎn)的地址或位號(hào)名稱。qd3YfhxCzo(4>根據(jù)工藝過程繪制、設(shè)計(jì)畫面結(jié)構(gòu)和畫面草圖。(5>按照第一步統(tǒng)計(jì)出的表格，建立實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，正確組態(tài)各種變量參數(shù)。(6>根據(jù)第一步和第二步的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中建立實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫變量與I/O點(diǎn)一對(duì)一的對(duì)應(yīng)關(guān)系，即定義數(shù)據(jù)連接。 E836L11DO5(7>根據(jù)第四步的畫面結(jié)構(gòu)和畫面草圖，組態(tài)每一幅靜態(tài)的操作畫面 <主要是繪圖）。(8>將操作畫面中的圖形對(duì)象與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫變量建立動(dòng)畫連接，規(guī)定動(dòng)畫屬性和幅度。(9>視用戶需求，制作歷史曲線，報(bào)警顯示，以及開發(fā)報(bào)表系統(tǒng)。之后，還需要加上安全權(quán)限設(shè)置。(10>對(duì)組態(tài)內(nèi)容進(jìn)行分段和總體調(diào)試，視調(diào)試情況對(duì)軟件進(jìn)行相應(yīng)修改。(11>將全部內(nèi)容調(diào)試完成以后，對(duì)上位軟件進(jìn)行最后完善，讓系統(tǒng)投入正式運(yùn)行。1.3 KingviewV6.5概述KingxiewV6.5軟件完全基于網(wǎng)絡(luò)的概念，是一個(gè)完全意義上的工業(yè)級(jí)軟件平臺(tái)，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于化工、電力、國屬糧庫、郵電通信、環(huán)保、水處理、冶金和食品等各個(gè)行業(yè)，并且作為首家國產(chǎn)監(jiān)控組態(tài)軟件應(yīng)用于國防、航空航天等關(guān)鍵領(lǐng)域。S42ehLvE3M組態(tài)王KingviewV6.5軟件是運(yùn)行于 Windows2000/NT4.0(補(bǔ)丁6>/XP簡體中文版的中文界面的人機(jī)界面軟件，采用了多線程、 COM組件等新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)多任務(wù)，軟件使用方便，功能強(qiáng)大，性能優(yōu)異，運(yùn)行穩(wěn)定，質(zhì)量可靠。501nNvZFis組態(tài)王KingviewV6.5軟件包括以下三部分組成：工程管理器<ProjManager）；工程瀏覽器<TouchExplorer）；4/45個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用畫面運(yùn)行系統(tǒng)<TouchView）。在“組態(tài)王”軟件中，用戶建立的每一個(gè)應(yīng)用程序?yàn)橐粋€(gè)工程。在每一個(gè)工程的路徑下，生成了一些重要的數(shù)據(jù)文件，這些數(shù)據(jù)文件不允許直接修改，必須通過工程管理器或工程瀏覽器來修改。 jW1viftGw91.3.1 工程管理器對(duì)于系統(tǒng)集成商和用戶來說，一個(gè)系統(tǒng)開發(fā)人員可能保存有很多個(gè)組態(tài)王工程，對(duì)于這些工程的集中管理以及新開發(fā)工程中的工程備份等都是比較繁瑣的事情。工程管理器是應(yīng)用程序的管理系統(tǒng)，具有很強(qiáng)的管理功能，主要作用是為用戶集中管理本機(jī)上的組態(tài)王工程。工程管理器的主要功能包括：新建工程、刪除工程，搜索指定路徑下的所有組態(tài)王工程，修改工程屬性，工程的備份、恢復(fù)，數(shù)據(jù)詞典的導(dǎo)入導(dǎo)出，切換到組態(tài)王開發(fā)或運(yùn)行環(huán)境等。 xS0DOYWHLP工程管理器實(shí)現(xiàn)了對(duì)組態(tài)王各種版本工程的集中管理，使用戶在進(jìn)行工程開發(fā)和工程的備份、數(shù)據(jù)詞典的管理上方便了許多。 LOZMkIqI0w1.3.2 工程瀏覽器工程瀏覽器是組態(tài)王的一個(gè)重要組成部分，它將圖形畫面、命令語言、設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序、配方、報(bào)警、網(wǎng)絡(luò)等工程元素集中管理，工作人員可以一目了然地查看工程的各個(gè)組成部分。工程瀏覽器簡便易學(xué)，操作界面和 Windows中的資源管理器非常類似，為工程的管理提供了方便高效的手段。組態(tài)王開發(fā)系統(tǒng)內(nèi)嵌于組態(tài)王工程瀏覽器，又稱為畫面開發(fā)系統(tǒng)，是應(yīng)用程序的集成開發(fā)環(huán)境，工程人員在這個(gè)環(huán)境里進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)。ZKZUQsUJed利用“工程管理器”界面：單擊菜單“工具/切換到開發(fā)系統(tǒng)”命令或工程管理器工具條上的“開發(fā)”按鈕或快捷菜單“切換到開發(fā)系統(tǒng)”命令或雙擊工程信息顯示區(qū)中顯示的工程條目后，進(jìn)入組態(tài)王開發(fā)系統(tǒng)<即工程瀏覽器），同時(shí)將自動(dòng)關(guān)閉工程管理器。dGY2mcoKtT1.3.3 畫面運(yùn)行系統(tǒng)在組態(tài)王中，工程瀏覽器<TouchExplorer）和畫面運(yùn)行系統(tǒng)<TouchView）是各自獨(dú)立的Windows應(yīng)用程序，均可單獨(dú)使用。一個(gè)工程可以同時(shí)被編輯和運(yùn)行，這對(duì)于工程的調(diào)試是非常方便的。同時(shí)兩者又相互依存，在工程瀏覽器內(nèi)嵌的畫面制作開發(fā)系統(tǒng)中設(shè)計(jì)開發(fā)的畫面應(yīng)用程序必須在畫面運(yùn)行系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境中才能運(yùn)行。 rCYbSWRLIA5/45個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用第二章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)與要求2.1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)該系統(tǒng)通過PID控制調(diào)節(jié)電子調(diào)節(jié)閥的開度，以使鍋爐液位按給定值變化。且當(dāng)系統(tǒng)干擾變化時(shí)，液位能最終穩(wěn)定在給定值。FyXjoFlMWh該液位監(jiān)控系統(tǒng)由水箱控制對(duì)象系統(tǒng)、 I/O接口板、計(jì)算機(jī)和組態(tài)王軟件組成。2.1.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)根據(jù)題目要求，詳細(xì)分析液位監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，并進(jìn)行軟硬件的總體設(shè)計(jì)。在完成總體設(shè)計(jì)后，進(jìn)行硬件的詳細(xì)設(shè)計(jì)，利用組態(tài)王軟件完成鍋爐液位監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作。同時(shí)進(jìn)行控制軟的流程設(shè)計(jì)和編制工作，并用仿真 PLC完成控制軟件的仿真調(diào)試工作。 TuWrUpPObX2.2硬件連線硬件連線及I/O分配由于本設(shè)計(jì)是用智能調(diào)節(jié)儀 <進(jìn)行PID參數(shù)的控制）通過電動(dòng)調(diào)節(jié)閥改變閥悶1的開度，改變鍋爐液位，即可實(shí)現(xiàn)其跟隨鍋爐液位的給定值而變化。硬件原理圖及連線如圖2.1、圖2.2所示。為安全起見，硬件連線前要斷開所有的電源，連線完成，檢查無誤后再接通電源。7qWAq9jPqE執(zhí)行機(jī)構(gòu) 閥門 鍋爐 液 位壓力變送器給定值 智能儀表上位機(jī)圖2.1 鍋爐液位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖6/45個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用圖2.2鍋爐液位系統(tǒng)接線圖在組態(tài)王內(nèi)部是以 I/O變量來存儲(chǔ)外部信號(hào)的狀態(tài)和數(shù)值的，必須把這些不同的變量與外部信號(hào)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系做出明確的定義，才能夠正確的設(shè)計(jì)出控制程序。對(duì)于鍋爐液位控制系統(tǒng)，有兩個(gè)摸擬信號(hào)需要輸入到計(jì)算機(jī)：鍋爐液位和水箱液位。工業(yè)控制機(jī)有一個(gè)模擬信號(hào)需要輸出到電動(dòng)調(diào)節(jié)閥。鍋爐液位控制系統(tǒng)I/O分配表如表2.1所示。llVIWTNQFk表2.1輸入信號(hào)輸出信號(hào)對(duì)象PCL-818接線端子對(duì)象PCL-726接線端子A/DS2(+>、A/DS9<—D/A#1Iout(Ich1+>鍋爐液位）電動(dòng)調(diào)節(jié)閥輸入A/D S1(+>、A/DS8<—水箱液位）2.3工程的建立雙擊桌面上的組態(tài)王軟件的圖標(biāo)，進(jìn)入組態(tài)王軟件。在工程管理器界面上單擊工具欄中的“新建工程”按鈕或選擇菜單“文件新建工程”，按照組態(tài)王“新建工程向?qū)А碧崾荆⒁粋€(gè)用戶的新工程，工程名可設(shè)為“鍋爐液位監(jiān)控系統(tǒng)”yhUQsDgRT17/45個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用2.3.1 定義外部設(shè)備1)仿真PLC定義本系統(tǒng)中使用亞控仿真 PLC和組態(tài)王通信。畫面程序在實(shí)際運(yùn)行中是通過I/O設(shè)備和下位機(jī)交換數(shù)據(jù)的，當(dāng)程序在調(diào)試時(shí)，可以使用仿真 I/O設(shè)備模擬下位機(jī)向畫面程序提供數(shù)據(jù)，為畫面程序的調(diào)試提供方便。組態(tài)王提供一個(gè)仿真 PLC設(shè)備，用來模擬實(shí)際設(shè)備向程序提供數(shù)據(jù)，供用戶調(diào)試。在使用仿真 PLC設(shè)備前，首先要定義它，實(shí)際 PLC設(shè)備都是通過計(jì)算機(jī)的串口向組態(tài)王提供數(shù)據(jù)，所以仿PLC設(shè)備也是模擬安裝到串口 COM上。定義過程和步驟如下 MdUZYnKS8I按照“設(shè)備配置向?qū)А钡奶崾?，建立如圖的 PLC設(shè)備圖2.38/45個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用圖2.4變量的定義進(jìn)入新建工程后，在工程瀏覽器界面上，選擇“設(shè)備板卡”，在右邊出現(xiàn)的工程目錄內(nèi)容顯示中，雙擊“新建”圖標(biāo)，按照“設(shè)備配置向?qū)А钡奶崾?，建?個(gè)板卡設(shè)備“研華 PCL_818L”.“研華PCL_726”。其中板卡 PCL_818L的地址設(shè)為 300“雙端”模式，這樣 PCL_818L的輸入為雙端 5V電壓信號(hào)。板卡PCL_726的地址設(shè)為 2C0，選擇“單端”模式，這樣 PCL_726的輸出為單端4~~20mA電流信號(hào)。具體的地址設(shè)置和通道模式設(shè)置見板卡生產(chǎn)商提供的產(chǎn)品使用手冊(cè)。09T7t6eTno配置好設(shè)備后，就可以為系統(tǒng)建立 I/O型變量，以便工業(yè)控制計(jì)算機(jī)可以從現(xiàn)場采集信號(hào)，并將操縱值送至執(zhí)行機(jī)構(gòu)。鍋爐液位控制系統(tǒng)的 I/O型變量，如表2.2表.2.3表2.4所示。e5TfZQIUB52.2鍋爐液位控制系統(tǒng)I/O型變量分配表變量名變量類型連接設(shè)備寄存器報(bào)警組鍋爐液位HKI/O實(shí)型研華PCL-818LA/D1.F1L5.G1鍋爐液位報(bào)警水箱液位I/O實(shí)型研華PCL-818LA/D0.F1L5.G1調(diào)節(jié)閥開度UKI/O實(shí)型研華PCL-726DA02.3鍋爐液位控制系統(tǒng)I/O型變量數(shù)值范圍變量名最小值最小原始值最大值最大原始值讀寫屬性采樣頻率數(shù)據(jù)類型9/45個(gè)人資料整理僅限學(xué)習(xí)使用HK024574004095只讀200msShort水箱液位024574004095只讀200msShortUK001004095只寫200msShort表2.4鍋爐液位控制系統(tǒng)內(nèi)存型變量分配表變量名變量類型最小值最大值初始值水泵啟動(dòng)內(nèi)存離散關(guān)給定液位HR內(nèi)存實(shí)型0100第k-1次液位HK1內(nèi)存實(shí)型0100第k次偏差EK內(nèi)存實(shí)型0100第k-1次偏差EK1內(nèi)存實(shí)型0100第k-2次偏差EK2內(nèi)存實(shí)型0100計(jì)數(shù)內(nèi)存整型09999999990PID控制比例系數(shù)KP內(nèi)存實(shí)型01001閥門比例系數(shù)KI內(nèi)存實(shí)型01000時(shí)間常數(shù)T1內(nèi)存實(shí)型010020采樣周期T內(nèi)存實(shí)型01000.5泄水閥門內(nèi)存離散關(guān)鍋爐出水流體狀態(tài)內(nèi)存整型040水箱進(jìn)水流體狀態(tài)內(nèi)存整型040水箱泄水流體狀態(tài)內(nèi)存整型040鍋爐進(jìn)水流體狀態(tài)內(nèi)存整型0402.3.2 畫面制作鍋爐液位控制系統(tǒng)監(jiān)控畫面如圖2.3所示。畫面中的主體設(shè)備包括鍋爐、水箱、水泵、電機(jī)、水槽。大部分圖素可以從圖庫中找出，其中對(duì)水箱和鍋爐進(jìn)行了少許改動(dòng)。按鈕圖素包括“水泵啟動(dòng)”、“退出系統(tǒng)”、“爐液位實(shí)時(shí)趨勢曲線”。閥門圖素有調(diào)節(jié)閥.水箱泄水閥門.鍋爐出水閥門。其中調(diào)節(jié)閥來自圖庫，應(yīng)選擇帶有模擬值動(dòng)畫連接的閥門圖素；水箱些水閥門和鍋爐泄水閥門來自圖庫中的“閥2”，并對(duì)其進(jìn)行了相應(yīng)的改動(dòng)。文本對(duì)象包括指示標(biāo)簽若干、七個(gè)“####”文字標(biāo)簽。s1SovAcVQM10/45個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用圖2.5監(jiān)控中心畫面“報(bào)警窗口”畫面.如圖2.6所示，包括“報(bào)警窗口”控件和一個(gè)按鈕圖素。圖2.6“報(bào)警窗口”畫面“實(shí)時(shí)趨勢曲線”畫面如圖2.7所示，包括“實(shí)時(shí)趨勢曲線”畫面.一個(gè)按鈕圖素和任意三角行形狀的“筆”圖素。11/45個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用圖2.7 “實(shí)時(shí)趨勢曲線 ”畫面三個(gè)畫面屬性中的類型選項(xiàng)設(shè)置為“覆蓋式”。這樣在進(jìn)行畫面切換時(shí)，實(shí)時(shí)趨勢曲線能夠保持原有的顯示。2.3.3 動(dòng)畫連接主畫面的動(dòng)畫連接。“鍋爐”液位的動(dòng)畫連接：雙擊”鍋爐”圖素,彈出”反應(yīng)器”對(duì)話框,在”變量名(模擬量>：”編輯框中選擇“ 本站點(diǎn)\HK”,再進(jìn)行相應(yīng)的”顏色設(shè)置”、“填充設(shè)置”，如圖2.8所示。設(shè)置完成后，運(yùn)行時(shí)， “鍋爐”圖素前的紅色“多邊形”就能根據(jù)實(shí)際“鍋爐液位”的采樣值進(jìn)行高、低變化顯示。 GXRw1kFW5s12/45個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用圖2.8“水箱”液位的動(dòng)畫連接：雙擊“水箱”圖素前的藍(lán)色“點(diǎn)位圖”圖素，彈出的“動(dòng)畫連接”對(duì)話框，單擊“位置與大小變化”中的“縮放”按鈕，彈出“縮放連接”對(duì)話框。在“表達(dá)式”編輯框中選擇“ 本站點(diǎn)水箱液位”，再進(jìn)行相應(yīng)的“最小填充高度”對(duì)話框。在“表達(dá)式”編輯框中選擇“ 本站點(diǎn)水箱液位”，再進(jìn)行其他相應(yīng)的設(shè)置，如圖 2.9所示。設(shè)置完成后，運(yùn)行時(shí)，“水箱”圖素前的藍(lán)色“多邊形”就能根據(jù)實(shí)際“水箱液位”的采樣值進(jìn)行高、低變化顯示。UTREx49Xj9圖2.9“調(diào)節(jié)閥門開度”的動(dòng)畫連接：雙擊“調(diào)節(jié)閥”圖素，彈出“管道”對(duì)話框，在：“變量名<模擬量）：”編輯框中選擇“ 本站點(diǎn)水箱液位”，再進(jìn)行相應(yīng)的“刷屬性”、“填充屬性”設(shè)置。設(shè)置完成后，運(yùn)行時(shí)，“調(diào)節(jié)閥”圖素的就能根據(jù) PID算法計(jì)算出的“調(diào)節(jié)閥門開度”操縱值進(jìn)行高、低顏色變化顯示。8PQN3NDYyP“水泵啟動(dòng)”按鈕、水泵、電機(jī)的動(dòng)畫連接：雙擊“水泵啟動(dòng)”按鈕，彈出“動(dòng)畫連接”對(duì)話框，單擊“命令語言連接”中的“彈起時(shí)”按鈕，彈出“命令語言”編輯框。在編輯框中輸入如下命令語言：mLPVzx7ZNwIf(水泵啟動(dòng)==1>水泵啟動(dòng)=0。else 水泵啟動(dòng)=1。再雙擊“水泵”圖素，彈出的“泵”對(duì)話框，在“變量名 <離散量）：”編輯框中選擇“ 本站點(diǎn)水泵啟動(dòng)”，再進(jìn)行相應(yīng)的“顏色設(shè)置”；最后雙擊“馬達(dá)”圖素，彈出“馬達(dá)向?qū)А睂?duì)話框，再進(jìn)行相應(yīng)的“顏色設(shè)置”，設(shè)置完成后，點(diǎn)13/45個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用“水泵啟動(dòng)”，再進(jìn)行相應(yīng)的“顏色設(shè)置”，設(shè)置完成后，運(yùn)行時(shí)，單擊“水泵啟動(dòng)”，離散量“水泵啟動(dòng)”由“關(guān)閉”變?yōu)椤按蜷_”，“水泵”圖素和“電機(jī)”圖素上的“紅色”矩形會(huì)變成“綠色”矩形，以此表示水泵和電機(jī)處于通電運(yùn)行狀態(tài)；再單擊“水泵啟動(dòng)”按鈕，離散量“水泵啟動(dòng)”將切換成“關(guān)閉”，“水泵”圖素和“電機(jī)”圖素上的“綠色”矩形會(huì)變成“紅色”矩形，以此表示水泵和電機(jī)處于斷電狀態(tài)。AHP35hB02d“水箱進(jìn)水”流體的動(dòng)畫連接：沿水箱進(jìn)水管上畫出四段短“直線”圖素，雙擊第一段短“直線”圖素，彈出“動(dòng)畫連接”對(duì)話框，單擊“特殊”中的“隱含”按鈕，彈出“隱含連接”對(duì)話框。在“條件表達(dá)式”編輯框中輸入“本站點(diǎn)水箱進(jìn)水流體狀態(tài)==1”，當(dāng)“表達(dá)式為真時(shí)”選擇“顯示”。用同樣的方法對(duì)其他三段短“直線”圖素進(jìn)行動(dòng)畫連接，在“條件表達(dá)式”編輯框中依次輸入“本站點(diǎn)水箱進(jìn)水流體狀態(tài)==2”，“本站點(diǎn)水箱進(jìn)水流體狀態(tài)==3”，“本站點(diǎn)水箱進(jìn)水流體狀態(tài)==4”。用復(fù)制、粘貼、旋轉(zhuǎn)等方法將這四段短“直線”沿水箱進(jìn)水方向布滿整個(gè)水箱進(jìn)水管道。設(shè)置完成后，運(yùn)行時(shí)，當(dāng)“水泵啟動(dòng)”離散變量為打開時(shí)，只要循環(huán)改變變量“ 本站點(diǎn) 水箱進(jìn)水流體狀態(tài) ”的值，就能依次顯示這四段短直線。在視覺效果上，相當(dāng)于水流動(dòng)的效果。NDOcB141gT“水箱泄水門閥”、“水箱泄水”流體的動(dòng)畫連接：在“主畫面”制作系統(tǒng)中，從圖庫中調(diào)出閥門圖素 ，選擇菜單“圖庫 /轉(zhuǎn)換成普通圖素”將其轉(zhuǎn)換成普通圖素 。再選擇菜單“排列 /合成組合圖素”，將組合圖素變?yōu)?。選擇菜單“排列/逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90度”、“排列/垂直翻轉(zhuǎn)”將合成圖素變?yōu)?。可以將組合圖素分裂，在選中閥體圖素，改變閥體的畫刷類型，之后選中所有組成閥門的圖素，選擇菜單“排列 /合成組合圖素”，將形成“泄水閥門”打開圖素 。在此圖素的基礎(chǔ)上，可加工形成”泄水閥門“關(guān)閉圖素。為“泄水閥門”打開圖素分別建立隱含、彈起時(shí)動(dòng)畫連接。同樣為“泄水閥門”關(guān)閉圖素分別建立隱含、彈起時(shí)動(dòng)畫連接，其設(shè)置正好與“泄水閥門”打14/45個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用開圖素相反將兩圖素在位置上重合在一起，可以選擇菜單“排列/合成單元”，再選擇菜單“圖庫/創(chuàng)建圖庫精靈”將建好的“泄水閥門”圖素加入到圖庫中，以便將來使用。設(shè)置完成后，運(yùn)行時(shí)，單擊“泄水閥門”圖素，離散量“泄水閥門”在“關(guān)閉”和“打開”之間切換，“泄水閥門”圖素也將在“關(guān)閉”和“打開”之間切換。1zOk7Ly2vA至于“水箱泄水”流體的動(dòng)畫連接，可參照“水箱進(jìn)水”流體的動(dòng)畫連接方法制作。設(shè)置完成后，運(yùn)行時(shí)，當(dāng)“水位液體”處于溢流狀態(tài)，且“泄水閥門”離散變量為“打開”狀態(tài)時(shí)，只要循環(huán)改變變量“本站點(diǎn)水箱進(jìn)水流體狀態(tài)”的值，就能依次顯示這四段短直線。在視覺效果上，相當(dāng)于水流動(dòng)的效果。fuNsDv23Kh“鍋爐出水閥門2”、“鍋爐出水”流體的動(dòng)畫連接：鍋爐出水閥門的連接參照“調(diào)節(jié)閥開度”的動(dòng)畫連接。至于“鍋爐出水”流體的動(dòng)畫連接，可參照“水箱進(jìn)水”流體的動(dòng)畫連接方法制作。設(shè)置完成后，運(yùn)行時(shí)，打擊“鍋爐液位”大于零，且“出水閥門”離散變量為“打開”狀態(tài)時(shí)，只要循環(huán)改變變量“ 本站點(diǎn)水箱出水流體狀態(tài) ”的值，就能依次顯示這四段短直線。在視覺效果上，相當(dāng)于水流動(dòng)的效果。tqMB9ew4YX8)“溢流”、“水箱泄水閥門開”、“水箱泄水閥門關(guān)”、“鍋爐出水閥門開”、“鍋爐出水閥門關(guān)”文本圖素的動(dòng)畫連接：雙擊要建立動(dòng)畫連接的文本對(duì)象<如“溢流”），彈出“動(dòng)畫連接”對(duì)話框。單擊“特殊”中的“隱含”按鈕，彈出“隱含連接”對(duì)話框。在“條件表達(dá)式”編輯框中輸入 本站點(diǎn)水箱液位>=390，當(dāng)“鍋爐液位”大于最高水位390mm時(shí)，水箱即處于“溢流”狀態(tài)，“溢流”文本顯示。用同樣的方法對(duì)其他四個(gè)文本對(duì)象建立動(dòng)畫連接?！八湫顾y門開”文本對(duì)象動(dòng)畫連接的“條件表達(dá)式”為本站點(diǎn)泄水閥門==1；“水箱泄水閥門關(guān)”文本對(duì)象動(dòng)畫連接的“條件表達(dá)式”為本站點(diǎn)泄水閥門==0；“鍋爐出水閥門關(guān)”文本對(duì)動(dòng)畫連接的“條件表達(dá)式”為本站點(diǎn)出水閥門==0。HmMJFY05dE七個(gè)“####”文字標(biāo)簽的動(dòng)畫連接：雙擊“調(diào)節(jié)閥開度”文本圖素后的“####”文字標(biāo)簽，彈出“動(dòng)畫連接”對(duì)話框。單擊“值輸出”中的“模擬值輸出”按鈕，彈出“模擬值輸出連接”對(duì)話框。在“表達(dá)式”編輯框中輸入本站點(diǎn)調(diào)節(jié)閥開度，再進(jìn)行“輸出方式”、“對(duì)齊方式”的 設(shè)置，單擊“確定”按15/45個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用鈕，完成“模擬值輸出連接”。運(yùn)行時(shí)，“調(diào)節(jié)閥開度”后的“ ####”文字標(biāo)簽將顯示實(shí)型變量“調(diào)節(jié)閥開度”的數(shù)值。用同樣的方法在對(duì)其他六個(gè)“####”文字標(biāo)簽都建立模擬值輸出動(dòng)畫連接，其連接的表達(dá)式根據(jù)其前面的指示標(biāo)簽設(shè)定。ViLRaIt6sk對(duì)于“液位給定值”、“時(shí)間常數(shù) T1”、“閥門比例系數(shù)” 、“采樣周期”、 “PID比例系數(shù) KP”五個(gè)文本圖素后的“ ####”文字標(biāo)簽，還要建立“模擬值輸入連接”。雙擊“液位給定值”后的“ ####”文字標(biāo)簽，彈出“動(dòng)畫連接”對(duì)話框。單擊“值輸入”中的“模擬值輸入”按鈕，彈出“模擬值輸入連接”對(duì)話框。在“變量名”編輯框輸入“ 本站點(diǎn)\HR”再進(jìn)行“提示信息”、“值范圍”的設(shè)置。單擊“確定”按鈕，完成“模擬值輸入連接”。運(yùn)行時(shí)，單擊“液位給定值”后的文本圖素，將出現(xiàn)如圖 2.10所示的對(duì)話框。用戶可以再編輯框中直接輸入數(shù)字或用鼠標(biāo)單擊下面的數(shù)字鍵輸入數(shù)字，輸入的數(shù)字將存入變量“給定液位”中。用戶標(biāo)簽建立模擬值輸入動(dòng)畫連接，其連接的變量名根據(jù)其前面的指示標(biāo)簽設(shè)定。9eK0GsX7H1圖2.10?！皵M值輸入”對(duì)話框循環(huán)改變“水箱進(jìn)水流體狀態(tài)”、“水箱泄水流體狀態(tài)”、“鍋爐進(jìn)水流體狀態(tài)”、“鍋爐出水流體狀態(tài)”等變量的值：在“主畫面”空白處，單擊鼠標(biāo)右鍵，彈出快捷菜單。選擇“畫面屬性”、進(jìn)入“畫面屬性”對(duì)話框。單擊“命令語言.”按鈕，進(jìn)入“畫面命令語言”編輯器，單擊“存在時(shí)”頁面，輸入相應(yīng)程序。naK8ccr8VI“退出”、“鍋爐液位實(shí)時(shí)趨勢曲線”按鈕的動(dòng)畫了連接：雙擊“退出”按鈕，彈出“動(dòng)畫連接”對(duì)話框。單擊“名字語言連接”中的“彈起時(shí)”按16/45個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用鈕，進(jìn)入“命令語言”編輯器。輸入命令exit(0>；。單擊“確定”按鈕，完成“彈起時(shí)”動(dòng)畫連接。運(yùn)行時(shí)，單擊“退出”按鈕、將會(huì)退出組態(tài)王運(yùn)行系統(tǒng)，返回Windows.用同樣的方法為“鍋爐也是實(shí)時(shí)趨勢曲線”設(shè)置“彈起時(shí)”動(dòng)畫連接，起輸入命令為ShowPicture<“實(shí)時(shí)趨勢曲線”）。。運(yùn)行時(shí)，單擊“鍋爐液位實(shí)時(shí)趨勢曲線”，系統(tǒng)會(huì)切換到“實(shí)時(shí)趨勢曲線”的畫面。 B6JgIVV9ao“報(bào)警窗口”畫面的動(dòng)畫連接?！皥?bào)警窗口”控件的動(dòng)畫連接步驟如下：首先定義報(bào)警組。在組態(tài)王工程瀏覽器的目錄樹中選擇“數(shù)據(jù)庫報(bào)警組”，雙擊右側(cè)的目錄內(nèi)容顯示區(qū)出現(xiàn)的“請(qǐng)雙擊這兒進(jìn)入 <報(bào)警組>對(duì)話框”圖標(biāo)。彈出報(bào)警組定義對(duì)話框 ,為本工程定義報(bào)警組如圖 2.11所示。P2IpeFpap5圖2.11“報(bào)警組定義”對(duì)話框設(shè)置變量的報(bào)警屬性。在組態(tài)王工程瀏覽器“數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)詞典”中選擇一個(gè)變量“鍋爐液位”，雙擊它，彈出的“定義變量”對(duì)話框上選擇“報(bào)警定義”屬性頁，在彈出的“報(bào)警定義”對(duì)話框中進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置，如圖2.12所示。3YIxKpScDM17/45個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用圖2.12“鍋爐液位HK”的變量報(bào)警屬性的定義配置報(bào)警窗口。在已建立報(bào)警窗口的“報(bào)警窗口”畫面中，雙擊報(bào)警窗口，彈出報(bào)警窗口配置屬性頁。在這個(gè)對(duì)話框中，設(shè)置“報(bào)警窗口”的“通用屬性”、“列屬性”、“操作屬性”、“條件屬性”、“顏色和字體屬性”。“切換到主畫面”按鈕的“命令語言”—“彈起時(shí)”動(dòng)畫連接方法與主畫面的“實(shí)時(shí)趨勢曲線”按鈕相同，其輸入命令為ShowPicture<“監(jiān)控中心”）；。設(shè)置完成后，在運(yùn)行中，單擊此按鈕，系統(tǒng)能返回到“主畫面”。gUHFg9mdSs“實(shí)時(shí)趨勢曲線”畫面的動(dòng)畫連接。在“實(shí)時(shí)趨勢曲線”畫面中雙擊“實(shí)時(shí)趨勢曲線”控件，彈出“實(shí)時(shí)趨勢曲線”對(duì)話框。設(shè)置如圖2.13、圖2.14所示。uQHOMTQe7918/45個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用圖2.13“實(shí)時(shí)趨勢曲線”的“曲線定義”配置圖2.14 實(shí)“時(shí)趨勢曲線 ”的“標(biāo)示定義”2.4 控制軟件的設(shè)計(jì)2.4.1 數(shù)字控制器算法流程的設(shè)計(jì)本系統(tǒng)中采樣數(shù)字控制器對(duì)鍋爐液位 HK進(jìn)行控制。其控制過程是首先通過模擬量輸入通道對(duì)控制參數(shù)進(jìn)行采樣，并將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，然后計(jì)算機(jī)按一定控制算法進(jìn)行運(yùn)算處理，運(yùn)算結(jié)果由模擬量輸出通道輸出，并通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)去控19/45個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用制生產(chǎn)過程，以達(dá)到期望的效果。這里，計(jì)算機(jī)執(zhí)行按某種算法編寫的程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)被控制對(duì)象的控制和調(diào)節(jié)，被稱為數(shù)字控制器。 IMGWiDkflP在微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，是用微型計(jì)算機(jī)作數(shù)字控制器的。圖 1為一常見的微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的原理圖 。微型計(jì)算機(jī) D/A 被控對(duì)象A/D圖2.15如圖2，為被控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖U(zG(S>R(z>C(z>>D(z>Gp(s>閥門圖2.16其中被控對(duì)象 GP(s) KIT1s 1本系統(tǒng)中采樣PID歸一化參數(shù)整定法設(shè)PID增量算式為u(kT) Kp{[e(kT) e[(k 1)T]] Te(kT)TD[e(kT)2e[(k1)T]e[(k2)T]]}TI TKp{(1 T TD)e(kT)(12TD)e[(k1)T]TDe[(k2)T]}TI T T TKp{a0e(kT) a1e[(k 1)T] a2e[(k 2)T]}(2-1>式中，a0=1 T TDTI Ta1=(12TD)Ta2=TD(2-2>T對(duì)式作Z變換，可得PID數(shù)字控制器的Z傳遞函數(shù)為U(z)Kp(a0a1z1a2z2)D(z)1z1E(z)20/45個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用T 0.1TsTI 0.5Ts(2-3>TD 0.125Ts式中，Ts是純比例控制時(shí)的臨界振蕩周期。將式2-3帶入式2-1和式2-2，可得Kp(2.45 3.5zD(z)1 z

1.25z2)1相應(yīng)的差分方程為u(kT) Kp{2.45e(kT) 3.5e[(k 1)T] 1.25e[(k 2)T]}由式可以看出，對(duì)四個(gè)參數(shù)的整定簡化成了對(duì)一個(gè)參數(shù) Kp的整定，使問題明顯地簡化了。所以本系統(tǒng)中的 PID控制流程圖為開始水箱液位？=400NK？=0Y取第k次偏差EK及EK1、EK2、將UK、UK1、EK、EK1、EK2、UK1HK、HK1、閥1等清零作HkKITT1HkUkT1TT1T1K=K+1UkUk12.45Kpek3.5Kpek11.25Kpek2變量傳遞:UK1=UK,EK2=EK1,EK1=EK,HK1=HK描點(diǎn)繪圖:HK,HRWHF4OmOgAwPID控制流程圖并且當(dāng)UK>100將其置為100；UK<0或HK1>100將UK置為0；若HK1<0將HK1置為0。2.4.2 水箱液位的控制設(shè)計(jì)21/45個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用本設(shè)計(jì)中對(duì)水箱液位的控制設(shè)為：當(dāng)水泵啟動(dòng)時(shí)，如果調(diào)節(jié)閥、泄水閥門同時(shí)關(guān)時(shí)，水箱液位單位時(shí)間增加20；如果有一個(gè)開，水箱液位增加15；兩個(gè)同時(shí)開始，水箱液位增加10。當(dāng)水泵關(guān)閉時(shí)，如果水箱液位>50(由于此時(shí)，水箱中的水流入水槽>，當(dāng)調(diào)節(jié)閥關(guān)時(shí)，水箱液位單位時(shí)間減少10；但是調(diào)節(jié)閥開時(shí)，水箱液位就減少20。aDFdk6hhPd如上所示，水箱液位控制的流程圖如下開始泵啟動(dòng)YN水箱液位<50Y

N調(diào)節(jié)閥開度<0調(diào)節(jié)閥開度<0水箱液位+15 水箱液位+10水箱液位+20ozElQQLi4T

水箱液位+15如果水泵關(guān)閉時(shí)開始水泵關(guān)閉YN水箱液位<50Y

N調(diào)節(jié)閥開度<0調(diào)節(jié)閥開度<0水箱液位-10 水箱液位-20水箱液位不變CvDtmAfjiA

水箱液位-10水箱液位控制流程圖2.4.3 報(bào)警控制的設(shè)計(jì)鍋爐液位過高或過低都會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的后果，液位過高 <>90）會(huì)溢出，液位過低<<10）會(huì)使得鍋爐干燒，造成爆炸等嚴(yán)重后果。因此應(yīng)對(duì)其進(jìn)行必要的監(jiān)控，22/45個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用從而進(jìn)行調(diào)整。QrDCRkJkxh開始HK<10HK>90報(bào)警置為 1不報(bào)警報(bào)警置為 1報(bào)警控制流程圖進(jìn)行相應(yīng)的報(bào)警設(shè)置 ，如圖第三章 系統(tǒng)調(diào)試3.1 仿真調(diào)試由于時(shí)間的限制，本設(shè)計(jì)采用仿真PLC系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)功能仿真和測試，當(dāng)程序在調(diào)試時(shí)，使用仿真I/O設(shè)備模擬下位機(jī)向畫面程序提供數(shù)據(jù)，為畫面程序的調(diào)試提供方便。組態(tài)王提供一個(gè)仿真PLC設(shè)備，用來模擬實(shí)際設(shè)備向程序提供數(shù)據(jù)，供用戶調(diào)試。 4nCKn3dlMX3.2 控制軟件的調(diào)試軟件調(diào)試的步驟如下：根據(jù)系統(tǒng)各功能模塊流程圖編寫程序；23/45個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用對(duì)各功能模塊進(jìn)行逐一編譯調(diào)試；各功能模塊調(diào)試正常后，進(jìn)行聯(lián)合編譯調(diào)試。此時(shí)需要注意的問題是程序的連貫性及各功能的相互搭配。對(duì)全部程序進(jìn)行調(diào)試，調(diào)試成功后，要對(duì)程序進(jìn)行精簡化，在完成各功能的前提下，剔除多余的程序代碼。系統(tǒng)接線和程序檢查無誤后，可以接通電源。在工程瀏覽器上單擊工具欄中的“VIEW”按鈕，進(jìn)入組態(tài)王運(yùn)行系統(tǒng)。如果是在畫面制作系統(tǒng)，請(qǐng)選擇“文件切換到VIEW”，也可進(jìn)入組態(tài)王運(yùn)行系統(tǒng)。ijCSTNGm0E用戶可以單擊“水泵啟動(dòng)”按鈕，電機(jī)和水泵中的紅色圖素變成綠色，同時(shí)“水箱減稅”流體的動(dòng)畫顯示。單擊“水箱泄水閥門”、“爐出水閥門”，兩閥門圖素在“打開”、“關(guān)閉”間切換?！八湫顾焙汀板仩t出水”流體動(dòng)畫的顯示與否，還取決于“水箱”是否在溢流狀態(tài)，“鍋爐液位”是否大于零。vfB1pxanfk用戶可以單擊“鍋爐給定液位”后的文本，彈出“輸入”對(duì)話框，用戶可在此輸入“鍋爐液位給定值”。系統(tǒng)的運(yùn)行效果如圖 3.1、圖3.2、圖3.3所示。用戶如果對(duì)控制效果不滿意，可以在線反復(fù)修改“閥門比例系數(shù)”和“ PID比例系數(shù)KP”，以使控制精度能夠滿足要求。 JbA9VhEou1圖3.1 鍋爐液位控制系統(tǒng) “監(jiān)控中心”運(yùn)行效果24/45個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用圖3.2 鍋爐液位控制系統(tǒng) “實(shí)時(shí)趨勢曲線 ”畫面運(yùn)行效果圖3.3 鍋爐液位控制系統(tǒng) “報(bào)警窗口”畫面運(yùn)行效果3.3 數(shù)據(jù)測試數(shù)據(jù)測試能夠反應(yīng)系統(tǒng)的性能指標(biāo)，并通過測試分析各性能是否符合設(shè)計(jì)要25/45個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用求及用戶要求。本設(shè)計(jì)中我采用的采樣周期 T=0.5s，T1=20,并通過改變 PID比例系數(shù)KP、閥門比例系數(shù) KI的值。測試數(shù)據(jù)如圖所示 X7Ahr18pJIKP=1，KI=0.7圖3.4從圖中可以看出鍋爐液位 HK可以跟蹤給定液位 HR，最終趨于穩(wěn)定。但是它的上升比較緩慢i.i KP=2，KI=1.526/45個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用圖3.5經(jīng)過閥門比例系數(shù) KI、PID控制比例系數(shù) KP，系統(tǒng)的上升時(shí)間有所提高，但是振蕩幅度比較大。所以選擇是應(yīng)該折中考慮。 b3zqXLCqXo3.4 分析討論經(jīng)過多次調(diào)試，我設(shè)計(jì)的系統(tǒng)終于可以跟蹤給定值的變化而變化。起初根據(jù)我的思路設(shè)計(jì)的控制軟件根本不能跟蹤給定液位的變化，在調(diào)試時(shí)，系統(tǒng)一直沒有采入值。之后我通過調(diào)整程序，很好的實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)設(shè)置的功能。 pZyytu5rc5首次編寫PID控制程序，調(diào)試時(shí)總會(huì)出現(xiàn)一些語法錯(cuò)誤，以致設(shè)置的功能比如歸一化參數(shù)整定經(jīng)常不起作用，最后發(fā)現(xiàn)忘了變量的傳遞，修改程序后才使其功能得以實(shí)現(xiàn)。DVyGZezsrM本設(shè)計(jì)采用仿真 PLC模擬下位機(jī)跟組態(tài)王進(jìn)行通訊，由于時(shí)間緊迫，也只是進(jìn)行虛擬的設(shè)計(jì)，而只是簡單的了解硬件接口的設(shè)計(jì)，所以還是與實(shí)際控制系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)有所距離。至于 PID參數(shù)的整定采用了歸一化的方法，使得設(shè)計(jì)變得簡單，由先前對(duì)四個(gè)參數(shù)的整定，變?yōu)閷?duì)一個(gè)參數(shù)進(jìn)行整定便可以滿足設(shè)計(jì)需求。RQxPvY3tFs從上節(jié)圖中可以看出。改變KI及KP這兩個(gè)參數(shù)，可以使系統(tǒng)的性能得以改善。這樣改變一個(gè)參數(shù)KP，其他的參數(shù)會(huì)進(jìn)行整體的改變，而影響系統(tǒng)性能。5MxX1IxuU9第四章結(jié)論本設(shè)計(jì)結(jié)合了軟件與硬件的設(shè)計(jì)，是對(duì)我大學(xué)所學(xué)知識(shí)的一次綜合性檢測與考驗(yàn)，不僅在理論方面還是在動(dòng)手方面都得到了很大的提高。本設(shè)計(jì)運(yùn)用組態(tài)王軟件、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、 C++語言等多方面的知識(shí)，讓我對(duì)這些知識(shí)有了更清晰，更深入的認(rèn)識(shí)。在設(shè)計(jì)該系統(tǒng)的過程中，讓我深刻體會(huì)到查閱資料的重要性，這些資料不僅拓寬了我的思路，加快了設(shè)計(jì)的進(jìn)度，而且使我是設(shè)計(jì)更加完整，功能更豐富 jIw5xs0v9P在數(shù)據(jù)測試和調(diào)試方面，由于沒有做出時(shí)間樣品，所以數(shù)據(jù)只能用軟件仿真測得。系統(tǒng)所測數(shù)據(jù)滿足設(shè)計(jì)要求，且很好的實(shí)現(xiàn)了各項(xiàng)功能。由于本設(shè)計(jì)采用了仿真數(shù)據(jù)，與實(shí)際數(shù)據(jù)可能存在一定的誤差。 xEve2buwnw通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，讓我更深刻的了解了組態(tài)王在工業(yè)中的應(yīng)用，也讓我了27/45個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用解了專業(yè)知識(shí)的同時(shí)，也對(duì)本專業(yè)的前景充滿信心。無論在軟件設(shè)計(jì)還是硬件選取中，我都采用了比較先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法，但仍有許多缺陷。 KAvmyVYxCd致謝本人的本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文一直是在我的導(dǎo)師虎恩典教授悉心指導(dǎo)下完成的。他嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作作風(fēng)，深深地感染和激勵(lì)著我。并且在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，虎恩典教授不斷對(duì)我所得結(jié)論進(jìn)行總結(jié)，也使我接觸到了許多理論和實(shí)際上的新問題，使我做了許多有益的思考。從課題的選擇到工程的最終完成，虎老師都始終給予我細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持。在此表示誠摯的感謝和由衷的敬意。Ywuu4FszRT另外我要感謝在一起愉快的度過大學(xué)生活的室友，正是由于你們的幫助和支持，我才能克服一個(gè)一個(gè)的困難和疑惑，直至本文的順利完成。我還要感謝學(xué)院，給我們提供電腦，讓我們順利完成了畢業(yè)論文。在此感謝所以給我提供幫助的同學(xué)和老師，謝謝你們！cstDApWA6A從開始進(jìn)入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學(xué)、朋友給了我無言的幫助，在這里請(qǐng)接受我誠摯的謝意！最后我還要感謝培養(yǎng)我長大含辛茹苦的父母，謝謝你們!再次感謝我的家人，我的同學(xué)和所有關(guān)心我的人。qotL69pBkh參考文獻(xiàn)覃貴禮，吳尚慶.組態(tài)軟件控制技術(shù).北京：北京理工大學(xué)出版社，2007.8譚浩強(qiáng).C++程序設(shè)計(jì).北京：機(jī)械工業(yè)出版社賴壽宏.微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2000.5李剛民,曹巧媛,曹琳琳，陳忠平.單片機(jī)原理及實(shí)用技術(shù).北京：高等教育出版社，2005.4中國電子資源網(wǎng)[6] 中國知網(wǎng)

[7]電子開發(fā)論壇

李朝青.單片機(jī)原理及接口技術(shù).北京：北京航空航天大學(xué)出版社鄒伯敏.自動(dòng)控制理論.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.1附錄1：源程序循環(huán)改變流體狀態(tài)28/45個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用If< 本站點(diǎn)水泵啟動(dòng)）//循環(huán)改變量水箱進(jìn)水流體狀態(tài)的值 EksTCSTCzX{If<水箱進(jìn)水流體狀態(tài)<4）水箱進(jìn)水流體狀態(tài)=水箱進(jìn)水流體狀態(tài)+1；Else水箱進(jìn)水流體狀態(tài)=1；}Else水箱進(jìn)水流體狀態(tài)=0；//循環(huán)改變變量水箱泄水流體狀態(tài)的值If<本站點(diǎn)水箱液位本站點(diǎn)泄水閥門==1）Sgs28CnDOE{If<本站點(diǎn)水箱泄水流體狀態(tài)<4）.6craEmRE2k本站點(diǎn)水箱泄水流體狀態(tài)本站點(diǎn)水箱泄水流體狀態(tài)+1；k8qia6lFh1Else本站點(diǎn)水箱泄水流體狀態(tài)=1；y3qrGQOGwI}Else本站點(diǎn)水箱泄水流體狀態(tài)=0；MZpzcAiHKo//循環(huán)改變變量鍋爐出水流體狀態(tài)的值If<本站點(diǎn)鍋爐液位本站點(diǎn)出水閥門==1）0VoHIjMIZ5{If<本站點(diǎn)鍋爐出水流體狀態(tài)<4）dRoQe3gJeM本站點(diǎn)鍋爐出水流體狀態(tài)本站點(diǎn)鍋爐出水流體狀態(tài)+1；rNnYJNKKtsElse本站點(diǎn)鍋爐出水流體狀態(tài)=1；FJn6fxdLH9}Else本站點(diǎn)鍋爐出水流體狀態(tài) =0；TFmfLhHMWP//循環(huán)改變變量鍋爐進(jìn)水流體狀態(tài)的值If< 本站點(diǎn)調(diào)節(jié)閥開度本站點(diǎn)水箱液位>0）7Blnh0bNbw{If<鍋爐進(jìn)水流體狀態(tài)<4）鍋爐進(jìn)水流體狀態(tài) =鍋爐進(jìn)水流體狀態(tài) +1；Else鍋爐進(jìn)水流體狀態(tài) =1；}Else鍋爐進(jìn)水流體狀態(tài) =0；選擇畫面命令語言執(zhí)行時(shí)間間隔為每 200毫秒。數(shù)字控制器的算法if(水箱液位>390>//PID控制{{if(k==0>/* 計(jì)數(shù)判斷*/{UK=0。UK1=0。EK1=0。EK2=0。EK=0。HK=0。HK1=0。閥門1=0。}/*初值清零*/lxlvNKFOpdif(k>=0>{ {EK=HR-HK1 。/*求取第K次采集后的偏差 */29/45個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用{ UK=UK1+KP*2.45*EK-KP*3.5*EK1+KP*1.25*EK2 。 /*PID 控 制 計(jì) 算*/ztkEju9PETif(UK>100> UK=100 。if(UK<0||HK1>100> UK=0 。if(HK1<0> HK1=0 。HK=KI*(T/(T+T1>>*UK1+(T1/(T+T1>>*HK1 。}UK1=UK。EK2=EK1。EK1=EK。HK1=HK。/*各變量遞推*/}}k=k+1。/*計(jì)數(shù)累加*/液位.AddNewPoint(k,HK,1> 。/*實(shí)時(shí)曲線畫點(diǎn) */液位.AddNewPoint(k,HR,0>。}else{水泵啟動(dòng)=0。k=0。液位.Clear(1>。UK=0。HK=0。}}3. 水箱液位控制//水箱液位控制本站點(diǎn)水泵啟動(dòng)==1>本站點(diǎn)水箱液位<50>本站點(diǎn)調(diào)節(jié)閥開度<=0> 本站點(diǎn)水箱液位 本站點(diǎn)水箱液位+20。NpjMPeCQTA本站點(diǎn)水箱液位 本站點(diǎn)水箱液位+15。}本站點(diǎn)水箱液位>50>本站點(diǎn)調(diào)節(jié)閥開度<=0> 本站點(diǎn)水箱液位 本站點(diǎn)水箱液位+15。1ljUlY6R8h本站點(diǎn)水箱液位 本站點(diǎn)水箱液位+10。}}else{本站點(diǎn)水箱液位<50>本站點(diǎn)調(diào)節(jié)閥開度本站點(diǎn)水箱液位本站點(diǎn)水箱液位。本站點(diǎn)水箱液位本站點(diǎn)水箱液位-10。}本站點(diǎn)水箱液位>=50>本站點(diǎn)調(diào)節(jié)閥開度<=0>本站點(diǎn)水箱液位本站點(diǎn)水箱液位-10。fhi3RIASmX本站點(diǎn)水箱液位本站點(diǎn)水箱液位-20。}}附錄2：英文原文Systemcompensation30/45個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用1IntroductionItwasmentionedearlierthatperformanceofacontrolsystemismeasuredbyitsstability,accucacy,andspeedofresponse.ingeneraltheseitemsarespecifiedwhenasystemisbeingdesignedtosatisfyaspecifictask.Quiteoftenthesimultaneoussatisfactionofalltheserequirementscannotbeachievedbyusingthebasicelementsinthecontrolsystem.Evenafterintroducingcontrollersandfeedback,wearelimitedastothechoicewemayexerciseinselectingacertaintransientresponsewhilerequiringasmallsteadystateerror.Wewillshowhowthedesiredtransientaswellasthesteadystatebehaviorofasystemmaybeobtainedbyintroducingcompensatoryelements(alsocalledequalizernetworks>intothatcontrolsystemloop.Thesecompensationelementsaredesignedsothattheyhelpachievesystemperformance,i.e.bandwidth,phasemargin,peakovershoot,steadystateerror,etc.withoutmodifyingtheentiresysteminamajorway.scibnr4TBEFormourexperiencesofarwerecognizethatanychangesinsystemperformancecanbeachievedonlythoughvaryingtheforwardloopgain.Considerthethird-orderunityfeedbacksystemwiththefollowingforwardlooptransferfunction, G8hjTbyUQkKG(s)s(s a)(s b)FromtheRouth-Hurwitzcriterionweknowthatstabilityrequires K ab(a b)U4gspV1V41Wealsoknowthatthesteadystateerrortoarampinputis80gAVFvXjIess lim s[12 1 ] abs 1 G(s) Ks 0Obviouslyifitisnecessarytominimizethesteadystateerror,thegainKshouldbeincreased.SinceK is constrained to a maximum value of ab<a +b）,the minimum steadystate errorbecomesmWfIqpZYyo[ess]min1baAfurtherdecreaseintheerrorrequiresanincreaseinKwhichinturnhasadestabilizingeffectonthesystem,Itisthereforeclearthattheforward“gaingameASeRW8tZM5”isratherlimited.2thestabilizationofunstablesystemsSincetheincreasingoftheforwardloopgainKtendstodestabilizeasystem,wemustfindwaysitcompensateitonsuchawayastostabilizeitagain.ItwasestablishedinChapter6thattheadditionofapoleinG(s>H(s>tendstohaveadestabilizinginfluenceonsystemresponse.Canwethereversetheargumentandsaythattheadditionofazerotendstohaveastabilizinginfluenceonsystemresponse?Letusanswerthisbyconsideringanexample.ConsiderthecontrolsystemwithitstransferfunctiongiveninExample6-5.OOeZsSX01MThissystemisunstableifK> KcNowconsiderthesamesystembutwiththeadditionofazero,2Kd7YCq1gs31/45G(s)H(s)

個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用K(s3 1)s(s1 1)(s2 1)Thisisthetypeoffunctionweobtainifweweretoaddderivativeandproportionalcontroltoathird-orderservomechanism.ThecharacteristicequationbecomesgGcgumU2v9s312s2(12)(K31)sKs(s11)(s201)Andthezerosofthecharacteristicequationaredeterminedby uCco06o3JPs312s2(12)(K31)sk0TheRoutharraybecomess312(K31>s212Kb1=(K31)(12)K1212s1bbb=0122s0c1c1KForstabilityb1 0,andthereforeK( 1 3 2 3 1 2) ( 1 2) 0Clearly,withaproperselectionofthetimeconstants,thismaybesatisfied.TheNyquistplotforthisisshowninFig.1IybwwQS4Yw0=∞0Fig.13CASCADEDCOMPENSATIONAsindicatedinFig.2,cascadedcompensationconsistsofplacingelementsinserieswiththeforwardlooptransferfunction.Suchcompensationmaybeclassifiedintothefollowingcategories:VubF2zm5ddPhase-lagcompensationPhase-leadcompensation32/45個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用+CompensationsR(s>G(sC(s>element_>(a>Cascadeorseriescompensation+R(s>G(sC(S>->Compensationelement(c) feedbackcompensationCompensationU(s>elements+++R(s>C(s>G1(sG2(s>>+-FeedforwardcompensationFig.2TypeofcompensationLag-leadcompensationCompensationbycancellation.Thedetailsofthesemethodsisthesubjectofthissection.9paNyjP6rTPhase-lagcompensationConsideraunityfeedbackcontrolsystemwhoseforwardlooptransferfunctionrepresentsathird-ordersystemwithitsNyquistplotshowinFig.3.ItisrequiredthatthegainbeK 1forsatisfyingthemarginofstabilitybutK2forsatisfyingthesteadystateperformance.Thisseeminglycontradictoryrequirementmaybesatisfiedifweweretoreshapetheplottotheoneindicatedbythedottedlines.Thereshapedplotmaybeobtainedifthelow-frequencypartofK1isrotatedclockwisewhilethehigh-frequencypartofK1mustlag,thetypeofcompensationusedtoachievethisisphase-lagcompensation.Suchcompensationisobtainedbyaphase-lagelement.nl9V43j7GA33/45個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用IRK2K1=0 =0Fig.3Whentheoutputofanelementlagstheinputinphaseandthemagnitudedecrasesasafunctionoffrequency,theelementiscalledaphase-lagelement.Considerthelagnetwork.ThetransferfunctionforthisisBh94ANN8VhE2(s)1aTsE1(s)Gc(s)Ts1WhereR2aT R2C。aR1 R2TheBode,Nyquist,androotlocusplotsareshowinFig.4.WeobservethatPd8c6xh9aXj1a1 ×11TaT(a> (b> (c>Fig.4themagnitudedecreaseswithincreasingfrequencyandlaggingphaseangle.Theminimumphasemoccursatmwhichisthegeometricaverageofthecornerfrequencies397kCgKaoElog m 1(log1log1)2 T aT34/45個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用1mTaThephaseanglebecomesmarctanaTmarctanmTtan(TaT)mmm)(Tm)1(aTtanm(1a)/2aorsinm(1a)/(1a)Themaximumphaselagisstrictlyafunctionofa.Letusinvestigatehowsuchanetworkaltersperformanceofafeedbackcontrolsystem.h57t70ebDkThephase-lagmethodofcompensationachievesthefollowing:v16BDKIcS1Reduceshigh-frequencygainandimprovesthephasemargin。JX6J9ucd6I(2) Increasesthevelocityerrorconstantforafixedrelativestability 。XT5SFeGeloThegaincrossoverfrequencyisdecreased.Thisalsoreducesthebandwidthofthesystem。aP40bY9fA5(4)Thetimeresponseusuallygetsslower.Phase-leadcompensationLetusreturntotheNyquistplotshowninFig.3.WecouldhavereshapedtheplotbybeginningwiththeNyquistplotforK2androtatingthehigh-frequencypartinthecounterclockwisedirectionbutwithoutalteringthelow-frequencypart.Sincethephaseofthehigh-frequencypartmustnowlead,thetypeofcompensationusedtoachievethisisphase-leadcompensation.Suchcompensationisachievedbyaphase-leadelement.oL48HHDgOMWhentheoutputofanelementleadstheinputinphaseandthemagnitudeincreasesasafunctionoffrequency,theelementiscalledaphase-leadelement.Considertheleadelementshown.CH3hdr7h3sThetransferfunctionisE2(s)11sT圖1sTE1(s)R1R2CR1R2WhereTR2R1R2TheBodeplot,polarplot,androotlocusplotareshowninFig.5.Wenotethatthemagnitudeincrea