工控軟件課程設(shè)計(jì)-水槽水位控制系統(tǒng)（SP=4.0m） .doc

水槽水位控制系統(tǒng)（sp=4.0m）學(xué)生學(xué)號(hào)： 1 學(xué)生姓名： 專業(yè)班級(jí)： 自動(dòng)化091 分 院： 現(xiàn)代科技學(xué)院 指導(dǎo)教師： 起止日期： 2011.12.26- 2012.1.03 中國(guó)計(jì)量學(xué)院china jiliang university中國(guó)計(jì)量學(xué)院 現(xiàn)代科技學(xué)院 工控軟件課程設(shè)計(jì) 目 錄課程設(shè)計(jì)任務(wù)第1章 課程設(shè)計(jì)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(guò)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(jì)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章 軟件功能介紹-7 7.1.軟件主界面-7 7.2.實(shí)時(shí)趨勢(shì)-8 7.3.歷史趨勢(shì)-8 7.4.歷史報(bào)表-9 7.5.萬(wàn)能報(bào)表-9 7.6.總貌報(bào)表-10 7.7.報(bào)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(jì)體會(huì)-12參考文獻(xiàn)-13-i-課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)一、 設(shè)計(jì)題目：水槽水位控制系統(tǒng)（sp=4.0m）二、 設(shè)計(jì)目的：1.掌握力控組態(tài)軟件的應(yīng)用以及控制策略器的應(yīng)用。 2.學(xué)習(xí)應(yīng)用matlab軟件對(duì)系統(tǒng)過(guò)程進(jìn)行仿真。 3.對(duì)工程設(shè)計(jì)過(guò)程有一點(diǎn)的了解。三、設(shè)計(jì)任務(wù)及要求：設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)水槽水位能保持在一定的給定值：. 能夠?qū)崟r(shí)觀察液位的高度，歷史趨勢(shì)等。. 具有一定的抗干擾能力。四、設(shè)計(jì)時(shí)間及進(jìn)度安排 設(shè)計(jì)時(shí)間具體安排如下：時(shí)間安排設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)時(shí)間兩天文獻(xiàn)檢索2011.12.26-2011.12.27三天設(shè)計(jì)力控軟件及matlab軟件2011.12.28-2011.12.30兩天撰寫(xiě)設(shè)計(jì)報(bào)告2011.12.31-2012.1.1- 13 -第1章 課程設(shè)計(jì)的目的課程設(shè)計(jì)是學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的重要實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，是對(duì)學(xué)生進(jìn)行的一次綜合性專業(yè)設(shè)計(jì)訓(xùn)練。通過(guò)課程設(shè)計(jì)使學(xué)生獲得以下幾方面能力，為畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）奠定基礎(chǔ)。1進(jìn)一步鞏固和加深學(xué)生所學(xué)一門(mén)或幾門(mén)相關(guān)專業(yè)課（或?qū)I(yè)基礎(chǔ)課）理論知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)、計(jì)算、繪圖、計(jì)算機(jī)應(yīng)用、文獻(xiàn)查閱、報(bào)告撰寫(xiě)等基本技能；2培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力及獨(dú)立分析和解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力；3培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神、創(chuàng)新意識(shí)、嚴(yán)肅認(rèn)真的治學(xué)態(tài)度和嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的工作作風(fēng)。第2章 目前水槽水位系統(tǒng)控制現(xiàn)狀該系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于城市、農(nóng)村、學(xué)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(yáng)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(dòng)控制及報(bào)警。 改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)及小城鎮(zhèn)建設(shè)迅猛發(fā)展，企業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化程度大大提高，人們的生活水平邁入小康，對(duì)家庭用水質(zhì)量的提高，尤其是對(duì)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(duì)生產(chǎn)和生活中水位控制的高品位的要求，以實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守和家庭優(yōu)雅舒適生活的理想。第3章 工藝過(guò)程3.1.保持水槽水位正常使水槽的給水量適應(yīng)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(yùn)行和產(chǎn)品品質(zhì)指標(biāo)的重要因素。水槽在運(yùn)行中的水位給定為4m，允許有510cm的波動(dòng)。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(duì)于給水管道的安全運(yùn)行有極大的意義。在負(fù)荷不變時(shí)，給水流量不應(yīng)出現(xiàn)忽大忽小的劇烈波動(dòng)。在控制過(guò)程中上述兩任務(wù)是相互矛盾的，為了提高水位控制的準(zhǔn)確性，往往會(huì)使給水流量在控制過(guò)程中頻繁波動(dòng)。因此控制時(shí)必須全面考慮這兩個(gè)指標(biāo)，在滿足水槽水位要求的基礎(chǔ)上保持給水流量的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定。為了保證機(jī)組的安全運(yùn)行，減輕運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，水槽運(yùn)行中迫切要求對(duì)給水實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。第4章 控制方案的確定4.1.設(shè)計(jì)目的與要求對(duì)一個(gè)水槽水位進(jìn)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(lái)實(shí)現(xiàn)水槽水位實(shí)際測(cè)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(hào)及擾動(dòng)信號(hào)輸入狀態(tài)下，系統(tǒng)要做出快速響應(yīng)，使水槽水位在短時(shí)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(dòng)控制理論知單回路系統(tǒng)適合具有上述特征的控制過(guò)程，又有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、投資少、易于調(diào)整和投運(yùn)的特點(diǎn)，應(yīng)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(duì)于該液位控制系統(tǒng)，可以采用單回路控制系統(tǒng)，利用pid來(lái)控制給定值與實(shí)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(mén)水位擾動(dòng)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(chǎng)設(shè)備的選取，是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，選擇合適的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備才能讓自動(dòng)控制系統(tǒng)達(dá)到設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)目標(biāo)。使系統(tǒng)具備良好的快速性、準(zhǔn)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(duì)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(yùn)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(jì)制作運(yùn)行的，其軟件主要特點(diǎn)是：方便、靈活的開(kāi)發(fā)環(huán)境，提供各種工程、畫(huà)面模板、可嵌入各種格式（bmp、gif、jpg、jpeg、cad等）的圖片，方便畫(huà)面制作，大大降低了組態(tài)開(kāi)發(fā)的工作量；力控的應(yīng)用范圍廣泛, 可用于開(kāi)發(fā)石油、化工、半導(dǎo)體、汽車(chē)、電力、機(jī)械、冶金、交通、樓宇自動(dòng)化、食品、醫(yī)藥、環(huán)保等多個(gè)行業(yè)和領(lǐng)域的工業(yè)自動(dòng)化、過(guò)程控制、管理監(jiān)測(cè)、工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視、遠(yuǎn)程監(jiān)視/遠(yuǎn)程診斷、企業(yè)管理/資源計(jì)劃等系統(tǒng)。1力控軟件的組成力控軟件由以下幾個(gè)主要部分組成:工程管理器、開(kāi)發(fā)系統(tǒng) ( draw ) 、界面運(yùn)行系統(tǒng) ( view )、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù) ( db)、 i / o 驅(qū)動(dòng)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(hào)通信程序 ( telclient / telserv er )、web 服務(wù)器程序 (webserv er) 、控制策略生成器 ( stra tegybuilder )2應(yīng)用程序工程用力控開(kāi)發(fā)的每個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)稱為一個(gè)應(yīng)用程序工程, 每個(gè)工程都必須在一個(gè)獨(dú)立的目錄中保存、 運(yùn)行, 不同的工程不能使用同一目錄。這個(gè)目錄被稱為工程路徑。如果力控軟件( forcecontrol) 安裝在 c: program files 下, 開(kāi)發(fā)的工程默認(rèn)在 c: program files forcecontol下。 在每個(gè)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(gè)應(yīng)用程序工程的主要內(nèi)容有：( 1) 制作工程畫(huà)面, 用力控提供的各種圖形化工具繪制圖形畫(huà)面, 描繪實(shí)際工藝流程, 模擬工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)和工控設(shè)備等。( 2) 創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫(kù), 定義一系列數(shù)據(jù), 用于反映監(jiān)測(cè)和被控對(duì)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(dòng)畫(huà)連接, 建立數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)與圖形畫(huà)面中的圖形對(duì)象的連接關(guān)系。從而使畫(huà)面根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)的變化來(lái)產(chǎn)生動(dòng)畫(huà)效果。要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)新的應(yīng)用程序工程, 首先為應(yīng)用程序工程指定工程路徑。力控用工程路徑標(biāo)識(shí)應(yīng)用程序工程, 不同的應(yīng)用程序工程應(yīng)置于不同的目錄。工作目錄下的文件由力控自動(dòng)管理。創(chuàng)建新的應(yīng)用程序工程的一般過(guò)程: 繪制圖形界面、創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫(kù)、配置 i/ o 設(shè)備并進(jìn)行 i/ o 數(shù)據(jù)連接、建立動(dòng)畫(huà)連接。3運(yùn)行及調(diào)試應(yīng)用程序工程創(chuàng)建好后，就可以開(kāi)始運(yùn)行及調(diào)試了，在調(diào)試時(shí)是否一定須到現(xiàn)場(chǎng)與工業(yè)控制機(jī)連接才可以進(jìn)行呢，其實(shí)很多部分的調(diào)試都無(wú)須與工業(yè)控制機(jī)連接；可以利用信號(hào)發(fā)生器和控制器進(jìn)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(dòng)；利于初學(xué)者快速掌握軟件的基本應(yīng)用；提高學(xué)習(xí)者的興趣；完成應(yīng)用程序工程的大部分調(diào)試工作, 加快了工程開(kāi)發(fā)進(jìn)度。調(diào)試好后就可以在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行了, 這時(shí)控制現(xiàn)場(chǎng)的參數(shù)變化及具體動(dòng)作就可以在計(jì)算機(jī)上通過(guò)創(chuàng)建的圖形畫(huà)面表示出來(lái), 同時(shí)可以改變圖形界面上的某些參數(shù)來(lái)控制生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)。這樣就可以直接通過(guò)計(jì)算機(jī)監(jiān)控和管理生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)。力控還提供豐富的函數(shù), 進(jìn)行動(dòng)畫(huà)連接時(shí)可以利用函數(shù)編寫(xiě)腳本程序, 動(dòng)畫(huà)效果更能反應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)。同時(shí)組態(tài)軟件做監(jiān)控系統(tǒng)的價(jià)格低于 dcs, 使它的應(yīng)用極為廣泛。6.2.系統(tǒng)組態(tài)本系統(tǒng)運(yùn)用到的組態(tài)有報(bào)警、實(shí)時(shí)趨勢(shì)、報(bào)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(yùn)行的相關(guān)參數(shù)，水位高度、水位設(shè)定值、實(shí)pid調(diào)節(jié)參數(shù)，實(shí)時(shí)趨勢(shì)，時(shí)間等等。主界面右側(cè)是查看系統(tǒng)運(yùn)行情況的按鈕，本系統(tǒng)提供七個(gè)查詢，實(shí)時(shí)趨勢(shì)，歷史趨勢(shì)，歷史報(bào)表，萬(wàn)能報(bào)表、總貌報(bào)表，報(bào)警界面，pid配方管理。7.2.實(shí)時(shí)趨勢(shì)實(shí)時(shí)趨勢(shì)中可以看出當(dāng)前的液位高度，設(shè)定值及擾動(dòng)的實(shí)時(shí)值，具備了調(diào)節(jié)時(shí)間范圍，數(shù)值范圍，暫停記錄和開(kāi)始記錄的功能。7.3.歷史趨勢(shì)歷史趨勢(shì)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(bào)表歷史報(bào)表可以查看液位值，設(shè)定值和擾動(dòng)值的歷史數(shù)據(jù)，并提供前一天、后一天、前八小時(shí)、后八小時(shí)的查詢功能和打印功能。7.5.萬(wàn)能報(bào)表萬(wàn)能報(bào)表中提供了給定液位，實(shí)際液位和擾動(dòng)的當(dāng)前數(shù)據(jù)。7.6.總貌報(bào)表總貌報(bào)表中可以查詢當(dāng)前所有數(shù)據(jù)庫(kù)變量的數(shù)值，并且提供了可以觀察前一單元，后一單元，前一區(qū)域，后一區(qū)域，前一頁(yè)，后一頁(yè)和打印功能。7.7.報(bào)警界面報(bào)警界面中有普通報(bào)警和多功能報(bào)警，多功能報(bào)警可以觀察實(shí)時(shí)報(bào)警和歷史報(bào)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(duì)pid進(jìn)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(guò)游標(biāo)來(lái)調(diào)節(jié)。7.9.策略控制生成器打開(kāi)組態(tài)軟件的策略控制器，進(jìn)入策略主函數(shù)main的界面，可以看到上圖，里面增加了擾動(dòng)值（rd.pv），main函數(shù)正確反應(yīng)了水槽水位控制的方法和一些參數(shù)。第八章 設(shè)計(jì)體會(huì)經(jīng)過(guò)一周時(shí)間的工業(yè)軟件課程設(shè)計(jì)，感覺(jué)自己學(xué)到的東西還是蠻多的。這次課程設(shè)計(jì)我選的題目是水槽水位控制系統(tǒng)，在剛確定下題目的時(shí)候，自己真的感覺(jué)有點(diǎn)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(shū)本，把工業(yè)組態(tài)軟件實(shí)用技術(shù)這本書(shū)好好的復(fù)習(xí)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(guò)程中，一個(gè)個(gè)的問(wèn)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(lái)，有軟件不會(huì)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(gè)個(gè)問(wèn)題總算迎刃而解。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，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(jì)一些簡(jiǎn)單的工業(yè)過(guò)程系統(tǒng)。讓自己重新復(fù)習(xí)了