單回路控制系統(tǒng)課程設(shè)計1

1、工業(yè)過程控制課程設(shè)計題 目: 基于組態(tài)軟件的雙容液位單回路控制系統(tǒng)設(shè)計 院系名稱： 電氣工程學(xué)院 專業(yè)班級： 學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師： 鄭維 設(shè)計地點(diǎn)： 31-517 設(shè)計時間： 2012年6月25日 設(shè)計成績： 指導(dǎo)教師： 25工業(yè)過程控制課程設(shè)計任務(wù)書之六學(xué)生姓名 專業(yè)班級 學(xué)號 題 目基于組態(tài)軟件的雙容液位單回路過程控制系統(tǒng)設(shè)計課題性質(zhì)課題來源自擬題目指導(dǎo)教師主要內(nèi)容通過某種組態(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)計一個具有較美觀組態(tài)畫面和較完善組態(tài)控制程序的雙容液位單回路過程控制系統(tǒng)。任務(wù)要求1. 根據(jù)

2、雙容液位單回路過程控制系統(tǒng)的具體對象和控制要求，獨(dú)立設(shè)計控制方案，正確選用過程儀表。2. 根據(jù)雙容液位單回路過程控制系統(tǒng)A/D、D/A和開關(guān)I/O的需要，正確選用過程模塊。3. 根據(jù)與計算機(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)計雙容液位單回路過程控制系統(tǒng)的組態(tài)圖、組態(tài)畫面和組態(tài)控制程序。5. 提交包括上述內(nèi)容的課程設(shè)計報告。主要參考資料1 組態(tài)王軟件及其說明文件2 陳夕松. 過程控制系統(tǒng)M. 科學(xué)出版社,20113 工業(yè)過程控制實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)4 輔導(dǎo)資料審查意見指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日目錄1 設(shè)計目的52 控制要求53 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計53.1 控制

3、方案53.2 控制規(guī)律73.3 過程儀表及過程模塊73.4 硬件連接134 系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計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)畫面194.6 動畫連接204.7 PID 控制算法流程圖23設(shè) 計 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)過程中的一類常見問題。在雙容水箱中，我們需要實(shí)時檢測和調(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)計一個組態(tài)王液位控制系統(tǒng)對水箱的水位進(jìn)行實(shí)時檢測。雙位水箱串級控制系統(tǒng)是被測對象由兩個不同容積的水箱串聯(lián)組成，故稱其為雙容水箱，控制原理是通過水泵將儲水箱中的

4、水送上水箱，通過閥門對其控制，使其可以合理的進(jìn)行儲水，當(dāng)然，如果進(jìn)水量大于出水量，則自動通過溢水口排入儲水箱。關(guān)鍵詞：組態(tài)王 液位控制、實(shí)時檢測、雙容水箱1 設(shè)計目的工業(yè)生產(chǎn)過程的自動化程度在計算機(jī)技術(shù)、控制理論和控制技術(shù)迅速發(fā)展的推動下不斷更新和發(fā)展。新的控制方法不斷涌現(xiàn)，掌握一項(xiàng)較為流行的過程控制方法對今后的工作將有很大的幫助。通過設(shè)計，能加深對過程控制、計算機(jī)控制技術(shù)、檢測技術(shù)、自動化儀表等自動化專業(yè)的主干專業(yè)課程的理解和認(rèn)識，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)知識的能力，同時加深對過程控制系統(tǒng)基本原理的理解和對過程儀表的實(shí)際應(yīng)用能力，培養(yǎng)運(yùn)用組態(tài)軟件和計算機(jī)設(shè)計過程控制系統(tǒng)的

5、實(shí)際能力。學(xué)會過程控制系統(tǒng)的設(shè)計方法，為今后實(shí)際的工程設(shè)計打下良好的基礎(chǔ)?？偨Y(jié)起來如下：（1） 加深對過程控制系統(tǒng)基本原理的理解和對過程儀表的實(shí)際應(yīng)用能力。（2） 培養(yǎng)運(yùn)用組態(tài)軟件和計算機(jī)設(shè)計過程控制系統(tǒng)的實(shí)際能力。2 控制要求（1）能根據(jù)具體對象及控制要求，獨(dú)立設(shè)計控制方案，正確選用過程儀表。（2）能夠根據(jù)過程控制系統(tǒng)A/D、D/A和開關(guān)I/O的需要，正確選用模塊。（3）能根據(jù)與計算機(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)計過程控制系統(tǒng)的組態(tài)圖、組態(tài)畫面和組態(tài)控制程序。（5）對液位的測量范圍和測量精度要求如下：測量范圍：液位0450cm 測

6、量精度：液位<2%3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計3.1 控制方案串級控制系統(tǒng)是一種常見的復(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：它是由兩個或者兩個以上的控制器串聯(lián)而成的，一個控制器的輸出是另一個控制器的的給定值。二、結(jié)構(gòu)：整個系統(tǒng)包括兩個控制回路，即主回路和副回路。主回路有主控制器、副回路、主對象和主變送器構(gòu)成；而副回路由副控制器、控制閥、副對象和副變送器構(gòu)成。三、 特點(diǎn)：與簡單控制系統(tǒng)相比，串級控制系統(tǒng)由于在結(jié)構(gòu)上增加了一個副回路，所以有以下特點(diǎn)(1)、對于進(jìn)入副回路的擾動具有較快、較強(qiáng)的克服能力。(2)、改善主控制器的廣義對象的特性。(3)、對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)用場合：(1)、用于克服變化劇烈的和幅值大的干擾。(2)、用于時滯較大的對象。(3)、用于容量之后較大的對象。(4)、用于克服對象的非線性。本控制系統(tǒng)中，被控參量有兩個，上水箱的液位和下水箱的液位，這兩個參量具有相關(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)圖計算機(jī)計算機(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，簡稱PID控制，又稱PID調(diào)節(jié)。它結(jié)構(gòu)簡單，參數(shù)易于調(diào)整，在長期的應(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。雖然計算機(jī)控制是非連續(xù)的，但由于計算機(jī)的運(yùn)算速度越來越快，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 過程儀表及過程模塊本設(shè)計中共用到了以下過程儀表和過程模塊：3.3.1 液位變送器液位傳感器是用來上位水箱和下位水箱的液位進(jìn)行檢測，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。可方便的與其他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，因?yàn)槎€制，故工作時需串聯(lián)24V直流電源。液位傳感器用來上水位箱和中水位箱的水位進(jìn)行檢測，采用工業(yè)用的DBYG擴(kuò)散硅壓力變送器，精度為0.5級，二線制420mA標(biāo)準(zhǔn)信號輸出。 圖3.2 液位傳感器圖3.3壓力傳感器3.3.2 電動調(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，自動控制閥門的開度，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、電動和液動。調(diào)節(jié)閥本質(zhì)上是一個節(jié)

11、流元件，通過改變閥芯行程從而改變調(diào)節(jié)閥的開度，達(dá)到控制流量的目的。氣動和電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)特點(diǎn)比較如下表：類別氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸入信號20-100KPa4-20mADC結(jié)構(gòu)簡單復(fù)雜體積中小信號管線配置較復(fù)雜簡單推力中小動作滯后大小維修簡單復(fù)雜適用場合適用于防火防爆場合隔爆型才適用于防火防爆場合價格便宜貴表3-1 氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)和電動執(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合。PSL系列同閥門的連接采用柔軟盤黃連接，可避免閥桿與輸出軸不同軸給閥門帶來的影響，可預(yù)置閥門關(guān)斷能力保證閥門的可

12、靠關(guān)斷，防止泄露。PSQ系列有轉(zhuǎn)矩開關(guān)保護(hù)，可防止因閥門產(chǎn)生過大轉(zhuǎn)矩而損壞閥桿。驅(qū)動電機(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)?？稍O(shè)置分段調(diào)節(jié)，即由一臺調(diào)節(jié)器輸出的雙時間比例信號控制兩臺執(zhí)行機(jī)構(gòu)（412mA對應(yīng)PSL1的全開全閉，1220mA對應(yīng)PSL2的全開全閉）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、使用壽命長等特點(diǎn)。行程可調(diào)，便于與閥門連接。全部電器元件均采用世界名牌產(chǎn)品，質(zhì)量可靠，使用時間長。電器部件布線嚴(yán)謹(jǐn)并傳動部件完全隔離，提高執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)行性的可靠。德國PS公司進(jìn)口的PSL202型智能電動調(diào)節(jié)閥，P

13、S系列電子式執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以用于對管道的閥門和風(fēng)門的調(diào)節(jié)及開與關(guān)的控制，其主要特點(diǎn)如下：一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計，位置變送器和伺服放大器作為兩個獨(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，輸出420mA或者15VDC的閥位反饋信號，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，通過不同可選擇功能的組合，實(shí)現(xiàn)從簡單到復(fù)雜的控制，滿足不同的應(yīng)用要求。結(jié)構(gòu)簡單，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。傳動全部采用小齒隙密封齒輪，具有效率高，噪聲低，壽命長和穩(wěn)定可靠，無需再加油等特點(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)際上就是一個逆變器.它首先是將交流電變?yōu)橹绷麟?然后用電子元件對直流電進(jìn)行開關(guān).變?yōu)榻涣麟?一般功率較大的變頻器用可控硅.并設(shè)一個可調(diào)頻率的裝置.使頻率在一定范圍內(nèi)可調(diào).用來控制電機(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)用越來越廣泛。三菱FR-S52

15、0變頻器，4-20控制輸入信號，可對流量或者壓力進(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，可外加電流控制，也可通過本身旋鈕控制頻率?？蓡蜗嗷蛘呷喙╇姡l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,多半是以電動機(jī)作為動力。抽水的電動機(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量多通道交流電壓、電流輸入信號。測量精度：0.2級。16位A/D循環(huán)采樣，采樣速率：3000次/S；1.2倍量程可正確測量，過載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，可用于驅(qū)動繼電器、開關(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口可長距離傳輸。 圖3.7 牛頓模塊示意圖3.3.8 開關(guān)電

17、源 DC24的開關(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)的來實(shí)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)。基于實(shí)時和多主機(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)計成通過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，IN1為下水箱液位的檢測，IN2為主流量的檢測，IN3誤為副流量的檢測，IN4為溫度信號的檢測，IN5為閥位反饋信號的檢測，IN6為水泵出口壓力信號的檢測。在D/A模塊中，由于模塊本身不能提供電源，所以在控制時應(yīng)串入24V直流電源，輸出電流信號控制執(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，而A/D模塊輸出的都是電壓信號，所以在A/D通道的正負(fù)端并聯(lián)一個250歐姆的電阻，將電流

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

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) 模塊與計算機(jī)通訊：RS232通訊總線。(14)副閥位反饋信號檢測輸出A/D模塊中，IN7通道輸入。4 系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計4.1 組態(tài)軟件介紹隨著工業(yè)自動化水平的迅速提高，計算機(jī)在工業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，人們對工業(yè)自動化的要求越來越高，種類繁多的控制設(shè)備和過程監(jiān)控裝置在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，使得傳統(tǒng)的工業(yè)控制軟件已無法滿足用戶的各種需求。在開發(fā)傳統(tǒng)的工業(yè)控制軟件時

21、，當(dāng)工業(yè)被控對象一旦有變動，就必須修改其控制系統(tǒng)的源程序，導(dǎo)致其開發(fā)周期長；已開發(fā)成功的工控軟件又由于每個控制項(xiàng)目的不同而使其重復(fù)使用率很低，導(dǎo)致它的價格非常昂貴；在修改工控軟件的源程序時，倘若原來的編程人員因工作變動而離去時，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)自動化組態(tài)軟件的出現(xiàn)為解決上述實(shí)際工程問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題，使用戶能根據(jù)自己的控制對象和控制目的的任意組態(tài)，完成最終的自動化控制工程。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)軟件開發(fā)

22、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，不需作很多修改而方便地完成軟件的更新和升級；（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，對于用戶，不需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復(fù)雜工程所要求的所有功能；（3）通用性，每個用戶根據(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、開放式的數(shù)據(jù)庫和畫面制作工具，就能完成一個具有動畫效果、實(shí)時數(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)是具有簡單的人機(jī)界面（MMI）、圖庫、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)。國外許多優(yōu)秀通用組態(tài)軟件是在英文狀態(tài)下開發(fā)的，它具有應(yīng)用時間長、用戶界面不理想、不支持或不免費(fèi)支持國內(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，這些也正是國內(nèi)通用組態(tài)軟件在國內(nèi)不能廣泛應(yīng)用的原因。隨著國內(nèi)計算機(jī)水平和工業(yè)自動化程度的不斷提高，通用組態(tài)軟件的市場需求日益增大。近年來，一些技術(shù)力量雄厚的高科技公

24、司相繼開發(fā)出了適合國內(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手動自動LSB2PV2U（K）OUT自動手動圖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)畫面在液位液位PID控制系統(tǒng)中，以液位為被控量。其中，測量電路主要功能是測量對象的液位并對其進(jìn)行歸一化等處理；PID控制器是整個控制系統(tǒng)的核心，它根據(jù)設(shè)定值和測量值的偏差信號來進(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)畫面如圖4.4所示，其設(shè)計原理可見圖4.1系統(tǒng)流程圖。圖4.4 組態(tài)畫面4.6 動畫連接首先根據(jù)系統(tǒng)流程圖在系統(tǒng)開發(fā)界面畫好組態(tài)圖面，然后對各個器件逐一完成動畫連接，最后在工程瀏覽界面中的命令語言中輸入程序，即完成了動畫。如圖4.5動畫連接示例圖1所示為，系統(tǒng)未起動時的動畫效果，其中各參數(shù)均沒有設(shè)定。圖4.6動畫連接示例圖2與圖4.7動畫連接示例圖3分別為系統(tǒng)運(yùn)行時的動畫連接圖，由于參數(shù)不同時所顯示不同的動畫效果和曲線。 當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時，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 動畫連接示例圖1圖4.5 動畫連接示例圖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為積分時間，Td為微分時間， 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 心 得通過本次課程設(shè)計，充分將平時學(xué)習(xí)的理論知識與實(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結(jié)構(gòu)，通過將所學(xué)知識應(yīng)用于實(shí)際中去，在實(shí)際中發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題，提高分析和解決問題能力。本次課程設(shè)計的題目是<<基于組態(tài)軟件的雙容液位單回路控制系統(tǒng)設(shè)計>>雖然是第一次接觸，可以說是一頭霧水，但通過指導(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)過認(rèn)知被控對象、設(shè)計控制方案、選擇控制規(guī)律、選擇過程儀表、選擇過程模塊、設(shè)計系統(tǒng)流程圖和組態(tài)圖、設(shè)計組態(tài)畫面、設(shè)計數(shù)據(jù)詞典等過程，直到最后的動畫鏈接成功，并達(dá)到控制要求。經(jīng)過以上步驟，我對整個過程控制系統(tǒng)的設(shè)計有了很深的體會，也學(xué)會了很多與設(shè)計相關(guān)的知識。此次課程設(shè)計使我對組態(tài)王軟件的認(rèn)識與了解及應(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)識和認(rèn)知能力，同時，我也讓我深刻的認(rèn)識到，在此次課程設(shè)計中暴露出來不少問題：我們所掌握的相關(guān)知識很少，很多需要用到的知識都是我