基于組態(tài)王6.5的過程控制實(shí)驗(yàn)研究-下水箱流量-液位前饋反饋控制系統(tǒng)

基于組態(tài)王6.5的過程控制實(shí)驗(yàn)研究——下水箱流量-液位前饋反饋控制系統(tǒng)日期:20xx年xx月xx日

摘要本次實(shí)驗(yàn)的題目是：基于組態(tài)王6.5的過程控制實(shí)驗(yàn)研究,對(duì)于這個(gè)題目，我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)下水箱流量-液位前饋反饋控制系統(tǒng)。前饋控制又稱擾動(dòng)補(bǔ)償，它與反饋調(diào)節(jié)原理完全不同，是按照引起被調(diào)參數(shù)變化的干擾大小進(jìn)行調(diào)節(jié)的。本實(shí)驗(yàn)的被控制量為下水箱的液位，主擾動(dòng)量為變頻器支路的流量。本實(shí)驗(yàn)要求下水箱液位穩(wěn)定至給定值，將壓力傳感器檢測(cè)到的下水箱液位信號(hào)作為反饋信號(hào)，它與給定量比較后產(chǎn)生的差值為調(diào)節(jié)器的輸入，其輸出控制電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開度，以達(dá)到控制下水箱液位的目的。而擾動(dòng)量經(jīng)過前饋補(bǔ)償器后直接疊加在調(diào)節(jié)器的輸出，以抵消擾動(dòng)對(duì)被控對(duì)象的影響。關(guān)鍵詞組態(tài)王6.5過程控制水箱液位前饋反饋控制流量-液位

目錄一、概述 41.1控制系統(tǒng)描述 71.2設(shè)計(jì)要求 8二、A3000過程控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) 92.1總體架構(gòu) 92.2現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)工藝流程圖 102.3工藝設(shè)備結(jié)構(gòu) 12三、上位機(jī)監(jiān)控軟件-組態(tài)王6.5 123.1組態(tài)王6.5概述 123.2組態(tài)王6.5特點(diǎn) 133.2設(shè)計(jì)工程的一般過程 133.2.1建立組態(tài)王新工程 143.2.2創(chuàng)建組態(tài)畫面 163.2.3定義IO設(shè)備 183.2.4構(gòu)造數(shù)據(jù)庫(kù) 193.2.5建立動(dòng)畫連接 213.2.6運(yùn)行和調(diào)試 22四、下位機(jī)組態(tài)及軟件 224.1FX2N48MR-PLC簡(jiǎn)介 224.2設(shè)計(jì)工程的一般過程 234.2.1創(chuàng)建工程 234.2.2編輯代碼 244.2.3編譯項(xiàng)目 244.2.4下裝項(xiàng)目 254.2.5調(diào)試工程 26五、前饋反饋控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 265.1控制算法 265.2前饋反饋控制程序 285.3操作過程和調(diào)試 295.4實(shí)驗(yàn)結(jié)果 30六、感想 34七、參考文獻(xiàn) 35一、概述過程控制是生產(chǎn)（工藝）過程自動(dòng)控制的簡(jiǎn)稱，這是自動(dòng)化技術(shù)的一個(gè)重要組成部分。用計(jì)算機(jī)對(duì)工藝過程的溫度、壓力、流量、成分、電壓、幾何尺寸等物理量和化學(xué)量進(jìn)行的控制，全稱工藝過程自動(dòng)控制。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程中，過程控制技術(shù)正在為實(shí)現(xiàn)各種最優(yōu)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、提高經(jīng)濟(jì)效益和勞動(dòng)生產(chǎn)率、改善勞動(dòng)條件、保護(hù)生態(tài)環(huán)境等方面起著越來越大的作用。過程控制的主要作用是：保證生產(chǎn)過程穩(wěn)定，防止發(fā)生事故；保證產(chǎn)品質(zhì)量；節(jié)約原料、能源消耗，降低成本；提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，充分發(fā)揮設(shè)備潛力；減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，改善勞動(dòng)條件。工藝過程分連續(xù)和不連續(xù)兩大類：連續(xù)型過程:從輸入原料到輸出成品，基本上是連續(xù)的，大部分在管道和反應(yīng)釜中進(jìn)行，如石油化工工藝過程。不連續(xù)工藝過程又稱斷續(xù)工藝過程，如機(jī)械制造中的生產(chǎn)過程。生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展使得生產(chǎn)規(guī)模越來越大，生產(chǎn)速度和強(qiáng)度越來越高，從單一參數(shù)的局部測(cè)量逐漸發(fā)展到多參數(shù)或間接指標(biāo)的檢測(cè)和計(jì)算、巡回檢測(cè)和數(shù)據(jù)處理;在控制方面由簡(jiǎn)單的順序控制、單回路反饋控制逐漸發(fā)展到集中管理、相互關(guān)聯(lián)的反饋控制、前饋控制和最優(yōu)化控制等。單純采用常規(guī)儀表已難于取得預(yù)期的效果，因而在儀表控制技術(shù)的基礎(chǔ)上出現(xiàn)了應(yīng)用電子計(jì)算機(jī)的過程控制。計(jì)算機(jī)過程控制的優(yōu)點(diǎn)是：達(dá)到常規(guī)儀表控制達(dá)不到的速度和質(zhì)量；計(jì)算機(jī)具有分時(shí)操作功能，一臺(tái)計(jì)算機(jī)能代替多臺(tái)常規(guī)過程控制儀表；計(jì)算機(jī)過程控制能夠綜合過程情況，在環(huán)境或工藝參數(shù)變化時(shí)能及時(shí)作出判斷，選擇優(yōu)化的方案和對(duì)策；對(duì)于大滯后和相關(guān)聯(lián)多參數(shù)復(fù)雜的工藝過程，采用計(jì)算機(jī)控制可以達(dá)到儀表控制所不能得到的結(jié)果。計(jì)算機(jī)過程控制工作原理：應(yīng)用電子計(jì)算機(jī)控制工藝過程時(shí)，首先由檢測(cè)儀表對(duì)工藝過程參數(shù)如溫度、壓力、流量等進(jìn)行檢測(cè)，經(jīng)變送器變換為計(jì)算機(jī)所要求的電流或電壓等模擬量信號(hào)。這些信號(hào)由采樣器根據(jù)需要采入，并經(jīng)放大器、模-數(shù)轉(zhuǎn)換器放大轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字量信號(hào),送入電子計(jì)算機(jī)作為反映工藝過程的原始信息。計(jì)算機(jī)利用這些原始信息，按事先確定的描述工藝過程規(guī)律的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算的結(jié)果由輸出通道輸出，通過調(diào)節(jié)儀表或執(zhí)行機(jī)構(gòu)去調(diào)節(jié)和控制工藝過程（圖1-1）。圖1-1計(jì)算機(jī)過程控制原理圖數(shù)學(xué)模型可分為理論解析模型、經(jīng)驗(yàn)歸納模型和混合模型三類。過程控制用的數(shù)學(xué)模型的作用是：①預(yù)測(cè)工業(yè)生產(chǎn)對(duì)象的，尤其是大滯后對(duì)象的未知狀態(tài)；②求多變量系統(tǒng)的最優(yōu)解；③不用直接測(cè)量方法而用推斷方法求出目標(biāo)函數(shù)或狀態(tài)變量；④模擬復(fù)雜的系統(tǒng)等。一般工藝過程的工藝參數(shù)錯(cuò)綜復(fù)雜，往往不能用單純的數(shù)學(xué)理論和工具建立模型，必須總結(jié)操作人員的現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，并從工藝過程的內(nèi)在機(jī)理出發(fā)，建立數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)，并通過多次試驗(yàn)加以修正完善。計(jì)算機(jī)過程控制常用的有5種應(yīng)用方式

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1）計(jì)算機(jī)數(shù)字程序控制：特點(diǎn)是控制規(guī)律較簡(jiǎn)單，速度要求不高，專用性較強(qiáng)。這種方式廣泛應(yīng)用于各工業(yè)領(lǐng)域，如數(shù)字程序控制線切割機(jī)、數(shù)學(xué)程序繡花機(jī)等。

2）計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理。

3）計(jì)算機(jī)直接數(shù)字控制(DDC):實(shí)現(xiàn)這種控制方式的是一種多回路的數(shù)字調(diào)節(jié)裝置。它能通過數(shù)字運(yùn)算完成對(duì)工業(yè)參數(shù)若干回路的比例、積分、微分調(diào)節(jié)控制，使工業(yè)過程的各項(xiàng)控制參數(shù)保持在預(yù)定值。

4）過程最佳控制：控制計(jì)算機(jī)的功能是測(cè)量工藝過程的參數(shù)，進(jìn)行工藝狀況的分析、綜合、判斷、數(shù)據(jù)處理，并按照預(yù)先給定的最佳化數(shù)學(xué)模型進(jìn)行運(yùn)算，根據(jù)運(yùn)算的結(jié)果調(diào)整調(diào)節(jié)器的給定值，改變工藝狀況的參數(shù)，實(shí)現(xiàn)過程的最優(yōu)控制，使生產(chǎn)過程達(dá)到某項(xiàng)指標(biāo)最佳,或綜合性指標(biāo)最佳。圖1-2分組控制系統(tǒng)舉例5）計(jì)算機(jī)分級(jí)控制系統(tǒng)：許多大型工業(yè)企業(yè)已經(jīng)采用計(jì)算機(jī)分布式控制，即用一臺(tái)或數(shù)臺(tái)中央控制室的計(jì)算機(jī)指揮若干臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的控制計(jì)算機(jī)。圖2為一鋼鐵廠的分級(jí)控制系統(tǒng)。它的分級(jí)控制系統(tǒng)由4級(jí)組成。最高級(jí)中央計(jì)算機(jī)接受顧客的定貨單，并根據(jù)市場(chǎng)分析、商品目錄和工廠的反饋信息決定鋼鐵的生產(chǎn)計(jì)劃。第二級(jí)計(jì)算機(jī)接受總的計(jì)劃并把它分解為局部的命令。在第三級(jí)，對(duì)于具體的生產(chǎn)過程（如煉鐵、煉鋼、錠板控制、冷卻還原控制等）有各自的過程控制計(jì)算機(jī)。在最低一級(jí)有溫度、壓力、電氣傳動(dòng)等的直接數(shù)字控制計(jì)算機(jī)，或順序控制器，大都應(yīng)用微型機(jī)。本次的創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)的題目是：基于組態(tài)王6.5的過程控制實(shí)驗(yàn)研究。對(duì)于這個(gè)題目，我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)下水箱流量-液位前饋反饋控制系統(tǒng),采用的是計(jì)算機(jī)分布式控制系統(tǒng)。在下水箱流量-液位前饋反饋控制系統(tǒng)中，我們實(shí)驗(yàn)選用的軟硬件設(shè)備有A3000過程控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、基于FX2N48MR-PLC控制系統(tǒng)、基于組態(tài)王6.5的監(jiān)控系統(tǒng)。1.1控制系統(tǒng)描述前饋控制又稱擾動(dòng)補(bǔ)償，它與反饋調(diào)節(jié)原理完全不同，是按照引起被調(diào)參數(shù)變化的干擾大小進(jìn)行調(diào)節(jié)的。在這種調(diào)節(jié)系統(tǒng)中要直接測(cè)量負(fù)載干擾量的變化，當(dāng)干擾剛剛出現(xiàn)而能測(cè)出時(shí)，調(diào)節(jié)器就能發(fā)出調(diào)節(jié)信號(hào)使調(diào)節(jié)量作相應(yīng)的變化，使兩者抵消。因此，前饋調(diào)節(jié)對(duì)干擾的克服比反饋調(diào)節(jié)快。但是前饋控制是開環(huán)控制，其控制效果需要通過反饋加以檢驗(yàn)。前饋控制器在測(cè)出擾動(dòng)之后，按過程的某種物質(zhì)或能量平衡條件計(jì)算出校正值。流量-液位前饋反饋控制流程圖如圖1-3示。圖1-3流量-液位前饋反饋控制流程圖流量-液位前饋反饋控制測(cè)點(diǎn)清單如表1-4示。表1-4量-液位前饋反饋控制測(cè)點(diǎn)清單水介質(zhì)二路（II路）由泵P102（工頻）從水箱V104中加壓獲得壓頭，經(jīng)電動(dòng)閥FV-101、水箱V-103、手閥QV-116回流至水箱V104而形成水循環(huán)，另一路（I路）經(jīng)泵P101(變頻器驅(qū)動(dòng))、渦輪流量計(jì)FT-101、水箱V103、手閥QV-116回流至水箱V104而形成水循環(huán)，負(fù)荷的大小通過手閥QV-116來調(diào)節(jié)；其中，水箱V103的液位由液位變送器LT-103測(cè)得，給水流量由流量計(jì)FT-101測(cè)得。本例為前饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)，調(diào)節(jié)閥FV-101為操縱變量，在LT-103為被控變量的定值液位控制系統(tǒng)中，接收由I路流量的前饋信號(hào)參數(shù)到定值系統(tǒng)中，整體構(gòu)成前饋－反饋控制系統(tǒng)。如果I路流量出現(xiàn)擾動(dòng)，經(jīng)過流量計(jì)FT-101測(cè)量之后，測(cè)量得到干擾的大小，然后在II路通過調(diào)整調(diào)節(jié)閥開度，直接進(jìn)行補(bǔ)償。而不需要經(jīng)過調(diào)節(jié)器。1.2設(shè)計(jì)要求1、流程圖界面設(shè)計(jì)1）組態(tài)流程圖界面2）動(dòng)態(tài)點(diǎn)、交互控制點(diǎn)清單如表1-5示。3）其他要求：設(shè)備、管路從圖庫(kù)中選，V103液位變化具有動(dòng)畫效果；流程圖界面中可包含實(shí)時(shí)曲線窗口，操作界面。2、實(shí)時(shí)曲線窗口設(shè)計(jì)引入FT-101及調(diào)節(jié)器PV、MV、SP四個(gè)變量；曲線顏色便于區(qū)分，對(duì)應(yīng)變量標(biāo)示清楚；時(shí)間軸跨度兩分鐘，采樣周期不大于兩秒；振蕩的幅值便于分析變化趨勢(shì)。表1-5動(dòng)態(tài)點(diǎn)、交互控制點(diǎn)清單二、A3000過程控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)2.1總體架構(gòu)A3000測(cè)試平臺(tái)總體物理系統(tǒng)如圖2-1所示。圖2-1A3000測(cè)試平臺(tái)物理系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)如圖2-2所示。圖2-2總體邏輯結(jié)構(gòu)2.2現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)工藝流程圖現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)工藝流程圖如圖2-3所示圖2-3系統(tǒng)工藝示意流程圖(不含控制系統(tǒng))總體的測(cè)點(diǎn)清單如表2-4所示。

表2-4整體流程測(cè)點(diǎn)清單注：所列信號(hào)類型為原始信號(hào)，在控制柜中Pt100經(jīng)過變送器轉(zhuǎn)換成了4～20mA。一般兩線制信號(hào)在IO面板上已經(jīng)連接了24V和GND，可以按照四線制方式使用。執(zhí)行機(jī)構(gòu)一般為2～10V控制，控制信號(hào)經(jīng)過500歐姆采樣電阻，被轉(zhuǎn)換成4-20毫安控制。2.3工藝設(shè)備結(jié)構(gòu)本節(jié)通過大量的示意圖介紹各個(gè)工藝設(shè)備結(jié)構(gòu)和操作，其中包括各個(gè)水箱、鍋爐、換熱系統(tǒng)，以及管路。如圖2-5所示。圖2-5現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)示意圖三、上位機(jī)監(jiān)控軟件-組態(tài)王6.5本套控制系統(tǒng)的上位機(jī)監(jiān)控軟件采用的亞控科技公司的工控軟件：組態(tài)王6.5。以下是該軟件及其設(shè)計(jì)過程的簡(jiǎn)介。3.1組態(tài)王6.5概述組態(tài)王6.5是在組態(tài)王6.0x系列版本成功應(yīng)用后，廣泛征詢數(shù)千家用戶的需求和使用經(jīng)驗(yàn)，采取先進(jìn)軟件開發(fā)模式和流程，由十多位資深軟件開發(fā)工程師歷時(shí)一年多的開發(fā)，及四十多位試用戶一年多的實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)考驗(yàn)。使用更方便，功能更強(qiáng)大，性能更優(yōu)異，軟件更穩(wěn)定，質(zhì)量更可靠。3.2組態(tài)王6.5特點(diǎn)Internet時(shí)代的杰作隨著Internet科技日益滲透到生產(chǎn)、生活的各個(gè)領(lǐng)域，自動(dòng)化軟件的e趨勢(shì)已發(fā)展成為整合IT與工廠自動(dòng)化的關(guān)鍵。亞控科技一直是這個(gè)領(lǐng)域的開拓者，組態(tài)王6.5的Internet版本立足于門戶概念，采用最新的JAVA2核心技術(shù)，功能更豐富，操作更簡(jiǎn)單。整個(gè)企業(yè)的自動(dòng)化監(jiān)控將以一個(gè)門戶網(wǎng)站的形式呈現(xiàn)給使用者，并且不同工作職責(zé)的使用者使用各自的授權(quán)口令完成各自的操作，這包括現(xiàn)場(chǎng)的操作者可以完成設(shè)備的起停、中控室的工程師可以完成工藝參數(shù)的整定、辦公室的決策者可以實(shí)時(shí)掌握生產(chǎn)成本、設(shè)備利用率及產(chǎn)量等數(shù)據(jù)。組態(tài)王6.5的Internet功能逼真再現(xiàn)場(chǎng)畫面，使您在任何時(shí)間任何地點(diǎn)均可實(shí)時(shí)掌控企業(yè)每一個(gè)生產(chǎn)細(xì)節(jié)得以實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)場(chǎng)的流程畫面、過程數(shù)據(jù)、趨勢(shì)曲線、生產(chǎn)報(bào)表(支持報(bào)表打印和數(shù)據(jù)下載)、操作記錄和報(bào)警等均輕松瀏覽。當(dāng)然您必須要有授權(quán)口令才能完成這些。用戶還可以自己編輯發(fā)布的網(wǎng)站首頁(yè)信息和圖標(biāo)，成為真正企業(yè)信息化的Internet門戶。3.2設(shè)計(jì)工程的一般過程建立新組態(tài)王工程的一般過程是：1.設(shè)計(jì)圖形界面（定義畫面）2.定義設(shè)備3.構(gòu)造數(shù)據(jù)庫(kù)（定義變量）4.建立動(dòng)畫連接5.運(yùn)行和調(diào)試需要說明的是，這五個(gè)步驟并不是完全獨(dú)立的，事實(shí)上，這四個(gè)部分常常是交錯(cuò)進(jìn)行的。在用組態(tài)王畫面開發(fā)系統(tǒng)編制工程時(shí)，要依照此過程考慮三個(gè)方面：圖形用戶希望怎樣的圖形畫面？也就是怎樣用抽象的圖形畫面來模擬實(shí)際的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)和相應(yīng)的工控設(shè)備。數(shù)據(jù)怎樣用數(shù)據(jù)來描述工控對(duì)象的各種屬性？也就是創(chuàng)建一個(gè)具體的數(shù)據(jù)庫(kù)，此數(shù)據(jù)庫(kù)中的變量反映了工控對(duì)象的各種屬性，比如溫度，壓力等。連接數(shù)據(jù)和圖形畫面中的圖素的連接關(guān)系是什么？也就是畫面上的圖素以怎樣的動(dòng)畫來模擬現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行，以及怎樣讓操作者輸入控制設(shè)備的指令。3.2.1建立組態(tài)王新工程創(chuàng)建工程路徑啟動(dòng)“組態(tài)王”工程管理器（ProjManager），選擇菜單“文件\新建工程”或單擊“新建”按鈕，彈出如圖3-1所示。圖3-1新建工程向?qū)б粏螕簟跋乱徊健崩^續(xù)。彈出“新建工程向?qū)е?duì)話框”，如圖3-2所示。在工程路徑文本框中輸入一個(gè)有效的工程路徑，或單擊“瀏覽…”按鈕，在彈出的路徑選擇對(duì)話框中選擇一個(gè)有效的路徑。單擊“下一步”繼續(xù)。彈出“新建工程向?qū)е龑?duì)話框”，如圖3-3所示。圖3-2新建工程向?qū)ФD3-3新建工程向?qū)诠こ堂Q文本框中輸入工程的名稱，該工程名稱同時(shí)將被作為當(dāng)前工程的路徑名稱。在工程描述文本框中輸入對(duì)該工程的描述文字。工程名稱長(zhǎng)度應(yīng)小于32個(gè)字節(jié)，工程描述長(zhǎng)度應(yīng)小于40個(gè)字節(jié)。單擊“完成”完成工程的新建。系統(tǒng)會(huì)彈出對(duì)話框，詢問用戶是否將新建工程設(shè)為當(dāng)前工程，如圖3.4所示。圖3.4是否設(shè)為當(dāng)前工程對(duì)話框單擊“否”按鈕，則新建工程不是工程管理器的當(dāng)前工程，如果要將該工程設(shè)為新建工程，還要執(zhí)行“文件\設(shè)為當(dāng)前工程”命令；單擊“是”按鈕，則將新建的工程設(shè)為組態(tài)王的當(dāng)前工程。定義的工程信息會(huì)出現(xiàn)在工程管理器的信息表格中。雙擊該信息條或單擊“開發(fā)”按鈕或選擇菜單“工具\(yùn)切換到開發(fā)系統(tǒng)”，進(jìn)入組態(tài)王的開發(fā)系統(tǒng)。建立的工程路徑為：C:\WINDOWS\Desktop\demo（組態(tài)王畫面開發(fā)系統(tǒng)為此工程建立目錄C:\WINDOWS\Desktop\demo并生成必要的初始數(shù)據(jù)文件。這些文件對(duì)不同的工程是不相同的。因此，不同的工程應(yīng)該分置不同的目錄。）。3.2.2創(chuàng)建組態(tài)畫面進(jìn)入組態(tài)王開發(fā)系統(tǒng)后，就可以為每個(gè)工程建立數(shù)目不限的畫面，在每個(gè)畫面上生成互相關(guān)聯(lián)的靜態(tài)或動(dòng)態(tài)圖形對(duì)象。這些畫面都是由“組態(tài)王”提供的類型豐富的圖形對(duì)象組成的。系統(tǒng)為用戶提供了矩形（圓角矩形）、直線、橢圓（圓）、扇形（圓?。Ⅻc(diǎn)位圖、多邊形（多邊線）、文本等基本圖形對(duì)象，及按鈕、趨勢(shì)曲線窗口、報(bào)警窗口、報(bào)表等復(fù)雜的圖形對(duì)象。提供了對(duì)圖形對(duì)象在窗口內(nèi)任意移動(dòng)、縮放、改變形狀、復(fù)制、刪除、對(duì)齊等編輯操作，全面支持鍵盤、鼠標(biāo)繪圖，并可提供對(duì)圖形對(duì)象的顏色、線型、填充屬性進(jìn)行改變的操作工具?！敖M態(tài)王”采用面向?qū)ο蟮木幊碳夹g(shù)，使用戶可以方便地建立畫面的圖形界面。用戶構(gòu)圖時(shí)可以像搭積木那樣利用系統(tǒng)提供的圖形對(duì)象完成畫面的生成。同時(shí)支持畫面之間的圖形對(duì)象拷貝，可重復(fù)使用以前的開發(fā)結(jié)果。創(chuàng)建簡(jiǎn)單的圖形畫面第一步：定義新畫面進(jìn)入新建的組態(tài)王工程，選擇工程瀏覽器左側(cè)大綱項(xiàng)“文件\畫面”，在工程瀏覽器右側(cè)用鼠標(biāo)左鍵雙擊“新建”圖標(biāo)，彈出對(duì)話框如圖3-5所示。圖3-5新建畫面在“畫面名稱”處輸入新的畫面名稱，如Test，其它屬性目前不用更改，（關(guān)于其它屬性的設(shè)置請(qǐng)參見“第四章組態(tài)王開發(fā)環(huán)境——工程瀏覽器”）。點(diǎn)擊“確定”按鈕進(jìn)入內(nèi)嵌的組態(tài)王畫面開發(fā)系統(tǒng)。如圖3-6所示。圖3-6組態(tài)王開發(fā)系統(tǒng)第二步：在組態(tài)王開發(fā)系統(tǒng)中從“工具箱”中分別選擇“矩形”和“文本”圖標(biāo)，繪制一個(gè)矩形對(duì)象和一個(gè)文本對(duì)象，如圖3-7所示。圖3-7創(chuàng)建圖形畫面在工具箱中選中“圓角矩形”,拖動(dòng)鼠標(biāo)在畫面上畫一矩形，如上圖所示。用鼠標(biāo)在工具箱中點(diǎn)擊“顯示畫刷類型”和“顯示調(diào)色板”。在彈出的“過渡色類型”窗口點(diǎn)擊第二行第四個(gè)過渡色類型；在“調(diào)色板”窗口點(diǎn)擊第一行第二個(gè)“填充色”按鈕，從下面的色塊中選取紅色作為填充色，然后點(diǎn)擊第一行第三個(gè)“背景色”按鈕，從下面的色塊中選取黑色作為背景色。此時(shí)就構(gòu)造好了一個(gè)使用過渡色填充的矩形圖形對(duì)象。在工具箱中選中“文本”,此時(shí)鼠標(biāo)變成“I”形狀，在畫面上單擊鼠標(biāo)左鍵，輸入“####”文字。選擇“文件\全部存”命令保存現(xiàn)有畫面。3.2.3定義IO設(shè)備組態(tài)王把那些需要與之交換數(shù)據(jù)的設(shè)備或程序都作為外部設(shè)備。外部設(shè)備包括：下位機(jī)（PLC、儀表、模塊、板卡、變頻器等），它們一般通過串行口和上位機(jī)交換數(shù)據(jù)；其他Windows應(yīng)用程序，它們之間一般通過DDE交換數(shù)據(jù)；外部設(shè)備還包括網(wǎng)絡(luò)上的其他計(jì)算機(jī)。只有在定義了外部設(shè)備之后，組態(tài)王才能通過I/O變量和它們交換數(shù)據(jù)。為方便定義外部設(shè)備，組態(tài)王設(shè)計(jì)了“設(shè)備配置向?qū)А币龑?dǎo)用戶一步步完成設(shè)備的連接。圖3-8設(shè)備配置向?qū)?.2.4構(gòu)造數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)庫(kù)是“組態(tài)王”軟件的核心部分，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)狀況要以動(dòng)畫的形式反映在屏幕上，操作者在計(jì)算機(jī)前發(fā)布的指令也要迅速送達(dá)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，所有這一切都是以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)為中介環(huán)節(jié)，所以說數(shù)據(jù)庫(kù)是聯(lián)系上位機(jī)和下位機(jī)的橋梁。在TouchVew運(yùn)行時(shí)，它含有全部數(shù)據(jù)變量的當(dāng)前值。變量在畫面制作系統(tǒng)組態(tài)王畫面開發(fā)系統(tǒng)中定義，定義時(shí)要指定變量名和變量類型，某些類型的變量還需要一些附加信息。數(shù)據(jù)庫(kù)中變量的集合形象地稱為“數(shù)據(jù)詞典”，數(shù)據(jù)詞典記錄了所有用戶可使用的數(shù)據(jù)變量的詳細(xì)信息。圖3-9創(chuàng)建內(nèi)存變量圖3-10創(chuàng)建IO變量3.2.5建立動(dòng)畫連接定義動(dòng)畫連接是指在畫面的圖形對(duì)象與數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)變量之間建立一種關(guān)系，當(dāng)變量的值改變時(shí)，在畫面上以圖形對(duì)象的動(dòng)畫效果表示出來；或者由軟件使用者通過圖形對(duì)象改變數(shù)據(jù)變量的值（參見“第七章動(dòng)畫連接”）?！敖M態(tài)王”提供了21種動(dòng)畫連接方式：屬性變化線屬性變化、填充屬性變化、文本色變化位置與大小變化填充、縮放、旋轉(zhuǎn)、水平移動(dòng)、垂直移動(dòng)值輸出模擬值輸出、離散值輸出、字符串輸出值輸入模擬值輸入、離散值輸入、字符串輸入特殊閃爍、隱含滑動(dòng)桿輸入水平、垂直命令語(yǔ)言按下時(shí)、彈起時(shí)、按住時(shí)一個(gè)圖形對(duì)象可以同時(shí)定義多個(gè)連接，組合成復(fù)雜的效果，以便滿足實(shí)際中任意的動(dòng)畫顯示需要。圖3-11動(dòng)畫連接3.2.6運(yùn)行和調(diào)試組態(tài)王工程已經(jīng)初步建立起來，進(jìn)入到運(yùn)行和調(diào)試階段。在組態(tài)王開發(fā)系統(tǒng)中選擇“文件\切換到View”菜單命令，進(jìn)入組態(tài)王運(yùn)行系統(tǒng)。在運(yùn)行系統(tǒng)中選擇“畫面\打開”命令，從“打開畫面”窗口選擇“Test”畫面。顯示出組態(tài)王運(yùn)行系統(tǒng)畫面，即可看到矩形框和文本在動(dòng)態(tài)變化。圖3-12運(yùn)行系統(tǒng)畫面四、下位機(jī)組態(tài)及軟件本套控制系統(tǒng)下位機(jī)采用三菱公司的FX2N48MR-PLC。其控制軟件為GXDeveloper-FX中文版7.0。4.1FX2N48MR-PLC簡(jiǎn)介三菱的FX2N系列PLC具有小型，高速，高性能的優(yōu)點(diǎn)，是FX系列中最先進(jìn)的超級(jí)微型PLC。除了具有16-256點(diǎn)的數(shù)字量輸入輸出，還有模擬控制，定位控制等特殊控制。1．集成型和高性能三菱的FX2N系列PLC的CPU，電源，數(shù)字量輸入輸出三位一體。有6種基本，可以以最小8點(diǎn)為單位連接輸入輸出擴(kuò)展設(shè)備，最大可以擴(kuò)展輸入輸出256點(diǎn)。2．高速運(yùn)算基本指令運(yùn)算時(shí)間：0.08us/指令應(yīng)用指令運(yùn)算時(shí)間：1.52～數(shù)100us/指令3．容量的存儲(chǔ)器內(nèi)置8000步RAM存儲(chǔ)器，通過安裝存儲(chǔ)盒后，最大可以擴(kuò)展到16000步。4．豐富的軟元件范圍輔助繼電器：3072點(diǎn)，定時(shí)器：256點(diǎn)，計(jì)數(shù)器:235點(diǎn),數(shù)據(jù)寄存器：8000點(diǎn)。4.2設(shè)計(jì)工程的一般過程4.2.1創(chuàng)建工程在第一個(gè)階段，將創(chuàng)建一個(gè)新的空工程。在這個(gè)階段須必須定義工程的名稱和路徑、編程語(yǔ)言、以及所使用的PLC類型。（1）啟動(dòng)GXDeveloper，在工程選項(xiàng)中選擇工程>創(chuàng)建新工程。（2）選擇PLC系列為FXCPU系列，PLC類型為FX2N(C),程序類型為梯形圖邏輯，（3）選中設(shè)置工程名，設(shè)置你所要存放的路徑，設(shè)置工程名字。如圖4-1所示。圖4-1設(shè)置工程屬性4.2.2編輯代碼GXDeveloper軟件支持順序功能圖(SFC)和梯形圖編程。4.2.3編譯項(xiàng)目本階段將編譯工程文件，選中變換欄，變換，進(jìn)行變換。變換結(jié)束后，項(xiàng)目就可以下裝到PLC內(nèi)。如圖4-2所示圖4-2 程序下裝4.2.4下裝項(xiàng)目選中在線欄，選中清除PLC內(nèi)存。如圖4-3所示，建議盡量使用硬件復(fù)位。圖4-3 軟件內(nèi)存清除內(nèi)存清除完畢后，選中“在線”菜單，“PLC寫入”子菜單。選擇“下載所有”。如圖4-4所示。圖4-4PLC寫入4.2.5調(diào)試工程運(yùn)行PLC，選中“在線”菜單的“遠(yuǎn)程操作”子菜單，可以對(duì)PLC進(jìn)行運(yùn)行和停止的操作。也可以通過PLC前面板上的“運(yùn)行啟?！遍_關(guān)進(jìn)行該操作。GXDeveloper7.0軟件提供了強(qiáng)大的診斷工具，在軟件的工具欄，有在線和7診斷兩種診斷工具。五、前饋反饋控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)5.1控制算法流量-液位前饋反饋控制流程圖如圖5-1所示。下水箱是用兩個(gè)水泵注水，設(shè)法保持下水箱液位。被調(diào)量為調(diào)節(jié)閥，控制量是支路2流量，控制目標(biāo)是下水箱液位。首先實(shí)現(xiàn)前饋控制，通過測(cè)量支路1、2流量，控制調(diào)節(jié)閥，使得支路2流量變化跟蹤支路1流量變化。然后實(shí)現(xiàn)反饋控制，通過測(cè)量水箱液位，控制調(diào)節(jié)閥，從而把前饋控制不能修正的誤差進(jìn)行修正。圖5-1前饋－反饋控制系統(tǒng)原理圖如果支路一出現(xiàn)擾動(dòng)，經(jīng)過流量計(jì)測(cè)量之后，測(cè)量得到干擾的大小，然后在第二個(gè)支路通過調(diào)整調(diào)節(jié)閥開度，直接進(jìn)行補(bǔ)償。而不需要經(jīng)過調(diào)節(jié)器。如果沒有反饋，就是開環(huán)控制，那么這個(gè)控制就會(huì)有余差。增加反饋通道，使用PI進(jìn)行控制。我們進(jìn)行了部分簡(jiǎn)化。前饋控制不考慮控制通道與對(duì)象通道延遲，則根據(jù)物料平衡關(guān)系，簡(jiǎn)單的前饋控制方程為：Qu=dF。也就是兩個(gè)流量的和保持穩(wěn)定。但是有兩個(gè)條件，一是準(zhǔn)確知道第一個(gè)支路的流量，二是準(zhǔn)確知道調(diào)節(jié)閥控制輸入與流量對(duì)應(yīng)關(guān)系K1，如圖5-2所示：圖5-2調(diào)節(jié)閥控制輸入與流量比例關(guān)系5.2前饋反饋控制程序本套控制系統(tǒng)的下位機(jī)采用的是三菱公司的FX2N48MR-PLC，其控制軟件為GXDeveloper-FX中文版7.0。前饋反饋控制程序關(guān)鍵部分如圖5-3所示。首先把AI1通道采集的數(shù)據(jù)放進(jìn)D9寄存器中，乘以一個(gè)前饋系數(shù)D11，前饋量存到寄存器D13，把PID控制器的控制量與D13做減法運(yùn)算，把結(jié)果送到A01輸出。圖5-3前饋反饋控制程序5.3操作過程和調(diào)試1、編寫控制器算法程序，下裝調(diào)試；編寫測(cè)試組態(tài)工程，連接控制器，進(jìn)行聯(lián)合調(diào)試。2、在現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)上，打開手閥QV102、QV105，QV115，QV106，電磁閥XV101直接打開（面板上DOCOM接24V，XV101接GND）。3、在控制系統(tǒng)上，將支路1流量變送器（FT-101）輸出連接到控制器AI0，將下水箱液位變送器（LT-103）輸出連接到控制器AI1，變頻器控制端連接到AO0，調(diào)節(jié)閥FV-101控制端連接到AO1。變頻器通過AO1手操控制。注意：具體那個(gè)通道連接指定的傳感器和執(zhí)行器依賴于控制器編程。對(duì)于全連好線的系統(tǒng)，例如DCS，則必須按照已經(jīng)接線的通道來編程。4、打開設(shè)備電源。包括調(diào)節(jié)閥電源，變頻器電源。變頻器設(shè)為外部信號(hào)操作模式。5、連接好控制系統(tǒng)和監(jiān)控計(jì)算機(jī)之間的通訊電纜，啟動(dòng)控制系統(tǒng)。6、啟動(dòng)計(jì)算機(jī)，啟動(dòng)組態(tài)軟件，進(jìn)入測(cè)試項(xiàng)目界面。啟動(dòng)調(diào)節(jié)器，設(shè)置各項(xiàng)參數(shù)，將調(diào)節(jié)器切換到自動(dòng)控制。7、啟動(dòng)水泵P102。8、設(shè)定K=0，然后設(shè)置PID控制器參數(shù)，可以使用各種經(jīng)驗(yàn)法來整定參數(shù)。這里不限制使用的方法。9、設(shè)定K值，建議：運(yùn)行過程中PID的SP值會(huì)有一定的波動(dòng)，所以控制的穩(wěn)定性稍差，有一些難度。干擾可以是K值的改變，也可以是變頻器控制量的改變（從而改變了FT-101）。5.4實(shí)驗(yàn)結(jié)果1、實(shí)驗(yàn)的參數(shù)及結(jié)果如圖5-4，5-5所示圖5-4k=0時(shí)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖5-5k=1時(shí)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果2、分析及結(jié)論通過上位機(jī)改變不同的參數(shù)可得幾個(gè)下水箱液位前饋反饋控制的實(shí)時(shí)曲線圖。在前饋系數(shù)不變的情況下我們可以看出改變P,I,D三個(gè)參數(shù)可以讓我們獲得不同的曲線。其中參數(shù)不變的有設(shè)定值和變頻器頻率的數(shù)值分別設(shè)為100mm和30%。輸出上限和輸出下限分別為100.00和0.00。死區(qū)時(shí)間不設(shè)定。下面從PI和PID分別控制來說明控制的效果。PI的下水箱液位前饋-反饋控制：首先關(guān)閉微分作用也就是PID當(dāng)中的D這個(gè)參數(shù)讓它對(duì)系統(tǒng)無影響。按照對(duì)一般的系統(tǒng)測(cè)試我們先設(shè)定比例值（P）通常為0.3-10.0，積分值（I）越大越好,通過不斷的調(diào)整比例值和積分值就可以達(dá)到很好的響應(yīng)曲線，是系統(tǒng)更快更穩(wěn)的達(dá)到設(shè)定值。通過調(diào)試，我們可以看出比例值（P）越大，系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間就越短，反之則時(shí)間越長(zhǎng)，但是比例值（P）太大也會(huì)引起系統(tǒng)的嚴(yán)重超調(diào)進(jìn)而導(dǎo)致系統(tǒng)不能達(dá)到預(yù)期效果。積分值（I）的作用是使系統(tǒng)無偏差即消除系統(tǒng)的殘差是系統(tǒng)達(dá)到預(yù)期效果。積分時(shí)間要根據(jù)不同的系統(tǒng)來決定，對(duì)于液位控制當(dāng)然是越大越好，這樣效果很好，但是時(shí)間會(huì)很長(zhǎng)，綜上所述我們可以選擇一個(gè)適當(dāng)?shù)谋壤担≒）和積分值（I）是系統(tǒng)完全滿足我們的需要。P