組態(tài)王在鍋爐液位監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用(完整版)實用資料

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北方民族大學(xué)組態(tài)王在鍋爐液位監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用（完整版）實用資料(可以直接使用，可編輯完整版實用資料，歡迎下載）學(xué)士學(xué)位論文論文題目: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:20050153指導(dǎo)教師姓名:虎恩典論文提交時間:2021年5月18日論文答辯時間:2021年5月23日學(xué)位授予時間:北方民族大學(xué)教務(wù)處制摘要針對一個小型鍋爐液位監(jiān)控系統(tǒng)，設(shè)計開發(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)可實現(xiàn)了對過程控制裝置的溫度、壓力、流量、液位等四大熱工參數(shù)的實時數(shù)據(jù)采集和裝置鍋爐溫度、鍋爐液位的實時控制。該系統(tǒng)具有一定的實用性。本文主要分析了鍋爐液位監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計要求，闡述了該系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計原則，并進行了仿真。本文設(shè)計的重點是PID控制算法的設(shè)計，對其參數(shù)的整定也是設(shè)計的難點之一。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)計需求關(guān)鍵詞組態(tài)王液位監(jiān)控ABSTRACTKingviewbasedmonitoringsystemisdesignedforasmallboilersLevercontrolsystem.Inthispaper,itmainlyusesthatmonitoringsoftwareforthehostcomputerofthesystemisKingview.Providingreal-timedataacquisitionoffourprocessparameterssuchastemperature，pressure，flowandlevelintheprocesscontrolfacilityandofferingreal-timecontroloftemperatureandleveloftheboilerinthefacility，thissystemhasacertainpracticalvalue.ThispapermainlyanalyzedtheboilerLevercontrolsystem'sdesignrequirementsonthesystem'ssoftwareandhardwaredesignprincipleandhascarriedonthesimulation.ThisarticlefocusesonthedesignofPIDcontrolalgorithm;oneofdesigndifficultisalsoinstallationtoitsparameter's.Thesimulationtestresultshowthat:thesystemsatisfiesthedemandoftrackingthegivenvalue.Itcansatisfythedesigndemandofmonitoringsystem.KEYWORDSKingviewboilersLevercontrolsystemmonitoringsystem目錄目錄................................................................I前言................................................................1第一章組態(tài)軟件基礎(chǔ)知識介紹........................................21.1組態(tài)軟件概述................................................21.1.1組態(tài)軟件的概念和產(chǎn)生的背景.............................21.1.2組態(tài)軟件的特點和功能...................................21.2組態(tài)軟件現(xiàn)狀和使用組態(tài)軟件的步驟............................31.2.1組態(tài)軟件的現(xiàn)狀.........................................31.2.2使用組態(tài)軟件的一般步驟.................................41.3KingviewV6.5概述...........................................41.3.1工程管理器.............................................51.3.2工程瀏覽器.............................................51.3.3畫面運行系統(tǒng)...........................................6第二章系統(tǒng)設(shè)計....................................................72.1系統(tǒng)設(shè)計任務(wù)與要求..........................................72.1.1系統(tǒng)設(shè)計任務(wù)...........................................72.1.2系統(tǒng)設(shè)計任務(wù)...........................................72.2硬件連線....................................................72.3工程的建立..................................................82.3.1定義外部設(shè)備...........................................92.3.2畫面制作..............................................122.3.3動畫連接..............................................142.4控制軟件的設(shè)計.............................................212.4.1數(shù)字控制器算法流程的設(shè)計..............................212.4.2水箱液位的控制設(shè)計....................................242.4.3報警控制的設(shè)計........................................25第三章系統(tǒng)調(diào)試...................................................263.1仿真調(diào)試...................................................263.2控制軟件的調(diào)試.............................................263.3數(shù)據(jù)測試...................................................293.4分析討論...................................................30第四章結(jié)論......................................................31致謝...............................................................32參考文獻............................................................33附錄1：源程序.....................................................34附錄2：英文原文....................................................36附錄3：中文譯文....................................................45前言由于組態(tài)軟件是運行在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)，實現(xiàn)多時多任務(wù)控制。現(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)王與單片機控制裝置通過RS485總線進行數(shù)據(jù)通訊組成測控系統(tǒng)，成為一種低成本解決的方案。組態(tài)王內(nèi)置了大量的設(shè)備驅(qū)動作為組態(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。每一個驅(qū)動都是一個COM對象，這種方式使驅(qū)動和組態(tài)王構(gòu)成一個完整的系統(tǒng)。同時組態(tài)王軟件作為一個開放型的通用工業(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)通訊接口進行數(shù)據(jù)通訊。組態(tài)王是一個具有易用性、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，只需要進行填表式操作即可生成一個監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。它可以在整個生產(chǎn)企業(yè)內(nèi)部將各種系統(tǒng)和應(yīng)用集成在一起，實現(xiàn)企業(yè)綜合自動化的目的。本設(shè)計中利用組態(tài)王軟件對過程控制設(shè)備進行控，根據(jù)所選對象，選擇PID參數(shù)，達到期望的控制效果。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。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)計算機技術(shù)發(fā)展的日新月異，應(yīng)用前景廣闊。第一章組態(tài)軟件基礎(chǔ)知識介紹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，它們是在自動控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級的軟件平臺和開發(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。對應(yīng)于原有的HMI（HumanMachineInterface，人機接口軟件）的概念，組態(tài)軟件應(yīng)該是一個使用戶能快速建立自己的HMI的軟件工具或開發(fā)環(huán)境在工業(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）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；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。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)相對照，組態(tài)與組裝類似。1.1.2組態(tài)軟件的特點和功能一般來說，組態(tài)軟件是數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)（SupervisoryControlandDataAcquisition,SCADA）的軟件平臺工具，是工業(yè)應(yīng)用軟件的一個組成部分。它具有豐富的設(shè)置項目，使用方式靈活，功能強大。組態(tài)軟件由早先單一的人機界面向數(shù)據(jù)處理機方向發(fā)展，管理的數(shù)據(jù)項越來越大，實時數(shù)據(jù)庫事的作用進一步加強。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，為自動化軟件的發(fā)展提供了充分發(fā)揮作用的舞臺。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)動軟件的工作量。I/O驅(qū)動軟件也逐漸向標準化的方向發(fā)展。組態(tài)軟件的主要特點是：（1）延續(xù)性和可擴性。用通用組態(tài)軟件開發(fā)的應(yīng)用程序，當現(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，不需要很多修改就可方便的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的方法包裝起來，對于用戶，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/ODriver、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。目前看到的所有組態(tài)軟件都能實現(xiàn)如下的類似功能:●幾乎所有運行于32位Windows平臺的組態(tài)軟件都采用類似的資源瀏覽器的窗口結(jié)構(gòu)，并對工業(yè)控制系統(tǒng)中的各種資源（設(shè)備、標簽、畫面等）進行配置和編輯；●處理數(shù)據(jù)報警及系統(tǒng)報警；●提供多種數(shù)據(jù)驅(qū)動程序；●各類報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、報警處理和歷史趨勢顯示與記錄功能，但是針對國內(nèi)的需要，這些系統(tǒng)還有明顯的弱點：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；價格昂貴，這些系統(tǒng)價格昂貴，很難為國內(nèi)一般應(yīng)用所接受。同國外系統(tǒng)相比，大部分國產(chǎn)通用系統(tǒng)具有較高的性能價格比，本地化能力較強，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，要滿足企業(yè)級和行業(yè)部門級大型集中監(jiān)控管理GIS系統(tǒng)的要求，還需要相當長的時間。1.2.2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)王軟件中進行完整、嚴密的開發(fā)，使組態(tài)軟件能夠在正常工作，主要包括以下幾個典型的組態(tài)步驟：(1將所有I/O點的參數(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)時使用。(2搞清楚所使用的I/O設(shè)備的生產(chǎn)商、種類、型號、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)備時做出準確選擇。(3將所有I/O點的I/O標識收集齊全，并填寫表格，I/O標識是唯一地確定一個I/O點的關(guān)鍵字，組態(tài)軟件通過向I/O設(shè)備發(fā)出I/O標識來請求其對應(yīng)的數(shù)據(jù)。在大多數(shù)情況下I/O標識是I/O點的地址或位號名稱。(4根據(jù)工藝過程繪制、設(shè)計畫面結(jié)構(gòu)和畫面草圖。(5按照第一步統(tǒng)計出的表格，建立實時數(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)計結(jié)果，在實時數(shù)據(jù)庫中建立實時數(shù)據(jù)庫變量與I/O點一對一的對應(yīng)關(guān)系，即定義數(shù)據(jù)連接。(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象與實時數(shù)據(jù)庫變量建立動畫連接，規(guī)定動畫屬性和幅度。(9視用戶需求，制作歷史曲線，報警顯示，以及開發(fā)報表系統(tǒng)。之后，還需要加上安全權(quán)限設(shè)置。(10對組態(tài)內(nèi)容進行分段和總體調(diào)試，視調(diào)試情況對軟件進行相應(yīng)修改。(11將全部內(nèi)容調(diào)試完成以后，對上位軟件進行最后完善，讓系統(tǒng)投入正式運行。1.3KingviewV6.5概述KingxiewV6.5軟件完全基于網(wǎng)絡(luò)的概念，是一個完全意義上的工業(yè)級軟件平臺，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。組態(tài)王KingviewV6.5軟件是運行于Windows2000/NT4.0(補丁6/XP簡體中文版的中文界面的人機界面軟件，采用了多線程、COM組件等新技術(shù)，實現(xiàn)了實時多任務(wù)，軟件使用方便，功能強大，性能優(yōu)異，運行穩(wěn)定，質(zhì)量可靠。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）；●畫面運行系統(tǒng)（TouchView）。在“組態(tài)王”軟件中，用戶建立的每一個應(yīng)用程序為一個工程。在每一個工程的路徑下，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。1.3.1工程管理器對于系統(tǒng)集成商和用戶來說，一個系統(tǒng)開發(fā)人員可能保存有很多個組態(tài)王工程，對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)，具有很強的管理功能，主要作用是為用戶集中管理本機上的組態(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)或運行環(huán)境等。工程管理器實現(xiàn)了對組態(tài)王各種版本工程的集中管理，使用戶在進行工程開發(fā)和工程的備份、數(shù)據(jù)詞典的管理上方便了許多。1.3.2工程瀏覽器工程瀏覽器是組態(tài)王的一個重要組成部分，它將圖形畫面、命令語言、設(shè)備驅(qū)動程序、配方、報警、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，工程人員在這個環(huán)境里進行系統(tǒng)開發(fā)。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)畫面運行系統(tǒng)在組態(tài)王中，工程瀏覽器（TouchExplorer）和畫面運行系統(tǒng)（TouchView）是各自獨立的Windows應(yīng)用程序，均可單獨使用。一個工程可以同時被編輯和運行，這對于工程的調(diào)試是非常方便的。同時兩者又相互依存，在工程瀏覽器內(nèi)嵌的畫面制作開發(fā)系統(tǒng)中設(shè)計開發(fā)的畫面應(yīng)用程序必須在畫面運行系統(tǒng)的運行環(huán)境中才能運行。第二章系統(tǒng)設(shè)計2.1系統(tǒng)設(shè)計任務(wù)與要求2.1.1系統(tǒng)設(shè)計任務(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。且當系統(tǒng)干擾變化時，液位能最終穩(wěn)定在給定值。該液位監(jiān)控系統(tǒng)由水箱控制對象系統(tǒng)、I/O接口板、計算機和組態(tài)王軟件組成。2.1.2系統(tǒng)設(shè)計任務(wù)根據(jù)題目要求，詳細分析液位監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計要求，并進行軟硬件的總體設(shè)計。在完成總體設(shè)計后，進行硬件的詳細設(shè)計，利用組態(tài)王軟件完成鍋爐液位監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計工作。同時進行控制軟的流程設(shè)計和編制工作，并用仿真PLC完成控制軟件的仿真調(diào)試工作。2.2硬件連線硬件連線及I/O分配由于本設(shè)計是用智能調(diào)節(jié)儀（進行PID參數(shù)的控制）通過電動調(diào)節(jié)閥改變閥悶1的開度，改變鍋爐液位，即可實現(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。圖2.1鍋爐液位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖圖2.2鍋爐液位系統(tǒng)接線圖在組態(tài)王內(nèi)部是以I/O變量來存儲外部信號的狀態(tài)和數(shù)值的，必須把這些不同的變量與外部信號之間的對應(yīng)關(guān)系做出明確的定義，才能夠正確的設(shè)計出控制程序。對于鍋爐液位控制系統(tǒng)，有兩個摸擬信號需要輸入到計算機：鍋爐液位和水箱液位。工業(yè)控制機有一個模擬信號需要輸出到電動調(diào)節(jié)閥。鍋爐液位控制系統(tǒng)I/O分配表如表2.1所示。表2.12.3工程的建立雙擊桌面上的組態(tài)王軟件的圖標，進入組態(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?，建立一個用戶的新工程，工程名可設(shè)為“鍋爐液位監(jiān)控系統(tǒng)”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。畫面程序在實際運行中是通過I/O設(shè)備和下位機交換數(shù)據(jù)的，當程序在調(diào)試時，可以使用仿真I/O設(shè)備模擬下位機向畫面程序提供數(shù)據(jù)，為畫面程序的調(diào)試提供方便。組態(tài)王提供一個仿真PLC設(shè)備，用來模擬實際設(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，實際PLC設(shè)備都是通過計算機的串口向組態(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按照“設(shè)備配置向?qū)А钡奶崾荆⑷鐖D的PLC設(shè)備圖2.3圖2.42變量的定義進入新建工程后，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，按照“設(shè)備配置向?qū)А钡奶崾荆?個板卡設(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。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。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。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)控制計算機可以從現(xiàn)場采集信號，并將操縱值送至執(zhí)行機構(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。2.2鍋爐液位控制系統(tǒng)I/O型變量分配表2.3鍋爐液位控制系統(tǒng)I/O型變量數(shù)值范圍表2.4鍋爐液位控制系統(tǒng)內(nèi)存型變量分配表2.3.2畫面制作1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、水槽。大部分圖素可以從圖庫中找出，其中對水箱和鍋爐進行了少許改動。按鈕圖素包括“水泵啟動”、“退出系統(tǒng)”、“爐液位實時趨勢曲線”。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”，并對其進行了相應(yīng)的改動。文本對象包括指示標簽若干、七個“####”文字標簽。圖2.5監(jiān)控中心畫面2“報警窗口”畫面.如圖2.6所示，包括“報警窗口”控件和一個按鈕圖素。圖2.6“報警窗口”畫面3“實時趨勢曲線”畫面如圖2.7所示，包括“實時趨勢曲線”畫面.一個按鈕圖素和任意三角行形狀的“筆”圖素。圖2.7“實時趨勢曲線”畫面動畫連接1.主畫面的動畫連接。1“鍋爐”液位的動畫連接：雙擊”鍋爐”圖素,彈出”反應(yīng)器”對話框,在”變量名(模擬量：”編輯框中選擇“\\本站點\HK”,再進行相應(yīng)的”顏色設(shè)置”、“填充設(shè)置”，如圖2.8所示。設(shè)置完成后，運行時，“鍋爐”圖素前的紅色“多邊形”就能根據(jù)實際“鍋爐液位”的采樣值進行高、低變化顯示。圖2.82“水箱”液位的動畫連接：雙擊“水箱”圖素前的藍色“點位圖”圖素，彈出的“動畫連接”對話框，單擊“位置與大小變化”中的“縮放”按鈕，彈出“縮放連接”對話框。在“表達式”編輯框中選擇“\\本站點\水箱液位”，再進行相應(yīng)的“最小填充高度”對話框。在“表達式”編輯框中選擇“\\本站點\水箱液位”，再進行其他相應(yīng)的設(shè)置，如圖2.9所示。設(shè)置完成后，運行時，“水箱”圖素前的藍色“多邊形”就能根據(jù)實際“水箱液位”的采樣值進行高、低變化顯示。圖2.93“調(diào)節(jié)閥門開度”的動畫連接：雙擊“調(diào)節(jié)閥”圖素，彈出“管道”對話框，在：“變量名（模擬量）：”編輯框中選擇“\\本站點\水箱液位”，再進行相應(yīng)的“刷屬性”、“填充屬性”設(shè)置。設(shè)置完成后，運行時，“調(diào)節(jié)閥”圖素的就能根據(jù)PID算法計算出的“調(diào)節(jié)閥門開度”操縱值進行高、低顏色變化顯示。4“水泵啟動”按鈕、水泵、電機的動畫連接：雙擊“水泵啟動”按鈕，彈出“動畫連接”對話框，單擊“命令語言連接”中的“彈起時”按鈕，彈出“命令語言”編輯框。在編輯框中輸入如下命令語言：If(水泵啟動==1水泵啟動=0;else水泵啟動=1;再雙擊“水泵”圖素，彈出的“泵”對話框，在“變量名（離散量）：”編輯框中選擇“\\本站點\水泵啟動”，再進行相應(yīng)的“顏色設(shè)置”；最后雙擊“馬達”圖素，彈出“馬達向?qū)А睂υ捒颍龠M行相應(yīng)的“顏色設(shè)置”，設(shè)置完成后，點“水泵啟動”，再進行相應(yīng)的“顏色設(shè)置”，設(shè)置完成后，運行時，單擊“水泵啟動”，離散量“水泵啟動”由“關(guān)閉”變?yōu)椤按蜷_”，“水泵”圖素和“電機”圖素上的“紅色”矩形會變成“綠色”矩形，以此表示水泵和電機處于通電運行狀態(tài)；再單擊“水泵啟動”按鈕，離散量“水泵啟動”將切換成“關(guān)閉”，“水泵”圖素和“電機”圖素上的“綠色”矩形會變成“紅色”矩形，以此表示水泵和電機處于斷電狀態(tài)。5“水箱進水”流體的動畫連接：沿水箱進水管上畫出四段短“直線”圖素，雙擊第一段短“直線”圖素，彈出“動畫連接”對話框，單擊“特殊”中的“隱含”按鈕，彈出“隱含連接”對話框。在“條件表達式”編輯框中輸入“\\本站點\水箱進水流體狀態(tài)==1”，當“表達式為真時”選擇“顯示”。用同樣的方法對其他三段短“直線”圖素進行動畫連接，在“條件表達式”編輯框中依次輸入“\\本站點\水箱進水流體狀態(tài)==2”，“\\本站點\水箱進水流體狀態(tài)==3”，“\\本站點\水箱進水流體狀態(tài)==4”。用復(fù)制、粘貼、旋轉(zhuǎn)等方法將這四段短“直線”沿水箱進水方向布滿整個水箱進水管道。設(shè)置完成后，運行時，當“水泵啟動”離散變量為打開時，只要循環(huán)改變變量“\\本站點\水箱進水流體狀態(tài)”的值，就能依次顯示這四段短直線。在視覺效果上，相當于水流動的效果。6“水箱泄水門閥”、“水箱泄水”流體的動畫連接：在“主畫面”制作系統(tǒng)中，從圖庫中調(diào)出閥門圖素換成普通圖素，選擇菜單“圖庫/轉(zhuǎn)換成普通圖素”將其轉(zhuǎn)。再選擇菜單“排列/合成組合圖素”，將組合圖素變?yōu)椤＿x擇菜單“排列/逆時針旋轉(zhuǎn)90度”、“排列/垂直翻轉(zhuǎn)”將合成圖素變?yōu)??？梢詫⒔M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、彈起時動畫連接。同樣為“泄水閥門”關(guān)閉圖素分別建立隱含、彈起時動畫連接，其設(shè)置正好與“泄水閥門”打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，運行時，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。至于“水箱泄水”流體的動畫連接，可參照“水箱進水”流體的動畫連接方法制作。設(shè)置完成后，運行時，當“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，只要循環(huán)改變變量“\\本站點\水箱進水流體狀態(tài)”的值，就能依次顯示這四段短直線。在視覺效果上，相當于水流動的效果。7“鍋爐出水閥門2”、“鍋爐出水”流體的動畫連接：鍋爐出水閥門的連接參照“調(diào)節(jié)閥開度”的動畫連接。至于“鍋爐出水”流體的動畫連接，可參照“水箱進水”流體的動畫連接方法制作。設(shè)置完成后，運行時，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，只要循環(huán)改變變量“\\本站點\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，相當于水流動的效果。8“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)”文本圖素的動畫連接：雙擊要建立動畫連接的文本對象（如“溢流”），彈出“動畫連接”對話框。單擊“特殊”中的“隱含”按鈕，彈出“隱含連接”對話框。在“條件表達式”編輯框中輸入\\本站點\水箱液位>=390，當“鍋爐液位”大于最高水位390mm時，水箱即處于“溢流”狀態(tài)，“溢流”文本顯示。用同樣的方法對其他四個文本對象建立動畫連接。“水箱泄水閥門開”文本對象動畫連接的“條件表達式”為\\本站點\泄水閥門==1；“水箱泄水閥門關(guān)”文本對象動畫連接的“條件表達式”為\\本站點\泄水閥門==0；“鍋爐出水閥門關(guān)”文本對動畫連接的“條件表達式”為\\本站點\出水閥門==0。9七個“####”文字標簽的動畫連接：雙擊“調(diào)節(jié)閥開度”文本圖素后的“####”文字標簽，彈出“動畫連接”對話框。單擊“值輸出”中的“模擬值輸出”按鈕，彈出“模擬值輸出連接”對話框。在“表達式”編輯框中輸入\\本站點\調(diào)節(jié)閥開度，再進行“輸出方式”、“對齊方式”的設(shè)置，單擊“確定”按鈕，完成“模擬值輸出連接”。運行時，“調(diào)節(jié)閥開度”后的“####”文字標簽將顯示實型變量“調(diào)節(jié)閥開度”的數(shù)值。用同樣的方法在對其他六個“####”文字標簽都建立模擬值輸出動畫連接，其連接的表達式根據(jù)其前面的指示標簽設(shè)定。對于“液位給定值”、“時間常數(shù)T1”、“閥門比例系數(shù)”、“采樣周期”、“PID比例系數(shù)KP”五個文本圖素后的“####”文字標簽，還要建立“模擬值輸入連接”。雙擊“液位給定值”后的“####”文字標簽，彈出“動畫連接”對話框。單擊“值輸入”中的“模擬值輸入”按鈕，彈出“模擬值輸入連接”對話框。在“變量名”編輯框輸入“\\本站點\HR”再進行“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”。運行時，單擊“液位給定值”后的文本圖素，將出現(xiàn)如圖2.10所示的對話框。用戶可以再編輯框中直接輸入數(shù)字或用鼠標單擊下面的數(shù)字鍵輸入數(shù)字，輸入的數(shù)字將存入變量“給定液位”中。用戶標簽建立模擬值輸入動畫連接，其連接的變量名根據(jù)其前面的指示標簽設(shè)定。圖2.10“模擬值輸入”對話框10循環(huán)改變“水箱進水流體狀態(tài)”、“水箱泄水流體狀態(tài)”、“鍋爐進水流體狀態(tài)”、“鍋爐出水流體狀態(tài)”等變量的值：在“主畫面”空白處，單擊鼠標右鍵，彈出快捷菜單。選擇“畫面屬性”、進入“畫面屬性”對話框。單擊“命令語言….”按鈕，進入“畫面命令語言”編輯器，單擊“存在時”頁面，輸入相應(yīng)程序。11“退出”、“鍋爐液位實時趨勢曲線”按鈕的動畫了連接：雙擊“退出”按鈕，彈出“動畫連接”對話框。單擊“名字語言連接”中的“彈起時”按鈕，進入“命令語言”編輯器。輸入命令exit(0；。單擊“確定”按鈕，完成“彈起時”動畫連接。運行時，單擊“退出”按鈕、將會退出組態(tài)王運行系統(tǒng)，返回Windows.用同樣的方法為“鍋爐也是實時趨勢曲線”設(shè)置“彈起時”動畫連接，起輸入命令為ShowPicture（“實時趨勢曲線”）;。運行時，單擊“鍋爐液位實時趨勢曲線”，系統(tǒng)會切換到“實時趨勢曲線”的畫面。2.“報警窗口”畫面的動畫連接?！皥缶翱凇笨丶膭赢嬤B接步驟如下：1首先定義報警組。在組態(tài)王工程瀏覽器的目錄樹中選擇“數(shù)據(jù)庫報警組”，雙擊右側(cè)的目錄內(nèi)容顯示區(qū)出現(xiàn)的“請雙擊這兒進入<報警組>對話框…”圖標。彈出報警組定義對話框,為本工程定義報警組如圖2.11所示。圖2.11“報警組定義”對話框2設(shè)置變量的報警屬性。在組態(tài)王工程瀏覽器“數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)詞典”中選擇一個變量“鍋爐液位”，雙擊它，彈出的“定義變量”對話框上選擇“報警定義”屬性頁，在彈出的“報警定義”對話框中進行相應(yīng)的設(shè)置，如圖2.12所示。圖2.12“鍋爐液位HK”的變量報警屬性的定義3配置報警窗口。在已建立報警窗口的“報警窗口”畫面中，雙擊報警窗口，彈出報警窗口配置屬性頁。在這個對話框中，設(shè)置“報警窗口”的“通用屬性”、“列屬性”、“操作屬性”、“條件屬性”、“顏色和字體屬性”?！扒袚Q到主畫面”按鈕的“命令語言”—“彈起時”動畫連接方法與主畫面的“實時趨勢曲線”按鈕相同，其輸入命令為ShowPicture（“監(jiān)控中心”）；。設(shè)置完成后，在運行中，單擊此按鈕，系統(tǒng)能返回到“主畫面”。3.“實時趨勢曲線”畫面的動畫連接。在“實時趨勢曲線”畫面中雙擊“實時趨勢曲線”控件，彈出“實時趨勢曲線”對話框。設(shè)置如圖2.13、圖2.14所示。圖2.13“實時趨勢曲線”的“曲線定義”配置圖2.14“實時趨勢曲線”的“標示定義”2.4控制軟件的設(shè)計2.4.1數(shù)字控制器算法流程的設(shè)計本系統(tǒng)中采樣數(shù)字控制器對鍋爐液位HK進行控制。其控制過程是首先通過模擬量輸入通道對控制參數(shù)進行采樣，并將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，然后計算機按一定控制算法進行運算處理，運算結(jié)果由模擬量輸出通道輸出，并通過執(zhí)行機構(gòu)去控制生產(chǎn)過程，以達到期望的效果。這里，計算機執(zhí)行按某種算法編寫的程序，實現(xiàn)對被控制對象的控制和調(diào)節(jié)，被稱為數(shù)字控制器。在微型計算機控制系統(tǒng)中，是用微型計算機作數(shù)字控制器的。圖1為一常見的微型計算機控制系統(tǒng)的原理圖。圖2.15如圖2，為被控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖圖2.16其中被控對象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-1T]]+TTe(kT+D[e(kT-2e[(k-1T]+e[(k-2T]]}TIT=Kp{(1+2TTTTD+e(kT-(1+De[(k-1T]+De[(k-2T]}TITTT=Kp{a0e(kT+a1e[(k-1T]+a2e[(k-2T]}(2-1式中，a0=1+TTD+TIT2TDTa1=-(1+a2=TD(2-2T對式作Z變換，可得PID數(shù)字控制器的Z傳遞函數(shù)為-1-2U(zKp(a0+a1z+a2zD(z==E(z1-z-1T≈0.T1sTI≈0.T5s(2-3TD≈0.12Ts5式中，Ts是純比例控制時的臨界振蕩周期。將式2-3帶入式2-1和式2-2，可得D(z=Kp(2.45-3.5z-1+1.25z-21-z-1相應(yīng)的差分方程為?u(kT=K5k(T-p{2.4e3.e5-k[(+T1]e1.-2k5[T由式可以看出，對四個參數(shù)的整定簡化成了對一個參數(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PID控制流程圖并且當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)計本設(shè)計中對水箱液位的控制設(shè)為：當水泵啟動時，如果調(diào)節(jié)閥、泄水閥門同時關(guān)時，水箱液位單位時間增加20；如果有一個開，水箱液位增加15；兩個同時開始，水箱液位增加10。當水泵關(guān)閉時，如果水箱液位>50(由于此時，水箱中的水流入水槽，當調(diào)節(jié)閥關(guān)時，水箱液位單位時間減少10；但是調(diào)節(jié)閥開時，水箱液位就減少20。如上所示，水箱液位控制的流程圖如下如果水泵關(guān)閉時水箱液位控制流程圖2.4.3報警控制的設(shè)計鍋爐液位過高或過低都會導(dǎo)致嚴重的后果，液位過高（>90）會溢出，液位過低（<10）會使得鍋爐干燒，造成爆炸等嚴重后果。因此應(yīng)對其進行必要的監(jiān)控，從而進行調(diào)整。報警控制流程圖進行相應(yīng)的報警設(shè)置，如圖第三章系統(tǒng)調(diào)試3.1仿真調(diào)試由于時間的限制，本設(shè)計采用仿真PLC系統(tǒng)軟件實現(xiàn)功能仿真和測試，當程序在調(diào)試時，使用仿真I/O設(shè)備模擬下位機向畫面程序提供數(shù)據(jù)，為畫面程序的調(diào)試提供方便。組態(tài)王提供一個仿真PLC設(shè)備，用來模擬實際設(shè)備向程序提供數(shù)據(jù)，供用戶調(diào)試。3.2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；●對各功能模塊進行逐一編譯調(diào)試；●各功能模塊調(diào)試正常后，進行聯(lián)合編譯調(diào)試。此時需要注意的問題是程序的連貫性及各功能的相互搭配?！駥θ砍绦蜻M行調(diào)試，調(diào)試成功后，要對程序進行精簡化，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，進入組態(tài)王運行系統(tǒng)。如果是在畫面制作系統(tǒng)，請選擇“文件\切換到VIEW”，也可進入組態(tài)王運行系統(tǒng)。用戶可以單擊“水泵啟動”按鈕，電機和水泵中的紅色圖素變成綠色，同時“水箱減稅”流體的動畫顯示。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。“水箱泄水”和“鍋爐出水”流體動畫的顯示與否，還取決于“水箱”是否在溢流狀態(tài)，“鍋爐液位”是否大于零。用戶可以單擊“鍋爐給定液位”后的文本，彈出“輸入”對話框，用戶可在此輸入“鍋爐液位給定值”。系統(tǒng)的運行效果如圖3.1、圖3.2、圖3.3所示。用戶如果對控制效果不滿意，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。圖3.1鍋爐液位控制系統(tǒng)“監(jiān)控中心”運行效果圖3.2鍋爐液位控制系統(tǒng)“實時趨勢曲線”畫面運行效果圖3.3鍋爐液位控制系統(tǒng)“報警窗口”畫面運行效果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，并通過測試分析各性能是否符合設(shè)計要求及用戶要求。本設(shè)計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i.KP=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.iKP=2，KI=1.5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。3.4分析討論經(jīng)過多次調(diào)試，我設(shè)計的系統(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)計的控制軟件根本不能跟蹤給定液位的變化，在調(diào)試時，系統(tǒng)一直沒有采入值。之后我通過調(diào)整程序，很好的實現(xiàn)了設(shè)計設(shè)置的功能。首次編寫PID控制程序，調(diào)試時總會出現(xiàn)一些語法錯誤，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現(xiàn)。本設(shè)計采用仿真PLC模擬下位機跟組態(tài)王進行通訊，由于時間緊迫，也只是進行虛擬的設(shè)計，而只是簡單的了解硬件接口的設(shè)計，所以還是與實際控制系統(tǒng)中的設(shè)計有所距離。至于PID參數(shù)的整定采用了歸一化的方法，使得設(shè)計變得簡單，由先前對四個參數(shù)的整定，變?yōu)閷σ粋€參數(shù)進行整定便可以滿足設(shè)計需求。從上節(jié)圖中可以看出。改變KI及KP這兩個參數(shù)，可以使系統(tǒng)的性能得以改善。這樣改變一個參數(shù)KP，其他的參數(shù)會進行整體的改變，而影響系統(tǒng)性能。第四章結(jié)論本設(shè)計結(jié)合了軟件與硬件的設(shè)計，是對我大學(xué)所學(xué)知識的一次綜合性檢測與考驗，不僅在理論方面還是在動手方面都得到了很大的提高。本設(shè)計運用組態(tài)王軟件、計算機控制技術(shù)、C++語言等多方面的知識，讓我對這些知識有了更清晰，更深入的認識。在設(shè)計該系統(tǒng)的過程中，讓我深刻體會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)計的進度，而且使我是設(shè)計更加完整，功能更豐富在數(shù)據(jù)測試和調(diào)試方面，由于沒有做出時間樣品，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)計要求，且很好的實現(xiàn)了各項功能。由于本設(shè)計采用了仿真數(shù)據(jù)，與實際數(shù)據(jù)可能存在一定的誤差。通過本次畢業(yè)設(shè)計，讓我更深刻的了解了組態(tài)王在工業(yè)中的應(yīng)用，也讓我了解了專業(yè)知識的同時，也對本專業(yè)的前景充滿信心。無論在軟件設(shè)計還是硬件選取中，我都采用了比較先進的設(shè)計方法，但仍有許多缺陷。致謝本人的本科畢業(yè)設(shè)計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。他嚴肅的科學(xué)態(tài)度，嚴謹?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作作風，深深地感染和激勵著我。并且在整個畢業(yè)設(shè)計過程中，虎恩典教授不斷對我所得結(jié)論進行總結(jié)，也使我接觸到了許多理論和實際上的新問題，使我做了許多有益的思考。從課題的選擇到項目的最終完成，虎老師都始終給予我細心的指導(dǎo)和不懈的支持。在此表示誠摯的感謝和由衷的敬意。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，我才能克服一個一個的困難和疑惑，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！從開始進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。參考文獻[1]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[2]譚浩強.C++程序設(shè)計.北京：機械工業(yè)出版社[3]賴壽宏.微型計算機控制技術(shù).北京：機械工業(yè)出版社,2000.5[4]李剛民,曹巧媛,曹琳琳，陳忠平.單片機原理及實用技術(shù).北京：高等教育出版社，2005.4[8]李朝青.單片機原理及接口技術(shù).北京：北京航空航天大學(xué)出版社[9]鄒伯敏.自動控制理論.北京：機械工業(yè)出版社，2002.1附錄1：源程序1.循環(huán)改變流體狀態(tài)If（）//循環(huán)改變量水箱進水流體狀態(tài)的值{If（水箱進水流體狀態(tài)<4）水箱進水流體狀態(tài)=水箱進水流體狀態(tài)+1；Else水箱進水流體狀態(tài)=1；}Else水箱進水流體狀態(tài)=0；//循環(huán)改變變量水箱泄水流體狀態(tài)的值If（\\本站點\水箱液位>=50&&\\本站點\泄水閥門==1）{If（）.水箱泄水流體狀態(tài)=\\本站點\水箱泄水流體狀態(tài)+1；Else\\本站點\水箱泄水流體狀態(tài)=1；}Else；//循環(huán)改變變量鍋爐出水流體狀態(tài)的值If（鍋爐液位>0&&\\本站點\出水閥門==1）{If（）鍋爐出水流體狀態(tài)=\\本站點\鍋爐出水流體狀態(tài)+1；Else\\本站點\鍋爐出水流體狀態(tài)=1；}Else\\本站點\鍋爐出水流體狀態(tài)=0；//循環(huán)改變變量鍋爐進水流體狀態(tài)的值If（調(diào)節(jié)閥開度>0&&\\本站點\水箱液位>0）{If（鍋爐進水流體狀態(tài)<4）鍋爐進水流體狀態(tài)=鍋爐進水流體狀態(tài)+1；Else鍋爐進水流體狀態(tài)=1；}Else鍋爐進水流體狀態(tài)=0；選擇畫面命令語言執(zhí)行時間間隔為每200毫秒。2.數(shù)字控制器的算法if(水箱液位>390//PID控制{{if(k==0/*計數(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*/if(k>=0{{EK=HR-HK1;/*求取第K次采集后的偏差*/{UK=UK1+KP*2.45*EK-KP*3.5*EK1+KP*1.25*EK2;/*PID控制計算*/if(UK>100UK=100;if(UK<0||HK1>100UK=0;if(HK1<0HK1=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;/*計數(shù)累加*/液位.AddNewPoint(k,HK,1;/*實時曲線畫點*/液位.AddNewPoint(k,HR,0;}else{水泵啟動=0;k=0;液位.Clear(1;UK=0;HK=0;}}3.水箱液位控制//水箱液位控制if(\\本站點\水泵啟動==1{if(\\本站點\水箱液位<50{if(\\本站點\調(diào)節(jié)閥開度<=0+20;else\\本站點\水箱液位=\\本站點\水箱液位+15;}elseif(\\本站點\水箱液位>50{if(\\本站點\調(diào)節(jié)閥開度<=0\\本站點\水箱液位=\\本站點\水箱液位+15;else\\本站點\水箱液位=\\本站點\水箱液位+10;}}else{if(\\本站點\水箱液位<50{if(\\本站點\調(diào)節(jié)閥開度<=0\\本站點\水箱液位=\\本站點\水箱液位;else\\本站點\水箱液位=\\本站點\水箱液位-10;}elseif(\\本站點\水箱液位>=50{if(\\本站點\調(diào)節(jié)閥開度<=0-10;else\\本站點\水箱液位=\\本站點\水箱液位-20;}}附錄2：英文原文Systemcompensation1IntroductionItwasmentionedearlierthatperformanceofacontrolsystemismeasuredbyitsstability,accucacy,andspeedofresponse.ingeneraltheseitemsarespecifiedwhenasystemisbeingdesignedtosatisfyaspecifictask.Quiteoftenthesimultaneoussatisfactionofalltheserequirementscannotbeachievedbyusingthebasicelementsinthecontrolsystem.Evenafterintroducingcontrollersandfeedback,wearelimitedastothechoicewemayexerciseinselectingacertaintransientresponsewhilerequiringasmallsteadystateerror.Wewillshowhowthedesiredtransientaswellasthesteadystatebehaviorofasystemmaybeobtainedbyintroducingcompensatoryelements(alsocalledequalizernetworksintothatcontrolsystemloop.Thesecompensationelementsaredesignedsothattheyhelpachievesystemperformance,i.e.bandwidth,phasemargin,peakovershoot,steadystateerror,etc.withoutmodifyingtheentiresysteminamajorway.Formourexperiencesofarwerecognizethatanychangesinsystemperformancecanbeachievedonlythoughvaryingtheforwardloopgain.Considerthethird-orderunityfeedbacksystemwiththefollowingforwardlooptransferfunction,G(s=Ks(s+a(s+bFromtheRouth-HurwitzcriterionweknowthatstabilityrequiresK≤ab(a+bWealsoknowthatthesteadystateerrortoarampinputisess=lims[11ab?]=s21+G(sKs→0Obviouslyifitisnecessarytominimizethesteadystateerror,thegainKshouldbeincreased.SinceKisconstrainedtoamaximumvalueofab（a+b）,theminimumsteadystateerrorbecomes[ess]min=1a+bAfurtherdecreaseintheerrorrequiresanincreaseinKwhichinturnhasadestabilizingeffectonthesystem,Itisthereforeclearthattheforward“gaingame”isratherlimited.2thestabilizationofunstablesystemsSincetheincreasingoftheforwardloopgainKtendstodestabilizeasystem,wemustfindwaysitcompensateitonsuchawayastostabilizeitagain.ItwasestablishedinChapter6thattheadditionofapoleinG(sH(stendstohaveadestabilizinginfluenceonsystemresponse.Canwethereversetheargumentandsaythattheadditionofazerotendstohaveastabilizinginfluenceonsystemresponse?Letusanswerthisbyconsideringanexample.ConsiderthecontrolsystemwithitstransferfunctiongiveninExample6-5.ThissystemisunstableifK>KcNowconsiderthesamesystembutwiththeadditionofazero,G(sH(s=K(sτ3+1s(sτ1+1(sτ2+1Thisisthetypeoffunctionweobtainifweweretoaddderivativeandproportionalcontroltoathird-orderservomechanism.Thecharacteristicequationbecomess3τ1τ2+s2(τ1+τ2+(Kτ3+1s+K=0s(sτ1+1(sτ2+1Andthezerosofthecharacteristicequationaredeterminedbys3τ1τ2+s2(τ1+τ2+(Kτ3+1s+k=0TheRoutharraybecomessτ1τ2(Kτ3+13s2τ1+τ2Kb1=(Kτ3+1(τ1+τ2-Kτ1τ2τ1+τ2s1b1b2b2=0s0c1ωc1=KForstabilityb1≥0,andthereforeK(τ1τ3+τ2τ3-τ1τ2+(τ1+τ2>0Clearly,withaproperselectionofthetimeconstants,thismaybesatisfied.TheNyquistplotforthisisshowninFig.1ωωFig.13CASCADEDCOMPENSATIONAsindicatedinFig.2,cascadedcompensationconsistsofplacingelementsinserieswiththeforwardlooptransferfunction.Suchcompensationmaybeclassifiedintothefollowingcategories:(aPhase-lagcompensation(bPhase-leadcompensation(aCascadeorseriescompensation(cfeedbackcompensationC(s(dFeedforwardcompensationFig.2Typeofcompensation(eLag-leadcompensation(fCompensationbycancellation.Thedetailsofthesemethodsisthesubjectofthissection.Phase-lagcompensationConsideraunityfeedbackcontrolsystemwhoseforwardlooptransferfunctionrepresentsathird-ordersystemwithitsNyquistplotshowinFig.3.ItisrequiredthatthegainbeK1forsatisfyingthemarginofstabilitybutK2forsatisfyingthesteadystateperformance.Thisseeminglycontradictoryrequirementmaybesatisfiedifweweretoreshapetheplottotheoneindicatedbythedottedlines.Thereshapedplotmaybeobtainedifthelow-frequencypartofK1isrotatedclockwisewhilethehigh-frequencypartofK1mustlag,thetypeofcompensationusedtoachievethisisphase-lagcompensation.Suchcompensationisobtainedbyaphase-lagelement.IK2ω=0K1ω=0Fig.3Whentheoutputofanelementlagstheinputinphaseandthemagnitudedecrasesasafunctionoffrequency,theelementiscalledaphase-lagelement.Considerthelagnetwork.Thetransferfunctionforthisis1+aTsE2(s=Gc(s=E1(s1+TsWhereaT=R2C;a=R2R1+R2TheBode,Nyquist,androotlocusplotsareshowinFig.4.Weobservethatjωσ(a?(bFig.4(cthemagnitudedecreaseswithincreasingfrequencyandlaggingphaseangle.Theminimumphaseφmoccursatωmwhichisthegeometricaverageofthecornerfrequencieslogωm=111(log+log2TaTωm=Thephaseanglebecomesφm=arctaanTωm-tanφm=arcωtmaTn(-T+aTωm1+(aTωm(Tωmtanφm=(1-a/orsinφm=(1-a/(1+aThemaximumphaselagisstrictlyafunctionofa.Letusinvestigatehowsuchanetworkaltersperformanceofafeedbackcontrolsystem.Thephase-lagmethodofcompensationachievesthefollowing:(1Reduceshigh-frequencygainandimprovesthephasemargin;(2Increasesthevelocityerrorconstantforafixedrelativestability;(3Thegaincrossoverfrequencyisdecreased.Thisalsoreducesthebandwidthofthesystem;(4Thetimeresponseusuallygetsslower.Phase-leadcompensationLetusreturntotheNyquistplotshowninFig.3.WecouldhavereshapedtheplotbybeginningwiththeNyquistplotforK2androtatingthehigh-frequencypartinthecounterclockwisedirectionbutwithoutalteringthelow-frequencypart.Sincethephaseofthehigh-frequencypartmustnowlead,thetypeofcompensationusedtoachievethisisphase-leadcompensation.Suchcompensationisachievedbyaphase-leadelement.Whentheoutputofanelementleadstheinputinphaseandthemagnitudeincreasesasafunctionoffrequency,theelementiscalledaphase-leadelement.Considertheleadelementshown.Thetransferfunctionis圖E2(s11+αsT=E1(sα1+sTWhereT=R1R2CR+R2α=1R1+R2R2TheBodeplot,polarplot,androotlocusplotareshowninFig.5.Wenotethatthemagnitudeincreaseswithincreasingfrequency.Thevalueoflocus.Themaximumphaseleadαdeterminestheseparationontherootωmoccursatωm.Usingthepreviousmethod,it1T1αTjωσ(a(bFig.5Maybeshowthatωm=(csinφm=α-1α+1Forsystemscompensatedbyphase-leadnetworksthefollowingisconcluded(1(2(3(4Thevelocityerrorconstantisincreasedandthereforethesteadystateerrortoarampinputisdecreasedforagivenrelativestability.ThedampingratioisincreasedandtheovershootisreducedwhilethephasemarginisincreasedThegaincrossoverfrequencyisincreasedandthebandwidthisusuallyincreasedTherisetimeisfasterPhaselag-leadcompensationPhase-lagcompensationwasseentoimprovethesteadystateresponsealthoughtherisetimebecameslower.Thephase-leadcompensation,ontheotherhand,decreasedtherisetimeanddecreasedtheovershootrathersubstantially.Itisoftennecessarytocombinethesedifferentpropertiesforsimultaneouslysatisfyingthesteadyaswellastransientbehaviorofcontrolsystem。Compensationelementsthatcombinethesepropertiesarecalledlag-leadnetworks.Inordertoembodythecharacteristicsoflagandleadnetworks,itispossibletocascadetwoindependentnetworks.However,thereareindividualnetworksthatpossessthecombinedpropertyofleadandlag.Considerthelag-leadnetworkshown.ThetransferfunctionforthisnetworkisE2(s(1+R1C1s(1+R2C2s=2E1(s1+(R1C1+R2C2+R2C2s+R1R2C1C2sThismaybecastinthefamiliarleadandlagnotationbydefining,T1α-1=R1C1T2α=R2C2T1T2=R1R2C1Cleadlag-1E(s1+sT1a+1sTa2=Substituting2E1(s1+sT1+1sT2Thecomputationalprocedureofobtaininga,T1isasbefore.CompensationbycancellationAlthoughwehavetriedtocategorizeandgeneralizethecompensationanddesignofcontrolsystem,itisimportanttorealizethattherealwaytodesignasystemistohavesome“feel”fortheproblem.Itispossiblethatnoneofthetechniqueswehaveconsideredreallyhelp,orp