自動控制系統(tǒng)綜合實驗 基于MCGS的水箱液位串級控制實驗

1、綜綜 合合 實實 驗驗 報報 告告綜合實驗名稱綜合實驗名稱 自動控制系統(tǒng)綜合實驗 題題 目目 基于 mcgs 的水箱液位串級控制實驗 指指 導(dǎo)導(dǎo) 教教 師師 設(shè)計起止日期設(shè)計起止日期 2011 年 12 月 22 日12 月 31 日 系系 別別 自動化學(xué)院控制工程系 專專 業(yè)業(yè) 自動化 學(xué)生姓名學(xué)生姓名 班級班級 學(xué)號學(xué)號 成成 績績 1目目 錄錄一、綜合實驗的目的一、綜合實驗的目的.3二、實驗前的準備及安全操作規(guī)程二、實驗前的準備及安全操作規(guī)程.3三、綜合實驗內(nèi)容要求三、綜合實驗內(nèi)容要求.3四、自選項目介紹：四、自選項目介紹：.3（一） 、實驗?zāi)康?.4（二） 、實驗設(shè)備 .4（三） 、實

2、驗原理 .4（四） 、實驗內(nèi)容與步驟 .5五、實驗裝置介紹五、實驗裝置介紹.6（一） 、被控對象 .6（二） 、檢測裝置 .7（三） 、執(zhí)行機構(gòu) .8（四） 、實驗控制臺 .8（五） 、實驗掛件 .9（六） 、常規(guī)儀表側(cè)控制對象總貌圖： .11（7）調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定方法 .11（一）經(jīng)驗法.12(二)臨界比例度法.12（三）衰減曲線法（阻尼振蕩法.13六、軟件介紹六、軟件介紹.13一、mcgs 組態(tài)軟件.13二、remodaq8000-9000 軟件.14三、advantech device manager軟件.14四、應(yīng)用 mcgs 組態(tài)軟件做的實驗工程.15五、智能調(diào)節(jié)儀的認識 .15（一

3、） 、 智能調(diào)節(jié)儀的功能及作用：.15（二） 、 智能調(diào)節(jié)儀的參數(shù)和使用：.15(三)、 智能調(diào)節(jié)儀的常用功能：.15七、系統(tǒng)模塊設(shè)計七、系統(tǒng)模塊設(shè)計.16（一） 、系統(tǒng)硬件設(shè)計框圖與元器件選擇 .16（二） 、系統(tǒng)軟件功能模塊設(shè)計圖 .181、控制系統(tǒng)的設(shè)計.182、系統(tǒng)的組態(tài)設(shè)置.193、修改通訊串口號和通訊地址并設(shè)置相關(guān)屬性.20（2）實時數(shù)據(jù)庫設(shè)置.22（3）組態(tài)策略設(shè)置.234、工程整定.24八、思考題八、思考題.242九、課設(shè)總結(jié)九、課設(shè)總結(jié).25十、參考文獻十、參考文獻.25一、綜合實驗的目的一、綜合實驗的目的自動控制系統(tǒng)綜合實驗是在完成了自控理論，檢測技術(shù)與儀表，過程控制系統(tǒng)等

4、課程后的一次綜合訓(xùn)練。要求同學(xué)在給定的時間內(nèi)利用前期學(xué)過的知識和技術(shù)在過程控制實驗室的現(xiàn)有設(shè)備上，基于 mcgs 組態(tài)軟件或 wincc 組態(tài)軟件設(shè)計一個監(jiān)控系統(tǒng)，完成相應(yīng)參數(shù)的控制。在設(shè)計工作中，學(xué)會查閱資料、設(shè)計、調(diào)試、分析、撰寫報告等，達到綜合能力培養(yǎng)的目的。二、實驗前的準備及安全操作規(guī)程二、實驗前的準備及安全操作規(guī)程實驗前應(yīng)復(fù)習(xí)教科書有關(guān)章節(jié)，認真研讀實驗指導(dǎo)書，了解實驗?zāi)康?、項目、方法與步驟，明確實驗過程中應(yīng)注意的問題，并按實驗項目準備記錄等。實驗前應(yīng)了解實驗裝置中的對象、水泵和所用控制組件的名稱、作用及其所在位置, 以便于在實驗中對它們進行操作和觀察。熟悉實驗裝置面板圖，要求做到由

5、面板上的圖形、文字符號能準確找到該設(shè)備的實際位置；熟悉工藝管道結(jié)構(gòu)、每個手動閥門的位置及其作用。安全操作規(guī)程1 實驗之前確保所有電源開關(guān)均處于“關(guān)”的位置，儲水箱中是否有充足的水；2 開水泵前請務(wù)必保證管路通暢，閥門打開。3 切忌禁止帶電接線，尤其是與計算機連接的線纜嚴謹帶電插拔。4 若使用現(xiàn)場總線側(cè)控制臺，使用時應(yīng)注意：1）打開電源開關(guān)順序：依次打開 plc 控制柜中總電源開關(guān)、變頻器開關(guān)（停大約 10s后） 、控制站開關(guān)、24vdc 開關(guān)等。2）關(guān)閉電源開關(guān)順序：首先關(guān)閉控制站開關(guān)，再依次關(guān)閉其他電源開關(guān)，最后關(guān)閉總電源開關(guān)。3）step7 硬件組態(tài)下載程序時，請將 plc 控制柜中 cp

6、u 模塊開關(guān)置于 stop 狀態(tài)，下載完畢時切換至 run 狀態(tài)。4）小心操作，切勿亂扳硬擰，嚴防損壞儀表及模塊。5）嚴格遵守實驗室有關(guān)規(guī)定。三、綜合實驗內(nèi)容要求三、綜合實驗內(nèi)容要求本次在 thpcat-2 型自動控制系統(tǒng)實驗平臺上完成，實驗裝置如圖所示。該實驗平臺的監(jiān)控對象包括模擬鍋爐和水箱，可以設(shè)計實現(xiàn)溫度控制系統(tǒng)、液位控制系統(tǒng)或流量控制系統(tǒng)。軟件開發(fā)平臺主要是監(jiān)控組態(tài)軟件 mcgs、wincc 和 matlab 等，根據(jù)設(shè)計題目和要求在實驗平臺上選擇相關(guān)設(shè)備及軟件，完成設(shè)計調(diào)試和設(shè)計報告。深入學(xué)習(xí) mcgs 軟件的應(yīng)用開發(fā)技術(shù)，根據(jù)題目要求設(shè)計合適的監(jiān)控組態(tài)界面，完成硬件組態(tài)和實時數(shù)據(jù)庫

7、的組態(tài)等，實現(xiàn)對特定參數(shù)數(shù)據(jù)的實時采集和監(jiān)控，能夠記錄實時曲線和歷史曲線。四、自選實驗介紹3四、自選項目介紹：四、自選項目介紹：基于基于 mcgsmcgs 的水箱液位串級控制實驗的水箱液位串級控制實驗對下水箱液位進行控制，采用上水箱液位作為副參數(shù)，下水箱液位作為主參數(shù)構(gòu)成串級控制系統(tǒng)，要求 1用mcgs軟件設(shè)計監(jiān)控界面，實現(xiàn)下水箱液位的定值控制。2打開電磁閥，加入階躍干擾。3觀察下水箱液位過渡過程，以響應(yīng)快速性和超調(diào)量小為控制目標(biāo)。（一）（一） 、實驗?zāi)康?、實驗?zāi)康?、通過實驗了解水箱液位串級控制系統(tǒng)組成原理。2、掌握水箱液位串級控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定與投運方法。3、了解階躍擾動分別作用于副

8、對象和主對象時對系統(tǒng)主控制量的影響。4、掌握液位串級控制系統(tǒng)采用不同控制方案的實現(xiàn)過程。5、深入學(xué)習(xí) mcgs 軟件的應(yīng)用開發(fā)技術(shù)，根據(jù)題目要求設(shè)計合適的監(jiān)控組態(tài)界面，完成硬件組態(tài)和實時數(shù)據(jù)庫的組態(tài)等，實現(xiàn)對特定參數(shù)數(shù)據(jù)的實時采集和監(jiān)控，能夠記錄實時曲線和歷史曲線。6、根據(jù)題目的功能要求，設(shè)計控制算法，畫出軟件流程圖。深入學(xué)習(xí) mcgs 編程語言，進行控制算法組態(tài)或控制算法程序的編寫，對控制算法的功能進行測試，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動采集和控制等主要功能。（二）（二） 、實驗設(shè)備、實驗設(shè)備1thpcat-2 型現(xiàn)場總線過程控制對象系統(tǒng)實驗裝置；2at-i 智能調(diào)節(jié)儀表掛件、rs485/232 轉(zhuǎn)換器及

9、rs485 通訊線；3pc 機、mcgs 組態(tài)軟件。（三）（三） 、實驗原理、實驗原理下圖是串級控制系統(tǒng)的方框圖，該系統(tǒng)有主、副兩個控制回路，主、副調(diào)節(jié)器相串聯(lián)工作，其中主調(diào)節(jié)器有自己獨立的給定值 r，它的輸出 m1作為副調(diào)節(jié)器的給定值，副調(diào)節(jié)器的輸出 m2控制執(zhí)行器，以改變主參數(shù) c1。4圖圖 1 1 串級控制系統(tǒng)方框圖串級控制系統(tǒng)方框圖f1(t)-作用在主對象上的擾動； f2(t)-作用在副對象上的擾動。本實驗為水箱液位的串級控制系統(tǒng)，它是由主控、副控兩個回路組成。主控回路中的調(diào)節(jié)器稱主調(diào)節(jié)器，控制對象為下水箱，下水箱的液位為系統(tǒng)的主控制量。副控回路中的調(diào)節(jié)器稱副調(diào)節(jié)器，控制對象為上水箱，

10、又稱副對象，上水箱的液位為系統(tǒng)的副控制量。主調(diào)節(jié)器的輸出作為副調(diào)節(jié)器的給定，因而副控回路是一個隨動控制系統(tǒng)。副調(diào)節(jié)器的輸出直接驅(qū)動電動調(diào)節(jié)閥，從而達到控制下水箱液位的目的。為了實現(xiàn)系統(tǒng)在階躍給定和階躍擾動作用下的無靜差控制，系統(tǒng)的主調(diào)節(jié)器應(yīng)為 pi 或 pid 控制。由于副控回路的輸出要求能快速、準確地復(fù)現(xiàn)主調(diào)節(jié)器輸出信號的變化規(guī)律，對副參數(shù)的動態(tài)性能和余差無特殊的要求，因而副調(diào)節(jié)器可采用 p 調(diào)節(jié)器。（四）（四） 、實驗內(nèi)容與步驟、實驗內(nèi)容與步驟本實驗選擇上小水箱和下水箱串聯(lián)作為被測對象（也可選擇上大水箱和下水箱或者上小水箱和上大水箱） 。以上小水箱和下水箱串聯(lián)為例敘述實驗步驟如下： 1.

11、實驗前的準備工作： 1） 將“at-i 智能調(diào)節(jié)儀” 掛件掛到網(wǎng)孔板上，并將掛件的通訊線插頭通過rs485 通訊線與 rs485/232 轉(zhuǎn)換器連接到計算機串口 1。 （注意串口連線時至少保證一方斷電）2） 將儲水箱中貯足水量，然后將閥門 f1-1、f1-3、f1-4、f1-6 全開，將上小水箱出水閥門 f1-10、下水箱出水閥門 f1-12 開至適當(dāng)開度（要求 f1-10 開度稍大于 f1-12 的開度） ，其余閥門均關(guān)閉。3) 管路連接：將工頻泵出水口和支路 1 進水口連接起來；將支路 1 出水口和上小水箱進水口連接起來；將下水箱出水口和儲水箱進水口連接起來。2. 實驗步驟：1） 強電連線

12、：單相 i 電源 l、n 端對應(yīng)接到 at-1 掛件電源輸入 l、n 端。2） 弱電連線：下水箱液位 lt3 的 1-5v+、-端對應(yīng)接到智能調(diào)節(jié)儀 i 的 1-5v 電壓輸入 1、2 端；智能調(diào)節(jié)儀 i 的輸出 7、5 端并接本掛件上的 250 精密電阻后對應(yīng)接至智能調(diào)節(jié)儀 ii 的 1-5v 電壓輸入 1、2 端；上小水箱液位 lt1 的 0.2-1v+、-端（紅為正、綠為負）對應(yīng)接到智能調(diào)節(jié)儀 ii 的 0-1v 電壓輸入 3、2 端；智能調(diào)節(jié) ii 輸出7、5 對應(yīng)接到電動調(diào)節(jié)閥控控制輸入+ 、-端。3） 管路、閥門、接線檢查無誤后接通總電源開關(guān)，打開單相 i 開關(guān)、24v 電源開關(guān)、

13、電動調(diào)節(jié)閥開關(guān)。4） 檢查智能調(diào)節(jié)儀基本參數(shù)設(shè)置：sn=33,dil=0,dih=50，run=0,dip=1。5） 打開上位機 mcgs 組態(tài)環(huán)境，打開“thpcat-2 智能儀表控制系統(tǒng)”工程，然后進入 mcgs 運行環(huán)境，在主菜單中點擊“水箱液位串級控制實驗” ，進入監(jiān)控界面。6） 檢查智能調(diào)節(jié)儀基本參數(shù)設(shè)置，關(guān)鍵參數(shù)有智能調(diào)節(jié)儀 i 的sn=33,dih=50，dip=1，addr=1,智能調(diào)節(jié)儀 ii 的 sn=32, dil=0,dih=50, run=0，dip=1,addr=2。57） 將主控儀表設(shè)置為“手動” ，并將輸出值設(shè)置為一個合適的值，此操作可通過調(diào)節(jié)儀表實現(xiàn)。8） 將

14、磁力泵開關(guān)打到手動值，磁力驅(qū)動泵上電打水，適當(dāng)增加/減少主調(diào)節(jié)器的輸出量，使下水箱的液位平衡于設(shè)定值，且上小水箱液位也穩(wěn)定于某一值（此值一般為 35cm，以免超調(diào)過大，水箱斷流或溢流） 。9） 選擇 pi 或 pid 控制規(guī)律，根據(jù)經(jīng)驗法設(shè)定 pid 三個參數(shù)值，或者根據(jù)任一種整定方法整定調(diào)節(jié)器參數(shù)，并按整定得到的參數(shù)進行調(diào)節(jié)器設(shè)定。10）當(dāng)液位趨于給定值時，將手動狀態(tài)切換為自動狀態(tài)，待液位平衡后，施加干擾。待液位平衡后，通過以下幾種方式加干擾：a.突增（或突減）儀表設(shè)定值的大小，使其有一個正（或負）階躍增量的變化。b.適當(dāng)改變上小水箱出水閥 f1-10 開度。c.適當(dāng)改變下水箱出水閥 f1-

15、12 開度。d.將電動調(diào)節(jié)閥的旁路 f1-5（同電磁閥）開至適當(dāng)開度，將電磁閥開關(guān)打至“手動”位置。以上幾種干擾均要求擾動量為控制量的 515，干擾過大可能造成水箱中水溢出或系統(tǒng)不穩(wěn)定。加入干擾后，水箱的液位便離開原平衡狀態(tài)，經(jīng)過一段調(diào)節(jié)時間后，水箱液位穩(wěn)定至新的設(shè)定值（采用后面三種干擾方法仍穩(wěn)定在原設(shè)定值） ，記錄此時的智能儀表的設(shè)定值、輸出值和儀表參數(shù)，以及液位的響應(yīng)過程曲線。11）待液位再次平衡后，據(jù)實驗曲線，合理整定 pid 參數(shù)，分析不同 pid 參數(shù)的控制效果。五、實驗裝置介紹五、實驗裝置介紹（一）（一） 、被控對象、被控對象由不銹鋼儲水箱、有機玻璃水箱、單相電加熱模擬鍋爐(由不銹

16、鋼鍋爐內(nèi)膽加溫筒和封閉式鍋爐夾套構(gòu)成)、盤管、管道、閥門等組成。1 1水箱：水箱：包括上水箱、下水箱和儲水箱。上、下水箱采用淡藍色優(yōu)質(zhì)有機玻璃，不但堅實耐用，而且透明度高，便于學(xué)生直接觀察液位的變化和記錄結(jié)果。有機玻璃水箱尺寸：長寬高=350380300（mm） 。上水箱可以分為兩個小水箱共五個槽組成，分別為小水箱緩沖槽、小水箱工作槽、大水箱緩沖槽、大水箱工作槽和溢流槽組成，進水時水管的水先流入緩沖槽，然后才流入工作槽，這樣經(jīng)過緩沖和線性化的處理，工作槽的液位較為穩(wěn)定，便于觀察。兩個小水箱底部均設(shè)置有采壓口、出水口以及并連水箱連通口。下水箱與上水箱不同，共有四個槽組成，分別為左進水緩沖槽、溢流

17、槽、右進水緩沖槽和工作槽，水箱底部設(shè)置有采壓口，出水口。儲水箱由不銹鋼板制成，尺寸為：長寬高=900m520430（mm） ，完全能滿足有機玻璃水箱以及加熱鍋爐的實驗供水需要。儲水箱內(nèi)部有兩個橢圓形塑料過濾網(wǎng)罩，以防雜物進入水泵和管道。62 2模擬鍋爐：模擬鍋爐：是利用電加熱管加熱的常壓鍋爐，包括加熱層（鍋爐內(nèi)膽）和冷卻層（鍋爐夾套） ，均由不銹鋼精制而成，可利用它進行溫度實驗。做溫度實驗時，冷卻層的循環(huán)水可以使加熱層的熱量快速散發(fā)，使加熱層的溫度快速下降。冷卻層和加熱層都裝有溫度傳感器檢測其溫度，可完成溫度的定值控制、串級控制，前饋-反饋控制，解耦控制等實驗。3 3盤管：盤管：模擬工業(yè)現(xiàn)場的

18、管道輸送和滯后環(huán)節(jié)，長 21 米（24 圈） ，在盤管上有三個不同的溫度檢測點，它們的滯后時間常數(shù)不同，在實驗過程中可根據(jù)不同的實驗需要選擇不同的溫度檢測點。盤管的出水通過軟管連接既可以流入鍋爐內(nèi)膽，也可以經(jīng)過渦輪流量計流回儲水箱。它可用來完成溫度的滯后和流量純滯后控制實驗。4 4管道及閥門：管道及閥門：整個系統(tǒng)固定不動的管道由敷塑不銹鋼管連接而成，所有的手動閥門均采用優(yōu)質(zhì)球閥，徹底避免了管道系統(tǒng)生銹的可能性。有效提高了實驗裝置的使用年限。實驗用管道采用軟管連接，軟管連接部分均采用快速軟管接頭，方便軟管插拔，不同的實驗需要連接不同的管路，完全開放，老師學(xué)生可以隨意組合控制系統(tǒng)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力

19、，使設(shè)備更具研究價值。（二）（二） 、檢測裝置、檢測裝置1 1壓力傳感器、變送器：壓力傳感器、變送器：五個 ddz-iii 型壓力傳感器，用來對上小、上大、下水箱的液位以及常規(guī)儀表側(cè)管道壓力進行檢測，精度為 0.5 級。采用工業(yè)用的擴散硅壓力變送器，帶不銹鋼隔離膜片，同時采用信號隔離技術(shù)，對傳感器溫度漂移跟隨補償。采用標(biāo)準二線制傳輸方式，工作時需提供 24v 直流電源，輸出：420madc。其中檢測管道壓力的壓力變送器量程為 0-200kpa，其余用于檢測液位的四個變送器量程均為 0-5kpa。西門子壓力變送器用來對現(xiàn)象總線側(cè)下水箱液位進行檢測，數(shù)量 1 套。測量偏差小于 0.1。采用 sie

20、mens 帶 profibus-pa 通訊接口的壓力傳感器，siemens 帶profibus-pa 通訊協(xié)議的壓力傳感器通過總線供電，不需要另外接工作電源。2 2溫度傳感器：溫度傳感器：裝置中采用了五個 pt100 鉑熱電阻溫度傳感器和一個 k 型熱電偶傳感器，五個熱電阻傳感器分別用來檢測鍋爐內(nèi)膽、鍋爐夾套、盤管（有 3 個測試點）的水溫。pt100 測溫范圍：-200+420。經(jīng)過調(diào)節(jié)器的溫度變送器，可將溫度信號轉(zhuǎn)換成 420ma 直流電流信號。pt100 傳感器精度高，熱補償性較好。k 型熱電偶傳感器用來檢測鍋爐內(nèi)膽水溫，測溫范圍：0-1100。3 3流量計：流量計：一個模擬轉(zhuǎn)換器（渦輪

21、流量計）掛接在網(wǎng)孔板上，兩端接有快速接頭，用來連接軟管測量流量。它的優(yōu)點是測量精度高，反應(yīng)快。采用標(biāo)準二線制傳輸方式，工作時需提供 24v 直流電源。流量范圍：01.2m3/h；精度：1.0%；輸出：420madc。一個孔板流量計（需要配合差壓變送器） ，刻度流量 01.5m3/h，最大差壓60kpa。一個西門子電磁流量計，公稱直徑 15mm，測量精度0.5。與流量轉(zhuǎn)換器配合使用。基于微處理器的變送器，帶有數(shù)字顯示，可連接多種傳感器，采用siemens 帶7profibus-pa 通訊接口電磁式流量計。4 4差壓變送器：差壓變送器：配合孔板流量計測量管道流量，采用電容式差壓變送器， 4-20m

22、a信號輸出，0.25 級測量精度。5 5. .液液位位傳傳感感器器：由三個電接觸點組成，分別對低、中、高水位進行檢測，配合液位控制器，可以對水位起到監(jiān)視作用，本實驗裝置中共用了兩個液位傳感器，分別用來檢測鍋爐內(nèi)膽水位和儲水箱水位。（三）（三） 、執(zhí)行機構(gòu)、執(zhí)行機構(gòu)1 1電動調(diào)節(jié)閥：電動調(diào)節(jié)閥：采用智能直行程電動調(diào)節(jié)閥，用來對控制回路的流量進行調(diào)節(jié)。電動調(diào)節(jié)閥型號為：qstp-16k。具有精度高、技術(shù)先進、體積小、重量輕、推動力大、功能強、控制單元與電動執(zhí)行機構(gòu)一體化、可靠性高、操作方便等優(yōu)點，電源為單相220v，控制信號為 420madc 或 15vdc，輸出為 420madc 的閥位信號，使

23、用和校正非常方便。2.2.氣動調(diào)節(jié)閥（配套西門子閥門定位器）：氣動調(diào)節(jié)閥（配套西門子閥門定位器）：額定流量 0.3t/h，等百分比特性。由智能電氣閥門定位器控制的氣動調(diào)節(jié)閥，帶有profibus-pa 通訊功能。3 3水泵：水泵：本裝置采用磁力驅(qū)動泵，型號為 16cq-8p，流量為 30 升/分，揚程為 8米，功率為 180w。泵體完全采用不銹鋼材料，以防止生銹，使用壽命長。本裝置采用兩只磁力驅(qū)動泵,一只為三相 380v 恒壓驅(qū)動，另一只為三相變頻 220v 輸出驅(qū)動。4 4電磁閥：電磁閥：在本裝置中作為電動調(diào)節(jié)閥、氣動調(diào)節(jié)閥的旁路，起到階躍干擾的作用。5 5u u 型單相電加熱管：型單相電加

24、熱管：一根 1kw u 型電加熱管用來對鍋爐內(nèi)膽內(nèi)的水進行加溫。 6.6. 單相調(diào)壓模塊單相調(diào)壓模塊單相調(diào)壓模塊安裝在控制屏內(nèi)部，它為單相交流 220v 輸入，輸出為單相交流 220v平滑可調(diào)，控制信號為 dc 420ma，利用智能調(diào)節(jié)儀的輸出信號可控制調(diào)壓模塊的輸出電壓，從而使加熱介質(zhì)水最終穩(wěn)定在某一數(shù)值，實現(xiàn)溫度的自動控制。（四）（四） 、實驗控制臺、實驗控制臺1.1. 電源控制屏面板：電源控制屏面板：裝有漏電保護空氣開關(guān)，三相電壓指示表，各種執(zhí)行器控制開關(guān)，報警指示燈。 電磁閥開關(guān)，三位式開關(guān)，打到中間位置為電磁閥斷電閉合狀態(tài)；打到手動位置，電磁閥得電打開；打到自動位置，只有當(dāng)電磁閥的控

25、制端子（信號面板上“電磁閥控制”弱電接線柱或者接線端子 df+與 df-）接通時電磁閥才接通。380v 磁力泵開關(guān)，三位式，中間為停止?fàn)顟B(tài)，打到中間位置，380v 磁力泵斷電；打到手動位置，當(dāng)儲水箱有水時（此時水位報警指示燈為熄滅狀態(tài)） ，磁力泵接通電源；打到自動位置，只有當(dāng)儲水箱有水，同時磁力泵控制端子（信號面板上“磁力泵控制”弱電接線柱或者接線端子 cl+與 cl-）接通時磁力泵才接通電源。dc24v 電源開關(guān)，打到開位置，dc24v 開關(guān)電源得電，ddz-iii 型傳感器工作的前8提條件是要有直流 24v 電源，故正常工作時要打開此開關(guān)。調(diào)壓模塊開關(guān)，打到開位置，當(dāng)鍋爐內(nèi)膽有水時，調(diào)壓模

26、塊電源輸入端得電，當(dāng)做溫度實驗時需打開此開關(guān)。電動閥開關(guān)，打到開位置，智能電動調(diào)節(jié)閥得電。單相 i，單相 ii 開關(guān)，打到開位置，信號面板上的強電柱“單相 i” 、 “單相 ii”分別得電，為給實驗掛件供電提供條件。鍋爐報警、水位報警指示燈，當(dāng)鍋爐內(nèi)膽沒水時，鍋爐報警指示燈亮，此時，不能夠給鍋爐加熱；當(dāng)儲水箱沒水時，水位報警指示燈亮，此時不能用磁力泵抽水。2.2. i/oi/o 信號面板：信號面板：測量信號、控制信號的連接均在此面板上完成，便于學(xué)生自行連線組成不同的控制系統(tǒng)。測量信號部分：lt1、lt2、lt3 分別對應(yīng)上小、上大、下水箱的液位測量信號，紅色和藍色弱電柱之間電壓為 0.2-1v

27、，藍色和黑色弱電柱之間電壓為 1-5v；ft1、ft2 分別對應(yīng)孔板流量計流量信號和渦輪流量計信號；pt 為管道壓力的測量信號；tt1、tt2、tt3、tt4、tt5、tt6 分別測量鍋爐內(nèi)膽、鍋爐夾套、盤管上、盤管中、盤管下、鍋爐內(nèi)膽水溫的溫度；k1、k2 分別為干燒報警，水位報警報警用觸點，當(dāng)報警發(fā)生時，相應(yīng)的報警繼電器動作，常開觸點（no）或常閉觸點（nc）與公共點（com）接通或斷開?？刂戚敵霾糠郑骸半妱娱y”為電動調(diào)節(jié)閥 4-20ma 控制信號輸入端；“電動閥閥位反饋”為電動調(diào)節(jié)閥開度反饋信號（4-20ma） ；“溫控模塊”為調(diào)壓模塊控制信號輸入端；“變頻器”為 fcs 控制柜里的西門

28、子變頻器 4-20ma 控制信號輸入端，若要控制變頻器還需要給變頻器通電和進行一些參數(shù)設(shè)置；磁力泵控制、電磁閥控制分別為磁力泵和電磁閥在自動狀態(tài)時的控制輸入端，當(dāng)兩個端子短接，相應(yīng)的控制對象就接通電源。電源部分:為實驗掛件等提供電源。備用部分：用于擴展，主要用于測量信號遠傳至其他控制系統(tǒng)或其他系統(tǒng)的控制信號遠傳至該控制系統(tǒng)。接線端子：詳見控制屏接線端子對應(yīng)表。（五）（五） 、實驗掛件、實驗掛件1.at-11.at-1 aiai 智能調(diào)節(jié)儀表掛件：智能調(diào)節(jié)儀表掛件：采用上海萬迅儀表有限公司生產(chǎn)的 ai 系列全通用人工智能調(diào)節(jié)儀表，其中智能調(diào)節(jié)儀 i、智能調(diào)節(jié)儀 ii 為 ai-818 型，流量積

29、算儀為 ai-708h 型。ai-818 型儀表為 pid控制型，輸出為 420madc 信號；而 ai-708h 型儀表為流量積算儀，輸出為繼電器觸點型開關(guān)量信號。ai 系列儀表通過 rs485 串口通信協(xié)議與上位計算機通訊，從而實現(xiàn)系統(tǒng)的實時監(jiān)控。2 2at-2at-2 比值、前饋補償及解耦裝置掛件：比值、前饋補償及解耦裝置掛件：比值、前饋補償裝置同調(diào)節(jié)器一起使用，其原理如圖 2 所示。上面一路作為比值器，輸入電壓經(jīng)過電壓跟隨器、反相比例放大器、反相器輸出 05v 電壓，可以實現(xiàn)流量的單閉環(huán)比值、雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)實驗；當(dāng)上面一路作為干擾輸入，下面一路作為調(diào)節(jié)器輸出時，兩路相加或相減（通過

30、鈕子開關(guān)切換） ，再經(jīng)過 i/v 變換輸出420ma 電流，這部分構(gòu)成一個前饋補償器，可以實現(xiàn)液位與流量、溫度與流量的前饋9-反饋控制系統(tǒng)實驗。圖圖 2 2 比值、前饋補償器原理圖比值、前饋補償器原理圖解耦裝置同調(diào)節(jié)器一起使用，其原理如圖 3 所示。上面一路的輸入對輸出的影響，以及下面一路的輸入對輸出的影響均為 1：1 的關(guān)系；兩路之間相互的影響通過可調(diào)比例放大器及加法器實現(xiàn)。圖圖 3 3 解耦裝置原理圖解耦裝置原理圖3 3at-3at-3 遠程數(shù)據(jù)采集實驗掛件：遠程數(shù)據(jù)采集實驗掛件：遠程數(shù)據(jù)采集控制即我們通常所說的直接數(shù)字控制（ddc） ，它的特點是以計算機代替模擬調(diào)節(jié)器進行控制，并通過數(shù)據(jù)

31、采集板卡或模塊進行 a/d、d/a 轉(zhuǎn)換，控制算法全部在計算機上實現(xiàn)。在本裝置中遠程數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)包括 8 路模擬量輸入模塊 r-8017，4 路模擬量輸出模塊 r-8024， 萬能模擬量輸入模塊 r-8019+；rs485-rs232 通訊協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊 r8520。remodaq8000 系列智能采集模塊通過 rs485 等串行口通訊協(xié)議與 pc 相連，由 pc 中的算法及程序控制并實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集模塊對現(xiàn)場的模擬量、開關(guān)量信號的輸入和輸出、脈沖信號的計數(shù)和測量脈沖頻率等功能。圖 4 所示即為遠程數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)框圖。圖中輸入輸出通道即為 remodaq8000 智能采集模塊。關(guān)于 remod

32、aq8000 智能模塊的具體使用請參考裝置附帶的光盤中的相關(guān)內(nèi)容。10圖 1-5 遠程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)框圖 圖圖 4 4 遠程數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)框圖遠程數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)框圖“thpcat-2 遠程采集控制系統(tǒng)”的信號通道與實際信號的對應(yīng)關(guān)系詳見附錄。3.at-43.at-4 數(shù)據(jù)采集卡實驗掛件：數(shù)據(jù)采集卡實驗掛件：pci-1711 數(shù)據(jù)采集卡是功能強大的多功能 pci 總線數(shù)據(jù)卡，完全符合 pci 規(guī)格rev2.1 標(biāo)準，支持即插即用，采樣時可完成多路選通開關(guān)的控制，可根據(jù)每個通道不同的輸入電壓類型，來進行輸入范圍的確定。其配備了 16 路單端 ai 模擬量輸入，12位 a/d 轉(zhuǎn)換器，采樣速率可達

33、 100k，每個輸入通道的增益可編程，具有自動通道/增益掃描功能，卡上有 1k 的采樣 fi/fo 緩沖器，2 路 ao 位模擬量輸出，16 路 di，16 路do。支持相關(guān)軟件（如 vb、vc、labview、matlab 等）編程連接，實現(xiàn)控制系統(tǒng)算法的研究。同時提供相關(guān)了軟件的測試應(yīng)用軟件，給學(xué)生做設(shè)計性實驗提供了前提和基礎(chǔ)?！皌hpcat-2 數(shù)據(jù)采集卡控制系統(tǒng)”的信號通道與實際信號的對應(yīng)關(guān)系詳見附錄。（六）（六） 、常規(guī)儀表側(cè)控制對象總貌圖：、常規(guī)儀表側(cè)控制對象總貌圖：11圖圖 5 5 常規(guī)儀表側(cè)控制對象總貌圖常規(guī)儀表側(cè)控制對象總貌圖（7）調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定方法）調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定方法調(diào)

34、節(jié)器參數(shù)的整定一般有兩種方法：一種是理論計算法，即根據(jù)廣義對象的數(shù)學(xué)模型和性能要求，用根軌跡法或頻率特性法來確定調(diào)節(jié)器的相關(guān)參數(shù)；另一種方法是工程實驗法，通過對典型輸入響應(yīng)曲線所得到的特征量，然后查照經(jīng)驗表，求得調(diào)節(jié)器的相關(guān)參數(shù)。工程實驗整定法有以下四種：（一）經(jīng)驗法（一）經(jīng)驗法若將控制系統(tǒng)按照液位、流量、溫度和壓力等參數(shù)來分類，則屬于同一類別的系統(tǒng)，其對象往往比較接近，所以無論是控制器形式還是所整定的參數(shù)均可相互參考。表 1 為經(jīng)驗法整定參數(shù)的參考數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上，對調(diào)節(jié)器的參數(shù)作進一步修正。若需加微分作用，微分時間常數(shù)按 td=()ti 計算。3141表表 1 1 經(jīng)驗法整定參數(shù)經(jīng)驗法整定

35、參數(shù)參 數(shù)系 統(tǒng)(%)ti(min)td(min)溫 度20603100.53流 量401000.11壓 力30700.43液 位2080 (二二)臨界比例度法臨界比例度法圖圖 6.6.具有周期具有周期 tsts 的等幅振蕩的等幅振蕩這種整定方法是在閉環(huán)情況下進行的。設(shè) ti=，td=0，使調(diào)節(jié)器工作在純比例情況下，將比例度由大逐漸變小，使系統(tǒng)的輸出響應(yīng)呈現(xiàn)等幅振蕩，如圖 3 所示。根據(jù)臨界比例度 k 和振蕩周期 ts，按表 2 所列的經(jīng)驗算式，求取調(diào)節(jié)器的參考參數(shù)值，12這種整定方法是以得到 4：1 衰減為目標(biāo)。表表 2 2 臨界比例度法整定調(diào)節(jié)器參數(shù)臨界比例度法整定調(diào)節(jié)器參數(shù) 調(diào)節(jié)器參數(shù)調(diào)

36、節(jié)器名稱ti(s)td(s)p2kpi2.2kts/1.2pid1.6k0.5ts0.125ts臨界比例度法的優(yōu)點是應(yīng)用簡單方便，但此法有一定限制。首先要產(chǎn)生允許受控變量能承受等幅振蕩的波動，其次是受控對象應(yīng)是二階和二階以上或具有純滯后的一階以上環(huán)節(jié)，否則在比例控制下，系統(tǒng)是不會出現(xiàn)等幅振蕩的。在求取等幅振蕩曲線時，應(yīng)特別注意控制閥出現(xiàn)開、關(guān)的極端狀態(tài)。（三）衰減曲線法（阻尼振蕩法（三）衰減曲線法（阻尼振蕩法）圖圖 7.7. 4 4：1 1 衰減曲線法圖形衰減曲線法圖形在閉環(huán)系統(tǒng)中，先把調(diào)節(jié)器設(shè)置為純比例作用，然后把比例度由大逐漸減小，加階躍擾動觀察輸出響應(yīng)的衰減過程，直至出現(xiàn)圖 4 所示的

37、4：1 衰減過程為止。這時的比例度稱為 4：1 衰減比例度，用 ,s 表示之。相鄰兩波峰間的距離稱為 4：1 衰減周期 ts。根據(jù) s 和 ts，運用表 3 所示的經(jīng)驗公式，就可計算出調(diào)節(jié)器預(yù)整定的參數(shù)值。表表 3 3 衰減曲線法計算公式衰減曲線法計算公式 調(diào)節(jié)器參數(shù)調(diào)節(jié)器名稱（%）ti(min)td(min)pspi1.2s0.5tspid0.8s0.3ts0.1 ts （四）動態(tài)特性參數(shù)法所謂動態(tài)特性參數(shù)法，就是根據(jù)系統(tǒng)開環(huán)廣義過程階躍響應(yīng)特性進行近似計算的方法，即根據(jù)第二章中對象特性的階躍響應(yīng)曲線測試法測得系統(tǒng)的動態(tài)特性參數(shù)（k、t、 等） ，利用表 4 所示的經(jīng)驗公式，就可計算出對應(yīng)于

38、衰減率為 4：1 時調(diào)節(jié)器的相關(guān)參數(shù)。如果被控對象是一階慣性環(huán)節(jié)，或具有很小滯后的一階慣性環(huán)節(jié)，若用臨界比例度法或阻尼振蕩法（4：1 衰減）就有難度，此時應(yīng)采用動態(tài)特性參數(shù)法進行整定。表表 4 4 經(jīng)驗計算公式經(jīng)驗計算公式13調(diào)節(jié)器參數(shù)調(diào)節(jié)器名稱（%）titdp100%tkpi1.1100%tk3.3pid0.85100%tk20.5六、軟件介紹六、軟件介紹一、一、mcgs 組態(tài)軟件組態(tài)軟件mcgs（monitor and control generated system）是一套基于 windows 平臺的，用于快速構(gòu)造和生成上位機監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件系統(tǒng)，可運行于 microsoft wind

39、ows95/98/nt/2000/xp 等操作系統(tǒng)。mcgs 軟件為用戶提供了解決實際工程問題的完整方案和開發(fā)平臺，能夠完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、實時和歷史數(shù)據(jù)處理、報警和安全機制、流程控制、動畫顯示、趨勢曲線和報表輸出以及企業(yè)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)等功能。有關(guān) mcgs 軟件的使用參考配套的手冊及光盤。二、二、remodaq8000-9000 軟件軟件遠程數(shù)據(jù)采集控制方案采用 remodaq8000 系列智能采集模塊，remodaq8000-9000是其配套的模塊調(diào)試軟件。軟件安裝完以后，會在桌面創(chuàng)建快捷方式，雙擊“remodaq-8000-9000 series utility”圖標(biāo)，運行程序自動檢測模塊，當(dāng)檢

40、測到模塊后，可雙擊模塊進行模塊參數(shù)的顯示及修改。若模塊通訊失敗，請檢查通訊線是否已按實驗要求連接；若上位機 mcgs 組態(tài)與模塊通訊失敗，請用 remodaq-8000-9000 軟件檢查模塊地址，并作正確修改。遠程采集模塊地址：模擬量輸入模塊 r8017 地址為 1，萬能模擬量輸入模塊兒地址為 2，模擬量輸入模塊地址為 3。三、三、advantech device manager 軟件軟件pci1711 數(shù)據(jù)采集卡使用advantech device manager 作為測試軟件，可對板卡各個通道進行測試。在使用“thpcat-2 數(shù)據(jù)采14集卡控制工程”組態(tài)工程前，也必須要先安裝該測試軟件

41、?？梢允褂迷撥浖榭传@得 pci1711 數(shù)據(jù)采集卡的基地址，具體方法是：打開 advantechadvantech devicedevice managermanager 軟件，在“supportedsupported devicesdevices”選擇框中選中“advantechadvantech pci-1711pci-1711” ，單擊“addadd”按鈕，在“installedinstalled devicesdevices”選擇框中，可以看到 pci-1711 的 io 基地址，為 16 進制圖圖 8 8 數(shù)據(jù)采集卡數(shù)據(jù)采集卡 1616 進制顯示進制顯示顯示，如圖所示。軟件的安裝與

42、使用詳見 pci1711 數(shù)據(jù)采集卡使用說明書。四、應(yīng)用四、應(yīng)用 mcgs 組態(tài)軟件做的實驗工程組態(tài)軟件做的實驗工程本裝置中智能儀表控制方案、遠程數(shù)據(jù)采集控制方案和 pci1711 數(shù)據(jù)采集卡控制方案均采用了北京昆侖公司的 mcgs 組態(tài)軟件作為上位機監(jiān)控組態(tài)軟件。五、智能調(diào)節(jié)儀的認識五、智能調(diào)節(jié)儀的認識（一）（一） 、 智能調(diào)節(jié)儀的功能及作用：智能調(diào)節(jié)儀的功能及作用：智能調(diào)節(jié)儀不僅可以采集本套裝置中所有傳感器和變送器的輸出信號在儀表上進行顯示，還可以進行設(shè)定值控制、變送輸出、輸出 420ma 線性電流信號控制執(zhí)行器動作、與上位機建立 rs485 通訊關(guān)系等等，即可作為現(xiàn)場獨立控制器，也可與上

43、位機組成監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，是工業(yè)現(xiàn)場最常見且可靠的控制器之一。（二）（二） 、 智能調(diào)節(jié)儀的參數(shù)和使用：智能調(diào)節(jié)儀的參數(shù)和使用：詳見智能調(diào)節(jié)儀的使用說明書，本套裝置的 ai-818 智能調(diào)節(jié)儀與使用說明書上介紹的 ai-808p 儀表相同（儀表在上電時會顯示本塊儀表的型號） 。(三三)、 智能調(diào)節(jié)儀的常用功能：智能調(diào)節(jié)儀的常用功能：1.1. 數(shù)據(jù)的采集：數(shù)據(jù)的采集：在儀表進行數(shù)據(jù)采集前，需要知道本套裝置傳感器、變送器的輸出信號的規(guī)格：液位檢測： 0-5kpa 擴散硅壓力變送器：dc15v流量檢測： 孔板流量計（0-60kpa 差壓變送器）：dc15v 渦輪流量計：dc15v壓力檢測： 管道靜壓變送器(

44、0-200kpa 擴散硅式)：dc15v溫度檢測：15 鍋爐內(nèi)膽溫度檢測傳感器熱電偶：k 型熱電偶 其他溫度傳感器：pt100 熱電阻綜上說述，所有傳感器及變送器的輸出信號分為三種：15vdc、pt100 熱電阻、k 型熱電偶信號。當(dāng)采集液位、信號時，儀表需要設(shè)置參數(shù)為：輸入規(guī)格 sn=33，輸入下限顯示值 dil0cm，輸入上限顯示值 dih50cm，如果想提高顯示范圍，可將輸入下限設(shè)為 0mm，輸入上限設(shè)為 500mm。設(shè)置范圍為 050cm是與裝置上傳感器的量程一一對應(yīng)的。其它電壓輸出的變送器輸入規(guī)格同樣 sn=33，只是量程要根據(jù)傳感器的量程來設(shè)置。當(dāng)采集孔板流量計（差壓變送器）信號時

45、，儀表基本設(shè)置為：sn=33，dil0，dih60(kpa)；采集渦輪流量計信號時，儀表基本設(shè)置為：sn=33，dil0，dih20（l/min） ；當(dāng)采集管道壓力信號時，儀表基本設(shè)置為：sn=33，dil0，dih200（kpa） 。當(dāng)采集 pt100 熱電阻的溫度信號時，儀表需要設(shè)置參數(shù)為：輸入規(guī)格 sn=21，輸入下限顯示值 dil 和輸入上限顯示值 dih 均不用設(shè)置，儀表會對采集到阻值激勵出來的電壓信號進行自動運算，得出結(jié)果送到測量區(qū)進行顯示輸出，但前提就是 sn=21，以便使儀表轉(zhuǎn)入 pt100 熱電阻溫度算法程序。采集 k 型熱電偶信號信號時，只需將 sn 設(shè)置為 0。采集熱電阻

46、溫度信號時，要將熱電阻輸出信號的 a、b、c 三端對應(yīng)接到儀表的e、s、c 輸入端即可。采集熱電偶信號時需將熱電偶正負輸入端對應(yīng)接到儀表的 0-1v電壓輸入 3、2 端。2.2. 儀表的給定值設(shè)定：儀表的給定值設(shè)定：當(dāng)儀表用于 ptd 算法控制時，需要設(shè)定控制變量的設(shè)定值，也就是需要控制儀表采集上來的傳感器、變送器數(shù)據(jù)變量到達設(shè)定值，具體設(shè)置可參考儀表使用說明書。3.3. 儀表的輸出：儀表的輸出：本 ai-818 智能調(diào)節(jié)儀有 420ma 線性電流信號，以控制執(zhí)行器動作，以調(diào)節(jié)被控參量的變化到達給定值。輸出有手動和自動兩種狀態(tài)，當(dāng)用于算法控制時需設(shè)置輸出到自動狀態(tài)才能啟動 pid 算法，需要手

47、動控制執(zhí)行器時，可以先將儀表的輸出狀態(tài)切換到手動輸出狀態(tài)，具體設(shè)置詳見儀表使用說明書。4.4. 儀表的變送輸出：儀表的變送輸出：本 ai-818 智能調(diào)節(jié)儀還有變送輸出的功能，可以將 pt100 的溫度信號線性變送輸出 420ma 電流信號，充當(dāng)變送器的作用?；驹O(shè)置是：sn=21,ctrl=0, dil0，dih100（）,opl=40, oph=200，這樣儀表輸出便是對 pt100 溫度信號的變送輸出，0-100線性對應(yīng) 420ma 電流輸出，注意此時主窗口將不再有顯示，也不再具有調(diào)節(jié)輸出功能。不詳之處參見儀表使用說明書。七、系統(tǒng)模塊設(shè)計七、系統(tǒng)模塊設(shè)計（一）（一） 、系統(tǒng)硬件設(shè)計框圖與

48、元器件選擇、系統(tǒng)硬件設(shè)計框圖與元器件選擇實驗設(shè)備包括：1、thj-2 型高級過程控制系統(tǒng)試驗裝置162、計算機、mcgs 工控組態(tài)軟件、rs232/485 轉(zhuǎn)換器 1 只、串口線一根3、萬用表一只液位控制系統(tǒng)主要是基于 thj-2 型遠程控制數(shù)據(jù)采集過程控制裝置。系統(tǒng)的主要目的是控制下水箱的液位。主要干擾為隨機流入水箱中的使水位上漲，超過警戒水位；同時出于某種考慮，不能時水位低于某個值。整個液位控制系統(tǒng)由控制器、電動調(diào)節(jié)器、上水箱、下水箱和液位變阻器模塊等組成。電動調(diào)節(jié)閥用于調(diào)節(jié)上水箱的進水量的大小，液位變送器用于檢測上水箱和下水箱中的液位，控制器的輸出量用于控制電動調(diào)節(jié)閥的開度。液位控制系統(tǒng)

49、硬件結(jié)構(gòu)如下圖。上水箱和下水箱的液位信號分別由兩壓力傳感器檢測，檢測到液位喜好經(jīng)液位變送器轉(zhuǎn)換成 420ma 的電流信號，再通過 a/d 將采集到的數(shù)字信號在組態(tài)軟件中由 pid 控制器進行處理得出控制信號，控制信號經(jīng) rs485送給 d/a 轉(zhuǎn)換器，最后轉(zhuǎn)換得到的模擬信號驅(qū)動調(diào)節(jié)閥工作。圖圖 9 9 液位控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖液位控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖用泵作為輸入源，把液位從低位液池抽到高位液池，讓其產(chǎn)生壓力使液位流經(jīng)調(diào)節(jié)閥再通過智能儀表加以調(diào)節(jié)，使其液箱的液位達到控制的要求，液位箱的箱底連接一個排除閥門（此閥門的開關(guān)決定液位箱的循環(huán)速度） 。排出閥門的管道同時也連接到低位液池，是整個系統(tǒng)處于循環(huán)狀

50、態(tài)，從而節(jié)約用水。17實實實圖圖 1010 驗裝置總貌圖驗裝置總貌圖 （二）（二） 、系統(tǒng)軟件功能模塊設(shè)計圖、系統(tǒng)軟件功能模塊設(shè)計圖圖圖 1111 mcgsmcgs 軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖1、控制系統(tǒng)的設(shè)計、控制系統(tǒng)的設(shè)計隨著計算機的進步 、工業(yè)生產(chǎn)工藝過程控制要求的提高和生產(chǎn)管理的完善 ，ddc控制系統(tǒng)作為計算機控制系統(tǒng)的一種基本形式在工業(yè)控制過程 中占有非常重要 的地位。ddc 系統(tǒng)首先 是把反應(yīng) 過程狀態(tài)的參數(shù)經(jīng)過采樣 ，經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量送入計算機中。計算機根據(jù)一定 的控制算法進行計算，控制作用通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換 為相應(yīng)的模擬量 ，通過執(zhí)行機構(gòu)去控制生產(chǎn)過程以達到預(yù)期的目的。本

51、控制系統(tǒng) 中實 現(xiàn)的是 雙容水箱液 位 的 ddc 控制。系統(tǒng)的工藝要求是下水箱18液位維持在一給定值上 ，故選擇下水箱液位作為主被控變量 ，以上水箱液位為副被控變量。由于在上水箱的輸入變量為進水流量 ，則選取上水箱的進水流量為操縱變量 ，該進水流量由 qsvp16n 智能 電動單 座調(diào)節(jié) 閥來進行控制，故系統(tǒng) 中的執(zhí)行器為 qsvp 一 16n 智能電動單座調(diào)節(jié)閥。系統(tǒng)采用 bp800 型壓力變送器用來測量兩水箱的液位 ，故選用 bp800 型壓力變送器作為主 、副測量變送器 。主、副控制器選用的均為 ai818a 智能調(diào)節(jié)儀，智能調(diào)節(jié) 儀與上位機之 間通 過 rs485 一 rs232 的

52、轉(zhuǎn)換 接 口實現(xiàn) 了兩者之 間的通訊 ，控制規(guī)律選擇智能 pid 控制。由于計算機輸 入 、輸 出的信號是數(shù)字量 ，故在測量元件的后面和執(zhí)行元 件的前面添加 ad 和 da 轉(zhuǎn) 換元件實現(xiàn)模擬量和數(shù)字量之間的轉(zhuǎn)換 ，本系統(tǒng)選擇的是 icp7017 和 icp7024。2、系統(tǒng)的組態(tài)設(shè)置、系統(tǒng)的組態(tài)設(shè)置在系統(tǒng)的組態(tài)過程中，首先對所組態(tài)的控制系統(tǒng)進行分析，通過分析 ，在本設(shè)計過程 中建立了 6 個用戶窗 口：內(nèi)膽溫度控制工程 、內(nèi)膽溫度實時曲線 、內(nèi)膽溫度歷史 曲線 、數(shù)據(jù)瀏覽 、退出工程 、主菜單在確定了系統(tǒng)的用戶 窗口后 ，系統(tǒng)的組態(tài)過程如下 ：(1)打開 mcgs 組態(tài)環(huán)境，建立工程項目。(

53、2)制作工程畫面。工程畫面制作是在用戶窗口內(nèi)完成的，根據(jù)系統(tǒng)中所用到的硬件設(shè)備 ，在 mcgs 的設(shè)備工具箱中進行選取 ，然后放到合適的位置 ，讓系統(tǒng)中的物料流動構(gòu)成一個閉合回路 ，以實現(xiàn)與操作人員之間的交互式界面。如下圖所示圖圖 1212 雙容液位串級控制系統(tǒng)組臺界面雙容液位串級控制系統(tǒng)組臺界面(3)定義數(shù)據(jù)對象。實時數(shù)據(jù)庫是 mcgs 工程的數(shù)據(jù)交換和數(shù)據(jù)處理中心。數(shù)據(jù)對象是構(gòu)成實時數(shù)據(jù)庫的基本單元，建立實時數(shù)據(jù)庫 的過程也就是定義數(shù)據(jù)對象的過程。定義數(shù)據(jù)對象的內(nèi)容主要包括：指定數(shù)據(jù)變量的名稱 、類型 、初始值和數(shù)值范圍確定與數(shù)據(jù)變量存盤相關(guān)的參數(shù)，如存盤的周期 、存盤的時間范 圍和保存期

54、限等 。19(4)動畫連接。由圖形對象搭制而成 的圖形畫面是靜止不動的，需要對這些圖形對象進行動畫設(shè)計 ，真實地描述外界對象 的狀態(tài)變化 ，達到過程實時監(jiān)控的目的。mcgs實現(xiàn)圖形動畫設(shè)計的主要方法是將用戶窗口中圖形對象與實時數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)對象建立相關(guān)性連接，并設(shè)置相應(yīng)的動畫屬性。在系統(tǒng)運行過程中，圖形對象的外觀和狀態(tài)特征，由數(shù)據(jù)對象的實時采集值驅(qū)動，從而實現(xiàn)了圖形的動畫效果 。(5)曲線顯示。在曲線顯示部分包括實時曲線和歷史曲線 2 個部分。實時曲線構(gòu)件是用曲線顯示 1 個或多個數(shù)據(jù)對象數(shù)值 的動畫圖形 ，像筆繪記 錄儀一樣實時記錄數(shù)據(jù)對象值的變化情況。歷史曲線構(gòu)件實現(xiàn)了歷史數(shù)據(jù)的曲線瀏覽功

55、能。運行時 ，歷史曲線構(gòu)件能夠根據(jù)需要畫出相應(yīng)歷史數(shù)據(jù)的趨勢效果圖。歷史曲線主要用于事后查看數(shù)據(jù)和狀態(tài)變化趨勢和總結(jié)規(guī)律 。(6)設(shè)備連接。在該過程中對控制系統(tǒng)中需要的模擬設(shè)備進行添加，并設(shè)置其屬性，使其與所控制的物理對象之間建立聯(lián)系 ，并完成與上位機之間的通訊設(shè)置。(7)運行調(diào)試。系統(tǒng)組態(tài)完成 后首先進行組態(tài)的檢查，在確認沒有錯誤的情況下進入運行環(huán)境。3、修改通訊串口號和通訊地址并設(shè)置相關(guān)屬性、修改通訊串口號和通訊地址并設(shè)置相關(guān)屬性打開組態(tài)工程，選擇設(shè)備窗口：圖圖 1313 組態(tài)工程窗口組態(tài)工程窗口雙擊“設(shè)備窗口” ，而后選擇串口通訊父設(shè)備并雙擊它進入該設(shè)備的通訊設(shè)置，選擇修改需要修改的通信

56、參數(shù)后，確認保存即可20 圖圖 1414 設(shè)置通訊參數(shù)設(shè)置通訊參數(shù)選擇儀表 1（這里是智能調(diào)節(jié)儀 i） ，并雙擊，進入儀表 1 的通訊設(shè)置，選擇并修改智能儀表的通訊地址等。圖圖 1515 智能儀表智能儀表 1 1 的通訊設(shè)置的通訊設(shè)置修改 pci1711 數(shù)據(jù)采集卡基地址，要想應(yīng)用此實驗工程，必須保證該項設(shè)置與實際相符，又因為數(shù)據(jù)采集卡基地址是系統(tǒng)自動為采集卡分配的，具有隨機性，所以每次打開應(yīng)用該工程時，都要核對該項設(shè)置21 圖圖 1616 修改修改 pci1711pci1711 數(shù)據(jù)采集卡基地址數(shù)據(jù)采集卡基地址(1)(1)按基本情況設(shè)置設(shè)備屬性：按基本情況設(shè)置設(shè)備屬性： 圖圖 1717 設(shè)備屬性設(shè)置設(shè)備屬性設(shè)置22 圖圖 1818 設(shè)備屬性設(shè)置設(shè)備屬性設(shè)置（2）實時數(shù)據(jù)庫設(shè)置）實時數(shù)據(jù)庫設(shè)置：逐個添加所需實時數(shù)據(jù)庫。圖圖 1919 實時數(shù)據(jù)庫組態(tài)設(shè)置實時數(shù)據(jù)庫組態(tài)設(shè)置（3）組態(tài)策略設(shè)置）組態(tài)策略設(shè)置：在相應(yīng)窗口設(shè)置組態(tài)并添加腳本程序，檢查無誤后保存。過程如下：23 圖圖 2020 組態(tài)策略的設(shè)置組態(tài)策略的設(shè)置（4 4）運