單容水槽液位控制系統(tǒng)

1、 摘要 ： 組態(tài)”的概念是伴隨著集散型控制系統(tǒng)的出現(xiàn)而被廣大的生產(chǎn)過程自動化技術(shù)人員所認(rèn)識的。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)已臻成熟；由PC構(gòu)建的工業(yè)控制系統(tǒng)具有相對較低的運行成本；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，可以容易地得到技術(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)軟件將占據(jù)非常特殊而且重要的地位。組態(tài)軟件提供了自動控制系統(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

2、控制系統(tǒng)監(jiān)控功能和數(shù)據(jù)采集與過程控制。組態(tài)軟件能支持各種工控設(shè)備和常見的通信協(xié)議，并且通常應(yīng)用在過程控制，自動控制的領(lǐng)域內(nèi)，在液位控制中應(yīng)用很廣。關(guān)鍵詞：組態(tài)王，液位控制，PID算法，過程控制 目錄：1、 設(shè)計任務(wù).12、 實驗?zāi)康?13、 實驗過程及講解.13.1工程管理器介紹.13.2如何建立新工程.23.3定義外部設(shè)備和數(shù)據(jù)變量.43.4建立組態(tài)畫面 .83.5命令語言.114、 實習(xí)心德.12參考文獻.13實習(xí)成果.13 過程控制課設(shè)報告一、設(shè)計任務(wù)：液位監(jiān)控：完成一個液位監(jiān)控系統(tǒng)，要有流程圖畫面，報警畫面，歷史曲線、實時曲線、報表等個畫面鍵可以靈活切換。2、 實驗?zāi)康模?. 熟悉組態(tài)

3、王軟件。2. 學(xué)會完成組態(tài)王的設(shè)計步驟。3. 鍛煉動手動腦能力。三、實驗過程及講解：3.1：工程管理器 在組態(tài)王中，我們所建立的每一個組態(tài)稱為一個工程。每個工程反映到操作系統(tǒng)中是一個包括多個文件的文件夾。工程的建立則通過工程管理器。 點擊“開始”-“程序”-“組態(tài)王6.5*”-“組態(tài)王6.5*” （或直接雙擊桌面上組態(tài)王的快捷方式），啟動后的工程管理窗口 工程管理器界面友好，簡單易學(xué)。下面詳細(xì)介紹。 搜索：單擊此快捷鍵，在彈出的“瀏覽文件夾”對話框中選擇某一驅(qū)動器或某一文件夾，系統(tǒng)將搜索指定目錄下的組態(tài)王工程，并將搜索完畢的工程顯示在工程列表區(qū)中。 刪除 ：在工程列表區(qū)中選擇任一工程后，單擊此

4、快捷鍵刪除選中的工程。 屬性： 在工程列表區(qū)中選擇任一工程后，單擊此快捷鍵彈出工程屬性對話框，可在工程屬性窗口中查看并修改工程屬性。備份工程備份是在需要保留工程文件的時候，把組態(tài)王工程壓縮成組態(tài)王自己的“.cmp”文件。 恢復(fù)： 單擊此快捷鍵可將備份的工程文件恢復(fù)到工程列表區(qū)中。 DB 導(dǎo)出： 利用此快捷鍵可將某一個選中的組態(tài)王工程數(shù)據(jù)詞典中的變量導(dǎo)出到EXCEL 表格中，用戶可在EXCEL 表格中查看或修改變量的屬性。 DB 導(dǎo)入：利用此快捷鍵可將EXCEL 表格中編輯好的數(shù)據(jù)或利用“DB 導(dǎo)出”命令導(dǎo)出的變量導(dǎo)入到組態(tài)王某一工程的數(shù)據(jù)詞典中。EXCEL 表格中的數(shù)據(jù)導(dǎo)入到組態(tài)王工程的數(shù)據(jù)詞

5、典中。開發(fā)： 在工程列表區(qū)中選擇任一工程后，單擊此快捷鍵進入工程的開發(fā)環(huán)境工程瀏覽器。 3.2如何建立新工程 運行： 在工程列表區(qū)中選擇任一工程后，單擊此快捷鍵進入工程的運行環(huán)境。該功能也可以在相應(yīng)的工程通過點擊右鍵“切換到開發(fā)系統(tǒng)”來實現(xiàn)。第一步：創(chuàng)建新工程 第二步：定義硬件設(shè)備并添加工程變量 添加工程中需要的硬件設(shè)備和工程中使用的變量.包括內(nèi)存變量和I/O 變量 第三步：制作圖形畫面并定義動畫連接 按照實際工程的要求繪制監(jiān)控畫面并使靜態(tài)畫面隨著過程控制對象產(chǎn)生動態(tài)效果。 第四步：編寫命令語言 通過腳本程序的編寫以完成較復(fù)雜的操作上位控制。 第五步：進行運行系統(tǒng)的配置 對運行系統(tǒng)、報警、歷史

6、數(shù)據(jù)記錄、網(wǎng)絡(luò)、用戶等進行設(shè)置，是系統(tǒng)完成用于現(xiàn)場前的必備工作。 第六步：保存工程并運行完成以上步驟后，一個可以拿到現(xiàn)場運行的工程就制作完成了 3.3、定義外部設(shè)備和數(shù)據(jù)變量 新建工程的方法已經(jīng)介紹，下面講解如何定義外部設(shè)備和數(shù)據(jù)變量。 組態(tài)王把那些需要與之交換數(shù)據(jù)的硬件設(shè)備或軟件程序都作為外部設(shè)備使用。外部硬件設(shè)備通常包括PLC、儀表、模塊、變頻器、板卡等；外部軟件程序通常指包括DDE、OPC等服務(wù)程序。按照計算機和外部設(shè)備的通訊連接方式，則分為:串行通信（232/422/485）、以太網(wǎng)、專用通信（如CP5611）等 在實際的工程中組態(tài)王連接現(xiàn)場的實際采集設(shè)備， 采集現(xiàn)場的數(shù)據(jù)。下面以仿真

7、PLC為例，講解如何定義設(shè)備和 連接變量。 1、在組態(tài)王工程瀏覽器樹型目錄中，選擇設(shè)備，在右邊的工作區(qū)中出現(xiàn)了“新建”圖標(biāo),雙擊，彈出“設(shè)備配置向?qū)А睂υ捒颉?“設(shè)備”下的子項中默認(rèn)列出的項目表示組態(tài)王和外部設(shè)備幾種常用的通訊方式，如COM1、COM2、DDE、板卡、OPC 服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)站點，其中COM1、COM2 表示組態(tài)王支持串口的通訊方式，DDE 表示支持通過DDE 數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)進行數(shù)據(jù)通訊 COM口用戶通過設(shè)備定義向?qū)нx擇實際設(shè)備所連接的PC 串口。定義外部設(shè)備變量 數(shù)據(jù)庫 “組態(tài)王軟件”最核心的部分。在TouchVew 運行時，工業(yè)現(xiàn)場的生產(chǎn)狀況要以動畫的形式反映在屏幕上，操作者在計

8、算機前發(fā)布的指令也要迅速送達生產(chǎn)現(xiàn)場，所有這一切都是以實時數(shù)據(jù)庫為核心，所以說數(shù)據(jù)庫是聯(lián)系上位機和下位機的橋梁。 數(shù)據(jù)庫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。數(shù)據(jù)詞典中變量的類型 變量可以分為基本類型和特殊類型兩大類，基本類型的變量又分為內(nèi)存變量和I/O 變量兩種。 “I/O 變量”指的是組態(tài)王與外部設(shè)備或其它應(yīng)用程序交換的變量。這種數(shù)據(jù)交換是雙向的、動態(tài)的。 所以，那些從下位機采集來的數(shù)據(jù)、發(fā)送給下位機的指令，比如反應(yīng)罐液位、電源開關(guān)等變量，都需要設(shè)置成“I/O 變量”。那些不需要和外部設(shè)備或其它應(yīng)用程序交換，只在組態(tài)王內(nèi)使用的變量，比如計算過

9、程的中間變量，就可以設(shè)置成“內(nèi)存變量”。 變量的分類 基本類型的變量也可以按照數(shù)據(jù)類型分為離散型、 實型、整型和字符串型。 1、內(nèi)存離散變量、I/O 離散變量（BOOL） 2、內(nèi)存實型變量、I/O 實型變量（浮點數(shù)） 3、內(nèi)存整數(shù)變量、I/O 整數(shù)變量（類似于有符號長整數(shù)） 4、內(nèi)存字符串型變量、I/O 字符串型變量 5、特殊變量類型有報警窗口變量、歷史趨勢曲線 變量、系統(tǒng)變量三種變量定義 演示工程獎解 根據(jù)上面的視圖，直觀的看，我們需要定義以下的變量：反應(yīng)罐1、2、3的液位。閥門1、2、3的對應(yīng)的開關(guān)。 由于需要液體的流動，還需要定義相應(yīng)控制流動的流動變量。 液位數(shù)據(jù)是通過驅(qū)動程序采集來的，

10、所以液位變量的類型都 I/O 實型變量，變量定義方法如下圖1： 閥門對應(yīng)的變量是離散型內(nèi)存變量，如圖2 變量的定義 遞增寄存器 INCREA100 變化范圍 100 ，表示該寄存器的值周而復(fù)始的由0 遞加到100。 遞減寄存器 DECREA100 變化范圍 100 ，表示該寄存器的值周而復(fù)始的由100 遞減為0。 隨機寄存器 RADOM100 變化范圍 0100 ，表示該寄存器的值在0 到100 之間隨機的變動 變量屬性說明 變化靈敏度 數(shù)據(jù)類型為實數(shù)型或整數(shù)型時此項有效，只有當(dāng)該數(shù)據(jù)變量的值變化幅度超過設(shè)置的“變化靈敏度”時， 組態(tài)王才更新與之相連接的圖素。 保存參數(shù)：在系統(tǒng)運行時，如果您修

11、改了此變量的域值（可讀可寫型），系統(tǒng)將自動保存修改后的域值 最小原始值：針對I/O 整型、實型變量，為組態(tài)王直接從外部設(shè)備中讀取到的最小值（實際最小值） 最大原始值：針對I/O 整型、實型變量，為組態(tài)王直接從 外部設(shè)備中讀取到的最大值（實際最大值） 最小值/最大值：用于在組態(tài)王中將讀取到的原始值轉(zhuǎn)化為 具有實際工程意義的工程值，并在畫面中顯示，與最小/最 大值原始值對應(yīng)。 、常用數(shù)據(jù)類型 : Bit :1位：0或者1 Byte 8位:一個字節(jié) Short 16位：兩個字節(jié)（一個字） Ushort 16位：兩個字節(jié)（一個字） BCD 16位：兩個字節(jié)（一個字） Float 32位：兩個字（4個字

12、節(jié)） String 128個字符長度。 Long 32位：兩個字（4個字節(jié)） 3.4、建立組態(tài)畫面 建立新畫面，使用工具箱 畫面的設(shè)計 加入各個反應(yīng)罐，并用文字標(biāo)識。 畫面的設(shè)計 連接管道。 加入動畫。動畫的連接 所謂“動畫連接”就是建立畫面的圖素與數(shù)據(jù)庫變量的對應(yīng)關(guān)系 反應(yīng)罐的動畫設(shè)置和閥門的動畫設(shè)置。 液體流動動畫設(shè)置 數(shù)據(jù)詞典中定義一個內(nèi)存整型變量，變量名：液體流動；變量類型：內(nèi)存整型；初始值：0；最小值：0；最大值：100； 選擇工具箱中的“立體管道”工具，在畫面上畫一管道：在畫面上雙擊管道彈出動畫連接對話框。其他動畫 3.5、 命令語言 組態(tài)王除了在定義動畫連接時支持連接表達式，還允

13、許用戶編寫命令語言來擴展應(yīng)用程序的功能，極大地增強了應(yīng)用程序的可用性。 命令語言的句法和語言非常類似，可以說是的一個簡化子集，具有完備的詞法語法查錯功能和豐富的運算符、數(shù)學(xué)函數(shù)、字符串函數(shù)、控件函數(shù)、SQL 函數(shù)和系統(tǒng)函數(shù)。命令語言分類 應(yīng)用程序命令語言：可以在程序啟動時、關(guān)閉時或在程序運行期間周期執(zhí)行。如果希望周期執(zhí)行，還需要指定時間間隔。 熱鍵命令語言：被鏈接到設(shè)計者指定的熱鍵上，軟件運行期間，操作者隨時按下熱鍵都可以啟動這段命令語言程序。 事件命令語言：規(guī)定在事件發(fā)生、存在、消失時分別執(zhí)行的程序。 數(shù)據(jù)改變命令語言：只鏈接到變量或變量的域。在變量或變量的域值變化到超出數(shù)據(jù)字典中所定 義的

14、變化靈敏度時，它們就被觸發(fā)執(zhí)行一次。 還有自定義函數(shù)命令語言，畫面、按鈕命令語言 實現(xiàn)畫面切換功能 利用系統(tǒng)提供的“菜單”工具和ShowPicture() 函數(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)在主畫面中切換到其他任一畫面的功能 ShowPicture("3實時曲線"); 趨勢曲線 趨勢曲線用來反應(yīng)變量隨時間的變化情況.趨勢曲線有兩種：實時趨勢曲線和歷史趨勢曲線。 實時曲線 歷史曲線 報表分實時報表和歷史報表。 可根據(jù)需要，自定義表功能。恒壓力的實現(xiàn)方法 PID算法 給定值SP，反饋值（檢測值）PV，控制輸出值Uk；偏差值ek0=SP-PV 比例系數(shù)Kp，積分系數(shù)Ki，微分系數(shù)Td a01=Kp （1+1/Ki+Td）；a11=KP （1+2*Td） a21=Kp*Td Uk=Uk01+a01*ek0-a11*ek01+a21*ek02; Uk01=Uk; ek02=ek01; ek01=ek0 if(uk>1000) Uk=1000, if(Uk<0) Uk=0 四、實驗總結(jié)在操作組態(tài)王的過程中，由于是第一次操作，之前都沒有接觸，所以操作起來很是陌生出現(xiàn)很多錯誤，在查找元器件的時候更是耽誤了很多的時間，第