溫調節(jié)控制系統(tǒng)

1、過程控制課程設計沐浴溫度調節(jié)控制系統(tǒng)一、 設計目的根據(jù)我們學校沐浴環(huán)境比較不盡如人意，溫度跳變比較大，所以我個人設計沐浴的溫度控制系統(tǒng)，希望讓我們學校沐浴變成一種享受。二、 設計思路和原理根據(jù)目標，在設計過程中有一個熱水箱和一個冷水箱，用熱水閥和冷水閥來調節(jié)閥門的開度，從而使得混合水桶中的水達到目的之，為了實現(xiàn)過程中的溫度合理化，過程中通過PID算法對溫度進行調節(jié)，然后利用傳感器檢測返回溫度，從而達到實時監(jiān)控的效果，混合溫度的計算公式：溫度運算=(999*溫度運算+90*熱水閥+10*冷水閥)/1100;圖1調節(jié)流程圖 通過流程圖可以清楚發(fā)現(xiàn)，溫度調節(jié)可以實現(xiàn)遠端的調節(jié)，設定時候可以現(xiàn)場設定，

2、從而得到調節(jié)。三、 工程建立過程1. 創(chuàng)建新工程打開組態(tài)王，進入組態(tài)王工程管理器，選擇新建工程。根據(jù)提示一步步完成工程建立過程。存入工程名稱為：單槽液位控制系統(tǒng)。步驟如下。圖2建立工程導向點擊下一步，設定存入盤如圖三，輸入“液位控制系統(tǒng)”，點擊下一步后，根據(jù)提示完成工程建立。圖3設定存入盤2. 定義硬件設備并完成變量設置從工程中進入開發(fā)系統(tǒng)，用工具箱中的打開圖庫選原件設備完成原件的連接，首先單擊“F2”打開圖庫，如圖四。圖4打開圖庫管理器然后，選中所選的器件雙擊，畫在新建工程中，如圖五。 圖5 選定器件接下來就是硬件變量設置。數(shù)據(jù)庫是“組態(tài)王軟件”最核心的部分。在TouchView 運行時，工

3、業(yè)現(xiàn)場的生產狀況要以動畫的形式反映在屏幕上，操作者在計算機前發(fā)布的指令也要迅速送達生產現(xiàn)場，所有這一切都是以實時數(shù)據(jù)庫為核心。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)變量的詳細信息。分別對所有的器件定義變量，如圖六。圖6 器件定義定義變量“液位”，單擊“？”，再新建變量，如圖七。圖7 定義變量“液位”單擊“確定”，變量定義成功。其它的也用這種方法定義變量，變量類型，最大值，最小值等。如果是閥門的變量，變量類型為內存離散，流動參數(shù)亦如此。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，只有當該數(shù)據(jù)變量的值變化幅度超過設置的“變化靈敏度”時，組態(tài)

4、王才更新與之相連接的圖素（缺省為0）；保存參數(shù)，選擇此項后，在系統(tǒng)運行時，如果您修改了此變量的域值（可讀可寫型），系統(tǒng)將自動保存修改后的域值。當系統(tǒng)退出后再次啟動時，變量的域值保持為最后一次修改的域值，無需用戶再去重新設置；保存數(shù)值，選擇此項后，在系統(tǒng)運行時，當變量的值發(fā)生變化后，系統(tǒng)將自動保存該值。當系統(tǒng)退出后再次啟動時，變量的值保持為最后一次變化的值；最小原始值，針對 I/O 整型、實型變量，為組態(tài)王直接從外部設備中讀取到的最小值；最大原始值，針對 I/O 整型、實型變量，為組態(tài)王直接從外部設備中讀取到的最大值；最小值，用于在組態(tài)王中將讀取到的原始值轉化為具有實際工程意義的工程值，并在畫面

5、中顯示，與最小原始值對應；最大值，用于在組態(tài)王中將讀取到的原始值轉化為具有實際工程意義的工程值，并在畫面中顯示，與最大原始值對應。最小原始值、最大原始值和最小值、最大值這四個數(shù)值是用來確定原始值與工程值之間的轉換比例（當最小值和最小原始值一樣，最大值和最大原始值一樣時，則組態(tài)王中顯示的值和外部設備中對應寄存器的值一樣）。原始值到工程值之間的轉換方式有線性和平方根兩種，線性方式是把最小原始值到最大原始值之間的原始值，線性轉換到最小值至最大值之間。工程中比較常用的轉換方式是線性轉換。3 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生動態(tài)效果。將變量設好后，讓其看起來有動的效

6、果，我們先讓其管道中的水流動起來。選擇工具箱中的矩形畫一矩形小方塊，對其填充顏色，選中右鍵“組合拆分”，“組合圖形元素”，對其復制，如圖八。圖8 構成水流對其雙擊彈出對話框，設變量向上，定義為內存整數(shù)。根據(jù)提示使其生成動畫。最大值為40，如圖九。圖9 設置水流 用程序語句使其流動起來：向上=向上+3;if(向上>=30)向上=0;實際工程中要求繪制監(jiān)控畫面連接實時曲線，首先單擊工具欄實時曲線，在適當?shù)奈恢美螅鐖D十。圖10連接實時曲線然后進行反應量的連接，單擊“？”，連接數(shù)據(jù)字典中的變量，如圖十一。圖11 定義鏈接變量最后單擊確定即可完成實時曲線的定義繪制。其他元件只需雙擊設為已知變量

7、，點擊“確定”即可最后將所有畫面進行組合，如圖十二。圖12沐浴溫度調節(jié)控制系統(tǒng)畫面再對系統(tǒng)數(shù)據(jù)字典進行查看，如圖十三。圖13 數(shù)據(jù)字典最后編寫功能程序，如圖十四。圖 14 程序編寫4程序編程1）調節(jié)程序： if(開關=1)閃爍=1;熱水泵=1;冷水泵=1;if(溫度運算>溫度設定值) 冷水閥=溫度運算+2; 冷閃=1; else 冷閃=0; if(溫度設定值>溫度運算) 熱水閥=溫度運算+2; 熱閃=1;else 熱閃=0;溫度運算=(999*溫度運算+90*熱水閥+10*冷水閥)/1100;if(本站點k5=1) 本站點a01=本站點P1*(1+1/本站點I1+本站點D1); 本

8、站點a11=本站點P1*(1+2*本站點D1); 本站點a21=本站點P1*本站點D1; 本站點ek0=本站點溫度設定值-本站點溫度運算; if(abs(本站點ek0)>2) 本站點uk=本站點a01*本站點ek0-本站點a11*本站點ek01+本站點a21*本站點ek02+本站點uk01; 本站點uk01=本站點uk; 本站點ek02=本站點ek01; 本站點ek01=本站點ek0; if(本站點uk<1000) if(本站點uk<0) 本站點uk1=0; else 本站點uk1=本站點uk; else本站點uk1=1000; 本站點溫度運算=本站點溫度運算+10*本站點u

9、k1; （2）水流控制程序：向上=向上+2;if(向上>=30)向上=0;熱向右=熱向右-2;if(熱向右<=0)熱向右=10;冷向左=冷向左+2;if(冷向左>=10)冷向左=0;冷向上=冷向上+2;if(冷向上>=30)冷向上=0;混合下1=混合下1+2;if(混合下1>=30)混合下1=0;混合右=混合右+2;if(混合右>=30)混合右=0;混合下2=混合下2+2;if(混合下2>=10)混合下2=0;水1=水1+2;if(水1>=10)水1=0;水2=水2+4;if(水2>=20)水2=0;水3=水3+6;if(水3>=30

10、)水3=0;水4=水4+6;if(水4>=30)水4=0;水5=水5+6;if(水5>=30)水5=0;水6=水6+6;if(水6>=30)水6=0;組態(tài)王除了在定義動畫連接時支持連接表達式，還允許用戶編寫命令語言來擴展應用程序的功能，極大地增強了應用程序的可用性。命令語言的格式類似語言的格式，工程人員可以利用其來增強應用程序的靈活性。組態(tài)王的命令語言編輯環(huán)境已經(jīng)編好，用戶只要按規(guī)范編寫程序段即可，它包括：應用程序命令語言、熱鍵命令語言、事件命令語言、數(shù)據(jù)改變命令語言、自定義函數(shù)命令語言和畫面命令語言等。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

11、查錯功能和豐富的運算符、數(shù)學函數(shù)、字符串函數(shù)、控件函數(shù)、SQL 函數(shù)和系統(tǒng)函數(shù)。各種命令語言通過“命令語言編輯器”編輯輸入并進行語法檢查在運行系統(tǒng)中進行編譯執(zhí)行。經(jīng)過以上步驟，將實現(xiàn)動畫的控制使其按所制定的運動。四、 運行結果及分析打開開關，當設定值為45時，溫度從0開始上升，經(jīng)過一段時間達到吻合，并保持不變。當并超調到46，后逐漸降到45，然后保持穩(wěn)定。繼續(xù)調節(jié)設定值時，水流繼續(xù)跟蹤，并在-11之間達到追蹤。由于函數(shù)參數(shù)模型盡量減少超調影響，再追蹤時沒有多大超調量，模型魯棒性較好，如圖十五。圖15 液位上升調節(jié)演示根據(jù)人體適應的溫度在45左右感覺比較合適，所以為了安全保護溫度設置在大于70，

12、小于20時為有效范圍，超過這個范圍有可能對身體造成傷害。所以系統(tǒng)在設置超過這個范圍時為無效。五、 總結通過這次過程控制組態(tài)設計，既加深了我對過程控制中液位控制的認識，又更一步了解了組態(tài)軟件的認識。在課程設計中，首先使用PID算法，后來發(fā)現(xiàn)其算法對于單變量調節(jié)性能不佳，而且動作時間過長，采用PD 算法，可以有效地減少調節(jié)時間，在理想狀態(tài)下（沒有閥門擾動和液位擾動），采用工程邊界系數(shù)法可以有效地調節(jié)，加入后擾動后，雖然調節(jié)精度變差，調節(jié)時間增長，但總體有效果還算理想，在調節(jié)過程發(fā)現(xiàn)eA/wt ，系數(shù)A的取值范圍在04，超出范圍，調節(jié)品質開始變差，最佳調節(jié)范圍在2.53.8，在最佳調節(jié)范圍內可以達到很好的追蹤。擾動因子q=M*cos(A* w*t) ，在資料中發(fā)現(xiàn)，進水口和出水口的擾動是不同的，按照工程整定經(jīng)驗