儲(chǔ)罐控制系統(tǒng)

1、畢業(yè)論文題目：基于組態(tài)王6.5的串級(jí)PID液位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)院：東北石油大學(xué)秦皇島分校專(zhuān)業(yè)：生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化姓名：李秋峰指導(dǎo)教師：劉文龍摘要開(kāi)發(fā)經(jīng)濟(jì)實(shí)用的教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置、開(kāi)拓理論聯(lián)系實(shí)際的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，對(duì)提高課程教學(xué)實(shí)驗(yàn)水平，具有重要的實(shí)際意義。就高校學(xué)生的實(shí)驗(yàn)課程來(lái)講，由于雙容水箱液位控制系統(tǒng)本身具有的復(fù)雜性和對(duì)實(shí)時(shí)性的高要求，使得在該系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)基于不同控制策略的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，需要全面掌握自動(dòng)控制理論及相關(guān)知識(shí)。本文通過(guò)對(duì)當(dāng)前國(guó)內(nèi)外液位控制系統(tǒng)現(xiàn)狀的研究，選取了 PID 控制、串級(jí) PID 控制等策略對(duì)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的研究，建立了單容水箱和雙容水箱實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并對(duì)系統(tǒng)的

2、參數(shù)進(jìn)行了辨識(shí)，利用工業(yè)控制軟件組態(tài)王 6.5,并可通用于 ADAM 模塊及板卡等的實(shí)現(xiàn)方案，通過(guò)多種控制模塊在該實(shí)驗(yàn)裝置上實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)，驗(yàn)證了實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)具有良好的擴(kuò)展性和開(kāi)放性。關(guān)鍵詞：雙容水箱液位控制系統(tǒng)串級(jí) PID 控制算法組態(tài)王 6.5 智能調(diào)節(jié)儀目錄前言 1第一章串級(jí)液位控制系統(tǒng)介紹 21.1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 21.1.1 液位控制系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀 21.1.2 液位控制系統(tǒng)算法的研究現(xiàn)狀 21.2 PID 控制算法的介紹 31.2.1PID 控制算法的歷史 31.2.2 PID 控制各環(huán)節(jié)作用 41.3 串級(jí)控制系統(tǒng)介紹 4第二章水箱液位控制系統(tǒng)的建模 52.1 水箱液位控制系統(tǒng)的構(gòu)成 6

3、2.2 液位控制的實(shí)現(xiàn) 52.3 單容水箱建模 52.4 雙容水箱建模 62.4.1 雙容水箱數(shù)學(xué)模型 6第三章組態(tài)王6.5簡(jiǎn)介與操作界面的設(shè)計(jì)83.1 組態(tài)王 6.5 簡(jiǎn)介 83.2 基于組態(tài)王 6.5 的液位控制系統(tǒng)上位機(jī)部分設(shè)計(jì) 93.2.1 建立新工程 93.2.2 定義外部設(shè)備 103.2.3 動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì) 113.2.3 組態(tài)王 6.5 的控件中選擇歷史曲線繪制 11第四章總結(jié)與展望 12參考文獻(xiàn) 13謝辭 14第一章串級(jí)液位控制系統(tǒng)介紹1.1國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.1.1液位控制系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀水箱液位控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置最初的研發(fā)與生產(chǎn)是由德國(guó) Amira 自動(dòng)化公司完成的，由于當(dāng)時(shí)該實(shí)驗(yàn)裝置

4、的價(jià)格太高，在國(guó)內(nèi)只有少數(shù)高校引進(jìn)了此設(shè)備，如哈爾濱工業(yè)大學(xué)，吉林大學(xué)、浙江大學(xué)等?，F(xiàn)階段伴隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高，國(guó)內(nèi)許多企業(yè)也能夠自主生產(chǎn)該實(shí)驗(yàn)裝置，如杭州言實(shí)公司研制的 HDU3000-1 型、河北德瑞特公司研制的RTGK-2 型、深圳固高公司研制的 GTW 型等。它們的特點(diǎn)如下：1、主要配件均采用工業(yè)級(jí)過(guò)程控制元件，保證系統(tǒng)最高的質(zhì)量和可靠性。2、實(shí)驗(yàn)和研究的理想平臺(tái)，可以方便地構(gòu)成模擬實(shí)際生產(chǎn)系統(tǒng)中的液位系統(tǒng)。3、通過(guò)液位傳感器對(duì)液位進(jìn)行精確檢測(cè)，得到實(shí)際水位的變化，方便地獲得瞬態(tài)響應(yīng)指標(biāo)，直觀反映出控制器的控制效果，準(zhǔn)確判斷控制性能。1.1.2液位控制系統(tǒng)算法的研

5、究現(xiàn)狀當(dāng)前，常見(jiàn)的液位控制多數(shù)采用憑人工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行的參數(shù)整定 P、PI、PID 或串級(jí)控制策略。針對(duì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的液位系統(tǒng)，此種參數(shù)整定的方法還能達(dá)到預(yù)期的效果，一旦被控的液位對(duì)象結(jié)構(gòu)復(fù)雜、自身機(jī)理特殊、各變量間關(guān)聯(lián)耦合嚴(yán)重，常規(guī)的參數(shù)整定方法在便捷性和穩(wěn)定性上就無(wú)從談起。針對(duì)這種存在著非線性、大滯后、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等諸多不確定因素的液位控制系統(tǒng)，國(guó)內(nèi)許多高校和科研單位研究提出了一些優(yōu)化的控方案和有效的控制算法。中南大學(xué)的鄧秋連等提出了采用 RBF-ARX 模型對(duì)水箱液位系統(tǒng)進(jìn)行離線動(dòng)態(tài)特性建模的研究。著重討論了 RBF-ARX 模型結(jié)構(gòu)的選取、模型參數(shù)辨識(shí)、RBF 參數(shù)優(yōu)化等問(wèn)題。BF-ARX 模型與

6、ARX 模型的進(jìn)一步預(yù)測(cè)輸出比較的結(jié)果證實(shí)了 BF-ARX 模型在非線性系統(tǒng)建模中的優(yōu)越性。吉林大學(xué)的高興泉等提出了采用一種基于非線性靜態(tài)反饋的解耦方法進(jìn)行水箱液位系統(tǒng)控制，當(dāng)系統(tǒng)滿足一定條件時(shí)，可以尋找到一個(gè)輸出與等效新輸入之間的線性微分方程關(guān)系，然后再選擇合適的狀態(tài)反饋形式即可使該非線性系統(tǒng)解耦。經(jīng)解耦，水箱液位控制系統(tǒng)就可以分解為兩個(gè)相互獨(dú)立的單輸入單輸出線性子系統(tǒng)，對(duì)每個(gè)子系統(tǒng)可采用 PI 控制，從而解決了系統(tǒng)的非線性。內(nèi)蒙古科技大學(xué)的崔桂梅等采用模糊-神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)解耦控制技術(shù)， 實(shí)現(xiàn)了對(duì)水箱液位系統(tǒng)的解耦以及液位控制。模糊-神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)解耦技術(shù)結(jié)合了模糊控制魯棒性好和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)不確定對(duì)象有顯

7、著控制效果的特點(diǎn)，具有直接從輸入輸出數(shù)據(jù)中提取模糊規(guī)則的能力。內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)的韓梅等提出了采用基于 T-S 模型的模糊 PID 控制策略，這種策略根據(jù)液位變化，通過(guò)適用度加權(quán)產(chǎn)生 PD 控制參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)參數(shù)的平穩(wěn)度過(guò)。有利于改善系統(tǒng)性能。大連紅英等提出了設(shè)計(jì)一種參數(shù)自整定模糊 PID 控制器，以實(shí)現(xiàn)PID 參數(shù)的調(diào)整，控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度快，調(diào)量減少，渡過(guò)程時(shí)間大大縮短，蕩次數(shù)減少，有較強(qiáng)的魯棒性和穩(wěn)定性。廣西大學(xué)的梁穎杏等提出了用 BP 網(wǎng)絡(luò)辨識(shí)水箱液位控制系統(tǒng)的方法。采用并聯(lián)型辨識(shí)結(jié)構(gòu)，練網(wǎng)絡(luò)采用 Levenberg-Marquardt 算法和 BFGS 擬牛頓算法，用 MATLAB 軟件平

8、臺(tái)，現(xiàn)比較訓(xùn)練仿真，果表明，用 LM 算法和 BFGS 擬牛頓算法能較好的辨識(shí)水箱液位系統(tǒng)。1.2 PID控制算法的介紹在工程實(shí)際中，用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，稱 PID控制，稱 PID 調(diào)節(jié)。PID 控制器問(wèn)世至今已有近 70 年歷史，以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。1.2.1PID控制算法的歷史PID,例-積分-微分控制器作為最早實(shí)用化的控制器已有 70 多年歷史現(xiàn)在仍然是應(yīng)用最廣泛的工業(yè)控制器。PID 控制器簡(jiǎn)單易懂。使用不需精確的系統(tǒng)模型等先決條件，因而成為應(yīng)用最為廣泛的控制器。目前，PID 控制及其控制器或智能 PID

9、控制器，儀表，已經(jīng)很多產(chǎn)品已在工程實(shí)際中得到了廣泛的應(yīng)用，有各種各樣的 PID 控制器產(chǎn)品，各大公司均開(kāi)發(fā)了具有 PID 參數(shù)自整定功能的智能調(diào)節(jié)器（intelligentregulator）,其中 PID控制器參數(shù)的自動(dòng)調(diào)整是通過(guò)智能化調(diào)整或自校正、自適應(yīng)算法來(lái)實(shí)現(xiàn)。有利用 PID 控制實(shí)現(xiàn)的壓力、溫度、流量、液位控制器能實(shí)現(xiàn) PID 控制功能的可編程邏輯控制器（PLC）。還有可現(xiàn) PID 控制的 PC 系統(tǒng)等等?？删幊炭刂破鳎≒LC）是利用其閉環(huán)控制模塊來(lái)實(shí)現(xiàn) PID 控制，而可編程控制器（PLC）可以直接與 ControlNet 相連，如 Rockwell 的 PLC-5 等。還有可以實(shí)

10、現(xiàn) PID 控制功能的控制器。如 Rockwell 的 Logix 產(chǎn)品系列，它可以直接與 ControlNet 相連，用網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)其遠(yuǎn)程控制功能。1.2.2PID控制各環(huán)節(jié)作用1）比例（P）控制比例控制是一種最簡(jiǎn)單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)成比例關(guān)系。當(dāng)僅有比例控制時(shí)系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差（Steady-stateerror）。2）積分（I）控制在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的積分成正比關(guān)系。對(duì)一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng),如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個(gè)控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡(jiǎn)稱有差系統(tǒng)（SystemwithSteady-stateError）o為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器

11、中必須引入“積分項(xiàng)”。積分項(xiàng)對(duì)誤差取決于時(shí)間的積分，隨著時(shí)間的增加，積分項(xiàng)會(huì)增大。這樣，即便誤差很小，積分項(xiàng)也會(huì)隨著時(shí)間的增加而加大。它推動(dòng)控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小，直到等于零。因此，比例+積分（PI）控制器可以使系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無(wú)穩(wěn)態(tài)誤差。3）微分（D）控制在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的微分，即誤差的變化率成正比關(guān)系。自動(dòng)控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。其原因是由于存在有較大慣性組件（環(huán)節(jié)）或有滯后（delay）組具有抑制誤差的作用。其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前”。即在誤差接近零時(shí)，抑制誤差的作用就應(yīng)該是零

12、。這就是說(shuō)，在控制器中僅引入比例”項(xiàng)往往是不夠的，比例項(xiàng)的作用僅是放大誤差的幅值。而目前需要增加的是“微分項(xiàng)”。它能預(yù)測(cè)誤差變化的趨勢(shì)，這樣，具有比例+微分的控制器，就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負(fù)值，從而避免了被控量的嚴(yán)重超調(diào)。所以對(duì)有較大慣性或滯后的被控對(duì)象，比例+微分（PD）控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過(guò)程中的動(dòng)態(tài)特性。1.3串級(jí)控制系統(tǒng)介紹串級(jí)控制是指通過(guò)引入副回路，使系統(tǒng)控制品質(zhì)相對(duì)于單回路控制系統(tǒng)提高。在系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)上說(shuō)，串級(jí)控制系統(tǒng)有兩個(gè)閉合回路，主回路和副回路，主副調(diào)節(jié)器串聯(lián)工作，主調(diào)節(jié)器輸出作為副調(diào)節(jié)器的設(shè)定值，系統(tǒng)通過(guò)副調(diào)節(jié)器輸出控制執(zhí)行器動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)對(duì)主參數(shù)的定值控制

13、。船機(jī)系統(tǒng)的主回路是定值控制系統(tǒng)，副回路是隨動(dòng)控制系統(tǒng)。通過(guò)他們的協(xié)調(diào)工作，是主參數(shù)能夠準(zhǔn)確地控制在工藝規(guī)定的范圍之內(nèi)。第二章水箱液位控制系統(tǒng)的建模2.1水箱液位控制系統(tǒng)的構(gòu)成水箱液位控制系統(tǒng) AE2000B 由水箱體（不銹鋼儲(chǔ)水箱 850*450*400mm、串接圓筒有機(jī)玻璃上水箱：250*370mm、下水箱：250*270mm、1 個(gè)連接閥門(mén)、2 個(gè)泄水閥門(mén)及 1 個(gè)調(diào)整進(jìn)水閥門(mén)的步進(jìn)電機(jī)和其他連接構(gòu)件）、水位檢測(cè)元件（壓力傳感器）、水泵、數(shù)據(jù)采集模塊（ADAMIPC7017）及上位工控機(jī)（內(nèi)有 PCI 總線插槽）構(gòu)成，負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)和變送和執(zhí)行的元件包括液位傳感器、渦輪流量計(jì)、壓力表、電動(dòng)調(diào)節(jié)

14、閥等。總體結(jié)構(gòu)的原圖如下圖所示。圖圖N1AE2000B 更盼設(shè)備圖更盼設(shè)備圖圖中的兩個(gè)玻璃容器 1T、2T 通過(guò)連接閥門(mén) 1V 依次連接。玻璃容器通過(guò)泄水閥門(mén)可以排出容器里的水，供水泵循環(huán)使用，水泵抽出的水通過(guò)進(jìn)水閥門(mén)進(jìn)入容器 1T,這樣就構(gòu)成了一個(gè)封閉的回路。兩個(gè)玻璃容器上各裝有一個(gè)液位壓力傳感器作為測(cè)量元件，用來(lái)讀出容器的實(shí)時(shí)液位值。進(jìn)水閥門(mén)通過(guò)兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)控制其開(kāi)度，從而調(diào)節(jié)進(jìn)入容器水量的大小。液位壓力傳感器將容器中的水位值轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號(hào)傳到數(shù)據(jù)采集模塊，又由數(shù)據(jù)采集模塊傳給上位機(jī)，為各種控制算法提供實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)通過(guò)相應(yīng)的處理，生成恰當(dāng)?shù)目刂菩盘?hào)，也需要經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)采集卡給到步進(jìn)

15、電機(jī)，進(jìn)一步控制閥門(mén)的開(kāi)度，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)各種控制算法的模擬和檢驗(yàn)。泄水閥門(mén)可以保證實(shí)驗(yàn)結(jié)束后放掉容器中的水。2.2液位控制的實(shí)現(xiàn)除模擬 PID 調(diào)節(jié)器外，可以采用計(jì)算機(jī) PID 算法控制。首先由差壓傳感器檢測(cè)出水箱水位；水位實(shí)際值通過(guò)單片機(jī)進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換，變成數(shù)字信號(hào)后，被輸入計(jì)算機(jī)中；最后,在計(jì)算機(jī)中，根據(jù)水位給定值與實(shí)際輸出值之差，利用 PID 序算法得到輸出值，再將輸出值傳送到單片機(jī)中，由單片機(jī)將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)。最后，由單片機(jī)的輸出模擬信號(hào)控制交流變頻器，進(jìn)而控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，從而形成一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)水位的計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制。2.3單容水箱建模圖2-1單容水箱系統(tǒng).單容水箱系統(tǒng)構(gòu)成如

16、圖 2-1 所示，不斷有水流入水箱內(nèi)，同時(shí)也有水不斷由水箱中流出。水的流入量 Q1 由變頻器控制泵來(lái)加以調(diào)節(jié)，流出量 Q0 由用戶根據(jù)需要通過(guò)負(fù)載閥R 來(lái)改變。被控量為水位 H,它反映水的流入和流出量之間的平衡關(guān)系。顯然在任何時(shí)間水位的變化均滿足下述物料平衡方程:水箱Q1-Q2=A(dH/dt)Q1=KuUQ0=K，H其中 A 為水箱的橫截面積，Ku 是取決于電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的閥門(mén)特性的系數(shù)，可以假定它是常數(shù)；k 是與負(fù)載閥門(mén)開(kāi)度有關(guān)的系數(shù)，在負(fù)載閥門(mén)開(kāi)度固定不變的情況下，k 看作是一個(gè)常數(shù)。將式 2-1 表示成增量形式為 Q1-AQ0=A(dAH)/dt=C(dAH)/dt Q1、Q0QH、分別為

17、偏離某一平衡狀態(tài)的 Q10、Q00、H0 的增量，H 為水箱橫截面積?？紤]到水位值在其穩(wěn)定值附近的小范圍內(nèi)變化，可以近似認(rèn)為Q1=KuAu Q0=k/(2，H)H 也可以變化為dAH)/dt=1/FKuAu-k/(2VH)H或(2VH0)F(dAH)/dt+AH=Ku(2VzH0)F)Au 果各變量都以自己的穩(wěn)態(tài)值為起點(diǎn)，即 H0=u0;所以最常見(jiàn)的一階微分方程，將其變?yōu)閭鬟f函數(shù)為：H(s)/U(s)=K(Ts+1)從傳遞函數(shù)可以看出，單水箱對(duì)象為一階慣性環(huán)節(jié)。它為有自平衡性的對(duì)象，即當(dāng)原有的物料平衡被打破時(shí)隨著被控量液位的變化，其不平衡量會(huì)越來(lái)越小，最后能自動(dòng)地穩(wěn)定在新的平衡點(diǎn)上。對(duì)于有自平

18、衡的對(duì)象來(lái)說(shuō)，應(yīng)選擇包括積分環(huán)節(jié)調(diào)節(jié)器；而對(duì)于無(wú)自平衡性的對(duì)象，則應(yīng)該選擇不包括積分環(huán)節(jié)的調(diào)節(jié)器。2.4雙容水箱建模2.4.1雙容水箱數(shù)學(xué)模型圖2-2容水箱系統(tǒng)構(gòu)成雙容水箱系統(tǒng)構(gòu)成如圖 2-2 所示，它是兩個(gè)串聯(lián)在一起的水箱，水首先進(jìn)入水箱 A,然后通過(guò)閥 R1 流入水箱 B,再通過(guò)閥 R2 從水箱 B 中流出。水流入量 Q1 由變頻器控制泵來(lái)加以調(diào)節(jié)，流出量 Q0 由用戶需要改變。被控量為水箱 B 的水位 H2,根據(jù)圖2-6 可以寫(xiě)出兩個(gè)水箱在任何時(shí)間的物料平衡方程：水多 iA:dH1/dt=1/A1(Q1-Qs)水多 iB：dH2/dt=1/A2(Qs-Q0)其中：Q1=KuUQs=(1/

19、R1)H1Q1=H2/R1A1,A2 為水箱的截面積，R1,R2 代表線性化水阻，Q,H 和 u 等均以各個(gè)量的穩(wěn)態(tài)值為起始點(diǎn)，合并上面整理后得：(dH1/dt)T1+H2=KuR1u;(dH2/dt)T1+rH1=0;其中：T1=A1R1,T2=A2R2,r=R2/R1;有上式合并得；T1T2(dA2H2/dt)+(T1+T2)dH2/dt+H2=rKuR1u 顯然這是一個(gè)二階微分方程，這是被控對(duì)象兩個(gè)串聯(lián)水箱的反映。第二章組態(tài)王6.5簡(jiǎn)介與操作界面的設(shè)計(jì)3.1組態(tài)王6.5簡(jiǎn)介(1)組態(tài)王軟件：組態(tài)王軟件組態(tài)王開(kāi)發(fā)監(jiān)控系統(tǒng)軟件，是新型的工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)。它以標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)計(jì)算機(jī)軟、硬件平臺(tái)構(gòu)成的

20、集成系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的封閉式系統(tǒng)。(2)組態(tài)王軟件的特點(diǎn)：它具有適應(yīng)性強(qiáng)、開(kāi)放性好、易于擴(kuò)展、經(jīng)濟(jì)、開(kāi)發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)。通?？梢园堰@樣的系統(tǒng)劃分為控制層、監(jiān)控層、管理層三個(gè)層次結(jié)構(gòu)。其中監(jiān)控層對(duì)下連接控制層，對(duì)上連接管理層，它不但實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制，且在自動(dòng)控制系統(tǒng)中完成上傳下達(dá)、組態(tài)開(kāi)發(fā)的重要作用。尤其考慮三方面問(wèn)題，畫(huà)面、數(shù)據(jù)、動(dòng)畫(huà)。通過(guò)對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)要求及實(shí)現(xiàn)功能的分析，采用組態(tài)王對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。組態(tài)軟件也為試驗(yàn)者提供了可視化監(jiān)控畫(huà)面，有利于試驗(yàn)者實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控。而且，它能充分利用 Windows 的圖形編輯功能，方便地構(gòu)成監(jiān)控畫(huà)面，并以動(dòng)畫(huà)方式顯示控制設(shè)備的狀態(tài)，具有報(bào)警窗口、實(shí)時(shí)趨勢(shì)

21、曲線等，可便利的生成各種報(bào)表。它還具有豐富的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和靈活的組態(tài)方式、數(shù)據(jù)連接功能。(3)組態(tài)王軟件使用步驟：使用組態(tài)王實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)仿真的基本方法：1)圖形界面的設(shè)計(jì)2)構(gòu)造數(shù)據(jù)庫(kù)3)建立動(dòng)畫(huà)連接4)運(yùn)行和調(diào)試(4)組態(tài)王軟件特點(diǎn)：使用組態(tài)王軟件開(kāi)發(fā)具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：1)實(shí)驗(yàn)全部用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，只需利用現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)就可完成自動(dòng)控制系統(tǒng)課程的實(shí)驗(yàn)，從而大大減少購(gòu)置儀器的經(jīng)費(fèi)。2)該系統(tǒng)是中文界面，具有人機(jī)界面友好、結(jié)果可視化的優(yōu)點(diǎn)。對(duì)用戶而言，操作簡(jiǎn)單易學(xué)且編程簡(jiǎn)單，參數(shù)輸入與修改靈活，具有多次或重復(fù)仿真運(yùn)行的控制能力，可以實(shí)時(shí)地顯示參數(shù)變化前后系統(tǒng)的特性曲線，能很直觀地顯示控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)

22、趨勢(shì)曲線，這些很強(qiáng)的交互能力使其在自動(dòng)控制系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)中可以發(fā)揮理想的效果。(5)在采用組態(tài)王開(kāi)發(fā)系統(tǒng)編制應(yīng)用程序過(guò)程中要考慮以下三個(gè)方面：1)圖形，是用抽象的圖形畫(huà)面來(lái)模擬實(shí)際的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)和相應(yīng)的工控設(shè)備。2)數(shù)據(jù)， 就是創(chuàng)建一個(gè)具體的數(shù)據(jù)庫(kù)， 并用此數(shù)據(jù)庫(kù)中的變量描述工控對(duì)象的各屬性， 比如水位、 流量等。3)連接，就是畫(huà)面上的圖素以怎樣的動(dòng)畫(huà)來(lái)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基于組態(tài)王6.5的液位控制系統(tǒng)上位機(jī)部分設(shè)計(jì)3.2.1建立新工程啟動(dòng)“組態(tài)王”工程管理器，選擇菜單“文件新建工程”或單擊“新建”按鈕，彈出如圖 2 示：?jiǎn)螕簟跋乱徊健崩^續(xù)。彈出“新建工程向?qū)?/p>

23、之二對(duì)話框”，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”，在工程名稱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。單擊“完成”完成工程的新建。進(jìn)入“工程瀏覽器”。圖 3.1 建立新的工程圖 3.2 建立畫(huà)面3.2.2定義外部設(shè)備ICP-7017 連接在計(jì)算機(jī)的 COM1 口。在組態(tài)王工程瀏覽器的左側(cè)選中“COM1,在右側(cè)雙擊“新建”，運(yùn)行“設(shè)備配置向?qū)А?。選擇 ICP7017 的“串行”項(xiàng)，單擊“下一步”，為外部設(shè)備取

24、一個(gè)名稱，輸入“IPC1”，單擊“下一步”，為設(shè)備選擇連接串口，假設(shè)為 COM1,單擊“下一步”，填寫(xiě)設(shè)備地址，假設(shè)為 1,單擊“下一步”，請(qǐng)檢查各項(xiàng)設(shè)置是否正確，確認(rèn)無(wú)誤后，單擊“完成”。設(shè)備定義完成后，你可以在工程瀏覽器的右側(cè)看到新建的外部設(shè)備“ICP1”。在定義數(shù)據(jù)庫(kù)變量時(shí)，只要把 I/O 變量連接到這臺(tái)設(shè)備上，它就可以和組態(tài)王交換數(shù)據(jù)了，如下圖。定義變量的方法：將要建立的“監(jiān)控中心”，需要從下位機(jī)采集下水箱液位高度的變化，所以需要在數(shù)據(jù)庫(kù)中定義這個(gè)變量。因?yàn)樵摂?shù)據(jù)是通過(guò)驅(qū)動(dòng)程序采集到的，所以三個(gè)變量的類(lèi)型都是 I/O 實(shí)型變量。這個(gè)變量名為“下水箱液位高度”，定義方法如下：在工程瀏覽器

25、的左側(cè)選擇“數(shù)據(jù)詞典”，在右側(cè)雙擊“新建”，彈出“變量屬性”對(duì)話框，對(duì)話框設(shè)置為如圖 6,設(shè)置完成后，單擊“確定”。用類(lèi)似的方法建立其他變量。世鑫配置向?qū)б簧a(chǎn)廠瘟.設(shè)備配置何導(dǎo)將*K完成設(shè)備便民要&SMI-TOSKW年年I-TO11土土I-7OHDt1-7032*I-T012B.*I-7D13*1-7013。*ITOH 1-70J6*1*7017所選設(shè)千生產(chǎn)廠穿：設(shè)備名稱:通信苑迷：8tMmo8tMmo浜列I-TO1TI-TO1T擊行二一/下一步取消圖 3.3 選擇 I/O口變量即即1-7018圖 3.4 定義變量3.2.3動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)建立動(dòng)畫(huà)連接：在畫(huà)面上雙擊圖形對(duì)象“下水箱”，彈出“

26、動(dòng)畫(huà)連接”對(duì)話框。單擊“填充”按鈕，彈出“填充連接”對(duì)話框，對(duì)話框設(shè)置如圖 8。注意填充方向和填充色的選擇。單擊“確定”。單擊“動(dòng)畫(huà)連接”對(duì)話框的“確定”。用同樣的方法設(shè)置“上水箱”和“儲(chǔ)水箱”的動(dòng)畫(huà)連接。在設(shè)置“儲(chǔ)水箱”的動(dòng)畫(huà)連接時(shí)將“填充方向”改為“由上向下填充”圖 3.5 文本動(dòng)畫(huà)連接選擇 MAKE 菜單“文件全部存”。只有保存畫(huà)面上的改變以后，在 VIEW 中才能看到你的工作成果。啟動(dòng)畫(huà)面運(yùn)行程序 VIEW。VIEW 啟動(dòng)后，選擇菜單“畫(huà)面打開(kāi)”，在彈出的對(duì)話框中選擇“監(jiān)控中心”。運(yùn)行畫(huà)面如下：圖 3.6 動(dòng)畫(huà)連接效果3.2.3組態(tài)王6.5的控件中選擇歷史曲線繪制工具箱內(nèi)點(diǎn)擊“插入通用

27、控件”，選擇其中“歷史趨勢(shì)曲線”即可在畫(huà)面中繪制歷史曲,對(duì)話框包括“曲線”和“坐標(biāo)系”兩部分。在“曲線”中點(diǎn)擊線。選擇“控件屬性”“增加”添加需要的變量，“坐標(biāo)系”使用默認(rèn)值，單擊對(duì)話框的“確定”按鈕。為使趨勢(shì)曲線能顯示變量的變化情況，必須先對(duì)變量做如下設(shè)置：選擇菜單“數(shù)據(jù)庫(kù)詞典”，在變量列表中對(duì)相應(yīng)變量進(jìn)行設(shè)置，選中“記錄定義”對(duì)話框中“數(shù)據(jù)變化記錄”選擇框，使之有效。單擊“保存”。監(jiān)控畫(huà)面如下圖圖 3.7 水箱液位控制界面第四章總結(jié)與展望本文以雙容水箱液位控制系統(tǒng)中的下水箱為被控對(duì)象，研究了該控制系統(tǒng)的單容與雙容對(duì)象模型，并針對(duì)兩種對(duì)象模型建立了相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，在建立合適數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，

28、研究了針對(duì)雙容水箱數(shù)學(xué)模型的控制算法，即串級(jí) PID 控制算法，進(jìn)行了基于組態(tài)王 6.5 上位機(jī)遠(yuǎn)程控制的實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)。在總結(jié) PID 串級(jí)控制算法的同時(shí)，發(fā)現(xiàn)針對(duì)類(lèi)似于水箱液位這種非線性、滯后系統(tǒng)，還可以采用單神經(jīng)元 PID 算法控制、模糊一神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)解耦控制、基于 T-S 模型的模糊 PID控制等控制方式。但是本文仍采用了最原始最可靠的 PID 串級(jí)控制，因?yàn)檫@種控制方法最可靠最簡(jiǎn)單和實(shí)用，而且這種控制方法既能應(yīng)對(duì)工業(yè)控制擾動(dòng)嚴(yán)重頻繁的特點(diǎn)又能適應(yīng)實(shí)時(shí)控制這一要求。本文所研究的這種控制算法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能適應(yīng)不同的變化要求，因而在工程上有很大利用價(jià)值。由于本人才疏學(xué)淺，實(shí)驗(yàn)裝置的上位機(jī)使用了工控機(jī)，實(shí)驗(yàn)軟件使用了組態(tài)王 6.5。在閱讀相關(guān)的文獻(xiàn)后發(fā)現(xiàn)，如果改用 S7200PLC 或者單片機(jī)作為上位機(jī)的話，實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)的手段可能還會(huì)有所豐富。在控制策略上可以選擇模糊 PID 控制、模糊控制與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的方法等更為復(fù)