計算機控制技術課程設計

1、 計算機控制技術 課程設計報告題 目： 液位單閉環(huán)計算機監(jiān)控系統設計院 （系）： 機電與自動化學院 專業(yè)班級： 自動化XX班 學生姓名： 某某 學 號： xxxxxxxxxx 指導教師： xxxx 2014年6月 23日至2014年 6 月 27日Xxxxxxxxxxxxxx學校計算機控制技術課程設計任務書一、 設計（調查報告/論文）題目題目1：流量單閉環(huán)計算機監(jiān)控系統設計題目2：液位單閉環(huán)計算機監(jiān)控系統設計題目2：液位流量串級計算機監(jiān)控系統設計二、 設計（調查報告/論文）主要內容綜合運用自動控制理論、計算機控制技術、過程控制系統等專業(yè)課程知識，在浙江求是高級過程控制實驗臺上進行流量單閉環(huán)計算

2、機監(jiān)控系統設計。系統包含上位機、下位機、實際流量控制對象等部分。使用組態(tài)王6.51工業(yè)組態(tài)軟件，自主設計并開發(fā)上位機監(jiān)控界面，使用RS232轉RS485接口進行上位機與下位機串口連接。下位機使用廈門宇光AI系列現場智能調節(jié)器。三、 原始資料過程控制系統課程實驗1液位單閉環(huán)控制過程控制系統課程實驗2流量單閉環(huán)控制過程控制系統課程實驗3液位流量串級控制 四、 要求的設計（調查/論文）成果要求學生使用組態(tài)王6.51工業(yè)組態(tài)軟件，在浙江求是綜合過程控制實驗臺上自行設計流量單閉環(huán)計算機監(jiān)控系統。系統包括上位機監(jiān)控界面設計，主要實現用戶密碼登陸，控制變量實時顯示，控制流程動態(tài)顯示，變量實時趨勢曲線，變量歷

3、史趨勢曲線，變量歷史數據查詢，自動生成變量歷史數據表格等功能。在下位機上使用PID控制算法進行流量單閉環(huán)定值控制（液位流量串級控制），自行整定PID控制參數。五、 進程安排周一：布置課程設計任務，學生查閱相關參考資料，擬定設計方案；周二-周四：在浙江求是綜合過程控制系統實驗臺上，使用組態(tài)王6.51工業(yè)組態(tài)軟件編程，實現全部系統功能；周五：現場演示設計成果，并回答問題，撰寫課程設計報告。 六、 主要參考資料1 王錦標計算機控制系統北京：清華大學出版社，20042 高金源計算機控制系統北京：高等教育出版社，20043 高國琴微型計算機控制技術北京：機械工業(yè)出版社，2006 4 施仁.自動化儀表及過

4、程控制第三版北京：電子工業(yè)出版社，20035 張寶芬.自動檢測技術及儀表控制系統，北京：化學工業(yè)出版社，20046 俞金壽過程控制系統和應用北京：機械工業(yè)出版社，20037 何離慶過程控制系統與裝置重慶：重慶大學出版社，2003 目 錄1.課程設計目的12.課程設計題目描述和要求12.1主要內容12.2設計功能要求 22.3組態(tài)王軟件簡介 23.設計方案33.1設計課題33.2系統設計 33.3系統調試 103.4數據及曲線處理114.總結125.參考文獻 13 1課程設計目的 隨著科學技術的發(fā)展，現代過程工業(yè)規(guī)模加大，復雜程度變高，對產品的質量要求更加嚴格，以及相應的系統安全問題，管理與控制

5、一體化問題等，越來越突出，因此想要滿足這些要求，解決這些問題，是不能僅僅只依靠簡單的控制系統的，故引入更為復雜、更為先進的控制系統是十分必要的。由于采用復雜控制系統的裝置或對象都是工廠中的重要裝置或關鍵崗位，因此需要予以特別的重視。串級控制系統是所有復雜控制系統中應用最多的一種，當要求被控變量的誤差范圍很小，簡單控制系統不能滿足要求時，可考慮采用串級控制系統。 組態(tài)王開發(fā)監(jiān)控系統軟件是新型的工業(yè)自動控制系統正以標準的工業(yè)計算機軟、硬件平臺構成的集成系統取代傳統的封閉式系統，它具有適應性強、開放性好、易于擴展、經濟、開發(fā)周期短等優(yōu)點。它不但實現對現場的實時監(jiān)測與控制，且在自動控制系統中完成上傳下

6、達、組態(tài)開發(fā)的重要作用；能實現實時現場監(jiān)控，能充分利用Windows的圖形編輯功能，方便地構成監(jiān)控畫面，并以動畫方式顯示控制設備的狀態(tài)，具有報警窗口、實時趨勢曲線等，可便利的生成各種報表；它還具有豐富的設備驅動程序和靈活的組態(tài)方式、數據鏈接功能。應用組態(tài)技術，是現代工業(yè)控制的必然趨勢。本次課程設計是在對組態(tài)軟件學習的基礎上，結合實驗室設備及其控制器的類型，應用組態(tài)軟件(組態(tài)王)開發(fā)上位機監(jiān)控系統。根據監(jiān)控系統的設計方案，開發(fā)了用于人機交互的主監(jiān)控畫面和各子系統的監(jiān)控畫面,并且通過組態(tài)王的“設備配置向導”定義外部設備，使上位機和下位機(PLC、變頻器)之間實現了通信，還在此基礎上，使用數據改變命

7、令語言實現了上位機和PLC間的自定義協議，另外，編寫控制程序，實現了一階液位單閉環(huán)監(jiān)控系統的仿真調試。除此，還介紹了監(jiān)控系統的其他功能，如：用戶權限配置，參數設定功能，報表及保存功能，數據的曲線顯示和查詢功能。2課程設計題目描述和要求2.1主要內容綜合運用自動控制理論、計算機控制技術、過程控制系統等專業(yè)課程知識，在浙江求是高級過程控制實驗臺上進行流量單閉環(huán)計算機監(jiān)控系統設計。系統包含上位機、下位機、實際流量控制對象等部分。使用組態(tài)王6.51工業(yè)組態(tài)軟件，自主設計并開發(fā)上位機監(jiān)控界面，使用RS232轉RS485接口進行上位機與下位機串口連接。下位機使用廈門宇光AI系列現場智能調節(jié)器。2.2 設計

8、功能要求要求使用組態(tài)王6.51工業(yè)組態(tài)軟件，在浙江求是綜合過程控制實驗臺上自行設計流量單閉環(huán)計算機監(jiān)控系統。系統包括上位機監(jiān)控界面設計，主要實現用戶密碼登陸，控制變量實時顯示，控制流程動態(tài)顯示，變量實時趨勢曲線，變量歷史趨勢曲線，變量歷史數據查詢，自動生成變量歷史數據表格等功能。在下位機上使用PID控制算法進行流量單閉環(huán)定值控制（液位流量串級控制），自行整定PID控制參數。2.3組態(tài)王軟件簡介亞控科技的產品，國產的眾多監(jiān)控組態(tài)軟件中應用較為廣泛的一個產品。它是一種通用的工業(yè)監(jiān)控軟件，它融過程控制設計、現場操作以及工廠資源管理于一體，將一個企業(yè)內部的各種生產系統和應用以及信息交流匯集在一起，實現

9、最優(yōu)化管理。它基于Microsoft Windows XP/NT/2000 操作系統，用戶可以在企業(yè)網絡的所有層次的各個位置上都可以及時獲得系統的實時信息。采用組態(tài)王軟件開發(fā)工業(yè)監(jiān)控工程，可以極大地增強用戶生產控制能力、提高工廠的生產力和效率、提高產品的質量、減少成本及原材料的消耗。它適用于從單一設備的生產運營管理和故障診斷，到網絡結構分布式大型集中監(jiān)控管理系統的開發(fā)。 “組態(tài)王” 采用了多線程、COM組件等新技術，實現了實時多任務，軟件運行穩(wěn)定可靠，是全中文界面的組態(tài)軟件。組態(tài)王具有在“組態(tài)王工程瀏覽器”查看工程的各個組成部分、完成構造數據庫、定義外部設備等功能。工程瀏覽器調用畫面制作系統M

10、AKE和畫面運行系統VIEW來完成畫面的開發(fā)和運行。應用程序的開發(fā)環(huán)境是MAKE。在這個環(huán)境中需要完成設計畫面、動畫連接等工作。MAKE具有先進完善的圖形生成功能；能合理地抽象控制對象的特性；對變量報警、過程記錄、趨勢曲線、安全防范等重要功能都有簡單的操作辦法。VIEW是“組態(tài)王”軟件的實時運行環(huán)境，在MAKE中建立的圖形畫面只有在VIEW中才能運行。VIEW從工業(yè)控制對象中采集數據，并記錄在實時數據庫中。它還有把數據的變化用動畫的方式形象地表示出來，同時完成變量報警、操作記錄、趨勢曲線等監(jiān)視的功能，并生成歷史數據文件。 “組態(tài)王”外部設備是第一臺下位機，在開發(fā)過程中根據“設備配置向導”的提示

11、一步步完成連接過程。在運行期間，組態(tài)王通過這些外部設備和驅動程序交換數據，包括采集數據和發(fā)送數據/指令。每一個驅動程序都是一個COM對象的方式使驅動和組態(tài)王構成一個如圖2-1所示的完整的系統，使系統有很強的擴展性也保證了運行系統的高效率。 2-1組態(tài)王構成圖3設計方案3.1設計課題一階液位的串級控制系統框圖如圖3-1所示3-1液位串級控制系統框圖3.2系統設計1 建立組態(tài)王新工程 首先為工程指定工作目錄(或工程路徑)。組態(tài)王用工作目錄表示工程，不同的工程應置于不同的目錄下。通過工程管理器完成新工程的創(chuàng)建，創(chuàng)建的具體圖像如圖3-2所示。 3-2工程創(chuàng)建圖2 創(chuàng)建組態(tài)畫面 利用組態(tài)王提供的繪圖工具

12、箱，結合現場設備的布局和外觀，創(chuàng)建組態(tài)畫面，以抽象的圖形畫面來模擬實際的工業(yè)現場和相應的工控設備，液位單閉環(huán)如圖3-3所示。 3-3液位單閉環(huán)圖3 定義設備 IO設備既外部設備，組態(tài)王把與之交換數據的設備或程序都作為外部設備。外部設備包括：下位機(PLC、儀表、模塊、板卡、變頻器等)，它們一般通過串行口和上位機交換數據；其他Windows應用程序，它們之間一般通過DDE交換數據；網絡上的其他計算機。只有在定義了外部設備之后，組態(tài)王才能通過IO變量和它們交換數據。為方便定義外部設備，組態(tài)王設計了“設備配置向導"引導用戶一步步完成設備的連接，過程示意圖如3-4，3-5所示。3-4串口定義

13、圖3-5串口地址分配圖4 構造數據庫變量 數據庫是組態(tài)王軟件的核心部分，是聯系上位機和下位機的橋梁。在建立動畫連接和編寫命令語言之前，應預先定義數據庫變量，在組態(tài)王數據詞典中完成變量的定義。在設置變量屬性時特別要注意變量的類型，在對話框中只能定義八種基本類型中的一種，用鼠標單擊變了類型下拉列表框列出可供選擇的數據類型，當定義有結構模板時，一個結構模板就是一種變量類型。監(jiān)控控制系統需要新建的變量及屬性?；咀兞康亩x 內存離散、內存實型、內存長整數、內存字符串、I/O離散、I/O實型、I/O長整數、I/O字符串，這八種基本類型的變量是通過 “變量屬性”對話框定義的，同時在“變量屬性”對話框的屬性

14、卡片中設置它們的部分屬性。 3-6變量的定義圖5 建立動畫連接 開發(fā)者在MAKE中制作的畫面都是靜態(tài)的，它們通過實時數據庫以動畫方式反映工業(yè)現場的狀況，因為只有數據庫中的變量才是與現場狀況同步變化的。數據庫變量的變化導致畫面的動畫效果。通過“動畫連接”就是建立畫面的圖素與數據庫變量的對應關系。 建立動畫連接是指在畫面的圖形對象與數據庫的數據變量之間建立一種關系，當變量的值改變后，在畫面上以圖形對象的動畫效果表示出來。動畫連接實現了監(jiān)控畫面與現場設備的運行狀態(tài)的一致。需要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。 在系統圖里我們還可以加入一些按鈕，以起到對系統監(jiān)視和

15、控制的作用。來實現畫面的切換、畫面的控制、硬件的控制。還可以加入一些文本框來實現數據的輸入和顯示。在繪制監(jiān)控畫面時，組態(tài)王還為我們提供了大量的圖庫精靈。 圖庫精靈在外觀上類似于組合圖素，但內嵌了豐富的動畫連接和邏輯控制，工程人員只需把它放在畫面上，做少量的文字修改，就能動態(tài)控制圖形的外觀，同時能完成復雜的功能。6 相關曲線 為了方便我們現場監(jiān)控和調試工程，整個系統圖中還需要一系列曲線直觀的變量實時曲線圖畫面。為了便于觀察，點擊相應的放大按鍵，會彈出放大的圖案可供操作員查看。（具體有：實時液位曲線，實時壓力曲線，歷史液位曲線，歷史壓力曲線）圖3-7為歷史曲線的示意圖。 3-7歷史曲線圖7相關報表

16、實時報表表一： 表一歷史報表查詢表二表二報警和事件報表三（報警的量需要在數據詞典中定義相關的報警條件） 表三 報警表8 編寫命令語言 通過腳本程序的編寫以完成較復雜的操作上位控制。在雙擊按鈕時，會彈出動畫連接，我們選擇命令語言連接，會彈出命令語言編輯框。我們就在里面編寫命令語言，讓軟件完成一些操作。重要函數說明：Logon()：此函數用于在TOUCHVEW中登錄。為畫面上某個按鈕建立命令語言連接。畫面程序運行時單擊此按鈕，彈出“登錄”對話框。操作者在此對話框中輸入用戶名和口令，以獲得操作權限。LogOff()函數：此函數用于在TOUCHVEW中退出登錄。ShowPicture()函數：此函數用

17、于顯示畫面。ClosePicture()函數：此函數用于將已調入內存的畫面關閉，并從內存中刪除。ChangePassword()函數：此函數顯示“更改口令”對話框，允許登錄用戶更改他們的口令。ReportSaveAs()：此函數為報表專用函數，將指定報表按照所給的文件名存儲到指定目錄下?；驅⒅付ǖ膱蟊泶鎯镋XCEL格式的文件。ReportSetHistData2()：此函數為報表專用函數。查詢歷史數據，使用該函數，只要設置查詢的數據在報表中填充的起始位置，即輸入起始行數（StartRow）、列數（StartCol）。系統會自動彈出歷史數據查詢對話框。9 系統用戶及權限的配置用戶配置如圖3-8

18、所示 3-8用戶配置圖用戶權限的配置具體操作：定義用戶的時候需要按照權限進行配置安全區(qū)，在頁面上的操作按鈕按照權限的要求可以分配到相關的安全區(qū)，即可以獲得相關的操作權限。當用戶沒有相關的操作權限時，按鈕會呈現灰色不可操作狀態(tài)10 登錄界面的制作如圖3-9所示 圖3-9登陸界面圖11 保存工程，完成以上步驟后，設計部分就基本完成。3.3系統調試 現場調試將計算機與現場的下位機進行連接，適當調整相關的參數，進行調試。待調試的系統達到相關的要求控制品質后，即可完成對整個過程的控制。通過現場調試，系統的液位實時曲線如下，系統達到了設計要求，對現場系統控制達到預期的要求，調試通過，最終達到穩(wěn)態(tài)圖如3-10所示。 圖3-10 穩(wěn)態(tài)液位圖3.4數據及曲線處理 處理相關報表和數據以及相關曲線，并撰寫設計報告