《組態(tài)軟件技術》課程設計報告書.doc

組態(tài)軟件技術課程設計報告書題目：雙容水箱液位監(jiān)控系統(tǒng)學院：信息工程學院班級：自動化0604班姓名：李 云學號：06001239時間：2009年12月摘 要隨著計算機技術的發(fā)展，計算機控制技術在過程控制中占有十分重要的地位。本設計以雙容水箱的液位控制模型為研究對象，采用PID控制算法，并用MCGS組態(tài)軟件進行上位機組態(tài)。用戶窗口包括如下界面：自控雙容水箱、手動雙容水箱、歷史數(shù)據、報警記錄、參數(shù)及液位變化曲線、消息、下水箱安全報警、下水箱越限報警、上水箱安全報警。運行策略塊包括：啟動策略、退出策略、循環(huán)策略、PID控制、上水箱安全報警、下水箱安全報警、下水箱越限報警。在本設計中，我們可以實現(xiàn)手動與自動的切換，兩個水箱水位的控制等功能。關鍵字：MCGS組態(tài)軟件；PID控制算法；雙容水箱液位監(jiān)控系統(tǒng)Abstract With the development of computer technology, computer control technology in process control occupies an important position. The design of double-capacity water tank level control model studied by using PID control algorithm, and use MCGS configuration software host computer configuration. The user interface window includes the following: controlled double-capacity water tanks, manual dual-capacity water tanks, historical data, alarm recording, parameters and level curves, news, security police under the water tanks, water tanks, under the more limited the police, the security alarm on the tank. Operation strategy of block include: Start strategy, exit strategies, recycling strategies, PID control, security alarm on the tanks, water tanks, under safe alarm, water tanks, under the more alarm limits. In this design, we can achieve manual and automatic switch, two water tank water level control. Keywords: MCGS configuration software; PID control algorithm; two-capacity water tank level monitoring system 目 錄第1章 設計要求及目的41.1設計題目及要求 4 1.1.1 設計題目 41.1.2設計要求 41.2 設計目的4第2章 組態(tài)軟件概述42.1 工控組態(tài)軟件42.2 MCGS組態(tài)軟件的概述 52.2.1 MCGS通用組態(tài)軟件的特點 52.2.2 MCGS組態(tài)軟件構成 6第3章 過程控制系統(tǒng)的結構設計63.1系統(tǒng)控制規(guī)律選擇 63.2 工程儀表的選擇 63.3系統(tǒng)流程圖 73.4 系統(tǒng)方框圖 73.5 控制系統(tǒng)連接圖 7第4章 過程控制系統(tǒng)的組態(tài)設計84.1實時數(shù)據庫 84.2建立運行策略組態(tài) 94.2.1 啟動策略 94.2.2 退出策略 94.2.3循環(huán)策略 104.2.4 PID控制 114.2.5 上水箱安全報警 124.2.6 下水箱安全報警 124.2.7下水箱越限報警 134.3主控窗口組態(tài) 144.4 用戶窗口組態(tài) 15第5章 運行20第6章 總結23參考文獻第一章 設計要求及目的1.1設計題目及要求1.1.1設計題目有一雙容液位控制系統(tǒng)，目標是實現(xiàn)下水箱液位的控制。試用MCGS實現(xiàn)其算機控制系統(tǒng)。1.1.2設計要求(1) 判斷計算機通信以及設備工作是否正常；如正常，實時地顯示上、下水箱的液位和調節(jié)閥的閥位信箱。(2) 可實現(xiàn)自動和手動控制液位。自動方式下，下水箱液位設定值、采樣周期和參數(shù)P、I、D都可以修改，并根據修改的數(shù)據完成PID控制算法，調節(jié)閥開度為控制算法的結果。手動方式下，調節(jié)閥閥門開度可以直接在用戶窗口的運行界面中認為設定。為保證自動和手動控制無擾切換，在切換瞬間調節(jié)閥開度不會發(fā)生突變，且手動控制方式選，設定值需跟隨測量值變化。(3) 當上水箱液位高于30cm火下水箱液位高于20cm時，進行安全報警指示；當下水箱液位越限時，進行越限報警，報警偏差可在運行窗口中修改。(4) 具有顯示下水箱液位設定值，上，下水箱液位測量值和乏味變化的實時曲線及歷史曲線，打印曲線所在窗口畫面的功能；具有下水箱液位設定值、上、下水箱液位測量值和閥位變化的歷史數(shù)據查詢功能，并將其存儲到指定的位置。(5) 報警時間記錄功能。(6) 采用天辰模擬量輸入儀表和模擬量輸出儀表作為計算機與雙容液位系統(tǒng)進行信息交換的中間設備。1.2 設計目的(1) 通過本次課程設計掌握MCGS組態(tài)軟件的功能和特點。(2) 通過課程設計掌握MCGS組態(tài)軟件的系統(tǒng)構成。(3) 應用MCGS組態(tài)軟件設計一個基于MCGS組態(tài)軟件的雙容水箱液位控制系統(tǒng)演示工程。(4) 通過本次設計，深入了解MCGS在工業(yè)應用方面的作用，為今后從事這方面的工作打下一個良好的基礎。第二章 組態(tài)軟件概述2.1 工控組態(tài)軟件組態(tài)的英文是“Configuration”，組態(tài)軟件就是用應用軟件中提供的工具、方法來完成工程中某一具體任務的軟件。工控組態(tài)軟件就是指在數(shù)據采集和過程控制中使用的專用軟件，即在自動控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級的軟件平臺和開發(fā)環(huán)境下，為用戶提供快速構建工業(yè)自動控制、系統(tǒng)監(jiān)控功能的一種軟件工具。組態(tài)軟件一般用于自動控制系統(tǒng)的監(jiān)控層，提供了監(jiān)控層的軟件平臺和開發(fā)環(huán)境，通過靈活的組態(tài)方式，可使用戶快速構建工業(yè)自動控制系統(tǒng)監(jiān)控功能。組態(tài)軟件應該能支持各種工控設備和常見的通信協(xié)議，并且通常應提供分布式數(shù)據管理和網絡功能。對應于原有的HMI的概念，組態(tài)軟件是一個是用戶能快速建立自己的HMI的軟件工具或開發(fā)環(huán)境。目前，常見的監(jiān)控組態(tài)軟件有美國Wonderware公司的Intouch、Intellution公司的FIX系統(tǒng)、德國Simens公司的WinCC等，國內主要有昆侖公司的MCGS、亞控公司的KingView組態(tài)王、三維公司的力控的組態(tài)軟件。組態(tài)軟件的主要使用者是從事自動化工程設計、維護、操作的技術人員，用戶在使用組態(tài)軟件時，可以生成適合自己需要的應用系統(tǒng)，而不需要修改軟件程序的源代碼。組態(tài)軟件具有實時性和多任務性，可以在一臺計算機上同時完成數(shù)據采集、信號數(shù)據處理、數(shù)據圖形顯示、實時數(shù)據的存儲、歷史數(shù)據的查詢、實時通信等多個任務。2.2 MCGS組態(tài)軟件的概述2.2.1 MCGS通用組態(tài)軟件的特點(1) 簡單靈活的可視化操作界面。(2) 良好的并行處理功能。(3) 豐富、生動的多媒體畫面。(4) 開放式結構，廣泛的數(shù)據獲取和強大的數(shù)據處理功能。(5) 完善的安全機制。(6) 強大的網絡功能。(7) 多樣化的報警功能。(8) 實時數(shù)據庫為用戶分布組態(tài)提供極大地方便。(9) 支持多種硬件設備，實現(xiàn)組態(tài)與“設備無關”。(10) 方便控制復雜的運行流程。(11) 良好的可維護性和課擴充性。(12) 用數(shù)據庫來管理數(shù)據存儲，系統(tǒng)可靠性高。(13) 設立對象元件庫，組態(tài)軟件簡單方便。(14) 實現(xiàn)對工控系統(tǒng)的分布式控制和管理。2.2.2 MCGS組態(tài)軟件構成MCGS系統(tǒng)包括組態(tài)環(huán)境和運行環(huán)境。用戶的所有組態(tài)配置工程都在組態(tài)環(huán)境中進行，組態(tài)環(huán)境相當于一套完整的工具軟件。它幫助用戶設計和構造自己的應用系統(tǒng)。運行環(huán)境是一個獨立獨立的運行系統(tǒng)，按照組態(tài)結果數(shù)據庫中用戶指定的方式進行各種組態(tài)設計的目標和功能。組態(tài)結果數(shù)據庫完成了MCGS系統(tǒng)從組態(tài)環(huán)境向運行環(huán)境的過渡。由MCGS生成的用戶系統(tǒng)，其結構由主窗口、設備窗口、用戶窗口、實時數(shù)據和運行策略五部分構成。主控窗口是用戶應用系統(tǒng)的主窗口。一般情況下，單機版的用戶系統(tǒng)只有一個主窗口，主窗口也是應用系統(tǒng)的主框架，展現(xiàn)工程的總體外觀。設備窗口是MCGS系統(tǒng)與作為測控對象的外部設備建立聯(lián)系的后臺環(huán)境，負責驅動外部設備，控制外部設備的工作狀態(tài)。用戶窗口用來組建系統(tǒng)的圖形界面，一個用戶應用系統(tǒng)經常根據需要創(chuàng)建多個用戶窗口，創(chuàng)建用戶窗口后，再根據功能需要放置各種類型的圖形對象，定義相應的屬性 ，為用戶提供漂亮、生動、具有多種風格和類型的操作界面。實時數(shù)據庫是MCGS系統(tǒng)的核心，也是應用系統(tǒng)的數(shù)據處理中心，系統(tǒng)各部分均已實時數(shù)據庫位數(shù)據公用區(qū)，進行數(shù)據交換、數(shù)據處理和實現(xiàn)數(shù)據的可視化處理。運行策略是指對監(jiān)控系統(tǒng)運行流程進行控制的方法和條件，能夠對系統(tǒng)執(zhí)行某項操作和實現(xiàn)某種功能進行喲普條件的約束。第三章 過程控制系統(tǒng)的結構設計3.1系統(tǒng)控制規(guī)律選擇該設計分為手動和自動控制。在自動控制方式下，系統(tǒng)相應的控制算法有：雙位控制、標準PID控制、帶死區(qū)的PID控制、積分分離PID控制、不完全PID控制等等。系統(tǒng)的設計目的是使兩個水箱在PID控制算法的調節(jié)下，最終趨于供給平衡。因此，本系統(tǒng)選擇PID控制。3.2 工程儀表的選擇計算機、RS485/232轉換器、液位變送器、電動調節(jié)閥、水泵、手動閥、雙容水箱系統(tǒng)。3.3 系統(tǒng)流程圖3.4 系統(tǒng)方框圖3.5 控制系統(tǒng)連接圖第四章 過程控制系統(tǒng)的組態(tài)設計4.1實時數(shù)據庫4.2建立運行策略組態(tài)4.2.1 啟動策略進行系統(tǒng)的初始化op1=20op2=20ts1=0.5p=0.8ti1=5 ssv1=20sv2=154.2.2 退出策略4.2.3循環(huán)策略腳本程序：下水箱控制腳本程序如下：IF com1=0 THEN 通信=設備正常工作ELSE 通信=設備停止工作ENDIFe22=e21 上上次偏差e21=e20 上次偏差e20=sv2-pv2 本次偏差pf=p*(e20-e21) 比例作用if ti1=0 then 如果積分時間=0或偏差太大 jf=0 無積分作用else jf=p*ts1*e20/ti1 否則計算積分作用endifdf=p*td1*(e20-2*e21+e22)/ts1 微分作用zlpid1=pf+jf+df 增量輸出thisop1=op2+zlpid1 位置輸出if thisop1=100 then thisop1=100 超出調節(jié)器輸出上限，調節(jié)器輸出調節(jié)器輸出上限if thisop15 THEN alarm2=1ELSE alarm2=0ENDIF上水箱控制腳本程序如下：IF pv135 THEN pv1=pv1-15ELSE pv1=pv1+(op1-op2)*1000/4000ENDIF4.2.4 PID控制e22=e21 上上次偏差e21=e20 上次偏差e20=sv2-pv2 本次偏差pf=p*(e20-e21) 比例作用if ti1=0 then 如果積分時間=0或偏差太大 jf=0 無積分作用else jf=p*ts1*e20/ti1 否則計算積分作用endifdf=p*td1*(e20-2*e21+e22)/ts1 微分作用zlpid1=pf+jf+df 增量輸出thisop1=op2+zlpid1 位置輸出if thisop1=100 then thisop1=100 超出調節(jié)器輸出上限，調節(jié)器輸出調節(jié)器輸出上限if thisop1=0 then thisop1=0 超出調節(jié)器輸出下限，調節(jié)器輸出調節(jié)器輸出下限op2=thisop1 為下循環(huán)準備4.2.5 上水箱安全報警4.2.6 下水箱安全報警4.2.7下水箱越限報警4.3主控窗口組態(tài)4.4 用戶窗口組態(tài)自動控制雙容水箱窗口：歷史數(shù)據窗口：報警記錄窗口：消息窗口：下水箱安全報警窗口：下水箱越限警報窗口：上水箱安全警報窗口：組態(tài)參數(shù)及液位變化曲線窗口：手動控制雙容水箱窗口：第五章 運行改變對象參數(shù)，重新進行上述過程PID第六章 總結通過這次課設，我深層次地學習了MCGS組態(tài)軟件。在平時做練習題的基礎上，這次考慮地更周全，更細心。這次不像平時練習時那樣僅僅只做一個模塊，而是一個更為復雜的系統(tǒng)，實時數(shù)據庫也比往常多了，畫圖也有一定難度了，再做這門課設時