串级控制双容水箱液位PID研究Word格式文档下载.docx
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MCGS组态软件
Abstract
MygraduationprojectiscascadedoublecapacitywaterboxliquidlevelPIDconfigurationandresearch,thestudyofthissubjectisMCGSsystemasaplatform,adaptivePIDcontrolalgorithmonthedual-tankliquidlevelcontrol,firstofallInMCGSconfigurationsoftwaretomakeacontrolledinterfacetovisualizetheprocess.Identifyindicatorsofgoodqualitycontrolregulationlaw.
Single-loopcontrolsystemsolvesalotofcraftproductionprocessautomationcontrolparametervalue,butoftenasingleloopcontrolsystemcannotmeetthedualcapacityofproductionprocesscontrolobjects.Thecascadecontrolsystemistoimprovethequalityoftwo-capacityobjecteffectivemethodofcontrol,inprocesscontroliswidelyused.Thisexperimentistheuseofcascadecontrolofthedual-tankwaterlevelstudiestoaddressthedelaylarge,longtransitionissues.
Thismanualprocessthatincludesalotofknowledgeinthefieldofprocesscontroltheorywasintroducedindetail,includingthetypeofAE2000Aprocesscontrolexperimentobjectsystem,theMCGSallofChineseindustrialcontrolconfigurationsoftware,theuseofthecontentofthecontrolsystemsoftwareinChinese,doubleletwatertankcascadecontrolresearchanddevelopmentprocess,intheprocessofPIDregulation,theanalysisofresultsandthesolutionofproblem.
Elementsintheconsolidationoftheprofessional,wemustalsobeabletoautomaticcomputertesting,control,automationandotherorganiccombinationofknowledge,tofurtherenrichtheirknowledgestructure,tomasterthebasicelementsofcontroltheory,basedonthetheoryandpracticelinks.
Keywords:
Cascadecontrolsystems;
PIDregulator;
MCGSconfigurationsoftware
引言................................................................1
第一章实验简介.................................................-2-
1.1实验题目....................................................2
1.2选题来源...................................错误!
未定义书签。
1.3设计技术条件技术参数.......................错误!
1.4可提供的客观条件............................................2
第二章MCGS全中文工控组态软件介绍.................................18
2.1MCGS组态软件的功能、特点和组成............................18
2.2MCGS组态软件的学习........................................21
第三章串接双容水箱液位PID组态软件的开发过程......................24
3.1工程整体规划...............................................24
3.2工程建立步骤...............................................24第四章实验总结....................................................36
结论...............................................................37
参考文献.......................................................-28-
致谢...............................................................39
引言
过程装备控制是指在过程设备上,配上一些自动化装置以及合适的自动控制系统来代替操作人员的部分和全部直接劳动,使设计、制造、装配安装等在不同程度上自动地进行,这种利用自动化装置来管理生产过程的方法就是生产过程自动化。
因此,过程控制是生产自动化的一个重要分支。
自20世纪30年代以来,随着自动控制理论的不断发展以及电子计算机的出现,自动化技术取得了惊人的成就,在工业生产和科学发展中起到关键的作用。
生产过程自动化是指石油化工、电力、冶金、轻工等工业部门以连续性物流为主要特征的生产过程的制动控制,主要解决各种生产过程中的温度、压力、流量、液位(或物位、以及成分等参数的自动监测和控制问题。
过程控制的任务就是在理解、掌握工艺流程和生产过程的各种特性的基础上,根据工艺生产提出的要求,应用控制理论对控制系统进行分析、设计和综合,并采用相应的自动化装置和适宜的控制手段加以实现,最终达到优质、高产、低耗的控制目标。
过程自动化是提高社会生产力工具之一,实现生产过程自动化的目的如下:
(1加快生产速度,降低生产成本,获得更高的产品产量和质量。
(2减少人员数量,减轻劳动强度,改善劳动条件。
(3提高生产过程的安全系数,防止事故的发生或扩大,达到延长设备使用寿命的目的。
(4提高设备使用能力的目的。
(5实现了生产过程自动化,能从根本上改变劳动生产方式。
过程控制诞生后不久,就被人们接受,并得到广泛的应用,随着现代控制理论和计算机技术等学科的发展,为了满足工业生产过程自动化的迫切要求,自从20世纪70年代以来,国内外控制界大力致力于过程控制的研究与开发,出现了计算机控制系统在工业中的应运,由于计算机具有运算速度快、精度高、存储量大、编程灵活以及有很强的通讯能力等特点,故在过程控制的各个领域里都得到了广泛的应用。
第一章实验简介
1.1实验题目
串接双容水箱液位PID组态及研究
1.2选题来源
根据<
<
过程装备控制技术及应用>
>
课程的学习要求选择此题目作为毕业设计题目,目的是要掌握双容对象的对象特性和适用范围,了解双容对象液位的特性参数,了解阶跃干扰的产生和操作,熟悉串级控制的优缺点,适用范围和工作原理,为将来从事仪表控制调节,现场DDC控制等相关工作打下良好的基础。
1.3设计技术条件技术参数
MCGS组态软件
1.4可提供的客观条件
(1CS4000型过程控制实验装置,AE2000A型过程控制实验装置
(2电脑一台
(3MCGS组态开发使用教材
(4CS4000DDC实验指导书
(5过控仪表实验室
第二章MCGS组态软件介绍
2.1MCGS组态软件的功能、特点和组成
MCGS(MonitorandControlGeneratedSystem,通用监控系统是一套基于Windows平台的,用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统,可运行于MicrosoftWindows95/98/Me/NT/2000等操作系统。
MCGS为用户提供了解决实际工程问题的完整方案和开发平台,能够完成现场数据采集、实时和历史数据处理、报警和安全机制、流程控制、动画显示、趋势曲线和报表输出以及企业监控网络等功能。
MCGS的主要特性和基本功能如下:
(1功能简单,易于理解和使用系统。
(2功能齐全,便于方案设计。
(3实时性强、良好的并行处理性能。
(4丰富、生动的多媒体画面。
(5“面向窗口”的设计方法,增加了可视性和可操作性。
(6支持OLEAutomation技术。
(7实现对工控系统的分布式控制和管理。
(8设立对象元件库,组态工作简单方便。
(9提供对网络的支持。
总之,MCGS组态软件功能强大,操作简单,易学易用,普通工程人员经过短时间的培训就能迅速掌握多数工程项目的设计和运行操作。
同时使用MCGS组态软件能够避开复杂的计算机软、硬件问题,集中精力去解决工程问题本身,根据工程作业的需要和特点,组态配置出高性能、高可靠性和高度专业化的工业控制监控系统。
(1全中文、可视化、面向窗口的组态开发界面,符合中国人的使用习惯和要求,真正的32位程序,支持多任务、多线程,可运行于MicrosoftWindows95/98/Me/NT/2000等多种操作系统。
(2庞大的标准图形库、完备的绘图工具集以及丰富的多媒体支持,使您能够快速地开发出集图像、声音、动画等于一体的漂亮、生动的工程画面。
(3全新的ActiveX动画构件,包括存盘数据处理、条件曲线、计划曲线、相对曲线、多行文本、通用棒图等,使您能够更方便、更灵活地处理、显示生产数据。
(4支持目前绝大多数硬件设备,同时可以方便地定制各种设备驱动;
此外,独特的组态环境调试功能与灵活的设备操作命令相结合,使硬件设备与软件系统间的配合天衣无缝。
(5强大的数据处理功能,能够对工业现场产生的数据以各种方式进行统计处理,使您能够在第一时间获得有关现场情况的第一手数据。
(6方便的报警设置、丰富的报警类型、报警存贮与应答、实时打印报警报表以及灵活的报警处理函数,使您能够方便、及时、准确地捕捉到任何报警信息。
(7良好的可扩充性,可通过OPC、DDE、ODBC、ActiveX等机制,方便地扩展MCGS组态软件的功能,并与其他组态软件、MIS系统或自行开发的软件进行连接。
(8提供了WWW浏览功能,能够方便地实现生产现场控制与企业管理的集成。
在整个企业范围内,只使用IE浏览器就可以在任意一台计算机上方便地浏览到与生产现场一致的动画画面,实时和历史的生产信息,包括历史趋势,生产报表等等,并提供完善的用户权限控制。
(1MCGS组态软件:
(以下简称MCGS由“MCGS组态环境”和“MCGS运行环境”两个系统组成。
两部分相互独立,又紧密相关,MCGS组态环境是生成用户应用系统的工作环境,由可执行程序McgsSet.exe支持,其存放于MCGS目录的Program子目录中,用户在MCGS组态环境中完成动画设计、设备连接、编写控制流程、编写工程打印报表等全部组态工作后,生成扩展名为mcg的工程文件,其与MCGS运行环境一起,构成了用户应用系统,统称为“工程”。
(2MCGS工程的五大部分
MCGS组态软件所建立的工程由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略五部分构成,每一部分分别进行组态操作,完成不同的工作,具有不同的特性。
1主控窗口:
是工程的主窗口或主框架。
在主控窗口中可以放置一个设备窗口和多个用户窗口,负责调度和管理这些窗口的打开或关闭。
主要的组态操作包括:
定义工程的名称,编制工程菜单,设计封面图形,确定自动启动的窗口,设定动画刷新周期,指定数据库存盘文件名称及存盘时间等。
2设备窗口:
是连接和驱动外部设备的工作环境。
在本窗口内配置数据采集与控制输出设备,注册设备驱动程序,定义连接与驱动设备用的数据变量。
3用户窗口:
本窗口主要用于设置工程中的人机交互界面,诸如:
生成各种动画显示画面、报警输出、数据与曲线图表等。
4实时数据库:
是工程各个部分的数据交换与处理中心,它将MCGS工程的各个部分连接成有机的整体。
在本窗口内定义不同类型和名称的变量,作为数据采集、处理、输出控制、动画连接及设备驱动的对象。
5运行策略:
本窗口主要完成工程运行流程的控制。
包括编写控制程序(if„then脚本程序,选用各种功能构件,如:
数据提取、定时器、配方操作、多媒体输出等。
如下图所示:
设备窗口通过设备构件驱动外部设备,将采集的数据送入实时数据库;
由用户窗口组成的图形对象,与实时数据库中的数据对象建立连接关系,以动画形式实现数据的可视化;
运行策略通过策略构件,对数据进行操作和处理。
如下图:
综上所述,一个应用系统由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略五个部分组成,组态工作开始时,系统只为用户搭建了一个能够独立运行的空框架,提供了丰富的动画部件与功能部件,
如果要完成一个实际的应用
系统,应主要完成以下工作:
首先,要像搭积木一样,在组态环境中用系统提供的或用户扩展的构件构造应用系统,配置各种参数,形成一个有丰富功能可实际应用的工程;
然后,把组态环境中的组态结果提交给运行环境,运行环境和组态结果一起就构成了用户自己的应用系统。
2.2MCGS组态软件的学习
工程:
用户应用系统的简称。
引入工程的概念,是使复杂的计算机专业技术更贴近于普通工程用户。
在MCGS组态环境中生成的文件称为工程文件,后缀为.mcg,存放于MCGS目录的WORK子目录中。
对象:
操作目标与操作环境的统称。
如窗口、构件、数据、图形等皆称为对象。
选中对象:
鼠标点击窗口或对象,使其处于可操作状态,称此操作为选中对象,被选中的对象(包括窗口,也叫当前对象。
组态:
在MCGS组态软件开发平台中对五大部分,进行对象的定义、制作和编辑,并设定其状态特征(属性参数,将此项工作称为组态。
构件:
具备某种特定功能的程序模块,可以用VB、VC等程序设计语言编写,通过编译,生成DLL、OCX等文件。
用户对构件设置一定的属性,并与定义的数据变量相连接,即可在运行中实现相应的功能。
策略:
是指对系统运行流程进行有效控制的措施和方法。
可见度:
指对象在窗口内的显现状态,即可见与不可见。
组对象:
用来存储具有相同存盘属性的多个变量的集合,内部成员可包含多个其他类型的变量。
组对象只是对有关联的某一类数据对象的整体表示方法,而实际的操作则均针对每个成员进行。
标题栏:
显示“MCGS组态环境-工作台”标题、工程文件名称和所在目录;
工具条:
设有对象编辑和组态用的工具按钮。
不同的窗口设有不同功能的工具条按钮,其功能详见附表。
工作台面:
进行组态操作和属性设置。
上部设有五个窗口标签,分别对应主控窗口、用户窗口、设备窗口、实时数据库和运行策略五大窗口。
鼠标单击标签按钮,即可将相应的窗口激活,进行组态操作;
工作台右侧还设有创建对象和对象组态用的功能按钮。
组态工作窗口:
是创建和配置图形对象、数据对象和各种构件的工作环境,又称为对象的编辑窗口。
主要包括组成工程框架的五大窗口,即:
主控窗口,用户窗口,设备窗口,实时数据库和运行策略。
分别完成工程命名和属性设置,动画设计,设备连接,编写控制流程,定义数据变量等项组态操作。
属性设置窗口:
是设置对象各种特征参数的工作环境,又称属性设置对话框,对象不同,属性窗口的内容各异,但结构形式大体相同,主要由下列几部分组成:
窗口标题:
位于窗口顶部,显示“×
×
属性设置”字样的标题。
图形库工具箱:
MCGS为用户提供了丰富的组态资源,包括
系统图形工具箱:
进入用户窗口,鼠标点击工具条中的“工具箱”按钮,打开图形工具箱,其中设有各种图元、图符、组合图形及动画构件的位图图符。
利用这些最基本的图形元素,可以制作出任何复杂的图形。
参见“MCGS组态软件用户指南”。
设备构件工具箱:
进入设备窗口,鼠标点击工具条中的“工具箱”按钮,打开设备构件工具箱窗口,其中设有与工控行业经常选用的监控设备相匹配的各种设备构件。
选用所需的构件,放置到设备窗口中,经过属性设置和通道连接后,该构件即可实现对外部设备的驱动和控制。
策略构件工具箱:
进入运行策略组态窗口,鼠标点击工具条中的“工具箱”按钮,打开策略构件工具箱,工具箱内包括所有策略功能构件。
选用所需的构件,生成用户策略模块,实现对系统运行流程的有效控制。
详见“MCGS组态软件参考手册”。
对象元件库:
对象元件库是存放组态完好并具有通用价值动画图形的图形库便于对组态成果的重复利用。
进入用户窗口的组态窗口,执行“工具”菜单中的“对象元件库管理”菜单命令,或者打开系统图形工具箱,选择“插入元件”图
标,可打开对象元件库管理窗口,进行存放图形的操作
(1MCGS如何与设备进行通讯:
在设备窗口中建立系统与外部硬件设备的连接关系,使系统能够从外部设备读取数据并控制外部设备的工作状态,实现对工业过程的实时监控。
在设备窗口内配置不同类型的设备构件,并根据外部设备的类型和特征,设置相关的属性,将设备的操作方法如硬件参数配置、数据转换、设备调试等都封装在构件之中,以对象的形式与外部设备建立数据的传输通道连接。
系统运行过程中,设备构件由设备窗口统一调度管理,通过通道连接,向实时数据库提供从外部设备采集到的数据,从实时数据库查询控制参数,发送给系统其它部分,进行控制运算和流程调度,实现对设备工作状态的实时检测和过程的自动控制。
(2MCGS如何产生动画效果:
实际上是将用户窗口内创建的图形对象与实时数据库中定义的数据对象,建立起对应的关系,在不同的数值区间内设置不同的图形状态属性如颜色、大小、位置移动、可见度、闪烁效果等,将物理对象的特征参数以动画图形方式来进行描述,这样在系统运行过程中,用数据对象的值来驱动图形对象的状态改变,进而产生形象逼真的动画效果。
(3如何对工程运行流程实施有效监控:
MCGS开辟了专用的“运行策略”窗口,所谓“运行策略”,是用户为实现对系统运行流程自由控制所组态生成的一系列功能块的总称。
MCGS为用户提供了进行策略组态的专用窗口和工具箱。
运行策略的建立,使系统能够按照设定的顺序和条件,操作实时数据库,控制用户窗口的打开、关闭以及设备构件的工作状态,从而实现对系统工作过程精确控制及有序调度管理的目的通过对MCGS运行策略的组态,用户可以自行组态完成大多数复杂工程项目的监控软件,而不需要繁琐的编程工作。
由用户窗口组成的图形对象,与实时数据库中的数据对象建立连接关系,以动画形式实现数据的可视化;
第三章串接双容水箱液位PID组态软件的开发过程3.1工程整体规划
对毕业设计题目进行仔细分析,以便从整体上把握工程的结构、流程、需实现的功能及如何实现这些功能。
题目是串接双容水箱液位PID组态及研究,所以采用串级控制系统,因为串级控制系统能够迅速克服进入副回路的干扰,能够改善被控对象的特性,提高系统克服干扰的能力,主回路对副对象具有鲁棒性,提高了系统的控制精度,特别是在被控对象的容量滞后大,干扰强,要求高的场合,采用串级控制可以获得明显的效果。
数据对象:
给定值sv1、测量值pv1、输出值op1、比例度P、积分时间I、微分时间D。
3.2工程建立步骤
MCGS中用“工程”来表示组态生成的应用系统,创建一个新工程就是创建一个新的用户应用系统,打开工程就是打开一个已经存在的应用系统,工程文件的命名规则和Windows系统相同,MCGS自动给工程文件名加上后缀“.mcg”,每个工程都对应一个组态结果数据库文件。
打开M
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- 控制 水箱 PID 研究