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3.2实时数据库的创建10
3.3画面设计制作与动画连接15
第四章课设总结20
参考文献21
第一章课设简介
1.1课设题目
基于MCGS的的单容水箱液位自动控制系统
1.2课设背景及任务
随着工业自动化水平迅速提高和计算机在工业领域的广泛应用,人们对工业自动化的要求越来越高。
尤其是计算机技术始终保持了较快的发展速度,各种软/硬件技术也已日臻成熟,可用的软/硬件资源丰富且标准统一,软件之间的互操作性强,易于学习和使用。
因此,把计算机技术用于工业控制将会有成本低,可用资源丰富,易开发等特点。
组态软件正是在这个背景下发展起来的,它能够很好地解决传统工业控制软件存在的种种问题,是用户能根据具体的对象和控制目的任意组态,完成符合要求的自动化控制工程。
采用MCGS组态软件实现单容水箱液位自动控制,应实现以下功能:
判断计算机通信以及设备工作是否正常;
如正常,实时显示水箱的水位和调节阀的阀位信息。
为保证自动控制和手动控制的无扰切换,即在切换瞬间调节阀开度不会发生突变,因此手动控制方式下,设定值应跟随测量值变化,调节阀阀门开度可以直接在用户窗口的运行界面人为的设定。
在自动控制方式下,提供相关控制算法以备选择,包括:
双位控制,标准PID控制,带死区的PID控制,积分分离PID控制,不完全微分PID控制。
自动方式下,液位设定值,采样周期和参数P,I,D都可以修改,并依据修改的数据实现相应的算法,调节阀开度为控制算法的结果。
当水箱液位高于30cm时,进行安全报警指示;
当液位越限时,进行越限报警,报警偏差值可在窗口修改。
具有实现液位设定值,液位测量值和阀位变化的实时曲线功能。
具有实现液位设定值,液位测量值和阀位变化的历史曲线,具有打印曲线所在窗口功能。
具有实现液位设定值,液位测量值和阀位变化的历史数据查询功能,并将其所存储到指定的位置。
报警时间按记录功能。
第二章组态软件概述
2.1工控组态软件
组态的英文是“Configuration”,组态软件就是用应用软件中提供的工具、方法来完成工程中某一具体任务的软件。
工控组态软件就是指在数据采集和过程控制中使用的专用软件,即在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境下,为用户提供快速构建工业自动控制、系统监控功能的一种软件工具。
组态软件一般用于自动控制系统的监控层,提供了监控层的软件平台和开发环境,通过灵活的组态方式,可使用户快速构建工业自动控制系统监控功能。
组态软件应该能支持各种工控设备和常见的通信协议,并且通常应提供分布式数据管理和网络功能。
对应于原有的HMI的概念,组态软件是一个是用户能快速建立自己的HMI的软件工具或开发环境。
目前,常见的监控组态软件有美国Wonderware公司的Intouch、Intellution公司的FIX系统、德国Simens公司的WinCC等,国内主要有昆仑公司的MCGS、亚控公司的KingView组态王、三维公司的力控的组态软件。
本次课设所使用的组态软件是MCGS。
组态软件的主要使用者是从事自动化工程设计、维护、操作的技术人员,用户在使用组态软件时,可以生成适合自己需要的应用系统,而不需要修改软件程序的源代码。
组态软件具有实时性和多任务性,可以在一台计算机上同时完成数据采集、信号数据处理、数据图形显示、实时数据的存储、历史数据的查询、实时通信等多个任务。
2.2MCGS组态软件概述
2.2.1MCGS通用组态软件的特点
(1)简单灵活的可视化操作界面。
(2)良好的并行处理功能。
(3)丰富、生动的多媒体画面。
(4)开放式结构,广泛的数据获取和强大的数据处理功能。
(5)完善的安全机制。
(6)强大的网络功能。
(7)多样化的报警功能。
(8)实时数据库为用户分布组态提供极大地方便。
(9)支持多种硬件设备,实现组态与“设备无关”。
(10)方便控制复杂的运行流程。
(11)良好的可维护性和课扩充性。
(12)用数据库来管理数据存储,系统可靠性高。
(13)设立对象元件库,组态软件简单方便。
(14)实现对工控系统的分布式控制和管理。
2.2.2MCGS组态软件构成
MCGS系统包括组态环境和运行环境。
用户的所有组态配置工程都在组态环境中进行,组态环境相当于一套完整的工具软件。
它帮助用户设计和构造自己的应用系统。
运行环境是一个独立独立的运行系统,按照组态结果数据库中用户指定的方式进行各种组态设计的目标和功能。
组态结果数据库完成了MCGS系统从组态环境向运行环境的过渡。
由MCGS生成的用户系统,其结构由主窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据和运行策略五部分构成。
主控窗口是用户应用系统的主窗口。
一般情况下,单机版的用户系统只有一个主窗口,主窗口也是应用系统的主框架,展现工程的总体外观。
设备窗口是MCGS系统与作为测控对象的外部设备建立联系的后台环境,负责驱动外部设备,控制外部设备的工作状态。
用户窗口用来组建系统的图形界面,一个用户应用系统经常根据需要创建多个用户窗口,创建用户窗口后,再根据功能需要放置各种类型的图形对象,定义相应的属性,为用户提供漂亮、生动、具有多种风格和类型的操作界面。
实时数据库是MCGS系统的核心,也是应用系统的数据处理中心,系统各部分均已实时数据库位数据公用区,进行数据交换、数据处理和实现数据的可视化处理。
运行策略是指对监控系统运行流程进行控制的方法和条件,能够对系统执行某项操作和实现某种功能进行哟普条件的约束。
第三章组态过程及结果
3.1系统的工艺流程
单容水箱液位控制系统主要由以下几个基本环节组成:
被控对象(水箱)、液位测量变送装置,控制器(计算机)、执行器(电动调节阀)、水泵、储水箱。
如下图所示。
控制的只要目标是维持水箱的液位为设定值,即出现干扰时,控制器迅速做出决策,并使被控量尽快回到设定值。
以上的流程图构成的是一个单回路控制系统,其控制系统方框图如下所示。
采用计算机控制时,控制方式可以是手动方式,也可以是自动方式。
将水箱液位通过液位变换器转换为电信号传到控制仪表,然后由串口设备输送给计算机,计算机通过一定的控制算法做出相应的决策,将决策信号通过串口设备发送给控制仪表,由控制仪表将控制信号作用于调节阀上,控制系统的连接图如下所示。
其中,计算机的控制算法包括手动控制和自动控制。
手动控制是指该系统可人为的改变控制信号的大小;
自动控制主要是根据输入信号与给定信号的偏差及参数P,I,D进行PID算法,输出控制信号给电动调节阀,然后由电动调节阀控制水泵供水系统的进水量,从而达到控制水箱液位基本恒定于设定值的目的。
3.2实时数据库的创建
实时数据的定义依据工作需要可以分为以下几个部分:
通信,控制变量和参数、控制方式、控制算法、存盘数据、报警,如下所示。
通信部分数据
变量名
类型
初值
注释
COM1
开关
通信状态,1,不正常;
0,正常
通信
字符
设备异常:
“设备停止工作”;
设备正常:
“设备正常状态”
控制变量和参数
pv
数值
液位测量值,2位小数;
上限报警
sv
数值
液位设定值,2位小数
ts
1
采样周期,1位小数
op
20
阀门开度,0位小数
o
比例系数,2位小数
ti
积分时间,2位小数
td
微分时间,2位小数
控制方式
method
控制方式,0:
手动方式;
1:
自动方式
方式显示
控制方式=0:
“手动方式”;
控制方式=1:
“自动方式”
控制算法
为“双位控制”、“PID控制”、“带死区PID控制”“积分分离PID控制”和“不完全微分PID控制”之一
arith
双位控制:
8;
PID控制;
7;
带死区PID控制13;
积分分离PID控制15;
不完全微分PID控制17
e0
当前液位的偏差,2位小数
e1
上次液位的偏差,2位小数
e2
上上次液位的偏差,2位小数
pf
比例作用,2位小数
jf
积分作用,2位小数
df
微分作用,2位小数
dg
微分增益,2位小数
zlpid
增量PID输出信号,2位小数
lastwz
前次位置输出信号,2位小数
wz
位置PID输出信号,2位小数
thisop
本次输出控制信号,2位小数
nd
当前不完全微分项,2位小数
nd1
上次不完全微分项,2位小数
nd2
上上次不完全微分项,2位小数
ndc
不完全微分系数
存盘数据
pv1
pv1=pv
sv1
sv1=sv
op1
op1=op
组
组对象
包括:
pv1,sv1,op1,每秒存盘一次
存盘数据
数据存盘路径
报警数据
alarmsv
越限报警偏差值
difference
液位设定值和测量值差值的绝对值
alarm
越限报警
在MCGS软件中的组态情况如下所示:
3.3画面设计制作与动画连接
整个系统共有5个用户窗口:
液位控制系统流程,历史曲线,历史数据,报警记录和保存成功提示窗。
(1)液位控制系统流程窗口
(2)历史曲线窗口
(3)实时曲线
(4)参数显示
(6)主控制窗口组态如下
(7)设备窗口组态如下
(8)运行策略组态
(9)PID控制程序
(10)PID程序
第四章课设总结
通过这次的课程设计我深刻的理解到理论联系实际的重要性,加深对课本知识的理解,对控制理论的更深入的理解。
参考文献
[1]曹辉,马栋萍,王暄等主编.组态软件技术及应用.电子工业出版社
[2]龚运新,方立友编著.工业组态软件实用技术.清华大学出版社
[3]MCGS组态软件用户指南.北京昆仑通态自动化软件科技有限公司
[4]MCGS培训教程.北京昆仑通态自动化软件科技有限公司
[5]MCGS高级教程.北京昆仑通态自动化软件科技有限公司
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