過程控制系統(tǒng)課程設計---單容水箱pi控制系統(tǒng)設計

1、<p>　　過程控制系統(tǒng)課程設計</p><p>　　學院： 電子與信息工程學院</p><p>　　班級： 測控09-2</p><p>　　姓名： xxx</p><p><b>　　學號： </b></p><p><b>　　指導教師：

2、 </b></p><p>　　單容水箱PI控制系統(tǒng)設計</p><p><b>　　一、設計要求</b></p><p>　　掌握液位傳感器的零點和增益調整方法。</p><p>　　掌握西門子200PLC PI控制程序的編寫方法。</p><p>　　掌握MCGS組態(tài)軟件的使用

3、方法。</p><p><b>　　設計內容</b></p><p>　　調整液位傳感器參數(shù)，使其能夠準確檢測水箱液位。</p><p>　　設計基于西門子200PLC的水箱液位PI控制程序</p><p>　　設計基于MCGS組態(tài)軟件的上位機監(jiān)控程序，完成PI參數(shù)的調整、手自動控制、液位曲線的監(jiān)控、數(shù)據(jù)歸檔、故障報警功

4、能。</p><p>　　實驗系統(tǒng)介紹及原理組成</p><p>　　MCGS組態(tài)軟件概述</p><p>　　MCGS(Monitor and Control Generated System，監(jiān)視與控制通用系統(tǒng))是一 </p><p>　　套基于windows95/98/NT操作系統(tǒng)(或更高版本)，用來可快速構造和生成上位機監(jiān)控系統(tǒng)的

5、組態(tài)軟件系統(tǒng)，它為用戶提供了從設備驅動、數(shù)據(jù)采集到數(shù)據(jù)處理、報警處理、流程控制、動畫顯示、報表輸出等解決實際工程問題的完整方案和操作工具。MCGS組態(tài)軟件具有多任務、多線程功能，其系統(tǒng)框架采用VC++語言編程，通過OLE技術向用戶提供VB編程接口，提供豐富的設備驅動件、動畫構件、策略構件，用戶可隨時方便地擴充系統(tǒng)的功能[18]</p><p>　　工程創(chuàng)建的一般過程為：</p><p>　

6、　工程項目系統(tǒng)分析：分析工程項目的系統(tǒng)構成、技術要求和工藝流程，弄清系統(tǒng)的控制流程和監(jiān)控對象的特征，明確監(jiān)控要求和動畫顯示方式，分析工程中的設備采集及輸出通道與軟件中實時數(shù)據(jù)庫變量的對應關系，分清哪些變量是要求與設備連接的，哪些變量是軟件內部用來傳遞數(shù)據(jù)及動畫顯示的。</p><p>　　工程各項搭建框架：MCGS稱為建立新工程。主要內容包括：定義工程名稱、封面窗口名稱和啟動窗口（封面窗口退出后接著顯示的窗口）名

7、稱，指定存盤數(shù)據(jù)庫文件的名稱以及存盤數(shù)據(jù)庫，設定動畫刷新的周期。經過此步操作，即在MCGS組態(tài)環(huán)境中，建立了由五部分組成的工程結構框架。封面窗口和啟動窗口也可等到建立了用戶窗口后，再行建立。</p><p>　　設計菜單基本體系：為了對系統(tǒng)運行的狀態(tài)及工作流程進行有效地調度和控制，通常要在主控窗口內編制菜單。編制菜單分兩步進行，第一步首先搭建菜單的框架，第二步再對各級菜單命令進行功能組態(tài)。在組態(tài)過程中，可根據(jù)實際

8、需要，隨時對菜單的內容進行增加或刪除，不斷完善工程的菜單。</p><p>　　制作動畫顯示畫面：動畫制作分為靜態(tài)圖形設計和動態(tài)屬性設置兩個過程。前一部分類似于“畫畫”，用戶通過MCGS組態(tài)軟件中提供的基本圖形元素及動畫構件庫，在用戶窗口內“組合”成各種復雜的畫面。后一部分則設置圖形的動畫屬性，與實時數(shù)據(jù)庫中定義的變量建立相關性的連接關系，作為動畫圖形的驅動源。</p><p>　　編寫控

9、制流程程序：在運行策略窗口內，從策略構件箱中，選擇所需功能策略構件，構成各種功能模塊（稱為策略塊），由這些模塊實現(xiàn)各種人機交互操作。MCGS還為用戶提供了編程用的功能構件（稱之為“腳本程序”功能構件），使用簡單的編程語言，編寫工程控制程序。</p><p>　　完善菜單按鈕功能：包括對菜單命令、監(jiān)控器件、操作按鈕的功能組態(tài)；實現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)、實時數(shù)據(jù)、各種曲線、數(shù)據(jù)報表、報警信息輸出等功能；建立工程安全機制等。<

10、;/p><p>　　編寫程序調試工程：利用調試程序產生的模擬數(shù)據(jù)，檢查動畫顯示和控制流程是否正確。</p><p>　　連接設備驅動程序：選定與設備相匹配的設備構件，連接設備通道，確定數(shù)據(jù)變量的數(shù)據(jù)處理方式，完成設備屬性的設置。此項操作在設備窗口內進行。</p><p>　　在上位機工程的設計上，經過對實際工程的分析，主要設計的窗口是：液位控制，報警曲線直接加在其中。&

11、lt;/p><p>　　THKGK-1是過程控制的綜合實習設備，在THKGK-1上可以做實習設備的基本調試與儀器整定；單容水箱對象特性測試，雙容水箱對象特性測試，溫度位式控制系統(tǒng)，智能儀表溫度位式控制系統(tǒng)，溫度PID控制系統(tǒng)，單容水箱液位PID控制系統(tǒng)，雙容水箱液位PID控制系統(tǒng)，流量控制系統(tǒng)，單容水箱壓力PID控制系統(tǒng)等過程控制的實習內容能夠完全滿足工業(yè)自動化專業(yè)過程控制方面的實習要求。</p>&l

12、t;p><b>　　2、系統(tǒng)簡介</b></p><p>　　被控對象包括上水箱、下水箱、復合加熱水箱以及管道。調節(jié)器主要有模擬調節(jié)器（含比例P調節(jié)、比例積分PI調節(jié)、比例微分PD調節(jié)、比例積分微分PID調節(jié)）、位式調節(jié)器、智能儀表調節(jié)器、PLC控制器、單片機控制、計算機控制等。</p><p>　　執(zhí)行器模塊主要有固態(tài)繼電器、磁力驅動泵、電加熱絲。</p

13、><p>　　變送器模塊主要有流量變送器（FT）、液位變送器（LT1，LT2）、溫度變送器（TT）、壓力變送器（PT）等。變送器的零位、增益可調，并均以標準信號DC0-5V輸出。另外，根據(jù)用戶需要，配置微機通訊接口單元（RS232），以滿足計算機實時控制實驗的需要。 圖 1 系統(tǒng)的結構圖</p><p>

14、　　圖2 單容水箱PI控制系統(tǒng)接線圖</p><p><b>　　3、系統(tǒng)結構框圖</b></p><p><b>　　給定值</b></p><p><b>　　液位傳感器校準</b></p><p>　　1、按照設計的要求接線，打開上水箱液位傳感器后蓋。</p>

15、<p>　　2、調節(jié)上水箱液位傳感器調零旋鈕，使之無水時LT1輸出為0。</p><p>　　3、啟動THKGK-1實驗裝置，打開進水閥3、閥9，出水閥6打在一定開度，觀察LT1顯示輸出及上水箱液位變化。</p><p>　　4、觀察上水箱液位高度值與LT1顯示數(shù)值是否一致，若不一致，調節(jié)增益旋鈕使之一致變化。</p><p>　　5、調節(jié)完畢，蓋上液

16、位傳感器后蓋，停止THKGK-1實驗裝置。</p><p>　　S7-200 PLC程序設計（程序見附錄）</p><p>　　打開STEP 7軟件，首先熟悉下界面，瀏覽菜單欄各項的內容，了解各項的功能。單擊左側工具欄中Instructions（指令），可以插入各種梯形圖指令，編程實現(xiàn)自己想要的功能。</p><p>　　通信配置（下載程序）。單擊"CPU

17、 224 CN REL 02.01",單擊Communications（通信），</p><p>　　單擊Set PG/PC Interface，選擇PC/PPI cable (PPI)，單擊OK，單擊"雙擊刷新"，找到鏈接地址，即通信成功，單擊下載即可下載PLC程序。</p><p><b>　　3、編輯PID模塊</b></p&

18、gt;<p>　　、 單擊菜單欄Tools(工具)，單擊Instrution Wizard(指令向導)，出現(xiàn)如下界面，</p><p>　　選擇PID，單擊下一步。</p><p>　　2）、選擇NEW。配置新回路，單擊下一步。</p><p>　　3）、選擇一個回路。默認0回路，單擊下一步。</p><p>　　4）、回路的給

19、定值設定和回路參數(shù)設定。根據(jù)臨界比例度法配置增益和積分時間，由于PI控制，微分時間為0，采樣時間設定為1秒，單擊下一步。</p><p>　　5）、回路輸入選擇。模式、輸入類型默認，高低限范圍設定默認即可，單擊下一步。</p><p>　　6）、回路報警選擇。使能高低限報警，可設定。單擊下一步。</p><p>　　7）、建議地址?？赡J，單擊下一步。</p&

20、gt;<p>　　8）、添加手動控制PID，打挑，單擊下一步。</p><p>　　9）、完成PID模塊設置，單擊Finish。</p><p>　　10）、出現(xiàn)一個PID控制模塊，可參照指導書，添加變量，模塊的輸入輸出、給定、手自動切換、手動輸出、高低限報警、錯誤提示。</p><p>　　4、調節(jié)PID輸出。單擊運行，查看程序狀態(tài)，打開狀態(tài)表，單擊

21、眼鏡，可在線修改各變量的狀態(tài)值，插入新值，實時在線調節(jié)PID。圖為增益為15，積分時間為3分鐘時的輸出，有振蕩，需進一步調節(jié)。</p><p>　　調節(jié)PID參數(shù)使之輸出理想曲線。</p><p>　　MCGS上位機監(jiān)控軟件設計</p><p>　　1、組態(tài)配置。打開MCGS組態(tài)環(huán)境，新建文件，單擊設備窗口，打開工具箱，打開設備管理，添加"通用串口父設備&

22、quot;和"西門子S7-200PPI"，如下圖。</p><p>　　單擊"通用串口父設備",查看屬性，查看PLC對應的串口號，默認0-COM1，數(shù)據(jù)校驗方式選擇偶校驗，確定。</p><p>　　3、查看 "西門子S7-200PPI"屬性?；緦傩詢瓤梢蕴砑油ǖ?，選擇通道類型，數(shù)據(jù)位數(shù)，操作方式等。</p>&l

23、t;p>　　4、查看"通道連接"屬性，可以添加數(shù)據(jù)對象，對應各通道地址，以便設置控件屬性。</p><p>　　5、調試設備。單擊檢查，可以查看組態(tài)是否連接，若連接，可以查看各通道的狀態(tài)。</p><p>　　6、打開用戶窗口。可以新建窗口，單擊窗口屬性，可以更改窗口名，添加控件等操作。</p><p>　　7、打開窗口，點擊"小

24、斧頭"（工具箱），添加元件、控件。下面是已做好的組態(tài)窗口。</p><p>　　8、單擊"水位設定值"對應的控件，添加黑框單擊查看，在屬性設置里可選擇"顯示輸出"、"按鈕輸入"等操作，打對號即可。顯示輸出可設定表達式的值，見步驟3和4。</p><p>　　9、在工具箱里可以添加"實時曲線"，雙擊查看

25、屬性，在"畫筆屬性"里可添加要顯示的曲線。</p><p>　　10、打開工具箱可以添加按鈕，雙擊查看按鈕屬性，對操作屬性進行設置，數(shù)據(jù)對象可以進行取反、置"1"，置"0"操作。</p><p>　　11、在用戶窗口中可以添加實時曲線窗口，在界面中可以設置按鈕，打開用戶窗口，即可實現(xiàn)按鈕與窗口之間的鏈接。</p>&

26、lt;p>　　12、打開工具箱添加"指示燈"控件，添加數(shù)據(jù)對象為水位監(jiān)測值，在STEP-7中設定水位限定程序，當水位高于或低于某值時報警，指示燈閃爍。</p><p>　　13、打開工具箱，添加"動畫按鈕"控件，設置數(shù)據(jù)對象，即可實現(xiàn)開關操作。</p><p>　　14、打開"歷史曲線"窗口，添加歷史曲線，雙擊歷史曲線面板，

27、單擊曲線標識，可以添加要記錄的曲線。</p><p>　　15、打開"實時曲線"窗口，添加實時曲線，雙擊實時曲線面板，單擊畫筆屬性，可以添加要實時顯示的曲線。</p><p>　　16、打開"數(shù)據(jù)瀏覽"窗口，添加存儲數(shù)據(jù)瀏覽，雙擊存儲數(shù)據(jù)瀏覽面板，單擊數(shù)據(jù)來源，事先在"實時數(shù)據(jù)庫"中增加組對象，可以定義為液位組，增加要存盤的數(shù)據(jù)對

28、象，然后在"數(shù)據(jù)來源"中添加液位組，在顯示對象中添加數(shù)據(jù)列名。</p><p>　　17、建立報警窗口，打開窗口，添加"報警顯示"，雙擊"實時數(shù)據(jù)庫"中液位檢測值PV，可以設置PV數(shù)據(jù)對象的屬性，增加高低限報警，報警提示等。</p><p>　　18、進入運行環(huán)境，可按快捷鍵F5，可以進行水位測量，水位設定，實時數(shù)據(jù)檢測的操作，基

29、本功能可以實現(xiàn)。</p><p>　　19、設定用戶權限。單擊"主窗口"，單擊"新增菜單項"，添加操作0,1,2,3，分別名為"登陸用戶"，"退出登陸"，"用戶管理"，"修改密碼"。雙擊登陸用戶，添加腳本程序為"!logOn()"，退出登陸腳本程序"!logOff&

30、quot;，用戶管理腳本程序"!Editusers"，修改密碼腳本程序"!ChangePassword"，單擊確認。</p><p>　　20、 右鍵單擊主控窗口，選擇窗口屬性，查看基本屬性，單擊權限設置，在管理員組中畫挑，確認，在權限設置下面的對話框改為"進入登陸，退出登陸"。</p><p>　　21、設置好權限后，重新進入

31、運行環(huán)境，出現(xiàn)用戶登陸界面，輸入自己設定好的用戶名和密碼，登陸用戶。</p><p>　　22、在運行環(huán)境中，單擊修改密碼，可以修改用戶密碼，還有許多操作，可以點擊試試。</p><p>　　23、基本設置完畢。由于實驗室系統(tǒng)MCGS軟件的問題，界面背景及漸變色沒有顯示出來，界面不過美觀，有待進一步改善。</p><p><b>　　總結</b>

32、;</p><p>　　懷著期待的心情， 我們進入了實習階段，這是一個將理論運用于實際的重要過程。實習第一部分過程控制系統(tǒng)課程設計，課題名稱是“單容水箱PI控制系統(tǒng)設計”，第一節(jié)課，張老師為我們講述了設計原理：畫了控制系統(tǒng)流程圖，構成一個閉環(huán)回路。老師給我們介紹了THKGK-1型系統(tǒng)的原理及接線方式，又介紹了STEP-7和MCGS軟件的使用方法。第一天的任務是完成水箱PI控制，實現(xiàn)上水箱液位控制。在其中我學會了S

33、TEP-7軟件的基本操作，指令的用法，PID指令模塊生成，及PLC地址的定義等。之后的任務就是組態(tài)軟件的設計，首先是通信，最初沒有成功的原因是在設備窗口中的通用串口父設備屬性中數(shù)據(jù)校驗方式沒有選擇偶校驗，之后檢查連接成功。經過一周時間，我完成了整個設計，實現(xiàn)SIEMENS PROTOOL組態(tài)軟件的HMI設計?？梢杂媒M態(tài)實現(xiàn)系統(tǒng)啟動、停止，自動、手動設置，實時曲線，歷史曲線，數(shù)據(jù)歸檔，報警，操作權限設置等等。通過本次實習，鍛煉了解決實際問