溫度調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)

1、過程控制課程設(shè)計(jì)沐浴溫度調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)一、 設(shè)計(jì)目的根據(jù)我們學(xué)校沐浴環(huán)境比較不盡如人意，溫度跳變比較大，所以我個(gè)人設(shè)計(jì)沐浴的溫度控制系統(tǒng)，希望讓我們學(xué)校沐浴變成一種享受。二、 設(shè)計(jì)思路和原理根據(jù)目標(biāo)，在設(shè)計(jì)過程中有一個(gè)熱水箱和一個(gè)冷水箱，用熱水閥和冷水閥來調(diào)節(jié)閥門的開度，從而使得混合水桶中的水達(dá)到目的之，為了實(shí)現(xiàn)過程中的溫度合理化，過程中通過PID算法對溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，然后利用傳感器檢測返回溫度，從而達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)控的效果，混合溫度的計(jì)算公式：溫度運(yùn)算=(999*溫度運(yùn)算+90*熱水閥+10*冷水閥)/1100;圖1調(diào)節(jié)流程圖 通過流程圖可以清楚發(fā)現(xiàn)，溫度調(diào)節(jié)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端的調(diào)節(jié)，設(shè)定時(shí)候可以現(xiàn)場設(shè)定，

2、從而得到調(diào)節(jié)。三、 工程建立過程1. 創(chuàng)建新工程打開組態(tài)王，進(jìn)入組態(tài)王工程管理器，選擇新建工程。根據(jù)提示一步步完成工程建立過程。存入工程名稱為：單槽液位控制系統(tǒng)。步驟如下。圖2建立工程導(dǎo)向點(diǎn)擊下一步，設(shè)定存入盤如圖三，輸入“液位控制系統(tǒng)”，點(diǎn)擊下一步后，根據(jù)提示完成工程建立。圖3設(shè)定存入盤2. 定義硬件設(shè)備并完成變量設(shè)置從工程中進(jìn)入開發(fā)系統(tǒng)，用工具箱中的打開圖庫選原件設(shè)備完成原件的連接，首先單擊“F2”打開圖庫，如圖四。圖4打開圖庫管理器然后，選中所選的器件雙擊，畫在新建工程中，如圖五。 圖5 選定器件接下來就是硬件變量設(shè)置。數(shù)據(jù)庫是“組態(tài)王軟件”最核心的部分。在TouchView 運(yùn)行時(shí)，工

3、業(yè)現(xiàn)場的生產(chǎn)狀況要以動(dòng)畫的形式反映在屏幕上，操作者在計(jì)算機(jī)前發(fā)布的指令也要迅速送達(dá)生產(chǎn)現(xiàn)場，所有這一切都是以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫為核心。數(shù)據(jù)庫中變量的集合形象地稱為“數(shù)據(jù)詞典”，數(shù)據(jù)詞典記錄了所有用戶可使用的數(shù)據(jù)變量的詳細(xì)信息。分別對所有的器件定義變量，如圖六。圖6 器件定義定義變量“液位”，單擊“？”，再新建變量，如圖七。圖7 定義變量“液位”單擊“確定”，變量定義成功。其它的也用這種方法定義變量，變量類型，最大值，最小值等。如果是閥門的變量，變量類型為內(nèi)存離散，流動(dòng)參數(shù)亦如此。變量屬性說明：變化靈敏度 ，數(shù)據(jù)類型為實(shí)數(shù)型或整數(shù)型時(shí)此項(xiàng)有效，只有當(dāng)該數(shù)據(jù)變量的值變化幅度超過設(shè)置的“變化靈敏度”時(shí)，組態(tài)

4、王才更新與之相連接的圖素（缺省為0）；保存參數(shù)，選擇此項(xiàng)后，在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，如果您修改了此變量的域值（可讀可寫型），系統(tǒng)將自動(dòng)保存修改后的域值。當(dāng)系統(tǒng)退出后再次啟動(dòng)時(shí)，變量的域值保持為最后一次修改的域值，無需用戶再去重新設(shè)置；保存數(shù)值，選擇此項(xiàng)后，在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，當(dāng)變量的值發(fā)生變化后，系統(tǒng)將自動(dòng)保存該值。當(dāng)系統(tǒng)退出后再次啟動(dòng)時(shí)，變量的值保持為最后一次變化的值；最小原始值，針對I/O 整型、實(shí)型變量，為組態(tài)王直接從外部設(shè)備中讀取到的最小值；最大原始值，針對I/O 整型、實(shí)型變量，為組態(tài)王直接從外部設(shè)備中讀取到的最大值；最小值，用于在組態(tài)王中將讀取到的原始值轉(zhuǎn)化為具有實(shí)際工程意義的工程值，并在畫面中顯

5、示，與最小原始值對應(yīng)；最大值，用于在組態(tài)王中將讀取到的原始值轉(zhuǎn)化為具有實(shí)際工程意義的工程值，并在畫面中顯示，與最大原始值對應(yīng)。最小原始值、最大原始值和最小值、最大值這四個(gè)數(shù)值是用來確定原始值與工程值之間的轉(zhuǎn)換比例（當(dāng)最小值和最小原始值一樣，最大值和最大原始值一樣時(shí)，則組態(tài)王中顯示的值和外部設(shè)備中對應(yīng)寄存器的值一樣）。原始值到工程值之間的轉(zhuǎn)換方式有線性和平方根兩種，線性方式是把最小原始值到最大原始值之間的原始值，線性轉(zhuǎn)換到最小值至最大值之間。工程中比較常用的轉(zhuǎn)換方式是線性轉(zhuǎn)換。3 動(dòng)畫連接按照實(shí)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(chǎn)生動(dòng)態(tài)效果。將變量設(shè)好后，讓其看起來有動(dòng)的效果，

6、我們先讓其管道中的水流動(dòng)起來。選擇工具箱中的矩形畫一矩形小方塊，對其填充顏色，選中右鍵“組合拆分”，“組合圖形元素”，對其復(fù)制，如圖八。圖8 構(gòu)成水流對其雙擊彈出對話框，設(shè)變量向上，定義為內(nèi)存整數(shù)。根據(jù)提示使其生成動(dòng)畫。最大值為40，如圖九。圖9 設(shè)置水流 用程序語句使其流動(dòng)起來：向上=向上+3;if(向上=30)向上=0;實(shí)際工程中要求繪制監(jiān)控畫面連接實(shí)時(shí)曲線，首先單擊工具欄實(shí)時(shí)曲線，在適當(dāng)?shù)奈恢美螅鐖D十。圖10連接實(shí)時(shí)曲線然后進(jìn)行反應(yīng)量的連接，單擊“？”，連接數(shù)據(jù)字典中的變量，如圖十一。圖11 定義鏈接變量最后單擊確定即可完成實(shí)時(shí)曲線的定義繪制。其他元件只需雙擊設(shè)為已知變量，點(diǎn)擊“確定

7、”即可最后將所有畫面進(jìn)行組合，如圖十二。圖12沐浴溫度調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)畫面再對系統(tǒng)數(shù)據(jù)字典進(jìn)行查看，如圖十三。圖13 數(shù)據(jù)字典最后編寫功能程序，如圖十四。圖 14 程序編寫4程序編程1）調(diào)節(jié)程序：if(開關(guān)=1)閃爍=1;熱水泵=1;冷水泵=1;if(溫度運(yùn)算溫度設(shè)定值) 冷水閥=溫度運(yùn)算+2; 冷閃=1; else 冷閃=0; if(溫度設(shè)定值溫度運(yùn)算) 熱水閥=溫度運(yùn)算+2; 熱閃=1;else 熱閃=0;溫度運(yùn)算=(999*溫度運(yùn)算+90*熱水閥+10*冷水閥)/1100;if(本站點(diǎn)k5=1) 本站點(diǎn)a01=本站點(diǎn)P1*(1+1/本站點(diǎn)I1+本站點(diǎn)D1); 本站點(diǎn)a11=本站點(diǎn)P1*(1+

8、2*本站點(diǎn)D1);本站點(diǎn)a21=本站點(diǎn)P1*本站點(diǎn)D1;本站點(diǎn)ek0=本站點(diǎn)溫度設(shè)定值-本站點(diǎn)溫度運(yùn)算;if(abs(本站點(diǎn)ek0)2) 本站點(diǎn)uk=本站點(diǎn)a01*本站點(diǎn)ek0-本站點(diǎn)a11*本站點(diǎn)ek01+本站點(diǎn)a21*本站點(diǎn)ek02+本站點(diǎn)uk01; 本站點(diǎn)uk01=本站點(diǎn)uk;本站點(diǎn)ek02=本站點(diǎn)ek01;本站點(diǎn)ek01=本站點(diǎn)ek0; if(本站點(diǎn)uk1000) if(本站點(diǎn)uk=30)向上=0;熱向右=熱向右-2;if(熱向右=10)冷向左=0;冷向上=冷向上+2;if(冷向上=30)冷向上=0;混合下1=混合下1+2;if(混合下1=30)混合下1=0;混合右=混合右+2;if(

9、混合右=30)混合右=0;混合下2=混合下2+2;if(混合下2=10)混合下2=0;水1=水1+2;if(水1=10)水1=0;水2=水2+4;if(水2=20)水2=0;水3=水3+6;if(水3=30)水3=0;水4=水4+6;if(水4=30)水4=0;水5=水5+6;if(水5=30)水5=0;水6=水6+6;if(水6=30)水6=0;組態(tài)王除了在定義動(dòng)畫連接時(shí)支持連接表達(dá)式，還允許用戶編寫命令語言來擴(kuò)展應(yīng)用程序的功能，極大地增強(qiáng)了應(yīng)用程序的可用性。命令語言的格式類似語言的格式，工程人員可以利用其來增強(qiáng)應(yīng)用程序的靈活性。組態(tài)王的命令語言編輯環(huán)境已經(jīng)編好，用戶只要按規(guī)范編寫程序段即可

10、，它包括：應(yīng)用程序命令語言、熱鍵命令語言、事件命令語言、數(shù)據(jù)改變命令語言、自定義函數(shù)命令語言和畫面命令語言等。命令語言的句法和語言非常類似，可以說是的一個(gè)簡化子集，具有完備的詞法語法查錯(cuò)功能和豐富的運(yùn)算符、數(shù)學(xué)函數(shù)、字符串函數(shù)、控件函數(shù)、SQL 函數(shù)和系統(tǒng)函數(shù)。各種命令語言通過“命令語言編輯器”編輯輸入并進(jìn)行語法檢查在運(yùn)行系統(tǒng)中進(jìn)行編譯執(zhí)行。經(jīng)過以上步驟，將實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫的控制使其按所制定的運(yùn)動(dòng)。四、 運(yùn)行結(jié)果及分析打開開關(guān)，當(dāng)設(shè)定值為45時(shí)，溫度從0開始上升，經(jīng)過一段時(shí)間達(dá)到吻合，并保持不變。當(dāng)并超調(diào)到46，后逐漸降到45，然后保持穩(wěn)定。繼續(xù)調(diào)節(jié)設(shè)定值時(shí)，水流繼續(xù)跟蹤，并在-11之間達(dá)到追蹤。由于

11、函數(shù)參數(shù)模型盡量減少超調(diào)影響，再追蹤時(shí)沒有多大超調(diào)量，模型魯棒性較好，如圖十五。圖15 液位上升調(diào)節(jié)演示根據(jù)人體適應(yīng)的溫度在45左右感覺比較合適，所以為了安全保護(hù)溫度設(shè)置在大于70，小于20時(shí)為有效范圍，超過這個(gè)范圍有可能對身體造成傷害。所以系統(tǒng)在設(shè)置超過這個(gè)范圍時(shí)為無效。五、 總結(jié)通過這次過程控制組態(tài)設(shè)計(jì)，既加深了我對過程控制中液位控制的認(rèn)識(shí)，又更一步了解了組態(tài)軟件的認(rèn)識(shí)。在課程設(shè)計(jì)中，首先使用PID算法，后來發(fā)現(xiàn)其算法對于單變量調(diào)節(jié)性能不佳，而且動(dòng)作時(shí)間過長，采用PD 算法，可以有效地減少調(diào)節(jié)時(shí)間，在理想狀態(tài)下（沒有閥門擾動(dòng)和液位擾動(dòng)），采用工程邊界系數(shù)法可以有效地調(diào)節(jié)，加入后擾動(dòng)后，雖然調(diào)節(jié)精度變差，調(diào)節(jié)時(shí)間增長，但總體有效果還算理想，在調(diào)節(jié)過程發(fā)現(xiàn)eA/wt ，系數(shù)A的取值范圍在04，超出范圍，調(diào)節(jié)品質(zhì)開始變差，最佳調(diào)節(jié)范圍在2.53.8，在最佳調(diào)節(jié)范圍內(nèi)可以達(dá)到很好的追蹤。擾動(dòng)因子q=M*cos(A* w*t) ，在資料中發(fā)現(xiàn)，進(jìn)水口和出水口的擾動(dòng)是不同的，按照工程整定經(jīng)驗(yàn)公式：當(dāng)進(jìn)水時(shí)，q=