基于流量比值智能儀表控制系統(tǒng)設(shè)計.doc

安 慶 師 范 學 院設(shè)計課題基于流量比值智能儀表控制系統(tǒng)設(shè)計 專業(yè)班級：10級 自動化 (一)班 姓名學號：張 磊（080310034） 劉兆遠（080310011） 徐劍平（080310056） 指導教師：徐文權(quán) 設(shè)計時間：2013 年 6 月 12 日 物理與電氣工程學院 2013年 6 月 12 日摘 要本文首先分析了實際工業(yè)生產(chǎn)過程中比值控制的意義和重要性,然后提出了流量比值控制系統(tǒng)的設(shè)計方案并在引入MCGS組態(tài)軟件輔助控制的基礎(chǔ)上加以研制,最后闡述了該系統(tǒng)調(diào)試的原理與步驟。利用AI808 智能儀表對鍋爐的液位- 進水流量進行比值控制, 以組態(tài)軟件MCGS實現(xiàn)上位機對現(xiàn)場進行實時組態(tài)、監(jiān)控。根據(jù)系統(tǒng)的工藝要求及實際需要，提出了流量比值控制的設(shè)計方案及硬件實施，著重說明了工控組態(tài)軟件在設(shè)計開發(fā)計算機流量比值控制系統(tǒng)的應(yīng)用。實際運行結(jié)果表明，系統(tǒng)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)按不同比值關(guān)系進行控制，且使主、從動量均有較強的抗擾動能力，具有一定的實際應(yīng)用價值。 關(guān)鍵詞：比值控制,MCGS組態(tài)軟件,AI-808智能調(diào)節(jié)器AbstractThis paper analyzes the significance and importance of the actual industrial processes ratio control, flow ratio control system design and then proposed to be developed on the basis of the introduction of the MCGS for auxiliary control, and finally elaborated the principle of the system debugging step. AI808 smart meter level of the boiler - water flow ratio control MCGS host computer in real-time on-site configuration, monitoring, configuration software.The design and the implementation proposal of current capacity ratio control were proposed according to the technological requirement of the systern and actual need in the paper and application of industrial control configuration software on designing and developing the flow ratio control system was highlighted. The results showed that the system can not only realize the different ratio control, but also enable the main and sub momentum to have strong noise-immune dynamic ability. It has certain practical application value.Keywords: Ratio control; MCGS configuration software; AI-808 intelligent regulator - 21 -目 錄摘 要IIAbstractIII1 緒論61.1 引言61.2智能儀表的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢61.2.1智能儀表的研究現(xiàn)狀61.2.2 智能儀器的發(fā)展概況61.2.3 智能儀器發(fā)展趨勢61.3 組態(tài)軟件MCGS的基本原理及簡介72比值控制系統(tǒng)82.1工作原理82.1.1 比值控制系統(tǒng)概述82.1.2比值控制系統(tǒng)的特點82.1.3比值控制系統(tǒng)的類型82.1.4比值系數(shù)計算92.2比值控制系統(tǒng)的設(shè)計92.2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)92.2.2控制系統(tǒng)92.3系統(tǒng)方案設(shè)計103 控制系統(tǒng)總體方案及硬件實現(xiàn)103.1控制對象及工藝流程103.2硬件實現(xiàn)103.3總體方案113.4 PC機與智能調(diào)節(jié)器的連接123.4.1PC機與單臺智能調(diào)節(jié)器的連接103.4.2PC機與多臺智能調(diào)節(jié)器的連接103.4.3PC機與智能調(diào)節(jié)器串口通信調(diào)試103.5控制對象及工藝流程133.6智能儀表參數(shù)設(shè)計134 基于MCGS的組態(tài)界面設(shè)計154.1 軟件總體設(shè)計164.2智能儀表與PC機通信軟件設(shè)計164.3系統(tǒng)監(jiān)控界面設(shè)計185 總結(jié)與展望19參 考 文 獻211 緒論1.1 引言隨著科學技術(shù)的飛速發(fā)展，人們對過程控制提出了更高更新的要求，在許多生產(chǎn)過程中，要求兩種或兩種以上的物料流量按一定的比例關(guān)系混合進行化學反應(yīng)，對于物料比例的要求就變得很嚴格，如果比例不滿足要求，若是比例失調(diào)，會導致產(chǎn)品的質(zhì)量達不到要求，以造成損失，甚至會導致事故的發(fā)生。如在制藥過程中，為了增加藥效，需要對其中成分藥物加入注入劑，生產(chǎn)工藝要求藥物和注入劑混合后的含量必須符合要求的比例，否則會使藥效降低而達不到要求。研究比值控制系統(tǒng)是必需的，提高比值控制的精度及水平具有深遠的意義。在過程控制實驗裝置上利用AI調(diào)節(jié)器和PC機構(gòu)成計算機控制系統(tǒng)，能配合教學，完成各種較為復雜的控制實驗。此類設(shè)計方案在許多中小企業(yè)中也得到廣泛應(yīng)用，具有重要的理論意義和實用價值。1.2智能儀表的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢1.2.1智能儀表的研究現(xiàn)狀智能儀器的出現(xiàn)，很大的擴充了傳統(tǒng)儀器的應(yīng)用領(lǐng)域。智能儀器憑借其體積小、功能強、功耗低的優(yōu)勢，迅速地在家用電器、科研企業(yè)和工業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。1.2.2 智能儀器的發(fā)展概況 80年代以后，微處理器被用到儀器中，儀器前面板開始朝鍵盤化方向發(fā)展，測量系統(tǒng)常通過IEEE488總線連接。不同于傳統(tǒng)獨立儀器模式的個人儀器得到了發(fā)展等。90年代，儀器儀表的智能化突出表現(xiàn)在以下幾個方面：微電子技術(shù)的進步更深刻地影響儀器儀表的設(shè)計；微型機的發(fā)展，使儀器儀表具有更強的數(shù)據(jù)處理能力；圖像處理功能的增加十分普遍；VXI總線得到廣泛的應(yīng)用。 近年來，智能化測量控制儀表的發(fā)展尤為迅速。國內(nèi)市場上已經(jīng)出現(xiàn)了多種多樣智能化測量控制儀表，能夠自動進行差壓補償?shù)闹悄芄?jié)流式流量計，能夠進行程序控溫的智能多段溫度控制儀，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)字PID和各種復雜控制規(guī)律的智能式調(diào)節(jié)器，以及能夠?qū)Ω鞣N譜圖進行分析和數(shù)據(jù)處理的智能色譜儀等。1.2.3 智能儀器發(fā)展趨勢 (1)微型化 微型智能儀器指微電子技術(shù)、微機械技術(shù)、信息技術(shù)等綜合應(yīng)用于儀器的生產(chǎn)中，從而使儀器成為體積小、功能齊全的智能儀器。它不但具有傳統(tǒng)儀器的功能，而且能在自動化技術(shù)、航天、軍事、醫(yī)療領(lǐng)域起到獨特的作用。 (2) 多功能化 多功能本身就是智能儀器儀表的一個特點。多功能的綜合型產(chǎn)品不但在性能上如準確度比專用脈沖發(fā)生器和頻率合成器高，而且在各種測試功能上提供了較好的解決方案。 (3) 人工智能化 人工智能是計算機應(yīng)用的一個嶄新領(lǐng)域，利用計算機模擬人的智能，用于機器人、醫(yī)療診斷、推理證明等各方面。智能儀器的進一步發(fā)展將含有一定的人工智能，即代替人的一部分腦力勞動，從而在視覺圖形及色彩辨讀、聽覺語音識別及語言領(lǐng)悟、思維推理、學習與聯(lián)想等方面具有一定的能力。顯然，人工智能在現(xiàn)代儀器儀表中的應(yīng)用，使我們不僅可以解決用傳統(tǒng)方法很難解決的一類問題，而且可望解決用傳統(tǒng)方法根本不能解決的問題。 (4) 總結(jié) 智能儀器是計算機科學、電子學、人工智能、VLSI等新興技術(shù)與傳統(tǒng)的儀器儀表技術(shù)的結(jié)合。隨著專用集成電路、個人儀器等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，智能儀器將會得到更加廣泛的應(yīng)用。作為智能儀器核心部件的單片計算機技術(shù)是推動智能儀器向小型化、多功能化、更加靈活的方向發(fā)展的動力?？梢灶A料，各種功能的智能儀器在不遠的將來會廣泛地使用在社會的各個領(lǐng)域。1.3 組態(tài)軟件MCGS的基本原理及簡介MCGS（Monitor and Control Generated System）是一套基于 Windows平臺的，用于快速構(gòu)造和生成上位機監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件系統(tǒng)，可運行于Microsoft Windows95/98/NT/2000等操作系統(tǒng)。MCGS5.1為用戶提供了解決實際工程問題的完整方案和開發(fā)平臺，能夠完成現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、實時和歷史數(shù)據(jù)理、報警和安全機制、流程控制、動畫顯示、趨勢曲線和報表輸出以及企業(yè)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)等功能。本設(shè)計在傳統(tǒng)的過程控制需要人工監(jiān)測和人工調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上,加入了MCGS組態(tài)軟件進行輔助控制,具有自動監(jiān)測和自動調(diào)節(jié)功能,它能夠完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、實時和歷史數(shù)據(jù)處理、報警和安全機制、流程控制、動畫顯示、趨勢曲線和報表輸出等。設(shè)計步驟如下:(1)建立工程項目。(2)進行設(shè)備配置。設(shè)備配置的目的是實現(xiàn)上下位機通訊,即實現(xiàn)計算機與智能儀表之間的連接。通過設(shè)備窗口配置數(shù)據(jù)采集與控制輸出連接與驅(qū)動設(shè)備用的數(shù)據(jù)變量。(3)構(gòu)造數(shù)據(jù)庫。要求與設(shè)備要求的數(shù)據(jù)庫一致。該窗口定義不同類型和名稱的變量,作為數(shù)據(jù)采集、處理、輸出控制、動畫連接及設(shè)備驅(qū)動的對象。(4)制作圖形畫面,在用戶窗口實現(xiàn)。主要用于設(shè)置工程中人機交互的界面,諸如:生成水位變化的動畫顯示畫面、報警輸出、數(shù)據(jù)與曲線圖表等。(5)定義動畫鏈接。動畫鏈接是將動畫與數(shù)據(jù)庫變量建立聯(lián)系,當數(shù)據(jù)庫變量發(fā)生改變時動畫就可以表現(xiàn)出來。 (6)報警系統(tǒng)。當數(shù)據(jù)對象的值或狀態(tài)發(fā)生改變時,實時數(shù)據(jù)庫判斷對應(yīng)的數(shù)據(jù)是否發(fā)生報警,并把所產(chǎn)生的報警信息通知給系統(tǒng)的其它部分。(7)運行與調(diào)試。完成以上步驟以后,先進行組態(tài)檢查通過后就可以進入運行環(huán)境調(diào)試。2比值控制系統(tǒng)2.1工作原理 比值控制分開環(huán)比值控制、單閉環(huán)比值控制和雙閉環(huán)比值控制三種類型。開環(huán)比值控制的控制方案最簡單。單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)是為了克服開環(huán)比值控制方案的缺點而設(shè)計的，這種方案的缺點是主流量沒有構(gòu)成閉環(huán)控制。本系統(tǒng)采樣單閉環(huán)比值控制方案。2.1.1 比值控制系統(tǒng)概述比值控制系統(tǒng)是一種物料量隨另一種物料量而變化的自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，根據(jù)實際生產(chǎn)過程的不同要求，常用比值控制系統(tǒng)有定比值控制系統(tǒng)和變比值控制系統(tǒng)。其特點是以保持主流量F1和副流量F2比值一定為目的。比值計算塊的參數(shù)經(jīng)計算設(shè)置好后不再變動，工藝要求的實際流量比值k也就固定不變；當主流量F1發(fā)生變化時，比值控制回路快速隨動跟蹤，使副流量F2=k*F1關(guān)系變化，嚴格保持F2與F1的比例關(guān)系。副回路任務(wù)是克服干擾，保證主控制器輸出設(shè)定的比值系數(shù)，而主回路的任務(wù)是保證表征產(chǎn)品質(zhì)量指標的主被控變量恒定，在變比值控制系統(tǒng)中的主被控變量必須是連續(xù)可測的。2.1.2比值控制系統(tǒng)的特點比值控制系統(tǒng)的特征是使兩個或兩個以上物料保持一定比例關(guān)系。在要保持一定比例關(guān)系的物料中，起主導作用的物料稱為主物料，也稱為主動量，因為在過程控制中經(jīng)常保持比例的參量是流量，常用Q1表示；另一種物料跟隨主物料的變化而成比例地變化，這種物料稱為從物料，也稱從動量，常用Q2表示。兩物料的比值系數(shù)可設(shè)定為K，則有：K=Q1/Q22.1.3比值控制系統(tǒng)的類型比值控制系統(tǒng)生成過程中工藝允許的負荷、干擾、產(chǎn)品質(zhì)量等要求的不同，實際的比值控制方案也不同。比值控制系統(tǒng)分為開環(huán)比值控制系統(tǒng)、單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)、雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)、變比值控制系統(tǒng)等。（1）單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)單閉環(huán)比值控制表示一個燃燒過程單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)，主流量是燃料，副流量是空氣。FMT測量出主流量并變換為標準信號，乘以比值系數(shù)K后，作為副流量控制系統(tǒng)中被控變量Fs的給定值。如此，可以保持主流量與副流量之間的比例關(guān)系。從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)外觀上看，似乎單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)與串級控制系統(tǒng)很相似。但它們的方塊圖是不同的，功能也是不同的。單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)的方塊圖如圖2-1所示。圖2-1 單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)方塊圖 從圖2-1中可以看到，沒有主對象和主調(diào)節(jié)器，這是單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上與串級不同的地方，串級中的副變量是調(diào)節(jié)變量到被控變量之間總對象的一個中間變量，而比值中，副流量不會影響主流量，這是兩者之間本質(zhì)上的區(qū)別。（2）雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)在主流量也需要控制的情況下，增加一個主流量閉環(huán)控制系統(tǒng)，單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)就成為雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)，見圖2-2圖2-2雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)方框圖 雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)主要應(yīng)用于總流量需要經(jīng)常調(diào)整（即工藝負荷提降）的場合。如果沒有這個要求，兩個單獨的閉環(huán)控制系統(tǒng)也能使兩個流量保持比例關(guān)系，僅僅在動態(tài)過程中，比例關(guān)系不能保證。2.1.4比值系數(shù)計算 流量比值與設(shè)置于儀表的比值系數(shù)是兩個不同的概念，它們都為無量綱系數(shù)，但兩者的數(shù)值是不等的。流量比值k是流量的比值，它們可以同為質(zhì)量流量、體積流量或折算為標準情況下的流量。比值系數(shù)K是設(shè)置于比值函數(shù)模塊或比值控制器中的參數(shù)。2.2 比值控制系統(tǒng)設(shè)計2.2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比值調(diào)節(jié)系統(tǒng)中間過程變量計算及其控制是由計算機功能模塊搭建來實現(xiàn)的，確定好控制方案后，在計算機里進行組態(tài)控制，選擇一些控制需要的功能模塊，如PID算法塊、Ratio比值計算塊、AO輸出塊，這些模塊的功能將代替常規(guī)儀表中的調(diào)節(jié)器、比值控制器等。最后建立組態(tài)好操作員控制界面工流程圖（建立工藝流程及數(shù)據(jù)鏈接，顯示便于生產(chǎn)操作）、報警組態(tài)及顯示、歷史趨勢線等工作。過程控制系統(tǒng)由四大部分組成，分別為控制器、調(diào)節(jié)器被控對象、測控變量。2.2.2控制系統(tǒng)針對過程控制實驗裝置中的熱工模擬對象，設(shè)計一個鍋爐進水流量跟隨出水流量的比值控制系統(tǒng)。要求：（1）使進水流量跟隨出水流量的變化。（2）分別對進水流量和出水流量分別進行定值控制。（3）采用雙閉環(huán)比值控制結(jié)構(gòu)，比例系數(shù)為1，控制穩(wěn)態(tài)誤差不大于1%。（4）系統(tǒng)具有流程圖監(jiān)視畫面、參數(shù)設(shè)置和報警功能。（5）系統(tǒng)具有實時趨勢曲線和歷史趨勢曲線顯示功能。2.3系統(tǒng)方案設(shè)計主從流量的選擇根據(jù)系統(tǒng)控制要求，選擇出水流量為主動量，進水流量為從動量，構(gòu)成雙閉環(huán)系統(tǒng)控制，系統(tǒng)控制方框圖如下圖2-3所示。圖2-3比值控制系統(tǒng)方框圖系統(tǒng)采用比值控制系統(tǒng)，而雙閉環(huán)環(huán)控制系統(tǒng)則是比單閉環(huán)控制增加了主流量控制回路。當雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)處于運行中，要是主動到干擾發(fā)生波動則主動量回路對其進行定值控制，使主動量一直穩(wěn)定在給定值附近，同時從動量控制回路也會隨主動量的波動進行調(diào)整；當從動量受到擾動發(fā)生波動時，從動量控制回路對其進行定值控制，使從動量始終穩(wěn)定在定值附近，而主動控制回路不受從動量波動的影響。 3控制系統(tǒng)總體方案與硬件實現(xiàn)3.1控制對象及工藝流程本系統(tǒng)使用實驗室已有的“過程控制實驗裝置”完成設(shè)計，它是基于工業(yè)過程的物理模擬對象，它集自動化儀表技術(shù)，計算機技術(shù)，通訊技術(shù)，自動控制技術(shù)為一體的多功能實驗裝置。該系統(tǒng)包括流量、溫度、液位、壓力等熱工參數(shù)，可實現(xiàn)系統(tǒng)參數(shù)辨識，單回路控制，串級控制，前饋反饋控制，比值控制，解耦控制等多種控制形式。3.2硬件實現(xiàn)過程控制系統(tǒng)由四大部分組成，分別為控制器、調(diào)節(jié)器、被控對象、測量變送。本次設(shè)計為流量回路控制，即為閉環(huán)控制系統(tǒng)，如下圖3-1所示。圖3-1 雙閉環(huán)流量比值控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖3.3總體方案系統(tǒng)采用雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，雙閉環(huán)環(huán)控制系統(tǒng)是在單閉環(huán)控制的基礎(chǔ)上，增加了主流量控制回路。在雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)工作時，若主動到干擾發(fā)生波動則主動量回路對其進行定值控制，使主動量始終穩(wěn)定在給定值附近，同時從動量控制回路也會隨主動量的波動進行調(diào)整；當從動量受到擾動發(fā)生波動時，從動量控制回路對其進行定值控制，使從動量始終穩(wěn)定在定值附近，而主動控制回路不受從動量波動的影響。通過從動控制回路的調(diào)節(jié)控制使從動量的實際值與該輸入值吻合，即從動控制量的實際值與主動量變動后的數(shù)值相對應(yīng)，保持主動量和從動量的比值不變。和單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)相比，雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)的突出優(yōu)點如下：（1) 控制系統(tǒng)更為穩(wěn)定：對主動量的定值控制克服了干擾對主動量的影響，因此主動量變化平穩(wěn)，從動量也將平穩(wěn)，進而系統(tǒng)的總物料流量穩(wěn)定，更好地滿生產(chǎn)工藝要求。（2) 系統(tǒng)更易于調(diào)節(jié)：當需要改變主動量的設(shè)定值時，主動量控制回路通過調(diào)節(jié)控制使主動量的輸出值改變?yōu)樾略O(shè)定值，同時從動量也將隨主動量按給定比化。本系統(tǒng)中主動量為出水流量，從動量為進水流量，通過系統(tǒng)的調(diào)節(jié)，實現(xiàn)進水流量跟隨出水流量變化。單閉環(huán)比值控制能使兩種物料間的比值較精確，方案實現(xiàn)起來方便，僅用一個比值器即可。 此方案適合于要求兩流量之比一定，負荷變化不大，而對總流量變化無要求的情況。本系統(tǒng)采用單閉環(huán)比值控制，其中支路的流量為主流量，支路 的流量為副流量。整個系統(tǒng)使用兩個水泵一個電磁流量計一個渦輪流量計以及電磁調(diào)節(jié)閥，而電磁調(diào)節(jié)具有滯后性，因此本系統(tǒng)是一個具有滯后性能的控制系統(tǒng)受控對象: 管道; 受控變量: 支路流量; 操作變量: 支路流量; 擾動變量: 閥門開度的變化。控制原理圖和方塊圖如圖3-2所示。圖 3-2比值控制系統(tǒng)原理圖和方塊圖3.4 PC機與智能調(diào)節(jié)器的連接3.4.1PC機與單臺智能調(diào)節(jié)器的連接當一臺PC機與一臺智能調(diào)節(jié)器進行通信連接，查看所用計算機主機箱后的RS-232C串口數(shù)量、位置和幾何特征；查看計算機與智能調(diào)節(jié)器的串口連接線及其端口。在計算機與智能調(diào)節(jié)器通電前，將傳感器與智能調(diào)節(jié)器相連。一般的PC機會具有RS-232通信接口，若調(diào)節(jié)器也具有RS-232通信接口，當兩者通信距離比較近并且是一對一的通信時，二者可通過電纜直接連接。注意，在用串口線將智能調(diào)節(jié)器與計算機連接時，調(diào)節(jié)器與計算機嚴禁通電，否則容易燒毀串口。3.4.2PC機與多臺智能調(diào)節(jié)器的連接由于一個RS-232接口只能連接一臺RS-232儀表，當PC機與多臺具有RS-232接口的調(diào)節(jié)器通信時，可使用RS-232/RS485接口轉(zhuǎn)化器，將計算機上的RS-232接口轉(zhuǎn)換為RS-485接口，在信號進入調(diào)節(jié)器前再使用RS-485/RS-232轉(zhuǎn)換器將RS-485接口轉(zhuǎn)換為RS-232接口，再與調(diào)節(jié)器相連。當PC機與多臺具有RS-485接口的調(diào)節(jié)器通信時，由于兩端設(shè)備接口電氣特性不一，不能直接相連，因此，也采用RS-232接口到RS-485接口轉(zhuǎn)換器將RS-232接口轉(zhuǎn)換為RS-485信號電平，再與調(diào)節(jié)器相連。如果PC機直接提供RS-485接口，與多臺具有RS-485接口的調(diào)節(jié)器通信時不用轉(zhuǎn)換器可直接相連。RS-485接口只有兩根線要連接，有+、-端（或成A、B端）區(qū)分，用雙絞線將所有調(diào)節(jié)器的接口并在一起即可。3.4.3PC機與智能調(diào)節(jié)器串口通信調(diào)試PC機與智能調(diào)節(jié)器系統(tǒng)連接并設(shè)置參數(shù)后，可進行串口通信調(diào)試。運行“串口調(diào)試助手”程序，首先設(shè)置串口號、波特率、校驗位、數(shù)據(jù)位、停止位等參數(shù)（與儀表參數(shù)設(shè)置一致），選擇十六進制顯示和十六進制發(fā)送方式，打開串口。在發(fā)送指令文本框先輸入讀指令：81 81 52 0C，單擊“手動發(fā)送”按鈕，1號表返回數(shù)據(jù)串；再輸入讀指令82 82 52 0C，單擊“手動發(fā)送”按鈕，2號表返回數(shù)據(jù)串；再輸入讀指令：83 83 52 0C，單擊“手動發(fā)送”按鈕，3號表返回數(shù)據(jù)串。3.5控制對象及工藝流程本系統(tǒng)使用實驗室已有的“過程控制實驗裝置”完成設(shè)計，它是基于工業(yè)過程的物理模擬對象，它集自動化儀表技術(shù)，計算機技術(shù)，通訊技術(shù)，自動控制技術(shù)為一體的多功能實驗裝置。該系統(tǒng)包括流量、溫度、液位、壓力等熱工參數(shù)，可實現(xiàn)系統(tǒng)參數(shù)辨識，單回路控制，串級控制，前饋反饋控制，比值控制，解耦控制等多種控制形式。3.6智能儀表參數(shù)設(shè)計根據(jù)控制要求，設(shè)計主調(diào)節(jié)器和從調(diào)節(jié)器的參數(shù)如表3-1和3-2所示。 參數(shù)符號 賦值上限報警（HIAL） 100正偏差報警（dHAL） 105控制方式（Ctrl） 1積分時間（I） 10輸入規(guī)矩（Sn） 33輸入上限顯示值（dIH） 100輸出下限（oPL） 0系統(tǒng)功能（CF） 2下限報警（LOAL） 0負偏差報警（dLAL） 105比例帶（P） 240 微分時間（D） 0輸入下限顯示值（dIL） 0輸出方式（oP1） 4輸出上限（oPH） 100運行狀態(tài)（RUN） 1表3-1主調(diào)節(jié)器參數(shù)設(shè)定表3-2 從調(diào)節(jié)器參數(shù)設(shè)定 參數(shù)符號 賦值上限報警（HIAL） 100正偏差報警（dHAL） 105控制方式（Ctrl） 1積分時間（I） 10輸入規(guī)矩（Sn） 32輸入上限顯示值（dIH） 100輸出下限（oPL） 0系統(tǒng)功能（CF） 8下限報警（LOAL） 0負偏差報警（dLAL） 105比例帶（P） 240 微分時間（D） 0輸入下限顯示值（dIL） 0輸出方式（oP1） 4輸出上限（oPH） 100運行狀態(tài)（RUN） 1（1）上限報警：測量值大于HIAL +dF 值時儀表將產(chǎn)生上限報警。測量值小于HIAL-dF值時，儀表將解除上限報警。設(shè)置HIAL到其最大值（9999）可避免產(chǎn)生報警作用。（2）下限報警：當測量值小于LoAL-dF時產(chǎn)生下限報警，當測量值大于LoAL+dF時下限報警解除。設(shè)置LoAL到其最小值（-1999）可避免產(chǎn)生報警作用。（3）正偏差報警：采用AI人工智能調(diào)節(jié)時，當偏差（測量值PV減給定值SV）大于dHAL +dF時產(chǎn)生正偏差報警 。當偏差小于dHAL-dF時正偏差報警解除。 設(shè)置dHAL=9999 （ 溫度時為999.9 ）時，正偏差報警功能被取消。（4）負偏差報警：采用AI人工智能調(diào)節(jié)時，當負偏差（給定值SV減測量值PV）大于dLAL+dF時產(chǎn)生負偏差報警，當負偏差小于dLAL -dF時負偏差報警解除。（5）控制方式：CtrL=1，采用AI人工智能調(diào)節(jié)/PID 調(diào)節(jié)，該設(shè)置下，允許從面板啟動執(zhí)行自整定功能。（6）比例帶：P與每秒內(nèi)儀表輸出變化100 時測量值對應(yīng)變化的大小成反比，當CtrL=1或3時，其數(shù)值定義如下：P1000每秒測量值升高值（測量值單位是0.1 或1個定義單位）如儀表以100功率加熱并假定沒有散熱時，電爐每秒升1，則：P100010100P值類似PID 調(diào)節(jié)器的比例帶，但變化相反。P值越大，比例、微分作用成正比增強，而P值越小，比例、微分作用相應(yīng)減弱。P參數(shù)與積分作用無關(guān)。（7）、輸入規(guī)矩：Sn（33） 15V電壓輸入（8）輸入下限顯示值：用于定義線性輸入信號下限刻度值，對外給定、變送輸出、光柱顯示均有效。dIL0.000 (確定輸入下限1V時壓力顯示值)（9）輸入上限顯示：用于定義線性輸入信號上限刻度值，與dIL配合使用。（10）輸出方式：oP1=4，420mA 線性電流輸出，主輸出模塊上安裝線性電流輸出模塊。（11）輸出下限：通常作為限制調(diào)節(jié)輸出最小值。 當設(shè)置了分段功率限制功能時（參見CF參數(shù)設(shè)置），作為測量值低于下限報警時的輸出上限 。如果選購了雙向調(diào)節(jié)輸出軟件，當設(shè)置OPL0時，則儀表成為雙向輸出系統(tǒng)，表示冷輸出最大限制。（12）輸出上限：限制調(diào)節(jié)輸出最大值。（13）系統(tǒng)功能選擇：CF參數(shù)用于選擇部分系統(tǒng)功能：CF=A1+B2+C4+D8+E16+F32+G64A=0，為反作用調(diào)節(jié)方式，輸入增大時，輸出趨向減小，如加熱控制。A=1，為正作用調(diào)節(jié)方式，輸入增大時，輸出趨向增大，如致冷控制。B=0，儀表報警無上電/ 給定值修改免除報警功能；B=1 ，儀表有上電/給定值修改免C=0，儀表輔助功能模塊按通訊接口方式工作 ；C=1 ，儀表輔助功能模塊按線性電流變送輸出方式工作。D=0，不允許外部給定；D=1，允許外部給定（僅適用AI808/808P型）。E=0，無分段功率限制功能，E=1，有分段功率限制功能（詳見后文敘述）。F=0，儀表光柱指示輸出值，F(xiàn)=1，儀表光柱指示測量值（僅帶光柱的儀表）。G=0，儀表工作為AI-808P 模式， G=1， 儀表工作為AI-708P 模式（僅適用于 AI-808P）。4基于MCGS的組態(tài)界面設(shè)計4.1 軟件總體設(shè)計由于PC機主要實現(xiàn)在線監(jiān)視、優(yōu)化和信息管理，因此軟件設(shè)計的重點是AI-808智能調(diào)節(jié)器和PC機的通信以及監(jiān)控畫面的組態(tài)。在MCGS中，通過用戶設(shè)備的組態(tài)即可完成智能調(diào)節(jié)器和PC機的通信功能。監(jiān)控畫面在用戶窗口中完成，利用豐富的“動畫組態(tài)”功能可快速構(gòu)造各種復雜生動的動態(tài)畫面。MCGS是一套基于Windows操作系統(tǒng)可用來快速構(gòu)造和生成上位機監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件包，它為用戶提供了從設(shè)備驅(qū)動、數(shù)據(jù)采集到數(shù)據(jù)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(wù)、多線程功能，其系統(tǒng)框架采用VC+編程，通過OLE技術(shù)向用戶提供VB編程接口，提供豐富的設(shè)備驅(qū)動構(gòu)件、動畫構(gòu)件、策略構(gòu)件，用戶可隨時方便地擴展系統(tǒng)的功能。（1）豐富的設(shè)備驅(qū)動程序，通過Active DLL把設(shè)備驅(qū)動掛接在系統(tǒng)中，配置簡單、速度快、可靠性高。（2）強大的網(wǎng)絡(luò)功能。MCGS強大的網(wǎng)絡(luò)功能可把TCP/IP網(wǎng)、485/422/423網(wǎng)、Modem網(wǎng)結(jié)合在一起構(gòu)成大型的監(jiān)控系統(tǒng)和管理系統(tǒng)。（3）開放的OLE接口。MCGS以O(shè)LE自動化技術(shù)為基礎(chǔ)的開放式擴充接口允許用戶使用VB來快速編制各種設(shè)備驅(qū)動構(gòu)件、動畫構(gòu)件和各種策略構(gòu)件，通過OLE接口，用戶可以方便地定制自己特定的系統(tǒng)。MCGS組態(tài)軟件系統(tǒng)包括組態(tài)環(huán)境和運行環(huán)境兩大部分，用戶所有組態(tài)配置過程都是在組態(tài)環(huán)境中進行的，用戶組態(tài)后可生成一個“組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫”文件。MCGS運行環(huán)境是一個獨立的運行系統(tǒng)，它能按照“組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫”中的組態(tài)方式進行各種處理，完成用戶組態(tài)設(shè)計的目標和功能。MCGS系統(tǒng)整體框圖4-1如下所示。多任務(wù)多線程建動畫構(gòu)建動畫動畫顯示報警組態(tài)設(shè)計報表連接設(shè)備實時數(shù)據(jù)庫現(xiàn)場控制報警輸出報表打印設(shè)備輸出流程控制組態(tài)軟件核心實時數(shù)據(jù)庫構(gòu)建動畫流程控制組態(tài)組態(tài)環(huán)境運行環(huán)境圖4-1 MCGS系統(tǒng)整體框圖4.2智能儀表與PC機通信軟件設(shè)計由于PC機主要實現(xiàn)在線監(jiān)視、優(yōu)化和信息管理，因此軟件設(shè)計的重點是AI-808智能調(diào)節(jié)器和PC機的通信以及監(jiān)控畫面的組態(tài)。在MCGS中，通過用戶設(shè)備的組態(tài)即可完成智能調(diào)節(jié)器和PC機的通信功能。監(jiān)控畫面在用戶窗口中完成，利用豐富的“動畫組態(tài)”功能可快速構(gòu)造各種復雜生動的動態(tài)畫面。以工控PC機為主控上位機，利用人機接口的智能軟件包-MCGS組態(tài)軟件在PC機上建立工控的對象，完成對多臺PLC(下位機)的控制，由于上位機只需要完成對監(jiān)控信息的收集和處理而不需要對設(shè)備的運行進行具體控制，上下位機處理同時進行，可以以最少的人員配備對遠程監(jiān)控的管理，提供較為直觀、清晰、準確的現(xiàn)場狀態(tài)信息，進而為維修和錯誤診斷提供多方面可能性，減少維修人員路上往返時間，整體提高遠程監(jiān)控系統(tǒng)的運行速度。MCGS為了實現(xiàn)監(jiān)控、記錄現(xiàn)場的情況，將每種智能采集模塊作為一個設(shè)備構(gòu)件，掛在MCGS的設(shè)備窗口中，用來采集和處理現(xiàn)場信號和輸出控制信號。如宇光_AI808儀表這個設(shè)備構(gòu)件就是用于MCGS操作和通過串行口讀寫AI-808智能調(diào)節(jié)器的數(shù)據(jù)。通過用戶設(shè)備的組態(tài)即可完成智能調(diào)節(jié)器和PC機的通信功能。在設(shè)備窗口中，添加串口通信父設(shè)備，在串口通信父設(shè)備下掛四個宇光AI-808儀表設(shè)備構(gòu)件。根據(jù)實際應(yīng)用情況，在如圖4-2所示的設(shè)備窗口中，進行串口通信父設(shè)備和宇光AI-808儀表設(shè)備構(gòu)件的組態(tài)參數(shù)的填寫。圖4.2設(shè)備窗口的組態(tài)圖4-2設(shè)備窗口（1）串口通信父設(shè)備的基本屬性的組態(tài)最小采集周期為200ms，串口端號為COM1，通訊波特率為9600，數(shù)據(jù)位位數(shù)為8位，停止位位數(shù)為2位，數(shù)據(jù)校驗方式為無校驗，數(shù)據(jù)采集方式為異步采集。（2）AI-808基本屬性的組態(tài)最小采集周期為50ms，模塊地址為1，輸入范圍為15V，其它項采用缺省值即可。（3）AI808通道連接的組態(tài)通道連接即設(shè)置AI-808的讀寫通道，以便把設(shè)備中的數(shù)據(jù)送入實時數(shù)據(jù)庫中的指定數(shù)據(jù)對象或把數(shù)據(jù)對象的值送入設(shè)備指定的通道輸出。通過建立設(shè)備通道和MCGS實時數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)對象的連接，從而實現(xiàn)對AI-808中數(shù)據(jù)的讀和寫。本文中，PV值、SV值和OP值通道分別對應(yīng)數(shù)據(jù)庫中的PVn、SVn和OPn三個變量。4.3系統(tǒng)監(jiān)控界面設(shè)計設(shè)計步驟如下:( 1) 建立工程項目。( 2) 進行設(shè)備配置。設(shè)備配置的 目的是實現(xiàn)上下位機通訊, 即實現(xiàn)計算機與智能儀表之間的連接。通過設(shè)備窗口配置數(shù)據(jù)采集與控制輸出連接與驅(qū)動設(shè)備用的數(shù)據(jù)變量。( 3 )構(gòu)造數(shù)據(jù)庫。在實時數(shù)據(jù) 庫窗口建立新的數(shù)據(jù)庫文件。要求 與設(shè)備要求的 數(shù)據(jù)庫一致。該窗口定義不同類型和名稱的變量, 作為數(shù)據(jù)采集、 處理、 輸出控制、 動畫連接及設(shè)備驅(qū)動的對象。( 4 )制作圖形畫面, 在用戶窗口實現(xiàn)。主要用于設(shè)置工程中人機交互的界面, 諸如: 生成水位變化的動畫顯示畫面、 報警輸出、 數(shù)據(jù)與曲線圖表等。用變化大小、改變顏色、明暗閃爍、移動翻轉(zhuǎn)等多種手段，增強畫面的動態(tài)顯示效果。圖元、圖符對象定義相應(yīng)的狀態(tài)屬性，即可實現(xiàn)動畫效果。每個動畫構(gòu)件都對應(yīng)一個特定的動畫功能。如：實時曲線構(gòu)件、歷史曲線構(gòu)件、報警顯示構(gòu)件、自由表格構(gòu)件等。主監(jiān)控界面如下所示。圖4-3進水流量F1跟隨出水流量F2的比值調(diào)節(jié)圖4-4進水流量F1定值調(diào)節(jié)（水箱作水源）圖4-5進水流量F1定值調(diào)節(jié)（水泵作水源）( 5) 定義動畫鏈接。動畫鏈接是將動畫與數(shù)據(jù)庫變量建立聯(lián)系, 當數(shù)據(jù)庫變量發(fā)生改變時動畫就可以表現(xiàn)出來。即當水箱中水位發(fā)生變化時,動畫可以適時顯示。( 6) 報警系統(tǒng)。當 數(shù)據(jù)對象的值 或狀態(tài)發(fā)生改變時, 實時數(shù)據(jù)庫判斷對應(yīng)的數(shù)據(jù)是否發(fā)生報警或已產(chǎn)生的報警是否已經(jīng)結(jié)束, 并把所產(chǎn)生的報警信息通知給系統(tǒng)的其它部分, 同時, 實時數(shù)據(jù)庫根據(jù)用戶的組態(tài)設(shè)定, 把報警信息存入指定的存盤數(shù)據(jù)庫文件中。( 7) 運行與調(diào)試。當以上步驟完成以后, 先進行組態(tài)檢查通過后就可以進入運行環(huán)境調(diào)試。5總結(jié)與展望本文設(shè)計的基于MCGS的流量比值控制系統(tǒng)操作界面美觀、簡潔、明了,能實現(xiàn)的功能如:工藝過程的動態(tài)監(jiān)視、工藝參數(shù)流量測量值及流量設(shè)定值的實時棒圖顯示、控制參數(shù)流量設(shè)定值、PID性能參數(shù)的實時輸入、流量測量值的實時與歷史變化曲線、流量超越限值大小的實時報警與存盤功能等。本系統(tǒng)已調(diào)試成功,運行良好。經(jīng)實踐證明,該系統(tǒng)是一個可以用于工業(yè)生產(chǎn)的實用化系統(tǒng),具有較強的監(jiān)測和調(diào)節(jié)能力。參 考 文 獻 1 張根寶.工業(yè)自動化儀表過程控制M.西安:西北工業(yè)大學出版社,2007. 2 厲玉鳴.化工儀表及自動化M.北京:化學工業(yè)出版社,2009. 3 俞金壽，蔣慰孫.過程控制工程M.北京：電子工業(yè)出版社，2007 4 薛迎成，何堅強.工控機及組態(tài)控制技術(shù)原理及應(yīng)用M.中國電力出版社，2007 5 丁芳,賈翔宇，倪杰. BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在流量比值控制系統(tǒng)中的應(yīng)用J;機床與液壓；2007（7）：67 6 孫志強.生產(chǎn)過程自動化及儀表M.北京:清華大學出版社,2009. 7 曹潤生.工程控制儀表M.杭州:浙江大學出版社,2007. 8 曹立學.基于組態(tài)軟件的計算機液位串級控制系統(tǒng)設(shè)計與研究J.工業(yè)控制計算機，2008（6）:1617 9 侯志林，過程控制與自動化儀表M北京：機械工業(yè)出版社，2009 10 陳夕松，汪木蘭過程控制系統(tǒng)M北京科學出版社，2005.8 11 劉建. 中國教育技術(shù)裝備M.北京.2011.6 12 趙玉珠.測量儀表與自動化M.東營:石油大學出版社,2007.袁節(jié)膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節(jié)膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節(jié)蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羈膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿節(jié)衿羈腿莄螞襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節(jié)蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羈膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿節(jié)衿羈腿莄螞襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節(jié)蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羈膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿節(jié)衿羈腿莄螞襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節(jié)蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羈膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿節(jié)衿羈腿莄螞襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節(jié)蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羈膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿節(jié)衿羈腿莄螞襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節(jié)蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇袁節(jié)膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃