過程控實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)(湖北理工湯立剛著)

1、湖北理工學(xué)院課 程 設(shè) 計(jì)課程名稱 過程控制系統(tǒng) 課題名稱 單容水箱液位PID控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 專 業(yè) 自動(dòng)化 班 級(jí) 學(xué) 號(hào) 姓 名 指導(dǎo)教師 湯立剛 2015年11月02日自動(dòng)化技術(shù)綜合實(shí)訓(xùn)任務(wù)書2015 2016 學(xué)年第2學(xué)期學(xué)生姓名： 專業(yè)班級(jí)： 自動(dòng)化2013(1)班 指導(dǎo)教師：湯立剛、皮大能 工作部門：電氣學(xué)院電氣自動(dòng)化教研室 一、自動(dòng)化技術(shù)綜合實(shí)訓(xùn)題目： 自動(dòng)化技術(shù)綜合實(shí)訓(xùn) 1、單容水箱液位調(diào)節(jié)閥PID單回路控制2、單容水箱液位變頻器PID單回路控制3、豎直雙容液位調(diào)節(jié)閥PID單回路控制4、流量調(diào)節(jié)閥PID單回路控制5、流量變頻器PID單回路控制6、壓力調(diào)節(jié)閥PID單回路控制7、流量

2、比值控制二、自動(dòng)化技術(shù)綜合實(shí)訓(xùn)內(nèi)容1.通過查閱資料掌握所選課題的原理、結(jié)構(gòu)、并根據(jù)任務(wù)書用CAD設(shè)計(jì)1套過程控制系統(tǒng)圖紙,包括:自控設(shè)備清單、控制流程圖、控制原理圖、PLC系統(tǒng)硬件配置圖、I/O地址分配表、I/O接線圖等。2.自學(xué)西門子S7-300系統(tǒng)的硬件知識(shí)和STEP7軟件的編程組態(tài)方法,并根據(jù)設(shè)計(jì)圖完成機(jī)架配置、硬件組態(tài)、從站掛接和I/O口地址分配、用戶程序編寫等工作。3.自學(xué)百特儀表智能調(diào)節(jié)器以及研華遠(yuǎn)程ADAM4000系列遠(yuǎn)程I/O模塊的使用。4.掌握組態(tài)王組態(tài)軟件并設(shè)計(jì)監(jiān)控界面,包括定義數(shù)據(jù)詞典、通訊設(shè)置、生產(chǎn)流程控制畫面、參數(shù)顯示、PID手動(dòng)/自動(dòng)調(diào)節(jié)界面、趨勢(shì)曲線等的設(shè)計(jì)。5.

3、掌握在A3000高級(jí)過程控制裝置上調(diào)試用戶程序和參數(shù)整定的方法。6.掌握西門子MM420變頻器的使用方法。7.掌握判斷故障及處理故障的方法。8.每個(gè)學(xué)生必須獨(dú)立完成設(shè)計(jì),寫出綜合自動(dòng)化技術(shù)綜合實(shí)訓(xùn)報(bào)告并參加答辯。通過答辯考察學(xué)生對(duì)整個(gè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)和實(shí)施過程的掌握程度,并根據(jù)其在整個(gè)設(shè)計(jì)階段的理論知識(shí)應(yīng)用能力、設(shè)計(jì)能力、實(shí)踐操作能力、編程調(diào)試、故障分析及解決能力給出一個(gè)綜合評(píng)價(jià)。三、自動(dòng)化技術(shù)綜合實(shí)訓(xùn)進(jìn)度安排1自動(dòng)化技術(shù)綜合實(shí)訓(xùn)安排時(shí)間為二周。題目在自動(dòng)化技術(shù)綜合實(shí)訓(xùn)之前約1個(gè)月公布，學(xué)生在拿到題目以后即可學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)、查閱有關(guān)資料，做好前期準(zhǔn)備工作。自動(dòng)化技術(shù)綜合實(shí)訓(xùn)時(shí)間分配如下表：序 號(hào)內(nèi) 容學(xué)

4、時(shí)安排（天）1布置任務(wù)，查閱資料及調(diào)研(前期工作)，分析控制要求，總體方案設(shè)計(jì)12系統(tǒng)選型及硬件設(shè)計(jì)13軟件設(shè)計(jì)24程序及系統(tǒng)調(diào)試35繪制圖紙、撰寫和打印設(shè)計(jì)報(bào)告26設(shè)計(jì)答辯1合 計(jì)10設(shè)計(jì)指導(dǎo)答辯地點(diǎn)：K2-314自動(dòng)化綜合實(shí)驗(yàn)室2執(zhí)行要求本次實(shí)訓(xùn)的設(shè)計(jì)與制作7個(gè)選題，每組不超過6人，為避免雷同，在設(shè)計(jì)中每個(gè)同學(xué)所采用的方案不能一樣。四、自動(dòng)化技術(shù)綜合實(shí)訓(xùn)基本要求設(shè)計(jì)報(bào)告：不少于8000字，幅面，統(tǒng)一復(fù)印封面。（1） 封面、自動(dòng)化技術(shù)綜合實(shí)訓(xùn)任務(wù)書（2） 摘要，關(guān)鍵詞（中英文）目錄（3） 根據(jù)要求確定方案選擇，并進(jìn)行方案論證（4） 論述系統(tǒng)功能及原理。（系統(tǒng)組成框圖、電路原理圖）（5） 各模

5、塊的功能，原理，器件選擇。（6） 編寫梯形圖并進(jìn)行程序設(shè)計(jì)和調(diào)試。（7） 結(jié)果分析（8） 對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行全面總結(jié)，寫出自動(dòng)化技術(shù)綜合實(shí)訓(xùn)報(bào)告。（9） 附錄-參考文獻(xiàn)五、自動(dòng)化技術(shù)綜合實(shí)訓(xùn)考核辦法與成績(jī)?cè)u(píng)定根據(jù)過程、報(bào)告、答辯等確定設(shè)計(jì)成績(jī)，成績(jī)分優(yōu)、良、中、及格、不及格五等。評(píng)定項(xiàng)目基本內(nèi)涵分值設(shè)計(jì)考勤考勤、自行設(shè)計(jì)、按進(jìn)度完成任務(wù)等情況10設(shè)計(jì)調(diào)試軟硬件調(diào)試過程及完成情況40設(shè)計(jì)答辯回答問題等情況20設(shè)計(jì)報(bào)告完成情況、報(bào)告規(guī)范性、創(chuàng)新性、雷同率等情況3090100分：優(yōu)；8089分：良；7079分：中；6069分，及格；60分以下：不及格六、自動(dòng)化技術(shù)綜合實(shí)訓(xùn)參考資料1張李冬主編.過程控制技術(shù)及

6、其應(yīng)用.北京：機(jī)械工業(yè)出版社2劉玉梅.過程控制技術(shù).北京: 機(jī)械工業(yè)出版社3孫洪程、翁唯勤編. 過程控制工程設(shè)計(jì).北京: 化學(xué)工業(yè)出版社，2001,34劉鍇、周海主編. 深入淺出西門子S7-300PLC.北京航空航天大學(xué)出版社，2004，85梁錦鑫編.WINCC基礎(chǔ)及應(yīng)用開發(fā)指南.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009，46王廷才主編.變頻器原理及應(yīng)用.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012，17陽(yáng)憲惠主編.現(xiàn)場(chǎng)總線及應(yīng)用.北京：清華大學(xué)出版社，2008，10 指導(dǎo)教師：湯立剛、皮大能 2016年5月12日 教研室主任簽名： 胡學(xué)芝 2016年5月12日 目 錄第1章 系統(tǒng)總體方案選擇與說明1第2章 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

7、與工作原理3第3章 各單元硬件設(shè)計(jì)說明及計(jì)算方法53.1 控制系統(tǒng)概敘5 3.2模塊介紹和設(shè)置5 3.2.1 ADAM4017簡(jiǎn)介5 3.3模塊初試化6 3.4執(zhí)行器9 第4章 軟件設(shè)計(jì)與說明134.1 單容水箱液位PID控制系統(tǒng)13 4.2 組態(tài)編程及設(shè)備14 4.3 組態(tài)王軟件設(shè)計(jì)16第5章 調(diào)試結(jié)果與必要的調(diào)試說明20第6章 使用說明22第7章 總結(jié)22參考文獻(xiàn)25 單容水箱液位控制系統(tǒng) 第1章 系統(tǒng)總體方案選擇與說明在此次設(shè)計(jì)中主要是以單容水箱的液位控制系統(tǒng)為研究對(duì)象，設(shè)計(jì)的任務(wù)就是使水箱液位保持在給定值所要求的高度或在某一小范圍內(nèi)變化。實(shí)現(xiàn)水箱液位的自動(dòng)調(diào)節(jié)和控制。整個(gè)系統(tǒng)可由測(cè)量元

8、件及變送器、控制器、調(diào)節(jié)閥和被控對(duì)象組成一個(gè)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)，并且只對(duì)一個(gè)被控參數(shù)進(jìn)行控制。由于單回路反饋控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、投資少、操作方便并且能滿足一般的生產(chǎn)過程要求，在液位控制中得到了廣泛地應(yīng)用，所以單容水箱液位控制系統(tǒng)采用的就是單回路反饋控制。一般而言，用比例（P）調(diào)節(jié)器的系統(tǒng)是一個(gè)有差系統(tǒng)，比例度的大小不僅會(huì)影響到余差的大小，而且也與系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能密切相關(guān)。比例積分（PI）調(diào)節(jié)器，由于積分的作用，不僅能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)無(wú)余差，而且只要參數(shù)，Ti調(diào)節(jié)合理，也能使系統(tǒng)具有良好的動(dòng)態(tài)性能。比例積分微分（PID）調(diào)節(jié)器是在PI調(diào)節(jié)器的基礎(chǔ)上再引入微分D的作用，從而使系統(tǒng)既無(wú)余差存在，又能改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能

9、（快速性、穩(wěn)定性等）。但是，并不是所有單回路控制系統(tǒng)在加入微分作用后都能改善系統(tǒng)品質(zhì)，對(duì)于容量滯后不大，微分作用的效果并不明顯，而對(duì)噪聲敏感的流量系統(tǒng)，加入微分作用后，反而使流量品質(zhì)變壞，所以本次試驗(yàn)參數(shù)D設(shè)為0。因此本設(shè)計(jì)選擇PID控制規(guī)律。系統(tǒng)采用的PID控制規(guī)律：圖1-1 PID控制系統(tǒng)原理圖液位控制中除了有模擬PID調(diào)節(jié)器外還可以采用計(jì)算機(jī)PID控制。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中除去檢測(cè)、變送裝置、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等常用的模擬部件之外，其完成控制功能的核心是數(shù)字計(jì)算機(jī)，所以過程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是模擬和數(shù)字部件的混合系統(tǒng)。液位傳感器檢測(cè)出水箱水位，水位的實(shí)際值是通過7017模塊進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，變成數(shù)字信號(hào)后輸

10、入計(jì)算機(jī)中；在計(jì)算機(jī)中，根據(jù)水位給定值與實(shí)際輸出值之差，利用PID程序算法得到輸出值，再將輸出值傳到7024模塊中，由7024將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)；最后，實(shí)現(xiàn)水位的計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(duì)象、測(cè)量變送。本次設(shè)計(jì)為流量回路控制，即為閉環(huán)控制系統(tǒng)，如下圖：圖1-2 控制系統(tǒng)框圖被控對(duì)象：水箱被控變量：水箱液位高度控制變量：水流量控制器：ADAM4000執(zhí)行器：水泵，調(diào)節(jié)閥，電機(jī)檢測(cè)變送：液位傳感器第2章 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖與工作原理單容水箱液位PID控制系統(tǒng)中液位過程如下圖所示：圖2-1 單容液位過程圖2-2 單容液位控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖單容水箱液位

11、PID控制系統(tǒng)工作原理：?jiǎn)位芈飞纤湟何豢刂葡到y(tǒng)。單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)一般指在一個(gè)調(diào)節(jié)對(duì)象上用一個(gè)調(diào)節(jié)器來(lái)保持一個(gè)參數(shù)的恒定，而調(diào)節(jié)器只接受一個(gè)測(cè)量信號(hào)，其輸出也只控制一個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。本系統(tǒng)所要保持的參數(shù)是液位的給定高度，即控制的任務(wù)是控制上水箱液位等于給定值所要求的高度。根據(jù)控制框圖，本系統(tǒng)屬于是一個(gè)閉環(huán)反饋單回路液位控制，采用DDC控制。當(dāng)調(diào)節(jié)方案確定之后，接下來(lái)就是整定調(diào)節(jié)器的參數(shù)，一個(gè)單回路系統(tǒng)設(shè)計(jì)安裝就緒之后，控制質(zhì)量的好壞與控制器參數(shù)選擇有著很大的關(guān)系。合適的控制參數(shù)，可以帶來(lái)滿意的控制效果。反之，控制器參數(shù)選擇得不合適，則會(huì)使控制質(zhì)量變壞，達(dá)不到預(yù)期效果。一個(gè)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)好以后，系統(tǒng)的投

12、運(yùn)和參數(shù)整定是十分重要的工作。圖2-3 單容液位控制系統(tǒng)工藝流程圖第3章 各單元硬件設(shè)計(jì)說明及計(jì)算方法3.1控制系統(tǒng)概述AS3020子系統(tǒng)包括研華的ADAM4017、ADAM4024、ADAM4050或ADAM4060模塊。24V直流電驅(qū)動(dòng)，通過RS485轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)到以太網(wǎng)，再將數(shù)據(jù)傳到上位機(jī)。模塊從左到右，地址分別為1，2，3。通訊波特率9600bps，注意無(wú)校驗(yàn)，數(shù)據(jù)位8，停止位1。校驗(yàn)和(checksum)必須選中，否則無(wú)法和組態(tài)王通訊。3.2 模塊介紹和設(shè)置3.2.1. ADAM4017簡(jiǎn)介 ADAM4017是一個(gè)16位，8通道模擬量輸入模塊，它對(duì)每個(gè)通道輸入量程提供多種范圍，可以自行選

13、擇設(shè)定。這個(gè)模塊用于工業(yè)操作和監(jiān)測(cè)，其性價(jià)比很高。通過光隔離輸入方式對(duì)輸入信號(hào)與模塊之間提供3000V DC隔離，而且具有過壓保護(hù)功能。其結(jié)構(gòu)如圖3.1.1所示。 圖3.1.1 ADAM4017模擬量輸入模塊ADAM4017提供信號(hào)輸入，A/D轉(zhuǎn)換，RS485數(shù)據(jù)通訊功能。使用一個(gè)16位微處理器控制的A/D轉(zhuǎn)換器將傳感器的電壓或電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量數(shù)據(jù)，然后轉(zhuǎn)換為工程單位量。當(dāng)上位機(jī)采集數(shù)據(jù)時(shí)，該模塊就通過RS-485 DP線傳送到上位機(jī)。輸入信號(hào)：電壓輸入：±150 mV，±500 mV，±1V，±5V，±10 V電流輸入：±20

14、mA(需要并接一個(gè)125電阻)ADAM4017應(yīng)用連線如圖3.1.2，3.1.3所示：圖3.1.2 ADAM4017差分輸入通道05圖3.1.3 ADAM4017單端輸入通道673.3模塊初始化和初始化軟件在對(duì)ADAM模塊進(jìn)行初始化之前，應(yīng)將其固定好，通24V直流電，用DP線(RS-485RS232轉(zhuǎn)換器)或通過以太網(wǎng)同上位機(jī)連接，在上位機(jī)安裝ADAM-4000 UTILITY。并用RS485232模塊，將ADAM模塊與上位機(jī)相連。ADAM-4000 UTILITY主界面如圖3.2.1所示 ：選中左側(cè)端口，如COM1，在右側(cè)設(shè)置對(duì)話框中設(shè)置端口：Ø 波特率：9600bpsØ

15、 數(shù)據(jù)位：8Ø 停止位：1Ø 校驗(yàn)位：None模塊初始化：每個(gè)模塊出廠時(shí)都沒有設(shè)置其設(shè)備地址，因此在初始化的時(shí)候，要逐個(gè)通電，逐個(gè)進(jìn)行設(shè)置。將GND與INIT端短接，重新上電。打開ADAM-4000 UTILITY，選擇對(duì)應(yīng)端口，點(diǎn)擊工具欄上的搜索，幾秒鐘后會(huì)出現(xiàn)掃描到的模塊，例如(*)ADAM4017。括號(hào)中的“*”表示模塊現(xiàn)在處于初始化狀態(tài)，點(diǎn)擊Stop Scan。如圖3.2.2所示。撤掉所有的初始化短接線，重新上電、搜索，即可得到圖3.2.3的結(jié)果：圖3.2.2初始化后的設(shè)備單擊要查看的模塊即可看到已經(jīng)設(shè)置好的參數(shù)，并且可以在此進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。監(jiān)測(cè)ADAM4017的8路

16、輸入：把標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)連接到各輸入通道，檢測(cè)模塊的各通道是否工作正常。如圖3.2.5示。3.4執(zhí)行器自動(dòng)調(diào)節(jié)閥按其工作能源形式可分為氣動(dòng)、電動(dòng)、液動(dòng)三大類。氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥用壓縮空氣作為工作能源，主要特點(diǎn)是能在易燃易爆環(huán)境中工作，廣泛地應(yīng)用于化工、煉油等生產(chǎn)過程中；液動(dòng)調(diào)節(jié)閥用液壓推動(dòng)，推力很大，一般生產(chǎn)過程中很少用到；電動(dòng)調(diào)節(jié)閥用電源工作，其特點(diǎn)是能源取用方便，信號(hào)傳遞迅速，但難以在易燃易爆環(huán)境中工作。單容水箱液位控制系統(tǒng)可采用電動(dòng)調(diào)節(jié)閥為執(zhí)行器，如圖3.3所示。3.5電動(dòng)調(diào)節(jié)閥 電動(dòng)調(diào)節(jié)閥對(duì)控制回路流量進(jìn)行調(diào)節(jié)。采用德國(guó)PSL202型智能電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，無(wú)需配伺服放大器，驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用高性能稀土磁性材料制造

17、的同步電機(jī)，運(yùn)行平穩(wěn)，體積小，力矩大，控制精度高?？刂茊卧c電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)一體化，可靠性高，操作方便，并可與計(jì)算機(jī)配套使用，組成最佳調(diào)節(jié)回路。有輸入控制信號(hào)4-20mA及單相電源即可控制與流量、溫度、壓力等參數(shù)的調(diào)節(jié)，具有體積小，重量輕，連線簡(jiǎn)單，泄漏量少的優(yōu)點(diǎn)。采用PS電子式直行程執(zhí)行機(jī)構(gòu)，4-20mA閥門位置反饋信號(hào)輸出雙導(dǎo)向單座柱塞式閥芯，流量具有等百分比特性，直線特性和快開特性，閥門采用彈簧連接，可預(yù)置閥門關(guān)斷力，保證閥門的可靠關(guān)斷，防止泄露。性能穩(wěn)定可靠，控制精度高，使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。圖3.3電動(dòng)調(diào)節(jié)閥3.6水泵采用丹麥蘭富循環(huán)水泵。噪音低，壽命長(zhǎng)，功耗小，220V供電即可，在水泵出水

18、口裝有壓力變送器，與變送器一起可構(gòu)成恒壓供水系統(tǒng)。3.7檢測(cè)變送3.7.1液位傳感器液位傳感器用來(lái)對(duì)下水箱液位的壓力進(jìn)行檢測(cè)，采用工業(yè)的DBYG擴(kuò)散硅壓力變送器，如圖3.5所示。本變送器按標(biāo)準(zhǔn)的二線制傳輸，喜愛用高品質(zhì)低耗精密器件，穩(wěn)定性、可靠性大大提高?？煞奖愕呐c其他DDZ-3X型儀表互換配置，并能直接替換進(jìn)口同類儀表。校驗(yàn)的方法是通電預(yù)熱15分鐘后，分別在零壓力和滿程壓力下檢查輸出電流值。在零壓力下調(diào)整量程電位器，使輸出電流為4mA，在滿量程壓力下調(diào)整量程電位器，使輸出電流為20mA。本傳感器精度為0.5級(jí)，因?yàn)闉槎€制，故工作時(shí)需串24V直流電源。壓力傳感器用來(lái)對(duì)水箱底部壓力進(jìn)行檢測(cè)，采

19、用工業(yè)用的DBYG擴(kuò)散硅壓力變送器，0.5級(jí)精度，二線制4-20mA標(biāo)志信號(hào)輸出。圖3.5 擴(kuò)散硅型壓力變送器3.7.2系統(tǒng)計(jì)算方法如圖2.1所示，設(shè)水箱的進(jìn)水量為Q1，出水量為Q2，水箱的液面高度為h，出水閥V2固定于某一開度值。若Q1作為被控對(duì)象的輸入變量，h為其輸出變量，則該被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型就是h與Q1 之間的數(shù)學(xué)表達(dá)式。根據(jù)動(dòng)態(tài)物料平衡關(guān)系 （3-1） 將式（3-1）表示為增量形式 （3-2）式中，、分別為偏離某一平衡狀態(tài)、的增量； C水箱底面積。 在靜態(tài)時(shí)，=；=0；當(dāng)發(fā)生變化時(shí)，液位h隨之變化，閥處的靜壓也隨之變化，也必然發(fā)生變化。由流體力學(xué)可知，流體在紊流情況下，液位h與流量之

20、間為非線性關(guān)系。但為簡(jiǎn)化起見，經(jīng)線性化處理，則可近似認(rèn)為與成正比，而與閥的阻力成反比，即或 （3-3）式中，為閥的阻力，稱為液阻。將式（3-3）代入式（3-2）可得 （3-4）在零初始條件下，對(duì)上面的式子求拉普拉氏變換，得： （3-5）式中，T=R2C為水箱的時(shí)間常數(shù)（注意：閥V2的開度大小會(huì)影響到水箱的時(shí)間常數(shù)），K=R2為過程的放大倍數(shù)。令輸入流量=，為常量，則輸出液位的高度為： （3-6）即 （3-7）當(dāng)t時(shí)， 因而有 （3-8） 當(dāng)t=T時(shí)，則有 （3-9）第4章 軟件設(shè)計(jì)與說明 本章通過一個(gè)范例，詳細(xì)地介紹ADAM4000和組態(tài)軟件的連接和調(diào)試過程，而詳細(xì)的組態(tài)，以及組態(tài)軟件的PID

21、控制問題在各個(gè)組態(tài)軟件配置書中再介紹。而其他比值控制，串級(jí)控制，前饋反饋控制，解藕控制都可以參考基于組態(tài)王組態(tài)軟件的A3000實(shí)驗(yàn)和測(cè)試培訓(xùn)和基于MCGS組態(tài)軟件的A3000實(shí)驗(yàn)和測(cè)試培訓(xùn)等指導(dǎo)書。4.1單容液位調(diào)節(jié)閥PID單回路控制單容下水箱液位PID控制流程圖如圖4.1.1所示。圖4.1.1 單容下水箱液位調(diào)節(jié)閥PID單回路控制水介質(zhì)由泵P102從水箱V104中加壓獲得壓頭，經(jīng)由調(diào)節(jié)閥FV101進(jìn)入水箱V103，通過手閥QV-116回流至水箱V104而形成水循環(huán)；其中，水箱V103的液位由LT103測(cè)得，用調(diào)節(jié)手閥QV-116的開啟程度來(lái)模擬負(fù)載的大小。本例為定值自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，F(xiàn)V101為

22、操縱變量，LT103為被控變量，采用PID調(diào)節(jié)來(lái)完成。4.2 范例的組態(tài)軟件編程這里不介紹具體的組態(tài)軟件編程過程，只是介紹常用的組態(tài)軟件和控制器之間的設(shè)備組態(tài)，以及數(shù)據(jù)詞典（或稱為標(biāo)簽）的建立。對(duì)于ADAM4000、PCI1711卡以及ADAM5000CAN等DDC控制系統(tǒng)，需要計(jì)算機(jī)提供PID控制算法。在組態(tài)軟件中基本都提供了PID控件，可以利用這些控件來(lái)控制液位PID控制。具體這些內(nèi)容請(qǐng)參考各個(gè)組態(tài)軟件的培訓(xùn)說明。4.2.1 組態(tài)王設(shè)備組態(tài)ADAM4000是DDC控制器，不具有控制算法，所以必須由計(jì)算機(jī)直接控制。包括了ADAM4017，ADAM4024模塊，對(duì)應(yīng)地址分別是1，2。通過研華的

23、軟件來(lái)設(shè)置地址，并設(shè)置通訊波特率9600bps，無(wú)校驗(yàn)，數(shù)據(jù)位8，停止位1，通訊超時(shí)3000ms，通訊方式RS485，選擇checksum屬性。在這里僅介紹組態(tài)王軟件和它通訊的內(nèi)容，有關(guān)其他部分請(qǐng)參考基于組態(tài)王軟件的A3000實(shí)驗(yàn)和測(cè)試培訓(xùn)參考書。詳細(xì)過程如下：新建工程項(xiàng)目。然后選擇設(shè)備，COM1。然后再工作區(qū)選擇“新建”。如圖4.2.1所示。雙擊，在設(shè)備配置向?qū)a(chǎn)廠家、設(shè)備名稱、通訊方式窗口中，如圖4.2.2所示，選擇“智能模塊”，“亞當(dāng)4000系列”“Adam4017”。選擇“下一步”。然后設(shè)置串口號(hào)，依據(jù)計(jì)算機(jī)的通訊端口來(lái)選擇。這個(gè)端口可以以后按照同樣的步驟來(lái)更改單擊“下一步”，然后設(shè)

24、置地址，首先設(shè)置內(nèi)給定儀表，所以設(shè)定地址1。如果單擊“地址幫助”按鈕，則可以看到詳細(xì)的有關(guān)百特儀表的地址設(shè)置，以及數(shù)據(jù)定義的幫助過程。單擊“下一步”，設(shè)置通訊參數(shù)，不需要改變?nèi)魏螀?shù)，單擊完成，就可以看到整個(gè)設(shè)置的參數(shù)。重復(fù)上面的過程，但是地址設(shè)置為2，邏輯名A4024。最后設(shè)置串口通訊參數(shù)，雙擊左邊窗口中的“設(shè)備”“COM1”。設(shè)置如圖2.2.3所示。圖4.2.3 串口設(shè)置4.3 組態(tài)王軟件設(shè)計(jì)組態(tài)王kingview6.55是亞控科技根據(jù)當(dāng)前的自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，面向低端自動(dòng)化市場(chǎng)及應(yīng)用，以實(shí)現(xiàn)企業(yè)一體化為目標(biāo)開發(fā)的一套產(chǎn)品。該產(chǎn)品以搭建戰(zhàn)略性工業(yè)應(yīng)用服務(wù)平臺(tái)為目標(biāo)，集成了對(duì)亞控科技自主研

25、發(fā)的工業(yè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)（KingHistorian）的支持，可以為企業(yè)提供一個(gè)對(duì)整個(gè)生產(chǎn)流程進(jìn)行數(shù)據(jù)匯總、分析及管理的有效平臺(tái)，使企業(yè)能夠及時(shí)有效地獲取信息，及時(shí)地做出反應(yīng)，以獲得最優(yōu)化的結(jié)果。組態(tài)王的程序設(shè)計(jì)主要分為5個(gè)階段：創(chuàng)建工程定義I/O設(shè)備數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)用戶窗口及動(dòng)畫連接程序調(diào)試。下面主要介紹如何定義I/O設(shè)備，數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)以及用戶窗口的設(shè)計(jì)過程。4.3.1 定義I/O設(shè)備本系統(tǒng)中監(jiān)控計(jì)算機(jī)與S7-300PLC采用以太網(wǎng)的方式進(jìn)行通信，定義IO設(shè)備包括指定設(shè)備驅(qū)動(dòng)，地址，邏輯名等關(guān)鍵參數(shù)。選擇工程瀏覽器左側(cè)“設(shè)備COM1”，雙擊“新建”圖標(biāo)，運(yùn)行“設(shè)備配置向?qū)А?，在組態(tài)王的設(shè)備庫(kù)中找到西門

26、子S7-300系列PLC并選擇TCP方式通信，如圖4.4所示。然后定義PLC的IP地址及CPU插槽號(hào)，通信時(shí)要使得監(jiān)控計(jì)算機(jī)與PLC在同一個(gè)局域網(wǎng)內(nèi)。圖4.4 組態(tài)王IO設(shè)備定義4.3.2 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)是“組態(tài)王”軟件的核心部分，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)，所有這一切都是以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)為中介環(huán)節(jié)，所以說數(shù)據(jù)庫(kù)是聯(lián)系上位機(jī)和下位機(jī)的橋梁。選擇工程瀏覽器左側(cè)大綱項(xiàng)“數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)詞典”，在工程瀏覽器右側(cè)用鼠標(biāo)左鍵雙擊“新建”圖標(biāo)，彈出“變量屬性”對(duì)話框。此對(duì)話框可以對(duì)數(shù)據(jù)變量完成定義、修改等操作，以及數(shù)據(jù)庫(kù)的管理工作。在“變量名”處輸

27、入變量名，如：PID0_PV；在“變量類型”處選擇變量類型如：IO實(shí)數(shù)，如圖4.5所示。圖4.5 變量的定義 本系統(tǒng)在數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)過程中需要定義的變量如表4.1所示：4.1 數(shù)據(jù)庫(kù)變量表序號(hào)標(biāo) 記 名描 述最小值最大值數(shù)據(jù)類型讀寫屬性1PID0_PVPID0輸入： AI0測(cè)量值0100FLOAT只讀2PID0_SPPID0設(shè)定值0100FLOAT只寫3PID0_MAN手動(dòng)輸出值0100FLOAT只寫4PID0_MVPID0的輸出值0100FLOAT只讀5PID0_PPID0 比例-100k100kFLOAT只寫6PID0_IPID0 積分，單位：毫秒0100MFLOAT只寫7PID0_DPID

28、0 微分，單位：毫秒0100MFLOAT只寫8AI1AI1測(cè)量值：閥位信號(hào)0100FLOAT只讀9PID0_AM手自動(dòng)切換0255BYTE只寫10PID0_DI_SELPID0的積分微分是否動(dòng)作0255BYTE讀寫4.3.3監(jiān)控畫面的設(shè)計(jì)對(duì)于用戶窗口主要包括單容液位控制窗口、實(shí)時(shí)曲線窗口報(bào)警。單容液位控制窗口是整個(gè)系統(tǒng)的主要的界面，曲線窗口是系統(tǒng)運(yùn)行中所產(chǎn)生的實(shí)時(shí)的和歷史的運(yùn)行曲線，存盤數(shù)據(jù)窗口主要是用來(lái)存放系統(tǒng)運(yùn)行過程中所采集到的設(shè)備的數(shù)據(jù)。單容水箱液位PID控制系統(tǒng)的組態(tài)窗口中主要包括水箱、電機(jī)、泵，儲(chǔ)水池、閥、PID及設(shè)定值設(shè)定界面、曲線界面等。主要功能是在系統(tǒng)運(yùn)行的過程中起到模擬現(xiàn)場(chǎng)設(shè)

29、備的作用，可以利用實(shí)時(shí)曲線和歷史曲線窗口來(lái)觀察系統(tǒng)運(yùn)行過程中系統(tǒng)是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。圖4-6 單容水箱液位控制系統(tǒng)組態(tài)界面圖第5章 調(diào)試結(jié)果與必要的調(diào)試說明 5.1調(diào)試及運(yùn)行結(jié)果 系統(tǒng)進(jìn)入運(yùn)行界面后，首先設(shè)置設(shè)定值為20，調(diào)整比例系數(shù)K，待系統(tǒng)穩(wěn)定后，通過改變?cè)O(shè)定值來(lái)對(duì)系統(tǒng)加擾動(dòng)信號(hào)再加入積分作用，即在界面上設(shè)置積分時(shí)間Ti不為0，微分時(shí)間（Td）參數(shù)設(shè)為0.觀察被控制量是否能回到設(shè)定值，即把軟件界面上設(shè)置，觀察系統(tǒng)運(yùn)行是否得到合適的曲線。(P=35時(shí)，曲線為下圖所示)圖5-1 MCGS運(yùn)行結(jié)果畫面另一運(yùn)行結(jié)果：圖5-2 運(yùn)行結(jié)果第6章 使用說明6.1系統(tǒng)使用簡(jiǎn)介：1. 關(guān)閉閥門00，往AE2000B2型過程控制對(duì)象的儲(chǔ)水箱灌水，水位達(dá)到總高度的90以上時(shí)停止灌水。2.打開以西山泵為動(dòng)力的支路至上水箱的所有閥門，關(guān)閉動(dòng)力支路上通往其它對(duì)象的切換閥門。3. 打開上水箱出水閥，開至適當(dāng)?shù)拈_度。4.在電源關(guān)閉的情況下對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行連線將I/O信號(hào)接口板上的上水箱液位的鈕子開關(guān)打到15V位置。將上水箱液位+（正極）接到ICP7017的AI0+端，上水箱液位（負(fù)極 ）接到ICP7017的AI0端。將ICP7024的AO0+端接至電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的420mA輸入端的+端（即正極），將ICP7024的AO0端接至電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的420mA輸入端