計算機(jī)控制系統(tǒng)實驗

計算機(jī)控制系統(tǒng)實驗

計算機(jī)控制系統(tǒng)

實驗說明

清華大學(xué)自動化系

《計算機(jī)控制系統(tǒng)》一一王錦標(biāo)

計算機(jī)控制系統(tǒng)實驗

目錄

實驗一.單容水箱水位單回路PID控制系統(tǒng)

實驗二.雙容水箱水位串級PID控制系統(tǒng)

實驗三.十字路口交通信號燈的邏輯控制

實驗四.人行橫道斑馬線兩端紅綠燈的邏輯控制

實驗五.物料罐順序控制

實驗六.反應(yīng)器順序控制

《計算機(jī)控制系統(tǒng)》一一王錦標(biāo)2

計算機(jī)控制系統(tǒng)實驗

緒論

WonderwareFactorySuite概述

WonderwareFactorySuite是基于微軟Windows操作系統(tǒng)的監(jiān)控組態(tài)軟件，具有操作監(jiān)控環(huán)

境，并可以改進(jìn)和擴(kuò)展視窗，為研究者和使用者準(zhǔn)備了完善的組件，其中InTouch組件和

InControl組件應(yīng)用最為普遍。

1.1InTouch

InTouch組件是Wonderware公司開發(fā)的FactorySuite2000中的-'個核心組件。它具有人機(jī)

接口界面或HM/）和面向?qū)ο蟮膱D形開發(fā)環(huán)境，便于高效、快捷地配置用戶的應(yīng)用程序。

它在報警和歷史趨勢功能，方便了對系統(tǒng)的監(jiān)控。

InTouch通過DDE和擴(kuò)展的NetDDE方式，可與本機(jī)和其它計算機(jī)中的應(yīng)用程序?qū)崟r交

換數(shù)據(jù)。同時，它支持通過OQ8C訪問各種類型的數(shù)據(jù)庫，便于系統(tǒng)的綜合管理。

InTouch支持標(biāo)準(zhǔn)的ActiveX技術(shù)，使用戶可以輕松地為自己的應(yīng)用程序開發(fā)各種網(wǎng)絡(luò)多

媒體功能。它提供了多種通信協(xié)議轉(zhuǎn)換接口——I/OServer,能方便地連接到各種控制設(shè)備和

計算機(jī)控制系統(tǒng)。

1.2InControl

/"CoRm/組件是一個實時應(yīng)用程序引擎，亦稱“軟PLC”，具有邏輯控制、順序控制和

連續(xù)控制的功能。

。。加股/支持多種友好的開發(fā)方式：邏輯梯形圖（LD）,順序功能圖（SR?）和結(jié)構(gòu)文

本（ST）o

可以連接多種〃。系統(tǒng)、SuiteLink^OPCServer。增強(qiáng)了

Ricfo/ySMe的可操作性和處理實時數(shù)據(jù)的能力。/"?！毙赖哪K化設(shè)計，加上OPC和成

的通信方式是一套靈活、可擴(kuò)展的軟件包，適用于連續(xù)過程和離散制造行業(yè)。

/"Con/r從支持多種編程語言，/"COM/世/和/"owe/?配合使用，增強(qiáng)了〃的腳本功能，

并具備控制功能。

打開WonderwareFactorySuite

打開計算機(jī)，點擊開始，找到WondenvareFactorySuite的路徑，可以看到它包含的組件，

如InTouch,InControLSQLServer等，如圖0-1所示。

本實驗只用到InControl和/〃加〃<"點擊打開這兩個組件，出現(xiàn)/“Co必〃和/〃的

工程管理器仍可。以Manager）窗口，如圖0?2、圖0-3所示。

可以用InTouch工程管理器窗口中的“工具”菜單下的“查找應(yīng)用程序”查找需要的程序。

勿Con/m/可直接用“Search”查找。

《計算機(jī)控制系統(tǒng)》一一王錦標(biāo)3

計算機(jī)控制系統(tǒng)實驗

■PXH2，

?“戶wIJ!

t，"RhWMW/?WraI。?e

SDflfwXMtl)fw

|口防坳西痣D香Q1蟠HlS

,5玨

圖0-3

《計算機(jī)控制系統(tǒng)》一一王錦標(biāo)4

計算機(jī)控制系統(tǒng)實驗

實驗一單容水箱水位單回路PID控制系統(tǒng)

本實驗實現(xiàn)單容水箱的控制，利用尸〃)控制器控制其水位。雙擊。TbwA工程管理器中的

“單容水箱PID控制”，出現(xiàn)“打開窗口”對話框，如圖1-1所示，選中Main確定，出現(xiàn)

WindowMaker,即/的開發(fā)界面，如圖1-2所示。

人機(jī)界面是在這里開發(fā)的，界面中包含以下幾個部分：

?水箱、閥門、水位變送器、尸也控制器、管道等；

?加控制面板，包括控制參數(shù)的輸入、顯示、自動和手動的選擇、尸〃)參數(shù)設(shè)置；

?各個參數(shù)的實時趨勢圖、歷史趨勢圖、報警設(shè)置。

圖

口MkU?>?T*u)*LWhitt'Afi",

《計算機(jī)控制系統(tǒng)》一一王錦標(biāo)5

計算機(jī)控制系統(tǒng)實驗

雙擊/管理器耳1的”單容水箱PZD控制“，出現(xiàn)TnCon/rHDevelopmentEnvironment

窗口，這里可對尸⑷控制對象進(jìn)行配置，包括采樣時間、尸/。控制參數(shù)等。按下工具欄（Tbo/Oar）

中的"Co“〃ecf加ieEngine”按鈕后，點擊"RunProject''按鈕（黑色箭頭），InControl運

行，如圖7-3所示。

圖1-3

在。7bw/iWindowMHer中按下右上角"運行"按鈕，W加dowViewer出現(xiàn)，如圖7-4所示。

圖1-4

在Viewer中，可以進(jìn)行水箱水位的ZTO控制實驗。左側(cè)是整個水箱回路演示，自動方式下

進(jìn)水閥由。C。加中的產(chǎn)血模塊控制，手動方式下可由操作人員改變其開度。水箱旁邊有水位

顯示數(shù)值，點擊VWve2按鈕可改變出水閥門開度。

《計算機(jī)控制系統(tǒng)》一一王錦標(biāo)6

計算機(jī)控制系統(tǒng)實驗

控制面板中，A，"。和Ma〃按鈕分別是自動和手動控制方式選擇，棒圖和上邊的值顯示窗口

分別表示控制量（黃色）Valvejn（入水閥門的開度），被控量（紅色）PV（水箱水位）,

設(shè)定值（綠色）SP（水位設(shè)定）。中間細(xì)線表示水位報警上下限。游標(biāo)可上下滑動改變設(shè)定值。

右側(cè)的P0調(diào)節(jié)按鈕可改變P/O參數(shù)，點擊尸按鈕，出現(xiàn)對話框如圖7-5所示，這里可對比

例增益Kc進(jìn)行設(shè)定，同樣也可以改變積分時間常數(shù)Ti,微分時間常數(shù)Td。

窗口下方是控制參數(shù)實時趨勢曲線，紅色曲線表示被控量水箱水位，黑色表示控制量進(jìn)

水閥門開度，綠色表示水位設(shè)定值。點擊右上角的HistoricalTrend按鈕出現(xiàn)歷史趨勢曲線顯示

窗口，如圖7-6所示。點擊按鈕出現(xiàn)報警窗口，如圖7-7所示。

圖1-7

《計算機(jī)控制系統(tǒng)》一一王錦標(biāo)7

計算機(jī)控制系統(tǒng)實驗

實驗二雙容水箱水位串級PID控制系統(tǒng)

雙擊。工程管理器（如圖0-3）中的“雙容水箱串級控制”，出現(xiàn)“打開窗口”對

話框，選中確定，出現(xiàn)即/"Tbwc/z開發(fā)界面，如圖2-1所

示。

界面與單容水箱結(jié)構(gòu)相似，但要有兩個回路和兩個控制面板。

令主回路中有主調(diào)節(jié)器、主變送器、主對象，無調(diào)節(jié)閥：

副回路中有副調(diào)節(jié)器、副變送器、副對象以及調(diào)節(jié)閥；

令主調(diào)節(jié)器具有內(nèi)給的設(shè)定值，其輸出作為副調(diào)節(jié)器的設(shè)定值；

副回路具有外給的設(shè)定值，即來自主調(diào)節(jié)器的輸出；

令主回路調(diào)節(jié)主參數(shù)，如主回路水箱水位；

副回路調(diào)節(jié)副參數(shù)，如副回路水箱水位。

可(

?a

?#1

r

L

:?z

1-

雙擊/工程管理器（如圖0-2）中的“雙容水箱串級控制”，出iHUnControlDevelopment

Environment^□,這里用兩個尸分別控制主回路和副回路。按.卜“ConnectRuntimeEngine”

按鈕后，點擊“RunProject”按鈕，運行，如圖2-2所示。

《計算機(jī)控制系統(tǒng)》一一王錦標(biāo)8

計算機(jī)控制系統(tǒng)實驗

圖2-2

在/“Tbw/zW加dowAf成er中按下右上角"運行"按鈕，W加dowViewer出現(xiàn)，如圖2-3所

/J''O

圖2-3

這時。和。CoW/H連接起來，在Viewer中，可以進(jìn)行雙容水箱水位的串級控制實

驗。左側(cè)是整個水箱回路演示，進(jìn)水閥由/〃C。川中的產(chǎn)。模塊控制，手動方式下可由操作

人員改變其開度。水箱旁邊有標(biāo)尺，可以手動改變出水閥門開度。

窗口下方是控制參數(shù)實時趨勢曲線，紅色曲線表示被控量水箱水位，黑色曲線表示水位

設(shè)定值，藍(lán)色曲線表示控制量入水閥門開度。

控制面板中，Auto^Cas和按鈕分別是自動、串級和手動控制方式選擇，棒圖和下邊

《計算機(jī)控制系統(tǒng)》一一王錦標(biāo)9

計算機(jī)控制系統(tǒng)實驗

的值顯示窗口分別表示控制量MK被控量P叭設(shè)定值SP。游標(biāo)可上下滑動改變設(shè)定值。

在主回路自動、副回路串級的方式下，在/WindowWewer的主回路控制面板中可通

過游標(biāo)或數(shù)值輸入改變水位設(shè)定值SP,/〃C。，加3中的主回路控制器的控制量作為副回路的

設(shè)定值，副回路尸控制器再根據(jù)這個設(shè)定值和副回路水箱水位，自動調(diào)節(jié)進(jìn)水閥，使主回路

水位達(dá)到設(shè)定值。手動方式下可自行改變進(jìn)水閥門開度?？刂七^程曲線如圖2-3所示

右側(cè)的產(chǎn)/。調(diào)節(jié)按鈕可改變尸參數(shù)，這里可改變比例增益Kc、積分時間77、微分時間7d

的值。

根據(jù)實時趨勢曲線可在WindowViewer中調(diào)節(jié)PID參數(shù)，使水位盡快穩(wěn)定在設(shè)定

值。

《計算機(jī)控制系統(tǒng)》一一王錦標(biāo)10

計算機(jī)控制系統(tǒng)實驗

實驗三十字路口交通信號燈的邏輯控制

本實驗是在計算機(jī)中模擬十字路口交通信號燈的邏輯控制。

人機(jī)界面有顯示給車輛的紅綠指示燈，并有車輛的模擬動畫。當(dāng)啟動開關(guān)接通時，首先

南北紅燈亮和東西綠燈亮，然后東西紅燈亮和南北綠燈亮，周而復(fù)始。具體要求如下：

>南北紅燈亮30秒，與此同時，東西綠燈亮25秒再閃爍3秒后熄滅，接著東西黃燈亮2

秒后熄滅。

>東西紅燈亮35秒，與此同時，南北綠燈亮30秒再閃爍3秒后熄滅，接著南北黃燈亮2

秒后熄滅。

>上述時序，周而復(fù)始。

>夜間無交警值班，啟動開關(guān)斷開時，東西黃燈和南北黃燈皆閃爍。

>東西綠燈和南北綠燈不能同時亮，否則產(chǎn)生報警。

雙擊/工程管理器（如圖0-3）中的“CROSSR0W”，出現(xiàn)“打開窗口”對話框，

選中"cn?s/w?/”確定，出現(xiàn)W加dowM成er,即紅綠燈演示的開發(fā)界面，如圖3-1所示。

《計算機(jī)控制系統(tǒng)》一一王錦標(biāo)11

計算機(jī)控制系統(tǒng)實驗

雙擊InControl工程管理器（如圖0-2）中的"CROSSROAD”,出現(xiàn)InControlDevelopment

窗口，這里用邏輯梯形圖進(jìn)行控制。按下"Co〃〃ec/加/eE"g加e"按鈕后，點

擊“RimProject"按鈕，運行，如圖3-2所示。

圖3-2

邏輯分析如下：

>當(dāng)啟動開關(guān)接通時，南北紅燈亮，東西綠燈亮。定時器開始計時，25秒后，東西綠燈閃

爍；3秒后，繼電器。2斷開，導(dǎo)致東西綠燈熄滅；定時器743開始計時，使繼電器。3

接通，東西黃燈亮；T43計到2秒，繼電器。3斷開，導(dǎo)致東西黃燈熄滅。此時，74。計

到30秒，繼電器斷開，導(dǎo)致南北紅燈熄滅。

>與此同時，繼電器。4接通，東西紅燈亮；繼電器。5接通，南北綠燈亮。740的常開觸

點接通時，使東西紅燈定時器744和南北綠燈定時器T45開始計時;745計至IJ3。秒，定

時器746開始計時，南北綠燈閃爍；746計到3秒，繼電器。5斷開，導(dǎo)致南北綠燈熄滅;

定時器747開始計時，使繼電器Q6接通，南北黃燈亮；747計到2秒，繼電器斷開,

導(dǎo)致南北黃燈熄滅。此時，T44計到35秒，使南北紅燈定時器740開始新的計時，一方

面導(dǎo)致繼電器Q4斷開，東西紅燈熄滅；另一方面導(dǎo)致繼電器接通，南北紅燈亮；重

復(fù)上述過程。

>夜間無交警值班，啟動開關(guān)斷開時，W的常閉觸點接通，由定時器748和749組成的振

蕩回路，觸發(fā)東西黃燈和南北黃燈閃爍。

>如果東西綠燈和南北綠燈同時亮，即Q2和Q5同時接通，則使繼電器接通，產(chǎn)生報警信

號。

《計算機(jī)控制系統(tǒng)》一一王錦標(biāo)12

計算機(jī)控制系統(tǒng)實驗

在/“Tbwc/?W加dowMofcer中按下右上角"運行"按鈕，W加dowWewer出現(xiàn)，如圖3-3和

圖3-4所示，此時沒有按下按鈕，紅色箭頭閃爍表示車流。

當(dāng)按下“START”按鈕時，南北紅燈亮30秒，與此同時，東西綠燈亮25秒再閃爍3秒后

熄滅，接著東西黃燈亮2秒后熄滅，東西紅燈亮35秒，與此同時，南北綠燈亮30秒再閃爍3

秒后熄滅，接著南北黃燈亮2秒后熄滅。

圖3-3圖3-4

夜間無交警值班，啟動開關(guān)斷開時、東西黃燈和南北黃燈皆閃爍，如圖3-5所示。

東西綠燈和南北綠燈不能同時亮，否則產(chǎn)生報警，如圖3-6所示。

圖3-5圖3-6

《計算機(jī)控制系統(tǒng)》一一王錦標(biāo)13

計算機(jī)控制系統(tǒng)實驗

實驗四.人行橫道斑馬線兩端紅綠燈的邏輯控制

本實驗是在計算機(jī)中模擬公路上人行橫道斑馬線兩端紅綠燈的變化。

人機(jī)界面有顯示給車輛的紅綠燈和示意行人可否通過的指示燈，并有行人的模擬動畫。

控制功能要求在行人觸動按鈕后，指示燈為“紅燈”，行人通過后按下“復(fù)位”鍵，或者如果

行人忘記按“復(fù)位”鍵，則經(jīng)過36秒自動復(fù)位，指示車輛可通過。此期間如果還有行人觸動

按鈕，則重新計時。

雙擊InTouch工程管理器（如圖0-3）中的“紅綠燈”，出現(xiàn)“打開窗口”對話框，選中“Ma加”

確定，出現(xiàn)Wi,WowM成er,即紅綠燈演示的開發(fā)界面，如圖4-1所示。

圖

《計算機(jī)控制系統(tǒng)》一一王錦標(biāo)14

計算機(jī)控制系統(tǒng)實驗

雙擊加Co欣四工程管理器(如圖0-2)中的“紅綠燈邏輯梯形圖控制”，出現(xiàn)而。。癡/3

DevelopmentEnvironment^□,這里用邏輯梯形圖進(jìn)行控制。按下"ConnectRuntimeEngine

按鈕后，點擊“RunProject"按鈕，/"CoRm/運行，如圖4-2所示。

圖4-2

邏輯分析如下：

初始狀態(tài)綠燈亮，車輛允許通過；

當(dāng)有按鈕觸動后，BiUton_left或Button_right會有-一個從0到1的跳變，此時將Eve/rt置7,表

示按鈕觸動事件發(fā)生，同時將相應(yīng)的行人標(biāo)志置位(left或right)；

當(dāng)Even/為1時，紅燈亮、綠燈滅；

當(dāng)Eve"為I時，計時器開始計時，如果無新的按鈕觸動事件，那么36秒后Eve,"復(fù)位為0；

如果有新的按鈕觸動事件，即3〃加〃_用戶或初有一個從0到I的跳變，則計時器清

零，重新開始計時，到36秒Eve/tf復(fù)位；

Event為0后,將紅綠燈恢復(fù)到初始狀態(tài)；

邏輯梯形圖逐層循環(huán)掃描，一旦當(dāng)前狀態(tài)滿足某一層的條件時，則執(zhí)行此層的動作。綠

色表示此變量當(dāng)前為真。

在/"Tbnc/?W加dowM成er中按下右上角"運行"按鈕，WindowViewer出現(xiàn)，如圖4-3所

示，此時沒有按下按鈕，小汽車可以行走。

當(dāng)按下按鈕時，紅燈亮，綠燈滅，行人通過標(biāo)志閃爍，相應(yīng)的卡通小人開始走動，如圖

4-4所示。在行人通過期間又有人按下按鈕，則計時器清零，重新開始計時至36秒，紅綠燈

及行人通過標(biāo)志復(fù)位，按下“復(fù)位”按鈕可使卡通小人回到原位。

《計算機(jī)控制系統(tǒng)》一一王錦標(biāo)15

計算機(jī)控制系統(tǒng)實驗

圖4-3圖4-4

《計算機(jī)控制系統(tǒng)》一一王錦標(biāo)16

計算機(jī)控制系統(tǒng)實驗

實驗五.物料罐順序控制

本實驗是在計算機(jī)中模擬利用順序功能圖（SF0對物料罐進(jìn)行控制。

雙擊。7b“c/i工程管理器（如圖0-3）中的“物料罐”，出現(xiàn)“打開窗口”對話框，選中“物

料罐”確定，出現(xiàn)WEdowM成er,即物料槽順序控制演示的開發(fā)界面，如圖5-1所示。

MtD“啾”?d?

>DCTWGl<41A

物料罅順序:控制演小

PlgRW*

Unt<uit1t

■小

—.ng1如全

圖5"

物料罐的料位為邏輯控制，物料罐上下分別安裝了液位測量開關(guān)心”、LL.用兩臺進(jìn)料泵

進(jìn)料?，分別由泵尸/、&控制。當(dāng)液位低于低限LL時，P1、&同時打開，以便盡快使料位上

升到正常液位；當(dāng)液位在高低限值范圍內(nèi)為正常，只有一個泵打開，而且采用交替打開方式，

即上次是力打開，下次在單個泵打開時應(yīng)是P2,反之交替，依次循環(huán)；當(dāng)液位高于高限〃/

時，兩個進(jìn)料泵都關(guān)閉。

液位低于低限LL時，邏輯變量LL=7;高于低限LL時，邏輯變量LL=。。

液位高于高限時，邏輯變量以7=0;低于高限〃/時，邏輯變量〃/=1。

泵打開時為綠色閃爍，關(guān)閉時為灰色。出料閥門開度可自行設(shè)置，進(jìn)料泵力、尸2只可全

開或全閉，由InControl控制。

雙擊InControl工程管理器（如圖0-2）中的"物料罐"，出現(xiàn)InControlDevelopment

窗口，這里用邏輯梯形圖進(jìn)行控制。按下“Co〃〃e”R“加加zeE"g加e”按鈕后，點

擊"R"〃巧切ecf"按鈕，/"CoWn?/運行，如圖5-2所示。

《計算機(jī)控制系統(tǒng)》一一王錦標(biāo)17

計算機(jī)控制系統(tǒng)實驗

圖5-2

在S他中，從開始，根據(jù)條件判斷向下運行，當(dāng)料位在正常范圍內(nèi)，總是有兩種可

能，需要分支判斷，并作相應(yīng)的動作。同一時刻選擇序列的分支步中只能有一個滿足轉(zhuǎn)換

（Thwisifio”）條件，當(dāng)條件為真（7h/e）時，則從前一步轉(zhuǎn)換到后一步；反之，當(dāng)條件為假（Rz/se）

時，則不能從前一步轉(zhuǎn)換到后一步。當(dāng)EN0_co〃為7時，順序控制功能結(jié)束，即走到E/以這

一步。

例如，在步5活動^Active）時，使進(jìn)料泵P2打開，液位的變化有兩種可能，一種可能

是液位降低，直到低于低限CLL=1\則步5前進(jìn)到步6,使進(jìn)料泵P7打開：另一種可能是

液位升高，直到高于高限（LH=0）,則步5前進(jìn)到步/,使進(jìn)料泵尸2關(guān)閉。

每一步（Step）對應(yīng),?個命令（Command）,打開或關(guān)閉進(jìn)料泵，這是通過邏輯梯形圖實

現(xiàn)的。雙擊Ac6o〃方框，出現(xiàn)邏輯梯形圖開發(fā)界面如圖5-3所示，表示當(dāng)END」。"不為1時,

將以/N置為1,即打開泵P2。其它泵的開關(guān)命令與此相似。

圖5-3

《計算機(jī)控制系統(tǒng)》一一王錦標(biāo)18

計算機(jī)控制系統(tǒng)實驗

在加W加dowM成er中按下右上角"運行"按鈕，W加dowViewer運行，如圖5?4所

示。

UltfMHliWVwiuwVtKwcv-IfV**ISadfljJBJ

父種inr：

圖5-4

可以在畫面上選擇控制用的c。，"加“e或6e成，改變出料閥門開度。順序捽制按要求循環(huán)

下去，如果料位過限則報警燈變紅并閃爍，調(diào)整兩個泵的開或關(guān)，使料位基本保持在正常范

圍內(nèi)。

《計算機(jī)控制系統(tǒng)》一一王錦標(biāo)79

計算機(jī)控制系統(tǒng)實驗

實驗六.反應(yīng)器順序控制

本實驗是在計算機(jī)中模擬利用順序功能圖岱FC）對反應(yīng)器進(jìn)行控制。

雙擊InTouch工程管理器（如圖0-3）中的“物料槽順序控制”，出現(xiàn)“打開窗口”對話

框，選中“反應(yīng)器”確定，出現(xiàn)WindowM成er,即物料槽順序控制演示的開發(fā)界面，如圖6-1

所示。

反應(yīng)5?的坦11、.-I：攪撲控制

r?BiMi0<X>.O

?.0.0K?-M.0.0

I.lit94

jnt種加,八真一日

X山z…II

=a=

I吁]

,?i__J*￡i1_______________________________________________________________iJ

>OK3z??一、??？?？,??.

n*?、?HM1?

—].。工A***J?VHW?|)?■；S|，)?“」q81?JR!*=4OQbU31B

圖6?1

雙擊InControl工程管理器（如圖0-2）中的“反應(yīng)器”，出現(xiàn)InControlDevelopment

Emimj刖e〃￡窗口，這里用邏輯梯形圖進(jìn)行控制。按下"ConnectRuntimeEngine”按鈕后，點

擊“RunProject”按鈕，加Co〃fro/運行，如圖6?2所示。

《計算機(jī)控制系統(tǒng)》一一王錦標(biāo)20

計算機(jī)控制系統(tǒng)實驗

圖6-2

每一步(Step)對應(yīng)一個命令(Command),打開或關(guān)閉進(jìn)料閥，這是通過邏輯梯形圖實

現(xiàn)的。雙擊方框，出現(xiàn)邏輯梯形圖開發(fā)界面，如圖6-3所示。

圖6-3

在/W加dowM成er中按下右上角"運行"按鈕，W加dowViewer運行，如圖6-4所

示，圖6-4是攪拌加熱的模擬圖。

《計算機(jī)控制系統(tǒng)》一一王錦標(biāo)21

計算機(jī)控制系統(tǒng)實驗

圖6-4

按下啟動按鈕，兩種反應(yīng)物料分別由進(jìn)料閥VI和V2進(jìn)入反應(yīng)器，并分別用流量表F1

和時計物料量，達(dá)到預(yù)定流量時關(guān)進(jìn)料閥；當(dāng)兩種物料皆達(dá)到預(yù)定流量時，啟動攪拌器，開

蒸汽閥用蒸汽加熱，同時啟動定時器77;當(dāng)77計到30。秒時，關(guān)攪拌器和蒸汽閥，并開出料

閥：當(dāng)反應(yīng)器內(nèi)物料達(dá)到下限時，關(guān)出料閥；至此反應(yīng)器的控制過程結(jié)束。

《計算機(jī)控制系統(tǒng)》一一王錦標(biāo)22

計算機(jī)連續(xù)控制系統(tǒng)實驗

計算機(jī)控制系統(tǒng)

計算機(jī)連續(xù)控制系統(tǒng)實驗

清華大學(xué)自動化系

《計算機(jī)控制系統(tǒng)》——王錦標(biāo)

計算機(jī)連續(xù)控制系統(tǒng)實驗

計算機(jī)連續(xù)控制系統(tǒng)實驗

“基于PC監(jiān)控組態(tài)軟件的連續(xù)控制技能”

實驗案例設(shè)計

清華大學(xué)自動化系

目錄

一、案例名稱

二、測試目的

三、測試知識點

四、案例設(shè)計(1)

單容水箱水位單回路PID控制系統(tǒng)

4.1測試硬件

4.2測試軟件

4.3測試原理

4.4測試步驟

五、案例設(shè)計(2)

雙容水箱水位串級PID控制系統(tǒng)

5.1測試硬件

5.2測試軟件

5.3測試原理

5.4測試步驟

《計算機(jī)控制系統(tǒng)》——王錦標(biāo)

計算機(jī)連續(xù)控制系統(tǒng)實驗

“基于PC監(jiān)控組態(tài)軟件的連續(xù)控制技能”

實驗案例設(shè)計

清華大學(xué)自動化系

一、案例名稱

類型：計算機(jī)控制系統(tǒng)技能測試

名稱：基于PC監(jiān)捽組態(tài)軟件的連續(xù)控制技能

二、測試目的

1.掌握加7b")中常見連續(xù)對象及其控制系統(tǒng)的圖形繪制和動畫編輯。

2.掌握。結(jié)構(gòu)化程序、工廠控制模塊、用戶函數(shù)的編寫和調(diào)用。

3.以單容/雙容水箱為例，了解對簡單連續(xù)對象進(jìn)行仿真的方法。

4.以單回路/串級尸/?？刂茷槔?，掌握控制模塊的使用，熟悉自動/手動無擾動切換。

5.掌握加7bMz與加/的連接和運行，在運行中進(jìn)行控制操作和參數(shù)整定。

三、測試知識點

1.InTouch圖形界面的繪制

(1)在WindowMaker中建立和編輯多個窗口；

(2)繪制連續(xù)系統(tǒng)的常用工廠器件，包括水箱、閥門、管道、傳感器、控制器等:

(3)繪制常用控件，包括按鈕、游標(biāo)、標(biāo)尺等；

(4)添加數(shù)值顯示、消息顯示、實時趨勢圖等對象；

(5)繪制直線、矩形、圓等基本幾何圖形；

(6)編輯圖形，改變圖形顏色、尺寸等，多個圖形排列。

2.InTouch標(biāo)記名管理

(1)定義標(biāo)記名，設(shè)置標(biāo)記名的類型、取值限制、報警等屬性；

(2)管理連接引擎，連接比的標(biāo)記名和加C'owr。/的變量名。

3.InTouch腳本編寫

(1)編寫啟動時和運行中的腳本；

(2)用基本邏輯語言實現(xiàn)簡單的控制。

4.InTouch鏈接編輯

(1)建立常用數(shù)值鏈接，包括用戶輸入、值顯示、游標(biāo)、百分比填充等；

(2)建立常用動畫鏈接，包括可見性、失效、閃爍、窗口顯示/隱藏等：

(3)設(shè)置實時趨勢圖的時間、樣本、刻度等屬性，設(shè)置趨勢曲線與標(biāo)記名連接。

《計算機(jī)控制系統(tǒng)》——王錦標(biāo)3

計算機(jī)連續(xù)控制系統(tǒng)實驗

5.InControl文件編輯和變量管理

(1)建立和編寫結(jié)構(gòu)化程序文本，熟悉程序語言；

(2)定義變量，設(shè)置變量的類型、范圍、初始值等屬性。

6.InControl函數(shù)編寫和控制模塊調(diào)用

(1)在。中定義函數(shù)及其輸入、輸出、本地變量；

(2)在InControl的結(jié)構(gòu)化程序文件中調(diào)用用戶編寫的函數(shù)。

(3)使用控制模塊，設(shè)置尸0控制模塊的屬性；

(4)在InComrol的結(jié)構(gòu)化程序文件中調(diào)用控制模塊的成員變量和成員函數(shù)。

7.基本連接和運行

(1)建立/〃和。ConZn?/的連接，運行工程；

(2)在運行中改變參數(shù)數(shù)值。

四、案例設(shè)計(1)

單容水箱水位單回路PID控制系統(tǒng)

4.1測試硬件

PC機(jī)。

4.2測試軟件

WottderwearInTouch9.0,

WonderwewInControl7.5

4.3測試原理

1.單容水箱對象

單容水箱的原理如圖1所示。系統(tǒng)的輸入變量為進(jìn)水、出水兩個閥門的開度，輸出變量

為水箱水位。在仿真設(shè)計中，設(shè)水箱為標(biāo)準(zhǔn)圓柱體，底面積為尸，水位為Leue/,出水處的水

阻為R,進(jìn)水、出水閥門滿開度時流量都為Q,并假設(shè)流量與閥門開度的關(guān)系為

Qn=QValve_In%

Qut=Q，Valve_Out%

單容水箱系統(tǒng)的基本原理是

c4(Level)=qn-%

atR

單容水箱系統(tǒng)的傳遞函數(shù)是一階慣性環(huán)節(jié)，出水閥門開度處于適當(dāng)范圍時可以通過調(diào)整

進(jìn)水閥門開度使得水位穩(wěn)定。這是對水位進(jìn)行控制的基本前提。記本次采樣的水位為Leue/,

上次采樣的水位為Ceve/_"is,采樣間隔為df,有適用于仿真計算的公式：

《計算機(jī)控制系統(tǒng)》——王錦標(biāo)

計算機(jī)連續(xù)控制系統(tǒng)實驗

RP

系統(tǒng)時間常數(shù)

Valve一Outx0.07

比例常數(shù)K二RQ

Valve_Out

..Kdt-ValveIn+T-LevelHis

水位計算公式Level=----------------=-----------------=——

T+dt

當(dāng)出水閥門關(guān)閉時，系統(tǒng)無自平衡能力，為單純的積分過程：

流量q

圖1單容水箱原理圖

2.單回路PID控制

單回路加控制的被控量是水位，控制量為進(jìn)水閥門開度。用戶可以通過調(diào)節(jié)尸也控制

器的比例增益、積分時間、微分時間這3個參數(shù)得到較好的控制效果。

當(dāng)運行模式為自動時，尸m控制器的設(shè)定值由用戶給出，進(jìn)水閥門開度由尸〃)控制器的輸

出決定；當(dāng)運行模式為手動時，進(jìn)水閥門由用戶調(diào)節(jié)，尸/?？刂破鞯脑O(shè)定值跟隨被控量，輸出

跟隨手動輸出。

4.4測試步驟

1.基本窗口的建立和繪制

在加7b"以中建立工程，在W加dow,“成er中繪制三個窗口的圖形界面。最終窗口界面如

圖2、圖3,窗口設(shè)置如表人

使用的圖形對象有：

Mo/〃窗口：3Dtank、3Dpipe>valve、sensor、controller^按鈕、矩形、圓形、框架、游

標(biāo)、直線、數(shù)值、文本、標(biāo)尺、實時趨勢；

以的?！埂ê停fye_O4窗口：游標(biāo)、按鈕、數(shù)值。

其中，的加窗口中的View加/中SP、PK三個矩形及標(biāo)尺高度相等，頂部對齊。

《計算機(jī)控制系統(tǒng)》——王錦標(biāo)5

計算機(jī)連續(xù)控制系統(tǒng)實驗

表1窗口設(shè)置

名稱類型位置大小

Main覆蓋(仇0)900*800

Valve_In彈出(60,220)140*220

Valve_0id彈出(475,220)140?220

0.00

ValveInput

SPPVValve

0.000.00

0.00

SensorSpecialCommandsPIDControllerPanel

Kc0.00

■TI0.000

empty

irlvalveOutput0.000

圖2機(jī)a加窗口（單回路）

mo

王

圭

阻o

o三

6O二

4O.o■

二

2OO.o

co二

圖

三

廠

d,OO

one

圖3ValveIn和ValveOut窗口

《計算機(jī)控制系統(tǒng)》——王錦標(biāo)6

計算機(jī)連續(xù)控制系統(tǒng)實驗

2.標(biāo)記名定義和腳本編寫

定義標(biāo)記名如表2。

表2標(biāo)記名一覽表

名稱注釋類型初值連接

Auto自動/手動I/O離散真Auto

Level水位〃。實型0Level

Level_SP水位設(shè)定值〃。實型2.5Level_SP

KcPID比例增益〃。實型1PID.Kc

TdPID微分時間〃。實型0PID.Td

Ti尸〃）積分時間〃。實型0PId.Ti

Valve_Man進(jìn)水閥門開度手動〃。實型0Valve_Man

ValveOut出水閥門開度手動I/O實型25Out_Man

Fake手動調(diào)節(jié)失效內(nèi)存離散假

Empty放空〃。離散假Make_Empty

AorM模式內(nèi)存消息Auto

編寫運行中腳本如下：

IFAuto=1

THEN

Hide'ValveIn";

AorM=HAulo".

ELSE

AorM=HManualH;

ENDIF,

IFAuto==0ORempty==1

THEN

Fake=1;

ELSE

Fake=0;

ENDIF;

編寫啟動時腳本：

Show*'main";

Hide'Valve-Ouf1;

Hide'ValveJn',;

3.設(shè)置數(shù)值顯示和動畫鏈接

實時趨勢圖設(shè)置如表3。

表3實時趨勢圖設(shè)置

注釋水箱水位監(jiān)測

時間3分樣本250毫秒

刻度時間值

主刻度45

副/主刻度21

標(biāo)簽底部標(biāo)簽左標(biāo)簽

主刻度/時間標(biāo)簽21

顯示HH：MM：SS值范圍0?5

Level_SP顏色：綠色寬度：3

筆表達(dá)式Level紅色3

Valve_Man/20藍(lán)色1

《計算機(jī)控制系統(tǒng)》——王錦標(biāo)7

計算機(jī)連續(xù)控制系統(tǒng)實驗

Main窗口數(shù)值顯示共9處，如圖4。

00

50

1

5

2

6

7

8

圖4機(jī)質(zhì)〃窗口數(shù)值（單回路）

欣而窗口動畫鏈接共〃處，如圖5。

5

6

7

1

8

29

3

10

11

4