工控軟件課程設計-水槽水位控制系統(tǒng)（SP=4.0m） .doc

水槽水位控制系統(tǒng)（sp=4.0m）學生學號： 1 學生姓名： 專業(yè)班級： 自動化091 分 院： 現(xiàn)代科技學院 指導教師： 起止日期： 2011.12.26- 2012.1.03 中國計量學院china jiliang university中國計量學院 現(xiàn)代科技學院 工控軟件課程設計 目 錄課程設計任務第1章 課程設計的目的-1第2章 目前水槽水位控制現(xiàn)狀-1第3章 工藝過程-2 3.1.保持水槽水位正常-2 3.2.保持給水量穩(wěn)定-2第4章 控制方案的確定-3 4.1.設計目的與要求-3 4.2.控制系統(tǒng)方法的確定-3第5章 設備選型和儀表規(guī)格表-4第6章 監(jiān)控軟件組態(tài)-5 6.1.三維力控組態(tài)-5 6.2.系統(tǒng)組態(tài)-6第7章 軟件功能介紹-7 7.1.軟件主界面-7 7.2.實時趨勢-8 7.3.歷史趨勢-8 7.4.歷史報表-9 7.5.萬能報表-9 7.6.總貌報表-10 7.7.報警界面-10 7.8.pid控制界面-11 7.9.策略控制生成器-11第8章 設計體會-12參考文獻-13-i-課程設計任務書一、 設計題目：水槽水位控制系統(tǒng)（sp=4.0m）二、 設計目的：1.掌握力控組態(tài)軟件的應用以及控制策略器的應用。 2.學習應用matlab軟件對系統(tǒng)過程進行仿真。 3.對工程設計過程有一點的了解。三、設計任務及要求：設計并實現(xiàn)水槽水位能保持在一定的給定值：. 能夠實時觀察液位的高度，歷史趨勢等。. 具有一定的抗干擾能力。四、設計時間及進度安排 設計時間具體安排如下：時間安排設計內容設計時間兩天文獻檢索2011.12.26-2011.12.27三天設計力控軟件及matlab軟件2011.12.28-2011.12.30兩天撰寫設計報告2011.12.31-2012.1.1- 13 -第1章 課程設計的目的課程設計是學生理論聯(lián)系實際的重要實踐教學環(huán)節(jié)，是對學生進行的一次綜合性專業(yè)設計訓練。通過課程設計使學生獲得以下幾方面能力，為畢業(yè)設計（論文）奠定基礎。1進一步鞏固和加深學生所學一門或幾門相關專業(yè)課（或專業(yè)基礎課）理論知識，培養(yǎng)學生設計、計算、繪圖、計算機應用、文獻查閱、報告撰寫等基本技能；2培養(yǎng)學生實踐動手能力及獨立分析和解決工程實際問題的能力；3培養(yǎng)學生的團隊協(xié)作精神、創(chuàng)新意識、嚴肅認真的治學態(tài)度和嚴謹求實的工作作風。第2章 目前水槽水位系統(tǒng)控制現(xiàn)狀該系統(tǒng)廣泛應用于城市、農村、學校、工礦企事業(yè)單位及家庭的供水工程和排水工程，亦適用于太陽能熱水器、鍋爐及有關循環(huán)用水的設備等水箱的水位自動控制及報警。 改革開放以來，我國的經(jīng)濟建設及小城鎮(zhèn)建設迅猛發(fā)展，企業(yè)生產(chǎn)自動化程度大大提高，人們的生活水平邁入小康，對家庭用水質量的提高，尤其是對家庭生活的質量有著更高的要求，必然需求高品質、安全可靠性好的產(chǎn)品。因此，深入研究本課題，可滿足人們對生產(chǎn)和生活中水位控制的高品位的要求，以實現(xiàn)無人值守和家庭優(yōu)雅舒適生活的理想。第3章 工藝過程3.1.保持水槽水位正常使水槽的給水量適應水槽的出水量，保持水槽水位在給定的范圍內變化。水槽水位的穩(wěn)定程度反映了給水流量和出水流量之間的物質平衡關系。水槽水位的高低是直接影響水槽安全運行和產(chǎn)品品質指標的重要因素。水槽在運行中的水位給定為4m，允許有510cm的波動。工藝控制主界面如圖所示3.2.保持給水流量穩(wěn)定給水流量穩(wěn)定對于給水管道的安全運行有極大的意義。在負荷不變時，給水流量不應出現(xiàn)忽大忽小的劇烈波動。在控制過程中上述兩任務是相互矛盾的，為了提高水位控制的準確性，往往會使給水流量在控制過程中頻繁波動。因此控制時必須全面考慮這兩個指標，在滿足水槽水位要求的基礎上保持給水流量的動態(tài)穩(wěn)定。為了保證機組的安全運行，減輕運行人員的勞動強度，水槽運行中迫切要求對給水實現(xiàn)自動控制。第4章 控制方案的確定4.1.設計目的與要求對一個水槽水位進行控制，使水槽中水位最終保持為給定值sp=4m左右。水槽水位控制系統(tǒng)是用來實現(xiàn)水槽水位實際測量值在穩(wěn)態(tài)下維持在給定水位值的功能的控制系統(tǒng)。它要求在系統(tǒng)給定信號及擾動信號輸入狀態(tài)下，系統(tǒng)要做出快速響應，使水槽水位在短時間內回到系統(tǒng)的給定值，并且不引起系統(tǒng)振蕩。由自動控制理論知單回路系統(tǒng)適合具有上述特征的控制過程，又有結構簡單、投資少、易于調整和投運的特點，應用十分廣泛。所以本系統(tǒng)結構可采用單回路控制系統(tǒng)。4.2.控制系統(tǒng)方法的確定 對于該液位控制系統(tǒng)，可以采用單回路控制系統(tǒng)，利用pid來控制給定值與實際值之間的變化控制，并能消除干擾的作用。設定值pid閥門水位擾動液位傳感器圖4-1 控制系統(tǒng)框圖第五章 設備選型和儀表規(guī)格表現(xiàn)場設備的選取，是實現(xiàn)自動控制的一個重要環(huán)節(jié)，選擇合適的現(xiàn)場設備才能讓自動控制系統(tǒng)達到設計者的設計目標。使系統(tǒng)具備良好的快速性、準確性及穩(wěn)定性。水槽水位控制系統(tǒng)包括給定量、液位傳感器、執(zhí)行器、控制器、被控對象（水槽）五部分組成。第六章 監(jiān)控軟件組態(tài)6.1.三維力控組態(tài)力控是運行在 window s98/ nt / 2000/ xp 操作系統(tǒng)上的一種組態(tài)軟件。使用力控，用戶可以方便、快速地構造不同需求的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)。本系統(tǒng)是基于北京三維力控組態(tài)軟件環(huán)境下設計制作運行的，其軟件主要特點是：方便、靈活的開發(fā)環(huán)境，提供各種工程、畫面模板、可嵌入各種格式（bmp、gif、jpg、jpeg、cad等）的圖片，方便畫面制作，大大降低了組態(tài)開發(fā)的工作量；力控的應用范圍廣泛, 可用于開發(fā)石油、化工、半導體、汽車、電力、機械、冶金、交通、樓宇自動化、食品、醫(yī)藥、環(huán)保等多個行業(yè)和領域的工業(yè)自動化、過程控制、管理監(jiān)測、工業(yè)現(xiàn)場監(jiān)視、遠程監(jiān)視/遠程診斷、企業(yè)管理/資源計劃等系統(tǒng)。1力控軟件的組成力控軟件由以下幾個主要部分組成:工程管理器、開發(fā)系統(tǒng) ( draw ) 、界面運行系統(tǒng) ( view )、實時數(shù)據(jù)庫 ( db)、 i / o 驅動程序、網(wǎng)絡通信程序 ( netclient/net serv er) 、串行通信程序 ( scomclient/ scomser ver )撥號通信程序 ( telclient / telserv er )、web 服務器程序 (webserv er) 、控制策略生成器 ( stra tegybuilder )2應用程序工程用力控開發(fā)的每個應用系統(tǒng)稱為一個應用程序工程, 每個工程都必須在一個獨立的目錄中保存、 運行, 不同的工程不能使用同一目錄。這個目錄被稱為工程路徑。如果力控軟件( forcecontrol) 安裝在 c: program files 下, 開發(fā)的工程默認在 c: program files forcecontol下。 在每個工程路徑中, 保存著力控生成的組態(tài)文件， 這些文件不能被修改或刪除。創(chuàng)建一個應用程序工程的主要內容有：( 1) 制作工程畫面, 用力控提供的各種圖形化工具繪制圖形畫面, 描繪實際工藝流程, 模擬工業(yè)現(xiàn)場和工控設備等。( 2) 創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫, 定義一系列數(shù)據(jù), 用于反映監(jiān)測和被控對象的各種屬性。如： 溫度、壓力、流量、電流、調節(jié)閥輸出等。( 3) 動畫連接, 建立數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)與圖形畫面中的圖形對象的連接關系。從而使畫面根據(jù)實際數(shù)據(jù)的變化來產(chǎn)生動畫效果。要創(chuàng)建一個新的應用程序工程, 首先為應用程序工程指定工程路徑。力控用工程路徑標識應用程序工程, 不同的應用程序工程應置于不同的目錄。工作目錄下的文件由力控自動管理。創(chuàng)建新的應用程序工程的一般過程: 繪制圖形界面、創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫、配置 i/ o 設備并進行 i/ o 數(shù)據(jù)連接、建立動畫連接。3運行及調試應用程序工程創(chuàng)建好后，就可以開始運行及調試了，在調試時是否一定須到現(xiàn)場與工業(yè)控制機連接才可以進行呢，其實很多部分的調試都無須與工業(yè)控制機連接；可以利用信號發(fā)生器和控制器進行模擬調試；特別是力控組態(tài)軟件本身提供plc模擬i/ o驅動；利于初學者快速掌握軟件的基本應用；提高學習者的興趣；完成應用程序工程的大部分調試工作, 加快了工程開發(fā)進度。調試好后就可以在現(xiàn)場運行了, 這時控制現(xiàn)場的參數(shù)變化及具體動作就可以在計算機上通過創(chuàng)建的圖形畫面表示出來, 同時可以改變圖形界面上的某些參數(shù)來控制生產(chǎn)現(xiàn)場。這樣就可以直接通過計算機監(jiān)控和管理生產(chǎn)現(xiàn)場。力控還提供豐富的函數(shù), 進行動畫連接時可以利用函數(shù)編寫腳本程序, 動畫效果更能反應現(xiàn)場。同時組態(tài)軟件做監(jiān)控系統(tǒng)的價格低于 dcs, 使它的應用極為廣泛。6.2.系統(tǒng)組態(tài)本系統(tǒng)運用到的組態(tài)有報警、實時趨勢、報表、子圖和策略控制生成器等功能。第七章 軟件功能介紹7.1.軟件主界面在軟件主界面中可以看到水槽水位的運行的相關參數(shù)，水位高度、水位設定值、實pid調節(jié)參數(shù)，實時趨勢，時間等等。主界面右側是查看系統(tǒng)運行情況的按鈕，本系統(tǒng)提供七個查詢，實時趨勢，歷史趨勢，歷史報表，萬能報表、總貌報表，報警界面，pid配方管理。7.2.實時趨勢實時趨勢中可以看出當前的液位高度，設定值及擾動的實時值，具備了調節(jié)時間范圍，數(shù)值范圍，暫停記錄和開始記錄的功能。7.3.歷史趨勢歷史趨勢中可以觀察水槽液位歷史值和液位的設定值的歷史變化，并提供了放大縮小幅值的功能。7.4.歷史報表歷史報表可以查看液位值，設定值和擾動值的歷史數(shù)據(jù)，并提供前一天、后一天、前八小時、后八小時的查詢功能和打印功能。7.5.萬能報表萬能報表中提供了給定液位，實際液位和擾動的當前數(shù)據(jù)。7.6.總貌報表總貌報表中可以查詢當前所有數(shù)據(jù)庫變量的數(shù)值，并且提供了可以觀察前一單元，后一單元，前一區(qū)域，后一區(qū)域，前一頁，后一頁和打印功能。7.7.報警界面報警界面中有普通報警和多功能報警，多功能報警可以觀察實時報警和歷史報警。7.8.pid控制界面 基于不同裝置需要用不同的傳函，為了方便調節(jié)，加入了調節(jié)配方對pid進行控制，如圖所示，界面中可以選擇，修改，裝入配方等等幾種基本功能。另外也可以在主界面中直接通過游標來調節(jié)。7.9.策略控制生成器打開組態(tài)軟件的策略控制器，進入策略主函數(shù)main的界面，可以看到上圖，里面增加了擾動值（rd.pv），main函數(shù)正確反應了水槽水位控制的方法和一些參數(shù)。第八章 設計體會經(jīng)過一周時間的工業(yè)軟件課程設計，感覺自己學到的東西還是蠻多的。這次課程設計我選的題目是水槽水位控制系統(tǒng)，在剛確定下題目的時候，自己真的感覺有點不知所措，不知道從哪里下手比較好，最后我還是先回歸了書本，把工業(yè)組態(tài)軟件實用技術這本書好好的復習了一遍。之后總算還是有所收獲的，讓我知道自己該從哪里下手，但是在這過程中，一個個的問題接踵而至，比如不知道怎么把pid策略控制器和主界面液位相聯(lián)系起來，有軟件不會用等等情況，但是在老師的幫助下和自己努力的查資料之后，一個個問題總算迎刃而解。通過這次課程設計，讓我掌握了三維力控組態(tài)軟件的使用，現(xiàn)在自己能夠自主設計一些簡單的工業(yè)過程系統(tǒng)。讓自己重新復習了