毕业设计论文-基于PLC的流量监控系统设计.doc

毕业设计论文-基于plc的流量监控系统设计 毕业设计论文基于plc的流量监控系统设计xxxx大学 xxx目录1 选题背景2 方案论证3 开发设计过程4 结果分析5 总结参考文献致谢 附录amain主程序附录bcpu技术规范 附录c em 235模拟量输入输出和组合模块的技术规范基于plc的流量监控系统设计1 选题背景本毕业设计课题来自实验室建设目的是利用plc来实现过程控制目前plc使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制应用领域极为广泛覆盖所有与自动检测自动化控制有关的工业及民用领域包括各种机床机械电力设施民用设施环境保护设备等等mcgs即监视与控制通用系统英文全称为monitor and control generated systemmcgsmcgs工控组态软件是一套32位工控组态软件流程控制数据采集设备控制与输出数据与曲线等诸多强大功能于一身广泛应用于石油电力化工钢铁矿山冶金机械等多种工程领域 32 工艺过程 随着plc功能的不断提高和完善plc几乎可以完成工业控制领域的所有任务但plc还有它最适合的应用场合工业环境较差而对安全性可靠性要求较高系统工艺复杂输入输出以开关量为主的工业自控系统或装置它对模拟量的处理能力也很强所以在很多情况下也可取代工业控制计算机作为主控制器来完成复杂的工业自动控制任务控制对象及控制装置选定后还要进一步确定plc的控制范围一般来说能够反映生产过程的运行情况能够用传感器进行直接测量的参数控制逻辑复杂的部分都由plc完成另外对主要控制对象还要加上手动控制功能针对此次的控制任务是利用plc对液体流量模拟量进行控制要求把管道中水流控制在一定的速度要求用增量式pid控制算法进行控制如图2所示 33 系统控制要求1要求用plc编写程序采用单闭环控制来控制电动调节阀开度以达到控制管道内液体流量的目的2用plc编写程序采用单回路控制以采集的流量为反馈信号与给定值进行比较以达到控制液体流量的目的3用mcgs组态软件对设计系统进行组态对现场数据进行实时监控34 系统的io点及地址分配输入输出信号在plc接线端子上的地址分配是进行plc控制系统设计的基础对软件设计来说io地址分配以后才可进行编程对控制柜及plc的外围接线来说只有io地址确定以后才可以绘制电气接线图装配图分配地址时要注意负载类型控制系统的输入输出信号的名称代码及地址编号如下表所示符号地址备注kzm00控制方式eevd136偏差e_1vd140偏差前值e_2vd144偏差前前值mnpvd148比例值mnivd152积分值mndvd156微分值dmnvd160pid增量mn_1vd164输出前值mnvd168输出值kcvd172比例系数tivd176积分时间常数tdvd180微分时间常数tsvd184采样周期pvnvd200测量值spnvd208给定值vw220测量值最大值 表1 地址分配35 plc系统的选型选择plc一方面要注意容量另一方面什么公司的从上面的分析可以知道系统需要模拟量输入点一个模拟量输出点一个可以选用西门子公司s7-200 cpu222plc8入6继电器输出一台特点体积小巧全面功能最适应于中小机器设备的控制适用于各行各业各种场合中的检测监测及控制的自动化强大功能使其无论在独立运行中或相连成网络皆能实现复杂控制功能因此s7200系列具有极高的性能价格比极高的可靠性极丰富的指令集 易于掌握便捷的操作丰富的内置集成功能强劲的通讯能力丰富的扩展模块-时间控制系统中pid控制器应用得非常广泛其设计技术成熟长期以来形成了典型的结构参数整定方便结构更改灵活能满足一般的控制要求 pid控制比连续pid控制更为优越因为计算机程序的灵活性很容易克服连续pid控制中存在的问题经修正而得到更完善的数字pid算法连续一时间pid控制系统如所示图中ds为控制器在pid控制系统中ds完成pid控制规律称为pid控制器 pid控制器是一种线性控制器用输出量yt和给定量rt之间的误差的时间函数etrt-yt 的比例积分微分的线性组合构成控制量ut称为比例proportional积分integrating微分differentiation控制简称pid控制实际应用中可以根据受控对象的特性和控制的性能要求灵活地采用不同的控制组合构成p控制器pi控制器 比例十积分十微分pid控制器 式中 kp比例放大系数ti积分时间 td微分时间 控制作用比例控制能迅速反应误差从而减小稳态误差但是比例控制不能消除稳态误差比例放大系数的加大会引起系统的不稳定积分控制的作用是只要系统有误差存在积分控制器就不断地积累输出控制量以消除误差因而只要有足够的时间积分控制将能完全消除误差使系统误差为零从而消除稳态误差积分作用太强会使系统超调加大甚至使系统出现振荡微分控制可以减小超调量克服振荡使系统的稳定性提高同时加快系统的动态响应速度减小调整时间从而改善系统的动态性能应用pid控制必须适当地调整比例放大系数kpti和微分时间td使整个控制系统得到良好的性能数字pid控制算法在电子数字计算机直接数字控制系统中pid控制器pid控制算法程序实现的计算机直接数字控制系统大多数是采样-数据控制系统进入计算机的连续-时间信号必须经过采样和整量化后变成数字量方能进入计算机的存贮器和寄存器而在数字计算机中的计算和处理不论是积分还是微分只能用数值计算去逼近pid控制规律的实现也必须用数值逼近的方法当采样周期相当短时用求和代替积分用差商代替微商使pid算法离散化将描述连续-时间pid算法的微分方程变为描述离散-时间pid算法的差分方程当执行机构需要的不是控制量的绝对值而是控制量的增量例如去驱动步进电动机时需要用pid的增量算法由位置算法求出 两式相减得出控制量的增量算法 上式称为增量式pid算法 对增量式pid算法归并后得 其中上式已看不出是pid的表达式了也看不出pid作用的直接关系只表示了各次误差量对控制作用的影响从式看出数字增量式pid算法只要贮存最近的三个误差采样值ekek-1ek-2就足够了pid控制算法的流程图图6 增量式pid控制算法流程图372 回路输入输出量的工程量转换一个回路具有两个输入量即给定值和过程变量给定值通常为一固定值过程变量受回路输出的影响并反映了控制的效果给定值和过程变量都是实际的工程量其幅度范围和测量单位都会不同在实施pid算法之前必须将这些值转换为归一化纯量浮点数的格式即将实数格式的工程实际值转换为001间的无量刚相对值称为归一化格式用下式来将给定值或过程变量归一化 rnormrrawspane式中rnom为工程实际值的归一化值rraw为工程实际值的实数形式未归一化处理e对于单极性值取0对于双极性值取05span为最大允许值减去最小允许值通常取32000对于单极性64000对于双极性将回路控制输出转换为按工程量标定的整数值 回路控制的输出相对于被控对象来说为一个控制量注意回路控制输出为在0010范围内的归一化实数格式它必须先转换为16位按工程量标定的值后方可用于驱动实际装置这一转换实际上为归一过程的逆过程第一步是用下式将回路输出转换为按工程量标定的实数格式 rscalmn-espan式中rscal为已按工程量标定的实数格式的回路输出mn为归一化格式的回路输出e对于单极性模拟量取为00对双极性模拟量取为05span为最大允许值减去最小允许值通常取32000单极性64000双极性373 程序流程图 本程序分为三部分主程序子程序中断程序逻辑运算放在主程序系统初始化的一些工作放在初始化子程序中完成这样节省扫描时间利用定时器中断实现pid控制的定时采样及输出部分主程序图7 图7 主程序流程图 中断子程序图8 图8 中断子程序流程图单闭环子程序pid 初始化子程序initiate滤波子程序sift 本程序描述了模拟量模块em235的功能分别从aiw0aiw2中取输入值为了增加稳定性求多次采样值的平均值38 mcgs组态软件对系统的组态过程计算机技术和网络技术的飞速发展为工业自动化开辟了广阔的发展空间用户可以方便快捷地组建优质高效的监控系统并且通过采用远程监控及诊断双机热备等先进技术使系统更加安全可靠在这方面mcgs工控组态软件提供强有力的软件支持mcgs全中文工业自动化控制组态软件以下简称mcgs工控组态软件或mcgs为用户建立全新的过程测控系统提供了一整套解决方案mcgs工控组态软件是一套32位工控组态软件集动画显示流程控制数据采集设备控制与输出网络数据传输双机热备工程报表数据与曲线等诸多强大功能于一身并支持国内外众多数据采集与输出设备广泛应用于石油电力化工钢铁矿山冶金机械纺织航天建筑材料制冷交通通讯食品制造与加工业水处理环保智能楼宇实验室等多种工程领域 mcgsww服务器版本集工业现场的集散控制和各类历史实时数据及相关曲线的发布于一体可以解决整个企业的internetintranet方案也可以非常方便的与您已有的企业网络相衔接让您从具体的技术环节和繁杂的数据堆中脱身随时随地掌握工业现场与企业运营状态了解所需的各项信息大幅度提高工作效率实现成功决策 mcgs即监视与控制通用系统英文全称为monitor and control generated systemmcgsmcgs工控组态软件的功能和特点1概念简单易于理解和使用普通工程人员经过短时间的培训就能正确掌握快速完成多数简单工程项目的监控程序设计和运行操作用户可避开复杂的计算机软硬件问题集中精力解决工程本身的问题按照系统的规定组态配置出高性能高可靠性高度专业化的上位机监控系统2功能齐全便于方案设计mcgs为解决工程监控问题提供了丰富多样的手段从设备驱动数据采集到数据处理报警处理流程控制动画显示报表输出曲线显示等各个环节均有丰富的功能组件和常用图形库可供选用用户只需根据工程作业的需要和特点进行方案设计和组态配置即可生成用户应用软件系统3实时性与并行处理mcgs充分利用了windows操作平台的多任务按优先级分时操作的功能使pc机广泛应用于工程测控领域成为可能工程作业中大量的数据和信息需要及时收集即时处理在计算机测控技术领域称其为实时性任务关键任务如数据采集设备驱动和异常处理等另外许多工作则是非实时性的或称为非时间关键任务如画面显示可在主机运行周期时间内插空进行而像打印数据一类的工作可运行于后台称为脱机作业mcgs是真正的32位系统可同时运行于microsoft windows9598和microsoft windows nt平台以线程为单位进行分时并行处理4建立实时数据库便于用户分步组态保证系统安全可靠运行mcgs组态软件由主控窗口设备窗口用户窗口实时数据库和运行策略五部分构成其中的mcgs是一个设备无关的系统用户不必因外部设备局部改动而影响整个系统6面向窗口的设计方法增加了可视性和可操作性以窗口为单位构造用户运行系统的图形界面使得mcgs的组态工作既简单直观又灵活多变用户可以使用系统的缺省构架也可以根据需要自己组态配置生成各种类型和风格的图形界面包括dos风格的图形界面标准windows风格的图形界面以及带有动画效果的工具条和状态条7利用丰富的动画组态功能快速构造各种复杂生动的动态画面以图象图符数据曲线等多种形式为操作员及时提供系统运行中的的状态品质及异常报警等有关信息用变化大小改变颜色明暗闪烁移动翻转等多种手段增强画面的动态显示效果图元图符对象定义相应的状态属性即可实现动画效果同时mcgs为用户提供了丰富的动画构件模拟工程控制与实时监测作业中常用的物理器件的动作和功能每个动画构件都对应一个特定的动画功能如实时曲线构件历史曲线构件报警显示构件自由表格构件等8引入运行策略的概念复杂的工程作业运行流程都是多分支的用传统的编程方法实现既繁琐又容易出错mcgs开辟了策略窗口用户可以选用系统提供的各种条件和功能的策略构件用图形化的方法构造多分支的应用程序实现自由精确地控制运行流程按照设定的条件和顺序操作外部设备控制窗口的打开或关闭与实时数据库进行数据交换同时也可以由用户创建新的策略构件扩展系统的功能9mcgs系统由五大功能部件组成主要的功能部件以构件的形式来构造不同的构件有着不同的功能且各自独立三种基本类型的构件设备构件动画构件策略构件完成了mcgs系统三大部分设备驱动动画显示和流程控制的所有工作用户也可以根据需要定制特定类型构件使mcgs系统的功能得到扩充这种充分利用面向对象的技术大大提高了系统的可维护性和可扩充性10支持ole automation技术mcgs允许用户在visual basic中操作mcgs中的对象提供了一套开放的可扩充接口用户可根据自己的需要用vb编制特定的功能构件来扩充系统的功能11mcgs中数据的存储不再使用普通的文件而是用数据库来管理一切组态时系统生成的组态结果是一个数据库运行时数据对象报警信息的存储也是一个数据库利用数据库来保存数据和处理数据提高了系统的可靠性和运行效率同时也使其它应用软件系统能直接处理数据库中的存盘数据12设立对象元件库解决了组态结果的积累和重新利用问题所谓对象元件库实际上是分类存储各种组态对象的图库组态时可把制作完好的对象包括图形对象窗口对象策略对象以至位图文件等等以元件的形式存入图库中也可把元件库中的各种对象取出直接为当前的工程所用随着工作的积累对象元件库将日益扩大和丰富组态工作将会变得越来越简单方便13提供对网络的支持考虑到工控系统今后的发展趋势mcgs充分运用现今发展的dccwdistributed computer cooperator work技术即分布式计算机协同工作方式来使分散在不同现场之间的采集系统和工作站之间协同工作通过mcgs不同的工作站之间可以实时交换数据实现对工控系统的分布式控制和管理382 mcgs工程的五大部分mcgs组态软件所建立的工程由主控窗口设备窗口用户窗口实时数据库和运行策略五部分构成每一部分分别进行组态操作完成不同的工作具有不同的特性1主控窗口是工程的主窗口或主框架在主控窗口中可以放置一个设备窗口和多个用户窗口负责调度和管理这些窗口的打开或关闭主要的组态操作包括定义工程的名称编制工程菜单设计封面图形确定自动启动的窗口设定动画刷新周期指定数据库存盘文件名称及存盘时间等2设备窗口是连接和驱动外部设备的工作环境在本窗口内配置数据采集与控制输出设备注册设备驱动程序定义连接与驱动设备用的数据变量3用户窗口本窗口主要用于设置工程中人机交互的界面诸如生成各种动画显示画面报警输出数据与曲线图表等4实时数据库是工程各个部分的数据交换与处理中心它将mcgs工程的各个部分连接成有机的整体在本窗口内定义不同类型和名称的变量作为数据采集处理输出控制动画连接及设备驱动的对象5运行策略本窗口主要完成工程运行流程的控制包括编写控制程序ifthen脚本程序选用各种功能构件如数据提取历史曲线定时器配方操作多媒体输出等383 mcgs组态过程使用mcgs完成一个实际的应用系统首先必须在mcgs的组态环境下进行系统的组态生成工作然后将系统放在mcgs的运行环境下运行本章逐步介绍在mcgs组态环境下构造一个用户应用系统的过程以便对mcgs系统的组态过程有一个全面的了解和认识3831 工程整体规划在实际工程项目中使用mcgs构造应用系统之前应进行工程的整体规划保证项目的顺利实施对工程设计人员来说首先要了解整个工程的系统构成和工艺流程弄清测控对象的特征明确主要的监控要求和技术要求等问题在此基础上拟定组建工程的总体规划和设想主要包括系统应实现哪些功能控制流程如何实现需要什么样的用户窗口界面实现何种动画效果以及如何在实时数据库中定义数据变量等环节同时还要分析工程中设备的采集及输出通道与实时数据库中定义的变量的对应关系分清哪些变量是要求与设备连接的哪些变量是软件内部用来传递数据及用于实现动画显示的等问题作好工程的整体规划在项目的组态过程中能够尽量避免一些无谓的劳动快速有效地完成工程项目3832 工程建立mcgs中用工程来表示组态生成的应用系统创建一个新工程就是创建一个新的用户应用系统打开工程就是打开一个已经存在的应用系统工程文件的命名规则和windows系统相同mcgs自动给工程文件名加上后缀mcg保存新工程时可以随意更换工程文件的名称缺省情况下所有的工程文件都存放在mcgs安装目录下的work子目录里用户也可以根据自身需要指定存放工程文件的目录3833 构造实时数据库实时数据库是mcgs系统的核心也是应用系统的数据处理中心系统各部分均以实时数据库为数据公用区进行数据交换数据处理和实现数据的可视化处理定义数据对象的过程就是构造实时数据库的过程定义数据对象时在组态环境工作台窗口中选择实时数据库标签进入实时数据库窗口页显示已定义的数据对象置增加一个新的对象时可在该处选定数据对象鼠标单击新增对象按钮则在选中的对象之后增加一个新的数据对象如不指定位置则在对象表的最后增加一个新的数据对象新增对象的名称以选中的对象名称为基准按字符递增的顺序由系统缺省确定对于新建工程首次定义的数据对象缺省名称为data1需要注意的是数据对象的名称中不能带有空格否则会影响对此数据对象存盘数据的读取数据对象属性设置mcgs把数据对象的属性封装在对象内部作为一个整体由实时数据库统一管理对象的属性包括基本属性存盘属性和报警属性基本属性则包含对象的名称类型初值界限最大最小值工程单位和对象内容注释等项内容表2 定义变量符号地址备注kzm00控制方式eevd136偏差e_1vd140偏差前值e_2vd144偏差前前值mnpvd148比例值mnivd152积分值mndvd156微分值dmnvd160pid增量mn_1vd164输出前值mnvd168输出值kcvd172比例系数tivd176积分时间常数tdvd180微分时间常数tsvd184采样周期pvnvd200测量值spnvd208给定值vw220测量值最大值 图13 实时数据库窗口在实时数据库窗口页中可以象在windows95的文件操作窗口中一样能够以大图标小图标列表详细资料四种方式显示实时数据库中已定义的数据对象可以选择按名称的顺序或按类型顺序来显示数据对象也可以剪切拷贝粘贴指定的数据对象还可以直接修改数据对象的名称为了快速生成多个相同类型的数据对象可以选择成组增加按钮弹出成组增加数据对象对话框一次定义多个数据对象如上图所示成组增加的数据对象名称由主体名称和索引代码两部分组成其中对象名称一栏代表该组对象名称的主体部分而起始索引值则代表第一个成员的索引代码其它数据对象的主体名称相同索引代码依次递增成组增加的数据对象其他特性如数据类型工程单位最大最小值等都是一致的3834 组态用户窗口1创建用户窗口选择组态环境工作台中的用户窗口页所有的用户窗口均位于该窗口页内如图14所示图14 用户窗口按新建窗口按钮或执行菜单中的插入用户窗口命令即可创建一个新的用户窗口以图标形式显示开始时新建的用户窗口只是一个空窗口用户可以根据需要设置窗口的属性和在窗口内放置图形对象2设置用户窗口属性选择待定义的用户窗口图标点鼠标右键选择属性也可以单击工作台窗口中的窗口属性按钮或者单击工具条中的显示属性按钮 或者操作快捷键altenter弹出用户窗口属性设置对话框按所列款项设置有关属性用户窗口的属性包括基本属性扩充属性和脚本控制启动脚本循环脚本退出脚本由用户选择设置窗口的基本属性包括窗口名称显示标题背景颜色窗口位置窗口边界窗口内容注释等项内容窗口的扩充属性包括窗口的外观位置坐标和视区大小等项内容窗口的视区是指实际可用的区域与屏幕上所见的区域可以不同当选择视区大于可见区时窗口侧边附加滚动条操作滚动条可以浏览窗口内所有的图形对象脚本控制包括启动脚本循环脚本和退出脚本启动脚本在用户窗口打开时循环脚本是在窗口打开期间以指定的间隔循环执行退出脚本则是在用户窗口关闭时执行3创建图形对象mcgs提供了三类图形对象供用户选用 即图元对象图符对象和动画构件这些图形对象位于常用符号工具箱和动画工具箱内用户从工具箱中选择所需要的图形对象配置在用户窗口内可以创建各种复杂的图形4编辑图形对象图形对象创建完成后要对图形对象进行各种编辑工作如改变图形的颜色和大小调整图形的位置和排列形式图形的旋转及组合分解等项操作mcgs提供了完善的编辑工具使用户能快速制作各种复杂的图形界面以图形方式精确表示外部物理对象5定义动画连接定义动画连接实际上是将用户窗口内创建的图形对象与实时数据库中定义的数据对象建立对应连接关系通过对图形对象在不同的数值区间内设置不同的状态属性如颜色大小位置移动可见度闪烁效果等用数据对象的值的变化来驱动图形对象的状态改变使系统在运行过程中产生形象逼真的动画效果因此动画连接过程就归结为对图形对象的状态属性设置的过程6图元图符对象连接在mcgs中每个图元图符对象都可以实现11种动画连接方式可以利用这些图元图符对象来制作实际工程所需的图形对象然后再建立起与数据对象的对应关系定义图形对象的一种或多种动画连接方式实现特定的动画功能7动画构件连接为了简化用户程序设计工作量mcgs将工程控制与实时监测作业中常用的物理器件如按钮操作杆显示仪表和曲线表盘等制成独立的图形存储于图库中供用户调用这些能实现不同动画功能的图形称为动画构件在组态时只需要建立动画构件与实时数据库中数据对象的对应关系就能完成动画构件的连接如对实时曲线构件需要指明该构件运行时记录哪个数据对象的变化曲线对报警显示构件需要指明该构件运行时显示哪个数据对象的报警信息电动阀单闭环液位控制窗口如图15图15 电动阀单闭环液位控制窗口电动阀单闭环液位控制历史曲线窗口如图17图17 电动阀单闭环液位控制历史曲线窗口电动阀单闭环液位控制历史数据窗口如图18图18 电动阀单闭环液位控制历史数据窗口3835 组态主控窗口主控窗口是用户应用系统的主窗口也是应用系统的主框架展现工程的总体外观主控窗口提供菜单命令响应用户的操作主控窗口负责调度设备窗口的工作管理用户窗口的打开和关闭驱动动画图形和调度用户策略的运行等工作主控窗口组态包括菜单设计和主控窗口中系统属性的设置1系统菜单设计对于一个新建的工程mcgs提供了一套缺省菜单用户也可以根据需要设计自己的菜单2主控窗口属性设置选中主控窗口图标鼠标单击工作台窗口中的系统属性按钮或者单击工具条中的显示属性按钮或者选择编辑菜单中的属性菜单项显示主控窗口属性设置对话框分为下列五种属性按页设置3836 组态设备窗口设备窗口是mcgs系统与作为测控对象的外部设备建立联系的后台作业环境负责驱动外部设备控制外部设备的工作状态系统通过设备与数据之间的通道把外部设备的运行数据采集进来送入实时数据库供系统其它部分调用并且把实时数据库中的数据输出到外部设备实现对外部设备的操作与控制mcgs为用户提供了多种类型的设备构件作为系统与外部设备进行联系的媒介进入设备窗口从设备构件工具箱里选择相应的构件配置到窗口内建立接口与通道的连接关系设置相关的属性即完成了设备窗口的组态工作运行时应用系统自动装载设备窗口及其含有的设备构件并在后台独立运行对用户来说设备窗口是不可见的1选择设备构件在工作台的设备窗口页中鼠标双击设备窗口图标或选中窗口图标单击设备组态按钮弹出设备组态窗口选择工具条中的工具箱按钮弹出设备工具箱鼠标双击设备工具箱里的设备构件或选中设备构件鼠标移到设备窗口内单击则可将其选到窗口内设备工具箱内包含有mcgs目前支持的所有硬件设备对系统不支持的硬件设备需要预先定制相应的设备构件才能对其进行操作mcgs将不断增加新的设备构件以提供对更多硬件设备的支持我所选的设备为设备0口通讯父设备设备1西门子s7-200ppi2设置设备构件属性选中设备构件单击工具条中的属性按钮或选择编辑菜单中的属性命令或者鼠标双击设备构件弹出所选设备构件的属性设置对话框进入基本属性窗口页按所列项目设定不同的设备构件有不同的属性一般都包括如下三项设备名称输入输出io端口地址数据采集周期系统各个部分对设备构件的操作是以设备名为基准的因此各个设备构件不能重名与硬件相关的参数必须正确设置否则系统不能正常工作图25 设备0属性窗口设备1属性设置图26 设备1基本属性窗口3设备通道连接把输入输出装置读取数据和输出数据的通道称为设备通道建立设备通道和实时数据库中数据对象的对应关系的过程称为通道连接建立通道连接的目的是通过设备构件确定采集进来的数据送入实时数据库的什么地方或从实时数据库中什么地方取用数据在属性设置对话框内选择通道连接和设置窗口页按表中所列款项设置图27 设备1通道连接窗口3837 组态运行策略运行策略是指对监控系统运行流程进行控制的方法和条件它能够对系统执行某项操作和实现某种功能进行有条件的约束运行策略由多个复杂的功能模块组成称为策略块用来完成对系统运行流程的自由控制使系统能按照设定的顺序和条件进行操作实时数据库控制用户窗口的打开关闭以及控制设备构件的工作状态等一系列工作从而实现对系统工作过程的精确控制及有序的调度管理用户可以根据需要来创建和组态运行策略1创建运行策略每建立一个新工程系统都自动创建三个固定的策略块启动策略循环策略和退出策略它们分别在启动时运行过程中和退出前由系统自动调度运行2设置策略属性进入运行策略窗口页选择某一策略块单击策略属性按钮或按工具条中的显示属性按钮即可弹出策略块属性设置对话框设置的项目主要是策略名称和策略内容注释其中的循环时间一栏是专为循环策略块设置循环时间用的3组态策略内容无论是用户创建的策略块还是系统固有的三个策略块创建时只是一个有名无实的空架子要使其成为独立的实体被系统其他部分调用必须对其进行组态操作指定策略块所要完成的功能每一个策略块都具有多项功能每一项功能的实现都以特定的条件为前提mcgs把条件功能结合成一体构成策略块中的一行称为策略行策略块由多个策略行构成策略块的组态操作包括创建策略行组态操作的第一步是创建策略行目的是先为策略块搭建结构框架用鼠标单击窗口上端工具条中的新增策略行按钮或单击鼠标右键在弹出右键菜单中选择新增策略行菜单或直接按下快捷键ctrli增加一个空的策略行一个策略块中最多可创建1000个策略行配置策略构件每个策略行都由两种类型的构件串接而成前端为条件构件后端为策略构件一个策略行中只能有一个策略构件但可以有多个条件构件在mcgs的策略工具箱中为用户提供了多种常用的策略构件用户从工具箱中选择所需的条件构件和策略构件配置在策略行相应的位置上设置策略构件属性鼠标双击策略构件或者单击策略构件按工具条中的属性按钮弹出该策略构件的属性设置对话框不同的策略构件属性设置的内容不同3838 组态结果检查要保证组态生成的应用系统能够正确运行必须保证组态结果准确无误 mcgs提供了多种措施来检查组态结果的正确性希望密切注意系统提示的错误信息养成及时发现问题和解决问题的习惯1随时检查各种对象的属在组态过程中不可避免地会产生各种错误错误的组态会导致各种无法预料的结果性设置是组态配置的重要环节其正确与否直接关系到系统的正常运行为此mcgs大多数属性设置窗口中都设有检查c按钮用于对组态结果的正确性进行检查每当用户完成一个对象的属性设置后可使用该按钮及时进行检查如有错误系统会提示相关的信息这种随时检查措施使用户能及时发现错误并且容易查找出错误的原因迅速纠正2存盘检查在完成用户窗口设备窗口运行策略和系统菜单的组态配置后一般都要对组态结果进行存盘处理存盘时mcgs自动对组态的结果进行检查发现错误系统会提示相关的信息3统一检查全部组态工作完成后应对整个工程文件进行统一检查关闭除工作台窗口以外的其它窗口鼠标单击工具条右侧的组态检查按钮或执行文件菜单中的组态结果检查命令即开始对整个工程文件进行组态结果正确性检查4工程测试新建工程在mcgs组态环境中完成或部分完成组态配置后应当转入mcgs运行环境通过试运行进行综合性测试检查鼠标单击工具条中的进入运行环境按钮或操作快捷键f5或执行文件菜单中的进入运行环境命令即可进入mcgs运行环境启动当前正在组态的工程对于要实现的功能进行测试在组态过程中可随时进入运行环境完成一部分测试一部分发现错误及时修改3839 mcgs安全机制mcgs系统的操作权限机制和windows nt类似采用用户组和用户的概念来进行操作权限的控制在mcgs中可以定义多个用户组每个用户组中可以包含多个用户同一个用户可以隶属于多个用户组操作权限的分配是以用户组为单位来进行的即某种功能的操作哪些用户组有权限而某个用户能否对这个功能进行操作取决于该用户所在的用户组是否具备对应的操作权限mcgs系统按用户组来分配操作权限的机制使用户能方便地建立各种多层次的安全机制如实际应用中的安全机制一般要划分为操作员组技术员组负责人组操作员组的成员一般只能进行简单的日常操作技术员组负责工艺参数等功能的设置负责人组能对重要的数据进行统计分析各组的权限各自独立但某用户可能因工作需要能进行所有操作则只需把该用户同时设为隶属于三个用户组即可1定义用户和用户组在mcgs组态环境中选取工具菜单中的用户权限管理菜单项在mcgs中固定有一个名为管理员组的用户组和一个名为负责人的用户它们的名称不能修改管理员组中的用户有权利在运行时管理所有的权限分配工作管理员组的这些特性是由mcgs系统决定的其它所有用户组都没有这些权利在用户管理器窗口中上半部分为已建用户的用户名列表下半部分为已建用户组的列表当用鼠标激活用户名列表时在窗口底部显示的按钮是新增用户复制用户删除用户等对用户操作的按钮当用鼠标激活用户组名列表时在窗口底部显示的按钮是新增用户组删除用户组等对用户组操作的按钮按新增用户按钮弹出如下用户属性设置窗口在该窗口中用户对应的密码要输入两遍用户所隶属的用户组在下面的列表框中选择注意一个用户可以隶属于多个用户组当在用户管理器窗口中按属性按钮时弹出同样的窗口可以修改用户密码和所属的用户组但不能够修改用户名单击新增用户按钮可以添加新的用户名选中一个用户时点击属性或双击该用户会出现用户属性设置窗口2系统权限设置为了更好的保证工程运行的安全稳定可靠防止与工程系统无关的人员进入或退出工程系统mcgs系统提供了对工程运行时进入和退出工程的权限管理3操作权限设置mcgs操作权限的组态非常简单当对应的动画功能可以设置操作权限时在属性设置窗口页中都有对应的权限按钮作为缺省设置能对某项功能进行操作的为所有用户即如果不进行权限组态则权限机制不起作用所有用户都能对其进行操作在用户权限设置窗口中把对应的用户组选中方框内打勾表示选中则该组内的所有用户都能对该项工作进行操作注意一个操作权限可以配置多个用户组3工程安全管理使用mcgs工具菜单中工程安全管理菜单项的功能可以实现对工程组态所得的结果进行各种保护工作该菜单项包括工程密码设置锁定软件狗工程运行期限设置工程密码给正在组态或已完成的工程设置密码可以保护该工程不被其它人打开使用或修改当使用mcgs来打开这些工程时首先弹出输入框要求输入工程的密码如密码不正确则不能打开该工程从而起到保护劳动成果的作用锁定软件狗锁定软件狗可以把组态好的工程和软件狗锁定在一起运行时离开所锁定的软件狗该工程就不能正常运行随mcgs一起提供的软件狗都有一个唯一的序列号锁定后的工程在其它任何mcgs系统中都无法正常运行充分保护开发者的权利设置工程运行期限为了方便开发者的利益得到及时的回报mcgs提供了设置工程运行期限的功能到一定的时间后如得不到应得的回报则可通过多级密码控制系统的运行或停止mcgs工程试用期限的限制是和本系统的软件狗配合使用的简单地改变计算机的时钟改变不了本功能的实现设置密码按钮用来设置进入本窗口的密码有时候mcgs组态环境和工程必须一起交给最终用户该密码可用来保护本窗口中的设置却又不影响最终用户使用mcgs系统4 结果分析通过plc的编程对模拟量管道流量进行控制运用mcgs组态软件进行组态对数据进行监视和修改非常直观的反映数据的变化过程单闭环控制能达到预期的控制效果当比例系数设置加大时提高了系统的反应速度减小稳态误差但过大会使系统稳定性下降输出量的振荡加剧积分作用与当前误差的大小和误差的历史情况都有关系只要误差不为零控制器的输出就会因积分器的输出不断变化一直要到误差消失系统处于稳定状态时积分部分才不再变化因此积分作用可以消除稳态误差提高控制精度但是积分作用的动作缓慢可能给系统的动态特性带来不良影响因此很少单独使用积分时间常数增大积分作用减弱系统可能动态性能有所变好但消除静态误差速度减慢误差变化的速度即误差的微分反映了被控量变化的趋势微分部分根据它提前给出较大的调节作用它较比例调节更为及时所以微分部分具有超前和预测的特点微分时间常数增大时可能性会使超调量减小动态性能改善但是抑制高频干扰的能力下降如果微分时间常数过大系统输出量在接近稳态值时可能上升缓慢在通过设计实验后得出合理的pid参数后系统是可以满足控制要求的5 总结通过这次毕业设计我掌握了plc在过程控制方面的应用掌握了增量式pid的编程方法 掌握了数据输入输出的工程量转换方法 以及单闭环的编程方法学会了mcgs组态软件的使用致谢为期四个月的毕业设计结束了在这四个月中我学到了很多平时没有学到的知识毕业设计是大学四年所学知识的综合运用也是理论走向实践的第一步为即将踏上工作岗位奠定了基础经过这次毕业设计使我提高了解决实际问题的能力对所学plc方面的知识有了系统的把握学会了mcgs组态软件的使用对设计的过程和步骤以及应注意的细节有了更深刻的理解 在设计中我得到了吴凌云老师的悉心指导她那渊博的知识严谨的作风以及对我的严格要求都给我留下了很深的印象将使我终生受益在此对吴老师表示由衷的感谢鉴于作者水平有限难免存在一些错误和漏洞望各位老师不吝赐教在此向大家表示衷心的感谢附录amain主程序 ld sm01call initiateld sm00call siftldb smb8 1619 检查em235扩展模块是否存在r m01 1nots m01 1ldb smb9 1600 检查em235扩展模块是否错误r m02 1notab smb9 1604s m02 1ld m01o m02jmp 0ldw sy 1 单闭环手动输出an kzdtch 10movr u1 ac0r 1000 ac0r 256000 ac0round ac0 ac0dti ac0 ac0i 6400 ac0movw ac0 aqw0ldw sy 2 串级手动输出an kzdtch 10movr u2 ac0r 1000 ac0r 256000 ac0round ac0 ac0dti ac0 ac0i 6400 ac0movw ac0 aqw0ld kz 自动控制 enildw sy 0r kz 1ld kzeuatch int_0 10ld kzeddtch 10lbl 0initiate初始化子程序 ld sm00 实验初始化movw 0 syld sm00 中断movb 100 smb34atch int_0 10ld sm00 pv1滤波初始化movw 0 vw0 计数器清零movw 128 vw2 预置采样次数movd 0 vd10 当前采样值清零movd 0 vd14 当前采样和清零movd 0 vd18 平均值清零ld sm00 pv2滤波初始化movw 0 vw30 计数器清零movw 128 vw32 预置采样次数movd 0 vd40 当前采样值清零movd 0 vd44 当前采样和清零movd 0 vd48 平均值清零sift滤波子程序 ld sm00movw aiw0 vw12 放置模拟量输入值ldw vw12 0 检查输入信号movw 0 vw10 把输入值转换为双字not vd10模拟量输入值当前采样值movw 16ffff vw10 ld sm00d vd10 vd14 把当前采样值加到采样和中incw vw0 采样计数器值加一ldw vw0 vw2 若达到采样次数把采样和vd1vd18中movd vd14 vd18e