过程控制系统课程设计

过程控制系统课程设计 学院 电子与信息工程学院 班级 测控 09 2 姓名 xxx 学号 指导教师 单容水箱单容水箱 PI 控制系统设计控制系统设计 一 设计要求一 设计要求 1 掌握液位传感器的零点和增益调整方法 2 掌握西门子 200PLC PI 控制程序的编写方法 3 掌握 MCGS 组态软件的使用方法 2 设计内容 1 调整液位传感器参数 使其能够准确检测水箱液位 2 设计基于西门子 200PLC 的水箱液位 PI 控制程序 3 设计基于 MCGS 组态软件的上位机监控程序 完成 PI 参数的调整 手自动控制 液位曲线的监控 数据归档 故障报警功能 3 实验系统介绍及原理组成实验系统介绍及原理组成 1 1 MCGSMCGS 组态软件概述组态软件概述 MCGS Monitor and Control Generated System 监视与控制通用系统 是一 套基于 windows95 98 NT 操作系统 或更高版本 用来可快速构造和生成上位机监控系统 的组态软件系统 它为用户提供了从设备驱动 数据采集到数据处理 报警处理 流程控 制 动画显示 报表输出等解决实际工程问题的完整方案和操作工具 MCGS 组态软件具有 多任务 多线程功能 其系统框架采用 VC 语言编程 通过 OLE 技术向用户提供 VB 编程 接口 提供丰富的设备驱动件 动画构件 策略构件 用户可随时方便地扩充系统的功能 18 工程创建的一般过程为 工程项目系统分析 分析工程项目的系统构成 技术要求和工艺流程 弄清系统的控 制流程和监控对象的特征 明确监控要求和动画显示方式 分析工程中的设备采集及输出 通道与软件中实时数据库变量的对应关系 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动画显示的 工程各项搭建框架 MCGS 称为建立新工程 主要内容包括 定义工程名称 封面窗口 名称和启动窗口 封面窗口退出后接着显示的窗口 名称 指定存盘数据库文件的名称以 及存盘数据库 设定动画刷新的周期 经过此步操作 即在 MCGS 组态环境中 建立了由 五部分组成的工程结构框架 封面窗口和启动窗口也可等到建立了用户窗口后 再行建立 设计菜单基本体系 为了对系统运行的状态及工作流程进行有效地调度和控制 通常 要在主控窗口内编制菜单 编制菜单分两步进行 第一步首先搭建菜单的框架 第二步再 对各级菜单命令进行功能组态 在组态过程中 可根据实际需要 随时对菜单的内容进行 增加或删除 不断完善工程的菜单 制作动画显示画面 动画制作分为静态图形设计和动态属性设置两个过程 前一部分 类似于 画画 用户通过 MCGS 组态软件中提供的基本图形元素及动画构件库 在用户窗 口内 组合 成各种复杂的画面 后一部分则设置图形的动画属性 与实时数据库中定义 的变量建立相关性的连接关系 作为动画图形的驱动源 编写控制流程程序 在运行策略窗口内 从策略构件箱中 选择所需功能策略构件 构成各种功能模块 称为策略块 由这些模块实现各种人机交互操作 MCGS 还为用户提 供了编程用的功能构件 称之为 脚本程序 功能构件 使用简单的编程语言 编写工 程控制程序 完善菜单按钮功能 包括对菜单命令 监控器件 操作按钮的功能组态 实现历史数 据 实时数据 各种曲线 数据报表 报警信息输出等功能 建立工程安全机制等 编写程序调试工程 利用调试程序产生的模拟数据 检查动画显示和控制流程是否正 确 连接设备驱动程序 选定与设备相匹配的设备构件 连接设备通道 确定数据变量的 数据处理方式 完成设备属性的设置 此项操作在设备窗口内进行 在上位机工程的设计上 经过对实际工程的分析 主要设计的窗口是 液位控制 报 警曲线直接加在其中 THKGK 1 是过程控制的综合实习设备 在 THKGK 1 上可以做实习设备的基本调试 与仪器整定 单容水箱对象特性测试 双容水箱对象特性测试 温度位式控制系统 智能 仪表温度位式控制系统 温度 PID 控制系统 单容水箱液位 PID 控制系统 双容水箱液位 PID 控制系统 流量控制系统 单容水箱压力 PID 控制系统等过程控制的实习内容能够完 全满足工业自动化专业过程控制方面的实习要求 2 系统简介 被控对象包括上水箱 下水箱 复合加热水箱以及管道 调节器主要有模拟调节器 含比例 P 调节 比例积分 PI 调节 比例微分 PD 调节 比例积分微分 PID 调节 位式调 节器 智能仪表调节器 PLC 控制器 单片机控制 计算机控制等 执行器模块主要有固态继电器 磁力驱动泵 电加热丝 变送器模块主要有流量变送器 FT 液位变送器 LT1 LT2 温度变送器 TT 压力变送器 PT 等 变送器的零位 增益可调 并均以标准信号 DC0 5V 输出 另外 根据用户需要 配置微机通讯接口单元 RS232 以满足计算机实时控制实验的需要 图 1 系统的结构图 图 2 单容水箱 PI 控制系统接线图 3 系统结构框图 给定值 4 液位传感器校准液位传感器校准 1 按照设计的要求接线 打开上水箱液位传感器后盖 2 调节上水箱液位传感器调零旋钮 使之无水时 LT1 输出为 0 3 启动 THKGK 1 实验装置 打开进水阀 3 阀 9 出水阀 6 打在一定开度 观察 LT1 显示输出及上水箱液位变化 4 观察上水箱液位高度值与 LT1 显示数值是否一致 若不一致 调节增益旋钮使之一 致变化 1 TS K sG 5 调节完毕 盖上液位传感器后盖 停止 THKGK 1 实验装置 5 S7 200 PLC 程序设计 程序见附录 程序设计 程序见附录 1 打开 STEP 7 软件 首先熟悉下界面 浏览菜单栏各项的内容 了解各项的功能 单击 左侧工具栏中 Instructions 指令 可以插入各种梯形图指令 编程实现自己想要的功能 2 通信配置 下载程序 单击 CPU 224 CN REL 02 01 单击 Communications 通信 单击 Set PG PC Interface 选择 PC PPI cable PPI 单击 OK 单击 双击刷新 找到链接 地址 即通信成功 单击下载即可下载 PLC 程序 3 编辑 PID 模块 1 单击菜单栏 Tools 工具 单击 Instrution Wizard 指令向导 出现如下界面 选择 PID 单击下一步 2 选择 NEW 配置新回路 单击下一步 3 选择一个回路 默认 0 回路 单击下一步 4 回路的给定值设定和回路参数设定 根据临界比例度法配置增益和积分时间 由于 PI 控制 微分时间为 0 采样时间设定为 1 秒 单击下一步 5 回路输入选择 模式 输入类型默认 高低限范围设定默认即可 单击下一步 6 回路报警选择 使能高低限报警 可设定 单击下一步 7 建议地址 可默认 单击下一步 8 添加手动控制 PID 打挑 单击下一步 9 完成 PID 模块设置 单击 Finish 10 出现一个 PID 控制模块 可参照指导书 添加变量 模块的输入输出 给定 手自 动切换 手动输出 高低限报警 错误提示 4 调节 PID 输出 单击运行 查看程序状态 打开状态表 单击眼镜 可在线修改各变 量的状态值 插入新值 实时在线调节 PID 图为增益为 15 积分时间为 3 分钟时的输出 有振荡 需进一步调节 5 调节 PID 参数使之输出理想曲线 6 MCGS 上位机监控软件设计上位机监控软件设计 1 组态配置 打开 MCGS 组态环境 新建文件 单击设备窗口 打开工具箱 打开设备 管理 添加 通用串口父设备 和 西门子 S7 200PPI 如下图 2 单击 通用串口父设备 查看属性 查看 PLC 对应的串口号 默认 0 COM1 数据校验 方式选择偶校验 确定 3 查看 西门子 S7 200PPI 属性 基本属性内可以添加通道 选择通道类型 数据位数 操作方式等 4 查看 通道连接 属性 可以添加数据对象 对应各通道地址 以便设置控件属性 5 调试设备 单击检查 可以查看组态是否连接 若连接 可以查看各通道的状态 6 打开用户窗口 可以新建窗口 单击窗口属性 可以更改窗口名 添加控件等操作 7 打开窗口 点击 小斧头 工具箱 添加元件 控件 下面是已做好的组态窗口 8 单击 水位设定值 对应的控件 添加黑框单击查看 在属性设置里可选择 显示输出 按钮输入 等操作 打对号即可 显示输出可设定表达式的值 见步骤 3 和 4 9 在工具箱里可以添加 实时曲线 双击查看属性 在 画笔属性 里可添加要显示的曲 线 10 打开工具箱可以添加按钮 双击查看按钮属性 对操作属性进行设置 数据对象 可以进行取反 置 1 置 0 操作 11 在用户窗口中可以添加实时曲线窗口 在界面中可以设置按钮 打开用户窗口 即可实现按钮与窗口之间的链接 12 打开工具箱添加 指示灯 控件 添加数据对象为水位监测值 在 STEP 7 中设定水位限 定程序 当水位高于或低于某值时报警 指示灯闪烁 13 打开工具箱 添加 动画按钮 控件 设置数据对象 即可实现开关操作 14 打开 历史曲线 窗口 添加历史曲线 双击历史曲线面板 单击曲线标识 可以 添加要记录的曲线 15 打开 实时曲线 窗口 添加实时曲线 双击实时曲线面板 单击画笔属性 可以添加 要实时显示的曲线 16 打开 数据浏览 窗口 添加存储数据浏览 双击存储数据浏览面板 单击数据来源 事先在 实时数据库 中增加组对象 可以定义为液位组 增加要存盘的数据对象 然后在 数据来源 中添加液位组 在显示对象中添加数据列名 17 建立报警窗口 打开窗口 添加 报警显示 双击 实时数据库 中液位检测值 PV 可 以设置 PV 数据对象的属性 增加高低限报警 报警提示等 18 进入运行环境 可按快捷键 F5 可以进行水位测量 水位设定 实时数据检测的操作 基本功能可以实现 19 设定用户权限 单击 主窗口 单击 新增菜单项 添加操作 0 1 2 3 分别名为 登陆 用户 退出登陆 用户管理 修改密码 双击登陆用户 添加脚本程序为 logOn 退出登陆脚本程序 logOff 用户管理脚本程序 Editusers 修改密码脚本程序 ChangePassword 单击确认 20 右键单击主控窗口 选择窗口属性 查看基本属性 单击权限设置 在管理员组中 画挑 确认 在权限设置下面的对话框改为 进入登陆 退出登陆 21 设置好权限后 重新进入运行环境 出现用户登陆界面 输入自己设定好的用户名和 密码 登陆用户 22 在运行环境中 单击修改密码 可以修改用户密码 还有许多操作 可以点击试试 23 基本设置完毕 由于实验室系统 MCGS 软件的问题 界面背景及渐变色没有显示出来 界面不过美观 有待进一步改善 7 总结总结 怀着期待的心情 我们进入了实习阶段 这是一个将理论运用于实际的重 要过程 实习第一部分过程控制系统课程设计 课题名称是 单容水箱 PI 控制 系统设计 第一节课 张老师为我们讲述了设计原理 画了控制系统流程图 构成一个闭环回路 老师给我们介绍了 THKGK 1 型系统的原理及接线方式 又介绍了 STEP 7 和 MCGS 软件的使用方法 第一天的任务是完成水箱 PI 控制 实现上水箱液位控制 在其中我学会了 STEP 7 软件的基本操作