单容水箱液位定值控制系统-自动控制系统综合实验.doc

综 合 实 验 报 告综合实验名称 自动控制系统综合实验 题目 单容水箱液位定值控制系统 指 导 教 师 设计起止日期 2013年1月7日1月18日 系 别 自动化学院控制工程系 专 业 自动化 学生姓名 班级/学号 自控 成 绩 目录目录2正文3设计内容4应用MCGS组态软件4构建实时数据库8设备窗口11策略及脚本15综合测试20实验结果21总结23参考文献23正文第一部分一、 课题单容水箱液位定值控制系统二、 设计目的课程设计旨在使学生在深入消化课堂教学内容的基础上，综合应用所学课程的基本原理与方法，解决实际设计与应用问题，提高学生分析问题与解决问题的能力，并在设计工作中，学会查阅资料、系统设计、调试与分析、撰写报告等，达到综合能力培养的目的。1. 根据自动控制系统的设计要求，学会方案比较和论证，初步掌握工程设计的基本方法；2. 掌握各种变送器以及自动化仪表的工作原理和调校；3. 掌握自动控制系统集成技术；4. 掌握控制系统的通信技术，学会PCI数据采集卡或远程数据采集模块的应用；5. 应用MCGS软件，学会控制算法的设计和调试；6. 熟悉MCGS组态软件，学会监控界面、通信驱动程序等的设计；7. 提高总结归纳、撰写设计报告的能力，应当规范、有条理、充分、清楚地论述设计内容和调试成果。三、 课设设备THPCAT-2型现场总线控制系统实验装置（常规仪表侧），双容水箱；AT-1挂件，智能仪表，485通信线缆一根 （或者如果用数据采集卡做，AT-4 挂件，PCL通讯线一根）四、 课设所需软件MCGS组态软件五、 设计内容5.1课设原理说明单容水箱液位定值控制系统如下：图21 上水箱单容液位定值控制系统(a)结构图 (b)方框图本实验系统结构图和方框图如图所示。被控量为左上水箱（也可采用右上水箱或者下水箱）的液位高度，实验要求它的液位稳定在给定值。将压力传感器LT1检测到的左上水箱液位信号作为反馈信号，在与给定量比较后的差值通过调节器控制气动调节阀的开度，以达到控水箱液位的目的。为了实现系统在阶跃给定和阶跃扰动作用下的无静差控制，系统的调节器应为PI或PID控制。5.2应用MCGS组态软件完成工程MCGS是一套基于Windows平台的，用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统。MCGS 软件为用户提供了解决实际工程问题的完整方案和开发平台，能够完成现场数据采集、实时和历史数据处理、报警和安全机制、流程控制、动画显示、趋势曲线和报表输出以及企业监控网络等功能。应用MCGS组态软件建立单容水箱液位定值控制系统，以下是部分组建过程：进入MCGS组态环境。 在菜单文件中选择新建工程菜单项，生成新建工程。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。新建立工程，工程需存放在MCGS子目录WORK的目录下，否则工程无法运行。添加对象元件：添加百分比填充构建，并修改其属性：添加按钮构建：添加实时曲线构建，并设置其属性：工程组态好后，最终效果图如下： 如图所示，则进入下一环节构建实时数据库：按新增对象按钮，在窗口的数据变量列表中，增加新的数据变量，多次按该按钮，则增加多个数据变量，系统缺省定义的名称为i1、d1、p1、sv1、pv1、mm1、op。数据库设置： mm1为只有两个状态的通讯状态 PV1表示测量值 SV1表示设定值 OP1表示输出值 p1为PID参数整定中的p参数 i1为PID参数整定中的i参数 d1为PID参数整定中的d参数修改通讯串口号和通讯地址的方法：打开组态工程，选择设备窗口：双击“设备窗口”，而后选择串口通讯父设备并双击它进入该设备的通讯设置，选择修改需要修改的通信参数后，确认保存即可。这是“仪表1”的基本属性：以下是“仪表1”的通道连接，从通道0直至通道38：仪表3：以下是仪表3的通道连接图：以下是运行策略及脚本：策略工具箱：策略截图及运行脚本： 脚本程序：!setdevice(仪表1,6,write(07H,P1)!setdevice(仪表2,6,write(07H,P2)脚本程序：!setdevice(仪表1,6,write(14H,CF1)!setdevice(仪表2,6,write(14H,CF2)脚本程序:!setdevice(仪表1,6,write(08H,I1)!setdevice(仪表2,6,write(08H,I2)!setdevice(仪表3,6,write(03H,Spe)!setdevice(仪表3,6,write(04H,Act)!setdevice(仪表3,6,write(0BH,FdiH)!setdevice(仪表3,6,write(0AH,Cut)if !strComp(strbk,孔板流量计 ) =0 thenIF Co=0 THEN sv1=0elseei=0.0000000114347832397*sv1*sv1*/(Co*Co)sv1=eiendif!setdevice (仪表1,6,write(00H,ei)else!setdevice (仪表1,6,write(00H,sv1)endifif !strComp(strbk,FT1 ) =0 thenIF Co=0 THEN sv2=0elseei=0.0000000114347832397*sv4*sv4*/(Co*Co)endif!setdevice (仪表2,6,write(00H,ei)else!setdevice (仪表2,6,write(00H,sv2)endif!setdevice(仪表2,6,write(18H,run2)!setdevice(仪表1,6,write(18H,run1)op6=op6/10!setdevice(仪表1,6,write(1aH,op6)op6=op6/10!setdevice(仪表2,6,write(1aH,op6)op6=op6/10!setdevice(仪表3,6,write(1aH,op6)!setdevice(仪表2,6,write(0bH,sn2)!setdevice(仪表1,6,write(0bH,sn1)!setdevice(仪表2,6,write(0EH,DIH2)!setdevice(仪表1,6,write(0EH,DIH1)!setdevice(仪表2,6,write(0dH,dil2)!setdevice(仪表1,6,write(0dH,dil1)!setdevice(仪表1,6,write(09H,D1*10)!setdevice(仪表2,6,write(09H,D2*10)!setdevice(仪表1,6,write(0CH,dip1)!setdevice(仪表2,6,write(0CH,dip2)5.3综合测试实验步骤:本实验选择上小水箱作为被测对象（也可选择上大水箱或下水箱）。以上小水箱为例叙述实验步骤如下：实验之前先将储水箱中贮足水量，然后将阀门F1-1、F1-3、F1-4、F1-6全开，将上小水箱出水阀门F1-10开至适当开度（30%80%），其余阀门均关闭。管路连接：将工频泵出水口和支路1进水口连接起来；将支路1出水口和上小水箱进水口连接起来；将上小水箱出水口和储水箱进水口连接起来。（一）、智能仪表控制1. 将“AT-1智能调节仪控制” 挂件挂到网孔板上，并将挂件的通讯线插头通过RS485通讯线与RS485/232转换器连接到计算机串口1。2. 强电连线：单相I电源L、N端对应接到AT-1挂件电源输入L、N端。3. 弱电连线：上小水箱液位LT1的1-5V+、-端对应接到智能调节仪I的1-5V电压输入1、2端；智能调节I输出7、5对应接到电动调节阀控控制输入+ 、-端。4. 管路、阀门、接线检查无误后接通总电源开关，打开24V电源开关、电动调节阀开关、单相I开关。5. 检查智能调节仪基本参数设置：Sn=33,DIH=50，run=0,dip=1。6. 打开上位机MCGS组态环境，打开“THPCAT-2智能仪表控制系统”工程，然后进入MCGS运行环境，在主菜单中点击“实验六、单容水箱液位定值控制实验”，进入“实验六”的监控界面。7. 先将仪表设置为手动状态，将磁力泵开关打到“手动”位置，磁力驱动泵上电打水，适当增加或减小仪表输出值，使水箱液位平衡在设定值。8. 按本章第一节中的经验法或动态特性参数法整定调节器参数，选择PI控制规律，并按整定后的PI参数进行调节器参数设置。9. 待液位稳定于给定值后，将调节器切换到“自动”控制状态，待液位平衡后，通过以下几种方式加干扰：（1）突增（或突减）仪表设定值的大小，使其有一个正（或负）阶跃增量的变化；（此法推荐，后面两种仅供参考）。（2）将电动调节阀的旁路F1-5（同电磁阀）开至适当开度，将电磁阀开关打至“手动”位置。（3）适当改变上小水箱出水阀F1-10开度（改变负载）。以上几种干扰均要求扰动量为控制量的515，干扰过大可能造成水箱中水溢出或系统不稳定。加入干扰后，水箱的液位便离开原平衡状态，经过一段调节时间后，水箱液位稳定至新的设定值（采用后面两种干扰方法仍稳定在原设定值），记录此时的智能仪表的设定值、输出值和仪表参数，液位的响应过程曲线将如图3-7所示。图3-7 单容水箱液位的阶跃响应曲线10. 分别适量改变调节仪的P及I参数，重复步骤9，用计算机记录不同参数时系统的阶跃响应曲线。11. 分别用P、PD、PID三种控制规律重复步骤710，用计算机记录不同控制规律下系统的阶跃响应曲线。如图所示：控制初平衡实时曲线突增仪表设定值平衡实时曲线适当改变上小水箱出水阀F1-10开度（改变负载）结果分析：稳定后的系统对于突发的扰动具有良好的跟随抵消作用，使系统在较快的时间内恢复液位的给定值，已达到较满意的控制目的。六、课程总结：在这次基于MCGS组态软件的开发应用的课设中，我们结合之前“过程控制”的课