《组态软件技术》课程设计报告书

组态软件技术课程设计报告书题目：双容水箱液位监控系统学院：信息工程学院班级：自动化0604班姓名：李 云学号：时间：2009年12月摘 要随着计算机技术的发展，计算机控制技术在过程控制中占有十分重要的地位。本设计以双容水箱的液位控制模型为研究对象，采用PID控制算法，并用MCGS组态软件进行上位机组态。用户窗口包括如下界面：自控双容水箱、手动双容水箱、历史数据、报警记录、参数及液位变化曲线、消息、下水箱安全报警、下水箱越限报警、上水箱安全报警。运行策略块包括：启动策略、退出策略、循环策略、PID控制、上水箱安全报警、下水箱安全报警、下水箱越限报警。在本设计中，我们可以实现手动与自动的切换，两个水箱水位的控制等功能。关键字：MCGS组态软件；PID控制算法；双容水箱液位监控系统Abstract With the development of computer technology, computer control technology in process control occupies an important position. The design of double-capacity water tank level control model studied by using PID control algorithm, and use MCGS configuration software host computer configuration. The user interface window includes the following: controlled double-capacity water tanks, manual dual-capacity water tanks, historical data, alarm recording, parameters and level curves, news, security police under the water tanks, water tanks, under the more limited the police, the security alarm on the tank. Operation strategy of block include: Start strategy, exit strategies, recycling strategies, PID control, security alarm on the tanks, water tanks, under safe alarm, water tanks, under the more alarm limits. In this design, we can achieve manual and automatic switch, two water tank water level control. Keywords: MCGS configuration software; PID control algorithm; two-capacity water tank level monitoring system 目 录第1章 设计要求及目的41.1设计题目及要求 4 1.1.1 设计题目 41.1.2设计要求 41.2 设计目的4第2章 组态软件概述42.1 工控组态软件42.2 MCGS组态软件的概述 52.2.1 MCGS通用组态软件的特点 52.2.2 MCGS组态软件构成 6第3章 过程控制系统的结构设计63.1系统控制规律选择 63.2 工程仪表的选择 63.3系统流程图 73.4 系统方框图 73.5 控制系统连接图 7第4章 过程控制系统的组态设计84.1实时数据库 84.2建立运行策略组态 94.2.1 启动策略 94.2.2 退出策略 94.2.3循环策略 104.2.4 PID控制 114.2.5 上水箱安全报警 124.2.6 下水箱安全报警 124.2.7下水箱越限报警 134.3主控窗口组态 144.4 用户窗口组态 15第5章 运行20第6章 总结23参考文献第一章 设计要求及目的1.1设计题目及要求1.1.1设计题目有一双容液位控制系统，目标是实现下水箱液位的控制。试用MCGS实现其算机控制系统。1.1.2设计要求(1) 判断计算机通信以及设备工作是否正常；如正常，实时地显示上、下水箱的液位和调节阀的阀位信箱。(2) 可实现自动和手动控制液位。自动方式下，下水箱液位设定值、采样周期和参数P、I、D都可以修改，并根据修改的数据完成PID控制算法，调节阀开度为控制算法的结果。手动方式下，调节阀阀门开度可以直接在用户窗口的运行界面中认为设定。为保证自动和手动控制无扰切换，在切换瞬间调节阀开度不会发生突变，且手动控制方式选，设定值需跟随测量值变化。(3) 当上水箱液位高于30cm火下水箱液位高于20cm时，进行安全报警指示；当下水箱液位越限时，进行越限报警，报警偏差可在运行窗口中修改。(4) 具有显示下水箱液位设定值，上，下水箱液位测量值和乏味变化的实时曲线及历史曲线，打印曲线所在窗口画面的功能；具有下水箱液位设定值、上、下水箱液位测量值和阀位变化的历史数据查询功能，并将其存储到指定的位置。(5) 报警时间记录功能。(6) 采用天辰模拟量输入仪表和模拟量输出仪表作为计算机与双容液位系统进行信息交换的中间设备。1.2 设计目的(1) 通过本次课程设计掌握MCGS组态软件的功能和特点。(2) 通过课程设计掌握MCGS组态软件的系统构成。(3) 应用MCGS组态软件设计一个基于MCGS组态软件的双容水箱液位控制系统演示工程。(4) 通过本次设计，深入了解MCGS在工业应用方面的作用，为今后从事这方面的工作打下一个良好的基础。第二章 组态软件概述2.1 工控组态软件组态的英文是“Configuration”，组态软件就是用应用软件中提供的工具、方法来完成工程中某一具体任务的软件。工控组态软件就是指在数据采集和过程控制中使用的专用软件，即在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境下，为用户提供快速构建工业自动控制、系统监控功能的一种软件工具。组态软件一般用于自动控制系统的监控层，提供了监控层的软件平台和开发环境，通过灵活的组态方式，可使用户快速构建工业自动控制系统监控功能。组态软件应该能支持各种工控设备和常见的通信协议，并且通常应提供分布式数据管理和网络功能。对应于原有的HMI的概念，组态软件是一个是用户能快速建立自己的HMI的软件工具或开发环境。目前，常见的监控组态软件有美国Wonderware公司的Intouch、Intellution公司的FIX系统、德国Simens公司的WinCC等，国内主要有昆仑公司的MCGS、亚控公司的KingView组态王、三维公司的力控的组态软件。组态软件的主要使用者是从事自动化工程设计、维护、操作的技术人员，用户在使用组态软件时，可以生成适合自己需要的应用系统，而不需要修改软件程序的源代码。组态软件具有实时性和多任务性，可以在一台计算机上同时完成数据采集、信号数据处理、数据图形显示、实时数据的存储、历史数据的查询、实时通信等多个任务。2.2 MCGS组态软件的概述2.2.1 MCGS通用组态软件的特点(1) 简单灵活的可视化操作界面。(2) 良好的并行处理功能。(3) 丰富、生动的多媒体画面。(4) 开放式结构，广泛的数据获取和强大的数据处理功能。(5) 完善的安全机制。(6) 强大的网络功能。(7) 多样化的报警功能。(8) 实时数据库为用户分布组态提供极大地方便。(9) 支持多种硬件设备，实现组态与“设备无关”。(10) 方便控制复杂的运行流程。(11) 良好的可维护性和课扩充性。(12) 用数据库来管理数据存储，系统可靠性高。(13) 设立对象元件库，组态软件简单方便。(14) 实现对工控系统的分布式控制和管理。2.2.2 MCGS组态软件构成MCGS系统包括组态环境和运行环境。用户的所有组态配置工程都在组态环境中进行，组态环境相当于一套完整的工具软件。它帮助用户设计和构造自己的应用系统。运行环境是一个独立独立的运行系统，按照组态结果数据库中用户指定的方式进行各种组态设计的目标和功能。组态结果数据库完成了MCGS系统从组态环境向运行环境的过渡。由MCGS生成的用户系统，其结构由主窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据和运行策略五部分构成。主控窗口是用户应用系统的主窗口。一般情况下，单机版的用户系统只有一个主窗口，主窗口也是应用系统的主框架，展现工程的总体外观。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环境，负责驱动外部设备，控制外部设备的工作状态。用户窗口用来组建系统的图形界面，一个用户应用系统经常根据需要创建多个用户窗口，创建用户窗口后，再根据功能需要放置各种类型的图形对象，定义相应的属性 ，为用户提供漂亮、生动、具有多种风格和类型的操作界面。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，系统各部分均已实时数据库位数据公用区，进行数据交换、数据处理和实现数据的可视化处理。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，能够对系统执行某项操作和实现某种功能进行哟普条件的约束。第三章 过程控制系统的结构设计3.1系统控制规律选择该设计分为手动和自动控制。在自动控制方式下，系统相应的控制算法有：双位控制、标准PID控制、带死区的PID控制、积分分离PID控制、不完全PID控制等等。系统的设计目的是使两个水箱在PID控制算法的调节下，最终趋于供给平衡。因此，本系统选择PID控制。3.2 工程仪表的选择计算机、RS485/232转换器、液位变送器、电动调节阀、水泵、手动阀、双容水箱系统。3.3 系统流程图3.4 系统方框图3.5 控制系统连接图第四章 过程控制系统的组态设计4.1实时数据库4.2建立运行策略组态4.2.1 启动策略进行系统的初始化op1=20op2=20ts1=0.5p=0.8ti1=5 ssv1=20sv2=154.2.2 退出策略4.2.3循环策略脚本程序：下水箱控制脚本程序如下：IF com1=0 THEN 通信=设备正常工作ELSE 通信=设备停止工作ENDIFe22=e21 上上次偏差e21=e20 上次偏差e20=sv2-pv2 本次偏差pf=p*(e20-e21) 比例作用if ti1=0 then 如果积分时间=0或偏差太大 jf=0 无积分作用else jf=p*ts1*e20/ti1 否则计算积分作用endifdf=p*td1*(e20-2*e21+e22)/ts1 微分作用zlpid1=pf+jf+df 增量输出thisop1=op2+zlpid1 位置输出if thisop1=100 then thisop1=100 超出调节器输出上限，调节器输出调节器输出上限if thisop15 THEN alarm2=1ELSE alarm2=0ENDIF上水箱控制脚本程序如下：IF pv135 THEN pv1=pv1-15ELSE pv1=pv1+(op1-op2)*1000/4000ENDIF4.2.4 PID控制e22=e21 上上次偏差e21=e20 上次偏差e20=sv2-pv2 本次偏差pf=p*(e20-e21) 比例作用if ti1=0 then 如果积分时间=0或偏差太大 jf=0 无积分作用else jf=p*ts1*e20/ti1 否则计算积分作用endifdf=p*td1*(e20-2*e21+e22)/ts1 微分作用zlpid1=pf+jf+df 增量输出thisop1=op2+zlpid1 位置输出if thisop1=100 then thisop1=100 超出调节器输出上限，调节器输出调节器输出上限if thisop1=0 then thisop1=0 超出调节器输出下限，调节器输出调节器输出下限op2=thisop1 为下循环准备4.2.5 上水箱安全报警4.2.6 下水箱安全报警4.2.7下水箱越限报警4.3主控窗口组态4.4 用户窗口组态自动控制双容水箱窗口：历史数据窗口：报警记录窗口：消息窗口：下水箱安全报警窗口：下水箱越限警报窗口：上水箱安全警报窗口：组态参数及液位变化曲线窗口：手动控制双容水箱窗口：第五章 运行改变对象参数，重新进行上述过程PID第六章 总结通过这次课设，我深层次地学习了MCGS组态软件。在平时做练习题的基础上，这次考虑地更周全，更细心。这次不像平时练习时那样仅仅只做一个模块，而是一个更为复杂的系统，实时数据库也比往常多了，画图也有一定难度了，再做这门课设时