课程设计-单容水箱液位控制-MCGS

1、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日系另寸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

2、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TFPCAT-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，4

3、85通信线缆一根 （或者如果用数据采集卡做，AT-4挂件，PCL讯线一根）四、课设所需软件MCGS组态软件五、设计内容课设原理说明单容水箱液位定值控制系统如下:（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。应用MCGS组态软件完成工程MCGS是一套基于Windows平台的，

4、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&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

5、 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 MCGSP目录WORK勺目录下，否则工程无法运行。添加对象元件：I対釁元件列呢討妥饕羣r 石二3Tlis呻用诵忆亜楼常窥管帕开按时 m-ImJ-J-J 由，ghIE-,IB-軒吁 EIJ-忙匸II上 lITw严|碎|标注颜色 标注字体 标拄间隔小数拉数标注字体|添加按钮构建:添加百分比填充构建，并修改其属性:百分比塢充枸件展性设置|T nnaami liar ini anil 1基本属性阂度与椅注厲性操作属性可见度属性刻度主划线数目厂耳颜色|勺长宽92次划线数目|F .顾色两耳长宽厂三标注显示席不显示在左（上边显示广左

6、右下边显示住左右上下显不添加实时曲线构建，并设置其属性:筈本属性!标i主属性画笔属性可见度属性数目数目数目濒色|門线型颜色颜色颜色r线型-dFE錶型线型T背員网格 炷划线; x决划线: 主划綾: Y取划絢画笔对应的表达式和属性曲线1： SV1叮颜色|线型| .W曲线2： PV1? 1觀色线型FW工程组态好后，最终效果图如下:III位谡宦is U木歸歯妙酋5Mcgs fflSW境豈J卵蹇设置正确没有诸俣!厂确定 1 ,T1 ,W1 WT，L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 i

7、1、di、pl、svl、pvl、 mm1、op。01Hbpinmn 亡 由thpiMt 亡 fl Hki(FirfUr：f2 4nni1 w*p Mfi 亦I Mm数据库设置:禺呷存盘厲性报警属性对象定义对象类型宦开关 載值 c字符 r事件 r组对象mm1为只有两个状态的通讯状态对穩定义对象名称pvi小数位0对家初值|3最少值tuI而二程卑住I最大直 对彖类型r开玄 席数值 r宇苻 r事件 r垃对覲PV1表示测量值对象名称冷逾懂5楝 Mt |0最/卜值|-ionDo工桿单住|最丈佰iuuuj对象定义就象类型r开关 r数值 r字符 厂事伴 雜对象SV1表示设定值OP1表示输出值对象定文小数位0最

8、小值piDOOD最大值Toooo厂对象类型金救值广字符广事件 r纟且对象pl为PID参数整定中的p参数小数悅最小值最大值对象类型开关 宿数值 广字符 r萼件 r组对象i1为PID参数整定中的i参数对掃名称I对象初值|0工程单位r厂幵关 忖數”鱼 r字符 r事件 c组对象di为PID参数整定中的d参数对象定义小数位0最小值-10000最大值10000对象类型广幵关 帰数值 字符 r事件 c组对象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:蟲工作台:D: W0EEI5. VC&国主姿盲口设客窗口 |麹用户窗口 |輪实时数据库|釘运打策略新建窗口双击“设备窗口”，而后选择串口通讯父设

9、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：设备层性设置： 一仪表1基本属性；通道连接j设备调试数据处理 通道对应数掳对象通道类型周期上快速连接0mm1通讯状态1拷贝连接1pv1PV值12sv1SV值1删除逵接3op1值14HIAL报警15LoAL报警1删除逍道I6dHAI报警17dLAL报警18oAL报警19输出1报警110输出2报警1 J拷贝连接删除连接虚拟通道删除通道I28Sc输入修正1拷贝连接129oPI主输岀规格1删除连接300PL输出下限131OPH输出上限1虚拟逋道32Cf

10、1CF系统功能定义133程序运行控制字1刪除通道134addrl通讯地址136dL数字滤波丈小136run1run运行参数137LOC参数锁138运行时间1 Tq21检查凶确认M 取消1 帮助凹仪表3:r3i-诰各事口诵讯父越备 戒表 1宇 jfe_AI80PttJ 劇 仪表3H?j%_AI70BHfi表设备属性名设备属性值内部厲性设畳设备內部属性FE线帮助登看设备在线帮聞谟备容称仪表3设鲁注釋宇光_AI708H表初皓工彳乍伏态1 -启动最小乘集周期向計S00模块抱址3设置小数点忙数0 -(悝小数输入范围10-W5V基本属性 通道连接|啜容调试 数据处浬以下是仪表3的通道连接图:备冒性设置；一

11、仮表3墓本属性逼置逢接设备调试数据处理|Luiiibusmiii wnni.uiiiiia4iii |逋道对ifi道类型周期上快速连接Umm3通讯状态1拷収连接1pv3瞬时疣量值1Z卩旳聶积流量值1刪餘连接3sv3批量控制给宗值1Ffciri ;甫A瞬阳朮量上限J晝15瞬时流量下限报警1jHHi首6spe批量控制流量累积避1XJ鬥J丿4卫1act累积流量报警自动诸1esn3流量及压力输入信号19流量信号测量平移11A用力涮星邑稈1 _13cut沆量小信号切除比牽1拷贝连接1114流量传感器运算量穩115fdip涼量小效点显示位置1删除连接116仪表使用点大气压丈1虚拟通道1流量传感器设计工作1

12、1B流量倍感器设讦工作1删除通道19频率信号上限1 120cf3功能选择参数121温度补尝类型瑟数1npdil变送输出电流下限123pdih变送输出流量量程1 Tm124仪表型导特征際止甘25addrJ通讯地址辭止修谡126变送输出电流上眼127流量信号数字滤波书126参数锁1A枪杳(K)确认(Y)职涓帮助H以下是运行策略及脚本:E主捞皆口 | e设备firn |国用户窗 |詛实时数蝎康 釣运畚董略名字类星启动策略启迪童略当案绽启动时运石is退出策咯 舒腐环策略 鉛出侧度釘积分时厨 g?控制 ? 值 前丰自动 iTttshi fcrSH3 舒輸人規格 釘II人上程 曽输入下程 訂微分时问 釘小

13、数位逛出童略当杀统退出前运行循坏看曉 按JH&S的时同循坏运Jf 用户發略 供其他董咯.按粗和菜单等桂用 闱户貴略 供其他策略.按锂和莫亜尊快用 用户策略 供其他策略、按粗和棄单等使用 用户霞略 供其他策咯.按钮和乗单ffl 用户嘏略 供其他簽咯、按钮和菓单等像用 用户策略 供基他置略、按規和棄单等使用 用户錢屹供其能董略、隹粗和菜单等使用 据户箱略 供其他铢略、按钮和荣亜專僮用 用户策略 供其也策略.按翅和葉单等低殂 用户第略 供其世策略、按钮和棄单等從用 用户锻略快其他董咯r按钮和菜单等轉用 用户賢賂供直他董略.按瞿和業单等桎用 用户貧略 供其也策略、按餐和荣取等他用第略组卷萤略属性策略工

14、具箱:席疋呵奇 却计皺器 血击口操作Efxco咋橫输岀 n懈改戟38冲 話盘魏3捷申 瞬總嗟试掲描贝ij按屎设定的时同簿环运务策略截图及运行脚本:策略塑态:启动策略釁略铝烹:循环策略箕略粗鑫=返此策略当系密逞岀話远行書靈世建的討阿曲萍迄柠乖环羌石属世集略爭杠徂阳执疔方式F-p-.R-trlir. .?T间hi弗 |1MO广伯吕宗竺匱* 4赵执行：|3|厂3耳厂3m|T时|F弓曲荒唏内昏拄靜朋樓亞的盯间殆环廷杼匸匿霾j|欄认也| 蜩ig |肆册刑|当系统启动时运行董峪组奁:比例度佚其他黄略、按麹和菜单等便用脚本程序:!setdevice(仪表 1,6,write(07H,P1)!setdevic

15、e(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,l1)!setdevice(仪表 2,6,write(08H,l2)丄堕供其他施、按辄和菜单等他用( !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,

16、Cut)策略组嘉:设定值閤供其他策略、按钮和棄单等便用if !strComp(strbk,孔板流量计)=0 thenIF Co=0 THENsv仁0elseei=*sv1*sv1* CO*Co)sv 仁eien dif!setdevice(仪表 1,6,write(00H,ei)else!setdevice(仪表 1,6,write(00H,sv1)en difif !strComp(strbk,FT1 ) =0 the nIF Co=0 THENsv2=0elseei=*sv4*sv4* p /(Co*Co)endif!setdevice (仪表 2,6,write(00H,ei)else!

17、setdevice(仪表 2,6,write(00H,sv2)endif供其他策略、按钮和樂单零梗用Gj!setdevice(仪表 2,6,write(18H,run2)!setdevice(仪表 1,6,write(18H,ru n1)op6=op810!setdevice(仪表 1,6,write(1aH,op6)op6=op810!setdevice(仪表 2,6,write(1aH,op6)既|供其他策略、萤钮瑯菜单等快用op6=op810!setdevice(仪表 3,6,write(1aH,op6)!setdevice(仪表 2,6,write(0bH,sn2)!setdevice

18、(仪表 1,6,write(0bH,s n1)策略组轰：鲁入上限眞其他玻略“按粗和熬单等恢用!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,wri

19、te（0CH,dip2）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RS485232转换器连接到计算机串口 1

20、。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-姑能仪表控制系统”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-