常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題 目 基于kingview的dcs實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) 設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 系（院） 信息與控制工程系 年 級(jí) 04級(jí) 專 業(yè) 自動(dòng)化 班 級(jí) 04自動(dòng)化4 學(xué) 號(hào) 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 職 稱 副教授 論文提交日期 2008年5月30號(hào) 33 基于kingview的dcs實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)摘 要本課題主要研究了集散控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的構(gòu)建，闡述了集散控制系統(tǒng)在工業(yè)方面的廣泛性以及對(duì)自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生相關(guān)的能力需求。設(shè)計(jì)了集散控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，把握集散控制系統(tǒng)的集中管理和分散控制的本質(zhì)，設(shè)計(jì)基于pc機(jī)的廣義形式的集散控制系統(tǒng)，作為集散控制系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室設(shè)備。在集散控制系統(tǒng)硬件方面，選擇了控制器、執(zhí)行器、傳感器、plc、智能儀表等元件，實(shí)現(xiàn)了上位機(jī)和下位機(jī)的通訊并完成了硬件電路設(shè)計(jì)，用智能儀表控制電加熱常壓鍋爐水溫，s7-200plc控制水箱液位，亞當(dāng)模塊檢測(cè)管道水流量，實(shí)現(xiàn)三個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制站同時(shí)工作，上位機(jī)進(jìn)行監(jiān)控。并完成了下位機(jī)pid程序及狀態(tài)設(shè)置，在上位機(jī)監(jiān)控方面使用了組態(tài)王軟件，設(shè)計(jì)了組態(tài)界面和動(dòng)畫連接。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)下位機(jī)能夠較好的完成水箱液位、溫度的pid控制以及流量檢測(cè)，上位機(jī)工藝流程顯示直觀，人機(jī)界面友好，對(duì)于相關(guān)的應(yīng)用能力培訓(xùn)具有一定的價(jià)值。關(guān)鍵字：集散控制 組態(tài)王 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)the design and implementation of dcs experimental system based on kingviewabstractthis paper is an effort in research of the construction of distributed control experimental system, expound the wide application of distributed control system and the relevant requirements of undergraduates in automation. designing touches upon structure of distributed control system, by sticking to the nature of the centralized management and distributed control, the author designs the centralized and distributed control system based on the broad form of pc, which makes contribution to experimental equipment. as for the centralized control hardware, it chooses controller, executer and transistor etc, to achieve communication with host computer and slave computers also accomplish hardware design, control of intelligent instrument over water temperature under the normal pressure in the electricity-propelled boiler, control of s7-200plc over water level in the tanks and measurement of water flow in channels by adam detection module. through this effort, the three work-site control stations can be proved to function simultaneously and at the same time monitored by host computer, completion of the pid programming of slave computers and its state setting. and kingview software is applied to the monitor and control of pc to create the interface and motive connection. the experiment shows that pid can well control the water level, temperature and flow detection. and host computer also shows that the system has a clear craft process and a friendly. it plays an important role in the relevant trainings.key words: dcs; kingview; experimental system目錄第一章 緒論11.1 論文研究背景和意義11.2 集散控制系統(tǒng)概述11.3 論文完成的工作2第二章 dcs實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)42.1 硬件設(shè)計(jì)概述42.2 dcs實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的元件選擇42.2.1 上位機(jī)的選擇42.2.2 下位機(jī)的選擇42.2.3 傳感器的選擇52.2.4 執(zhí)行器的選擇62.3 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)72.3.1 上位機(jī)和下位機(jī)通訊設(shè)計(jì)72.3.2 下位機(jī)與傳感器、執(zhí)行器的連接7第三章 下位機(jī)程序設(shè)計(jì)及狀態(tài)設(shè)置93.1 下位機(jī)程序設(shè)計(jì)及控制算法概述93.2 plc實(shí)現(xiàn)pid控制的程序設(shè)計(jì)103.2.1 s7-200plc介紹103.2.2 plc程序設(shè)計(jì)103.3 智能儀表實(shí)現(xiàn)pid控制的狀態(tài)設(shè)置11第四章 上位機(jī)監(jiān)控的組態(tài)過程134.1 上位機(jī)組態(tài)設(shè)計(jì)概述134.1.1 組態(tài)王軟件介紹134.1.2 設(shè)計(jì)思路144.2 通信設(shè)置及變量定義144.2.1 通訊設(shè)置144.2.2 變量定義164.3 界面設(shè)計(jì)及動(dòng)畫連接174.3.1 建立新項(xiàng)目174.3.2 建立動(dòng)畫連接194.3.3 實(shí)時(shí)曲線界面設(shè)計(jì)204.3.4 歷史曲線界面設(shè)計(jì)214.3.5 報(bào)警界面設(shè)計(jì)22第五章 系統(tǒng)運(yùn)行情況和小結(jié)235.1 系統(tǒng)運(yùn)行主界面235.2 運(yùn)行結(jié)果及分析26總結(jié)及展望27參考文獻(xiàn)28附錄29致謝31第一章 緒論1.1 論文研究背景和意義隨著控制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，我國工業(yè)領(lǐng)域的自動(dòng)化水平有了顯著的提高。集散控制系統(tǒng)在工業(yè)運(yùn)行控制中得到了廣泛的應(yīng)用，它采用分散遞階結(jié)構(gòu)體現(xiàn)了集中管理分散控制的思想，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的功能分散、危險(xiǎn)分散，具有控制功能強(qiáng)、操作簡(jiǎn)便和可靠性高等特點(diǎn)。與之相適應(yīng)，組態(tài)軟件技術(shù)也取得了較大的進(jìn)步。優(yōu)秀的國產(chǎn)組態(tài)軟件“組態(tài)王”具有功能豐富、操作簡(jiǎn)單、實(shí)用性強(qiáng)等特點(diǎn)，適用于各種規(guī)模的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。集散控制系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)過程中應(yīng)用十分廣泛，在硬件上涉及到傳感器、執(zhí)行器、控制器等。軟件上既涉及現(xiàn)場(chǎng)控制，也設(shè)計(jì)到上位機(jī)的組態(tài)軟件和程序設(shè)計(jì)。對(duì)學(xué)生的專業(yè)知識(shí)需求非常全面，對(duì)自控系統(tǒng)的集成能力要求非常高。因此，采用工業(yè)上應(yīng)用的控制器的檢測(cè)元件和執(zhí)行元件來構(gòu)建實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是非常有必要的。對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的工程應(yīng)用能力具有非常重要意義。1.2 集散控制系統(tǒng)概述集散控制系統(tǒng)又稱為分散型綜合控制系統(tǒng)（dcs），是對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行集中監(jiān)視、操作、管理和分散控制的一種全新的分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)將若干臺(tái)微機(jī)分散應(yīng)用于過程控制，全部信息通過通信網(wǎng)絡(luò)由上微機(jī)管理計(jì)算機(jī)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化控制，通過crt裝置、通信總線、鍵盤、打印機(jī)等，進(jìn)行集中操作、顯示和報(bào)警。整個(gè)裝置繼承了常規(guī)儀表分散控制和計(jì)算機(jī)集中控制的優(yōu)點(diǎn)，克服了常規(guī)儀表功能單一、人機(jī)聯(lián)系差，以及單臺(tái)微機(jī)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)危險(xiǎn)性高度集中的缺點(diǎn)，即在管理、操作和顯示三方面集中，又在功能、負(fù)荷和危險(xiǎn)性三方面分散。集散控制系統(tǒng)不僅能完成原來模擬儀表的功能，而且大大超過模擬儀表。這是因?yàn)樗捎昧讼冗M(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、crt技術(shù)和控制技術(shù)等4c技術(shù)。采用數(shù)字控制以后，控制器中預(yù)先存到rom中的算法可以說是無限的，每一種算法代表一種功能。這些功能在模擬儀表中是用模擬線路來實(shí)現(xiàn)的，它受到模擬線路的漂移、電阻、電容等器件的限制，作一個(gè)精度很高的模擬儀表成本很高，甚至幾乎是不可能的。而數(shù)字控制的算法是用程序?qū)崿F(xiàn)的。用程序來代替模擬線路所能實(shí)現(xiàn)的功能。在理論上是無限的，這是很大的進(jìn)步。對(duì)于各種dcs系統(tǒng)其原理都是一樣的。通常稱這種算法為功能塊。功能塊的總稱為功能塊庫。因此，dcs系統(tǒng)不僅具備極高的可靠性、多功能性，而且人-機(jī)聯(lián)系便利，能夠完成各類數(shù)據(jù)的采集與處理以及復(fù)雜高級(jí)的控制。集散控制的結(jié)構(gòu)是一個(gè)分布式系統(tǒng)，從整體邏輯結(jié)構(gòu)上講是一分支樹結(jié)構(gòu)，與工業(yè)生產(chǎn)過程的行政管理結(jié)構(gòu)相一致。按系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行垂直分解，分為過程控制級(jí)、控制管理級(jí)和生產(chǎn)管理級(jí)，各級(jí)相互獨(dú)立又相互聯(lián)系，每級(jí)按水平分解成若干子集。從功能分散看，縱向分散意味著不同級(jí)設(shè)備不同功能，橫向分散則同級(jí)設(shè)備功能類似。在集散控制系統(tǒng)中，一方面，信息自下而上逐漸集中，另一方面，信息又自上而下逐漸分散，這種有序的信息傳遞機(jī)制，構(gòu)成了集散系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)。集散控制系統(tǒng)的特點(diǎn)：l 功能齊全l 實(shí)現(xiàn)分散控制l 實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控、操作和管理，人機(jī)聯(lián)系好l 采用局部網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)l 系統(tǒng)擴(kuò)展靈活方便，安裝調(diào)試方便l 安全可靠性高l 具有良好的性能價(jià)格比1.3 論文完成的工作1儀表控制柜上有帶rs485通訊功能的單回路智能儀表一套，ddc控制模塊adam4017，西門子s7-200plc一套，組成集散控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)硬件連接圖。2對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)，用儀表控制電加熱常壓鍋爐水溫，用s7-200plc控制上水箱液位，用亞當(dāng)模塊檢測(cè)管道水流量。三個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制站同時(shí)工作，上位機(jī)進(jìn)行監(jiān)控。實(shí)現(xiàn)集散控制系統(tǒng)。集散控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖本課題的目的是構(gòu)建集散控制系統(tǒng)，主要進(jìn)行以下方面的工作：在深入了解集散控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，分析集散控制的特點(diǎn)，以及現(xiàn)有的不同廠家集散控制彼此封閉的缺點(diǎn)。按照培養(yǎng)學(xué)生工程應(yīng)用能力的需要，把握集散控制的本質(zhì)，上位機(jī)、下位機(jī)的結(jié)構(gòu)。采用組態(tài)軟件的集散控制系統(tǒng)，將能更好的發(fā)揮集散控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。用集散控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)上位機(jī)來控制三個(gè)下位機(jī)以及它們之間的通訊，完成實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)及下位機(jī)程序控制算法，用組態(tài)王軟件對(duì)下位機(jī)進(jìn)行組態(tài)界面及動(dòng)畫連接。最終，形成一個(gè)集散控制系統(tǒng)的模型，達(dá)到了人機(jī)界面友好效果。第二章 dcs實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)2.1 硬件設(shè)計(jì)概述選擇帶有rs485通訊功能的單回路智能儀表一套，配有研華科技adam4017ddc控制模塊，西門子s7-200plc一套，組成集散控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)硬件連接圖。本設(shè)計(jì)要求實(shí)現(xiàn)上位機(jī)和三個(gè)下位機(jī)之間的通訊及硬件設(shè)計(jì)圖。組態(tài)王和plc之間通過pc/ppi協(xié)議通信。變頻器控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速從而控制水箱液位。組態(tài)王和智能儀表、亞當(dāng)模塊之間通過rs232/485來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換。用儀表控制電加熱常壓鍋爐水溫，通過pt100熱電阻來測(cè)溫的。亞當(dāng)模塊檢測(cè)管道流量。系統(tǒng)總體硬件圖如圖2所示。圖2 系統(tǒng)總體硬件圖2.2 dcs實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的元件選擇2.2.1 上位機(jī)的選擇工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，即指對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過程及其機(jī)電設(shè)備、工藝裝備進(jìn)行測(cè)量與控制用的計(jì)算機(jī)。工控機(jī)之所以大受歡迎，其根本原因在于pc機(jī)的開放性。其硬件和軟件資源極其豐富，并且為工程技術(shù)人員和廣大用戶所熟悉?；趐c機(jī)的控制系統(tǒng)，已經(jīng)成為dcs、plc未來發(fā)展的參照物。本課題中，上位機(jī)選用普通的個(gè)人計(jì)算機(jī)。安裝了pci串口卡。2.2.2 下位機(jī)的選擇（1）plc:選用西門子公司生產(chǎn)的s7_200plc，cpu 222 （120240v電源供電，本機(jī)824vdc 數(shù)字量輸入/6繼電器輸出），擴(kuò)展模塊：em235（模擬量4模擬量輸入/1模擬量輸出）。cpu222 自帶24v電源，“l(fā)”、“m”兩端分別接到em235模塊的“l(fā)”、“m”端，給em235提供24v的工作電源。（2）智能儀表：采用福光百特公司生產(chǎn)的內(nèi)給定調(diào)節(jié)儀，具有本機(jī)給定的功能?？赏ㄟ^面板上的增減鍵直接修改給定值（也可加密碼鎖定不允許修改）（3）亞當(dāng)模塊：采用研華科技的adam4017，它是16位，8通道模擬量輸入模塊，它對(duì)每個(gè)通道輸入量程提供多種范圍，可以自行選擇設(shè)定。24v直流電驅(qū)動(dòng)，通過rs485轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)到以太網(wǎng)，再將數(shù)據(jù)傳到上位機(jī)。2.2.3 傳感器的選擇（1）壓力變送器（fb0803ae3r）液位壓力傳感器是兩線制接法，操作信號(hào)為420ma電流信號(hào)。如圖3所示：圖3 壓力傳感器接線原理圖端口a、b之間接負(fù)載(250500)。檢驗(yàn)壓力傳感器信號(hào)時(shí)，在a、b之間串一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電阻，然后測(cè)其上的壓降，可以算出a、b間的電流。無水時(shí)應(yīng)顯示3.854.00ma，吹入空氣，電流值增大。液位傳感器實(shí)際是一個(gè)壓力傳感器。當(dāng)水箱中沒有水時(shí)，a、b間的電流應(yīng)當(dāng)為4.00ma(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))，但由于安裝位置原因，a、b間的電流約為3.84.0ma(百特儀表量程范圍設(shè)為420ma)。如果誤差比較大，則可以在控制系統(tǒng)中進(jìn)行校正。例如如果操作值低于4毫安，則直接顯示0。然后操作值上加上一定高度，從而獲得比較準(zhǔn)確的液位高度。一般操作控制不要求這個(gè)絕對(duì)高度。注意：加電幾分鐘后才能獲得準(zhǔn)確數(shù)值。（2）溫度傳感器(pt100)溫度變送器為兩線制，24v直流電驅(qū)動(dòng)。如圖4所示。圖4 溫度變送器接線原理圖現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)的溫度傳感器為pt100熱電阻，量程為0100，采用導(dǎo)線補(bǔ)償，即將a、c短接。操作信號(hào)為420ma電流信號(hào)。溫度變送器零點(diǎn)、量程調(diào)節(jié)方式：將pt100熱電阻換成100標(biāo)準(zhǔn)電阻，調(diào)整零點(diǎn)調(diào)節(jié)螺釘，當(dāng)操作儀表顯示4.00ma時(shí)，零點(diǎn)已調(diào)好。將pt100熱電阻換成125標(biāo)準(zhǔn)電阻，調(diào)整量程調(diào)節(jié)螺釘，當(dāng)操作儀表顯示14.1714.18ma時(shí)，量程已調(diào)好。一般情況下，溫度變送器在出廠時(shí)已校好，不需用戶調(diào)整。如果pt100或者溫度變送器出現(xiàn)超過1度左右的誤差，則可以進(jìn)行零點(diǎn)或滿度調(diào)節(jié)。變送器和溫度傳感器作為一個(gè)整體，可以通過操作冰塊溫度，從而調(diào)節(jié)零點(diǎn)，然后使用一個(gè)能準(zhǔn)確操作溫度的單元同時(shí)操作一個(gè)溫度，調(diào)節(jié)滿度，以便顯示同一個(gè)數(shù)值。溫度的范圍在當(dāng)前溫度到80之間，最好不要超過80。（3）渦輪流量計(jì)(lwgb-15)渦輪流量計(jì)有兩種，一種是直接脈沖操作，然后連接到流量積算儀，或者脈沖計(jì)數(shù)器，例如adam4080，采集卡的計(jì)數(shù)器端等；一種是帶4-20毫安標(biāo)準(zhǔn)兩線制信號(hào)操作。渦輪流量計(jì)操作脈沖信號(hào)，具有一個(gè)流量系數(shù)(例如lwgy-15型號(hào)為760-780立方米/小時(shí)，lwgy-10型號(hào)為1550-1570hz/立方米/小時(shí))。需要經(jīng)過流量積算儀或其他頻率計(jì)數(shù)器才能獲得4-20毫安的數(shù)據(jù)。注意：lwgb-15型號(hào)的量程范圍0-3立方/小時(shí)。該型號(hào)操作小流量(0.6立方/小時(shí))信號(hào)下精度不足。流量控制范圍可以0%-32%。為了保證低流量下的精度，我們可以使用滿量程1.2立方/小時(shí)的渦輪流量計(jì)lwgya-10，所以如果超過量程，則可以關(guān)閉少一些閥門。流量控制范圍可以0%-100%。2.2.4 執(zhí)行器的選擇執(zhí)行器選用西門子變頻器micromaster420，它是用于控制三相交流電動(dòng)機(jī)速度的變頻器系列。本系列有多種型號(hào)，從單相電源電壓，額定功率120w到三相電源電壓，額定功率11kw可供用戶選用。本變頻器由微處理器控制，并采用具有現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)水平的絕緣柵雙極型晶體管作為功率輸出器件。因此，它們具有很高的運(yùn)行可靠性和功能的多樣性。其脈沖寬度調(diào)制的開關(guān)頻率是可選的，因此降低了電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的噪聲。全面而完善的保護(hù)功能為變頻器和電動(dòng)機(jī)提供了良好的保護(hù)。micromaster420具有缺省的工廠設(shè)置參數(shù)，它給數(shù)量眾多的簡(jiǎn)單電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)供電的理想變頻驅(qū)動(dòng)裝置。由于micromaster420具有全面而完善的控制功能，在設(shè)置相關(guān)參數(shù)以后，它也可以用于更高級(jí)的電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)。micromaster420既可用于單獨(dú)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，也可集成到“自動(dòng)化系統(tǒng)”中。2.3 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)2.3.1 上位機(jī)和下位機(jī)通訊設(shè)計(jì)組態(tài)王支持多種通信方式:串口通信，數(shù)據(jù)采集板、dde通信、人機(jī)界面卡和網(wǎng)絡(luò)模塊。采用pc/ppi電纜建立個(gè)人計(jì)算機(jī)與plc之間的通信。這是單主機(jī)與個(gè)人計(jì)算機(jī)的連接，不需要其他硬件，如調(diào)制解調(diào)器和編程設(shè)備。把pc/ppi電纜的pc端連接到計(jì)算機(jī)的rs-232通信口（一般是com1），把pc/ppi電纜的ppi端連接到plc的rs485通信口即可。上位機(jī)和智能儀表、亞當(dāng)模塊之間通過rs232/rs485轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)，福建百特公司生產(chǎn)的智能儀表采用的rs485 通訊協(xié)議支持計(jì)算機(jī)與百特xm類系列智能儀表之間的通信，本設(shè)計(jì)中采用rs232與rs485信號(hào)互轉(zhuǎn)的接口轉(zhuǎn)換器來完成pc 機(jī)和智能儀表的通訊。rs232/485通訊接口轉(zhuǎn)換器主要用于工業(yè)控制、智能儀器儀表、電力、交通、銀行等采用現(xiàn)場(chǎng)總線的遠(yuǎn)程多機(jī)通訊場(chǎng)合。該接口轉(zhuǎn)換器具有體積小、傳輸距離遠(yuǎn)、速率高、性能穩(wěn)定等特點(diǎn)。適用于溫度控制、壓力控制、流量控制、液位控制等各種現(xiàn)場(chǎng)和設(shè)備配套。rts線在rs232到rs485轉(zhuǎn)換器電路中提供了一種通用的控制總線方向的手段。rs232端口的rts線控制rs485收發(fā)器是作為一個(gè)傳送器或者接收器。除非監(jiān)視r(shí)s485驅(qū)動(dòng)器的輸入，否則不能確定在uart發(fā)送緩存里的一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)是否被傳送。在使用de腳去改變總線方向前，必須允許一個(gè)固定的時(shí)延或者一直監(jiān)視di輸入。另外的方向控制技術(shù)包括使用微控制器以及將a、b線分開（用上拉電阻將a連到5v同時(shí)用下拉電阻將b連到地），然后用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)de腳。電阻的值隨電纜的電容而變。許多rs232到rs485轉(zhuǎn)換器都是端口供電，其中rs485的電源來自rs232的rts線。因?yàn)閞s232端口的可用電源有限，然而，接受端低的門限電壓允許一個(gè)相當(dāng)范圍的誤差。這種技術(shù)在短的線路長(zhǎng)度和a、b間無終結(jié)的系統(tǒng)中是可行的。2.3.2 下位機(jī)與傳感器、執(zhí)行器的連接本課題主要在計(jì)算機(jī)控制實(shí)驗(yàn)臺(tái)上完成的，壓力傳感器（fb0803ae3r）將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)化為4-20ma的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)送入s7-200plc，經(jīng)pid運(yùn)算與給定壓力參數(shù)進(jìn)行比較，得出調(diào)節(jié)參數(shù)，送給變頻器，由變頻器控制水泵轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)系統(tǒng)的液位大小。智能儀表將4-20ma的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)通過溫度傳感器（pt100），控制鍋爐溫度。亞當(dāng)模塊與渦輪流量計(jì)lwgb-15的連接要并聯(lián)250的電阻，渦輪流量計(jì)將電流信號(hào)送給亞當(dāng)模塊。亞當(dāng)模塊將1-5v的電壓信號(hào)通過上位機(jī)采集數(shù)據(jù)時(shí)，就通過rs232/rs485接口送到上位機(jī)。運(yùn)輸放大器選用通用型集成運(yùn)算放大器741。硬件圖設(shè)計(jì)如圖5所示。 圖5 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)圖第三章 下位機(jī)程序設(shè)計(jì)及狀態(tài)設(shè)置3.1 下位機(jī)程序設(shè)計(jì)及控制算法概述使用pid指令的關(guān)鍵是對(duì)采集到的數(shù)值和計(jì)算出來的pid控制結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)化及標(biāo)準(zhǔn)化，plc程序設(shè)計(jì)中，采用無量綱的歸一化處理，給定值和過程變量都是實(shí)際的工程量，其幅度、范圍和測(cè)量單位都會(huì)不同，用可編程控制器控制pid回路時(shí)，要把實(shí)際測(cè)量輸入量、設(shè)定值和回路表中的其他輸入?yún)?shù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。即用程序把它們轉(zhuǎn)化為plc能夠識(shí)別和處理的數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化時(shí)可采用單極性方案，系統(tǒng)的輸入來自水箱的液位測(cè)量采樣；輸出是單極性模擬量。系統(tǒng)使用比例、積分控制。采用試湊法和經(jīng)驗(yàn)法，對(duì)pid控制算法進(jìn)行整定，經(jīng)整定取=25，=15，=0.02，本程序中模擬量輸入通道為aiw0，模擬量輸出通道為aqw0。i0.0是手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)信號(hào)，i0.0為0時(shí)，系統(tǒng)為自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)。內(nèi)給定智能儀表具有本機(jī)給定的功能，具有智能pid控制算法，可以實(shí)現(xiàn)自整定功能。本設(shè)計(jì)中亞當(dāng)模塊未采用pid控制算法。系統(tǒng)方框圖如圖6所示：圖6系統(tǒng)方框圖在大部分模擬量的控制中，使用的回路控制類型并不是比例、積分和微分三者俱全。例如，只需要比例回路或只需要比例積分回路。通過對(duì)常量參數(shù)的設(shè)置，可以關(guān)閉不需要的控制類型。關(guān)閉積分回路：把積分時(shí)間設(shè)置為無窮大，此時(shí)雖然由于有初值mx使積分項(xiàng)不為零，但積分作用可以忽略。關(guān)閉微分回路：把微分時(shí)間設(shè)置為0，微分作用即可關(guān)閉。關(guān)閉比例回路：把比例增益設(shè)置為0，則只保留積分和微分項(xiàng)。實(shí)際工作中，使用最多的是pi調(diào)節(jié)器。比例積分控制的特點(diǎn)是控制器的輸出不僅與偏差的大小成比例，而且與偏差存在的時(shí)間成比例，它可以在過渡過程結(jié)束時(shí)消除系統(tǒng)的余差。但是，在加入積分作用后，會(huì)使系統(tǒng)的穩(wěn)定性降低。雖然可以通過加大比例度的方法，使穩(wěn)定性基本保持不變，但超調(diào)量和震蕩周期也將隨之增大，使過渡過程時(shí)間加長(zhǎng)。具有比例積分控制規(guī)律的控制器稱為比例積分控制器，式為其輸入輸出信號(hào)的數(shù)學(xué)表達(dá)式式中，為積分時(shí)間。比例積分控制規(guī)律是一種應(yīng)用最為廣泛的控制規(guī)律。它適用于調(diào)節(jié)通道滯后較小、負(fù)荷變化不大、被控變量又不允許有余差的場(chǎng)合。例如，流量控制系統(tǒng)、管道壓力控制系統(tǒng)和某些要求嚴(yán)格的液位控制系統(tǒng)普遍采用比例積分控制器。3.2 plc實(shí)現(xiàn)pid控制的程序設(shè)計(jì)3.2.1 s7-200plc介紹現(xiàn)代可編程序控制器不僅能實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字量的邏輯控制，還具有數(shù)學(xué)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理、運(yùn)動(dòng)控制、模擬pid運(yùn)算控制、通信聯(lián)網(wǎng)等功能。plc(programmable logic controller)具有以下優(yōu)點(diǎn)：編程方法簡(jiǎn)單易學(xué)；功能強(qiáng)，性價(jià)比高；硬件配套齊全，用戶使用方便，適用性強(qiáng)；可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)；系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量少；維修工作量少，維修方便；體積小能耗。因而plc在中小系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越廣，成為中小系統(tǒng)的主流控制器。西門子plc產(chǎn)品在國內(nèi)市場(chǎng)推廣較早，是國內(nèi)應(yīng)用最廣泛的plc產(chǎn)品之一，由此我們推出以西門子s7-200 plc為控制器、亞控組態(tài)王為上位監(jiān)控軟件的過程控制系統(tǒng)。s7200plc是一種小型plc，其結(jié)構(gòu)緊湊，功能強(qiáng)大，可適應(yīng)各種中小規(guī)模自動(dòng)化系統(tǒng)。3.2.2 plc程序設(shè)計(jì)本程序?qū)崿F(xiàn)了pid控制算法，由sm0.0初始化程序，把pid參數(shù)的給定值送入模擬量輸入，轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)值0.0-1.0之間送入回路表單元，當(dāng)手/自動(dòng)轉(zhuǎn)換pid_a_m=0或強(qiáng)制i0.0時(shí)，執(zhí)行pid指令，然后輸出。否則，直接輸出。plc程序設(shè)計(jì)流程圖如圖7所示。圖7程序設(shè)計(jì)流程圖具體程序設(shè)計(jì)：參見附錄。3.3 智能儀表實(shí)現(xiàn)pid控制的狀態(tài)設(shè)置（1）set鍵：自動(dòng)或手動(dòng)工作態(tài)下，按set鍵進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)定態(tài)。參數(shù)設(shè)定態(tài)下，按set鍵確定參數(shù)設(shè)定操作。鍵和鍵：自動(dòng)工作態(tài)下，按鍵或鍵可修改給定值（sp），在附顯示窗顯示。手動(dòng)工作態(tài)下，按鍵或鍵可修改控制操作值（mv）。參數(shù)設(shè)定時(shí)，鍵或鍵用于參數(shù)設(shè)定菜單選擇和參數(shù)值設(shè)定。（2）給定值設(shè)置單設(shè)定點(diǎn)（本機(jī)設(shè)定點(diǎn)）的sp設(shè)定操作在自動(dòng)工作態(tài)下，按、鍵可修改sp設(shè)定值，在附顯示屏顯示。上電復(fù)位后將調(diào)出停電前的sp值作為上電后的初始sp值。上電復(fù)位時(shí)，具有sp跟蹤pv功能，即從時(shí)間程序曲線中最接近當(dāng)前pv值的點(diǎn)開始程序運(yùn)行。在手動(dòng)工作態(tài)下，按a/m鍵將回到自動(dòng)工作態(tài)。手動(dòng)/自動(dòng)狀態(tài)的切換是控制操作mv雙向無擾動(dòng)的。本機(jī)單值給定時(shí)，手動(dòng)轉(zhuǎn)自動(dòng)時(shí)具有sp自動(dòng)跟蹤pv功能。即置sp=當(dāng)前pv值。t.sp給定時(shí)，手動(dòng)轉(zhuǎn)自動(dòng)時(shí)同樣具有sp自動(dòng)跟蹤pv功能，即從時(shí)間程序曲線中最接近pv的點(diǎn)開始運(yùn)行。pid自整定程序的啟動(dòng)按操作說明“d”操作，可啟動(dòng)pid自整定程序。啟動(dòng)后，若誤差（sp-pv）/fs小于5%則繼續(xù)維持常規(guī)pid運(yùn)行，還不進(jìn)pid參數(shù)自整定。若偏差大于5%，則作兩個(gè)周期全開全關(guān)位式控制，算出系統(tǒng)合適的pid參數(shù)，按此參數(shù)進(jìn)行常規(guī)pid控制。自整定期間，附屏交替顯示特定字符和mv值。由于在儀表出廠設(shè)置當(dāng)中，已將輸入零點(diǎn)滿度校正、溫室校正、輸出零點(diǎn)滿度校正（這三個(gè)參數(shù)以下被稱為非常規(guī)參數(shù)）各參數(shù)項(xiàng)鎖定，所以在工作態(tài)時(shí)，按下set鍵后儀表顯示的是界面，如果再按set鍵就進(jìn)入pid參數(shù)設(shè)置項(xiàng)；設(shè)置比例參數(shù)，觀察計(jì)算機(jī)顯示屏上的曲線，待被調(diào)參數(shù)基本穩(wěn)定于給定值后，可以開始加干擾測(cè)試。待系統(tǒng)穩(wěn)定后，對(duì)系統(tǒng)加擾動(dòng)信號(hào)（在純比例的基礎(chǔ)上加擾動(dòng)，一般可以通過改變?cè)O(shè)定值實(shí)現(xiàn)，也可以通過增加干擾），在pi調(diào)節(jié)器的控制實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，在引入適量的微分作用，即在軟件界面上設(shè)置d參數(shù)，觀察系統(tǒng)被控制量響應(yīng)的動(dòng)態(tài)曲線。第四章 上位機(jī)監(jiān)控的組態(tài)過程4.1 上位機(jī)組態(tài)設(shè)計(jì)概述4.1.1 組態(tài)王軟件介紹組態(tài)王6.5是一個(gè)具有易用性、開放性和集成能力的通用組態(tài)軟件。運(yùn)行在windows操作系統(tǒng)。應(yīng)用組態(tài)王軟件可以使工程師把主要精力放在控制對(duì)象上，而不是形形色色的通訊協(xié)議、復(fù)雜的圖形處理、枯燥的數(shù)字統(tǒng)計(jì)。只需要進(jìn)行填表式操作，即可生成適合于你的“監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)”。它可以在整個(gè)生產(chǎn)企業(yè)內(nèi)部將各種系統(tǒng)和應(yīng)用集成在一起，實(shí)現(xiàn)“廠際自動(dòng)化”的最終目標(biāo)。組態(tài)王具有如下特點(diǎn):1.工程管理對(duì)于系統(tǒng)集成商和用戶來說，一個(gè)系統(tǒng)開發(fā)人員可能保存有很多個(gè)組態(tài)王工程，對(duì)于這些工程的集中管理以及新開發(fā)工程中的工程備份等都是比較煩瑣的事情。組態(tài)王工程管理器的主要作用就是為用戶集中管理本機(jī)上的所有組態(tài)王工程。工程管理器的主要功能包括:新建、刪除工程，對(duì)工程重命名，搜索指定路徑下的所有組態(tài)王工程，修改工程屬性，工程的備份、恢復(fù)，數(shù)據(jù)詞典的導(dǎo)入導(dǎo)出，切換到組態(tài)王開發(fā)或運(yùn)行環(huán)境等。此外，組態(tài)王開發(fā)系統(tǒng)還提供工程加密，畫面和命令語言導(dǎo)入、導(dǎo)出功能。2.畫面制作系統(tǒng)組態(tài)王調(diào)色板支持無限色和二十四種過渡色效果，組態(tài)王的任一種繪圖工具都可以使用無限色，大部分圖形都支持過渡色效果，巧妙地利用無限色和過渡色效果，可以輕松構(gòu)造出美觀、逼真的畫面。組態(tài)王系統(tǒng)提供圖庫功能，使用圖庫具有很多好處:降低了工程人員設(shè)計(jì)界面的難度，縮短開發(fā)周期；用圖庫開發(fā)的軟件將具有統(tǒng)一的外觀，方便工程人員學(xué)習(xí)和掌握；利用圖庫的開放性，工程人員可以生成自己的圖庫元素，“一次構(gòu)造，隨處使用”，節(jié)省了工程投資。組態(tài)王6.5支持按鈕的多種形狀和多種效果，并且支持位圖按鈕，用戶可以隨意構(gòu)造漂亮的按鈕。另外，組態(tài)王6.5支持多種圖形格式，如gif、jpg、bmp等，用戶可以充分利用己有的資源，輕松構(gòu)造自己功能強(qiáng)大且美觀的應(yīng)用系統(tǒng)。3.報(bào)警和事件系統(tǒng)組態(tài)王6.5報(bào)警系統(tǒng)全新改版，具有方便、靈活、可靠、易于擴(kuò)展的特點(diǎn)。組態(tài)王分布式報(bào)警管理提供多種報(bào)警管理功能。包括:基于事件的報(bào)警、報(bào)警分組管理、報(bào)警優(yōu)先級(jí)、報(bào)警過濾、新增死區(qū)和延時(shí)概念等功能，以及通過網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程報(bào)警管理。組態(tài)王還可以記錄應(yīng)用程序事件和操作員操作信息。報(bào)警和事件具有多種輸出方式:文件、數(shù)據(jù)庫、打印機(jī)和報(bào)警窗，并且可以利用控件等工具實(shí)現(xiàn)報(bào)警數(shù)據(jù)的訪問和打印。4.報(bào)表系統(tǒng)組態(tài)王提供內(nèi)嵌式報(bào)表系統(tǒng)，工程人員可以任意設(shè)置報(bào)表格式，對(duì)報(bào)表進(jìn)行組態(tài)。組態(tài)王為用戶提供了豐富的報(bào)表函數(shù)，實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)算、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、統(tǒng)計(jì)分析、報(bào)表打印等。既可以制作實(shí)時(shí)報(bào)表，也可以制作歷史報(bào)表。另外，工程人員還可以制作各種報(bào)表模板，實(shí)現(xiàn)多次使用，以免重復(fù)工作。4.1.2 設(shè)計(jì)思路本設(shè)計(jì)采用組態(tài)軟件編程，實(shí)現(xiàn)用上位機(jī)來控制三個(gè)下位機(jī)的工作。用儀表控制電加熱常壓鍋爐水溫，用s7-200plc控制上水箱液位，用亞當(dāng)模塊檢測(cè)管道水流量。能夠在組態(tài)畫面中自動(dòng)進(jìn)行手/自動(dòng)切換。三個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制站同時(shí)工作，上位機(jī)進(jìn)行監(jiān)控實(shí)現(xiàn)集散控制系統(tǒng)。通過組態(tài)王的界面設(shè)計(jì)來改寫pid控制算法的參數(shù)，設(shè)計(jì)出系統(tǒng)的實(shí)時(shí)曲線圖、歷史曲線圖，報(bào)警等等。如圖8所示。圖8上位機(jī)結(jié)構(gòu)圖4.2 通信設(shè)置及變量定義4.2.1 通訊設(shè)置（1）plc與組態(tài)軟件的通訊只有在定義了外部設(shè)備之后，組態(tài)王才能通過i/o變量和它們交換數(shù)據(jù)，為方便定義外部設(shè)備組態(tài)王設(shè)計(jì)了“設(shè)備配置向?qū)А币龑?dǎo)用戶一步步完成設(shè)備的連接，如圖9所示。這里我們采用s7-200plc和組態(tài)王通信為例，plc連接在計(jì)算機(jī)的com1口。在組態(tài)王工程瀏覽器的左側(cè)選中com1，在右側(cè)雙擊“新建”，運(yùn)行“設(shè)備配置向?qū)А?。選擇plc的“串口”項(xiàng)，單擊“下一步”；為設(shè)備選擇連接串口，單擊“下一步”；填寫設(shè)備地址為2，單擊“下一步”；然后“完成”。設(shè)備定義完成后，可以在工程瀏覽器的右側(cè)看到新建的外部設(shè)備plc，在定義數(shù)據(jù)庫變量時(shí)，只要把i/o變量連接到這臺(tái)設(shè)備上，它就可以和組態(tài)王交換數(shù)據(jù)了。雙擊com1，設(shè)置通訊參數(shù)為波特率9600bps，偶校驗(yàn)；數(shù)據(jù)位8；停止位1；通訊方式rs-232，通訊超時(shí)3000ms。如圖10所示。圖9 設(shè)備配置向?qū)D10 com1參數(shù)設(shè)置對(duì)話框（2）智能儀表與組態(tài)軟件的通訊智能儀表具體為xm類儀表兩個(gè)，名稱為baite0和baite1地址分別為1和2。通訊參數(shù)為：采用串口通訊。端口號(hào)com3，波特率 9600bps，數(shù)據(jù)位8，無校驗(yàn)位，停止位2，通訊超時(shí)3000ms，采集頻率1000ms。（3）亞當(dāng)模塊與組態(tài)軟件的通訊本設(shè)計(jì)采用了亞當(dāng)4017，地址為1，端口號(hào)com4，波特率 9600bps，數(shù)據(jù)位8，無校驗(yàn)位，停止位，校驗(yàn)和（checksum）必須選中，否則無法和組態(tài)王通訊。通訊超時(shí)3000ms。4.2.2 變量定義數(shù)據(jù)庫是“組態(tài)王”最核心的部分。在touchvew運(yùn)行時(shí)，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)狀況要以動(dòng)畫的形式反映在上位機(jī)上。操作者在計(jì)算機(jī)前發(fā)布的指令也要迅速送達(dá)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，所有這一切都是以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫為中介環(huán)節(jié)，所以數(shù)據(jù)庫是聯(lián)系上位機(jī)和下位機(jī)的橋梁。對(duì)于將要建立的“監(jiān)控中心”，需要從下位機(jī)采集液位、流量、溫度。因?yàn)檫@些數(shù)據(jù)是通過驅(qū)動(dòng)程序采集的，所以變量的類型都是i/o實(shí)型變量。定義變量的方法如下：在工程瀏覽器的左側(cè)選擇“數(shù)據(jù)詞典”，在右側(cè)雙擊“新建”，彈出“定義變量”對(duì)話框；對(duì)話框設(shè)置如圖11所示，設(shè)置完成后，單擊“確定”。用類似的方法建立其他變量，如表1所示。圖11 “定義變量”對(duì)話框表1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)詞典序號(hào)參數(shù)名意義設(shè)備參數(shù)號(hào)數(shù)據(jù)類型1pid_pv過程值plcv100i/o實(shí)數(shù)2pid_sp設(shè)定值plcv104i/o實(shí)數(shù)3pid_mv操作值plcv108i/o實(shí)數(shù)4pid_a_m手自動(dòng)切換plcv481i/o整數(shù)5pid0_p比例系數(shù)plcv112i/o實(shí)數(shù)6pid_i積分時(shí)間plcv120i/o實(shí)數(shù)7pid_d微分時(shí)間plcv124i/o實(shí)數(shù)8pid1_pv過程值baite0real1i/o實(shí)數(shù)9pid1_sp給定值baite0para1.38i/o實(shí)數(shù)10pid1_mv操作值baite0para1.44i/o實(shí)數(shù)11pid1_p比例帶baite0para1.31i/o實(shí)數(shù)12pid1_i積分時(shí)間baite0para1.32i/o實(shí)數(shù)13pid1_d微分時(shí)間baite0para1.33i/o實(shí)數(shù)14pid_am手自動(dòng)轉(zhuǎn)換baite0para1.43i/o實(shí)數(shù)15ai0模擬量輸入adam4017ai0內(nèi)存4.3 界面設(shè)計(jì)及動(dòng)畫連接4.3.1 建立新項(xiàng)目假設(shè)已經(jīng)正確安裝了組態(tài)王，首先啟動(dòng)組態(tài)王工程瀏覽器，工程瀏覽器運(yùn)行后，將打開上一次工作后的項(xiàng)目。如果是第一次使用工程瀏覽器，默認(rèn)的是組態(tài)王示例程序所在的目錄。為建立一個(gè)新項(xiàng)目，請(qǐng)執(zhí)行以下操作：在工程瀏覽器中選擇“工程/新建”，出現(xiàn)“新建工程”的對(duì)話框如圖12所示。在對(duì)話框中輸入工程名稱：“基于組態(tài)王的集散控制系統(tǒng)”。在工程描述中輸入工程路徑，自動(dòng)指定為當(dāng)前目錄下以工程名稱命名的子目錄。如果需要更改工程路徑，單擊“瀏覽”按鈕，再單擊“確定”。組態(tài)王將在工程路徑下生成初始數(shù)據(jù)文件。至此，新項(xiàng)目已經(jīng)可以開始建立了。可以在每一個(gè)項(xiàng)目下建立數(shù)目不限的界面。圖12 新建工程對(duì)話框在工程瀏覽器左側(cè)的樹型視圖中選擇“界面”，在右側(cè)視圖中雙擊“新建”，新建產(chǎn)生一幅名為“監(jiān)控中心”的界面，如圖所示，在工具箱中選擇需要用的被控對(duì)象，根據(jù)設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)出系統(tǒng)的主界面如圖13所示。圖13 控制系統(tǒng)界面圖表2 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)控制測(cè)點(diǎn)清單：序號(hào)位號(hào)或代號(hào)設(shè)備名稱用途原始信號(hào)工程量1lt103壓力變送器下水箱液位4-20madcai2.5kpa2te101溫度傳感器鍋爐溫度4-20madcai1003ft101渦輪流量計(jì)管道流量4-20madcai3立方/小時(shí)控制系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)接線：圖14 運(yùn)行接線同樣，plc中的ai0_、ai0+接下水箱液位的“-”、“+”端子，變頻器接控制面板中的ao0_、ao0+，流量計(jì)接adam4017的ai0_、ai0+端子。4.3.2 建立動(dòng)畫連接工程人員在組態(tài)王開發(fā)系統(tǒng)中制作的界面都是靜態(tài)的，那么它們?nèi)绾尾拍芊从彻I(yè)現(xiàn)場(chǎng)的狀況呢？這就需要通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，因?yàn)橹挥袛?shù)據(jù)庫的變量才是與現(xiàn)場(chǎng)狀況同步變化的，動(dòng)畫連接就是建立界面的圖素與數(shù)據(jù)庫變量的對(duì)應(yīng)關(guān)系。動(dòng)畫連接的引入是設(shè)計(jì)人機(jī)接口的一次突破，它把工程人員從重復(fù)的圖形編程中解放出來，為工程人員提供了標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)控制圖形界面，并且由可編程的命令語言連接來增強(qiáng)圖形界面的功能。圖形對(duì)象于變量之間有豐富的連接類型，給工程人員設(shè)計(jì)圖形界面提供了極大的方便。組態(tài)王系統(tǒng)還為部分動(dòng)畫連接的圖形對(duì)象設(shè)置了訪問權(quán)限，這對(duì)于保障系統(tǒng)的安全具有重要的意義。圖形對(duì)象可以按動(dòng)畫連接的要求改變顏色、尺寸、位置、填充百分?jǐn)?shù)等，一個(gè)圖形對(duì)象又可以同時(shí)定義多個(gè)連接。把這些動(dòng)畫連接組合起來，應(yīng)用程序?qū)⒊尸F(xiàn)出令人難以想象的圖形動(dòng)畫效果。在畫面上雙擊圖形對(duì)象“鍋爐”，彈起“動(dòng)畫連接”對(duì)話框。單擊“填充”按扭，彈出“填充連接”對(duì)話框，對(duì)話框設(shè)置如圖15所示。注意填充方向和填充色的選擇。單擊“確定”。單擊“動(dòng)畫連接”對(duì)話框的“確定”。用同樣的方法設(shè)置“下水箱”和“儲(chǔ)水箱”的動(dòng)畫連接。圖15 “填充連接”對(duì)話框作為一個(gè)實(shí)際上可用的監(jiān)控程序，操作者仍需要知道液面的準(zhǔn)確高度，而不僅是設(shè)置刻度。這個(gè)功能由“模擬值輸出”動(dòng)畫來實(shí)現(xiàn)。在工具箱中選用文本工具，在“鍋爐”矩形框的中部輸入字符串“#”，這個(gè)字符的內(nèi)容是任意的，當(dāng)畫面程序?qū)嶋H運(yùn)行時(shí)，字符串的內(nèi)容將被你需要輸出的模擬量所取代。用同樣的方法在另兩個(gè)矩形框中部輸入字符串。操作完成后，雙擊文本對(duì)象“#”，彈出“動(dòng)畫連接”對(duì)話框。單擊“模擬值輸出”，彈出“模擬值輸出連接”對(duì)話框，用同樣的方法定義另兩個(gè)字符串的動(dòng)畫連接。這樣當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)就可以顯示出它對(duì)應(yīng)的數(shù)值。4.3.3 實(shí)時(shí)曲線界面設(shè)計(jì)激活畫面制作系統(tǒng)touchmak，在工具箱中選擇“實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線”工具，（這里以plc實(shí)時(shí)曲線為例）然后在畫面上繪制趨勢(shì)曲線，畫面如圖所示，為了讓操作者使用方便，在趨勢(shì)曲線的下方需要增加標(biāo)注，說明各種顏色的曲線所代表的變量。雙擊此實(shí)時(shí)曲線，彈出對(duì)話框，對(duì)話框設(shè)置如圖16所示。圖16 實(shí)時(shí)曲線對(duì)話框4.3.4 歷史曲線界面設(shè)計(jì)在組態(tài)王開發(fā)系統(tǒng)中制作畫面時(shí)，選擇菜單“圖庫打開圖庫”項(xiàng)，彈出“圖庫管理器”，單擊“圖庫管理器”中的“歷史曲線”，在圖庫窗口中用鼠標(biāo)左鍵雙擊歷史曲線，用鼠標(biāo)移動(dòng)到畫面上適當(dāng)位置，單擊左鍵，歷史曲線就復(fù)制到畫面上了。生成歷史趨勢(shì)曲線對(duì)象后，在對(duì)象上雙擊鼠標(biāo)左鍵，彈出“歷史趨勢(shì)曲線”對(duì)話框。歷史曲線對(duì)話框由三個(gè)屬性卡片“曲線定義”、“坐標(biāo)系”、“操作面板和安全屬性”組成。如圖17所示。圖17 歷史曲線對(duì)話框4.3.5 報(bào)警界面設(shè)計(jì)在工具箱中選用報(bào)警窗口工具，在畫面上繪制報(bào)警窗口，為使報(bào)警窗口內(nèi)能顯示變量的非正常變化，必須設(shè)置：切換到工程瀏覽器，在左側(cè)選擇“報(bào)警組”然后雙擊右側(cè)的圖標(biāo)進(jìn)入“報(bào)警組定義”對(duì)話框。 在組態(tài)王工程瀏覽器“數(shù)據(jù)庫/數(shù)據(jù)詞典”中新建一個(gè)變量或選擇一個(gè)原有變量雙擊它，在彈出的“定義變量”對(duì)話框上選擇“報(bào)警定義”屬性頁，如圖18所示。 圖18 報(bào)警定義第五章 系統(tǒng)運(yùn)行情況和小結(jié)5.1 系統(tǒng)運(yùn)行主界面系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，水介質(zhì)由水泵從儲(chǔ)水箱中加壓獲得壓頭，經(jīng)過渦輪流量計(jì)、qv103送到上水箱，通過閥門qv105回流至儲(chǔ)水箱形成水循環(huán)。變頻器用來控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。下水箱的液位由lt103測(cè)得。打開閥門qv102向鍋爐中注入水，一定要超過下面的液位開關(guān)高度，否則由于連鎖保護(hù)，無法啟動(dòng)加熱器。鍋爐里的水溫通過電加熱器加熱。但應(yīng)注意在鍋爐沒加水之前不要打開空氣開關(guān)。圖19 運(yùn)行環(huán)境下的主界面圖圖20 pid控制及實(shí)時(shí)曲線圖圖21 系統(tǒng)穩(wěn)定下的plc歷史曲線圖22 系統(tǒng)穩(wěn)定下的百特表歷史曲線圖23 系統(tǒng)運(yùn)行下的報(bào)警界面5.2 運(yùn)行結(jié)果及分析本課題中，plc中的pid參數(shù)設(shè)定為p=25，i=10，d=0.12。實(shí)時(shí)曲線輸出波形sp值能夠跟蹤pv值。水箱液位基本保持恒定值。在pid參數(shù)整定中，使用了試湊法和經(jīng)驗(yàn)法實(shí)現(xiàn)了plc實(shí)時(shí)曲線的界面的穩(wěn)定。由于溫度系統(tǒng)的特性時(shí)間比較長(zhǎng)，所以需要很長(zhǎng)時(shí)間才能看到穩(wěn)定。手動(dòng)設(shè)定pid調(diào)節(jié)器到12毫安。由于系統(tǒng)保溫效果很好，所以這個(gè)數(shù)值要小一些。否則如果很大，就會(huì)在很高溫度下才能平衡，甚至到水沸騰才行。手/自動(dòng)按鈕通過組態(tài)軟件的命令語言編程而成。使用內(nèi)整定智能儀表，智能儀表內(nèi)部自帶pid控制，通過智能儀表控制面板上的pid參數(shù)設(shè)定使之能夠很好的控制鍋爐溫度，可以直接通過組態(tài)界面改變p、i、d參數(shù)。實(shí)時(shí)曲線、歷史曲線、報(bào)警等畫面運(yùn)行情況良好。亞當(dāng)模塊采用adam4017，檢測(cè)管道流量，能夠?qū)⒉杉降墓艿罃?shù)據(jù)送給上位機(jī)。本設(shè)計(jì)能夠通過上位機(jī)來監(jiān)控三個(gè)下位機(jī)工作，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)，用組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)組態(tài)畫面及動(dòng)畫連接的設(shè)計(jì)，達(dá)到人機(jī)界面友好效果。本課題基本形成集散控制系統(tǒng)的基本模型，對(duì)于構(gòu)建實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)具有良好的功效。總結(jié)及展望本人在畢業(yè)設(shè)計(jì)前查閱了關(guān)于組態(tài)王軟件、集散控制系統(tǒng)、傳感器的相關(guān)資料。通過這些資料的學(xué)習(xí)，我逐步對(duì)本課題有了進(jìn)一步的了解。在這些基礎(chǔ)上我首先弄懂計(jì)算機(jī)控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)事實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的被控對(duì)象、使用操作。接下來就是plc軟件編程，實(shí)現(xiàn)pid控制算法。本設(shè)計(jì)中，在經(jīng)過參數(shù)整定實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證后，采用了pi調(diào)節(jié)器，基本能夠使系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。在調(diào)試完程序以后開始設(shè)計(jì)監(jiān)控界面，根據(jù)集散控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖設(shè)計(jì)監(jiān)控界面，并增加了水流動(dòng)等畫面。運(yùn)行后整個(gè)界面比較形象直觀，實(shí)現(xiàn)了集散控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。充分展示了集散控制系統(tǒng)的精髓。本課題主要采用s7-200plc控制水箱液位，用智能儀表控制鍋爐溫度，亞當(dāng)模塊檢測(cè)流量，組態(tài)軟件作為上位機(jī)監(jiān)控整個(gè)畫面以及通過界面能夠改變給定值，plc和智能儀表中的p、i、d參數(shù)、實(shí)時(shí)曲線、歷史曲線、報(bào)警等設(shè)計(jì)。但本次設(shè)計(jì)的不足是界面優(yōu)化方面做的不夠，由于圖形較多，使得組態(tài)界面看起來比較擁擠。另外，由于鍋爐溫度控制實(shí)驗(yàn)不是太容易實(shí)現(xiàn)，今后，對(duì)鍋爐水溫的控制還得深入研究。本課題實(shí)現(xiàn)了集散控制的實(shí)驗(yàn)控制系統(tǒng)的構(gòu)建，充分體現(xiàn)了集散控制在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的內(nèi)涵，這對(duì)于培養(yǎng)自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生的專業(yè)知識(shí)有一定的幫助，特別是對(duì)于學(xué)生的集成能力提供了一個(gè)平臺(tái)。參考文獻(xiàn)1 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