過程控制系統(tǒng)課程設計題目:基于組態(tài)王與PLC的單容水箱液位控制系統(tǒng)院系名稱：電氣工程學院專業(yè)班級：學生姓名：學號：指導教師：設計地點：設計時間：設計成績：設計成績：指導教師：摘要本次設計是基于組態(tài)王與PLC的單容水箱液位控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)以實現(xiàn)水箱液位的自動控制。通過計算機控制水箱，從計算機上給定PID參數(shù)從而進行水箱液位控制，本次設計主要以單容水箱作為研究對象，運用組態(tài)王中亞控仿真PLC進行單容水箱對象特性的測試，并利用MATLAB軟件進行了控制系統(tǒng)的仿真及分析，并確定出一組適宜的PID參數(shù)對其進行控制。其次，采用組態(tài)王進行系統(tǒng)監(jiān)控，通過對調(diào)節(jié)器PID參數(shù)的整定，實現(xiàn)了水箱液位的閉環(huán)控制，使水箱液位穩(wěn)定在設定值，滿足設計要求。該設計以基于計算機與PLC控制的單回路液位控制系統(tǒng)，通過安裝在水箱底部的壓力變送器測量液位，PLC接收來自壓力變送器的測量信號，以電動調(diào)節(jié)閥為執(zhí)行器，來改變閥門的開度，同時采用組態(tài)王進行系統(tǒng)監(jiān)控，通過對調(diào)節(jié)器PID參數(shù)的整定，實現(xiàn)了水箱液位的閉環(huán)控制，使水箱液位穩(wěn)定在設定值。關(guān)鍵詞：水箱液位控制組態(tài)王與PLCPID算法目錄1緒論31.1背景意義31.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀31.3本課題研究意義32設計方案與儀表選型42.1系統(tǒng)組成42.2水箱液位控制系統(tǒng)構(gòu)成42.3水箱液位控制系統(tǒng)工作原理42.4儀表選型52.4.1變送器的選擇52.4.2執(zhí)行器的選擇52.4.3水泵的選擇63PID算法設計63.1PID控制器介紹63.2PID算法實現(xiàn)73.2.1PID算法程序設計73.2.2史密斯預估補償方案93.3PLC控制程序流程104被控對象特性分析及MATLAB仿真114.1被控對象動態(tài)特性概述114.2被控對象數(shù)學模型的建立114.2.1階躍響應曲線法建立單容水箱的數(shù)學模型114.2.2PID控制器校正單容水箱系統(tǒng)125系統(tǒng)組態(tài)設計145.1組態(tài)王軟件簡介145.2組態(tài)界面的設計14工程的建立145.2.2圖形畫面的制作155.2.3PLC設備的定義165.2.4上位機與PLC的通訊設置165.2.5定義變量175.2.6動態(tài)連接17設計心得23參考文獻24附錄：PID程序算法程序251緒論1.1背景意義過程控制是自動技術(shù)的重要應用領(lǐng)域，它是指對液位、溫度、流量等過程變量進行控制，在冶金、機械、化工、電力等方面得到了廣泛應用。尤其是液位控制技術(shù)在現(xiàn)實生活、生產(chǎn)中發(fā)揮了重要作用，比方，民用水塔的供水，如果水位太低，那么會影響居民的生活用水；工礦企業(yè)的排水與進水，如果排水或進水控制得當與否，關(guān)系到車間的生產(chǎn)狀況；鍋爐汽包液位的控制，如果鍋爐內(nèi)液位過低，會使鍋爐過熱，可能發(fā)生事故；精流塔液位控制，控制精度與工藝的上下會影響產(chǎn)品的質(zhì)量與本錢等。在這些生產(chǎn)領(lǐng)域里，根本上都是勞動強度大或者操作有一定危險性的工作性質(zhì)，極容易出現(xiàn)操作失誤，引起事故，造成廠家的的損失?？梢?，在實際生產(chǎn)中，液位控制的準確程度和控制效果直接影響到工廠的生產(chǎn)本錢、經(jīng)濟效益甚至設備的平安系數(shù)。所以，為了保證平安條件、方便操作，就必須研究開發(fā)先進的液位控制方法和策略。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀從50年代以來出現(xiàn)的方法有史密斯預估補償控制、最優(yōu)控制、自適應控制、動態(tài)矩陣預報控制、預測控制、滑膜變結(jié)構(gòu)控制、魯棒控制、模糊史密斯控制、模糊自適應控制、模糊PID控制、神經(jīng)網(wǎng)絡控制、專家控制等。其控制方法也已經(jīng)由傳統(tǒng)控制轉(zhuǎn)向智能控制，或者是二者結(jié)合。PID控制是迄今應用最廣泛的一種控制方法。目前針對純滯后系統(tǒng)所采用的史密斯控制、模糊控制，以及預測函數(shù)控制等先進控制技術(shù)。分析說明，這些控制策略都能實現(xiàn)對時滯系統(tǒng)的有效控制，提高了此類液位控制系統(tǒng)的控制品質(zhì)。而且，對于具有時間滯后特征的工業(yè)過程控制問題，多年來一直是控制理論和控制工程界廣泛關(guān)注的熱點之一。1.3本課題研究意義當今時代，為了解決人工控制的控制準度低、控制速度慢、靈敏度低等一系列問題，自然就引入了工業(yè)生產(chǎn)的自動化控制。在自動化控制的工業(yè)生產(chǎn)過程中，一個很重要的控制參數(shù)就是液位。一個系統(tǒng)的液位是否穩(wěn)定，直接影響到了工業(yè)生產(chǎn)的平安與否、生產(chǎn)效率的上下、能源是否能夠得到合理利用等一系列重要的問題。隨著現(xiàn)在工業(yè)控制的要求越來越高，一般的自動化控制已經(jīng)也不能夠滿足工業(yè)生產(chǎn)控制的需求，所以本設計就又引入了可編程邏輯控制〔又稱PLC〕與P組態(tài)王相結(jié)合的控制手段。引入PLC可使控制方式更加的集中、有效、及時，引入組態(tài)王，可以實時監(jiān)控系統(tǒng)運行狀況，二者互補，完美實現(xiàn)穩(wěn)定的工業(yè)自動化控制。液位控制系統(tǒng)它使我們的生活、生產(chǎn)都帶來了不可想象的變化。它使在控制中更加的平安，節(jié)約了更多的勞動力，更多的時間。在我國隨著社會的開展，很早就實行了自動控制。而在我國液位控制系統(tǒng)也利用得相當?shù)膹V泛，特別在鍋爐液位控制，水箱液位控制。還在黃河治水中也的到了利用，通過液位控制系統(tǒng)檢測黃河的水位的上下，以免由于黃河水位的過高而在不了解的情況下，給我們?nèi)嗣駧砩ｋU和財產(chǎn)損失。2設計方案與儀表選型2.1系統(tǒng)組成單容水箱液位控制系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)如圖2.1所示，控制器采用S7-200PLC,被控對象為單容水箱，水箱的液位經(jīng)液位傳感器測量變送至PLC,PLC對數(shù)據(jù)進行處理，根據(jù)控制要求進行運算，結(jié)果經(jīng)模擬量輸出給執(zhí)行器，執(zhí)行器為電動調(diào)節(jié)閥。上位機通過計算機PC/PPI電纜和下位機PLC串口通信，上位機安裝有STEP7-MicroWin編程軟件和組態(tài)王監(jiān)控軟件，可以進行控制算法編程，并為過程控制實驗提供良好的人機界面，可以在實驗時進行參數(shù)的設定修改以及響應曲線的在線顯示，進行整個試驗系統(tǒng)的監(jiān)控。圖2.1單容水箱液位控制系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)2.2水箱液位控制系統(tǒng)構(gòu)成單容水箱液位控制系統(tǒng)有四個根本組成局部，即控制器、執(zhí)行器、被控過程和測量變送等，單容水箱液位控制系統(tǒng)示意圖如圖2.1所示。圖2.2單容水箱液位控制系統(tǒng)示意圖2.3水箱液位控制系統(tǒng)工作原理在虛擬的水箱控制系統(tǒng)中當水箱液位實際值PV小于給定值SV時，通過組態(tài)王界面調(diào)大電動調(diào)節(jié)閥開度，使水箱液位上升；當水箱液位實際值PV大于給定值SV時，此時調(diào)小閥門開度，使水箱液位回到給定值上。數(shù)據(jù)采集原理框圖如圖2.3，數(shù)據(jù)采集是一個典型的簡單負反響控制回路,通過傳感器將實際的物理量(即水箱液位)轉(zhuǎn)換為電壓信號傳給PLC的AD功能模塊，轉(zhuǎn)換后可送入PC中，與給定值進行比擬得出偏差值，從而改變進水流量，以實現(xiàn)對水箱液位的控制。單容水箱液位控制系統(tǒng)方框圖如2.3所示：圖2.3單容水箱液位控制系統(tǒng)方框圖2.4儀表選型2.4.1變送器的選擇測量變送環(huán)節(jié)的作用是將工業(yè)生產(chǎn)過程中的參數(shù)經(jīng)過檢測、變送單元轉(zhuǎn)換成標準信號。在模擬儀表中，標準信號通常采用4～20mADC、1～5VDC的電流〔電壓〕信號，或20～100kPa的氣壓信號；在現(xiàn)場總線儀表中，標準信號是指數(shù)字信號。因在水箱液位控制系統(tǒng)中測量的是水箱液位，所以實驗室選用的是壓力液位變送器。液位傳感器用來對水箱的液位進行檢測，對控制精度有直接的影響，DBYG擴散硅壓力變送器是一種新型的壓力檢測儀表。壓力測量頭的核心部件是擴散硅壓力傳感器，因此沒有可動部件，抗震性能優(yōu)良。儀表在工業(yè)測量和自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)中作為檢測環(huán)節(jié)用來測量液體、氣體或蒸氣的壓力，并將被測參量轉(zhuǎn)換成4～20mADC的標準電流信號輸出，與其它儀表配合實現(xiàn)生產(chǎn)過程中的自動檢測和控制。另外，本變送器按標準的二線制傳輸，采用高品質(zhì)、低功耗的精密器件，穩(wěn)定性、可靠性大大提高。因此，本設計采用工業(yè)用的DBYG擴散硅壓力變送器，如圖2.4所示。圖2.4DBYG擴散硅壓力變送器2.4.2執(zhí)行器的選擇執(zhí)行器接受來自控制器輸出的控制信號，進而實現(xiàn)對操縱變量的改變，從而使被控變量向設定值靠攏。控制閥接收來自控制器輸出的控制信號，通過改變閥的開度到達控制流量的目的。控制閥包括執(zhí)行機構(gòu)和調(diào)節(jié)機構(gòu)兩局部。執(zhí)行機構(gòu)是控制信號產(chǎn)生推力或位移的裝置；調(diào)節(jié)機構(gòu)是根據(jù)執(zhí)行機構(gòu)的輸出信號改變能量或物料輸送量的裝置。因此本設計的執(zhí)行器選用電動調(diào)節(jié)閥。電動調(diào)節(jié)閥對控制回路流量進行調(diào)節(jié)。采用德國PS公司進口的PSL202型智能電動調(diào)節(jié)閥，無需配伺服放大器，驅(qū)動電機采用高性能稀土磁性材料制造的同步電機，運行平穩(wěn)，體積小，力矩大，抗堵轉(zhuǎn)，控制精度高、控制單元與電動執(zhí)行機構(gòu)一體化，可靠性高、操作方便，并可與計算機配套使用，組成最正確調(diào)節(jié)回路。有輸入控制信號4－20mA及單相電源即可控制運轉(zhuǎn)實現(xiàn)對壓力流量溫度液位等參數(shù)的調(diào)節(jié)，具有體積小，重量輕，連線簡單，泄漏量少的優(yōu)點。采用PS電子式直行程執(zhí)行機構(gòu)，4－20mA閥位反響信號輸出雙導向單座柱塞式閥芯，流量具有等百分比特性，直線特性和快開特性，性能穩(wěn)定可靠，控制精度高，使用壽命長等特點。PSL202型智能電動調(diào)節(jié)閥如圖2.5所示。圖2.5PSL202型智能電動調(diào)節(jié)閥2.4.3水泵的選擇丹麥格蘭富循環(huán)水泵特點：安裝方便，功率強大、容易維護和廣泛的適用性，噪音低，壽命長，功耗小，220V供電即可，在水泵出水口裝有壓力變送器，與變頻器一起可構(gòu)成恒壓供水系統(tǒng)。因此，本設計選擇該型號為CM10-3的丹麥循環(huán)水泵。如圖2.6所示。圖2.6CM10-3型丹麥循環(huán)水泵3PID算法設計3.1PID控制器介紹PID控制器〔比例-積分-微分控制器〕，由比例單元P、積分單元I和微分單元D組成。通過Kp，Ti和Td三個參數(shù)進行設定。PID參數(shù)對系統(tǒng)的影響：〔1〕比例增益Kp能及時地反映控制系統(tǒng)的偏差信號，系統(tǒng)一旦出現(xiàn)了偏差，比例環(huán)節(jié)立即產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用，使系統(tǒng)偏差快速向減小的趨勢變化。當比例增益Kp越大，PID控制器調(diào)節(jié)速度越快。但Kp不能太大，過大的比例增益會加大調(diào)節(jié)過程的超調(diào)量，從而降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性，甚至可能造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定?！?〕積分環(huán)節(jié)可以消除系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差。積分作用的強弱取決于積分時間常數(shù)的大小，Ti越小，積分作用越強，反之那么積分作用弱。積分作用的引入會使系統(tǒng)穩(wěn)定性下降，動態(tài)響應變慢?！?〕微分環(huán)節(jié)的引入，主要是為了改善控制系統(tǒng)的響應速度和穩(wěn)定性。微分作用具有超前的控制作用,因此，微分作用可以改善系統(tǒng)的動態(tài)性能。微分作用的強弱取決于微分時間Td的大小，Td越大，微分作用越強，反之那么越弱。數(shù)字PID調(diào)節(jié)器就是將模擬信號(包括電流、電壓)通過AD轉(zhuǎn)換變?yōu)閿?shù)字信號,微處理器〔本設計采用單片機〕再將數(shù)字信號通過一定的算法進行一定的處理。3.2PID算法實現(xiàn)3.2.1PID算法程序設計我們知道，在模擬系統(tǒng)中，PID算法的表達式為：〔3.1〕式中p(t)—調(diào)節(jié)器的輸出信號；e(t)—調(diào)節(jié)器的偏差信號，它等于給定值與測量值之差；kp—調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)；Ti—調(diào)節(jié)器的積分時間；Td—調(diào)節(jié)器的微分時間。由于計算機控制是一種采樣控制，它只能根據(jù)采樣時刻的偏差來計算控制量。因此，在計算機控制系統(tǒng)中，必須首先對式〔3.1〕進行離散化處理，用數(shù)字形式的差分方程代替連續(xù)系統(tǒng)的微分方程，此時積分項和微分項可用求和及增量式表示：〔3.2〕〔3.3〕將式〔3.2〕和式〔3.3〕代入式〔3.1〕得到離散化公式?！?.4〕△t=T—采樣周期，必須使T足夠小，才能保證系統(tǒng)有一定的精度；E(k)—第k次采樣時的偏差值；E(k-1)—第〔k-1〕次采樣時的偏差值；k—采樣序號，k=0，1，2，…；p(k)—第k次采樣時的調(diào)節(jié)器的輸出。由式(3.4)可以看出，要想計算p(k)，不僅需要本次與上次的偏差信號E(k)和E(k-1)，而且還要在積分項中把歷次的偏差信號E(j)進行相加，即E(j)。這樣，不僅計算煩瑣，而且為保存E(j)還要占用很多內(nèi)存。因此，用式(3.4)直接進行控制很不方便。為此，我們做如下改動〔3.5〕用式(3.4)減去式〔3.5〕，可得：〔3.6〕式中，積分系數(shù)；微分系數(shù)。由式〔3.6〕可知，要計算第k次輸出值p(k)，只需知道p(k-1)，E(k)，E(k-1)，E(k-2)即可。在很多控制系統(tǒng)中，由于執(zhí)行機構(gòu)式采用步進電機或多圈電位器進行控制的，所以，只要給一個增量信號即可。=(3.7)式〔3.7〕表示第k次輸出的增量△p(k)，等于第k-1次調(diào)節(jié)器的輸出值，即在第〔k-1〕次的根底上增加〔或減少〕的量，所以式〔3.7〕叫增量型PID控制式。由式〔3.7〕可知，增量型PID算式為：(3.8)=設所以，有(3.9)上式為離散化的增量型PID編程表達式。PID程序流程圖如圖3.1如圖3.1PID程序流程圖史密斯預估補償方案施密斯補償原理是：在一般的傳統(tǒng)控制回路中，與并接一補償環(huán)節(jié)，用來補償被控制對象中的純滯后局部。這個補償環(huán)節(jié)稱為預估器，其傳遞函數(shù)為，補償后的系統(tǒng)框圖如圖3.2所示。由預估器和調(diào)節(jié)器組成的補償回路稱為純滯后補償器，其傳遞函數(shù)為，即經(jīng)補償后的系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)為由上式可以看出，經(jīng)補償后，系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)的在閉環(huán)控制回路之外，消除了純滯后局部對控制系統(tǒng)的影響，不影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。由拉式變換的位移定理可以知道，僅將控制作用在時間坐標上推移了一個時間，控制系統(tǒng)的過渡過程及其他性能指標都與對象為無純滯后環(huán)節(jié)的時完全相同。補償器的控制參數(shù)并不是一成不變的，純滯后環(huán)節(jié)通常又采用近似式表示，因而會出現(xiàn)預估補償器不能實現(xiàn)完全補償，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性變差。為提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，應采取以下措施：1〕可適當減少調(diào)節(jié)器的增益，減弱調(diào)節(jié)作用。2〕使補償器的參數(shù)與被控對象的參數(shù)一致，特別是預估補償器的增益應與對象的增益一致實際控制中調(diào)節(jié)器D(s)通常采用數(shù)字PID控制器，其表達式為：那么施密斯預估控制算法步驟為：計算系統(tǒng)反響回路偏差：計算預估器的輸出:計算調(diào)節(jié)器的輸入:式中，，，T為采樣時間計算調(diào)節(jié)器的輸出:=圖3.2帶施密斯預估器的控制系統(tǒng)3.3PLC控制程序流程系統(tǒng)控制功能由S7-200PLC實現(xiàn)，控制程序利用STEP7-MicroWin32軟件編寫調(diào)試，程序流程如圖3.3所示。初始化程序?qū)υO定值、PID控制參數(shù)、定時中斷時間等進行初始化設定，并啟動周期定時中斷，中斷(采樣)時間到，那么進入中斷程序，進行采樣濾波、量程轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)要求的控制算法。PID控制算法利用S7-200的PID指令實現(xiàn)。圖3.3PLC控制程序流程圖4被控對象特性分析及MATLAB仿真4.1被控對象動態(tài)特性概述被控對象的動態(tài)特性是指被控對象的輸入發(fā)生變化時，其輸出〔被調(diào)量〕隨時間變化的規(guī)律?？刂葡到y(tǒng)的設計方案都是依據(jù)被控對象的動態(tài)特性進行的，所以要進行水箱的動態(tài)特性研究，調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定也是依據(jù)對象的動態(tài)特性進行的。從控制觀點看，被控對象本質(zhì)上都有相同之處，分析被控對象的動態(tài)特性，可知被控對象控制的難易程度與調(diào)節(jié)過程的快慢。要評價一個系統(tǒng)的工作質(zhì)量，只看穩(wěn)態(tài)是不夠的，還應看動態(tài)過程中被調(diào)量隨時間的變化情況。因此，研究系統(tǒng)的動態(tài)特性就顯得特別重要。4.2被控對象數(shù)學模型的建立建立被控對象數(shù)學模型的方法主要有三種，分別是機理法、實驗法、機理法與實驗法相結(jié)合的混合法。機理法根據(jù)被控過程的內(nèi)部機理，運用的靜態(tài)或動態(tài)平衡關(guān)系，用數(shù)學解析的方法求取被控過程的數(shù)學模型。實驗法是先給被控過程人為地施加一個輸入作用，然后記錄過程的輸出變化量，得到一系列實驗數(shù)據(jù)或曲線，最后再根據(jù)輸入－輸出實驗數(shù)據(jù)確定其模型的結(jié)構(gòu)〔包括模型形式、階次與純滯后時間等〕與模型的參數(shù)?；旌戏ㄊ菣C理演繹法與實驗辯識法相互交替使用的一種方法。階躍響應曲線法建立單容水箱的數(shù)學模型階躍響應曲線法是實驗法的一種，即對被控對象施加一階躍信號,并且階躍響應獲取應注意以下的問題：〔1〕合理選擇階躍擾動的幅度(一般約為額定負荷的10%～20%)〔2〕實際閥門只能以有限速度移動〔3〕一般認為階躍信號是在t1/2時參加〔4〕試驗前確保被控對象處于穩(wěn)定工況〔5〕考慮過程的非線性特性，應進行屢次測試?！?〕假設過程不允許同一方向擾動參加，那么采用矩形脈沖擾動，可從脈沖響應曲線求出所需的階躍響應。由于是單容水箱，那么其數(shù)學模型可以用一階慣性環(huán)節(jié)加純延遲的傳遞函數(shù)即〔式4-1〕來近似，確定參數(shù)k、T、有兩種方法：作圖法、參數(shù)兩點法。用作圖法求參數(shù)時需注意：〔1〕t1/2處為擾動起點〔2〕在s型響應曲線找拐點，并作切線。T、值如下且圖4.1〔a〕階躍信號圖4.1〔b〕一階慣性環(huán)節(jié)加純滯后顯然，用這種方法求直線效果是很差的。首先，與式〔4-1〕所對應的階躍響應是一條向后平移了時刻的指數(shù)曲線，它不可能完美的擬合成S型的曲線，再次，在做圖中，切線的畫法也有很大的隨意性，這將直接關(guān)系到和T的取值，因此，參數(shù)確實定排除用此方法，選用參數(shù)兩點法，首先，將響應曲線標幺〔式4-2〕〔式4-3〕取y*(t1)=0.39，取y*(t2)=0.63，記t1和t2那么(式4-4)〔式4-5〕取驗證基于以上原理，可以用Matlab編程,,并且在誤差的范圍之內(nèi)，可以接受。為了仿真的必要，因此在本設計中選取一定適宜的參數(shù)，選取的參數(shù)在保證接近實際的根底上，選擇數(shù)學模型為：〔式4-6〕4.2.2PID控制器校正單容水箱系統(tǒng)利用Simulink仿真模塊集在模型編輯窗口建立PID控制器，如圖4.2所示。圖4.2PID控制子模塊之后，點擊Edit—MaskSubsystem，對其進行封裝。其封裝圖如圖4.3所示。圖4.3PID控制器的封裝參加PID調(diào)節(jié)器后，系統(tǒng)方框圖如下列圖4.4所示：圖4.4系統(tǒng)方框圖此后，反復調(diào)試PID參數(shù)，得到如下較為理想的曲線。因為微分對純延遲環(huán)節(jié)不起作用，那么純延遲局部始終無法消除，其參數(shù)設計如圖4.5所示.圖4.5PID參數(shù)對應的階躍響應曲線如下列圖4.6所示。圖4.6理想PID參數(shù)下的階躍響應曲線5系統(tǒng)組態(tài)設計5.1組態(tài)王軟件簡介組態(tài)王軟件是工業(yè)自動化軟件的一種,是北京亞控科技開展的產(chǎn)品。本設計用的是組態(tài)王6.53版本,“組態(tài)王6.53〞軟件包由工程瀏覽器(TouchExplorer)、工程管理器(ProjManager)和畫面運行系統(tǒng)(TouchVew)三局部組成。在工程瀏覽器中可以查看工程的各個組成局部,也可以完成數(shù)據(jù)庫的構(gòu)造、定義外部設備等工作;工程管理器內(nèi)嵌畫面管理系統(tǒng),用于新工程的創(chuàng)立和已有工程的管理。畫面的開發(fā)和運行由工程瀏覽器調(diào)用畫面制作系統(tǒng)TOUCHMAK和工程運行系統(tǒng)TOUCHVEW來完成的。工程瀏覽器和畫面運行系統(tǒng)是各自獨立的Windows應用程序，均可單獨使用;兩者又相互獨立，在工程瀏覽器的畫面開發(fā)系統(tǒng)中設計開發(fā)的畫面應用程序必須在畫面運行系統(tǒng)運行環(huán)境中才可能運行。信息窗口是一個獨立的Windows應用程序,用來記錄、顯示組態(tài)王開發(fā)和運行系統(tǒng)在運行時的狀態(tài)信息。TOUCHMAK是應用工程的開發(fā)環(huán)境,需要在這個環(huán)境中完成畫面設計、動畫連接等工作。TOUCHMAK具有先進完善的圖形生成功能;數(shù)據(jù)庫提供多種數(shù)據(jù)類型,能合理地提取控制對象的特性；對變量報警、趨勢曲線、過程記錄、平安防范等重要功能都有簡潔的操作方法。PROJMANAGER是應用程序的管理系統(tǒng)。PROJMANAGER具有很強的管理功能,可用于新工程的創(chuàng)立及刪除,并能對已有工程進行搜索、備份及有效恢復，實現(xiàn)數(shù)據(jù)詞典的導入和導出。5.2組態(tài)界面的設計分析工程中設備的采集及輸出通道與實時數(shù)據(jù)庫中定義的變量的對應關(guān)系，然后建立工程，構(gòu)建實時數(shù)據(jù)庫。利用組態(tài)王進行組態(tài)建立一個應用工程一般包括以下幾個過程：創(chuàng)立新工程；定義硬件設備并添加工程變量；制作圖形畫面并定義動畫鏈接；編寫命令語言；運行系統(tǒng)的配置，對運行系統(tǒng)、報警、歷史數(shù)據(jù)記錄、用戶等進行設置；保存工程運行并調(diào)試。工程的建立建立新工程工程：在運行組態(tài)王程序時，彈出組態(tài)王工程管理器畫面，此時建立一個新工程，執(zhí)行以下的操作步驟：〔1〕在工程管理器中選擇菜單“文件/新建工程〞，彈出“新建工程向?qū)б粴g送使用本向?qū)Ж晫υ捒?。?〕點擊“下一步〞，彈出“新建工程向?qū)Фx擇工程所在路徑〞對話框。從對話框中選擇或指定工程所在路徑?！?〕點擊“下一步〞，彈出“新建工程向?qū)こ堂Q和描述〞對話框。往對話框中輸入工程名稱：單容水箱液位監(jiān)控系統(tǒng)。〔4〕點擊“完成〞，再點擊“是〞，將新建的工程設為組態(tài)王當前工程，此時組態(tài)王工程管理器中出現(xiàn)新建的工程。圖形畫面的制作按照實際工程的要求繪制監(jiān)控畫面，并使靜態(tài)畫面隨著過程控制對象產(chǎn)生動態(tài)效果。選擇工程目錄區(qū)的畫面，雙擊新建后進入組態(tài)王開發(fā)系統(tǒng)，如圖5.1所示：圖5.1組態(tài)王開發(fā)系統(tǒng)新畫面新建畫面命名：單容水箱液位監(jiān)控系統(tǒng)，選擇畫面風格“大小可變〞和“覆蓋式〞。單擊確定后進入開發(fā)系統(tǒng)新畫面進行設計。點擊工具欄中的“翻開圖庫〞，單擊反響器，選擇需要的圖素。雙擊該圖素到繪圖區(qū)，在單擊放下該圖素。畫面名稱可根據(jù)目標自己隨意定；從工具箱中找到圖庫，翻開圖庫，在圖形畫面里添加一個儀表對象、一個“實時曲線〞、一個“歷史曲線〞、一個“報表窗口〞、一個“報警窗口〞和一個“退出系統(tǒng)〞。對于已建立的實驗主畫面中的單容水箱可以在計算機監(jiān)控界面上直接看到，單容水箱液位隨控制信號變化而變化的圖像。結(jié)合實驗現(xiàn)場系統(tǒng)的實際單容水箱的液位,可以將監(jiān)控畫面中的水箱液位動態(tài)變化與實際現(xiàn)場的水箱液位進行比擬。翻開“單容水箱液位監(jiān)控系統(tǒng)〞主畫面,如圖5.2所示，雙擊“水箱〞彈出動畫連接對話框,如這樣建立連接后水箱液位的高度隨變量“水箱液位〞的值變化而變化。圖5.2水箱液位控制系統(tǒng)主畫面5.2.3PLC設備的定義在組態(tài)界面中選擇新建的工程，雙擊進入組態(tài)王工程瀏覽器；在組態(tài)王工程瀏覽器的左側(cè)選擇“設備〞中的“COM1〞，在右側(cè)雙擊“新建…〞，運行“設備配置向?qū)Ж?。①找到設備驅(qū)動\PLC\亞控\仿真PLC?！策x擇亞控的仿真PLC是為了實驗仿真的需要〕。如圖5.3所示。②點擊“下一步〞，那么顯示安裝設備的所有信息。③最后檢查各項設置是否正確，確定無誤后，點擊“完成〞。圖5.3設備配置向?qū)衔粰C與PLC的通訊設置雙擊組態(tài)軟件界面的右側(cè)“設備-COM1〞進入圖5.4的“設置串口-COM1〞界面，如圖設置波特率為9600，偶校驗，數(shù)據(jù)位為7，停止位為1，通信超時為3000毫秒，通信方式為RS232，點擊確定，完成上位機與PLC的通訊連接設備的設置。如圖5.4所示。圖5.4通訊設置定義變量根據(jù)選擇的系統(tǒng)分析被控對象涉及的各個變量，在組態(tài)王軟件的數(shù)據(jù)詞典中建立這些變量和所需的中間變量，已備動畫連接和編程使用。從工程瀏覽器的左側(cè)樹形菜單中選擇“數(shù)據(jù)庫\數(shù)據(jù)詞典〞，在右側(cè)雙擊“新建〞，出現(xiàn)“定義變量〞對話框。數(shù)據(jù)詞典所有定義變量如圖5.5所示。圖5.5數(shù)據(jù)詞典〔1〕定義變量“給定值〞、“測量值〞、“輸出值〞?！敖o定值〞變量類型選I/O整數(shù)，因為給定值只需要寫入PLC，故存放器選擇STATIC100；由于按輸入液位范圍0～100，所以變量的最小值為0，最大值為100。其中定義I/O整數(shù)變量時，關(guān)鍵是最小原始值和最大原始值的設置。數(shù)據(jù)類型為SHORT?！皽y量值〞與“給定值〞的不同之處為存放器選擇INCREA100，屬性為讀寫?！拜敵鲋胆暸c“測量值〞的變量定義相同?！?〕定義變量“P〞、“I〞、“D〞?！癙〞、“I〞、“D〞三個變量的定義完全相同，在本課程設計中，處于仿真的需要，均將變量類型選為內(nèi)存實型。〔3〕定義變量“控制水流〞、“閥門〞。變量“控制水流〞是為了水流動畫連接的需要，因此變量類型定義為內(nèi)存整型。變量“閥門〞只有兩個狀態(tài)，要么為“1〞，要么為“0〞，因此變量類型選為內(nèi)存離散。動態(tài)連接〔1〕被控對象的動態(tài)連接。雙擊畫面中水箱對象，出現(xiàn)“水箱向?qū)Ж晫υ捒?，通過點擊變量名文本框右邊的“？〞號出現(xiàn)“選擇變量名〞對話框。選擇變量名“測量值〞，點擊“確定〞，文本框中出現(xiàn)“\\本站點\測量值〞。如圖5.6所示。圖5.6被控對象動態(tài)連接畫面〔2〕建立當前液位值顯示文本對象的動畫連接雙擊畫面中當前電壓值顯示文本對象“000〞，彈出“動畫連接〞對話框。把“模擬值輸出〞與變量“模擬量輸入〞連接，其中輸出格式：整數(shù)1位，小數(shù)1位?！?〕建立水流的動畫連接變量閃爍0的隱含鏈接，表達式為真時，顯示狀態(tài)，變量閃爍1是閃爍鏈接，二者交替進行，產(chǎn)生水流動畫效果?？刂扑髦惺褂玫降拿钫Z言：if(\\本站點\控制水流<5)\\本站點\控制水流=\\本站點\控制水流+1;else\\本站點\控制水流=0;控制水流命令語言窗口如圖5.7所示。圖5.7控制水流命令語言窗口〔4〕建立實時趨勢曲線對象的動態(tài)連接趨勢曲線用來反響數(shù)據(jù)變量隨時間的變化情況。趨勢曲線有兩種：實時趨勢曲線和歷史趨勢曲線。這兩種曲線外形都類似于坐標紙，X軸代表時間，Y軸代表變量值。所不同的是，在你的畫面程序運行時，實時趨勢曲線隨時間變化自動卷動，以快速反響變量的新變化，但是不能隨時間軸“回卷〞，不能查閱變量的歷史數(shù)據(jù)；歷史趨勢曲線可以完成歷史數(shù)據(jù)的查看工作，但它不會自動卷動，而需要通過命令語言來輔助實現(xiàn)查閱功能。雙擊畫面中實時曲線對象，在曲線定義選項中，點擊“曲線1〞文本框右邊的“？〞號，選擇變量名“給定值〞；點擊“曲線2〞文本框右邊的“？〞號，選擇變量名“測量值〞，設置其他參數(shù)的值，如圖5.8所示。圖5.8實時趨勢曲線對象動畫連接—曲線定義界面在“標識定義〞選項卡中，設置時間軸長度為20秒，也可以根據(jù)實際情況設置時間軸長度，本實驗選用水箱液位起始值為0cm，最大值為100cm，如圖5.9所示。圖5.9實時趨勢曲線對象動畫連接標識定義界面單容水箱的實時曲線與歷史曲線運行畫面如下列圖5.10所示：圖5.10水箱的實時曲線與歷史曲線5〕數(shù)據(jù)報表窗口的動畫鏈接：首先在報表工具箱的編輯欄中輸入“=〞，然后單擊該按鈕，在彈出的變量選擇器中選擇該變量，單擊“確定〞按鈕關(guān)閉“變量選擇〞對話框，報表工具箱編輯欄中的內(nèi)容為“=$時間〞，單擊工具箱上的輸入按鈕，那么該表達式被輸入到當前單元格中，運行畫面如圖5.11所示：圖5.11數(shù)據(jù)報表窗口運行畫面報警窗口動畫連接：在事件命令語言中輸入命令語言：showpicture("報警窗口");\\本站點\$新報警=0;條件為：\\本站點\$新報警==1。即當?shù)竭_報警時，報警值為1，顯示報警，調(diào)用后，又重新將報警值置0。事件命令語言窗口如圖5.12所示。報警窗口用以反響變量的不正常變化，組態(tài)王自動對需要報警的變量進行監(jiān)視。當發(fā)生報警時，將這些報警事件在報警窗口中顯示出來。在工具箱中選用報警窗口工具，在畫面上繪制報警窗口，設置報警上下限。如圖5.13與圖5.14分別為液位到達上限與下限時的報警窗口。為使報警窗口內(nèi)能顯示變量的非正常變化，必須先做如下設置：切換到工程瀏覽器，在左側(cè)選擇“報警組〞然后雙擊右側(cè)的圖標進入“報警組定義〞對話框。在“報警組定義〞對話框中將“RootNode〞修改為“水箱液位〞。單擊“確認〞，關(guān)閉“修改報警組〞對話框。單擊“報警組定義〞對話框的“確認〞按鈕。圖5.12事件命令語言窗口圖5.13下限報警窗口運行畫面圖5.14上限報警窗口運行畫面7)退出界面的動畫連接雙擊開始按鈕圖素進入按鈕動畫連接窗口，選擇“按下時〞，彈出命令語言窗口，在窗口中寫入命令語言Exit(0);后確定，完成退出界面動畫連接。動畫鏈接如圖5.15所示:圖5.15退出系統(tǒng)的動畫連接設計心得經(jīng)過兩周的努力，本設計根本到達了設計目的。通過上位機來分別設定一個液位高限值、一個液位低限值和給定值，經(jīng)過系統(tǒng)內(nèi)