【正文】 第 1 頁(yè) 第 1 章 緒論 自 20世紀(jì) 30年代以來(lái)，自動(dòng)化技術(shù)獲得非常驚人的成就，已在工業(yè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)各行各業(yè)起著關(guān)鍵的作用。 隨著控制技術(shù)的發(fā)展，良好的人機(jī)接口 已經(jīng)成為廣大工業(yè)客戶的迫切要求，而在工程項(xiàng)目的實(shí)際設(shè)計(jì)中，如何提供一個(gè)直觀，實(shí)時(shí)，有效、可靠的人機(jī)接口也日益受到工程人員的高度重視。目前，主要有兩種方法。一是開發(fā)人員用 VB， VC++等語(yǔ)言編寫復(fù)雜的程序從底層開發(fā)，開發(fā)周期長(zhǎng)，通用性差；二是用工控組態(tài)軟件進(jìn)行開發(fā)。 組態(tài)軟件能提供一個(gè)友好的界面，易于操作，圖形豐富形象，實(shí)時(shí)性好，開發(fā)周期短。因此，目前大多數(shù)工程項(xiàng)目都采用后種方法。組態(tài)軟件功能強(qiáng)大，操作簡(jiǎn)單，易學(xué)易用，普通工程人員經(jīng)過(guò)短時(shí)間的培訓(xùn)就能迅速掌握多數(shù)工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和運(yùn)行操作。使用組態(tài)軟件能夠避開復(fù) 雜的計(jì)算機(jī)軟、硬件問(wèn)題，集中精力去解決工程問(wèn)題本身，根據(jù)工程作業(yè)的需要和特點(diǎn)，組態(tài)配置出高性能，高可靠性和高度專業(yè)化的工業(yè)控制監(jiān)控系統(tǒng)。 通過(guò)完成本課題的設(shè)計(jì)，希望達(dá)到以下目的： （ 1）了解組態(tài)王軟件的應(yīng)用。 (2) 了解 PID 控制的基本概念。 (3) 充分理解 PID 控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成和工作原理。 (4) 應(yīng)用 PLC 和組態(tài)軟件完成三容水箱液位控制實(shí)驗(yàn)。 (5) 了解三容水箱結(jié)構(gòu)原理，操作步驟。 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 第 2 頁(yè) 第 2 章 組態(tài)王系統(tǒng) 組態(tài)王是運(yùn)行在 WindowsXP/NT/2020上的一種開放型的工業(yè)監(jiān)控軟件，窗 體框架結(jié)構(gòu) ,采用多線程、 COM組件等新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)多時(shí)多任務(wù)控制?，F(xiàn)已應(yīng)用于化工、電力、郵電 、 通迅、環(huán)保、水處理 ， 冶金和食品等行業(yè)。 組態(tài)王軟件包由工程管理器 ProjManager，工程瀏覽器 TouchExplorer，畫面開發(fā)系統(tǒng) Touchmak(內(nèi)嵌于工程瀏覽器 )和運(yùn)行系統(tǒng) TouchVew四部分組成，具有動(dòng)畫連接、實(shí)時(shí)控制、實(shí)時(shí)曲線與歷史曲線、報(bào)警功能、報(bào)表等功能。 組態(tài)王內(nèi)置了大量的設(shè)備驅(qū)動(dòng)作為組態(tài)王與外部設(shè)備的通信接口，組態(tài)王可通過(guò)通迅接口和外部設(shè)備交接數(shù)據(jù)，包括采集數(shù)據(jù)和發(fā)送數(shù)據(jù)或指 令。每一個(gè)驅(qū)動(dòng)都是一個(gè) COM對(duì)象，這種方式使驅(qū)動(dòng)和組態(tài)王構(gòu)成一個(gè)完整的系統(tǒng)，既保證了運(yùn)行系統(tǒng)的高效率，也使系統(tǒng)有了很強(qiáng)的擴(kuò)展性。 國(guó)內(nèi)外有很多工控組態(tài)軟件可以供用戶選擇，國(guó)外的有美國(guó) Intellution公司的FIX系列產(chǎn)品，澳洲兩雅特公司的 CITET。這些軟件的研制時(shí)間比較早，功能強(qiáng)大，但價(jià)格昂貴。國(guó)內(nèi)的有：組態(tài)王和 MCGS等，這些軟件雖然研制較晚 ,，但都吸收了國(guó)內(nèi)外監(jiān)控軟件的優(yōu)點(diǎn)而且采用了最先進(jìn)的軟件設(shè)計(jì)思想和技術(shù)，在功能上可以和國(guó)外的軟件媲美，且價(jià)格是國(guó)外軟件的三分之一到八分之一。它們的升級(jí)速 度快，服務(wù)好，且采用中文界面，故贏得了日益廣泛的市場(chǎng)。目前運(yùn)行在九千例控制工程項(xiàng)目中，在電力，化工、交通、機(jī)械，過(guò)程控制等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。因此，本文選用了組態(tài)王 6． 5軟件設(shè)計(jì)了水箱液位檢測(cè)和控制系統(tǒng)。 該設(shè)計(jì)充分利用了組態(tài)王最強(qiáng)大的功能 ——圖形編輯功能，結(jié)合 THJ2型儀表過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)備的實(shí)際情況，制作了多個(gè)控制界面。反映了控制現(xiàn)場(chǎng)的狀況，設(shè)計(jì)復(fù)雜的動(dòng)畫顯示現(xiàn)場(chǎng)的操作狀態(tài)和數(shù)據(jù)。監(jiān)控和記錄各種報(bào)警信息 ， 繪制歷史曲線和實(shí)時(shí)曲線反映液位的情況 ， 打印報(bào)表和檢索數(shù)據(jù)庫(kù)等。這樣就避免了操作人員到現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)視 ，既減少了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，又可以避免意外事故的發(fā)生，同時(shí) 可進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和網(wǎng)絡(luò)控制。 組態(tài)王軟件簡(jiǎn)介 組態(tài)王軟件是工業(yè)自動(dòng)化軟件的一種，是北京亞控科技發(fā)展有限公司的產(chǎn)品。本設(shè)計(jì)用的是組態(tài)王 。組態(tài)王 (TouchExplorer)、工程管理器 (ProjManager)和畫面運(yùn)行系統(tǒng) (TouchVew)三部分組成。在工程瀏覽器中可以查看工程的各個(gè)組成部分，也可以完成數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)造，定義外部設(shè)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)建和已有工程的管理。畫面 的開發(fā)和運(yùn)行由工程瀏覽器調(diào)用畫面制作系統(tǒng) TOU CHMAK和工程運(yùn)行系統(tǒng) TOUCHVEW來(lái)完成的。 工程瀏覽器和畫面運(yùn)行系統(tǒng)是各自獨(dú)立的 Windows應(yīng)用程序，均可單獨(dú)使用；兩安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 第 3 頁(yè) 者又相互獨(dú)立，在工程瀏覽器的畫面開發(fā)系統(tǒng)中設(shè)計(jì)開發(fā)的畫面應(yīng)用程序必須在畫面運(yùn)行系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境中才可能運(yùn)行。信息窗口是一個(gè)獨(dú)立的 Windows應(yīng)用程序，用來(lái)記錄、顯示組態(tài)王開發(fā)和運(yùn)行系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)的狀態(tài)信息。 TOUCHMAK是應(yīng)用工程的開發(fā)環(huán)境，需要在這個(gè)環(huán)境中完成畫面設(shè)計(jì)、動(dòng)畫連接等工作。 TOUCHMAK具有先進(jìn)完善的圖形 生成功能，數(shù)據(jù)庫(kù)提供多種數(shù)據(jù)類型，能合理地提取控制對(duì)象的特性；對(duì)變量報(bào)警、趨勢(shì)曲線，過(guò)程記錄、安全防范等重要功能都有簡(jiǎn)潔的操作方法。 PROJMANAGER是應(yīng)用程序的管理系統(tǒng)。 PROJMANAGER具有很強(qiáng)的管理功能，可用于新工程的創(chuàng)建及刪除，并能對(duì)已有工程進(jìn)行搜索、備份及有效恢復(fù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)詞典的導(dǎo)入和導(dǎo)出。 液位控制系統(tǒng)和 THJ2 型儀表過(guò)程控制 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)備概述本系統(tǒng)用來(lái)對(duì)水箱運(yùn)行系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)并具有自動(dòng)控制的功能，硬件部分為 THJ2型儀表過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)裝置。系統(tǒng)通過(guò)智能模塊將 液位的檢測(cè)量采集到組態(tài)王對(duì)應(yīng)變量中，由組態(tài)王統(tǒng)一管理給出系統(tǒng)各部分運(yùn)行趨勢(shì)、報(bào)表及報(bào)警事件，并通過(guò)與給定的液位設(shè)定比較來(lái)控制入水量。 THJ2型高級(jí)過(guò)程控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置是基于工業(yè)過(guò)程物理模擬對(duì)象，它集自動(dòng)化儀表技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)為一體的多功能實(shí)驗(yàn)裝置。系統(tǒng)包括流量、溫度、液位，壓力等熱工參數(shù)，可同其它控制系統(tǒng)一起來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)參數(shù)辨識(shí)、單回路控制、串級(jí)控制、前饋控制、比值控制、多變量解耦等各種控制系統(tǒng)。本裝置還可根據(jù)用戶的需要設(shè)計(jì)構(gòu)成 DDC、 DCS、 PLC等各種控制系統(tǒng)。該實(shí)驗(yàn)裝置既可作為 本科、?？啤⒏呗毟邔＿^(guò)程控制課程的實(shí)驗(yàn)裝置，也可作為研究生及科研人員在復(fù)雜控制系統(tǒng)、先進(jìn)控制系統(tǒng)，智能化控制系統(tǒng)研究等各方面提供物理模擬對(duì)象和實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。 “THJ一 2型高級(jí)過(guò)程控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置 ”集多參數(shù)閉環(huán)控制為一體，由過(guò)程控制對(duì)象、智能儀表模塊、執(zhí)行器模塊、信號(hào)檢測(cè)模塊等組成，各個(gè)模塊間可以靈活組合，融合了工業(yè)上的主要控制手段，涉及了溫度、壓力、流量和液位等重要的過(guò)程控制參數(shù)。 系統(tǒng)制作過(guò)程和系統(tǒng)界面概述 利用組態(tài)王軟件建立應(yīng)用程序的一般過(guò)程如下。 (1)設(shè)計(jì)圖形界面； (2)定義設(shè)備；(3)構(gòu)造數(shù)據(jù)庫(kù)； (4)建立動(dòng)畫連接； (5)運(yùn)行和調(diào)試。 因此在用組態(tài)王畫面開發(fā)系編制應(yīng)用程序時(shí)，要依據(jù)此過(guò)程考慮三個(gè)方面。圖形，用戶希望怎樣的圖形畫面 ?也就是怎樣用抽象的圖形畫面來(lái)模擬實(shí)際的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)和相應(yīng)的工控設(shè)備。 數(shù)據(jù)，怎樣用數(shù)據(jù)來(lái)描述工控對(duì)象的各種屬性也就是創(chuàng)建一個(gè)具體的數(shù)據(jù)庫(kù)，此數(shù)據(jù)庫(kù)中的變量反映了工控對(duì)象的各種屬性，比如液位等。 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 第 4 頁(yè) 連接，數(shù)據(jù)和圖形畫面中圖素的連接關(guān)系是什么 ?也就是畫面上的圖素以怎樣的動(dòng)畫來(lái)模擬現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行，以及怎樣操作者輸入控制設(shè)備的指令。 設(shè) 計(jì)圖形界面 根據(jù)水箱液位檢測(cè)和控制系統(tǒng)的要求，本系統(tǒng)共設(shè)計(jì)了多個(gè)界面，例如：控制界面、歷史趨勢(shì)曲線、實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線、報(bào)表等。其制作過(guò)程不一一介紹，這里僅介紹大水箱液位控制實(shí)驗(yàn)控制界面的制作過(guò)程。在工程瀏覽器中，雙擊畫面中的新建，則彈出新畫面對(duì)話框，在畫面名稱中輸入 “大水箱液位控制實(shí)驗(yàn) ”。在畫面設(shè)置中，設(shè)置左邊為 5，頂邊為 5，寬度為 1014，高度為 688。然后點(diǎn)擊確定按鈕， ⅢⅡ 出現(xiàn)一個(gè)畫面。點(diǎn)擊調(diào)色板中的 “窗口色 ”按鈕，設(shè)置窗口顏色為暗藍(lán)色。應(yīng)用組態(tài)王開發(fā)系統(tǒng)的工具箱和圖庫(kù)，繪制組態(tài)控制畫面內(nèi)的各個(gè)元器件。這樣 一個(gè)畫面就完成了。 建立數(shù)據(jù)庫(kù) 數(shù)據(jù)庫(kù)是 “組態(tài)王 ”最核心的部分。在組態(tài)王運(yùn)行時(shí)，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)狀況要以動(dòng)畫的形式反映在屏幕上，同時(shí)工程人員在計(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)，這一切都是以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)為中介環(huán)節(jié)，數(shù)據(jù)庫(kù)是聯(lián)系上位機(jī)和下位機(jī)的橋梁。 在數(shù)據(jù)庫(kù)中存放的是變量的當(dāng)前值，變量包括系統(tǒng)變量和用戶定義的變量，變量的集合形象的稱為 “數(shù)據(jù)詞典 ”，數(shù)據(jù)詞典記錄了所有用戶可使用的數(shù)據(jù)變量的詳細(xì)信息。 這里，共有 16個(gè)變量： set， opl，大水箱液位 pvl，大水箱液位 svl， svl,op2， k，ti， td， ei， mx， q0， ql， q2， pvx， a。其中， op2變量為 I/O通訊串口設(shè)備 ICP7024的 DA0通道連接的變量， a變量為程序標(biāo)志變量， set變量為啟動(dòng)儀表指示變量， opl變量為計(jì)算的輸出值變量，大水箱液位 pvl變量為大水箱液位測(cè)量值， pvx變量為 測(cè)量 前值變量，大水箱液位 SVl變量為大水箱液位給定值， SVl變量為設(shè)定值變量， ei變量為偏差變量， k變量為比例系數(shù)變量， q0變量為比例項(xiàng)變量， ti變量為積分系數(shù)變量， q1變量為積項(xiàng)變量， mx變量為積分前值變量， td變量為微分時(shí)間常 數(shù)變量，q2變量為微分項(xiàng)變量。 動(dòng)畫連接 定義動(dòng)畫連接是指在畫面的圖形對(duì)象與數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)變量之間建立一種關(guān)系，當(dāng)變量的值改變時(shí)，通過(guò) I／ O接 1:1，在畫面上以圖形對(duì)象的動(dòng)畫效果表示出來(lái)。在表示液位的長(zhǎng)方形中建立縮放和隱含連接。在縮放連接中，設(shè)置最小時(shí)為 0。占拒百分比為 0，最大時(shí)為 500，占據(jù)百分比為 100。 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 第 5 頁(yè) 系統(tǒng)趨勢(shì)曲線 趨勢(shì)分析是控制軟件必不可少的功能。組態(tài)王對(duì)其提供了強(qiáng)有力的支持和簡(jiǎn)單的控制方法。趨勢(shì)曲線有實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線和歷史趨勢(shì)曲線兩種。曲線外形類似于坐標(biāo)紙， X軸代表 時(shí)間， Y軸代表變量值。本系統(tǒng)顯示大水箱液位 pvl變量和大水箱液位SVl變量?jī)蓷l曲線。 建 立 大 水 箱 液 位 控 制 實(shí) 驗(yàn) 數(shù) 據(jù) 瀏 覽 畫 面 ， 繪 制 出 報(bào) 表 。 并 調(diào) 用ReportSetHistData2函數(shù)，在運(yùn)行環(huán)境時(shí)通過(guò)選擇記錄的變量，可以查閱被選的變量的各個(gè)時(shí)刻的值，實(shí)現(xiàn)報(bào)表功能。 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 第 6 頁(yè) 第 3 章 三容水箱系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) 三容水箱的原理結(jié)構(gòu) 水箱為三容水箱，系統(tǒng)組成如下圖所示，它包含電控箱、水箱本體及由 AD/DA 數(shù)據(jù)采集卡和普通 PC機(jī)組成的控制實(shí)驗(yàn)平臺(tái)等三大部分。 圖 21 三容水箱硬件關(guān)系圖 主要由以下幾個(gè)部分組成： 1) 水箱底座 ； 2) 循環(huán)泵 ； 3) 比例電磁閥 ； 4) 液位傳感器 。 5) 三容水柱 電控箱內(nèi)安裝有如下主要部件： 1) 電磁閥控制器 。 2) I/O 接口板 。 3）開關(guān)電源 。 4) 開關(guān)、指示燈等電氣元件 。 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 第 7 頁(yè) 主要由以下部分組成： 1）與 IBM PC/AT機(jī)兼容的 PC機(jī)帶 PCI插槽 PCI2020 數(shù)據(jù)采集卡及其驅(qū)動(dòng)程序 ； 2) 演示實(shí)驗(yàn)軟件 。 三容水箱的操作步驟 1) 向水箱中 注入清潔水。 2) 將電腦與電控箱上電。 3) 進(jìn)入演示和實(shí)驗(yàn)軟件的安裝目錄，運(yùn)行 Exe 目錄下的 。 4) 初始時(shí)，出現(xiàn)系統(tǒng)配置的界面，可以在界面上配置水箱的 AD/DA 通道等。 5) 選擇菜單項(xiàng) “操作 開始試驗(yàn) ”，開始實(shí)驗(yàn)，系統(tǒng)開始對(duì) AD/DA 的操作。 6) 在界面上修改設(shè)定值，選擇菜單項(xiàng) “操作 開始控制 ”開始控制過(guò)程。 7) 選擇菜單項(xiàng) “操作 停止控制 ”，結(jié)束控制過(guò)程。