【正文】 軟件總體設計 .................................................... 15 智能儀表與 PC 機通信軟件設計 ........................................ 16 系統(tǒng)監(jiān)控界面設計 ................................................. 18 5 5 總結(jié)與展望 ............................................................... 19 參 考 文 獻 ....................................................... 21 6 1 緒論 引言 隨著科學技術(shù)的飛速發(fā)展，人們對過程控制提出了更高更新的要求，在許多生產(chǎn)過程中，要求兩種或兩種以上的物料流量按一定的比例關(guān)系混合進行化學反應，對于物料比例的要求就變得很嚴格，如果比例不滿足要求，若是比例失調(diào)，會導致產(chǎn)品的質(zhì)量達不到要求，以造成損失，甚至會導致事故的發(fā)生。如在制藥過程中，為了增加藥效，需要對其中成分 藥物加入注入劑，生產(chǎn)工藝要求藥物和注入劑混合后的含量必須符合要求的比例，否則會使藥效降低而達不到要求。研究比值控制系統(tǒng)是必需的，提高比值控制的精度及水平具有深遠的意義。 在過程控制實驗裝置上利用 AI 調(diào)節(jié)器和 PC 機構(gòu)成計算機控制系統(tǒng)，能配合教學，完成各種較為復雜的控制實驗。此類設計方案在許多中小企業(yè)中也得到廣泛應用，具有重要的理論意義和實用價值。 智能儀表的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 智能儀表的研究現(xiàn)狀 智能儀器的出現(xiàn)， 很大的 擴充了傳統(tǒng)儀器的應用 領域 。智能儀器憑借其體積小、功能強、功耗低 的 優(yōu)勢，迅速地 在家用電器、科研 企業(yè) 和工業(yè)中得到了廣泛應用。 智能儀器的發(fā)展概況 80 年代以后，微處理器被用到儀器中，儀器前面板開始朝鍵盤化方向發(fā)展，測量系統(tǒng)常通過 IEEE— 488 總線連接。不同于傳統(tǒng)獨立儀器模式的個人儀器得到了發(fā)展等。 90 年代，儀器儀表的智能化突出表現(xiàn)在以下幾個方面：微電子技術(shù)的進步更深刻地影響儀器儀表的設計；微型機的發(fā)展，使儀器儀表具有更強的數(shù)據(jù)處理能力；圖像處理功能的增加十分普遍；VXI 總線得到廣泛的應用。 近年來，智能化測量控制儀表的發(fā)展尤為迅速。國內(nèi)市場上已經(jīng)出現(xiàn)了多 種多樣智能化測量控制儀表，能夠自動進行差壓補償?shù)闹悄芄?jié)流式流量計，能夠進行程序控溫的智能多段溫度控制儀，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)字 PID 和各種復雜控制規(guī)律的智能式調(diào)節(jié)器，以及能夠?qū)Ω鞣N譜圖進行分析和數(shù)據(jù)處理的智能色譜儀等。 智能儀器發(fā)展趨勢 (1)微型化 微型智能儀器指微電子技術(shù)、微機械技術(shù)、信息技術(shù)等綜合應用于儀器的生產(chǎn)中，從而使儀器成為體積小、功能齊全的智能儀器。它不但具有傳統(tǒng)儀器的功能，而且能在自動化技術(shù)、航天、軍事、醫(yī)療領域起到獨特的作用。 (2) 多功能化 7 多功能本身 就是智能儀器儀表的一個特點。多功能的綜合型產(chǎn)品不但在性能上如準確度比專用脈沖發(fā)生器和頻率合成器高，而且在各種測試功能上提供了較好的解決方案。 (3) 人工智能化 人工智能是計算機應用的一個嶄新領域，利用計算機模擬人的智能，用于機器人、醫(yī)療診斷、推理證明等各方面。智能儀器的進一步發(fā)展將含有一定的人工智能，即代替人的一部分腦力勞動，從而在視覺圖形及色彩辨讀、聽覺語音識別及語言領悟、思維推理、學習與聯(lián)想等方面具有一定的能力。顯然，人工智能在現(xiàn)代儀器儀表中的應用，使我們不僅可以解決用傳統(tǒng)方法很難解決的一 類問題，而且可望解決用傳統(tǒng)方法根本不能解決的問題。 (4) 總結(jié) 智能儀器是計算機科學、電子學、人工智能、 VLSI 等新興技術(shù)與傳統(tǒng)的儀器儀表技術(shù)的結(jié)合。隨著專用集成電路、個人儀器等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，智能儀器將會得到更加廣泛的應用。作為智能儀器核心部件的單片計算機技術(shù)是推動智能儀器向小型化、多功能化、更加靈活的方向發(fā)展的動力?？梢灶A料，各種功能的智能儀器在不遠的將來會廣泛地使用在社會的各個領域。 組態(tài)軟件 MCGS 的基本原理及簡介 MCGS（ Monitor and Control Generated System）是一套基于 Windows 平臺的，用于快速構(gòu)造和生成上位機監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件系統(tǒng)，可運行于 Microsoft Windows95/98/NT/20xx 等操作系統(tǒng)。 為用戶提供了解決實際工程問題的完整方案和開發(fā)平臺，能夠完成現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、實時和歷史數(shù)據(jù)理、報警和安全機制、流程控制、動畫顯示、趨勢曲線和報表輸出以及企業(yè)監(jiān)控網(wǎng)絡等功能。 本設計在傳統(tǒng)的過程控制需要人工監(jiān)測和人工調(diào)節(jié)的基礎上 ,加入了 MCGS 組態(tài)軟件進行輔助控制 ,具有自動監(jiān)測和自動調(diào)節(jié)功能 ,它能夠完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集 、實時和歷史數(shù)據(jù)處理、報警和安全機制、流程控制、動畫顯示、趨勢曲線和報表輸出等。 設計步驟如下 : (1)建立工程項目。 (2)進行設備配置。設備配置的目的是實現(xiàn)上下位機通訊 ,即實現(xiàn)計算機與智能儀表之間的連接。通過設備窗口配置數(shù)據(jù)采集與控制輸出連接與驅(qū)動設備用的數(shù)據(jù)變量。 (3)構(gòu)造數(shù)據(jù)庫。要求與設備要求的數(shù)據(jù)庫一致。該窗口定義不同類型和名稱的變量 ,作為數(shù)據(jù)采集、處理、輸出控制、動畫連接及設備驅(qū)動的對象。 (4)制作圖形畫面 ,在用戶窗口實現(xiàn)。主要用于設置工程中人機交互的界面 ,諸如 :生成水位變化的動畫顯示畫面、 報警輸出、數(shù)據(jù)與曲線圖表等。 (5)定義動畫鏈接。動畫鏈接是將動畫與數(shù)據(jù)庫變量建立聯(lián)系 ,當數(shù)據(jù)庫變量發(fā)生改變時動畫就可以表現(xiàn)出來。 8 (6)報警系統(tǒng)。當數(shù)據(jù)對象的值或狀態(tài)發(fā)生改變時 ,實時數(shù)據(jù)庫判斷對應的數(shù)據(jù)是否發(fā)生報警 ,并把所產(chǎn)生的報警信息通知給系統(tǒng)的其它部分。 (7)運行與調(diào)試。完成以上步驟以后 ,先進行組態(tài)檢查通過后就可以進入運行環(huán)境調(diào)試。 2 比值控制系統(tǒng) 工作原理 比值控制分開環(huán)比值控制、單閉環(huán)比值控制和雙閉環(huán)比值控制三種類型。開環(huán)比值控制的控制方案最簡單。單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)是為了克服開環(huán)比值控 制方案的缺點而設計的，這種方案的缺點是主流量沒有構(gòu)成閉環(huán)控制。本系統(tǒng)采樣單閉環(huán)比值控制方案。 比值控制系統(tǒng)概述 比值控制系統(tǒng)是一種物料量隨另一種物料量而變化的自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，根據(jù)實際生產(chǎn)過程的不同要求，常用比值控制系統(tǒng)有定比值控制系統(tǒng)和變比值控制系統(tǒng)。其特點是以保持主流量 F1 和副流量 F2 比值一定為目的。比值計算塊的參數(shù)經(jīng)計算設置好后不再變動，工藝要求的實際流量比值 k 也就固定不變；當主流量 F1 發(fā)生變化時，比值控制回路快速隨動跟蹤，使副流量 F2=k*F1 關(guān)系變化，嚴格保持 F2 與 F1 的比例關(guān)系。副回路任 務是克服干擾，保證主控制器輸出設定的比值系數(shù)，而主回路的任務是保證表征產(chǎn)品質(zhì)量指標的主被控變量恒定，在變比值控制系統(tǒng)中的主被控變量必須是連續(xù)可測的。 比值控制系統(tǒng)的特點 比值控制系統(tǒng)的特征是使兩個或兩個以上物料保持一定比例關(guān)系。 在要保持一定比例關(guān)系的物料中，起主導作用的物料稱為主物料，也稱為主動量，因為在過程控制中經(jīng)常保持比例的參量是流量，常用 Q1 表示；另一種物料跟隨主物料的變化而成比例地變化，這種物料稱為從物料，也稱從動量，常用 Q2 表示。兩物料的比值系數(shù)可設定為 K，則有： K=Q1/Q2 比值控制系統(tǒng)的類型 比值控制系統(tǒng)生成過程中工藝允許的負荷、干擾、產(chǎn)品質(zhì)量等要求的不同，實際的比值控制方案也不同。比值控制系統(tǒng)分為開環(huán)比值控制系統(tǒng)、單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)、雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)、變比值控制系統(tǒng)等。 （ 1） 單閉環(huán)比值控制系統(tǒng) 單閉環(huán)比值控制表示一個燃燒過程單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)，主流量是燃料，副流量是空氣。FMT 測量出主流量并變換為標準信號，乘以比值系數(shù) K 后，作為副流量控制系統(tǒng)中被控變量Fs 的給定值。如此，可以保持主流量與副流量之間的比例關(guān)系。從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)外觀上看，似 9 乎單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)與串級控制系 統(tǒng)很相似。但它們的方塊圖是不同的，功能也是不同的。單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)的方塊圖如圖 21 所示。 K 調(diào) 節(jié) 器 對 象調(diào) 節(jié) 閥主 測 量 變 送副 測 量 變 送副 流 量主 流 量MF MKF SF? 圖 21 單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)方塊圖 從圖 21 中可以看到，沒有主對象和主調(diào)節(jié)器，這是單閉環(huán)