【正文】 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書摘 要 三容水箱是較為典型的非線性時(shí)延對象。工業(yè)上許多被控對象的整體或局部都可以抽象成三容水箱的數(shù)學(xué)模型，具有很強(qiáng)的代表性和工業(yè)背景，研究三容水箱的建模及控制具有重要的理論意義及實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。本文利用組態(tài)王軟件對水箱液位實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)及測試，具體介紹了該系統(tǒng)的組成、上位機(jī)界面的設(shè)計(jì)和測試的結(jié)果。實(shí)踐證明，該系統(tǒng)圖形界面友好，運(yùn)行穩(wěn)定，操作方便，提高了監(jiān)控的質(zhì)量。在實(shí)驗(yàn)時(shí)，主要利用PID控制三容水箱。采取采用臨界比例度法整定PID控制器參數(shù)。上位監(jiān)控部分由三維力控組態(tài)軟件設(shè)計(jì)構(gòu)成，可以實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)工作的實(shí)時(shí)監(jiān)控并顯示速度曲線。 關(guān)鍵詞：組態(tài)王；水箱液位；監(jiān)控系統(tǒng)；三容水箱；模糊PID控制Abstract Threetank water is a typical nonlinear and delayed plant which has a very strong background of industry, for the whole or part of many controlled objects can be extracted as mathematic model of threetank water. Research on modeling and control of the threetank water has a far theoretical significance and practical this paper, the water tank fluid position control system is designed and tested using Kingview. The structure of this system，the design of HMI and the result of experiment are introduced in the paper．It is proven that this system have features in friendly interface，running steadily，easy to operate and improved control quality．In this paper，the design is the main PID control three let water tank. we use the critical ratio control scheme to set the PID controller parameters, upper monitor software using three dimensional force control configuration software. which can make the system work in realtime and show speed curves. Key words：Kingview；water tank fluid position；control system ；Three Tanks ；fuzzy PID control目 錄第1章 緒論 1第2章 組態(tài)王系統(tǒng) 2 2 3 3 4 4 4 5第3章 三容水箱系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) 6 三容水箱的原理結(jié)構(gòu) 6 三容水箱的操作步驟 7第4章 PID控制的理論基礎(chǔ) 7 PID控制原理 7 三容水箱控制方法 10第5章 雙容水箱 16 16 運(yùn)動分析 17 20 21 綜合 22第6章 三容水箱數(shù)理模型的建立 24 24 25 25第7章 模型仿真和實(shí)驗(yàn) 28 仿真 28 29第8章 三容水箱PLC硬件設(shè)置 30 PLC特點(diǎn)概述 30 PLC工作原理 32 PLC組成結(jié)構(gòu) 33 PLC編程 35 37??? 40總結(jié) 43參考文獻(xiàn) 43致 謝 45 第 45 頁安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書第1章 緒論自20世紀(jì)30年代以來，自動化技術(shù)獲得非常驚人的成就，已在工業(yè)和國民經(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++等語言編寫復(fù)雜的程序從底層開發(fā)，開發(fā)周期長，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，操作簡單，易學(xué)易用，普通工程人員經(jīng)過短時(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、硬件問題，集中精力去解決工程問題本身，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。 第2章 組態(tài)王系統(tǒng) 組態(tài)王是運(yùn)行在WindowsXP/NT/2000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。現(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)動作為組態(tài)王與外部設(shè)備的通信接口，組態(tài)王可通過通迅接口和外部設(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。每一個驅(qū)動都是一個COM對象，這種方式使驅(qū)動和組態(tài)王構(gòu)成一個完整的系統(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。 國內(nèi)外有很多工控組態(tài)軟件可以供用戶選擇，國外的有美國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)，在功能上可以和國外的軟件媲美，且價(jià)格是國外軟件的三分之一到八分之一。它們的升級速度快，服務(wù)好，且采用中文界面，故贏得了日益廣泛的市場。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型儀表過程控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)備的實(shí)際情況，制作了多個控制界面。反映了控制現(xiàn)場的狀況，設(shè)計(jì)復(fù)雜的動畫顯示現(xiàn)場的操作狀態(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)庫等。這樣就避免了操作人員到現(xiàn)場的實(shí)時(shí)監(jiān)視，既減少了操作人員的勞動強(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)王軟件是工業(yè)自動化軟件的一種，是北京亞控科技發(fā)展有限公司的產(chǎn)品。(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組成部分，也可以完成數(shù)據(jù)庫的構(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。信息窗口是一個獨(dú)立的Windows應(yīng)用程序，用來記錄、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，需要在這個環(huán)境中完成畫面設(shè)計(jì)、動畫連接等工作。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(bào)警、趨勢曲線，過程記錄、安全防范等重要功能都有簡潔的操作方法。 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。 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)備概述本系統(tǒng)用來對水箱運(yùn)行系統(tǒng)進(jìn)行檢測并具有自動控制的功能，硬件部分為THJ2型儀表過程控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)裝置。系統(tǒng)通過智能模塊將液位的檢測量采集到組態(tài)王對應(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、報(bào)表及報(bào)警事件，并通過與給定的液位設(shè)定比較來控制入水量。THJ2型高級過程控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置是基于工業(yè)過程物理模擬對象，它集自動化儀表技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)、自動控制技術(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)一起來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)參數(shù)辨識、單回路控制、串級控制、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＿^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象和實(shí)驗(yàn)平臺。 “THJ一2型高級過程控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置”集多參數(shù)閉環(huán)控制為一體，由過程控制對象、智能儀表模塊、執(zhí)行器模塊、信號檢測模塊等組成，各個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程控制參數(shù)。 利用組態(tài)王軟件建立應(yīng)用程序的一般過程如下。(1)設(shè)計(jì)圖形界面；(2)定義設(shè)備；(3)構(gòu)造數(shù)據(jù)庫；(4)建立動畫連接；(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)此過程考慮三個方面。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模擬實(shí)際的工業(yè)現(xiàn)場和相應(yīng)的工控設(shè)備。 數(shù)據(jù)，怎樣