【導(dǎo)讀】隨著信息化速度的加快，監(jiān)控組態(tài)軟件將發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。結(jié)合課題的需求，設(shè)計(jì)了本系統(tǒng)的組態(tài)式監(jiān)控軟件，完成了圖形界

　　

【正文】 （ 4）報(bào)警動(dòng)畫(huà) 在“用戶窗口”中選中“水位控制”，雙擊進(jìn)入，單擊“工具箱”中的“插入元件” 圖標(biāo)，進(jìn)入“對(duì)象元件庫(kù)管理”，從“指示燈”中選取如下圖：，調(diào)整大小放在適當(dāng)位置。 作為“液位 1”的報(bào)警指示，作為“液位 2”的報(bào)警指示。 數(shù)據(jù)報(bào)表界面 在工程應(yīng)用中，大多數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)需要對(duì)數(shù)據(jù)采集設(shè)備采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行存盤(pán)，統(tǒng)計(jì)分析，并根據(jù)實(shí)際情況打印出數(shù)據(jù)報(bào)表，所謂數(shù)據(jù)報(bào)表就是根據(jù)實(shí)際需要以一定格式將統(tǒng)計(jì)分析后的數(shù)據(jù)記錄顯示和打印出來(lái)，如：實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)報(bào)表、歷史數(shù)據(jù)報(bào)表（班報(bào)表、日?qǐng)?bào)表、月報(bào)表等）。數(shù)據(jù)報(bào)表在工控系統(tǒng)中是必不可少的一部分，是數(shù)據(jù)顯示、查詢、分析、統(tǒng)計(jì)、打印 的最終體現(xiàn)，是整個(gè)工控系統(tǒng)的最終結(jié)果輸出；數(shù)據(jù)報(bào)表是對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中系統(tǒng)監(jiān)控對(duì)象的狀態(tài)的綜合記錄和規(guī)律總結(jié)。 （ 1）實(shí)時(shí)報(bào)表 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)報(bào)表是實(shí)時(shí)的將當(dāng)前時(shí)間的數(shù)據(jù)變量按一定報(bào)告格式（用戶組態(tài)）顯示和打印，即：對(duì)瞬時(shí)量的反映，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)報(bào)表可以通過(guò) MCGS 系統(tǒng)的實(shí)時(shí)表格構(gòu)件來(lái)組態(tài)顯示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)報(bào)表。 單擊“用戶窗口”，在“用戶窗口”中單擊“新建窗口”按鈕產(chǎn)生一個(gè)新窗口，單擊“窗口屬性”按鈕，彈出“用戶窗口屬性設(shè)置”窗口，進(jìn)行設(shè)置。在“工具箱”中單擊“自由表格” 圖標(biāo)，拖放到桌面適 當(dāng)位置。雙擊表格進(jìn)入，如要改變單元格大小，請(qǐng)把鼠標(biāo)移到 A 與 B 或 1 與 2 之間，當(dāng)鼠標(biāo)變化時(shí)，拖動(dòng)鼠標(biāo)即可；單擊鼠標(biāo)右鍵進(jìn)行編輯。 進(jìn)入運(yùn)行環(huán)境后，單擊菜單項(xiàng)中的“數(shù)據(jù)顯示”會(huì)打開(kāi)“數(shù)據(jù)顯示”窗口，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)就會(huì)顯示出來(lái)。 （ 2）歷史報(bào)表 歷史數(shù)據(jù)報(bào)表是從歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中提取數(shù)據(jù)記錄，以一定的格式顯示歷史數(shù)據(jù)。 實(shí)時(shí)報(bào)表與歷史報(bào)表如圖 所示： 圖 數(shù)據(jù)報(bào)表界面 控制策略 數(shù)字 PID控制 這是一個(gè)對(duì)已知被控對(duì)象模型 10G (0 .3 1)(0 .4 1)ss? ??進(jìn)行閉環(huán)數(shù)字 PID 控制的實(shí)驗(yàn)，這里我們用的是 位置式 PID 控制算式 ： 0( ) ( 1 )( ) [ ( ) ( ) ]kpDiIT e k e ku k K e k e i TTT???? ? ??。實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)是理解 PID 控制算法和掌握如何調(diào)試參數(shù)，它是一種基于偏差的計(jì)算方法，我們通過(guò)調(diào)節(jié) PID 運(yùn)算參數(shù)，最后我們使得輸出信號(hào)跟隨給定信號(hào)。這里只列舉三個(gè)，不再累贅。 參數(shù)一： float kp = 。 //比例系數(shù) uint ti = 10000。 //積分系數(shù) char td = 0。 //微分系數(shù) char IBAND = 126。 //積分分離值 圖 41 參數(shù)一下的示波器波形 參數(shù)二： float kp = 。 //比例系數(shù) uint ti = 100。 //積分系數(shù) char td = 10。 //微分系數(shù) char IBAND = 50。 //積分分離值 圖 42 參數(shù)二下的示波器波形 參數(shù)三： float kp = 。 //比例系數(shù) uint ti = 120。 //積分系數(shù) char td = 16。 //微分系數(shù) char IBAND = 30。 //積分分離值 圖 43 參數(shù)三下的示波器波形 PID 控制的意義 PID 是比例、積分、微分控制的簡(jiǎn)稱。 PID 控制算法具有原理簡(jiǎn)單、使用方便、適應(yīng)性廣和魯棒性強(qiáng)等特點(diǎn) , 因此在控制理論和技術(shù)飛躍發(fā)展的今天 , 它在工業(yè)控制領(lǐng)域仍具有強(qiáng)大的生命力。 PID 控制器問(wèn)世至今已有近 70 年歷史 , 它以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。當(dāng)被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完 全掌握 , 或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時(shí) , 控制理論的其它技術(shù)難以采用時(shí) , 系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試來(lái)確定 , 這時(shí)應(yīng)用 PID 控制技術(shù)最為方便。 由于本設(shè)計(jì)中所用的雙容水箱系統(tǒng)的閥門(mén)采用的是手調(diào)閥，還不能精確的對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制，所以用 PID 控制技術(shù)用于此系統(tǒng)比較適合。 參數(shù)設(shè)定中的 P， TI， TD分別表示 PID 控制中的比例，積分和微分參數(shù)。其算式如下所示： n n D n n 11 0 0 1M n * e * e M X T * e ePIT ??? ??? ? ? ? ??? ?????? （ 41） 注：在上式中 100/P = KC , 1/TI = KI , TD = KD 其中 KC , KI , KD 相當(dāng)于通常的 PID 參數(shù)。 因此， P 值越大，比例作用越弱； TI值越大，積分作用越弱， TD 值越大，微分作用越強(qiáng)。 組態(tài)參數(shù)整定與調(diào)試 這里重點(diǎn)介紹一下在組態(tài)界面上實(shí)現(xiàn)手段和自動(dòng)兩種狀態(tài)的控制以及參數(shù)的整定與調(diào)試。圖 48就是我們的開(kāi)環(huán)手動(dòng)控制畫(huà)面，在畫(huà)面上我們可以直接給出一個(gè)開(kāi)環(huán)控制量給水泵，調(diào)節(jié)好實(shí)時(shí)曲線的時(shí)間跨度和單位。這里我們用擴(kuò)充臨界比例度法整定 PID 控制參數(shù)，也就是我們用手動(dòng)開(kāi)環(huán)的控制界面去直接給水泵一個(gè)控制量然后讓水位上升，這樣就可以在趨勢(shì) 曲線上得到一個(gè)液位上升的波形然后就可以通過(guò)作圖得到參數(shù)選定表所需要的常數(shù)。 在這里我們會(huì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)問(wèn)題，液位的上升不會(huì)像溫度那樣因?yàn)樵诳諝庵械纳岫€(wěn)定在某一個(gè)值，液位會(huì)不停地上升。我的思考是這樣的：上面的溫度實(shí)驗(yàn)有熱量散在空氣中，而對(duì)于水我們也可以往水槽里面排水。至于它們間的關(guān)系，肯定是溫度越高散出來(lái)的熱量會(huì)越多。而對(duì)于水箱，出水閥開(kāi)度一定的情況下，液位越高，出水口的水壓就越大，出水量也就越大。所以我的結(jié)論是：在一定開(kāi)環(huán)控制量的情況下，可以通過(guò)調(diào)節(jié)出水閥，使得液位上升，而上升到一定高度時(shí)，進(jìn)水量和出水量相等 ，這樣就可以在開(kāi) 圖 48 手動(dòng)狀態(tài)下的開(kāi)環(huán)控制 環(huán)下實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)平衡，如圖 49，這下就可以通過(guò)它整定參數(shù)了。 水箱的控制參數(shù)可以根據(jù)下圖的開(kāi)環(huán)水位上升曲線用上面的 擴(kuò)充 響應(yīng)曲線法得到，這里我們?cè)趫D中讀出τ和θ /τ大概是 32s 和 ，這里我們現(xiàn)在控制度 的，進(jìn)而得 圖 49 開(kāi)環(huán)水位上升曲線 到初步控制參數(shù)為 kp=， ki=， kd=。至于控制周期我們是在命令語(yǔ)言窗口的上面設(shè)置的，我們?cè)O(shè)的是 2 秒，也就是說(shuō)每?jī)擅腌娍刂埔淮巍? 圖 410 自動(dòng)狀態(tài)下的閉環(huán) PID 控制 當(dāng)我 們整定出上面的 PID 參數(shù)后，我們便可以在自動(dòng)控制畫(huà)面上進(jìn)行調(diào)試了。首先在數(shù)據(jù)詞典里面把參數(shù)初值設(shè)為初步整定的值，然后運(yùn)行啟動(dòng)閉環(huán) PID控制畫(huà)面，如圖 410 所示。這下我們只需要根據(jù)出來(lái)的波形和實(shí)際的控制效果對(duì)參數(shù)進(jìn)行修正，最后的控制參數(shù)如圖上所示。 遇到的問(wèn)題及解決辦法 有的時(shí)候，問(wèn)題也就是方法本身。當(dāng)我們進(jìn)入運(yùn)行系統(tǒng)時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)什么畫(huà)面都沒(méi)有。那是因?yàn)槲覀冞€沒(méi)配置好系統(tǒng)。我們還需要進(jìn)行一下設(shè)置，如下圖所示，我們可以設(shè)置系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的畫(huà)面，這里我們選擇水位監(jiān)控運(yùn)行時(shí)的主畫(huà)面。 圖 411 系統(tǒng)運(yùn)行 主畫(huà)面配置窗口 還有就是 IO變量最大值和最小值，原始最大值和原始最小值到底是指什么，這個(gè)我們?cè)谏厦嬲鹿?jié)已經(jīng)介紹過(guò)了，設(shè)置不好的話，畫(huà)面上的值便出不來(lái)或者不準(zhǔn)確。 在命令語(yǔ)言中我們有時(shí)會(huì)用到許多函數(shù)，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)函數(shù)里面只要有一個(gè)參數(shù)不準(zhǔn)確便會(huì)出錯(cuò)。這里我的解決方法是查看命令語(yǔ)言函數(shù)手冊(cè)，這樣就可以準(zhǔn)確的知道每個(gè)參數(shù)具體指的是什么。 對(duì)于組態(tài)王軟件的使用問(wèn)題，我開(kāi)始都是以網(wǎng)上的資料為學(xué)習(xí)源，后來(lái)發(fā)現(xiàn)軟件文檔里面自帶使用手冊(cè)。開(kāi)始我覺(jué)得手冊(cè)太繁瑣，后來(lái)當(dāng)我遇到問(wèn)題的時(shí)候才發(fā)現(xiàn)，它真的是一個(gè)法寶 最后在制作組態(tài)王數(shù) 據(jù)庫(kù)的時(shí)候遇到一個(gè)查詢的液位值在畫(huà)面上讀不出來(lái)的問(wèn)題，在排除了許多問(wèn)題后才發(fā)現(xiàn)是數(shù)據(jù)庫(kù)表設(shè)計(jì)中，需要把液位字段大小設(shè)置成單精度浮點(diǎn)，也就是表中的字段大小必須和數(shù)據(jù)詞典中的變量類型相匹配。我們做任何事情都要細(xì)心，這樣才能看清問(wèn)題，遇到問(wèn)題要積極思考，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)，解決問(wèn)題只是一個(gè)時(shí)間的問(wèn)題。 基于組態(tài)王的強(qiáng)大功能，我們可以很容易的從趨勢(shì)曲線和數(shù)據(jù)報(bào)表以及數(shù)據(jù)庫(kù)中可以對(duì)運(yùn)行系統(tǒng)的性能和控制系統(tǒng)的控制效果進(jìn)行分析。在單片機(jī)控制水箱液位的實(shí)驗(yàn)中，我們 PID 控制的初步參數(shù)已經(jīng)有了，這里我們?cè)谶\(yùn)行系統(tǒng)中根據(jù)實(shí)際的波形去分 析，對(duì)參數(shù)做細(xì)微的調(diào)節(jié)，以達(dá)到最佳的控制效果。我們可以發(fā)現(xiàn)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。 第 5章 總結(jié) 在工業(yè)控制中，組態(tài)軟件正得到越來(lái)越普遍的使用，它提供了豐富的圖像顯示、數(shù)據(jù)庫(kù)處理、對(duì)象連接等數(shù)據(jù)管理功能，為使用者提供了極大的方便，組態(tài)軟件因其方便的界面設(shè)計(jì)而受到用戶的歡迎。 本文以北京昆侖公司的組態(tài)軟件“ MCGS ”為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，針對(duì)雙容水箱液位控制系統(tǒng)，建立了“基于 MCGS 組態(tài)軟件的雙容水箱液位監(jiān)控系統(tǒng)”。該裝置為一個(gè)雙容水箱控制系統(tǒng)。并采用 WINDOWS2020 操作系統(tǒng)，上位機(jī)使用北京昆侖公司提供的實(shí)時(shí)多任務(wù)組態(tài)軟件“ MCGS ”，下位數(shù)據(jù)采集通過(guò)西門(mén)子S7200PLC 完成，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)控制、圖形顯示、歷史記錄、參數(shù)設(shè)定、數(shù)據(jù)報(bào)表、打印等功能。以 MCGS 軟件為平臺(tái)的系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，設(shè)計(jì)合理，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，人機(jī)界面良好，操作簡(jiǎn)單可靠，滿足控制要求。 幾個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)讓我學(xué)到了很多東西，我不僅對(duì)監(jiān)控組態(tài)有了一定的認(rèn)識(shí)，還掌握了過(guò)程控制的基本方法，并學(xué)會(huì)用監(jiān)控軟件 MCGS 模擬工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行過(guò)程控制。我想，幾個(gè)月下來(lái)積累的思維方法對(duì)我今后的工作和 學(xué)習(xí)都是大有益處的。 紙上得來(lái)終覺(jué)淺，在課堂的學(xué)習(xí)中有時(shí)會(huì)很盲目，聽(tīng)起來(lái)都會(huì)，真正到做的時(shí)候卻又無(wú)從下手。但只要我們用心去做了，無(wú)論結(jié)果怎樣，我們都是會(huì)有收獲的。做任何事情都一樣，我們必須首先明確我們的目標(biāo)，然后以目標(biāo)為終點(diǎn)確定經(jīng)過(guò)哪些步驟，進(jìn)而一步一步完成每個(gè)步驟，最后我們會(huì)突然發(fā)現(xiàn)：目標(biāo)離我們只有一小步。 本文僅僅是對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了仿真，只是實(shí)現(xiàn)了基本的控制要求。系統(tǒng)的手調(diào)閥的開(kāi)度并不能很準(zhǔn)確的調(diào)節(jié)液位。工業(yè)上實(shí)際系統(tǒng)的模型更復(fù)雜，有些方法在實(shí)際運(yùn)行中可能會(huì)產(chǎn)生意想不到的事情，這需要在以后的工作和學(xué)習(xí)中 作進(jìn)一步的研究。 謝辭 論文的研究自始至終都是在我的導(dǎo)師 陶文華老師 的悉心指導(dǎo)下完成的。導(dǎo)師淵博的知識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)的態(tài)度、踏實(shí)的工作作風(fēng)、科研上的認(rèn)真負(fù)責(zé)，給我留下了深刻的印象，同時(shí)為我樹(shù)立了良好的榜樣，時(shí)時(shí)激勵(lì)著我努力學(xué)習(xí)，踏踏實(shí)實(shí)地工作。在論文的選題、資料的收集、試驗(yàn)以及論文的初稿、再稿、最終定稿等方面，導(dǎo)師都傾注了大量的精力。在此，向我的導(dǎo)師致以最衷心的感謝 。同時(shí)還要感謝，實(shí)驗(yàn)室的老師們、同學(xué)們對(duì)我的熱心幫助和支持，以及所有任課老師傳授我豐富的專業(yè)知識(shí)。在這里表示真摯的感謝 ! 在論文的撰寫(xiě)以及涉及的科研試驗(yàn)過(guò)程中， 陶文華 老師給我提了不少建議，我的同班同學(xué) 賈振鵬 等，他們給了我許多的幫助，在這里深表謝意 ! 參考文獻(xiàn) [1]劉 俊 ,柳春圖 . 新一代工控組態(tài)軟件 MCGS及應(yīng)用 [J].北方工業(yè)大學(xué) , 2020 [2] MCGS 組態(tài)軟件編寫(xiě)組 .MCGS工控組態(tài)軟件手冊(cè) [M]. 昆侖通態(tài)計(jì)算機(jī)技術(shù)研究所 ,2020 [3] 王 斌，莊 健 ,王孫安 . 啤酒發(fā)酵過(guò)程的智能監(jiān)控系統(tǒng)研究 [J].2020 [4] 韓勝春 ,畢學(xué)武 ,孫 超 . 工控組態(tài)軟 MCGS及其在供水工程監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].北京 :儀表技術(shù)與傳感器 ,2020 [5] 任 雯 ,李訓(xùn)杰 .王維慶 .基于 MCGS 的工業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用 [J].新疆大學(xué)電氣工程學(xué)院 , 2020 [6]孟凡德 ,張 穎 ,羅 玲 .MCGS 組態(tài)軟件的應(yīng)用及驅(qū)動(dòng)程序開(kāi)發(fā) [J].技改與創(chuàng)新化工自動(dòng)化及儀表 ,2020 [7] 趙辰 ,吳昊 , 曹輝 , 霍罡 . 基于 MCGS組態(tài)軟件的水量數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng) [J].北京聯(lián)合大學(xué)生物化學(xué)工程學(xué)院 ,2020 [8]武 麗 . 基于 MCGS的鍋爐液位 流量串級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì) [J].西南科技大學(xué)信息與控制工程學(xué)院 ,四川學(xué)院綿陽(yáng) ,2020 [9] 羅永道 ,張?jiān)粕?. 通用組態(tài)軟件在實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的應(yīng)用 [J].昆明理工大學(xué)信息工程與自動(dòng)化學(xué) ,工業(yè)控制計(jì)算機(jī) ,2020 [10] 華紅艷 .工業(yè)組態(tài)技術(shù)教程 [M].鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院 ,2020 [11] 于海生 . 微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù) [M].清華大學(xué)出版社 ,2020