【導(dǎo)讀】中均有廣泛應(yīng)用。在本設(shè)計中充分利用自動化儀表技術(shù)，計算機技術(shù)，通訊技術(shù)。和自動控制技術(shù)，以實現(xiàn)對水箱液位的串級控制。首先對被控對象的模型進行分。析，并采用實驗建模法求取模型的傳遞函數(shù)。機過程控制系統(tǒng)，完成控制系統(tǒng)實驗和結(jié)果分析。

　　

【正文】 一般包括了 I/V 變換電路﹑多路轉(zhuǎn)換器﹑采樣保持器﹑ A/D 轉(zhuǎn)換器﹑接口﹑控制邏輯。模擬量輸入通道的任務(wù)是把通過壓力變送器檢測 到的模擬信號（ 4～ 20 標(biāo)準(zhǔn)電流信號），經(jīng)過 I/V 變換轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的 1～ 5 電壓信號，在經(jīng)過采樣為離散的模擬信號并量化成為二進制的數(shù)字信號，經(jīng)接口送到計算機中。 在遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集過程控制系統(tǒng)，將使用 ICP7017 數(shù)據(jù)采集模塊實現(xiàn)模擬量輸入通道的功能。 7017 A/D 轉(zhuǎn)換模塊：數(shù)據(jù)采集程序存儲在 EEPROM 中，由內(nèi)部控制器控制邏輯執(zhí)行，控制轉(zhuǎn)換開關(guān)在 8 路模擬信號間轉(zhuǎn)換，模擬量送入 A/D通道后，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并將其與模擬量輸入通道號對應(yīng)，等待計算機查詢，數(shù)據(jù)通過 RS485 接口傳送至計算機。 7017 A/D 轉(zhuǎn)換模塊 技術(shù)指標(biāo)：模擬輸入類型： mV,V,mA. 采樣率： 10 次 /s 帶寬： 準(zhǔn)確率 :177。 % 零點漂移： 20μ V/℃ 波特率： 9600bps 量程： 10V～ 10V – 5V～ 5V 1～ 1V – 500mV～ 500Mv 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 模擬計算機過程控制系統(tǒng) 26 150mV～ 150mV 20mA～ 20mA 對應(yīng) 8000～ 7FFF 電源輸入： 10～ 30VDC 電源功耗： 。 圖 7017 內(nèi)部示意圖 圖 7024 內(nèi)部示意圖 在計算機控制系統(tǒng)中，模擬量輸出通道一般包括接口電路﹑ D/A 轉(zhuǎn)換器﹑V/I 變換等。模擬量輸出通道的任務(wù)是將計算機輸出的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬電壓或電流信號，以便驅(qū)動相應(yīng)的執(zhí)行機構(gòu)（電動調(diào)節(jié)閥）。 在遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集過程控制系統(tǒng)，將使用 ICP7024 數(shù)據(jù)采集模塊實現(xiàn)模擬量輸入通道的功能。 7024D/A 轉(zhuǎn)換模塊：數(shù)據(jù)采集程序存儲在 EEPROM 中，計算機將數(shù)據(jù)通過 RS485 接口送給 7024D/A 轉(zhuǎn)換模塊，由內(nèi)部控制器按控制程序?qū)?shù)據(jù)送入對應(yīng) DAC 通道，轉(zhuǎn)換為模擬電壓 /電流輸出。 7024D/A 轉(zhuǎn)換模塊技術(shù)指標(biāo)： 模擬量輸出類型： V,mA. 帶寬： 準(zhǔn)確率 :177。 % 波特率： 9600bps 零點漂移：177。 30μ V/℃ 177。 20μ A/℃ 量程： 0～20mA 4mA～ 20mA 0V～ 10V 10V～ 10V 0V～ 5V 5V～ 5V 電源輸入： 10～30VDC 電源功耗： ： 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 模擬計算機過程控制系統(tǒng) 27 圖 采集模塊電路原理圖 Vin5+1Vin52Vin6+3Vin64Vin7+5Vin7/INIT6DATA+7DATA8+V19GND10Vin0+11Vin012Vin1+13Vin114Vin2+15Vin216Vin3+17Vin318Vin4+19Vin4207017A/D轉(zhuǎn)化模塊INIT*6DATA+7DATA8+VS9GND10Vout011Vout112Vout213Vout314AGND15AGND16Iout020Iout119Iout218Iout3177024A/D轉(zhuǎn)換模塊DATA+DATA控制計算機RS485/232轉(zhuǎn)換器+IinIin電動調(diào)節(jié)閥QSVPIout+Iout上水箱傳感器BP800Iout+Iout下水箱傳感器BP800+24V250 R2 250 R1河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 模擬計算機過程控制系統(tǒng) 28 MCGS 軟件工程組態(tài) 通過 MCGS組態(tài)軟件在控制計算機上構(gòu)建一個人機交互界面，經(jīng)過 RS232/485轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)計算機與數(shù)據(jù)采集模塊的通訊，將檢測變送裝置的信號傳送到控制計算機中，從而在人機交互界面中可以對水箱液位對象進行監(jiān)控﹑控制器設(shè)計改造﹑數(shù)據(jù)瀏覽和存儲﹑記錄實驗曲線等。 MCGS 組態(tài)軟件所建立的工程由主控窗口、設(shè)備窗口、用戶窗口、實時數(shù)據(jù)庫 和運行策略五部分構(gòu)成，每一部分分別進行組態(tài)操作，完成不同的工作，具有不同的特性 MCGS 組態(tài)軟件的工作方式 ： (1)MCGS 與設(shè)備通訊： MCGS 通過設(shè)備驅(qū)動程序與外部設(shè)備進行數(shù)據(jù)交換。包括數(shù)據(jù)采集和發(fā)送設(shè)備指令。設(shè)備驅(qū)動程序是由 VB 程序設(shè)計語言編寫的 DLL（動態(tài)連接庫）文件，設(shè)備驅(qū)動程序中包含符合各種設(shè)備通訊協(xié)議的處理程序，將設(shè)備運行狀態(tài)的特征數(shù)據(jù)采集進來或發(fā)送出去。 MCGS 負(fù)責(zé)在運行環(huán)境中調(diào)用相應(yīng)的設(shè)備驅(qū)動程序，將數(shù)據(jù)傳送到工程中各個部分，完成整個系統(tǒng)的通訊過程。每個驅(qū)動程序獨占一個線程，達(dá)到互不干擾的目 的。 (2)MCGS產(chǎn)生動畫效果： MCGS為每一種基本圖形元素定義了不同的動畫屬性，每一種動畫屬性都會產(chǎn)生一定的動畫效果。所謂動畫屬性是反映圖形大小、顏色、位置、可見度、閃爍性等狀態(tài)的特征參數(shù)。在圖形的每一種動畫屬性中都有一個“表達(dá)式”設(shè)定欄，其中設(shè)定一個與圖形狀態(tài)相聯(lián)系的數(shù)據(jù)變量，連接到實時數(shù)據(jù)庫中，以此建立相應(yīng)的對應(yīng)關(guān)系， MCGS 稱之為動畫連接。 (3)當(dāng)工業(yè)現(xiàn)場中測控對象的狀態(tài)（如：水箱液位高度等）發(fā)生變化時，通過設(shè)備驅(qū)動程序?qū)⒆兓臄?shù)據(jù)采集到實時數(shù)據(jù)庫的變量中，該變量是與動畫屬性相關(guān)的變量，數(shù)值的變 化，使圖形的狀態(tài)產(chǎn)生相應(yīng)的變化（如高低變化）?，F(xiàn)場的數(shù)據(jù)是連續(xù)被采集進來的，這樣就會產(chǎn)生逼真的動畫效果（如水箱液面的升高和降低）。用戶也可編寫程序來控制動畫界面，以達(dá)到滿意的效果。 (4)MCGS 實施遠(yuǎn)程多機監(jiān)控： MCGS 提供了一套完善的網(wǎng)絡(luò)機制，可通過TCP/IP 網(wǎng)、 Modem 網(wǎng)和串口網(wǎng)將多臺計算機連接在一起，構(gòu)成分布式網(wǎng)絡(luò)測控系統(tǒng)，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)間的實時數(shù)據(jù)同步、歷史數(shù)據(jù)同步和網(wǎng)絡(luò)事件的快速傳遞。同時，可利用 MCGS 提供的網(wǎng)絡(luò)功能，在工作站上直接對服務(wù)器中的數(shù)據(jù)庫進行讀寫操作。分布式網(wǎng)絡(luò)測控系統(tǒng)的每一臺計算機 都要安裝一套 MCGS 工控組態(tài)軟件。 MCGS把各種網(wǎng)絡(luò)形式，以父設(shè)備構(gòu)件和子設(shè)備構(gòu)件的形式，供用戶調(diào)用，并進行工作狀態(tài)、端口號、工作站地址等屬性參數(shù)的設(shè)置。 (5)MCGS 控制工程運行流程： MCGS 開辟了專用的“運行策略”窗口，建立用河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 模擬計算機過程控制系統(tǒng) 29 戶運行策略。 MCGS 提供了豐富的功能構(gòu)件，供用戶選用，通過構(gòu)件配置和屬性設(shè)置兩項組態(tài)操作，生成各種功能模塊 ,使系統(tǒng)能夠按照設(shè)定的順序和條件，操作實時數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)對動畫窗口的任意切換，控制系統(tǒng)的運行流程和設(shè)備的工作狀態(tài)。所有的操作均采用面向?qū)ο蟮闹庇^方式，避免了煩瑣的編程工作。 在 MCGS 組態(tài)環(huán)境下的工程組態(tài)流程如下 主控窗口是工程的主窗口或主框架 ,是所有設(shè)備窗口和用戶窗口的父窗口。在主控窗口中可以放置一個設(shè)備窗口和多個用戶窗口，負(fù)責(zé)調(diào)度和管理這些窗口的打開或關(guān)閉。并調(diào)度用戶策略的運行。同時，主控窗口又是組態(tài)工程結(jié)構(gòu)的主框架，可在主控窗口內(nèi)建立菜單系統(tǒng)，創(chuàng)建各種菜單命令，展現(xiàn)工程的總體概貌和外觀，設(shè)置系統(tǒng)運行流程及特征參數(shù)，方便用戶的操作。在 MCGS 單機版中，一個應(yīng)用系統(tǒng)只允許有一個主控窗口，主控窗口是作為一個獨立的對象存在的，其強大的功能和復(fù)雜的操作都被封裝 在對象的內(nèi)部，組態(tài)時只需對主控窗口的屬性進行正確地設(shè)置即可。 主要的組態(tài)操作包括：定義工程的名稱，編制工程菜單，設(shè)計封面圖形，確定自動啟動的窗口，設(shè)定動畫刷新周期，指定數(shù)據(jù)庫存盤文件名稱及存盤時間等。 圖 主控窗口組態(tài) 結(jié)構(gòu) 圖 設(shè)備窗口是 MCGS 系統(tǒng)的重要組成部分，在設(shè)備窗口中建立系統(tǒng)與外部硬件設(shè)備的連接關(guān)系，使系統(tǒng)能夠從外部設(shè)備讀取數(shù)據(jù)并控制外部設(shè)備的工作狀態(tài)，實現(xiàn)對工業(yè)過程的實時監(jiān)控。 在 MCGS 中，實現(xiàn)設(shè)備驅(qū)動的基本方法是：在設(shè)備窗口內(nèi)配置不同類型的設(shè)備構(gòu)件， 并根據(jù)外部設(shè)備的類型和特征，設(shè)置相關(guān)的屬性，將設(shè)備的操作方法如硬件參數(shù)配置、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、設(shè)備調(diào)試等都封裝在構(gòu)件之中，以對象的形式與外部河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 模擬計算機過程控制系統(tǒng) 30 設(shè)備建立數(shù)據(jù)的傳輸通道連接。系統(tǒng)運行過程中，設(shè)備構(gòu)件由設(shè)備窗口統(tǒng)一調(diào)度管理，通過通道連接，向?qū)崟r數(shù)據(jù)庫提供從外部設(shè)備采集到的數(shù)據(jù)，從實時數(shù)據(jù)庫查詢控制參數(shù)，發(fā)送給系統(tǒng)其它部分，進行控制運算和流程調(diào)度，實現(xiàn)對設(shè)備工作狀態(tài)的實時檢測和過程的自動控制。 MCGS 的這種結(jié)構(gòu)形式使其成為一個“與設(shè)備無關(guān)”的系統(tǒng)，對于不同的硬件設(shè)備，只需定制相應(yīng)的設(shè)備構(gòu)件，放置到設(shè)備窗口中，并設(shè)置相關(guān)的屬 性，系統(tǒng)就可對這一設(shè)備進行操作，而不需要對整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)作任何改動。 MCGS 設(shè)備中一般都包含有一個或多個用來讀取或者輸出數(shù)據(jù)的物理通道，MCGS 把這樣的物理通道稱為設(shè)備通道，如：模擬量輸入裝置的輸入通道、模擬量輸出裝置的輸出通道、開關(guān)量輸入輸出裝置的輸入輸出通道等等，這些都是設(shè)備通道。設(shè)備通道只是數(shù)據(jù)交換用的通路，而數(shù)據(jù)輸入到哪兒和從哪兒讀取數(shù)據(jù)以供輸出，即進行數(shù)據(jù)交換的對象，則必須由用戶指定和配置。 （ 1）通用串口父設(shè)備設(shè)置 通用串口父設(shè)備是提供串口通訊功能的父設(shè)備，下面可以掛接所有通過串口連接的設(shè)備，提 供通過 Modem 進行遠(yuǎn)程采集或遠(yuǎn)程監(jiān)聽的功能。并可以在運行時動態(tài)改變撥出的電話號碼。在基本屬性頁中，設(shè)置了串口的基本屬性，包括端口號，通訊波特率，數(shù)據(jù)位位數(shù)，停止位位數(shù)，數(shù)據(jù)校驗方式，這些設(shè)置可以按照設(shè)備的要求來設(shè)置。 數(shù)據(jù)采集方式規(guī)定了串口父設(shè)備下的子設(shè)備的采集方式，使用同步采集時，所有子設(shè)備都按照父設(shè)備的采集周期依次采集。使用異步采集時，每個子設(shè)備可以設(shè)置自己的采集時間，在需要的時候采集。甚至子設(shè)備可以把采集時間設(shè)置為0，使得此子設(shè)備在一般情況下不采集，只在使用設(shè)備命令采集一次的時候才采集數(shù)據(jù)。 在 MCGS 中父設(shè)備的含義：凡是使用計算機串口采集數(shù)據(jù)的設(shè)備（如 PLC，儀表，變頻器，智能模塊等）都必須掛在父設(shè)備下面 ,統(tǒng)一由父設(shè)備來管理通信。 表 串口父設(shè)備參數(shù)設(shè)置 設(shè)備名稱： 通用串口父設(shè)備 初始工作狀態(tài)： 1啟動 最小采集周期： 500ms 串口端口號： 1COM2 通訊波特率： 66900 數(shù)據(jù)位位數(shù)： 18位 停止位位數(shù)： 01位 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 模擬計算機過程控制系統(tǒng) 31 數(shù)據(jù)校驗方式： 0無校驗位 數(shù)據(jù)采集方式： 1異步采集 (2)ICP7017 設(shè)備設(shè)置： 表 ICP7017 設(shè)備參數(shù)設(shè) 置 設(shè)備名稱： ICP7017 通道 對應(yīng)數(shù)據(jù)對象 通道類型 周期 初始工作狀態(tài)： 1啟動 0 mm1 通訊狀態(tài)標(biāo)志位 1 最小采集周期： 500ms 1 PV1 AD0 1 設(shè)備地址： 2 2 PV2 AD1 1 數(shù)據(jù)格式： 0工程單位 3 PV3 AD2 1 是否要求校驗： 0無校驗 濾波 (3)ICP7024 設(shè)備設(shè)置： 表 ICP7024 設(shè)備參數(shù)設(shè)置 設(shè)備名稱： ICP7024 通道 對應(yīng)數(shù)據(jù)對象 通道類型 周期 初始工作狀態(tài)： 1啟動 0 通訊狀態(tài) 1 最小采集周期：