【導(dǎo)讀】本文根據(jù)液位系統(tǒng)過程原理，建立了單容水箱的數(shù)學(xué)模型。系統(tǒng)仿真，并通過整定PID參數(shù)，同時(shí)得出了整定后的仿真曲線和實(shí)際曲線。制指令PID指令來控制水箱水位。PLC在工業(yè)自動(dòng)化中應(yīng)用的十分廣泛。PID控制經(jīng)過很長時(shí)間的發(fā)展，已經(jīng)。成為工業(yè)中重要的控制手段。本設(shè)計(jì)就是基于PLC的PID算法對液位進(jìn)行控制。后，通過控制直流泵的工作時(shí)間來實(shí)現(xiàn)液位的控制。這樣我們就可以通過組態(tài)畫面對液位高度和泵的起停情況進(jìn)行監(jiān)測，整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、簡。單實(shí)用，MCGS與PLC通信流暢。過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。算機(jī)，PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。大中型PLC都有PID模塊，目前許多小型。PID處理一般是運(yùn)行專用的PID子程序。金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應(yīng)用。

　　

【正文】 生成的用戶應(yīng)用系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)由主控窗口、設(shè)備窗口、用戶窗口、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫和運(yùn)行策略五個(gè)部分構(gòu)成。 MCGS 用主控窗口、設(shè)備窗口和用戶窗口來構(gòu)成一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)的人機(jī)交互圖形界面，組態(tài)配置各種不同類型和功能的對象或構(gòu)件，同時(shí)可以對實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行可視化處理。 （ 1） 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫是 MCGS 監(jiān)控系統(tǒng)的核心。 MCGS 用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫來管理所有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。從外部設(shè)備采集來的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)送入實(shí)時(shí) 數(shù)據(jù)庫，系統(tǒng)其它部分操作的數(shù)據(jù)也來自于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫采用面向?qū)ο蟮募夹g(shù)，為其它部分提供服務(wù)，提供了系統(tǒng)各個(gè)功能部件的數(shù)據(jù)共享。 （ 2）主控窗口確定了工業(yè)控制中工程作業(yè)的總體輪廓，以及運(yùn)行流程、菜單命令、特性參數(shù)和啟動(dòng)特性等項(xiàng)內(nèi)容，是應(yīng)用系統(tǒng)的主框架。 （ 3）設(shè)備窗口是 MCGS 監(jiān)控系統(tǒng)與外部設(shè)備聯(lián)系的媒介。專門用來放置不同類型和功能的設(shè)備構(gòu)件，實(shí)現(xiàn)對外部設(shè)備的操作和控制。它通過設(shè)備構(gòu)件把外部設(shè)備的數(shù)據(jù)采集進(jìn)來，送入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，或把實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)輸出到外部設(shè)備。 （ 4）用戶窗口實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)和流程的 “可 視化 ”。用戶窗口中可以放置三種不同 23 類型的圖形對象：圖元、圖符和動(dòng)畫構(gòu)件。 (5) 運(yùn)行策略是對系統(tǒng)運(yùn)行流程實(shí)現(xiàn)有效控制的手段。一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)有三個(gè)固定的運(yùn)行策略：啟動(dòng)策略、循環(huán)策略和退出策略。 綜上所述，要完成一個(gè)實(shí)際的應(yīng)用系統(tǒng)，應(yīng)該首先在組態(tài)環(huán)境中用系統(tǒng)提供的或用戶擴(kuò)展的構(gòu)件構(gòu)造應(yīng)用系統(tǒng)，配置各種參數(shù)，形成一個(gè)有豐富功能可以實(shí)際應(yīng)用的工程。然后，把組態(tài)環(huán)境中的組態(tài)結(jié)果提交給組態(tài)運(yùn)行環(huán)境。運(yùn)行環(huán)境和組態(tài)結(jié)果一起就構(gòu)成了用戶自己的應(yīng)用系統(tǒng)。 2 MCGS 通用監(jiān)控系統(tǒng)主要功能 （ 1） 良好的可維護(hù)性和可 擴(kuò)充性。三種基本類型的構(gòu)件 (設(shè)備構(gòu)件、動(dòng)畫構(gòu)件、策略構(gòu)件 )完成了 MCGS 系統(tǒng)三大部分 (設(shè)備驅(qū)動(dòng)、動(dòng)畫顯示和流程控制 )的所有工作。 （ 2） MCGS 系統(tǒng)可以與廣泛的數(shù)據(jù)源交換數(shù)據(jù)，有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫連接能力，可以和更多的自動(dòng)化設(shè)備相連接；與其它應(yīng)用程序交換數(shù)據(jù)，充分利用計(jì)算機(jī)豐富的軟件資源。 （ 3） 強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能。 （ 4） 多樣化的報(bào)警功能。 （ 5） 提供了 WWW 瀏覽功能，能夠方便地實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場控制與企業(yè)管理的集成。 MCGS 通用監(jiān)控系統(tǒng)的創(chuàng)建過程 （ 1）工程項(xiàng)目系統(tǒng)分析：分析工程項(xiàng)目的系統(tǒng)構(gòu)成、技術(shù)要 求和工藝流程，弄清系統(tǒng)的控制流程和監(jiān)控對象的特征，明確監(jiān)控要求和動(dòng)畫顯示方式，分析工程中的設(shè)備采集及輸出通道與軟件中實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫變量的對應(yīng)關(guān)系，分清哪些變量是要求與設(shè)備連接的，哪些變量是軟件內(nèi)部用來傳遞數(shù)據(jù)及動(dòng)畫顯示的。 （ 2）工程各項(xiàng)搭建框架： MCGS 稱為建立新工程。主要內(nèi)容包括：定義工程名稱、封面窗口名稱和啟動(dòng)窗口（封面窗口退出后接著顯示的窗口）名稱，指定存盤數(shù)據(jù)庫文件的名稱以及存盤數(shù)據(jù)庫，設(shè)定動(dòng)畫刷新的周期。經(jīng)過此步操作，即在 MCGS 組態(tài)環(huán)境中，建立了由五部分組成的工程結(jié)構(gòu)框架。封面窗口和啟動(dòng)窗口也 可等到建立了用戶窗口后，再行建立。 （ 3）設(shè)計(jì)菜單基本體系：為了對系統(tǒng)運(yùn)行的狀態(tài)及工作流程進(jìn)行有效地調(diào)度和控制，通常要在主控窗口內(nèi)編制菜單。編制菜單分兩步進(jìn)行，第一步首先搭建菜單的框架，第二步再對各級菜單命令進(jìn)行功能組態(tài)。在組態(tài)過程中，可 24 根據(jù)實(shí)際需要，隨時(shí)對菜單的內(nèi)容進(jìn)行增加或刪除，不斷完善工程的菜單。 （ 4）制作動(dòng)畫顯示畫面：動(dòng)畫制作分為靜態(tài)圖形設(shè)計(jì)和動(dòng)態(tài)屬性設(shè)置兩個(gè)過程。前一部分類似于“畫畫”，用戶通過 MCGS 組態(tài)軟件中提供的基本圖形元素及動(dòng)畫構(gòu)件庫，在用戶窗口內(nèi)“組合”成各種復(fù)雜的畫面。后一部分則設(shè)置圖形的動(dòng)畫屬性，與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中定義的變量建立相關(guān)性的連接關(guān)系，作為動(dòng)畫圖形的驅(qū)動(dòng)源。 （ 5）編寫控制流程程序：在運(yùn)行策略窗口內(nèi)，從策略構(gòu)件箱中，選擇所需功能策略構(gòu)件，構(gòu)成各種功能模塊（稱為策略塊），由這些模塊實(shí)現(xiàn)各種人機(jī)交互操作。 MCGS 還為用戶提供了編程用的功能構(gòu)件（稱之為“腳本程序”功能構(gòu)件），使用簡單的編程語言，編寫工程控制程序。 （ 6）完善菜單按鈕功能：包括對菜單命令、監(jiān)控器件、操作按鈕的功能組態(tài)；實(shí)現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、各種曲線、數(shù)據(jù)報(bào)表、報(bào)警信息輸出等功能；建立工程安全機(jī)制等。 （ 7）編寫程序調(diào) 試工程：利用調(diào)試程序產(chǎn)生的模擬數(shù)據(jù)，檢查動(dòng)畫顯示和控制流程是否正確。 （ 8）連接設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序：選定與設(shè)備相匹配的設(shè)備構(gòu)件，連接設(shè)備通道，確定數(shù)據(jù)變量的數(shù)據(jù)處理方式，完成設(shè)備屬性的設(shè)置。此項(xiàng)操作在設(shè)備窗口內(nèi)進(jìn)行。 PLC 程序 25 0?上水箱測量值顯示單元 0?上水箱設(shè)定值顯示單元 0?輸出值顯示單元 水位測量值 (VD4000)?100→ 測量值顯示單元 (VD400) 水位測量值 (VD4000) → PID0 回路表的 測量值單元 (VD2021) 水位設(shè)定值顯示單元內(nèi)容 (VD404)247。 100 → PID0 回路表的 設(shè)定值單元 (VD2021) 自動(dòng)方式： PID0 回路表的 輸出值單元 內(nèi)容 (VD2021) →輸出值顯示單元（ VD408） 自動(dòng)方式： PID0 回路表的 輸出值單元 內(nèi)容 (VD2021) →變量存存器（ VD5） 26 設(shè)置使用 0 號 PID 回路， 設(shè)置回路表首地址 VB2021 設(shè)置采樣時(shí)間 ?回路表 VD2021 單元 存放積分值 ?回路表 VD2028 單元 實(shí)數(shù)乘法 VD5?25600?AC3 實(shí)數(shù)加法 AC3+6400?AC3 實(shí)數(shù) AC3?32 位雙整數(shù) ?AC3 32 位雙整數(shù) AC3?16 位整數(shù) ?AC3 將變量存儲(chǔ)器內(nèi)容（標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)數(shù) ~）經(jīng)工程量化 ?模擬量輸出通道存儲(chǔ)器 AQW0 27 16 位整數(shù) AC3?模擬量輸出寄存器 AQW0 ?完成數(shù)模轉(zhuǎn)換（調(diào)節(jié)閥） 將第 0路模擬量輸入通道 AIWC（數(shù)字量）經(jīng)工程量化 ?標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)數(shù) ~?存入測量單元 VD4000 16 位整數(shù) AIWC?32 位雙整數(shù) ?AC0 32 位雙整數(shù) ?實(shí)數(shù) ?AC0 實(shí)數(shù)減法： AC0?6400? AC0 實(shí)數(shù)除法： AC0?25600? AC0（標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)數(shù) ~） AC0? VD4000 測量單元 28 界面的 制作 和調(diào)試 使用 MCGS 完成一個(gè)實(shí)際的應(yīng)用系統(tǒng)，首先必須在 MCGS 系統(tǒng)的組態(tài)環(huán)境 進(jìn)行系統(tǒng)的組態(tài)生成工作，然后將系統(tǒng)放在 MCGS 運(yùn)行環(huán)境下運(yùn)行。本設(shè)計(jì) 在 MCGS 組態(tài)環(huán)境下進(jìn)行的液位控制系統(tǒng)的制作。首先將 MCGS 組態(tài)軟件安 裝在所要使用的計(jì)算機(jī)中，安裝 MCGS 組態(tài)軟件的通用版本即可。安裝成功后， 即可進(jìn)入到組態(tài)環(huán)境中進(jìn)行畫面制作。 設(shè)備配置 在組態(tài)界面中選擇新建的工程，雙擊進(jìn)入組態(tài)王工程瀏覽器；選擇工程目錄區(qū)的設(shè)備中的 COM1，雙擊右邊的新建按鈕進(jìn)入設(shè)備配置向?qū)Вx擇 PLC→亞控→仿真PLC→ COM,單擊下一步，為配置設(shè)備取名 PLC1，單擊下一步。選擇設(shè)備串口 COM1,一直單擊下一步完成設(shè)備配置。 新建畫面 我們在建立畫面之前先建立 工程： 1．鼠標(biāo)單擊文件菜單中“新建工程”選項(xiàng)，由于 MCGS 安裝在 D盤根目錄下，則會(huì)在 D： \MCGS\WORK\下自動(dòng)生成新建工程，默認(rèn)的工程名為：“新建工程 ”，其中 X表示工程的序號。 2．選擇文件菜單中的“工程另存為”菜單項(xiàng)，彈出文件保存窗口。 3．在文件名一欄內(nèi)輸入“ 單容水箱液位控制 ”，點(diǎn)擊保存按鈕，工程創(chuàng)建完畢。 其實(shí)是新建畫面： 在 MCGS 組態(tài)平臺(tái)上，單擊“用戶窗口”，在“用戶窗口”中單擊“新建窗口”按鈕，則產(chǎn)生新“窗口 0”，將其改名為“ 液位 控制”，同理，建立“窗口 1” “窗口 2”將其 改名為“歷史曲線” “退出”，見圖 41選中“單容水箱 液位控制 ”。 29 41單容水箱 液位控制 單擊“窗口屬性”，進(jìn)入“用戶窗口屬性設(shè)置”，將“窗口名稱”改為：液位控制；將“窗口標(biāo)題”改為：液位控制；在“窗口 位置”中選中“最大化顯示”，其它不變，單擊“確認(rèn)”，見圖 42。 圖 42 窗口屬性 選中剛創(chuàng)建的“液位控制”用戶窗口，單擊“動(dòng)畫組態(tài)”，進(jìn)入動(dòng)畫制作窗口。 圖形對象放置在用戶窗口中，是構(gòu)成用戶應(yīng)用系統(tǒng)圖形界面的最小單元， MCGS 中的圖形對象包括圖元對象、圖符對象和動(dòng)畫構(gòu)件三種類型，不同類型的圖形對象有不同的屬性，所能完成的功能也各不相同。 為了快速構(gòu)圖和組態(tài)， MCGS 系統(tǒng)內(nèi)部提供了常用的圖元、圖符、動(dòng)畫構(gòu)件對象，稱為系統(tǒng)圖形對象。如圖 43所示： 30 圖 43 MCGS工具箱 通過 MCGS 工具箱畫出如圖 44的界面： 圖 44 動(dòng)畫組態(tài)過程控制 同樣“歷史曲線” 中也是如上述繪畫，如圖 45所示： 31 圖 45 歷史曲線 在下面的“大小變化”前打?qū)μ枺谄浔磉_(dá)式中填入“ SP”，在“最大變化百分比”中填入 100，“表達(dá)式的值”中填入 50，“變化方向”選擇向上，如圖 46所示： 圖 46 大小變化設(shè)置 32 設(shè)備連接 MCGS 與設(shè)備進(jìn)行通訊： MCGS 通過設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序與外部設(shè)備進(jìn)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(dòng)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(yùn)行狀 態(tài)的特征數(shù)據(jù)采集進(jìn)來或發(fā)送出去。 MCGS 負(fù)責(zé)在運(yùn)行環(huán)境中調(diào)用相應(yīng)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，將數(shù)據(jù)傳送到工程中的各個(gè)部分，完成整個(gè)系統(tǒng)的通訊過程。 程序編寫完畢后進(jìn)行 PLC 的通訊。 PLC 配備有一個(gè)通訊接口。利用 PPI 的通訊電纜將操作系統(tǒng)接口和 PLC 通訊接口進(jìn)行連接，通道單元就可以支持通訊所需的硬件。通道單元是通訊驅(qū)動(dòng)程序的一部分，必須用它來與通訊硬件的操作系統(tǒng)接口進(jìn)行通訊，通過通道單元操作邏輯連接，邏輯連接提供了訪問對象的方法。 PLC 與 MCGS 組態(tài)的通訊是連接的重要部分。 當(dāng)我們打開 MCGS 組態(tài)環(huán)境，新建了一個(gè) MCGS 工程后，在用戶編輯窗口中將會(huì)出現(xiàn)如圖 47 的 設(shè)備組態(tài) 窗口。 圖 47設(shè)備組態(tài)窗口 33 將設(shè)備工具箱內(nèi)的通用串口父設(shè)備及 PLC 設(shè)備添加到設(shè)備窗口中，如下圖所示：注意，這里表示是西門子 PLC 通過串口連接到計(jì)算機(jī)的串口下，如圖 48所示： 圖 48設(shè)備管理 再 打開的設(shè)備窗口中找到 通用串口父 設(shè)備 0—[通用串口父設(shè)備 ]。見圖 49 圖 49通用串口父設(shè)備示意圖 在串口父設(shè)備 0— [通用串口父設(shè)備 ]下方找到設(shè)備 0— [西門子 S7200]單擊 34 右鍵，選擇屬性，會(huì)自動(dòng)彈出一個(gè)屬性窗口。在窗口上選擇基本屬 性，出現(xiàn)下面的顯示，見圖 410。 圖 410 基本屬性窗口 單擊設(shè)置設(shè)備內(nèi)部屬性右側(cè)的按鍵，進(jìn)行通道屬性的設(shè)置，將通道的數(shù)據(jù)類型都設(shè)置為讀寫類型，這樣既能將數(shù)據(jù)輸入又能將其輸出。見圖 411。 圖 411 通道屬性設(shè)置 通道屬性設(shè)置完畢后進(jìn)行通道的連接，通道 0 是通訊狀態(tài)標(biāo)志位，通道 1 代表的 35 是自動(dòng) /手動(dòng)控制按鈕，與 進(jìn)行連接。通道 2 是起始地址。見圖 412。 圖 412 通道連接 接下來進(jìn)行設(shè)備調(diào)試，進(jìn)入到此框圖中，通道 0 有兩種表示值， 1 和 0。當(dāng)通道值 下顯示 0，才表示通訊成功，否則失敗。通道 1 的通道值為 0 時(shí)代表手動(dòng)控制，為 1 時(shí)代表自動(dòng)控制。各通道號的通道值會(huì)在通道值下自動(dòng)顯示出來。見圖413。 413 設(shè)備調(diào)試 單擊工作臺(tái)上的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，會(huì)彈出圖 414 所示的框圖。四個(gè)系統(tǒng)內(nèi)建數(shù)據(jù)對象選擇字符型。點(diǎn)擊 “新增對象 ”進(jìn)行對象的添加。自動(dòng) /手動(dòng)設(shè)置為開關(guān)型， 36 其余的對象類型設(shè)置為數(shù)值型。 圖 414 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫 通訊成功后，利用 STEP7 界面編輯條上的藍(lán)色的三角朝下的按鍵 ,單擊此鍵 ,實(shí)現(xiàn) PLC 的下載調(diào)試 ,下載成功后 , 單擊 STEP7 界面編輯條上的綠 色按鍵 就可以進(jìn)入到 PLC 的運(yùn)行環(huán)境中去，實(shí)現(xiàn)了 PLC 與組態(tài)環(huán)境下所做的水箱畫面的動(dòng)畫連接。 37 第五章 總結(jié) 我們這次課設(shè)做的是單容水箱液位恒值 控制 系統(tǒng)，通過這次課 讓 我學(xué)到了很多在課堂上沒有學(xué)到的知識 ， 因?yàn)槭且郧岸际窃谡n堂上聽著老師理論知識，所以我們還是第一次實(shí)踐加理論的 來自己操作課設(shè)的數(shù)據(jù)。因?yàn)楫吘故菍?shí)際操作所以難免會(huì)遇到一些問題 ，通過查閱大量的資料，是我的知識得以擴(kuò)充，加深了對本專業(yè)的認(rèn)識， 這次畢業(yè)設(shè)計(jì)通過老師的指導(dǎo)，同組同學(xué)的討論，以及自己的努力，我圓滿的完成了任務(wù)，達(dá) 到了設(shè)計(jì)的目的。我學(xué)會(huì)了 過程控制 設(shè)計(jì)的基本方法，對系統(tǒng)的整體分析。真正感受到所學(xué)知識與實(shí)際的應(yīng)用 。 遇到不懂的地方就要問，老師都會(huì)熱情的幫助我們，不要怕問題簡單幼稚，怕下不來面子，要知道誰