【正文】 在此，向我的導師致以最衷心的感謝 。工業(yè)上實際系統(tǒng)的模型更復雜，有些方法在實際運行中可能會產(chǎn)生意想不到的事情，這需要在以后的工作和學習中 作進一步的研究。但只要我們用心去做了，無論結(jié)果怎樣，我們都是會有收獲的。以 MCGS 軟件為平臺的系統(tǒng)開發(fā)，設計合理，結(jié)構(gòu)簡單，人機界面良好，操作簡單可靠，滿足控制要求。 第 5章 總結(jié) 在工業(yè)控制中，組態(tài)軟件正得到越來越普遍的使用，它提供了豐富的圖像顯示、數(shù)據(jù)庫處理、對象連接等數(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計而受到用戶的歡迎。我們做任何事情都要細心，這樣才能看清問題，遇到問題要積極思考，我們會發(fā)現(xiàn)，解決問題只是一個時間的問題。 在命令語言中我們有時會用到許多函數(shù)，我們會發(fā)現(xiàn)函數(shù)里面只要有一個參數(shù)不準確便會出錯。當我們進入運行系統(tǒng)時會發(fā)現(xiàn)什么畫面都沒有。 圖 410 自動狀態(tài)下的閉環(huán) PID 控制 當我 們整定出上面的 PID 參數(shù)后，我們便可以在自動控制畫面上進行調(diào)試了。而對于水箱，出水閥開度一定的情況下，液位越高，出水口的水壓就越大，出水量也就越大。這里我們用擴充臨界比例度法整定 PID 控制參數(shù)，也就是我們用手動開環(huán)的控制界面去直接給水泵一個控制量然后讓水位上升，這樣就可以在趨勢 曲線上得到一個液位上升的波形然后就可以通過作圖得到參數(shù)選定表所需要的常數(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 相當于通常的 PID 參數(shù)。 PID 控制器問世至今已有近 70 年歷史 , 它以其結(jié)構(gòu)簡單、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。 //積分系數(shù) char td = 16。 //積分系數(shù) char td = 10。 //積分系數(shù) char td = 0。實驗的重點是理解 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算方法，我們通過調(diào)節(jié) PID 運算參數(shù)，最后我們使得輸出信號跟隨給定信號。雙擊表格進入，如要改變單元格大小，請把鼠標移到 A 與 B 或 1 與 2 之間，當鼠標變化時，拖動鼠標即可；單擊鼠標右鍵進行編輯。數(shù)據(jù)報表在工控系統(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、打印 的最終體現(xiàn)，是整個工控系統(tǒng)的最終結(jié)果輸出；數(shù)據(jù)報表是對生產(chǎn)過程中系統(tǒng)監(jiān)控對象的狀態(tài)的綜合記錄和規(guī)律總結(jié)。在“菜單操作”中選中“執(zhí)行運行策略塊”，選中“報警數(shù)據(jù)”，按“確認”設置完畢。 在 MCGS 組態(tài)平臺上，單擊“主控窗口”，在“主控窗口”中，選中“主控窗口”，單擊“菜單組態(tài)”進 入。雙擊 圖標，彈出“報警信息瀏覽構(gòu)件屬性設置”窗口，在“基本屬性”中，把“報警信息來源”中的“對應數(shù)據(jù)對象”改為：液位組。 （ 3） 報警數(shù)據(jù) 在“運行策略”中，單擊“新建策略”，彈出“選擇策略的類型”，選中“用戶策略”，按“ 確 定”。在工具條中單擊“工具箱”，彈出“工具箱”，從“工具箱”中單擊“報警顯示” 圖標，變“十”后用鼠標拖動到適當位置與大小。對 于液位 2 變量來說，只需要把“上限報警”的報警值設為： 10。雙擊曲線，彈出“歷史曲線構(gòu)件屬性設置”窗口，按下圖設置，在“歷史曲線構(gòu)件屬性設置”中，“液位 1”曲線顏色為“綠色”；“液位 2”曲線顏色為“紅色”。 （ 2） 歷史趨勢 歷史曲線構(gòu)件實現(xiàn)了歷史數(shù)據(jù)的曲線瀏覽功能。 單擊“用戶窗口”標簽，在“用戶窗口”中雙擊“數(shù)據(jù)顯示”進入，在“工具箱”中單擊“實時曲線” 圖標，拖放到適當位置調(diào)整大小。設置好后，按確定，再按確定，變量連接成功。選中折線，則會出現(xiàn) ，單擊 則進入動畫組態(tài)屬性設置窗口，按下圖所示修改，其它屬性不變。 MCGS 實現(xiàn)圖形動畫設計的主要方法是將用戶窗口中圖形對象與實時數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)對象建立相關(guān)性連接，并設置相應的動畫屬性。數(shù)據(jù)變量是構(gòu)成實時數(shù)據(jù)庫的基本單元，建立實時數(shù)據(jù)庫的過程也即是定義數(shù)據(jù)變量的 過程。用于設置各個界面之間的切換。 圖 水箱動畫界面 利用 MCGS 方便快捷的工具，畫出 水箱動畫界面 。 圖 人機界面操作流程圖 組態(tài)界面 把組態(tài)界面設置為主界面，便于與其他界面的切換。此項操作在設備窗口內(nèi)進行。 （ 4）編寫控制流程程序： 在運行策略窗口內(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），由這些模塊實現(xiàn)各種人機交互操作。封面窗口和啟動窗口也可等到建立了用戶窗口后， 再行建立。 第 4章 控制系統(tǒng)設計 軟件組態(tài) 利用 MCGS 組態(tài)軟件組建新工程的一般過程為： （ 1）工程項目系統(tǒng)分析： 分析工程項目的系統(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)控要求和動畫顯示方式，分析工程中的設備采集及輸出通道與軟件中實時數(shù)據(jù)庫變量的對應關(guān)系，分清哪些變量是要求與設備連接的，哪些變量是軟件內(nèi)部用來傳遞數(shù)據(jù)及動畫顯示的。離線則是指不直接與 PLC 聯(lián)系，所有程序及參數(shù)暫時存在磁盤，聯(lián)機后再下載至 PLC。 下位機 PLC 編程環(huán)境軟件為 STEP 7Micro/WIN32，它可以對 S7200的所有功能進行編程。 系統(tǒng)基本軟件構(gòu)成 本系統(tǒng)中通過采用 MCGS 軟件，把指令傳給 PLC，由 PLC 對裝置進行控制。 固態(tài)繼電器：固態(tài)繼電器（ SSR）是一種全部由固態(tài)電子元件組成的新型無觸點開關(guān)器件。 液位變送器：液位是指密封容器或開口容器中液位的高低，通過液位測量可知道容器內(nèi)的原料，半成品或成品的數(shù)量，以便調(diào)節(jié)流入流出容器的物料，使之達到物料平衡，從而保證生產(chǎn)過程順利進行。 使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡單控制到更復雜的自動化控制。 S7200 系列的強大功能使其無論在獨立運行中，或相連成網(wǎng)絡皆能實現(xiàn)復雜控制功能。 SIMATIC S7200 系列 PLC 是一類可編程邏輯控制器（ MicroPLC），適用于各種場合中的檢測、監(jiān)控及自動化控制。其原理圖如圖 。 當閥 1，閥 2，閥 4同時打開，其它閥關(guān)閉。當手閥門打開時 ,兩個水箱之間的水就可以互相流通了 ,且水流流通的流量一部分由兩者的液位差決定 ,一部分由手閥的開度決定 .故此 ,在設計其控制算法時 ,除了考慮本身的液位影響外 ,還必須考慮另一水箱液位對本身液位的影響 ,即兩個水箱液位是相互耦合的。還可以在杯體上端加進適量的水作外擾實驗，觀察系統(tǒng)克服外擾的響應過程。擾動的作用點也不同。通過設計控制參數(shù)實現(xiàn)雙回路解耦。閥門開度大小還可以改變具體對象的模型參數(shù)。其結(jié)構(gòu)圖如圖 所示。 蓄水箱中有 2個出水口 ， 分別與水泵相連 。 固態(tài)繼電器DDC DCD 固態(tài)繼電器PC 主機CPU 224 旋轉(zhuǎn)編碼器 旋轉(zhuǎn)編碼器 壓力變送器 壓力變送器PC /PPI電纜電阻電阻I I Q Q LM MLS 7200模擬量輸入 EM 231AIW 0 AIW 2A RA A+ A A+RA 圖 雙容水箱監(jiān)控系統(tǒng)硬件接線圖 雙容水箱 雙容水箱是本設計系統(tǒng)的控制對象 ， 是本系統(tǒng)最重要的部分之一。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖 所示： 圖 系統(tǒng)框結(jié)構(gòu)圖 系統(tǒng)基本硬件構(gòu)成 本設計中選用 CPU 224 DC/DC/DC PLC，數(shù)字量 14入 /10 出 ，模擬量 I/O 物理區(qū)，有一個 RS485 通訊編程口。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。分布式網(wǎng)絡監(jiān)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 如何產(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，如：一個長方形的動畫屬性有可見度，大小變化，水平移動等，每一種動畫屬性都會產(chǎn)生一定的動畫效果。 （ 6） 出于保護企業(yè)數(shù)據(jù)的考慮 ,MCGS 很好地解決了授權(quán)及安全性問題 , 依據(jù)系統(tǒng)的授權(quán) , 用戶允許或禁止對系統(tǒng)進行操作 , 允許或禁止對數(shù)據(jù)進行訪問。對不同的外部硬件設備 , 只需提供相應的設備構(gòu)件 , 系統(tǒng)的其他部分無須任何改動。用戶在組態(tài)環(huán)境下進行系統(tǒng)配置 ,可創(chuàng)建或定義多達 512個用戶策略 ,并生成數(shù)據(jù)庫文件在運行環(huán)境下運行。在本窗口內(nèi)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。 設備窗口：是連接和驅(qū)動外部設備的工作環(huán)境。 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 運行環(huán)境是用戶應用系統(tǒng)的運行環(huán)境，由可執(zhí)行程序 支持，其存放于 MCGS 目錄的 Program 子目錄中。組態(tài)環(huán)境相當于一套完整的工具軟件，幫助用戶設計和構(gòu)造自己的應用系統(tǒng)。 (6) 內(nèi)存實時數(shù)據(jù)庫 內(nèi)存實時數(shù)據(jù)庫包含對內(nèi)存數(shù)據(jù)庫的訪問、數(shù)據(jù)庫索引、歷史數(shù)據(jù)緩沖區(qū)、內(nèi)存實時數(shù)據(jù)的時間戮，以及實時數(shù)據(jù)本身的各種屬性，是系統(tǒng)交互的核心區(qū)，系統(tǒng)驅(qū)動運行 的數(shù)據(jù)來源。即便如此，我們又會看到新的問題，歷史數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量是很大的，而磁盤的容量有限，怎樣才能保證系統(tǒng)不會因磁盤容限而導致系統(tǒng)癱瘓。 在監(jiān)控組態(tài)系統(tǒng)中，有些數(shù)據(jù)是需要以時間作為橫坐標進行歷史存儲的，為系統(tǒng)將來的決策提供歷史依據(jù)。該優(yōu)先級與數(shù)據(jù)點的實時特性和現(xiàn)在的時間息息相關(guān)，為了滿足系統(tǒng)的時間一致性和定時限制，動態(tài)調(diào)整優(yōu)先級，使最需要更新的數(shù)據(jù)獲得系統(tǒng)資源。對于復雜的情形，某種事務活動有可能與多個數(shù)據(jù)狀態(tài)相關(guān)，多個數(shù)據(jù)狀態(tài)必須滿足一定條件，事務活動才能觸發(fā)執(zhí)行，因此主動規(guī)則庫功能如 下 : (事件與條件 )； ； ，則觸發(fā)執(zhí)行相應的活動。 由于報警數(shù)據(jù)庫主要是針對實時數(shù)據(jù)進行比較和處理，基于實時數(shù)據(jù)庫完成操作。 報警數(shù)據(jù)庫通過報警確定唯一性，記錄報警類型、文本信息、音頻報警的支持文件、報警條件、響應操作等信息。如今傳統(tǒng)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫發(fā)展比較成熟，各個公司都開發(fā)出相應的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)比如ORACLE, SQLSERVER, ACCESS, FOXPRO 等，為了方便不同數(shù)據(jù)庫的互聯(lián)，各數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)都對統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫訪問接口提供了支 持，比如 ODBC, DAO, ADO 等。其中組態(tài)狀態(tài)和傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的設計狀態(tài)類似，用于實時數(shù)據(jù)庫組態(tài)開發(fā)階段，不考慮實時性問題 :運行狀態(tài)是實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的主要狀態(tài)，它不同于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的執(zhí)行模式，是一種基于優(yōu)先級的事務執(zhí)行模式。這就是實時數(shù)據(jù)庫的組態(tài)功能，它是實時數(shù)據(jù)庫運行系統(tǒng)的基礎(chǔ)。 實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的功能特性與實時應用的語義緊密相關(guān)，故必須首先進行應用分析以明確其性質(zhì)與要求，從而確定設計目標、功能、特性、系統(tǒng)模型。當監(jiān)控軟件處于運行狀態(tài)時，能夠通過界面系統(tǒng)實時地反映各個被監(jiān)控對象的狀 態(tài)。 MCGS 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)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以及企業(yè)監(jiān)控網(wǎng)絡等功能。 （ 4）主要針對雙容水箱對象，利用 MCGS 監(jiān)控組態(tài)軟件，設計組態(tài)監(jiān)控界面，完成顯示控制流程，實時曲線 ，結(jié)構(gòu)框圖，歷史曲線，報表打印，報警等功能。 本課題研究的內(nèi)容 本文的主要工作集中在以下幾個方面： （ 1）對于組態(tài)軟件的當前研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢做出分析，并分析了目前市場上組態(tài)軟件，特別是 MCGS 組態(tài)軟件的基本工作原理和功能特點。為此，一種稱為“ 軟總線 ” 的技術(shù)將被廣泛采用。組態(tài)軟件應該向更多的應用領(lǐng)域拓展和滲透。組態(tài)軟件的靈活程度和使用效率是一對矛盾，雖然組態(tài)軟件提供了很多靈活的技術(shù)手段，但是在多數(shù)情況下，用戶只使用其中的一小部分，而使用方法的復雜化又給用戶熟悉和掌握軟件帶來的很多不必要的麻煩。這就導致組態(tài)軟件不可能退出市場，因為需求是存在的。未來的傳感器、數(shù)據(jù)采集裝置、控制器的智能化程度越來越高，實時數(shù)據(jù)瀏覽和管理的需求日益高漲，有的買主甚至要求在自己的辦公室里監(jiān)督定貨的制造過程。 實驗室用的是求是教儀的 ACTYK2，如圖所示。這里我們用水箱來模擬水塔，并對其液位進行控制。 組態(tài)軟件的組成、功能和特點 組態(tài)軟件 主 要包括人機界面軟件（ HMI）、基于 PC的控制軟件以及生產(chǎn)執(zhí)行管理軟件。組態(tài)軟件的出現(xiàn)，解決了這個問題。并且由于計算機和 DCS技術(shù)的迅速發(fā)展，組態(tài)軟件成為了自動化系統(tǒng)的主力軍。組態(tài)的主要內(nèi)涵是 HMI，是使用者與機器間傳達和接收信息的一個接口，是通過專用軟件定義系統(tǒng)的過程，以解決人機對話界面問題。