【正文】 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)。并可以在運行時動態(tài)改變撥出的電話號碼。 第 4 章 組態(tài)軟件的系統(tǒng)設(shè)計與結(jié)果分析 37 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(jìn)行操作，而不需要對整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)作任何改動。 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。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。 (5)MCGS 控制工程運行流程： MCGS 開辟了專用的“運行策略”窗口，建立用戶運行策略。 (4)MCGS 實施遠(yuǎn)程多機(jī)監(jiān)控： MCGS 提供了一套完善的網(wǎng)絡(luò)機(jī)制，可通過TCP/IP 網(wǎng)、 Modem 網(wǎng)和串口網(wǎng)將多臺計 算機(jī)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。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。 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。 MCGS 軟件工程組態(tài) 通過 MCGS組態(tài)軟件在控制計算機(jī)上構(gòu)建一個人機(jī)交互界面，經(jīng)過 RS232/485轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)計算機(jī)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(jī)中，從而在人機(jī)交互界面中可以對水箱液位對象進(jìn)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。 (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)，檢查動畫顯示和控制流程是否正確。后一部分則設(shè)置圖形的動畫屬性，與實時數(shù)據(jù)庫中定義的變量建立相關(guān)性的連接關(guān)系，作為動畫圖形的驅(qū)動源。編制菜單分兩步進(jìn)行，第一步首先搭建西安交通大學(xué)城市學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 34 菜單的框架，第二步再對各級菜單命令進(jìn)行功能組態(tài)。 利用 MCGS 軟件組建工程的過程簡介： (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)的控制流程和測控對象的特征，明確監(jiān)控要求和動畫顯示方式，分析工程中的設(shè)備采集及輸出通道與軟件中實時數(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)及動畫顯示的。 第 4 章 組態(tài)軟件的系統(tǒng)設(shè)計與結(jié)果分析 33 第 4 章 組態(tài)軟件的系統(tǒng)設(shè)計與結(jié)果分析 MCGS 組態(tài)軟件介紹 計算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，為工業(yè)自動化開辟了廣闊的發(fā)展空間，用戶可以方便快捷地組建優(yōu)質(zhì)高效的監(jiān)控系統(tǒng)，并且通過采用遠(yuǎn)程監(jiān)控及診斷等先進(jìn)技術(shù)，使系統(tǒng)更加安全可靠，在這方面 MCGS 工控組態(tài)軟件發(fā)揮著重要的作用 . MCGS (Monitor and Control Generated System) 軟件是一套幾基于 Windows平臺的 32 位工控組態(tài)軟件，集動畫顯示、流程控制、數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制與輸出、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸、工程報表、數(shù)據(jù)與曲線等諸多強大功能于一身，并支持國內(nèi)外眾多數(shù)據(jù)采集 與輸出設(shè)備 ,廣泛應(yīng)用于石油、電力、化工、鋼鐵、冶金、紡織、航天、建筑、材料、制冷、通訊、水處理、環(huán)保、智能樓宇、實驗室等多種 行業(yè)?？刂破鲄?shù)不變。 在時間為 0時對系統(tǒng)加入大小為 30的階躍信號，設(shè)置主控制器 PID參數(shù) KP=60 TI=50 TD=3 。它用結(jié)構(gòu)框圖代替程序智能化地建立和運行仿真，適應(yīng)線性、非線性系統(tǒng)；連續(xù)、離散及混合系統(tǒng)；單任務(wù)，多任務(wù)離散事件系統(tǒng)。 (5)MATLAB 應(yīng)用程序接口 (API) 這是 MATLAB 為用戶提供的一個函數(shù)庫，使得用戶能夠在 MATLAB 環(huán)境中使用 c程序或 FORTRAN 程序，包括從 MATLAB 中調(diào)用于程序 (動態(tài)鏈接 )，讀寫 MAT 文件的功能。利用它既可以進(jìn)行小規(guī)模編程，完成算法設(shè)計和算法實驗的基本任務(wù)，也可以進(jìn)行大規(guī)模編程，開發(fā)復(fù)雜的應(yīng)用程序。新的版本集中了日常數(shù)學(xué)處理中的各種功能，包括高效的數(shù)值計算、矩陣運算、信號處理和圖形生成等功能。 (4) 控制器的選擇 根據(jù)雙容水箱液位系統(tǒng)的過程特性和數(shù)學(xué)模型選擇控制器的控制規(guī)律。 m2 m1 e1 c1 擾動f1(t) e2 設(shè)定值 R c2 擾動f2(t) 主 調(diào) 節(jié)器 副調(diào)節(jié)器 執(zhí)行器 副對象 主對象 測量與 變送器 2 測量與 變送器 1 西安交通大學(xué)城市學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 28 (3) 主副回路設(shè)計 為了實現(xiàn)液位串級控制，使用雙閉環(huán)結(jié)構(gòu)。 (2) 控制參數(shù)的選擇 從雙容水箱系統(tǒng)來看，影響液位有兩個量，一是通過上水箱流入系統(tǒng)的流量，二是經(jīng)下水箱流出系統(tǒng)的流量。當(dāng)有擾動 f1(t)作用于副對象時，副調(diào)節(jié)器能在擾動影響主控參數(shù)之前動作，及時克服進(jìn)入副回路的各種二次擾動，當(dāng)擾動 f2(t)作用于主對象時，由于副回路的存在也應(yīng)使系統(tǒng)的響應(yīng)加快，使主回路控制作用加強。 (4) 調(diào)節(jié)時間：從過渡過程開始到被控參數(shù)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)值 5%— +5%范圍所需的時間 七．方案設(shè)計 在單回路 PID 控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上設(shè)計建立的串級控制系統(tǒng)由主副兩個控制回路組成，每一個回路又有自己的調(diào)節(jié)器和控制對象。 六．控制系統(tǒng)性能指標(biāo) (1) 靜態(tài)偏差：系統(tǒng)過渡過程終了時的給定值與被控參數(shù)穩(wěn)態(tài)值之差。 2．按照單回路控制系統(tǒng)的任一種參數(shù)整定方法來整定主調(diào)節(jié)器的參數(shù)。 （三） 一步整定法 西安交通大學(xué)城市學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 26 由于兩步整定法要尋 求兩個 4： 1 的衰減過程，這是一件很花時間的事。記下相應(yīng)的 比例度δ 2S和振蕩周期 T2S。而后，將主調(diào)節(jié)器參數(shù)設(shè)在所求得的數(shù)值上，再進(jìn)行整定，求取第二次副調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)值，然后再整定主調(diào)節(jié)器。 四、主、副調(diào)節(jié)器正、反作用方式的選擇 正如單回路控制系統(tǒng)設(shè)計中所述，要使一個過程控制系統(tǒng)能正常工作，系統(tǒng)必須采用負(fù)反饋。 1．改善了過程的動態(tài)特性； 2．能及時克服進(jìn)入副回路的各種二次擾動，提高了系統(tǒng)抗擾動能力； 3．提高了系統(tǒng)的魯棒性； 4．具有一定的自適應(yīng)能力。 表 34 經(jīng)驗計算公式 調(diào)節(jié)器參數(shù) 調(diào)節(jié)器名稱 δ（ %） TI TD P TK? 100% / / PI TK? 100% / PID TK? 100% 2τ 系統(tǒng)控制方案設(shè)計 一、串級控制系統(tǒng)的概述 圖 51 是串級控制系統(tǒng)的方框圖。相鄰兩波峰間的距離稱為 4： 1 衰減周期 TS。首先要產(chǎn)生允許受控變量能承受等幅振蕩的波動，其次是受控對象應(yīng)是二階和二階以上或具有純滯后的一階以上環(huán)節(jié)，否則在比例控制下，系統(tǒng)是不會出現(xiàn)等幅振蕩的。 表 31 經(jīng)驗法整定參數(shù) 系 統(tǒng) 參 數(shù) δ(%) TI(min) TD(min) 溫 度 20～ 60 3～ 10 ～ 3 流 量 40～ 100 ～ 1 / 壓 力 30～ 70 ～ 3 / 液 位 20～ 80 / / (二 )臨界比例度法 圖 34 具有周期 TS的等幅振蕩 西安交通大學(xué)城市學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 22 這種整定方法是在閉環(huán)情況下進(jìn)行的。但無論采用哪一種方法所得到的控制器參數(shù)，都需要在實際運行中進(jìn)行最后調(diào)整與完善。由于實驗測定的過程數(shù)學(xué)模型只能近似反映過程動態(tài)特，理論計算的參數(shù)整定值可靠性不高，還必須通過工程實際進(jìn)行調(diào)整和修改。特別對于有較大慣性或滯后環(huán)節(jié)的被控對象，比例積分控制能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過程中的動態(tài)特性。自動控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過程中可能會出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。 這樣，即便誤差很小，積分項也會隨著時間的增加而加大，它推動控制器的輸出增大 使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小，直到等于零。但當(dāng)僅有比例控制時系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差 （ 2）積分控制（ I）：在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關(guān)系。 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。 系統(tǒng)控制方案設(shè)計 PID 控制系統(tǒng) 目前，隨著控制理論的發(fā)展和計算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用， PID控制技術(shù)日趨成熟。 211112thhthhhhh??????????? (223， 223 ， 224） 圖 211 雙容水箱液位的階躍響應(yīng)曲線 然后，利用下面的近似公式計算式 10050x )(K 2 干擾智能儀表輸出值的階躍 液位變化量階躍輸入量輸入穩(wěn)態(tài)值 ???? Oh (225) 2121 ??? (226) )()T(T TT 21221 21 ??? tt (227) 〈 t1/t2〈 由上述兩式中解出 T1和 T2，于是得到如式（ 29）所示的傳遞函數(shù)。 本實驗中被測量為下水箱的液位，當(dāng)中水箱輸入量有一階躍增量變化時，兩水箱的液位變化曲線如圖 210所示。 (2) 通 過在 MCGS 監(jiān)控軟件組建人機(jī)對話窗口，改變調(diào)節(jié)閥開度 ,控制水箱進(jìn)水量的大小，從而改變水箱液位，實現(xiàn)對被控對象的階躍信號輸入。 第 1 章 前言 15 圖 22 單容水箱的階躍響應(yīng)曲線 如果對象具有滯后特性時，其階躍響應(yīng)曲線則為圖 22（ b），在此曲線的拐點 D 處作一切線，它與時間軸交于 B 點，與響應(yīng)穩(wěn)態(tài)值的漸近線交于 A 點。但為了簡化起見，經(jīng)線性化處理后，可近似認(rèn)為 Q2與 h 成正比關(guān)系，而與閥 F111 的阻力 R成反比，即 西安交通大學(xué)城市學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 ΔQ2= Rh? 或 R=2Q??h (213） 式中： R—— 閥 F111 的阻力，稱為液阻。若將 Q1作為被控過程的輸入變量， h 為其輸出變量，則該被控過程的數(shù)學(xué)模型就是 h 與 Q1之間的數(shù)學(xué)表達(dá)式。自衡是指對象在擾動作用下，其平衡位置被破壞后，不需要操作 人員或儀表等干預(yù)，依靠其自身重新恢復(fù)平衡的過程。 （ 4）主要針對 雙容水箱 對象，利用 MCGS 監(jiān)控組態(tài)軟件，設(shè)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。 具體相關(guān)內(nèi)容 ： （ 1）對于組態(tài)軟件的當(dāng)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。 本實驗裝置對象主要由水箱 鍋爐和盤管三大部分組成。 主要以 THSA_1 型綜合過程控制實驗系統(tǒng)為研究對象包括了液位、流量 。 在液位串級控制系統(tǒng)的設(shè)計中將以 THJ2 高級過程控制實驗系統(tǒng)為基礎(chǔ)，展開設(shè)計控制系統(tǒng)及工 程實現(xiàn)的工作。在工業(yè)生產(chǎn)過程自動化中，常常需要對某 些設(shè)備和容器的液位進(jìn)行測量和控制。模擬量 I/O 通道將有傳感變送器得到的工業(yè)對象的生產(chǎn)過程參數(shù)（標(biāo)準(zhǔn)電信號）變換成二進(jìn)制代碼傳送給計算機(jī)；同時將計算機(jī)輸出的數(shù)字控制量變換為控制操 作執(zhí)行機(jī)構(gòu)的模擬信號，實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的控制。 （ 2）包括各種控制開關(guān)﹑數(shù)字鍵﹑功能 鍵﹑指示燈﹑聲訊器和數(shù)字顯示器等的控制臺是人機(jī)對話的聯(lián)系紐帶，操作人員可以通過操作臺向計算機(jī)輸入和修改控制參數(shù)，發(fā)出操作命令；計算機(jī)向操作人員顯示系統(tǒng)運行狀態(tài)，發(fā)出報警信號。在系統(tǒng)中，由于計算機(jī)只能處理數(shù)字信號，因而給定值和反饋量要先經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換器將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，才能輸入計算機(jī)。不僅如此，生產(chǎn)的安全性和可靠性，生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益都成為衡量當(dāng)今自動控制水平的重要指標(biāo)。這類自動 化是靠計算機(jī)的組成特征， 過程系統(tǒng)指明了它的工作對象，正好與計算機(jī)集成制造系統(tǒng)（ CIMS）相應(yīng)，有人 也 稱之為過程工業(yè)的 CIMS。從 20 世紀(jì) 70 年代開始， 為了解決大規(guī)模復(fù)雜系統(tǒng)的優(yōu)化與控制問題， 現(xiàn)代控制 理論和優(yōu)化與控制相結(jié)合，逐步發(fā)發(fā)展成了大系統(tǒng)理論。 這時 候的系統(tǒng)（包括過程控制系統(tǒng)）是簡單控制系統(tǒng)，儀表 是基地式、大尺寸的、滿足當(dāng)時的需要。 與其他任何學(xué)科一樣， 控制理論源于社會 實踐和科學(xué)實踐。表征過程的主要參量有溫度、壓力、流量、液位、成分、濃度等。講述了該系統(tǒng)開發(fā)的基 本過程以及工控機(jī)怎么通過 RS485通訊協(xié)議與裝置進(jìn)行通訊。通過進(jìn)行了多次的實驗得出了一些相關(guān)的數(shù)據(jù)，