【正文】 在組建計算機控制系統(tǒng)中使用了MCGS組態(tài)軟件，利用這個軟件可以輕松的建立起計算機控制界面，完成控制系統(tǒng)的計算機控制、數(shù)據(jù)交換、曲線輸出、實時監(jiān)測、報警設。在設計中使用了MATLAB軟件，利用這個軟件可以對控制系統(tǒng)進行分析和建模。6 結(jié)論通過本次畢業(yè)設計，我將書本上學過的知識（自動控制原理、過程控制原理、微機控制技術(shù)等）應用于實際控制系統(tǒng)的組建之中，在實驗室中完成了儀表過程控制系統(tǒng)和計算機過程控制系統(tǒng)的組建,實現(xiàn)了對雙容水箱液位的串級控制。在計算機中改變PID參數(shù)后，調(diào)節(jié)閥不能很快動作，特別是在上升到接近階躍輸入設定值時，調(diào)節(jié)閥輸出值減少過慢，使液位超過設定值后仍在上升會造成超調(diào)增大。因為在調(diào)節(jié)參數(shù)中加大了積分的作用，降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定程度，使得超調(diào)量加大，但對消除余差有較好效果。加階躍信號后觀察系統(tǒng)的動態(tài)性能，由曲線和響應數(shù)據(jù)得延遲時間Td=90s,峰值時間Tp=170s,調(diào)節(jié)時間Ts=700s,超調(diào)量為19%()，,衰減比3：1。位置式PID算法，通過測量位置信號的采樣反饋，與給定值相比較，調(diào)節(jié)偏差。在遠程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，設定下水箱液位設定值為50mm，等待系統(tǒng)穩(wěn)定后，突加階躍擾動（將設定值增加60%）將給定值加到80mm得到下水箱液位輸出響應曲線。（4）按先副后主﹑先比例后積分﹑適當加入微分的整定程序，設置主﹑副調(diào)節(jié)器的參數(shù)，再觀察過渡過程曲線，必要時進行適當調(diào)整，直到系統(tǒng)質(zhì)量達到最佳為止。（2）將副調(diào)節(jié)器的比例度置于（1）中所求得的數(shù)值上，把副回路作為主回路的一個環(huán)節(jié)，用同樣的方法整定主回路，求取主回路的比例度和操作周期。智能采集模塊ICP7024接受計算機離散控制信號，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換為模擬信號，其第二輸出通道的A/O1與24V開關電源，電動調(diào)節(jié)閥信號輸入端口相串聯(lián)，從而輸出4～20mA標準電流信號（上下水箱液位控制信號）給電動調(diào)節(jié)閥，控制其開度。通過三相380V/10A交流電源向三相磁力泵和220/5A交流電源向電動調(diào)節(jié)閥供電。K1不為0時，比例運算結(jié)果送q00?？刂扑惴杀硎緸閁(k)=q0+q1+q2。在模擬控制系統(tǒng)中PID控制規(guī)律的表達式為：將積分與微分項分別改寫為差分方程得 T:采樣周期 k:采樣序號 e(k1)，e(k)：第k1和第k次采樣所得偏差信號.得到數(shù)字PID控制器算式： u(k):第k時刻的控制輸出，將模擬PID控制器的結(jié)構(gòu)圖改造為數(shù)字PID結(jié)構(gòu)圖：輸出值Cf1(t)e i2e i1給定值RPIDPPD/AP調(diào)節(jié)閥P上水箱P下水箱P測量與 變 送 器1A/DA/D測量與 變送器2f2(t) 由于雙容水箱液位控制系統(tǒng)中執(zhí)行機構(gòu)采用電動式調(diào)節(jié)閥,控制量對應閥門的開度,表征了執(zhí)行機構(gòu)的位置,在遠程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中采用上述形式的數(shù)字PID位置式控制算法.在MCGS組態(tài)環(huán)境的用戶窗口中添加控制程序,實現(xiàn)PID算法.!setdevice(7024, 1, )/啟動7024數(shù)據(jù)采集模塊!setdevice(7017,1, )/啟動7017數(shù)據(jù)采集模塊sv1=0sv2=0set=0/初始運行狀態(tài)下水箱pv=0上水箱pv=0下水箱sv=0op2=4op4=4!setdevice(7024,2, )/啟動7024數(shù)據(jù)采集模塊!setdevice(7017,2, )/啟動7017數(shù)據(jù)采集模塊sv1=0sv2=0set=0下水箱pv=0上水箱pv=0下水箱sv=0op2=4op4=43．添加循環(huán)腳本程序（PID控制器）當K、 Ti、 Td都為0時，PID主調(diào)節(jié)器沒有輸出。液位串級系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)庫：inputETime字符型op2數(shù)值型inputSTime字符型op4數(shù)值型inputUser1字符型opx數(shù)值型InputUser2字符型pv1數(shù)值型ei數(shù)值型pv2數(shù)值型ei1數(shù)值型pvx數(shù)值型op1數(shù)值型q0數(shù)值型k數(shù)值型q00數(shù)值型k1數(shù)值型q000數(shù)值型k2數(shù)值型q1數(shù)值型ma數(shù)值型q2數(shù)值型ma1數(shù)值型set開關型mid數(shù)值型sv1數(shù)值型mm1開關型sv2數(shù)值型mm5開關型td數(shù)值型mx數(shù)值型ti數(shù)值型下水箱PV數(shù)值型液位串級組組對象下水箱SV數(shù)值型上水箱PV數(shù)值型 實時數(shù)據(jù)庫參數(shù)設置主要數(shù)據(jù)對象屬性設置：(1)液位串級組：組對象，用于歷史數(shù)據(jù)、歷史曲線、報表輸出等功能。數(shù)值型數(shù)據(jù)對象的數(shù)值范圍是：負數(shù)是從 到 ，正數(shù)是從 到 。開關型數(shù)據(jù)對象記錄開關信號（0或非0），與外部設備的數(shù)字量輸入輸出通道連接，用來表示某一設備當前所處的狀態(tài)。數(shù)據(jù)對象它不僅包含了數(shù)據(jù)變量的數(shù)值特征，還將與數(shù)據(jù)相關的其它屬性（如數(shù)據(jù)的狀態(tài)、報警限值等）以及對數(shù)據(jù)的操作方法（如存盤處理、報警處理等）封裝在一起，作為一個整體，以對象的形式提供服務，這種把數(shù)值、屬性和方法定義成一體的數(shù)據(jù)稱為數(shù)據(jù)對象。實時數(shù)據(jù)庫是MCGS的核心，各部分之間的數(shù)據(jù)交換均須通過實時數(shù)據(jù)庫,所有的設備通道都必須與實時數(shù)據(jù)庫連接。 用戶窗口組態(tài)結(jié)構(gòu)圖利用MCGS軟件設計計算機控制界面如下： 實時數(shù)據(jù)庫是工程各個部分的數(shù)據(jù)交換與處理中心，它將MCGS工程的各個部分連接成有機的整體。（4）實時曲線瀏覽窗口 顯示一段時期液位變化的曲線（下水箱PV，下水箱SV，上水箱SV對應的變化曲線）。 （2）實時數(shù)據(jù)瀏覽窗口 提供所需采樣時刻對應的液位數(shù)據(jù)（下水箱PV，下水箱SV，上水箱SV），可以實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)瀏覽﹑數(shù)據(jù)存盤，用于工程分析計算。在MCGS中父設備的含義：凡是使用計算機串口采集數(shù)據(jù)的設備（如PLC，儀表，變頻器，智能模塊等）都必須掛在父設備下面,統(tǒng)一由父設備來管理通信。使用異步采集時，每個子設備可以設置自己的采集時間，在需要的時候采集。在基本屬性頁中，設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，這些設置可以按照設備的要求來設置。(1) 通用串口父設備設置通用串口父設備是提供串口通訊功能的父設備，下面可以掛接所有通過串口連接的設備，提供通過Modem進行遠程采集或遠程監(jiān)聽的功能。MCGS設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、開關量輸入輸出裝置的輸入輸出通道等等，這些都是設備通道。系統(tǒng)運行過程中，設備構(gòu)件由設備窗口統(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)對設備工作狀態(tài)的實時檢測和過程的自動控制。2．設備窗口設計設備窗口是MCGS系統(tǒng)的重要組成部分，在設備窗口中建立系統(tǒng)與外部硬件設備的連接關系，使系統(tǒng)能夠從外部設備讀取數(shù)據(jù)并控制外部設備的工作狀態(tài)，實現(xiàn)對工業(yè)過程的實時監(jiān)控。在MCGS單機版中，一個應用系統(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置即可。并調(diào)度用戶策略的運行。在MCGS組態(tài)環(huán)境下的工程組態(tài)流程如下1. 主控窗口設計主控窗口是工程的主窗口或主框架,是所有設備窗口和用戶窗口的父窗口。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)的運行流程和設備的工作狀態(tài)。MCGS把各種網(wǎng)絡形式，以父設備構(gòu)件和子設備構(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)的設置。同時，可利用MCGS提供的網(wǎng)絡功能，在工作站上直接對服務器中的數(shù)據(jù)庫進行讀寫操作。用戶也可編寫程序來控制動畫界面，以達到滿意的效果。(3)當工業(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的變量，數(shù)值的變化，使圖形的狀態(tài)產(chǎn)生相應的變化（如高低變化）。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)。每個驅(qū)動程序獨占一個線程，達到互不干擾的目的。設備驅(qū)動程序是由VB程序設計語言編寫的DLL（動態(tài)連接庫）文件，設備驅(qū)動程序中包含符合各種設備通訊協(xié)議的處理程序，將設備運行狀態(tài)的特征數(shù)據(jù)采集進來或發(fā)送出去。MCGS組態(tài)軟件所建立的工程由主控窗口、設備窗口、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與設備通訊：MCGS通過設備驅(qū)動程序與外部設備進行數(shù)據(jù)交換。30μV/℃ 177。7024D/A 轉(zhuǎn)換模塊技術(shù)指標： 模擬量輸出類型：V,mA. 帶寬： 準確率:177。在遠程數(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。3．模擬量輸出通道在計算機控制系統(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。 7017 A/D模塊圖 7024 D/A模塊圖7017 A/D轉(zhuǎn)換模塊技術(shù)指標：模擬輸入類型：mV,V,mA. 采樣率：10次/s 帶寬： 準確率:177。在遠程數(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。2．模擬量輸入通道在計算機控制系統(tǒng)中，模擬量輸入通道一般包括了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。根據(jù)香農(nóng)采樣定理：對于一個具有有限頻譜的連續(xù)信號進行采樣，采樣頻率必須大于或等于信號所含最高頻率的兩倍，信號采樣所得的數(shù)值才可以完全復現(xiàn)原來的信號。1．信號采集為了實現(xiàn)計算機控制，需要對輸入的模擬信號進行采樣，轉(zhuǎn)換為計算機可以利用的數(shù)字信號。ICP7000系列采集模塊的作用是將傳感器檢測到的被控參數(shù)標準信號通過A/D轉(zhuǎn)換送入計算機，計算機同時也將通過控制運算發(fā)出的控制信號通過D/A轉(zhuǎn)換發(fā)給執(zhí)行機構(gòu)（調(diào)節(jié)閥、變頻器）。雖然仍然是基于“THJ2高級過程控制系統(tǒng)實驗裝置”組建，但是遠程數(shù)據(jù)采集過程控制系統(tǒng)不同于以智能儀表帶上位機監(jiān)控為主的儀表過程控制系統(tǒng)。儀表系統(tǒng)采樣時間為1s，采樣時間較長，調(diào)節(jié)器作用的速度略慢，特別是接近穩(wěn)態(tài)值時總是抖動較大，不能很快的到達穩(wěn)態(tài)。加階躍輸入后觀察系統(tǒng)的動態(tài)性能，由曲線和響應數(shù)據(jù)得延遲時間Td=31s,峰值時間Tp=160s,調(diào)節(jié)時間Ts=300s,%()，余差為0。結(jié)果分析：儀表系統(tǒng)中的調(diào)節(jié)儀表為反作用調(diào)節(jié)方式，輸入增大時，輸出趨向減小。 主副調(diào)節(jié)器參數(shù)整定結(jié)果如下：主調(diào)節(jié)器比例系數(shù)P=20，積分時間I=80，微分時間D=10；副調(diào)節(jié)器比例系數(shù)P=40。（3）根據(jù)以上求得的數(shù)據(jù)，按單回路系統(tǒng)阻尼振蕩法整定公式計算主副調(diào)節(jié)器的比例度﹑積分時間和微分時間的數(shù)值。采用兩步整定法整定調(diào)節(jié)儀表PID參數(shù)：（1）在工況穩(wěn)定﹑主回路閉合，主副調(diào)節(jié)器都在純比例作用的條件下，主調(diào)節(jié)器的比例度置于100%，用單回路控制系統(tǒng)的阻尼振蕩法整定，求取副調(diào)節(jié)器比例度和操作周期。而且在液位控制系統(tǒng)的設計中，對于主參數(shù)下水箱液位的質(zhì)量指標要求較高，對副參數(shù)上水箱液位沒有嚴格的要求。主副回路的工作頻率和操作周期相差較大，其動態(tài)聯(lián)系很小可忽略不計。4．計算機設備窗口設置：（實現(xiàn)計算機對調(diào)節(jié)儀表的監(jiān)控） AI808P智能調(diào)節(jié)儀設備設置：設備名稱：調(diào)節(jié)儀1調(diào)節(jié)儀2設備注釋：宇光AI808P儀表宇光AI808P儀表初始工作狀態(tài)：1啟動1啟動最小采集周期（ms）：10001000模塊地址：12設置小數(shù)點位數(shù)：11位小數(shù)11位小數(shù)輸入范圍：101～5V101～5V連接通道通道類型數(shù)據(jù)對象1數(shù)據(jù)對象20通訊狀態(tài)mm1mm21PV值（液位測量值）pv1pv22SV值（液位給定值）sv1sv23MV值（調(diào)節(jié)器輸出值）op1op218CTRL控制方式ctrl1ctrl223Sn輸入規(guī)格sn1sn225dil下限顯示dil1dil226dih上限顯示dih1dih232CF系統(tǒng)功能cf1cf234通訊地址addr1addr2 儀表過程控制系統(tǒng)調(diào)試運行在組建儀表系統(tǒng)設備構(gòu)件，實現(xiàn)計算機與儀表系統(tǒng)通訊后，完成儀表液位控制系統(tǒng)的調(diào)試運行,完成PID參數(shù)的整定，完成儀表控制系統(tǒng)的實驗。5：改變設備的工作周期，CmdStr中包含新的工作周期，單位為ms。3：測試設備的工作狀態(tài)。DevOp取值范圍及相應含義：1：啟動設備開始工作。0：調(diào)用不正常。返 回 值：數(shù)值型。需要在計算機的MCGS軟件的用戶窗口添加腳本程序以實現(xiàn)計算機對儀表系統(tǒng)的監(jiān)控，　同時在設備窗口中完成設備通道連接設置。 3．計算機與儀表通訊設置通過在AI808型儀表的內(nèi)部安裝RS485通訊接口模塊，可利用計算機實現(xiàn)對儀表的監(jiān)控和操作。(8)I：調(diào)節(jié)器積分時間，根據(jù)需要設置。(6)SV：下水箱液位給定值，根據(jù)需要設置。(5)CF：系統(tǒng)功能選擇CF=A*1+B*2+C*4+D*8+E*16+F