【正文】 人為決定。還可以改變流出閥門的開度來模仿旁路閥門的開啟對控制系統(tǒng)的影響，考核控制參數(shù)的優(yōu)劣和系統(tǒng)抗外擾的能力。在實驗裝置中。實際系統(tǒng)具有各式各樣的擾動。這樣可以感受到系統(tǒng)耦合對控制器參數(shù)設計的影響。復雜工業(yè)對象各控制回路間往往是相互耦合的，考慮到這一點在設計雙輸入雙輸出控制時通過打開連通閥使二個回路之間產(chǎn)生相 互耦合，并通過改變閥門開度大小來改變耦合的強度。實際對象通常具有時延，為了模擬對象時延還可以人為加入軟件延時以達到純延時的效果。將相鄰液位之間的連通閥門打開就可以構(gòu)成高階對象。 圖 雙容水箱液位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 此水箱系統(tǒng)具有以下特點： （ 1）靈活可變的對象。 特別地 ， 2個柱形水箱之間設有比例連接閥 ， 通過調(diào)節(jié)連接閥的開度大小可以改變 2個柱形水箱之間的水流量。 在實驗過程中 ， 蓄水箱中的水被泵抽出后分別經(jīng)過比例閥 比例閥 2進入柱形水箱 1和柱形水箱 2 ,然后分別通過各自的出水閥門流回蓄水箱中 。 如圖 ， 雙容水 箱液位控制實驗儀主要由 2個柱形水箱 ， 1個蓄水箱 ， 2個抽水泵 ， 2個出水口和 5個比例控制閥門組成 ， 其中柱形水箱分別設有進水和出水閥門 ， 并且 2水箱之間有連接閥 。 本設計中的雙容水箱控制系統(tǒng)采用沈飛公司的 SACJXGK小型過程控制裝置。系統(tǒng)的硬件接線圖如圖 所示。具有 PPI 通訊 協(xié)議。裝置中的各參數(shù)返回 PLC 中，通過讀寄存器顯示在計算機的界面上。 第 3章 雙容水箱控制系統(tǒng) 雙容水箱控制系統(tǒng) 由過程控制對象雙容水箱、傳感器、變送器、調(diào)節(jié)器、執(zhí)行器、顯示器和計算機等組成。 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（稱為 “ 用戶策略 ” ），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。所謂動畫屬性，實際上是反映圖形大小、顏色、位置、可見度、閃爍性等狀態(tài)的特征參數(shù)。包括數(shù)據(jù)采集和連接庫文件，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 在確保安全的情況下可以對多個系統(tǒng)模塊進 行安全授權。 （ 5） 支持網(wǎng)絡系統(tǒng) ,MCGS提供 WWW版本 , 用戶可通過網(wǎng)絡進行遠程采集數(shù)據(jù) , 發(fā)送數(shù)據(jù)和事件 ,不同的工作站之間可實時交換數(shù)據(jù)、實現(xiàn)分布式控制、管理和系統(tǒng)集成。 （ 4） 以實時數(shù)據(jù)庫為核心 , 將有關信息以事件的方式 發(fā)送到系統(tǒng)的各個部分 , 解決了系統(tǒng)中各功能部件的相關性問題。 （ 3） 組態(tài)軟件與設備無關 , 系統(tǒng)提供各種標準設備驅(qū)動程序 , 可與各種工控設備連接。 MCGS 工控組態(tài)軟件具有如下特點 : （ 1） 功能全面、應用靈活 , 提供從設備驅(qū)動、流程控制到數(shù)據(jù)處理、動畫及報 表顯示、報警輸出等一套完整的系統(tǒng)軟件 , 并且具有開放性結(jié)構(gòu) , 用戶可以掛接自己的應用程序模塊 , 具有良好的通用性和可維護性。 MCGS 組態(tài)軟件的特點 MCGS組態(tài)軟件要求在 WINDOWS95,WINDOWS98或 WINDOWSNT操作系統(tǒng)環(huán)境下運行。 運行策略：本窗口主要完成工程運行流程的控制。 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。在本窗口內(nèi)配置數(shù)據(jù)采集與控制輸出設備，注冊設備驅(qū)動程序，定義連接與驅(qū)動設備用的數(shù)據(jù)變量。主要的組態(tài)操作包括：定義工程的名稱，編制工程菜單， 設計封面圖形，確定自動啟動的窗口，設定動畫刷新周期，指定數(shù)據(jù)庫存盤文件名稱及存盤時間等。 工程運行流程的控制 編寫控制程序選用功能構(gòu)件 定義不同類型和名稱的變量 設置工程中人機交互的界面 配置 設備 注冊設備驅(qū)動程序 定義 數(shù)據(jù)變量 設備窗口 用戶窗口 實時數(shù)據(jù)庫 運行策略 MCGS 工控組態(tài)軟件 組態(tài)環(huán)境： 組態(tài)生成 應用系統(tǒng) 運行環(huán)境： 解釋執(zhí)行 組態(tài)結(jié)果 組態(tài) 結(jié)果 數(shù)據(jù) 菜單設計 設置工程屬性 主控窗口 圖 MCGS 組態(tài)軟件五大組成部分 主控窗口：是工程的主窗口或主框架。如圖 所示。在運行環(huán)境中完成對工程的控制工作 。用戶在 MCGS 組態(tài)環(huán)境中完成動畫設計、設備連接、編寫控制流程、編制工程打印報表等全部組態(tài)工作后，生成擴展名為 .mcg 的工程文件，又稱為組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫，其與 MCGS 運行環(huán)境一起，構(gòu)成了用戶應用系統(tǒng)，統(tǒng)稱為 “ 工程 ” 。運行環(huán)境則按照組態(tài)環(huán)境中構(gòu)造的組態(tài)工程，以用戶指定的方式運行，并進行各種處理，完成用戶組態(tài)設計的目標和功能。 。 (7) 實時運行系統(tǒng) 利用 Windows 多線程機制，在多線程內(nèi)完成事件管理，實時事務優(yōu)先級分派，實時調(diào)度算法 (價值函數(shù)評估優(yōu)先級 )，實時并發(fā)控制策略，歷史數(shù)據(jù)緩沖轉(zhuǎn)儲以及主動機制等功。二者結(jié)合起來就能保證歷史數(shù)據(jù)的正常轉(zhuǎn)儲。一種是采用數(shù)據(jù)壓縮技術，盡可能使磁盤能存儲更大的數(shù)據(jù)量。緩沖區(qū)滿，才將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲到磁盤上，緩沖區(qū)的大小，可以根 據(jù)系統(tǒng)可用內(nèi)存和歷史數(shù)據(jù)的采樣周期而定。大規(guī)模，頻繁的磁盤調(diào)度不僅減慢系統(tǒng)的運行，而且也降低磁盤的使用壽命，甚至造成系統(tǒng)癱瘓破壞。是按一定的策略將實時數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)值、報警事件、記錄事件進行存儲，形成一種數(shù)據(jù)表。從而保證實時性。 (4) 優(yōu)先級庫 其功能在于評測實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)的優(yōu)先級狀態(tài)，為事務調(diào)度提供依據(jù)。主動機制規(guī)則的編輯是系統(tǒng)組態(tài)的一部分。 (3) 主動規(guī)則庫及其規(guī)則編輯系統(tǒng) 報警與否的評測正是主動規(guī)則的體現(xiàn)。在物理層、邏輯層和視圖層上的數(shù)據(jù)模型和處理方式與實時數(shù)據(jù)管理基本相同，開發(fā)工具也相同。③將報警狀態(tài)及用戶對報警的響應等信息通知整個系統(tǒng)，并將相關信息存入指定的歷史數(shù)據(jù)庫。 報警數(shù)據(jù)庫的功能 :①對從實時數(shù)據(jù)庫中獲取的數(shù)據(jù)對象的值或狀態(tài)，與報警數(shù)據(jù)庫中的報警設置值進行比較，判斷是否產(chǎn)生報警 。當系統(tǒng)的 1/0 數(shù)據(jù)發(fā)生故障或故障狀態(tài)變化時 (如故障結(jié)束時 )，系統(tǒng)的操作站通過聲音、文字、變色、圖形閃爍等方式通知操作人員，以引起注意。 ADO是目前在 Windows 環(huán)境中比較流行的客戶端數(shù)據(jù)庫編程技術。 (1) 組態(tài)數(shù)據(jù)庫 由于其主要用于系統(tǒng)項目工程的特殊配置，記錄項目中的設備配置情況，數(shù)據(jù)點的屬性，時間相關性等，考慮到充分利用操作系統(tǒng)的功能和現(xiàn)有成熟技術的廉價性，采用傳統(tǒng)的關系數(shù)據(jù)庫，用于記錄組態(tài)信息，以便構(gòu)造實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。一旦系統(tǒng)進入實時運行模式，系統(tǒng)就根據(jù)事先定義的事務優(yōu)先級進行執(zhí)行，不能動態(tài)增減。實時數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的運行分為組態(tài)狀態(tài)和運行狀態(tài)。實時數(shù)據(jù)庫運行系統(tǒng)的基本功能就是根據(jù)組態(tài)數(shù)據(jù)庫的組態(tài)信息，構(gòu)造實時內(nèi)存數(shù)據(jù)庫、事件庫、主動規(guī)則庫、優(yōu)先級庫、歷史數(shù)據(jù)庫及其緩組 態(tài)環(huán)境 圖形庫模塊 數(shù)據(jù)庫模塊 通信庫模塊 報警顯示 圖形顯示 實時數(shù)據(jù)庫 歷史數(shù)據(jù)庫 數(shù)據(jù)處理 TCP/IP 通信 MAC MODEM Server 沖區(qū)，并根據(jù)事務優(yōu)先級，創(chuàng)建事務處理線程，完成事務處理，且給外部應用提供訪問接口。因此它需要存儲在磁盤中，以便下次啟動項目時，不需要重新配置。 在組態(tài)軟件中，實時數(shù)據(jù)庫的功能和要求 又有其不同的特點。 軟件總體模塊關系 而在軟件中需要配置的現(xiàn)場對象復雜多樣，與對象的數(shù)據(jù)交互方式也千差萬別，而且數(shù)量巨大，這就需要在監(jiān)控組態(tài)軟件中有一個實時數(shù)據(jù)庫作為整個系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)組織和管理的核心。 MCGS 的工作原理與一般組態(tài)軟件的工作原理是一致的。 組態(tài)軟件中實時數(shù)據(jù)庫的基本工作原理 工業(yè)監(jiān)控組態(tài)軟件，其根本上是通過人機交互，在系統(tǒng)中配置需要監(jiān)控的對象。 使用 MCGS，用戶無須具備計算機編程的知識，就可以在短時間內(nèi)輕 而易舉地完成一個運行穩(wěn)定，功能成熟，維護量小并且具備專業(yè)水準的計算機監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)工作。 第 2章 MCGS組態(tài)軟件 MCGS 是一套基于 Windows 平臺的，用于快速構(gòu)造和生成上位機監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件系統(tǒng) 。并編寫 PID 控制策略。 （ 3）針對設計中用到的硬件設備以及其特點做了簡單的介紹。 （ 2）對于課題涉及到的控制系統(tǒng)做簡要介紹，分析關于雙容水箱系統(tǒng)的基本內(nèi)容。 XML（ Extensible Markup Language，可擴展標記語言 ） 技術將被組態(tài)軟件廠商善加利用，來改變現(xiàn)有的體系結(jié)構(gòu)，它的推廣也將改變現(xiàn)有 組態(tài)軟件的某些使用模式，滿足更為靈活的應用需求 。在這種體系結(jié)構(gòu)下，應用軟件以中間件或插件的方式被 “ 安裝 ” 在總線上，并支持熱插拔和即插即用。 很多新的技術將不斷地 被應用到組態(tài)軟件當中，組態(tài)軟件裝機總量的提高會促進在某些專業(yè)領域?qū)Ｓ冒孳浖恼Q生，市場被自動地細分了。目前的組態(tài)軟件均產(chǎn)生于過程工業(yè)自動化 ， 很多功能沒有考慮其他應用領域的需求。這種應用系統(tǒng)具有一些 “ 傻瓜 ” 型軟件的特征，用戶只需用組態(tài)軟件做一些系統(tǒng)硬件及其參數(shù)的配置， 就可以自動生成某種特定模式的自動監(jiān)控系統(tǒng)，如果用戶對自動生成的監(jiān)控系統(tǒng)的圖形界面不滿意，還可以進行任意修改和編輯，這樣既滿足了用戶對簡便性的要求，又同時配備比較完善的編輯工具。這也是現(xiàn)在仍然有很多用戶還在自己用 VB 編寫自動化監(jiān)控系統(tǒng)的主要原因。 專用系統(tǒng)所 占比例日益提高。類似 OPC這樣的組織的出現(xiàn)，以及現(xiàn)場總線、尤其是工業(yè)以太網(wǎng)的快速發(fā)展，大大簡化了異種設備間互連、開發(fā)I/O 設備驅(qū)動軟件的工 作 量。用戶要求的多樣化，決定了不可能有哪一種產(chǎn)品囊括全部用戶的所有要求，直接用戶對監(jiān)控系統(tǒng)人機界面的需求不可能固定為單一的模式，因此直接用戶的監(jiān)控系統(tǒng)是始終需要 “ 組態(tài) ” 和 “ 定制 ” 的。有的裝置直接內(nèi)嵌“Web Server” ，通過以太網(wǎng)就可以直接訪問過程實時數(shù)據(jù)。歸根結(jié)底，應用的帶動對其發(fā)展起著最為關鍵的推動作用。首先，水箱的液位通過液位變送器變成電壓信號，然后把電壓信號送入 ADAM4018 輸入模塊中 ，由于ADAM4018 是掛載在 485 總線上的，而計算機是 232 接口，它們之間需要一個 232和 485 間的轉(zhuǎn)換模塊，這里我們用的是 ADAM4520，然后信號就進入計算機了，通信協(xié)議是在組態(tài)王軟件中集成的，在計算機的組態(tài)王中把信號進行相應的轉(zhuǎn)換就又還原成原始的工程量了，這相當于一種現(xiàn)場模擬，我們再組態(tài)王中編程，根據(jù)計算出的實際和目標液位的偏差，進行 PID 計算，然后給出控制量，這個控制量從計算機出來先到 ADAM4520 上，把從 232接口出來的信號轉(zhuǎn)換成 485總線上的信號，然后直接送到輸出模塊 ADAM4021 上面，輸出模塊立刻給水泵的一個控制信號，這樣不斷循環(huán)，我們就可以得到目標液位了，而且在計算機組態(tài)界面端 圖 11 ACTYK2 水槽液位控制模型 我們通過組態(tài)王軟件可以實現(xiàn)許多功能，詳見下面章節(jié)。如果使用組態(tài)王來實現(xiàn)軟硬結(jié)合的控制，將會給系統(tǒng)的各性能帶來良好的提升。而水箱的出水閥的開度相當于用戶。 水箱液位控 制組態(tài)流程 在供水系統(tǒng)中，一個供水主管道很難滿足許多用戶同時有水的情況，所以我們會用水塔來進行一個緩存和提供水壓的目的，只要我們能把液位控制在一定的范圍內(nèi)，我們就可以實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)供水了。 組態(tài)軟件的功能：（ 1）工業(yè)生產(chǎn)過程的動態(tài)可視化控制；（ 2）生產(chǎn)過程中生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集和管理；（ 3）生產(chǎn)過程監(jiān)控報警；（ 4）報表功能；（ 5）基于網(wǎng)絡數(shù)據(jù)的上傳和相應控制。組態(tài)軟件應該能支持各種工控設備和常見的通信協(xié)議，并且通常應提供分布式數(shù)據(jù)管理和網(wǎng)絡功能 。對于過去需要幾個月的工作，通過組態(tài)幾天就可以完成。編寫程序不但工作量大、周期長，而且容易犯錯誤，不能保證工期。 組態(tài)軟件的概念 在 使用工控軟件中，我們經(jīng)常提到組態(tài)一詞，組態(tài)一詞 的 英文 是“Conf iguration”, 其意簡單的講，組態(tài)就是用應用軟件中提供的工具、方法、完成工程中某一具體任務的過程。 隨著社會進步和信息化速度的加快，組態(tài)軟件將贏得巨大的市場空間。 組態(tài)軟件 (Configuration Software)是數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)的專用軟件，以靈活多樣的組態(tài)方式 (而不是編程方式 )，為用戶提供友好的二次開發(fā)界面，將高性能的工控計算機和網(wǎng)絡技術結(jié)合起來，向控制層和管理層提供軟件和硬件接口，進行系統(tǒng)集成，其 預制的軟件模塊便于實現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集和系統(tǒng)監(jiān)控。組態(tài) (Configuration)又稱