液位单闭环计算机监控系统设计

《计算机控制技术》课程设计报告题目：液位单闭环计算机监控系统设计院（系）：机电与自动化学院专业班级：自动化学生姓名：学号：2014指导教师：2017年6月26日至2017年7月1日*******计算机控制技术课程设计任务书一、设计（调查报告/论文）题目题目1：流量单闭环计算机监控系统设计题目2：液位单闭环计算机监控系统设计题目2：液位流量串级计算机监控系统设计二、设计（调查报告/论文）主要内容综合运用自动控制理论、计算机控制技术、过程控制系统等专业课程知识，在浙江求是高级过程控制实验台上进行流量单闭环计算机监控系统设计。系统包含上位机、下位机、实际流量控制对象等部分。使用组态王6.51工业组态软件，自主设计并开发上位机监控界面，使用RS232转RS485接口进行上位机与下位机串口连接。下位机使用厦门宇光AI系列现场智能调节器。三、原始资料过程控制系统课程实验1液位单闭环控制过程控制系统课程实验2流量单闭环控制过程控制系统课程实验3液位流量串级控制四、要求的设计（调查/论文）成果要求学生使用组态王6.51工业组态软件，在浙江求是综合过程控制实验台上自行设计流量单闭环计算机监控系统。系统包括上位机监控界面设计，主要实现用户密码登陆，控制变量实时显示，控制流程动态显示，变量实时趋势曲线，变量历史趋势曲线，变量历史数据查询，自动生成变量历史数据表格等功能。在下位机上使用PID控制算法进行流量单闭环定值控制（液位流量串级控制），自行整定PID控制参数。五、进程安排周一：布置课程设计任务，学生查阅相关参考资料，拟定设计方案；周二-周四：在浙江求是综合过程控制系统实验台上，使用组态王6.51工业组态软件编程，实现全部系统功能；周五：现场演示设计成果，并回答问题，撰写课程设计报告。六、主要参考资料[1]王锦标．计算机控制系统．北京：清华大学出版社，2004[2]高金源．计算机控制系统．北京：高等教育出版社，2004[3]高国琴．微型计算机控制技术．北京：机械工业出版社，2006[4]施仁.自动化仪表及过程控制．第三版．北京：电子工业出版社，2003[5]张宝芬.自动检测技术及仪表控制系统，北京：化学工业出版社，2004[6]俞金寿．过程控制系统和应用．北京：机械工业出版社，2003[7]何离庆．过程控制系统与装置．重庆：重庆大学出版社，2003指导教师（签名）：20年月日目录1课程设计目的与意义................................................12设计方案..........................................................22.1系统概述........................................................22.1.1水箱模拟装置..................................................22.1.2系统框图......................................................32.1.3基于以太网的高级过程控制实验装置..............................42.1.4控制操作端....................................................52.2液位单闭环控制步骤..............................................72.2.1步骤..........................................................72.2.2调节器介绍及参数..............................................73组态王使用及介绍..................................................93.1组态王..........................................................93.2组态王特点......................................................93.3组态王软件的使用................................................93.3.1组态王工作页面................................................93.3.2登录密码.....................................................103.3.3实时报表.....................................................113.3.4历史报表.....................................................133.3.5实时报警灯...................................................133.4曲线图.........................................................153.5数据词典.......................................................164总结.............................................................17参考文献...........................................................1811课程设计目的与意义近年来，随着计算机技术、控制技术、信息技术、通信技术的不断发展及其相互之间的渗透和影响，极大的推动了计算机控制技术的迅猛发展。同时，随着现代化社会的发展，许多领域的被控对象变得越来越付赞、规模越来越大、复杂程度越来越高，对于产品的质量要求更加严格，经典控制系统已经无法满足系统的性能指标要求。故需要引入更加复杂、更加先进的控制系统是非常重要的，计算机控制系统也就应运而生。计算机控制系统在工农业、军事、航空航天等领域得到广泛的应用，这要求工程技术人员了解计算机是如何控制各种被控对象的，并且掌握计算机控制系统的概念、分类、设计和应用知识，以促进社会主义现代化的过程。本课程设计是关于液位单闭环控制的，我们需要先查阅有关计算机控制的相关资料，了解液位控制装置，并了解该控制的基本要点。例如熟悉控制装置的三个主要部分：水箱、控制装置、控制端。而该单闭环控制需要了解相应的控制框图及其原理，并且根据该控制框图，进行相应的线路规划及连接。除了硬件，软件方面就是利用组态王软件控制液位，设计、修改、制作一个液位单闭环控制系统，使得液位始终保持在设定水平。其中包括登录密码、实时液位曲线显示、实时压力曲线显示、实时液位列表显示、历史液位列表显示，历史液位列表查询，实时报警灯等内容。利用组态软件构造“监控和数据采集系统”的好处之一就是能大大缩短开发时间，并能保证系统的质量。能快速便捷地进行图形维护和数据采集是此类系统的关键点。组态王正是提供了丰富的快速应用设计的工具，这在这次实验中得到了充足的体现。本报告主要分为四个部分，第一部分为硬件方面的介绍，第二部分为组态王使用的介绍，第三部分为心得体会的表达，第四部分为相关文献书籍的介绍。22设计方案2.1系统概述2.1.1水箱模拟装置我们需要控制图2-1所示的水箱模拟装置，使得水箱的液位保持在一定的高度。通过计算机控制，当液位低于设定液位的时候，发动机运作，将水通过流量计，经进水口进入上水箱，其中，进水量是大于出水量的。由于其它原因，当液位高于设定液位时，发动机将减缓运作甚至停止运作，使得进水口水流减小甚至停止，进水口水流小于出水口，水箱内的液位将会下降。图2-1水箱模拟装置○1错误!错误!○4○5○63如图2-1，其中标号①为水箱；标号②液位检测；通过测试水压来获得液位的高低；标号③左右分别为进水阀与出水阀，为保证课程进行，仅箭头所指的两个阀门处于开启状态；标号④位流量计，标号⑤为电动机，起抽水作用；标号6位压力计。2.1.2系统框图计算机控制的流量单闭环需要应用阶跃反应曲线法整定单回路控制系统的PID参数，需要熟悉PID参数对控制系统的质量指标的影响，需要用计算机进行PID参数的调整和控制。我们可以以图2-2为基础建立一个完整的控制系统。计算机控制通过D/A模块，将数字信号转换成模拟信号，调节阀收到信号后调节电动机的转速来控制进水速率，从而改变水箱液位。水箱有液位后，会产生压力，通过水管将水压入图2-1标号②液位变送器中，得知液位，并会进行负反馈。调节信息通过液位变送器输送给A/D模块，将模拟信号转换成数字信号后，负反馈给计算机控制端，从而实现液位单闭环控制。其中D/A模块、A/D模块位于过程控制装置内部。sv+u(k)-pv图2-2系统框图计算机D/A模块调节阀上水箱液位变送器A/D模块42.1.3基于以太网的高级过程控制实验装置图2-2为过程控制的核心部分，其中标号①为818调节器，标号②为708调节器，标号③为水箱模拟装置的图形表示，将其中液位变送器Ⅰ、压力变送器的输出正极接直流电压输出板块的1、3号引脚，负极分别接818、708的1号引脚。电压输出板块的2、4号引脚分别接818、708的2号引脚。标号③中的电动调节阀Ⅰ、内控的输入正极分别接818、708的4号引脚，负极分别接对应的5号引脚。图2-3过程控制装置52.1.4控制操作端液位单闭环计算机监控系统主要分为三个部分，水箱模拟装置，过程控制装置和控制操作装置。控制操作装置主要就是计算机，利用计算机内部的组态王软件，编写画面、命令等来控制过程控制装置。如下图所示：图2-4计算机控制操作端6计算机与过程控制装置通过RS232协议相连接。RS232协议是个人计算机上的通讯接口之一，由电子工业协会(ElectronicIndustriesAssociation，EIA)所制定的异步传输标准接口。通常RS-232接口以9个引脚(DB-9)或是25个引脚(DB-25)的型态出现，一般个人计算机上会有两组RS-232接口，分别称为COM1和COM2。图2-5RS232串口配置图2-6RS232串口72.2液位单闭环控制步骤2.2.1步骤设置组态王软件，做好相应的软件准备工作，可参考3.3节。将液位单闭环实现所用得设备，按系统框图接好线路，可参考2.1.2节。接通总电源，各仪表电源。将各项参数填入相应的调节器中（以818为例，第一个按钮为模式按钮，长按进入模式调节选项，再次短按切换模式；第二个按钮为数字位数调节更改按钮，第三个按钮为增大按钮，第四个按钮为减小按钮），参数可参考2.2.3节。使水泵Ⅰ在恒压供水状态下工作，观察计算机中各项数据变化，检查组态王各项功能是否正常运行。2.2.2调节器介绍及参数支持各种热电偶、热电阻、线性电压、电流、电阻及辐射（红外）温度计等，并具备扩充输入插座安装特殊输入规格，并可自定义特殊输入的非线性校正表格，0.2级或0.1级（V7.5版）测量精度。除主输入外的第二路输入用于外给定或阀门信号反馈功能，可组成串级或比值调节器等复杂调节系统。模块化输出支持SSR电压、线性电流（电压）、继电器触点开关、可控硅无触点开关、单相、三相可控硅过零触发、单相可控硅移相触发输出即位置比例输出（直接驱动阀门电机正/反转）等，控制周期0.24~60秒。具备标准PID、AI人工智能调节APID或MPT等多种调节方式，具有自整定、自学习功能，无超调及无欠调的优良控制特性，亦可使用位式控制（ON-OFF）功能。先进的AIBUS通讯协议：支持RS485或RS232C通讯接口，配合快速通讯技术能方便组建数千点规模的大、中型计算机控