液位单闭环计算机监控系统设计

1、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:2 14指导教师：2017 年月 26 日至 2 17 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：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，在浙江求就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

2、部分。使用组态王 6、 1 工业组态软件，自主设计并开发上位机监控界面, 使用 RS23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液位流量串级控制四、要求得设计 ( 调查 / 论文 ) 成果要求学生使用组态王 6、51 工业组态软件 , 在浙江求就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

3、查询，自动生成变量历史数据表格等功能 . 在下位机上使用 PI 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：在浙江求就是综合过程控制系统实验台上, 使用组态王、1 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，20 4高金源计算机控制系统. 北京：高等教育出版社，200 3 高国琴微型计算机控制技术. 北京：机械工业出版社 ,2 施仁、自

4、动化仪表及过程控制。第三版。北京：电子工业出版社,2 3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， 20046 俞金寿过程控制系统与应用。北京 : 机械工业出版社， 20037 何离庆。过程控制系统与装置。重庆: 重庆大学出版社 , 3指导教师 ( 签名） :0年月日目录1 课程设计目得与意义 ? 错误 ! 未定义书签。2 设计方案 .错误! 未定义书签。2、1系统概述 .错误! 未定义书签。、 1 水箱模拟装置 .错误! 未定义书签。2、1、2 系统框图 ? 错误 ! 未定义书签。2、1、3基于以太网得高级过程控制实验装置 .错误! 未定义书签。2、1、4控制操作端 .错误

5、! 未定义书签。、 2液位单闭环控制步骤 .错误! 未定义书签。2、2、1步骤 ? 错误 ! 未定义书签。2、2、2调节器介绍及参数 ? 错误 ! 未定义书签。3 组态王使用及介绍 .错误! 未定义书签。、 1组态王 .错误! 未定义书签。、 2组态王特点 ? 错误 ! 未定义书签。3、3 组态王软件得使用 .错误! 未定义书签。3、3、 组态王工作页面 .错误! 未定义书签。3、 2登录密码 ? 错误 ! 未定义书签。3、实时报表 ? 错误 ! 未定义书签。3、3、4历史报表 ? 错误 ! 未定义书签。3、 5 实时报警灯 .错误! 未定义书签。3、4 曲线图 ? 错误 ! 未定义书签。3、

6、数据词典 .错误! 未定义书签。4 总结 ? 错误 ! 未定义书签。参考文献 ? 错误 ! 未定义书签。 课程设计目得与意义近年来，随着计算机技术、控制技术、信息技术、通信技术得不断发展及其相互之间得渗透与影响， 极大得推动了计算机控制技术得迅猛发展。同时，随着现代化社会得发展， 许多领域得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， 对于产品得质量要求更加严格，经典控制系统已经无法满足系统得性能指标要求 .故需要引入更加复杂、更加先进得控制系统就是非常重要得，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得应用 ,这要求工程技术人员了解计算机就

7、是如何控制各种被控对象得 ,并且掌握计算机控制系统得概念、分类、设计与应用知识 ,以促进社会主义现代化得过程。本课程设计就是关于液位单闭环控制得，我们需要先查阅有关计算机控制得相关资料 ,了解液位控制装置 ,并了解该控制得基本要点。例如熟悉控制装置得三个主要部分 :水箱、控制装置、控制端。而该单闭环控制需要了解相应得控制框图及其原理，并且根据该控制框图,进行相应得线路规划及连接。除了硬件 ,软件方面就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

8、位列表查询，实时报警灯等内容。利用组态软件构造“监控与数据采集系统”得好处之一就就是能大大缩短开发时间， 并能保证系统得质量。能快速便捷地进行图形维护与数据采集就是此类系统得关键点。组态王正就是提供了丰富得快速应用设计得工具,这在这次实验中得到了充足得体现.本报告主要分为四个部分,第一部分为硬件方面得介绍,第二部分为组态王使用得介绍,第三部分为心得体会得表达，第四部分为相关文献书籍得介绍。设计方案2、 1 系统概述、 1、 1水箱模拟装置我们需要控制图所示得水箱模拟装置，使得水箱得液位保持在一定得高度。通过计算机控制 ,当液位低于设定液位得时候，发动机运作,将水通过流量计 ,经进水口进入上水箱

9、，其中 ,进水量就是大于出水量得。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 ,水箱内得液位将会下降。123564图 -1 水箱模拟装置如图 2-,其中标号为水箱；标号液位检测；通过测试水压来获得液位得高低 ;标号左右分别为进水阀与出水阀，为保证课程进行，仅箭头所指得两个阀门处于开启状态 ;标号位流量计，标号为电动机，起抽水作用；标号6位压力计。2、 1、系统框图计算机控制得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得PID 参数，需要熟悉 PID 参数对控制系统得质量指标得影响,需要用计算机进行 ID 参数

10、得调整与控制 .我们可以以图 22 为基础建立一个完整得控制系统 . 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得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1 标号液位变送器中，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/ 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)D/A 模块?计算机调节阀上水箱v?A/D 模块液位变送器图 2 2 系统框图2、 1、基于以太网得高级过程控制实验装

11、置图 -2 为过程控制得核心部分 ,其中标号为 81调节器 ,标号为 70调节器 ,标号为水箱模拟装置得图形表示，将其中液位变送器、压力变送器得输出正极接直流电压输出板块得、 3 号引脚 ,负极分别接 81、708 得号引脚。电压输出板块得 2、号引脚分别接 818、78 得 2 号引脚。标号中得电动调节阀、内控得输入正极分别接 18、 8 得 4 号引脚 ,负极分别接对应得 5 号引脚 .图 2 3 过程控制装置2、 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， 过程控制装置与控制操作装置。 控制操作装置主要就就是计算机， 利用计算机内部得组态王软件 ,编写画面、

12、命令等来控制过程控制装置。如下图所示：图 24 计算机控制操作端计算机与过程控制装置通过 232 协议相连接。 RS232协议就是个人计算机上得通讯接口之一，由电子工业协会（lec onic IndusresAssocit on，EA) 所制定得异步传输标准接口。通常R 3 接口以 9 个引脚（ D 9） 或就是 25 个引脚 ( B25) 得型态出现 ,一般个人计算机上会有两组 RS232 接口 ,分别称为 1 与 2.图 2 5 S232 串口配置图 26 RS23串口2.2 液位单闭环控制步骤2、步骤设置组态王软件，做好相应得软件准备工作,可参考 3、3 节。将液位单闭环实现所用得设备,

13、按系统框图接好线路，可参考2、1、节 .接通总电源 ,各仪表电源。将各项参数填入相应得调节器中（以88 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、3 节.使水泵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就是否正常运行。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得非线性校正表格 ,0、级或 0、 1 级(、版 )测量精度。除主输入外得

14、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 SR 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、 4 6秒。具备标准 ID 、人工智能调节APID 或 M T 等多种调节方式，具有自整定、自学习功能，无超调及无欠调得优良控制特性，亦可使用位式控制(O OFF）功能。先进得 A US 通讯协议：支持 R 85 或 RS232C通讯接口，配合快速通讯技术能方便组建数千点规模得大、中型计算机控制系统。支持上限、下限、偏差上限及

15、偏差下限等多种报警功能 ,并可自由定义 4 个报警输出端口，支持多个报警信号从同一位置输出。 具备上电免除报警等功能 , 避免上电报警误动作 .可将测量值 (V) 或给定值（）变送为标准电流信号输出，能提供 14 位高分辩率、 0、级输出精度及优于 10 p / 温度漂移性能得电流输出。可定义参数查瞧及修改得权限 ,及允许用户自定义密码 ,量身定制最符合自己操作习惯得仪表。818 型具备手动 /自动无扰动切换及手动自整定功能。表 2-1 70调节器参数名参数值说明参数名参数值说明M 1保持参数dI0输入下限显示值P速率参数dIH100输入上限显示值1滞后时间Sc0主输入平移C l5输入周期（秒

16、 )oP14输出方式Sn3输入规格F2系统功能选择 IP0小数点位数 un运行状态表 2818 调节器参数名参数值说明参数名参数值说明dF3回差dIL0输入下限显示值P20比例带d45输入上限显示值I4积分时间（秒）Sc0主输入平移2微分时间（秒）oP14输出方式Sn3输入规格F2系统功能选择dI 0小数点位数run2运行状态3 组态王使用及介绍、 1 组态王组态王开发监控系统软件,就是新型得工业自动控制系统，它以标准得工业计算机软、硬件平台构成得集成系统取代传统得封闭式系统。组态王 kingv e、 51 就是亚控科技根据当前得自动化技术得发展趋势,面向低端自动化市场及应用， 以实现企业一体

17、化为目标开发得一套产品。该产品以搭建战略性工业应用服务平台为目标，集成了对亚控科技自主研发得工业实时数据库（ ngH st ri n)得支持，可以为企业提供一个对整个生产流程进行数据汇总、分析及管理得有效平台， 使企业能够及时有效地获取信息，及时地做出反应，以获得最优化得结果。3、 2 组态王特点它具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等优点。通常可以把这样得系统划分为控制层、监控层、管理层三个层次结构。 其中监控层对下连接控制层，对上连接管理层，它不但实现对现场得实时监测与控制,且在自动控制系统中完成上传下达、组态开发得重要作用。尤其考虑三方面问题：画面、数据、动画 .通过对监控

18、系统要求及实现功能得分析，采用组态王对监控系统进行设计。组态软件也为试验者提供了可视化监控画面,有利于试验者实时现场监控 .而且 ,它能充分利用 Wi dows 得图形编辑功能，方便地构成监控画面，并以动画方式显示控制设备得状态， 具有报警窗口、 实时趋势曲线等， 可便利得生成各种报表。它还具有丰富得设备驱动程序与灵活得组态方式、数据链接功能。3、组态王软件得使用3、 3、1 组态王工作页面组态王得工作页面就是人为创建得，其中背景图、流程图、控制面板、实时曲线就是已经制作好得。我们在此基础上修改了以上几项得内容,更改成了自己得创新点。如标题部分更改成了姓名学号等。登录界面加入了密码,并更改成得

19、哆啦 A 梦得画面 ,点击鼻子进入登录页面 .详细数据加入了退出按钮。加入了实时报警灯。对很多页面进行了新得排版优化，使得画面更加美观得体,优化了人机交互界面 .图 -1 组态王工作页面、 3、 2 登录密码首先在系统配置用户配置中双击弹出“用户与安全区配置窗口” ,双击“系统管理员组”中得“系统管理员 选项 ，弹出“定义用户组与用户”窗口 ,定义密码及优先级 (优先级数越大，权限越高， 999 为最高权限。 )。在文件画面建立一个新窗口,点击工具 点位图工具，画方框后右键选择“从文件中加载” ，加载哆啦 A 梦图像后同理加载哆啦A 梦鼻子，并右键选择“透明化”，点击调色板中得白色，将白色透明

20、化.双击鼻子图片，在弹起得“动画连接窗口”中点选“命令语言连接中得“弹起时”按钮，输入命令 :if （1） gOn(） ;showpicture（” XXXX );shw icture（ XXX ）；elsLogOf (）；其中 ,XXXX 为您输入正确密码后需要弹出得画面得名称。图 32 密码登录界面3、 3、3 实时报表新建一画面 ,命名“实时数据报表 .在灰色部分双击 ,弹出“报表设计”对话框设置报表控件名、行数、列数。选择工具 数据报表 ,在画面上绘制数据报表窗口,在 B1 格按住鼠标左键拖动至 2 格，在报表工具栏中点击合并按钮合并单元格，输入实时报表四个字，并按图 3 2 输入相应

21、得文字。图 3 3 实时报表设计在工具箱中点击按钮选项，然后右键点选“字符串替换 ,输出“退出”然后确定，生成按钮后输入命令“ cl sepiture(”XX X) ；”，（该处 XXXX 为需要关闭得画面名称 ,此画面即实时数据报表 ,输入命令可参考、节。 ）同理制作“报表打印” 、“报表保存”、按钮并输入相关命令。如“退出按钮命令为“ clospicture( “实时数据报表 ）;图 3-4 实时报表3、 3、4历史报表创建画面，命名“历史报表。选择工具栏文字工具输入“历史报表” 。选择工具栏数据报表栏 ,在画面上绘制数据报表窗口。制作“报表打印”、“查询报表”、“退出”按钮，并输入相应命

22、令。以上步骤可参考3、节 .图 3 5 历史报表、 3、 实时报警灯在画面“一阶液位 中，点击图库 打开图库选项 ,选择“指示灯”选项中得并放置好位置。双击生成得指示灯 ,弹出指示灯向导按钮，按图36 做出设置即可 .在数据库 报警组中加入新报警，弹出“报警组定义”窗口,点击选中“ Ro ode选项 ,点击“增加”按钮，输入报警名为“液位”,确定。图 36 指示灯设置图 7 报警设置在数据库数据词典中双击“检测值 2”弹出定义变量窗口，点击报警定义 , 并按照图 3设置相应得数据。报警效果图如图3-8 所示图 3 报警效果图3、 4 曲线图图 9 压力历史曲线图 -10液位历史曲线、 5 数据词典组态王得设置需要变量， 当工程中定义了结构变量就是， 在变量类型得下拉列表框中会自动列出已定义得结构变量 ,一个结构变量作为一种变量类型 ,结构变量下可包含多个成员， 每个成员就就是一个基本变量。 如图 - 1 为本实验所用得变量。图 3- 数据词典4 总结计算机控制技术 作为专业主干课， 对于自动化专业得学生来说就是非常重要得，随着文化课得结束，课程设计也告一段落 ,在这段时间得学习中，我有非常多得收获 .我们小组对过程控制装置以及组态王软件得熟悉及使用能力有了极大得提升，也锻炼了我们遇到问题不就是抓耳挠腮 ,而就是上网或者利用图