课程设计单容水箱液位控制 MCGSWord文档格式.docx
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策略及脚本15
综合测试20
实验结果21
总结23
参考文献23
正文
第一部分
一、课题
单容水箱液位定值控制系统
二、设计目的
课程设计旨在使学生在深入消化课堂教学内容的基础上,综合应用所学课程的基本原理与方法,解决实际设计与应用问题,提高学生分析问题与解决问题的能力,并在设计工作中,学会查阅资料、系统设计、调试与分析、撰写报告等,达到综合能力培养的目的。
1.根据自动控制系统的设计要求,学会方案比较和论证,初步掌握工程设计的基本方法;
2.掌握各种变送器以及自动化仪表的工作原理和调校;
3.掌握自动控制系统集成技术;
4.掌握控制系统的通信技术,学会PCI数据采集卡或远程数据采集模块的应用;
5.应用MCGS软件,学会控制算法的设计和调试;
6.熟悉MCGS组态软件,学会监控界面、通信驱动程序等的设计;
7.提高总结归纳、撰写设计报告的能力,应当规范、有条理、充分、清楚地论述设计内容和调试成果。
三、课设设备
THPCAT-2型现场总线控制系统实验装置(常规仪表侧),双容水箱;
AT-1挂件,智能仪表,485通信线缆一根(或者如果用数据采集卡做,AT-4挂件,PCL通讯线一根)
四、课设所需软件
MCGS组态软件
五、设计内容
5.1课设原理说明
单容水箱液位定值控制系统如下:
图2—1上水箱单容液位定值控制系统
(a)结构图(b)方框图
本实验系统结构图和方框图如图所示。
被控量为左上水箱(也可采用右上水箱或者下水箱)的液位高度,实验要求它的液位稳定在给定值。
将压力传感器LT1检测到的左上水箱液位信号作为反馈信号,在与给定量比较后的差值通过调节器控制气动调节阀的开度,以达到控水箱液位的目的。
为了实现系统在阶跃给定和阶跃扰动作用下的无静差控制,系统的调节器应为PI或PID控制。
5.2应用MCGS组态软件完成工程
MCGS是一套基于Windows平台的,用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统。
MCGS软件为用户提供了解决实际工程问题的完整方案和开发平台,能够完成现场数据采集、实时和历史数据处理、报警和安全机制、流程控制、动画显示、趋势曲线和报表输出以及企业监控网络等功能。
应用MCGS组态软件建立单容水箱液位定值控制系统,以下是部分组建过程:
进入MCGS组态环境。
在菜单文件中选择新建工程菜单项,生成新建工程。
主要内容包括:
定义工程名称、封面窗口名称和启动窗口(封面窗口退出后接着显示的窗口)名称,指定存盘数据库文件的名称以及存盘数据库,设定动画刷新的周期。
经过此步操作,即在MCGS组态环境中,建立了由五部分组成的工程结构框架。
封面窗口和启动窗口也可等到建立了用户窗口后,再行建立。
新建立工程,工程需存放在MCGS子目录WORK的目录下,否则工程无法运行。
添加对象元件:
添加百分比填充构建,并修改其属性:
添加按钮构建:
添加实时曲线构建,并设置其属性:
工程组态好后,最终效果图如下:
如图所示,则进入下一环节
构建实时数据库:
按新增对象按钮,在窗口的数据变量列表中,增加新的数据变量,多次按该按钮,则增加多个数据变量,系统缺省定义的名称为i1、d1、p1、sv1、pv1、mm1、op。
数据库设置:
mm1为只有两个状态的通讯状态
PV1表示测量值
SV1表示设定值
OP1表示输出值
p1为PID参数整定中的p参数
i1为PID参数整定中的i参数
d1为PID参数整定中的d参数
修改通讯串口号和通讯地址的方法:
打开组态工程,选择设备窗口:
双击“设备窗口”,而后选择串口通讯父设备并双击它进入该设备的通讯设置,选择修改需要修改的通信参数后,确认保存即可。
这是“仪表1”的基本属性:
以下是“仪表1”的通道连接,从通道0直至通道38:
仪表3:
以下是仪表3的通道连接图:
以下是运行策略及脚本:
策略工具箱:
策略截图及运行脚本:
脚本程序:
!
setdevice(仪表1,6,"
write(07H,P1)"
)
setdevice(仪表2,6,"
write(07H,P2)"
write(14H,CF1)"
write(14H,CF2)"
脚本程序:
write(08H,I1)"
write(08H,I2)"
setdevice(仪表3,6,"
write(03H,Spe)"
write(04H,Act)"
write(0BH,FdiH)"
write(0AH,Cut)"
if!
strComp(strbk,"
孔板流量计"
)=0then
IFCo=0THEN
sv1=0
else
ei=0.0000000114347832397*sv1*sv1*ρ/(Co*Co)
sv1=ei
endif
setdevice(仪表1,6,"
write(00H,ei)"
write(00H,sv1)"
'
FT1"
sv2=0
ei=0.0000000114347832397*sv4*sv4*ρ/(Co*Co)
setdevice(仪表2,6,"
write(00H,sv2)"
write(18H,run2)"
write(18H,run1)"
op6=op6/10
write(1aH,op6)"
write(0bH,sn2)"
write(0bH,sn1)"
write(0EH,DIH2)"
write(0EH,DIH1)"
write(0dH,dil2)"
write(0dH,dil1)"
write(09H,D1*10)"
write(09H,D2*10)"
write(0CH,dip1)"
write(0CH,dip2)"
5.3综合测试
实验步骤:
本实验选择上小水箱作为被测对象(也可选择上大水箱或下水箱)。
以上小水箱为例叙述实验步骤如下:
实验之前先将储水箱中贮足水量,然后将阀门F1-1、F1-3、F1-4、F1-6全开,将上小水箱出水阀门F1-10开至适当开度(30%~80%),其余阀门均关闭。
管路连接:
将工频泵出水口和支路1进水口连接起来;
将支路1出水口和上小水箱进水口连接起来;
将上小水箱出水口和储水箱进水口连接起来。
(一)、智能仪表控制
1.将“AT-1智能调节仪控制”挂件挂到网孔板上,并将挂件的通讯线插头通过RS485通讯线与RS485/232转换器连接到计算机串口1。
2.强电连线:
单相I电源L、N端对应接到AT-1挂件电源输入L、N端。
3.弱电连线:
上小水箱液位LT1的1-5V+、-端对应接到智能调节仪I的1-5V电压输入1、2端;
智能调节I输出7、5对应接到电动调节阀控控制输入+、-端。
4.管路、阀门、接线检查无误后接通总电源开关,打开24V电源开关、电动调节阀开关、单相I开关。
5.检查智能调节仪基本参数设置:
Sn=33,DIH=50,run=0,dip=1。
6.打开上位机MCGS组态环境,打开“THPCAT-2智能仪表控制系统”工程,然后进入MCGS运行环境,在主菜单中点击“实验六、单容水箱液位定值控制实验”,进入“实验六”的监控界面。
7.先将仪表设置为手动状态,将磁力泵开关打到“手动”位置,磁力驱动泵上电打水,适当增加或减小仪表输出值,使水箱液位平衡在设定值。
8.按本章第一节中的经验法或动态特性参数法整定调节器参数,选择PI控制规律,并按整定后的PI参数进行调节器参数设置。
9.待液位稳定于给定值后,将调节器切换到“自动”控制状态,待液位平衡后,通过以下几种方式加干扰:
(1)突增(或突减)仪表设定值的大小,使其有一个正(或负)阶跃增量的变化;
(此法推荐,后面两种仅供参考)。
(2)将电动调节阀的旁路F1-5(同电磁阀)开至适当开度,将电磁阀开关打至“手动”位置。
(3)适当改变上小水箱出水阀F1-10开度(改变负载)。
以上几种干扰均要求扰动量为控制量的5%~15%,干扰过大可能造成水箱中水溢出或系统不稳定。
加入干扰后,水箱的液位便离开原平衡状态,经过一段调节时间后,水箱液位稳定至新的设定值(采用后面两种干扰方法仍稳定在原设定值),记录此时的智能仪表的设定值、输出值和仪表参数,液位的响应过程曲线将如图3-7所示。
图3-7单容水箱液位的阶跃响应曲线
10.分别适量改变调节仪的P及I参数,重复步骤9,用计算机记录不同参数时系统的阶跃响应曲线。
11.分别用P、PD、PID三种控制规律重复步骤7~10,用计算机记录不同控制规律下系统的阶跃响应曲线。
如图所示:
控制初平衡实时曲线
突增仪表设定值平衡实时曲线
适当改变上小水箱出水阀F1-10开度(改变负载)
结果分析:
稳定后的系统对于突发的扰动具有良好的跟随抵消作用,使系统在较快的时间内恢复液位的给定值,已达到较满意的控制目的。
六、课程总结:
在这次基于MCGS组态软件的开发应用的课设中,我们结合之前“过程控制”的课堂教学内容及实验经验,又进一步地设计工作、调试与分析,并一一解决了实际设计与应用问题。
熟悉运用MCGS组态软件,学会监控界面、通信驱动程序等的设计,了解了PCI数据采集卡或远程数据采集模块的应用。
我在实验老师的悉心教导下,同时参阅相关资料,良好培养了综合能力,尤其为我以后着手毕业设计打下了坚实的基础。
七、参考文献
1.MCGS初级、高级教程
2.THPCAT-2现场总线侧实验指导书.doc
3THPCAT-2常规仪表侧实验指导书.doc