比值控制Word格式.docx

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而且，它能充分利用Windows的图形编辑功能，方便地构成监控画面，并以动画方式显示控制设备的状态，具有报警窗口、实时趋势曲线等，可便利的生成各种报表。

它还具有丰富的设备驱动程序和灵活的组态方式、数据链接功能。

　　1.使用组态王实现控制系统实验仿真的基本方法：

（1）图形界面的设计

（2）构造数据库

　　（3）建立动画连接

　　（4）运行和调试

　　2.使用组态王软件开发具有以下几个特点:

（1）实验全部用软件来实现,只需利用现有的计算机就可完成自动控制系统课程的实验,从而大大减少购置仪器的经费。

（2）该系统是中文界面,具有人机界面友好、结果可视化的优点。

对用户而言,操作简单易学且编程简单,参数输入与修改灵活,具有多次或重复仿真运行的控制能力,可以实时地显示参数变化前后系统的特性曲线,能很直观地显示控制系统的实时趋势曲线,这些很强的交互能力使其在自动控制系统的实验中可以发挥理想的效果。

　　3.在采用组态王开发系统编制应用程序过程中要考虑以下三个方面:

（1）图形,是怎样用抽象的图形画面来模拟实际的工业现场和相应的工控设备。

（2）数据,就是创建一个具体的数据库,并用此数据库中的变量描述工控对象的各种属性,比如水位、流量等。

　　（3）连接,就是画面上的图素以怎样的动画来模拟现场设备的运行,以及怎样让操作者输入控制设备的指令。

2.1.2西门子S7-200

SIMATICS7-200系列PLC适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。

S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。

因此S7-200系列具有极高的性能/价格比。

　　S7-200系列出色表现在以下几个方面：

　　1、极高的可靠性

　　2、极丰富的指令集

　　3、易于掌握

　　4、便捷的操作

　　5、丰富的内置集成功能

　　6、实时特性

　　7、强劲的通讯能力

　　8、丰富的扩展模块

　　S7-200系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。

使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。

应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测，自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等等。

如：

冲压机床，磨床，印刷机械，橡胶化工机械，中央空调，电梯控制，运动系统。

　　S7-200系列PLC可提供4个不同的基本型号的8种CPU使用。

　　CPU单元设计

　　集成的24V负载电源，可直接连接到传感器和变送器（执行器），CPU221，222具有180mA输出，CPU224，CPU224XP，CPU226分别输出280mA，400mA。

可用负载电源。

　　不同的设备类型

　　CPU221~226各有2种类型CPU，具有不同的电源电压和控制电压。

　　本机数字量输入/输出点

　　CPU221有6DI/4DO，CPU222有8DI/6个DO，CPU224有14DI/10DO，CPU224XP有14DI/10DO，CPU226有241DI/16DO。

　　本机模拟最输入/输出点

　　CPU224XP有2个AI/1AO。

　　通讯方式

　　内部集成的PPI接口为用户提供强大的通讯功能。

PPI接口为RS485，可在三种方式下工作：

　　1.PPI方式：

PPI通讯协议是西门子专门为S7-200系列PLC开发的通讯协议。

通过普通的两芯屏蔽双绞电缆进行联网。

波特率为9.6kbit/s,19.2kbit/s和187.5kbit/s。

CPU上集成的编程口同时就是PPI通讯联网接口。

　　2.MPI方式：

通过内置接口连接到MPI网络上。

波特率为19.2kbit/s,187.5kbit/s。

S7-200可与S7-300/400通讯，S7-200CPU在MPI网络中作为从站，彼此间不能通讯。

　　3.自由通讯口方式：

是一个很有特色的功能。

S7-200PLC可以与任何通讯协议公开的其他设备进行通讯。

即可以由用户自行定义通讯协议。

波特率最高38.4kbit/s。

　　4.PROFIBUS-DP网络：

CPU222、224XP、226可以通过增加EM277的方法支持PROFIBUSDP网络协议。

最高传输速率为12Mbit/s。

　　EEPROM存储器模块（选件）

　　可作为修改与拷贝程序的快速工具（无需编程器），并可进行辅助软件归档工作。

　　电池模块

　　用于长时间数据后备。

用户数据（如标志位状态，数据块，定时器，计数器）可通过内部的超级电容存贮大约5天。

选用电池模块能延长存贮时间到200天（10年寿命）。

电池模块插在存储器模块的卡槽中。

2.2设计方案及硬件实现

2.2.1设计方案

根据以上工艺要求，选择来自电动调节阀支路流量（主动量）和来自变频器磁力泵支路流量（从动量）的两个管道。

通过设定一定的比值系数，使两个流量按要求混合，两个支路各自形成一个闭环，如有外界的扰动，能够自动调节恢复。

这也就体现出了双闭环的优越性。

双闭环控制系统的主、从回路均选用PI控制规律。

因此它不仅能起到比值的作用，而且能起到稳定各自流量的作用。

主从动量之间的比值系数通过软件用脚本程序进行换算。

如图1给出了系统正在运行时的双闭环流量控制的系统示意图,图1中FC1为主支路流量控制器,FC2为从支路流量控制器,FT1为主支路流量变送器,FT2为从支路流量变送器,为比值系数。

2.2.2系统组成

系统流程图如图所示：

水泵供水给上水箱、下水箱,上水箱和下水箱串联,下水箱变送器将下水箱的液位变为电信号送牛顿模块运算或送计算机进行其它运算后,其结果作为对上水箱进行控制的给定值送牛顿模块进行PID运算或送计算机进行其它运算后,其结果控制调节阀来控制水泵的出水流量,从而控制上水箱的进水量,最终达到控制下水箱的目的,液位串级控制系统框图如图3所示。

本实验为水箱液位的串级控制系统,它是由主控、副控两个回路组成。

主控回路中的调节器称主调节器,控制对象为下水箱,下水箱的液位为系统的主控制量。

副控回路中的调节器称副调节器,控制对象为中水箱,又称副对象,中水箱的液位为系统的副控制量。

主调节器的输出作为副调节器的给定,因而副控回路是一个随动控制系统。

副调节器的的输出直接驱动电动调节阀,从而达到控制下水箱液位的目的。

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,系统的主调节器应为PI或PID控制。

由于副控回路的输出要求能快速、准确地复现主调节器输出信号的变化规律,对副参数的动态性能和余差无特殊的要求,因而副调节器可采用P调节器。

2.2.3硬件实施

分别用LWGY涡轮流量计测量两个支路流量的大小，获得标准电压测量信号，利用数据采集模块（RemoDAQ-8017）把所得信息经串行通信送计算机，计算机接收到测量信号并与预先设定值进行比较，主从动量比例系数的计算，按照相关要求发出控制命令经数据输出模块（RemoDAQ-8024）转换为模拟电流信号（4～20mA）。

一方面主动量回路控制电动调节阀（QSTP型智能电动单座调节阀）的开度，使主动量能够保持给定值，另一方面通过另一支路改变变频器（三菱F500）的频率，使磁力泵（CQ型磁力泵）输出流量能够跟随主动量的输出按照一定的比例关系发生变化。

要求提供24V直流电源给数据采集模块及流量变送器供电，交流220V给变频器和电动调节阀供电，交流380V给磁力泵供电。

2.2.4组态软件在系统中的应用

软件设计是通过组态为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的用户软件，由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略五部分构成，每一部分完成不同的工作，具有不同的特性。

下面主要说明系统硬件的驱动、控制算法、交互界面、操作方式及权限管理等应用部分的设计。

2.3实验程序

由于双容水箱无法实现流量的控制以液面高度作为流量大小的比征对象。

设计两个单回路控制系统，以回路零为主要回路，对回路零的液面高度进行设定。

回路一作为附属回路存在，回路一的液面高度参照回路零的液面高度通过乘法器乘以一个比例系数达到实现比例控制的实现。

设定主回路如下:

ORGANIZATION_BLOCK主:

OB1

TITLE=

//程序注释

//按F1获得帮助及举例程序

//

BEGIN

Network1//网络题目（单行）

//网络注释

LDSM0.1

CALLSBR0

1.按设计理念设计回路程序如下：

回路零：

LDSM0.0

MOVR0.5,VD104

MOVR5.0,VD112

MOVR0.1,VD116

MOVR210.0,VD120

MOVR0.0,VD124

MOVB100,SMB34

MOVB16#CB,SMB67

MOVW+100,SMW68

MOVW0,SMW70

PLS0

ATCHINT0,10

ENI

回路一：

MOVRVD104,VD204

*R0.5,VD204

MOVR10.0,VD212

MOVR0.1,VD216

MOVR200.0,VD220

MOVR0.0,VD224

MOVB50,SMB34

MOVB16#DB,SMB77

MOVW+100,SMW78

MOVW+0,SMW80

PLS1

END_SUBROUTINE_BLOCK

目的对两个回路分别实现PID控制，控制电机转速达到控制液面高度的目的。

通过对液位的多次测量，先进行平均计算取平均值然后通过进行PID运算。

因为试验中液位平均值测定使用滤波实现，进行PID运算后对水箱进水电机进行控制从而达到实现控制水箱流量的目的。

实验程序如下：

INTERRUPT_BLOCKINT_0:

INT0

//中断程序注释

Network1

LPS

XORWAC0,AC0

MOVWAIW0,AC0

AENO

-I+5816,AC0

ITDAC0,AC0

DTRAC0,AC0

LRD

/R24234.0,AC0

MOVRVD528,VD532

MOVRVD524,VD528

MOVRVD520,VD524

MOVRVD516,VD520

MOVRVD512,VD516

MOVRVD508,VD512

MOVRVD504,VD508

MOVRVD500,VD504

MOVRAC0,VD500

MOVRVD532,VD1000

+RVD528,VD1000

+RVD524,VD1000

+RVD520,VD1000

+RVD516,VD1000

+RVD512,VD1000

+RVD508,VD1000

+RVD504,VD1000

+RVD500,VD1000

MOVRVD1000,AC0

/R10.0,AC0

MOVRAC0,VD100

PIDVB100,0

ORWAC2,AC2

MOVRVD108,AC2

*R100.0,AC2

TRUNCAC2,AC2

MOVB16#CA,SMB67

ITDAC2,AC2

MOVWAC2,SMW70

LPP

Network2

XORWAC1,AC1

MOVWAIW2,AC1

-I+5815,AC1

ITDAC1,AC1

DTRAC1,AC1

/R21745.0,AC1

MOVRVD728,VD732

MOVRVD724,VD728

MOVRVD720,VD724

MOVRVD716,VD720

MOVRVD712,VD716

MOVRVD708,VD712

MOVRVD704,VD708

MOVRVD700,VD704

MOVRAC1,VD700

MOVRVD732,VD2000

+RVD728,VD2000

+RVD724,VD2000

+RVD720,VD2000

+RVD716,VD2000

+RVD712,VD2000

+RVD708,VD2000

+RVD704,VD2000

+RVD700,VD2000

MOVRVD2000,AC1

/R10.0,AC1

MOVRAC1,VD200

PIDVB200,1

ORWAC3,AC3

MOVRVD208,AC3

*R100.0,AC3

TRUNCAC3,AC3

MOVB16#CA,SMB77

ITDAC3,AC3

MOVWAC3,SMW80

Network3

CRETI

Network28//网络题目（单行）

Network29

END_INTERRUPT_BLOCK

2.程序设定中寄存器地址如下：

变量名

变量类型

寄存器地址

水槽1液位

I/O实型

VD100

水槽1液位设定

VD104

控制量输出1

VD108

比例系数Kp1

VD112

采样周期Ts1

VD116

积分时间Ti1

VD120

微分时间Td1

VD124

水槽2液位

VD200

水槽2液位设定

VD204

控制量输出2

VD208

比例系数Kp2

VD212

采样周期Ts2

VD216

积分时间Ti2

VD220

微分时间Td2

VD224

回路1滤波区间

VD500-532

回路2滤波区间

VD700-732

寄存器地址用于组态王关联设计时使用。

2.4实验结果

2的给定为100时：

改变2的给定：

80

加入扰动

2.5结果分析

由以上趋势图以及主动量的设定值发生变化时，测量值以很微小的波动跟随设定值而变化，从动量则以所设置的比例系数跟随主动量而变化，不同比值系数下有同样的结果，说明系统满足设计要求，和预期的结果相同。

在人为引入外界扰动，对各支路流量进行影响，观察当设定完第二组数据，曲线保持平衡之后，触碰远程数据采集模块输入模块上的主动量测量值的接线，从图3历史曲线可知第一个扰动出现，扰动除去后，系统又恢复正常；

在运行的过程中突然断掉硬件电源时，即图中第二个扰动出现，当恢复正常时，系统又恢复了正常。

根据以上运行及测试结果可知：

基于远程数据采集的双闭环流量比值控制系统，不仅实现了远程数据采集，可对操作系统进行有效的控制，并且实现了有效的按一定的比值进行混合的操作，且具有较强的抗扰性能。

系统设计简单，运行稳定可靠，可以很方便的应用于实际的系统中。

结论利用MCGS组态软件设计开发出控制性能结构复杂的计算机流量比值控制系统，而且操作及人机交互更加方便。

3设计体会

通过本次课程设计，使我们对计算机过程控制系统有了更进一步的了解和掌握，也使我们了解了计算机控制系统的设计过程和调节过程，设计的同时我们也掌握了组态王的设计和连接等。

在老师和同学的帮助下，我们顺利地完成了比值控制系统的设计和调试，并获得了一定的设计经验。

当然在设计中也遇到了不少的困难，比如在设计程序时，较多的程序是重复的，出错的时候就比较难排查出来；

在设计组态王的时候，由于是刚上手，对软件还不是很熟悉，经常出现一些低级错误，变量的重复命名，错误命名以及变量的类型都出现了错误，不过我们还是能吸取教训，慢慢地就熟练起来，做的速度也越来越快了。

参考文献

1.微型计算机控制技术高等教育出版社2001潘新民，王燕芳主编

2.过程控制系统与自动化仪表机械工业出版社2007王再英主编

3.单片机编程与应用入门机械工业出版社2004杨西明朱骐主编

4.PLC工程应用实例解析中国电力出版社2007吕卫阳,徐昌荣主编

5.微型计算机控制技术机械工业出版社1997.4黄一夫.主编

6.过程控制工程设计化学工业出版社2001孙洪程,翁唯勤编

7..SAC-PLC说明书资料，沈飞电子科技发展有限公司