课程设计单容水箱液位控制 MCGS.docx
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课程设计单容水箱液位控制MCGS
综合实验报告
综合实验名称自动控制系统综合实验
题 目 单容水箱液位定值控制系统
指导教师
设计起止日期2013年1月7日～1月18日
系别自动化学院控制工程系
专业自动化
学生姓名
班级学号自控
成绩
目录2
正文3
设计内容4
应用MCGS组态软件4
构建实时数据库8
设备窗口11
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）"）
脚本程序：
!
setdevice（仪表1,6,"write（14H,CF1）"）
!
setdevice（仪表2,6,"write（14H,CF2）"）
脚本程序:
!
setdevice（仪表1,6,"write（08H,I1）"）
!
setdevice（仪表2,6,"write（08H,I2）"）
!
setdevice（仪表3,6,"write（03H,Spe）"）
!
setdevice（仪表3,6,"write（04H,Act）"）
!
setdevice（仪表3,6,"write（0BH,FdiH）"）
!
setdevice（仪表3,6,"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）"）
else
!
setdevice（仪表1,6,"write（00H,sv1）"）
endif
'if!
strComp（strbk,"FT1"）=0then
'IFCo=0THEN
'sv2=0
'else
'ei=0.0000000114347832397*sv4*sv4*ρ/（Co*Co）
'endif
!
setdevice（仪表2,6,"write（00H,ei）"）
'else
'!
setdevice（仪表2,6,"write（00H,sv2）"）
'endif
!
setdevice（仪表2,6,"write（18H,run2）"）
!
setdevice（仪表1,6,"write（18H,run1）"）
op6=op6/10
!
setdevice（仪表1,6,"write（1aH,op6）"）
op6=op6/10
!
setdevice（仪表2,6,"write（1aH,op6）"）
op6=op6/10
!
setdevice（仪表3,6,"write（1aH,op6）"）
!
setdevice（仪表2,6,"write（0bH,sn2）"）
!
setdevice（仪表1,6,"write（0bH,sn1）"）
!
setdevice（仪表2,6,"write（0EH,DIH2）"）
!
setdevice（仪表1,6,"write（0EH,DIH1）"）
!
setdevice（仪表2,6,"write（0dH,dil2）"）
!
setdevice（仪表1,6,"write（0dH,dil1）"）
!
setdevice（仪表1,6,"write（09H,D1*10）"）
!
setdevice（仪表2,6,"write（09H,D2*10）"）
!
setdevice（仪表1,6,"write（0CH,dip1）"）
!
setdevice（仪表2,6,"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
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