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1、 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 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
2、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 THP
3、CAT-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 课设原理说明 单容水箱液位定值控制系统如下：图 21 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
4、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。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
5、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
6、、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
7、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)!
8、setdevice(仪表 3,6,write(0AH,Cut)if!strComp(strbk,孔板流量计)=0 then IF Co=0 THEN sv1=0 else ei=*sv1*sv1*/(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)=0 then IF Co=0 THEN sv2=0 else ei=*sv4*sv4*/(Co*Co)endif!setdevice (仪表 2,6,write(00H,
9、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,sn
10、1)!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)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
11、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
12、。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
13、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
14、515，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 710，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 F1-1
15、0 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 初级、高级教程 现场总线侧实验指导书.doc 3 THPCAT-2 常规仪表侧实验指导书.doc