工控软件课程设计

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1、水槽水位控制系统（SP=4.0m）学生学号： 1 学生姓名： 专业班级： 自动化091 分 院： 现代科技学院 指导教师： 起止日期： 2011.12.26- 2012.1.03 中国计量学院China Jiliang University目 录课程设计任务第1章 课程设计的目的-1第2章 目前水槽水位控制现状-1第3章 工艺过程-2 3.1.保持水槽水位正常-2 3.2.保持给水量稳定-2第4章 控制方案的确定-3 4.1.设计目的与要求-3 4.2.控制系统方法的确定-3第5章 设备选型和仪表规格表-4第6章 监控软件组态-5 6.1.三维力控组态-5 6.2.系统组态-6第7章 软件功能

2、介绍-7 7.1.软件主界面-7 7.2.实时趋势-8 7.3.历史趋势-8 7.4.历史报表-9 7.5.万能报表-9 7.6.总貌报表-10 7.7.报警界面-10 7.8.PID控制界面-11 7.9.策略控制生成器-11第8章 设计体会-12参考文献-13课程设计任务书一、 设计题目：水槽水位控制系统（SP=4.0m）二、 设计目的：1.掌握力控组态软件的应用以及控制策略器的应用。 2.学习应用MATLAB软件对系统过程进行仿真。 3.对工程设计过程有一点的了解。三、设计任务及要求：设计并实现水槽水位能保持在一定的给定值：. 能够实时观察液位的高度，历史趋势等。. 具有一定的抗干扰能力

3、。四、设计时间及进度安排 设计时间具体安排如下：时间安排设计内容设计时间两天文献检索2011.12.26-2011.12.27三天设计力控软件及Matlab软件2011.12.28-2011.12.30两天撰写设计报告2011.12.31-2012.1.1第1章 课程设计的目的课程设计是学生理论联系实际的重要实践教学环节，是对学生进行的一次综合性专业设计训练。通过课程设计使学生获得以下几方面能力，为毕业设计（论文）奠定基础。1进一步巩固和加深学生所学一门或几门相关专业课（或专业基础课）理论知识，培养学生设计、计算、绘图、计算机应用、文献查阅、报告撰写等基本技能；2培养学生实践动手能力及独立分析

4、和解决工程实际问题的能力；3培养学生的团队协作精神、创新意识、严肃认真的治学态度和严谨求实的工作作风。第2章 目前水槽水位系统控制现状该系统广泛应用于城市、农村、学校、工矿企事业单位及家庭的供水工程和排水工程，亦适用于太阳能热水器、锅炉及有关循环用水的设备等水箱的水位自动控制及报警。 改革开放以来，我国的经济建设及小城镇建设迅猛发展，企业生产自动化程度大大提高，人们的生活水平迈入小康，对家庭用水质量的提高，尤其是对家庭生活的质量有着更高的要求，必然需求高品质、安全可靠性好的产品。因此，深入研究本课题，可满足人们对生产和生活中水位控制的高品位的要求，以实现无人值守和家庭优雅舒适生活的理想。第3章

5、 工艺过程3.1.保持水槽水位正常使水槽的给水量适应水槽的出水量，保持水槽水位在给定的范围内变化。水槽水位的稳定程度反映了给水流量和出水流量之间的物质平衡关系。水槽水位的高低是直接影响水槽安全运行和产品品质指标的重要因素。水槽在运行中的水位给定为4m，允许有510cm的波动。工艺控制主界面如图所示3.2.保持给水流量稳定给水流量稳定对于给水管道的安全运行有极大的意义。在负荷不变时，给水流量不应出现忽大忽小的剧烈波动。在控制过程中上述两任务是相互矛盾的，为了提高水位控制的准确性，往往会使给水流量在控制过程中频繁波动。因此控制时必须全面考虑这两个指标，在满足水槽水位要求的基础上保持给水流量的动态稳

6、定。为了保证机组的安全运行，减轻运行人员的劳动强度，水槽运行中迫切要求对给水实现自动控制。第4章 控制方案的确定4.1.设计目的与要求对一个水槽水位进行控制，使水槽中水位最终保持为给定值sp=4m左右。水槽水位控制系统是用来实现水槽水位实际测量值在稳态下维持在给定水位值的功能的控制系统。它要求在系统给定信号及扰动信号输入状态下，系统要做出快速响应，使水槽水位在短时间内回到系统的给定值，并且不引起系统振荡。由自动控制理论知单回路系统适合具有上述特征的控制过程，又有结构简单、投资少、易于调整和投运的特点，应用十分广泛。所以本系统结构可采用单回路控制系统。4.2.控制系统方法的确定 对于该液位控制系

7、统，可以采用单回路控制系统，利用PID来控制给定值与实际值之间的变化控制，并能消除干扰的作用。设定值PID阀门水位扰动液位传感器图4-1 控制系统框图第五章 设备选型和仪表规格表现场设备的选取，是实现自动控制的一个重要环节，选择合适的现场设备才能让自动控制系统达到设计者的设计目标。使系统具备良好的快速性、准确性及稳定性。水槽水位控制系统包括给定量、液位传感器、执行器、控制器、被控对象（水槽）五部分组成。第六章 监控软件组态6.1.三维力控组态力控是运行在 Window s98/ NT / 2000/ XP 操作系统上的一种组态软件。使用力控，用户可以方便、快速地构造不同需求的数据采集与监控系统

8、。本系统是基于北京三维力控组态软件环境下设计制作运行的，其软件主要特点是：方便、灵活的开发环境，提供各种工程、画面模板、可嵌入各种格式（BMP、GIF、JPG、JPEG、CAD等）的图片，方便画面制作，大大降低了组态开发的工作量；力控的应用范围广泛, 可用于开发石油、化工、半导体、汽车、电力、机械、冶金、交通、楼宇自动化、食品、医药、环保等多个行业和领域的工业自动化、过程控制、管理监测、工业现场监视、远程监视/远程诊断、企业管理/资源计划等系统。1力控软件的组成力控软件由以下几个主要部分组成:工程管理器、开发系统 ( Draw ) 、界面运行系统 ( View )、实时数据库 ( DB)、 I

9、 / O 驱动程序、网络通信程序 ( NetClient/Net Serv er) 、串行通信程序 ( SCOMClient/ SCOMSer ver )拨号通信程序 ( TelClient / TelServ er )、Web 服务器程序 (WebServ er) 、控制策略生成器 ( Stra tegyBuilder )2应用程序工程用力控开发的每个应用系统称为一个应用程序工程, 每个工程都必须在一个独立的目录中保存、 运行, 不同的工程不能使用同一目录。这个目录被称为工程路径。如果力控软件( FORCECONTROL) 安装在 C: PROGRAM FILES 下, 开发的工程默认在 C

10、: PROGRAM FILES FORCECONTOL下。 在每个工程路径中, 保存着力控生成的组态文件， 这些文件不能被修改或删除。创建一个应用程序工程的主要内容有：( 1) 制作工程画面, 用力控提供的各种图形化工具绘制图形画面, 描绘实际工艺流程, 模拟工业现场和工控设备等。( 2) 创建数据库, 定义一系列数据, 用于反映监测和被控对象的各种属性。如： 温度、压力、流量、电流、调节阀输出等。( 3) 动画连接, 建立数据库中的数据与图形画面中的图形对象的连接关系。从而使画面根据实际数据的变化来产生动画效果。要创建一个新的应用程序工程, 首先为应用程序工程指定工程路径。力控用工程路径标识

11、应用程序工程, 不同的应用程序工程应置于不同的目录。工作目录下的文件由力控自动管理。创建新的应用程序工程的一般过程: 绘制图形界面、创建数据库、配置 I/ O 设备并进行 I/ O 数据连接、建立动画连接。3运行及调试应用程序工程创建好后，就可以开始运行及调试了，在调试时是否一定须到现场与工业控制机连接才可以进行呢，其实很多部分的调试都无须与工业控制机连接；可以利用信号发生器和控制器进行模拟调试；特别是力控组态软件本身提供PLC模拟I/ O驱动；利于初学者快速掌握软件的基本应用；提高学习者的兴趣；完成应用程序工程的大部分调试工作, 加快了工程开发进度。调试好后就可以在现场运行了, 这时控制现场

12、的参数变化及具体动作就可以在计算机上通过创建的图形画面表示出来, 同时可以改变图形界面上的某些参数来控制生产现场。这样就可以直接通过计算机监控和管理生产现场。力控还提供丰富的函数, 进行动画连接时可以利用函数编写脚本程序, 动画效果更能反应现场。同时组态软件做监控系统的价格低于 DCS, 使它的应用极为广泛。6.2.系统组态本系统运用到的组态有报警、实时趋势、报表、子图和策略控制生成器等功能。第七章 软件功能介绍7.1.软件主界面在软件主界面中可以看到水槽水位的运行的相关参数，水位高度、水位设定值、实PID调节参数，实时趋势，时间等等。主界面右侧是查看系统运行情况的按钮，本系统提供七个查询，实

13、时趋势，历史趋势，历史报表，万能报表、总貌报表，报警界面，PID配方管理。7.2.实时趋势实时趋势中可以看出当前的液位高度，设定值及扰动的实时值，具备了调节时间范围，数值范围，暂停记录和开始记录的功能。7.3.历史趋势历史趋势中可以观察水槽液位历史值和液位的设定值的历史变化，并提供了放大缩小幅值的功能。7.4.历史报表历史报表可以查看液位值，设定值和扰动值的历史数据，并提供前一天、后一天、前八小时、后八小时的查询功能和打印功能。7.5.万能报表万能报表中提供了给定液位，实际液位和扰动的当前数据。7.6.总貌报表总貌报表中可以查询当前所有数据库变量的数值，并且提供了可以观察前一单元，后一单元，前

14、一区域，后一区域，前一页，后一页和打印功能。7.7.报警界面报警界面中有普通报警和多功能报警，多功能报警可以观察实时报警和历史报警。7.8.PID控制界面 基于不同装置需要用不同的传函，为了方便调节，加入了调节配方对PID进行控制，如图所示，界面中可以选择，修改，装入配方等等几种基本功能。另外也可以在主界面中直接通过游标来调节。7.9.策略控制生成器打开组态软件的策略控制器，进入策略主函数main的界面，可以看到上图，里面增加了扰动值（rd.pv），main函数正确反应了水槽水位控制的方法和一些参数。第八章 设计体会经过一周时间的工业软件课程设计，感觉自己学到的东西还是蛮多的。这次课程设计我选的题目是水槽水位控制系统，在刚确定下题目的时候，自己真的感觉有点不知所措，不知道从哪里下手比较好，最后我还是先回归了书本，把工业组态软件实用技术这本书好好的复习了一遍。之后总算还是有所收获的，让我知道自己该从哪里下手，但是在这过程中，一个个的问题接踵而至，比如不知道怎么把PID策略控制器和主界面液位相联系起来，有软件不会用等等情况，但是在老师的帮助下和自己努力的查资料之后，一个个问题总算迎刃而解。通过这次课程设计，让我掌握了三维力控组态软件的使用，现在自己能够自主设计一些简单的工业过程系统。让自己重新复习了一遍

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