喷雾干燥过程双重控制系统设计说明

1、 喷雾干燥过程双重控制系统设计前 言本毕业设计（计算机双重控制系统上位机程序设计，ComputerDual Control System and Computer Programming） 为喷雾干燥过程的双重控制系统。浆料从喷头喷淋下来，与热风接触换热，浆料被干燥并从干燥塔底部排出，干燥的程度由间接指标温度控制。为了获得高精度的温度控制与尽可能节省蒸汽的消耗量，采用双重控制系统，可以取得良好的控制效果。本计算机双重控制系统设计主要包含四部分：第一部分是干燥过程计算机控制方案的确定，主要包括：干燥过程的工艺流程、控制要求与扰动分析、双重控制方案的分析、控制方案具体的设计过程。第二部分是干燥过程

2、控制系统PLC控制的实现，主要包括：可编程控制器简介、PLC的特点与作用、PLC控制系统工程设计的方法和步骤以与计算机PLC控制系统的硬件设计步骤和注意问题、软件设计流程图和梯形图设计。第三部分是计算机双重控制系统上位机人机界面的设计（在实验室中进行模拟实验，以液位为控制变量，变频器和电动阀作为操作变量进行双重控制实验）主要包括：组态软件MCGS的简介、MCGS工程的构成、组建MCGS工程的一般过程以与双重控制中人机界面MCGS的具体应用、设计步骤。第四部分是计算机双重控制系统的调试，主要包括：计算机与PLC之间的通讯、PLC程序的写入和在线调试与修改和完善、MCGS与PLC的连通和调试以与整

3、个系统的实验仿真。计算机双重控制系统，具有友好的人机界面，方便直观的实现了对指标温度的监控和操作。控制效果具有良好的稳定性和准确性，为方便对系统的调节，控制系统有手动和自动两种模式，并且之间的切换是无扰动的。在实验室THSA实验平台与液位装置上进行模拟仿真，通过对程序的在线调试和系统结果的分析，喷雾干燥过程计算机双重控制系统达到了设计的要求，并且体现了良好的控制性能。1喷雾干燥过程计算机双重控制系统控制方案的确定1.1 喷雾干燥过程的工艺流程干燥是一种古老的操作，也是高能耗的操作工艺之一，因此，在能源紧的今天，干燥工艺是否节能越来越受到业界的关注。高能耗除了因干燥本身需要大量的热量去蒸发水分或

4、者其它溶剂外，大部分干燥工艺的热效率偏低也是一个重要因素。喷雾干燥是一种已被业界广泛接受的干燥工艺，其特点是可以把初始状态为含固的液体通过特殊设计的雾化器物化后再与干燥介质接触，在短时间完成蒸发干燥而获得干燥的产品。但是，喷雾干燥的研究还有很多方面需要不断提高和深入。 喷雾干燥过程可分为四个阶段：料液雾化为料液雾化为雾滴；雾滴与空气接触(混合与流动)；雾滴干燥(水分蒸发)；干燥产品与空气分离。从这四个阶段，可以了解到喷雾干燥的某些特点，现分别说明如下。1 料液雾化。料液雾化的目的在于将料液分散为微细的雾滴，雾滴的平均直径一般为2060Pm，因此具有很大的表面积，当其与热空气接触时，雾滴中的水分

5、迅速汽化而干燥为粉末或颗粒状产品。雾滴大小和均匀程度对于产品质量和技术经济指标影响很大，特别是热敏性物料的干燥尤为重要。如果喷出的雾滴大小很不均匀，就会出现大颗粒还未达到干燥要求，小颗粒却已干燥过度而变质。因此，使料液雾化所用的雾化器是喷雾干燥的关键部件。2 雾滴空气接触（混合和流动）。在干燥室，雾滴和空气的接触有并流式、逆流式和混合流式三种。雾滴和空气的接触方式不同，对于干燥室的温度分布、液滴和颗粒的运动轨迹、物料在干燥室中的停留时间以与产品质量都有很大影响。在并流系统中，最热的干燥空气和水分含量最大的雾滴接触，因而水分迅速蒸发，雾涌表面温度接近于空气的湿球温度，同时空气温度也显著降低，因此

6、从雾滴到干燥成品的整个历程中，物料的温度不高，这对于热敏性物料的干燥是特别有利的。这时，由于水分的迅速蒸发，液滴膨胀甚至破裂，因此并流操作时所得干燥产品常为非球形的多孔颗粒，具有较低的松密度。对于逆流系统，在塔顶喷出的雾滴与塔底上来的较湿空气相接触，因此水分蒸发速率较并流的为侣。在塔底最热的干燥空气与最干的颗粒相接触，因此对于能经受高温、需要含水量低和松密度较高的非热敏性物料，用逆流系统操作合适。此外，在逆流系统中，全过程的平均温度差和分压差较大，停留时间较长，有利于传热传质，热的利用率也高。混合流系统实际上是并流和逆流二者的结合，其性能也介于二者之间。对于能耐高温的干物料，这种系统最为经济。

7、3 雾滴干燥（水分蒸发）。喷雾干燥时，物料也经历着恒速干燥和降速干燥两个阶段，这与物料在常规干燥设备中所经历的历程完全一样。雾滴与热空气接触时，热量由空气经过雾滴表面的饱和蒸汽膜传递给雾滴，使雾滴中的水分汽化，只要雾滴部的水分力“散列表面的量足以补充表面的水分损失，蒸发就以恒速进行，这时雾滴表面温度相当于热量之的湿球温度，这就是恒速干燥阶段。当雾滴部水分向表面的扩散而不足以保持表面的润湿状态时。也就是达到临界点以后，雾滴表面逐渐形成干壳，干壳随时间的增加而增厚，水分从液滴部通过干壳向外扩散的速度也随之大为降低，亦即蒸发速率逐渐降低，这财物料表面温度将高于热空气的湿球温度、这一阶段就是降速干燥阶

8、段。 4 干燥产品与空气分离。干燥的粉末或颗粒产品落到干燥室的锥体壁并滑行至锥底，通过线形阀等的排料装置排出，少量细粉随空气进入旋风分离器中进步分离。然后，将这两部分成品输送到另处混合后贮入成品库中或直接送去包装成袋。1.2确定设计方案的原则确定设计方案，要遵循下列原则：1、满足工艺要求。所确定的流程和设备，必须保证产品的质量能达到规定的要求，而且质量要稳定。这就要求各物流的流量稳定，有关的操作参数稳定。同时设计方案要有一定的适应性，例如能适应季节的变化、原料湿含量与粒度的变化等。因此，应考虑在适当的位置安装必要的控制调节装置和测量仪表等。2、经济上要合理。要节省热能和电能，尽量降低生产过程中

9、各种物料的损耗，减少设备费和操作费，使总费用尽量降低。3、保证生产安全，注意改善劳动条件。处理易燃易爆或有毒物料时，要有相应的安全措施。确定设计方案时，应采取有效措施防止环境污染。1.3 喷雾干燥过程的控制方案1.3.1双重控制方案双重控制系统是一种常用的复杂控制系统，它根据系统结构命名。 一个被控变量采用两个或两个以上的操纵变量进行控制。这类控制系统不止一个控制器，其中一个控制器输出作为另一个另一个控制器的测量信号。系统操纵变量的选取需从操作优化的要求综合考虑。它既要考虑工艺的合理和经济，又要考虑控制性能的快速性。而两者又常常在一个生产过程中同时存在。双重控制系统是综合这些操纵变量的优点，克

10、服各自弱点进行优化控制的。1.3.2双重控制系统的传递函数主控制器主控制阀副控制器副控制阀对象变送器y图1-1双重控制的基本结构Fig.1-1 dual control of the basic structure图1-1 是双重控制系统的框图。对框图稍加变换，可画成图1-2a和b的形式。图中，分别是主、副广义对象的传递函数。通常主对象是具有快速响应的过程。是主控制器传递函数，是副控制器（或阀位控制器）的传递函数。图1-2b中=。与串级控制系统相比，双重控制系统少用了一个变送器，而多用了一个控制阀。它们都有两个控制回路，但串级控制系统两者是串联的，双重控制系统中却是并联的。它们都有“急则治标，

11、缓则治本”的功能，但解决的问题不同。1.3.3系统分析从整体看，双重控制系统仍是一个定值控制系统,由于增加了一个具有快速响应的回路，使它具有一些特殊的功能。 +_+a) +_+b)图1-2双重控制系统等效框图Fig1-2 Equivalent block diagram of a dual control system（1）由于双回路的存在增加了开环零点，改善了控制品质，提高了系统的稳定性。由图1-2b所示，假设 （1-1） （1-2） （1-3）式中，、分别是s的、m、阶多项式，一般有。在开环条件下，与慢响应的单回路控制系统相比，双重控制系统的开环零点增加（）个。而他们的位置可由参数的改变而

12、得到调整，所以品质得到改善，稳定性得到提高。（2）双重控制系统的的工作效率也能得到提高。双重控制系统的特征方程是： （1-4）由上述假设可以得到 （1-5）与两阶标准形式比较，可得 （1-6）工作频率 （1-7）当衰减比取一样时，有，因此有 = （1-8）当控制系统正常运行时,应满足总回路增益为正，即应有因此有。这表明，双重控制系统的工作效率提高了，且随着值的增大而增大。随着的增大与的减小而增大。当时，有 （1-9）这时，衰减比一定条件下，随着快响应对象时间常数的减小，双重控制系统的工作频率增大。为此，双重控制系统中，常选时间常数尽量小的快响应通道来提高系统的工作频率。（3）动静结合，快慢结合

13、，“急则治标，缓则治本”。这里的“快”指动态性能好，“慢”指静态性能好。由于双回路的存在，使双重控制系统能先用主控制的作用使尽快回复到设定值，保证了系统具有良好的动态响应，达到了“急则治标“的功效。同时，在偏差减小的同时，双重控制系统又充分发挥了副控制器缓慢的调节作用，从根本上消除偏差，并使回复到设定值，这就使系统具有较好的静态性能。由于双重控制系统较好的解决了动静的矛盾，达到了操作优化的目的图1-3双重控制系统响应曲线Fig1-3 Response curve of a dual control system1.4喷雾干燥过程计算机双重控制系统方案本毕业设计的喷雾干燥过程的双重控制系统如图1

14、-4所示。浆料经阀后从喷头喷淋下来，与热风接触换热，浆料被干燥并从塔底部排出，干燥的程度由间接指标温度控制。为了获得高精度的温度控制与尽可能节省蒸汽的消耗量，采用图示的双重控制系统，取得良好的控制效果。TCVPC干燥塔进料V1V2V3蒸汽空气10%图1-4喷雾干燥的双重控制系统Fig.1-4 Spray-drying system of dual control喷雾干燥过程中，操纵变量的选择十分重要。调节过程如下：图中，是进料量控制阀，由于它受前工序来料的影响，一般不能控制；是旁路冷风量控制阀，它具有快速响应的特性，但经济性较差；是蒸汽量控制阀，它具有工艺合理的优点，但动态响应慢。该方案中，将

15、调节和的优点结合起来，当温度有偏差时，先改变旁路风量，使温度快速回复到设定，同时，代表阀位的信号作为VPC的测量，直接说明蒸汽量是否合适，在VPC的调节下，蒸汽量逐渐改变，以适应热量平衡的需要，因此，扰动的响应最终通过改变载热体流量克服。2 喷雾干燥过程控制系统PLC控制的实现2.1可编程控制器简介2.1.1 PLC的概述可编程控制器（PROGRAMMABLE CONTROLLER，简称PC）。与个人计算机的PC相区别，用PLC表示。专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存贮器，用来在其部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各

16、种类型的机械或生产过程。可编程序控制器与其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计2。PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。2.1.2 PLC的结构从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。由图2-1所示PLC实质上是一种工业控制用的计算机。图2-1 PLC硬件系统简化框图Fig.2-1 Block diagram of

17、 PLC connection2.2 PLC控制系统的设计步骤PLC控制系统的设计步骤：(1)根据被控对象的控制要求，确定整个系统的输入、输出设备的数量，从而确定PLC的I/O点数，包括开关量I/O、模拟量I/O以与特殊功能模块等。充分估计被控对象和工厂今后发展的需要，所选的PLC的I/O点数应留有一定的余量。另外，在性价比不大的情况下，尽可能选用同类型中功能强的新一代PLC。(2)确定选用的PLC机型。(3)建立I/O分配表，绘制PLC控制系统的输入、输出接线图。(4)根据控制要求绘制用户程序的流程图。(5)编制用户程序，并借助用户程序装入PLC的用户程序存储器。(6)在实验室模拟调试用户程

18、序。(7)进入现场联机调试用户程序。(8)整个系统的调试工作结束后，编制技术文件。(9)交付使用。2.3喷雾干燥过程计算机控制系统硬件设计通过以上对PLC的了解和第一章所确定的控制方案，对喷雾干燥计算机控制系统进行PLC的硬件设计。2.3.1 PLC的选择选择三菱FX2N-48MR的PLC，与其4AD和4DA模块。2.3.2 I/O的确定（1）输入设备：间接指标温度T的检测选用温度变送器 ，蒸汽和冷空气流量F的检测选用流量变送器，采用高华科技的MTH 压力变送器。（2）输出设备:由温度控制器和流量控制器来控制调节阀动作，同时由报警灯来观测安全软限。2.3.3 PLC硬件连线图图2-2 PLC硬

19、件连接图Fig.2-2 The connection of the plc hardware2.3.4 PLC中数据的处理硬件的A/D、D/A接口，实现模数转换，可编程控制器就可以方便的处理模拟量。图说明模拟量处理的流程。从流程中可以看出，实际上用户程序中处理的只是与模拟量成比例的数字量。在喷雾干燥过程双重控制系统中，将温度测量值和流量测量值分别通过温度传感器和流量传感器变送成为420mA的模拟信号，将此模拟信号接入到模拟量输入模块中，转换成01000的数字量信号。在控制器中将数字信号通过PID运算输出变成0-32767的数字量，再将此数字量转换成0-1000的数字量信号，再将数字量信号送到模

20、拟量输出模块中，变成的模拟量信号来控制控制调节阀。2.4喷雾干燥过程计算机控制系统软件设计2.4.1 PLC控制流程图为了达到干燥过程间接指标温度的控制要求，通过对控制过程的分析，建立PLC控制程序的流程图。如2-3图所示图2-3 PLC控制流程图4AD,4DA初始化4AD数据读入PID运算判断流量判断温度符合要求延时控制阀V结束对应灯亮报警开始Yes判断温度PID运算YesNoNoYes对应灯亮报警NoFig.2-3 The flow chart of PLC control2.4.2 PLC梯型图设计2.4.2.1 4AD/4DA的缓冲区与其初始化4AD的主要缓冲区定义：#0：通道初始化。

21、在BFM#0中写入十六进制四位数字HOOOO使各通道初始化。最低位数字控制通道1，最高位控制通道4，数字的意义如下：0代表设定输入围-10+10V1代表设定输入围+4+20mA2代表设定输入围-20-+20mA3代表关闭该通道将BFM#0=H1111，其中：CH1：出口温度设定输入围+4+20mACH2：蒸汽流量输入围+4+20mACH3：冷空气流量输入围+4+20mACN4：备用通道设定输入围+4+20mA#14：平均采样数，缺省设定值为8#58：A/D值#29：错误状态#30：特殊功能模块的识别码（K2010） 4-20MA的输入信号经4AD转化为0-1000的数字，则PLC所控制的输入温

22、度、流量信号由0-1000的数字来表示。4AD的模块初始化程序如下：4DA的主要缓冲区定义：#0：输出模式选择，写入十六进制4位数字HOOOO使各通道初始化，其中：0代表设定输出围-10-+10V1代表设定输出围+4-+20mA2代表设定输出围-20-+20mA3代表关闭该通道将BFM#0=H1111，其中：CH1：设定输出围+4-+20mA，用来控制蒸汽流量阀CH2设置同CH1，用来控制冷空气流量阀CH3、CH4设置同CH1 #14：通道D/A值 #5：数据保持模式 #29：错误状态 #30：特殊功能模块的识别码（K3020）4DA的模块初始化程序为：2.4.2.2 指标温度PID控制2.4

23、.2.3 流量PID控制2.4.3 手自动切换控制如上图温度、流量的PID控制程序中，M50、M51实现系统的手自动切换。当M50、M51都闭合时的时候为手动状态控制，当M50、M51都打开的时候为自动状态控制。2.4.4 程序调试将程序在编程软件中反复调试，检查是否有语法错误，观看各步是否顺利实现，通过模拟调试，PLC控制程序初步完成，之后可以进行联机调试。3 喷雾干燥过程双重控制系统人机界面设计3.1 MCGS组态软件简介MCGS (Monitor and Control Generated System，通用监控系统)是一套用于快速构造和生成计算机监控系统的组态软件，可稳定运行于Wind

24、ows95/98/NT操作系统，集动画显示、流程控制、数据采集、设备控制与输出、网络数据传输、双机热备、工程报表、数据与曲线等诸多强大功能于一身，并支持国外众多数据采集与输出设备，广泛应用于石油、电力、化工、钢铁、矿山、冶金、机械、纺织、航天、建筑、材料、制冷、交通、通讯、食品、制造与加工业、水处理、环保、智能楼宇、实验室等多种工程领域5。MCGS具有操作简便、可视性好、可维护性强、高性能、高可靠性等突出特点，经过各种现场的长期实际运行，系统稳定可靠。MCGS组态软件由组态环境和运行环境两个系统组成。两部分互相独立，又紧密相关。如图3-1、3-2所示：图3-1 MCGS整体结构Fig.3-1

25、The integer configuration of MCGS图3-2 组态的生成与运行 Fig.3-2 Creating and function of configuration3.2 MCGS的工程构成MCGS组态软件工程有五大组成部分。MCGS组态软件所建立的工程由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略五部分构成，每一部分分别进行组态操作，完成不同的工作，具有不同的特性。MCGS实时数据库运行策略设备窗口主控窗口用户窗口启动策略数据对象图元设备构件1系统菜单循环策略·······推出策略报警处理图符系

26、统参数自定义策略存盘处理动画构件设备构件n启动参数 图3-3 MCGS工程的构成Fig.3-3 The constitutes of MCGS project3.2.1主控窗口主控窗口是工程的主窗口或主框架。在主控窗口中可以放置一个设备窗口和多个用户窗口，负责调度和管理这些窗口的打开或关闭。主要的组态操作包括：定义工程的名称，编制工程菜单，设计封面图形，确定自动启动的窗口，设定动画刷新周期，指定数据库存盘文件名称与存盘时间等。3.2.2 设备窗口设备窗口是连接和驱动外部设备的工作环境。在本窗口配置数据采集与控制输出设备，注册设备驱动程序，定义连接与驱动设备用的数据变量。3.2.3用户窗口用户窗

27、口主要用于设置工程中人机交互的界面，诸如：生成各种动画显示画面、报警输出、数据与曲线图表等。3.2.4实时数据库实时数据库是工程各个部分的数据交换与处理中心，它将MCGS工程的各个部分连接成有机的整体。在本窗口定义不同类型和名称的变量，作为数据采集、处理、输出控制、动画连接与设备驱动的对象。3.2.5运行策略运行测略窗口主要完成工程运行流程的控制。包括编写控制程序（ifthen脚本程序），选用各种功能构件，如：数据提取、历史曲线、定时器、配方操作、多媒体输出等。3.3组建MCGS工程的一般过程3.3.1工程项目系统分析分析工程项目的系统构成、技术要求和工艺流程，弄清系统的控制流程和测控对象的特

28、征，明确监控要求和动画显示方式，分析工程中的设备采集与输出通道与软件中实时数据库变量的对应关系，分清哪些变量是要求与设备连接的，哪些变量是软件部用来传递数据与动画显示的。3.3.2工程立项搭建框架MCGS称为建立新工程。主要容包括：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与存盘数据库，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。3.3.3设计菜单基本体系为了对系统运行的状态与工作流程进行有效地调度和控制，通常要在主控窗口编制菜单。编制

29、菜单分两步进行，第一步首先搭建菜单的框架，第二步再对各级菜单命令进行功能组态。在组态过程中，可根据实际需要，随时对菜单的容进行增加或删除，不断完善工程的菜单。3.3.4制作动画显示画面动画制作分为静态图形设计和动态属性设置两个过程。前一部分类似于“画画”，用户通过MCGS组态软件中提供的基本图形元素与动画构件库，在用户窗口“组合”成各种复杂的画面。后一部分则设置图形的动画属性，与实时数据库中定义的变量建立相关性的连接关系，作为动画图形的驱动源。3.3.5编写控制流程程序在运行策略窗口，从策略构件箱中，选择所需功能策略构件，构成各种功能模块（称为策略块），由这些模块实现各种人机交互操作。MCGS

30、还为用户提供了编程用的功能构件（称之为“脚本程序”功能构件），使用简单的编程语言，编写工程控制程序。3.3.6完善菜单按钮功能包括对菜单命令、监控器件、操作按钮的功能组态；实现历史数据、实时数据、各种曲线、数据报表、报警信息输出等功能；建立工程安全机制等。3.3.7编写程序调试工程利用调试程序产生的模拟数据，检查动画显示和控制流程是否正确。3.3.8连接设备驱动程序选定与设备相匹配的设备构件，连接设备通道，确定数据变量的数据处理方式，完成设备属性的设置。此项操作在设备窗口进行。3.3.9工程完工综合测试最后测试工程各部分的工作情况，完成整个工程的组态工作，实施工程交接。3.4 喷雾干燥过程计算

31、机控制系统人机界面MCGS的设计3.4.1工程分析通过上两章对喷雾干燥过程控制的分析和设计，整体上对工程的结构、流程、需实现的功能与如何实现这些功能有了详细的了解，下面为具体的框架组成。3.4.1.1工程框架8个用户窗口：喷雾干燥过程控制 、PID参数、实时曲线、历史曲线、实验接线图、数据报表、报警显示4个主菜单：系统管理、通讯状态、清除设置、帮助1个子菜单：操作说明5个策略：启动策略、退出策略、数据显示、报警数据、历史数据数据对象：流量调节阀、流量、温度、流量上限、温度上限、流量下限、温度下限。3.4.1.2图形制作喷雾干燥计算机控制系统窗口：干燥塔、调节阀、流量传感器、温度传感器：由对象元

32、件库引入；管道：通过流动块构件实现；温度、流量控制：通过输入框输入实现；显示通过标签构件实现；PID设定和给定值，通过标签、输入框构件实现。实时曲线窗口：实时曲线，通过实时曲线构件实现。历史曲线窗口:历史曲线,通过历史曲线构件实现.报警显示窗口：报警数据，通过报警显示构件实现。流程控制：通过循环策略中的脚本程序策略块实现。安全机制:过用户权限管理、工程安全管理、脚本程序实现。3.4.2工程建立在MCGS组态平台上，单击“用户窗口”，在“用户窗口”中单击“新建窗口”按钮，则产生新“窗口0”，  选中窗口0”，单击“窗口属性”，进入“用户窗口属性设置”，将“窗口名称”改为：喷雾干燥；将“

33、窗口标题”改为：喷雾干燥；在“窗口位置”中选中“最大化显示”，其它不变，单击“确认”点击“保存”按钮，工程创建完毕。按上述操作建立“PID参数”、“实时曲线”、“历史曲线”、 “数据报表”、“报警显示”等用户窗口.如图3-4所示:图3-4 用户窗口Fig.3-4 The window of user3.4.3建立和编辑各窗口画面图3-5 喷雾干燥控制系统窗口Fig.3-5 The window of Spray-drying control system图3-6报警显示窗口Fig.3-6 Alarm display window图3-7 PID参数窗口Fig.3-7 PID parameter

34、s window图3-8 通讯状态窗口Fig.3-8 Communication status window3.4.4定义数据对象实时数据库是MCGS工程的数据交换和数据处理中心。数据对象是构成实时数据库的基本单元，建立实时数据库的过程也就是定义数据对象的过程。定义数据对象的容主要包括: 指定数据变量的名称、类型、初始值和数值围，确定与数据变量存盘相关的参数，如存盘的周期、存盘的时间围和保存期限等。数据对象进行分析：温度 T 数值型 指标温度的变化流量 F 数值型 流量的变化调节阀 V 数值型 控制流量的进入通讯状态 COMM 开关型 与PLC通讯温度测量值 PV 数值型 测量温度温度设定值

35、SV 数值型 设定温度温度比例增益 P2 数值型 设定比例温度微分时间 D22 数值型 设定微分温度积分时间 I22 数值型 设定积分流量比例增益 P1 数值型 设定比例流量微分时间 D11 数值型 设定微分流量积分时间 I11 数值型 设定积分定义如图3-9所示：图3-9实时数据库Fig.3-9 Real time databank下面以数据对象“流量”为例，介绍一下定义数据对象的步骤：（1）单击工作台中的“实时数据库”窗口标签，进入实时数据库窗口页。（2）单击“新增对象”按钮，在窗口的数据对象列表中，增加新的数据对象，系统缺省定义的名称为“Data1”、“Data2”、“Data3”等（多

36、次点击该按钮，则可增加多个数据对象）。（3）选中对象，按“对象属性”按钮，或双击选中对象，则打开“数据对象属性设置”窗口。（4）将对象名称改为：流量F；对象类型选择：数据型；在对象容注释输入框输入：“蒸汽流量的变化”，单击“确认”。按照此步骤，根据上面列表，设置其他数据对象。3.4.5建立动画连接和设备连接由图形对象搭制而成的图形画面是静止不动的，需要对这些图形对象进行动画设计，真实地描述外界对象的状态变化，达到过程实时监控的目的。MCGS实现图形动画设计的主要方法是将用户窗口中图形对象与实时数据库中的数据对象建立相关性连接，并设置相应的动画属性。在系统运行过程中，图形对象的外观和状态特征，由

37、数据对象的实时采集值驱动，从而实现了图形的动画效果。MCGS组态软件提供了大量的工控领域常用的设备驱动程序（1）在“设备窗口”中双击“设备窗口”图标进入。（2）点击工具条中的“工具箱”图标，打开“设备工具箱”。（3）单击“设备工具箱”中的“设备管理”按钮，弹出如图所示窗口：图3-10 设备工具箱Fig.3-10 Equipment toolbox（4）在可选设备列表中，双击“通用设备”。（5）双击“串口通讯设备”，在下方出现串口通讯设备图标。（6）双击三菱FX2N设备图标，即可将其添加到右测选定设备列表中。3.4.6报警显示设置MCGS把报警处理作为数据对象的属性，封装在数据对象，由实时数据库

38、来自动处理。当数据对象的值或状态发生改变时，实时数据库判断对应的数据对象是否发生了报警或已产生的报警是否已经结束，并把所产生的报警信息通知给系统的其它部分，同时，实时数据库根据用户的组态设定，把报警信息存入指定的存盘数据库文件中。（1）双击“用户窗口”中的“报警显示”窗口，进入组态画面。（2）选中该图形，双击，再双击弹出报警显示构件属性设置窗口，如图311所示：图3-11 报警设置Fig.3-11 Alarm setting（3）在基本属性页中，将：对应的数据对象的名称设为tv1；最大记录次数设为：10。（4）单击“确认”即可。3.4.7报表输出在工程应用中，大多数监控系统需要对设备采集的数据

39、进行存盘，统计分析，并根据实际情况打印出数据报表。所谓数据报表就是根据实际需要以一定格式将统计分析后的数据记录显示和打印出来，如：实时数据报表、历史数据报表（班报表、日报表、月报表等）。数据报表在工控系统中是必不可少的一部分，是数据显示、查询、分析、统计、打印的最终体现，是整个工控系统的最终结果输出；数据报表是对生产过程中系统监控对象的状态的综合记录和规律总结。利用利用历史表格动画构件实现历史报表:历史表格构件是基于“Windows下的窗口”和“所见即所得”机制的，用户可以在窗口上利用历史表格构件强大的格式编辑功能配合MCGS的画图功能做出各种精美的报表。(1) 在“数据显示”组态窗口中，选取

40、“工具箱”中的“历史表格”构件，在适当位置绘制一历史表格。(2) 双击历史表格进入编辑状态。使用右键菜单中的“增加一行”、“删除一行”按钮，或者单击按钮,制作一个5行3列的表格。参照实时报表部分相关容制作：列表头，分别为：采集时间、干燥塔指标温度、蒸汽流量、冷空气流量。数值输出格式，均为：1|0.参见效果图(3) 选中R2、R3、R4、R5，单击右键，选择“连接”选项。(4) 点击菜单栏中的“表格”菜单，选择“合并表元”项，所选区域会出现反斜杠。(5) 双击该区域，弹出数据库连接设置对话框，具体设置如下：基本属性页中，连接方式选取：在指定的表格单元，显示满足条件的数据记录；

41、按照从上到下的方式填充数据行；显示多页记录。数据来源页中，选取组对象对应的存盘数据；组对象名为：液位组。显示属性页中，点击“复位”按钮。时间条件页中：排序列名：MCGS_TIME；升序；时间列名：MCGS_TIME；所有存盘数据。3.4.8曲线显示在实际生产过程控制中，对实时数据、历史数据的查看、分析是不可缺少的工作。但对大量数据仅做定量的分析还远远不够，必须根据大量的数据信息，画出曲线，分析曲线的变化趋势并从中发现数据变化规律，曲线处理在工控系统中也是一个非常重要的部分。3.4.8.1实时曲线实时曲线构件是用曲线显示一个或多个数据对象数值的动画图形，象笔绘记录仪一样实时记录数据对象值的变化情

42、况。具体制作步骤如下：（1）双击进入“实时曲线”用户窗口。（2）双击曲线，弹出“实时曲线构件属性设置”窗口设置：在基本属性页中，X、Y轴主划线设为：10；X、Y轴次划线设为：4;其它不变。 在标注属性页中，时间单位设为：秒钟；小数位数设为：1；最大值设为：10；其它不变。在画笔属性页中，将：曲线1对应的表达式设为：tsp1；颜色为：红色。曲线2对应表达式设为: tv1;颜色为:绿色.曲线3对应表达式设为: ft1;颜色为:蓝色.（3）点击“确认”即可。如图312所示:图 312 构件属性设置Fig.3-12 Component attribute3.4.8.2历史曲线历史曲线构件实现

43、了历史数据的曲线浏览功能。运行时，历史曲线构件能够根据需要画出相应历史数据的趋势效果图。历史曲线主要用于事后查看数据和状态变化趋势和总结规律。具体制作步骤如下：（1）双击进入“历史曲线”用户窗口（2）双击该曲线，弹出“历史曲线构件属性设置”窗口，进行如下设置：在基本属性页中，将：曲线名称设为：加热炉出口温度与燃料流量历史曲线X、Y轴主划线设为：10 X、Y轴次划线设为：5；背景颜色设为：白色。  在曲线标识页中：选中曲线，曲线容设为：tsp1、 tv1、 ft1 、op10；曲线颜色设为：红色；工程单位设为：m；小数位数设为：0；最大值设为：100；其它不变。在高级属性页中

44、，选中：运行时显示曲线翻页操作按钮；运行时显示曲线放大操作按钮；运行时显示曲线信息显示窗口；运行时自动刷新；将刷新周期设为：1秒；并选择在60秒后自动恢复刷新状态。3.4.9模拟调试利用MCGS提供的部模拟模块进行各部分功能仿真，不断的调试和各种属性的修改，组态运行达到了工程的要求。通过以上各用户窗口组态画面的设计与部数据对象的定义,加热炉计算机控制系统人机界面MCGS组态设计完毕。4 喷雾干燥过程双重控制系统的调试4.1 计算机与PLC之间的通讯基于组态软件的PLC仿真系统组成的结构如图4-1所示:图4-1控制系统结构图Fig.4-1 Structure of control system,

45、微型计算机与下位机PLC通过RS232串行接口用通信电缆相联接,通过编程软件把已完成的控制程序下载到PLC。在微型计算机中安装组态软件,并在组态软件环境中运行已开发的一个工程软件,同时使PLC进入运行状态,即进入计算机组态过程,通过鼠标操作界面上的图形对象就可以进行系统的控制。本设计设备构件用于MCGS读写三菱FX系列中支持232通信协议的PLC设备。MCGS通过上位机中的串行口设备和PLC上的通讯单元（编程口）建立串行通讯连接，从而达到操作PLC设备的目的。4.1.1硬件连接FX系列PLC支持无协议的RS232和RS485通信协议两种通信方式，通过改变D8120的值来改变通信方式。D8120

46、字寄存器的16位的意义列表如下：（1）系统默认设置：D8120=H0086表示9600，7，偶校验，1位停止位，无命令头和命令尾，整个命令不加校验，无协议的通信方式，FX0N系列PLC在掉电后D8120恢复成H0086。（2）串口父设备设置：FX-232设备必须挂接在串口父设备下，串口父设备在通用设备构件中。串口父设备用来设置通信参数和通信端口。通信参数必须设置成与PLC的设置一样。否则就无法通信。（3）本设备属性设置：要使MCGS能正确操作PLC设备，请按如下的步骤来使用和设置本构件的属性：设备名称：可根据需要来对设备进行重新命名，但不能和设备窗口中已有的其它设备构件同名。采集周期：为运行时

47、，MCGS对设备进行操作的时间周期，单位为毫秒，一般在静态测量时设为1000ms，在快速测量时设为200ms。初始工作状态：用于设置设备的起始工作状态，设置为启动时，在进入MCGS运行环境时，MCGS即自动开始对设备进行操作，设置为停止时，MCGS不对设备进行操作，但可以用MCGS的设备操作函数和策略在MCGS运行环境中启动或停止设备。（4）部属性：部属性用于设置PLC的读写通道，以便后面进行设备通道连接，从而把设备中的数据送入实时数据库中的指定数据对象或把数据对象的值送入设备指定的通道输出。三菱FX-232 PLC设备构件把PLC的通道分为只读，只写，读写三种情况，只读用于把PLC中的数据读

48、入到MCGS的实时数据库中，只写通道用于把MCGS实时数据库中的数据写入到PLC中，读写则可以从PLC中读数据，也可以往PLC中写数据。当第一次启动设备工作时，把PLC中的数据读回来，之后本设备会将变化的值往下写，这种操作的目的是，用户PLC程序中有些通道的数据在计算机第一次启动，或计算机中途死机时不能复位。本设备构件可操作PLC的：X输入继电器(位操作只读) ；Y输出继电器(位操作，可读可写)； M中间继电器(位操作，可读可写)；D变量存储器(字，双字，浮点，可读可写)，对其他的寄存器请使用D寄存器，或M继电器导动。单击设备基本属性中的“设置设备部属性”在打开的属性页中，按“增加通道”按钮，

49、弹出增加通道窗口，在该窗口中：1：选择要对PLC中的那个继电器区或寄存器区进行操作即选择通道类型。2：选择是只读，只写，还是读写，默认是只读。3：指定操作该继电器区或寄存器区的什么地方即输入通道地址，如要以字操作的方式读或写DW15，则在输入通道地址中写15。4：指定操作该通道地址中的哪一位（0-7)或一次操作1个字16位或2个字32位，或浮点。5：设置一次连续增加多少个PLC通道。按“确认”后则把添加的寄存器显示到表格中，重复以上操作可以完成您所要的各种继电器或寄存器。属性页窗体中的“删除一个”，“删除全部”，“索引拷贝”可以实现一些快捷的操作。操作完成后，按“确认”退出。 4.1

50、.2MCGS组态的调试首先是进入设备窗口，如图42所示：图4-2设备窗口Fig.4-2 Equipment window然后双击设备窗口，进入设备组态：设备窗口中，然后双击设备1-三菱FX-232进入通道设置窗口，如图43、44图所示图4-3通用串口设备Fig.4-3 Universal Serial equipment图4-4 部属性设置Fig.4-4 Internal attribute set在图中设置设备部属性和和PLC连接的通道，根据该设计所用到的实时数据新建通道如图45所示图4-5通道属性设置Fig.4-5 Channel attribute set然后通过图46 和图47中 的通

51、道连接MCGS连通，在设备调试中和对应数据对象连接。 图4-6 通道连接Fig.4-6 Channel link图4-7 设备调试Fig.4-7 Equipment debugging将制作完毕的上位机程序加上模拟信号，使用正弦模拟信号来代替干燥塔指标温度，流量的变化，验证实式数据，历史数据，数据报表，报警显示等功能。通过不断调试和修改准确实现上述各种功能。4.1.3 PLC程序的调试对PLC程序模拟调试，检查语法和基本功能能否正确实现。通过模拟调试使程序无语法错误，基本功能正确实现可以顺利运行。4.2 喷雾干燥计算机控制系统的实验仿真调试利用实验室里过程综合自动化控制系统实验平台THSA和液

52、位装置上进行模拟仿真调试。将模拟量输出通道AO0接到电动调节阀，接通电源打开PLC，完成PLC的供电和外部接线。程序调试如下：1. 通过设置各个通道将MCGS与PLC连通。2. 将PLC程序写入PLC，写入后PLC处于运行状态。3. 将具有手自动调节的程序写入PLC，在PLC处于运行状态的情况下。（1）在自动模式下，通过MCGS设定设定值为P275，主调节器的比例增益为150，积分时间为80；副调节器的比例增益设为P1（35）P2，积分时间为100；主、副调节器都设为反作用。（2）在手动模式下， 根据经验设置主副调节器输出值，观察实时曲线直到输出值稳定，说明手动模式工作正常。（3）手自动切换预

53、先设置好主副调节器PID参数，适当改变手动输入值的大小，待输出值基本稳定不变时，按下“自动”按钮，使系统由手动操作状态变为自动运行状态。当系统进入稳态运行后，突加阶跃扰动（将给定量增/减515），观察系统的输出响应曲线。通过观察MCGS界面和PLC监视模式下存的情况与，调节阀的输出没有发生突变，说明手自动无扰切换程序正常。4. 利用实验室水箱液位代替温度、流量进行调试（1）根据设计要求，进行硬件接线。实验面板上的实验接线如图48所示：图4-8 接线图Fig.4-8 The chart of link（2）接通主电源，根据设计要求根改温度、流量参数后把PLC程序重新写入到上位机，并运行MCGS控制