计算机控制技术课程设计

1、 计算机控制技术 课程设计报告题 目： 液位单闭环计算机监控系统设计院 （系）： 机电与自动化学院 专业班级： 自动化XX班 学生姓名： 某某 学 号： xxxxxxxxxx 指导教师： xxxx 2014年6月 23日至2014年 6 月 27日Xxxxxxxxxxxxxx学校计算机控制技术课程设计任务书一、 设计（调查报告/论文）题目题目1：流量单闭环计算机监控系统设计题目2：液位单闭环计算机监控系统设计题目2：液位流量串级计算机监控系统设计二、 设计（调查报告/论文）主要内容综合运用自动控制理论、计算机控制技术、过程控制系统等专业课程知识，在浙江求是高级过程控制实验台上进行流量单闭环计算

2、机监控系统设计。系统包含上位机、下位机、实际流量控制对象等部分。使用组态王6.51工业组态软件，自主设计并开发上位机监控界面，使用RS232转RS485接口进行上位机与下位机串口连接。下位机使用厦门宇光AI系列现场智能调节器。三、 原始资料过程控制系统课程实验1液位单闭环控制过程控制系统课程实验2流量单闭环控制过程控制系统课程实验3液位流量串级控制 四、 要求的设计（调查/论文）成果要求学生使用组态王6.51工业组态软件，在浙江求是综合过程控制实验台上自行设计流量单闭环计算机监控系统。系统包括上位机监控界面设计，主要实现用户密码登陆，控制变量实时显示，控制流程动态显示，变量实时趋势曲线，变量历

3、史趋势曲线，变量历史数据查询，自动生成变量历史数据表格等功能。在下位机上使用PID控制算法进行流量单闭环定值控制（液位流量串级控制），自行整定PID控制参数。五、 进程安排周一：布置课程设计任务，学生查阅相关参考资料，拟定设计方案；周二-周四：在浙江求是综合过程控制系统实验台上，使用组态王6.51工业组态软件编程，实现全部系统功能；周五：现场演示设计成果，并回答问题，撰写课程设计报告。 六、 主要参考资料1 王锦标计算机控制系统北京：清华大学出版社，20042 高金源计算机控制系统北京：高等教育出版社，20043 高国琴微型计算机控制技术北京：机械工业出版社，2006 4 施仁.自动化仪表及过

4、程控制第三版北京：电子工业出版社，20035 张宝芬.自动检测技术及仪表控制系统，北京：化学工业出版社，20046 俞金寿过程控制系统和应用北京：机械工业出版社，20037 何离庆过程控制系统与装置重庆：重庆大学出版社，2003 目 录1.课程设计目的12.课程设计题目描述和要求12.1主要内容12.2设计功能要求 22.3组态王软件简介 23.设计方案33.1设计课题33.2系统设计 33.3系统调试 103.4数据及曲线处理114.总结125.参考文献 13 1课程设计目的 随着科学技术的发展，现代过程工业规模加大，复杂程度变高，对产品的质量要求更加严格，以及相应的系统安全问题，管理与控制

5、一体化问题等，越来越突出，因此想要满足这些要求，解决这些问题，是不能仅仅只依靠简单的控制系统的，故引入更为复杂、更为先进的控制系统是十分必要的。由于采用复杂控制系统的装置或对象都是工厂中的重要装置或关键岗位，因此需要予以特别的重视。串级控制系统是所有复杂控制系统中应用最多的一种，当要求被控变量的误差范围很小，简单控制系统不能满足要求时，可考虑采用串级控制系统。 组态王开发监控系统软件是新型的工业自动控制系统正以标准的工业计算机软、硬件平台构成的集成系统取代传统的封闭式系统，它具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等优点。它不但实现对现场的实时监测与控制，且在自动控制系统中完成上传下

6、达、组态开发的重要作用；能实现实时现场监控，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。应用组态技术，是现代工业控制的必然趋势。本次课程设计是在对组态软件学习的基础上，结合实验室设备及其控制器的类型，应用组态软件(组态王)开发上位机监控系统。根据监控系统的设计方案，开发了用于人机交互的主监控画面和各子系统的监控画面,并且通过组态王的“设备配置向导”定义外部设备，使上位机和下位机(PLC、变频器)之间实现了通信，还在此基础上，使用数据改变命

7、令语言实现了上位机和PLC间的自定义协议，另外，编写控制程序，实现了一阶液位单闭环监控系统的仿真调试。除此，还介绍了监控系统的其他功能，如：用户权限配置，参数设定功能，报表及保存功能，数据的曲线显示和查询功能。2课程设计题目描述和要求2.1主要内容综合运用自动控制理论、计算机控制技术、过程控制系统等专业课程知识，在浙江求是高级过程控制实验台上进行流量单闭环计算机监控系统设计。系统包含上位机、下位机、实际流量控制对象等部分。使用组态王6.51工业组态软件，自主设计并开发上位机监控界面，使用RS232转RS485接口进行上位机与下位机串口连接。下位机使用厦门宇光AI系列现场智能调节器。2.2 设计

8、功能要求要求使用组态王6.51工业组态软件，在浙江求是综合过程控制实验台上自行设计流量单闭环计算机监控系统。系统包括上位机监控界面设计，主要实现用户密码登陆，控制变量实时显示，控制流程动态显示，变量实时趋势曲线，变量历史趋势曲线，变量历史数据查询，自动生成变量历史数据表格等功能。在下位机上使用PID控制算法进行流量单闭环定值控制（液位流量串级控制），自行整定PID控制参数。2.3组态王软件简介亚控科技的产品，国产的众多监控组态软件中应用较为广泛的一个产品。它是一种通用的工业监控软件，它融过程控制设计、现场操作以及工厂资源管理于一体，将一个企业内部的各种生产系统和应用以及信息交流汇集在一起，实现

9、最优化管理。它基于Microsoft Windows XP/NT/2000 操作系统，用户可以在企业网络的所有层次的各个位置上都可以及时获得系统的实时信息。采用组态王软件开发工业监控工程，可以极大地增强用户生产控制能力、提高工厂的生产力和效率、提高产品的质量、减少成本及原材料的消耗。它适用于从单一设备的生产运营管理和故障诊断，到网络结构分布式大型集中监控管理系统的开发。 “组态王” 采用了多线程、COM组件等新技术，实现了实时多任务，软件运行稳定可靠，是全中文界面的组态软件。组态王具有在“组态王工程浏览器”查看工程的各个组成部分、完成构造数据库、定义外部设备等功能。工程浏览器调用画面制作系统M

10、AKE和画面运行系统VIEW来完成画面的开发和运行。应用程序的开发环境是MAKE。在这个环境中需要完成设计画面、动画连接等工作。MAKE具有先进完善的图形生成功能；能合理地抽象控制对象的特性；对变量报警、过程记录、趋势曲线、安全防范等重要功能都有简单的操作办法。VIEW是“组态王”软件的实时运行环境，在MAKE中建立的图形画面只有在VIEW中才能运行。VIEW从工业控制对象中采集数据，并记录在实时数据库中。它还有把数据的变化用动画的方式形象地表示出来，同时完成变量报警、操作记录、趋势曲线等监视的功能，并生成历史数据文件。 “组态王”外部设备是第一台下位机，在开发过程中根据“设备配置向导”的提示

11、一步步完成连接过程。在运行期间，组态王通过这些外部设备和驱动程序交换数据，包括采集数据和发送数据/指令。每一个驱动程序都是一个COM对象的方式使驱动和组态王构成一个如图2-1所示的完整的系统，使系统有很强的扩展性也保证了运行系统的高效率。 2-1组态王构成图3设计方案3.1设计课题一阶液位的串级控制系统框图如图3-1所示3-1液位串级控制系统框图3.2系统设计1 建立组态王新工程 首先为工程指定工作目录(或工程路径)。组态王用工作目录表示工程，不同的工程应置于不同的目录下。通过工程管理器完成新工程的创建，创建的具体图像如图3-2所示。 3-2工程创建图2 创建组态画面 利用组态王提供的绘图工具

12、箱，结合现场设备的布局和外观，创建组态画面，以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，液位单闭环如图3-3所示。 3-3液位单闭环图3 定义设备 IO设备既外部设备，组态王把与之交换数据的设备或程序都作为外部设备。外部设备包括：下位机(PLC、仪表、模块、板卡、变频器等)，它们一般通过串行口和上位机交换数据；其他Windows应用程序，它们之间一般通过DDE交换数据；网络上的其他计算机。只有在定义了外部设备之后，组态王才能通过IO变量和它们交换数据。为方便定义外部设备，组态王设计了“设备配置向导"引导用户一步步完成设备的连接，过程示意图如3-4，3-5所示。3-4串口定义

13、图3-5串口地址分配图4 构造数据库变量 数据库是组态王软件的核心部分，是联系上位机和下位机的桥梁。在建立动画连接和编写命令语言之前，应预先定义数据库变量，在组态王数据词典中完成变量的定义。在设置变量属性时特别要注意变量的类型，在对话框中只能定义八种基本类型中的一种，用鼠标单击变了类型下拉列表框列出可供选择的数据类型，当定义有结构模板时，一个结构模板就是一种变量类型。监控控制系统需要新建的变量及属性。基本变量的定义 内存离散、内存实型、内存长整数、内存字符串、I/O离散、I/O实型、I/O长整数、I/O字符串，这八种基本类型的变量是通过 “变量属性”对话框定义的，同时在“变量属性”对话框的属性

14、卡片中设置它们的部分属性。 3-6变量的定义图5 建立动画连接 开发者在MAKE中制作的画面都是静态的，它们通过实时数据库以动画方式反映工业现场的状况，因为只有数据库中的变量才是与现场状况同步变化的。数据库变量的变化导致画面的动画效果。通过“动画连接”就是建立画面的图素与数据库变量的对应关系。 建立动画连接是指在画面的图形对象与数据库的数据变量之间建立一种关系，当变量的值改变后，在画面上以图形对象的动画效果表示出来。动画连接实现了监控画面与现场设备的运行状态的一致。需要按照实际工程的要求绘制监控画面并使静态画面随着过程控制对象产生动态效果。 在系统图里我们还可以加入一些按钮，以起到对系统监视和

15、控制的作用。来实现画面的切换、画面的控制、硬件的控制。还可以加入一些文本框来实现数据的输入和显示。在绘制监控画面时，组态王还为我们提供了大量的图库精灵。 图库精灵在外观上类似于组合图素，但内嵌了丰富的动画连接和逻辑控制，工程人员只需把它放在画面上，做少量的文字修改，就能动态控制图形的外观，同时能完成复杂的功能。6 相关曲线 为了方便我们现场监控和调试工程，整个系统图中还需要一系列曲线直观的变量实时曲线图画面。为了便于观察，点击相应的放大按键，会弹出放大的图案可供操作员查看。（具体有：实时液位曲线，实时压力曲线，历史液位曲线，历史压力曲线）图3-7为历史曲线的示意图。 3-7历史曲线图7相关报表

16、实时报表表一： 表一历史报表查询表二表二报警和事件报表三（报警的量需要在数据词典中定义相关的报警条件） 表三 报警表8 编写命令语言 通过脚本程序的编写以完成较复杂的操作上位控制。在双击按钮时，会弹出动画连接，我们选择命令语言连接，会弹出命令语言编辑框。我们就在里面编写命令语言，让软件完成一些操作。重要函数说明：Logon()：此函数用于在TOUCHVEW中登录。为画面上某个按钮建立命令语言连接。画面程序运行时单击此按钮，弹出“登录”对话框。操作者在此对话框中输入用户名和口令，以获得操作权限。LogOff()函数：此函数用于在TOUCHVEW中退出登录。ShowPicture()函数：此函数用

17、于显示画面。ClosePicture()函数：此函数用于将已调入内存的画面关闭，并从内存中删除。ChangePassword()函数：此函数显示“更改口令”对话框，允许登录用户更改他们的口令。ReportSaveAs()：此函数为报表专用函数，将指定报表按照所给的文件名存储到指定目录下。或将指定的报表存储为EXCEL格式的文件。ReportSetHistData2()：此函数为报表专用函数。查询历史数据，使用该函数，只要设置查询的数据在报表中填充的起始位置，即输入起始行数（StartRow）、列数（StartCol）。系统会自动弹出历史数据查询对话框。9 系统用户及权限的配置用户配置如图3-8

18、所示 3-8用户配置图用户权限的配置具体操作：定义用户的时候需要按照权限进行配置安全区，在页面上的操作按钮按照权限的要求可以分配到相关的安全区，即可以获得相关的操作权限。当用户没有相关的操作权限时，按钮会呈现灰色不可操作状态10 登录界面的制作如图3-9所示 图3-9登陆界面图11 保存工程，完成以上步骤后，设计部分就基本完成。3.3系统调试 现场调试将计算机与现场的下位机进行连接，适当调整相关的参数，进行调试。待调试的系统达到相关的要求控制品质后，即可完成对整个过程的控制。通过现场调试，系统的液位实时曲线如下，系统达到了设计要求，对现场系统控制达到预期的要求，调试通过，最终达到稳态图如3-10所示。 图3-10 稳态液位图3.4数据及曲线处理 处理相关报表和数据以及相关曲线，并撰写设计报告