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1、毕业设计说明书基于plc与组态王软件三容水箱研究摘 要 三容水箱是较为典型的非线性时延对象。工业上许多被控对象的整体或局部都可以抽象成三容水箱的数学模型，具有很强的代表性和工业背景，研究三容水箱的建模与控制具有重要的理论意义与实际应用价值。本文利用组态王软件对水箱液位实时监控系统进行设计与测试，具体介绍了该系统的组成、上位机界面的设计和测试的结果。实践证明，该系统图形界面友好，运行稳定，操作方便，提高了监控的质量。在实验时，主要利用PID控制三容水箱。采取采用临界比例度法整定PID控制器参数。上位监控部分由三维力控组态软件设计构成，可以实现对系统工作的实时监控并显示速度曲线。 关键词：组态王；
2、水箱液位；监控系统；三容水箱；模糊PID控制AbstractThree-tank water is a typical non-linear and delayed plant which has a very strong background of industry, for the whole or part of many controlled objects can be extracted as mathematic model of three-tank water. Research on modeling and control of the three-tank water
3、 has a far theoretical significance and practical value.In this paper, the water tank fluid position control system is designed and tested using Kingview. The structure of this system，the design of HMI and the result of experimentare introduced in the paperIt is proven that this system havefeatures
4、in friendly interface，running steadily，easy to operate and improved control qualityIn this paper，the design is the main PID control three let water tank. we usethe critical ratio control scheme to set the PID controller parameters, upper monitor software using three dimensional force control configu
5、ration software. which can make the system workin real-timeand show speed curves.Key words：Kingview；water tank fluid position；control system ；Three Tanks ；fuzzy PID control目 录第1章 绪论1第2章 组态王系统22.1组态王软件简介22.2液位控制系统和THJ-2型仪表过程控制32.3系统制作过程和系统界面概述32.3.1设计图形界面42.3.2建立数据库42.3.3动画连接42.3.4系统趋势曲线5第3章 三容水箱系统的硬
6、件结构63.1 三容水箱的原理结构63.2 三容水箱的操作步骤7第4章 PID控制的理论基础74.1 PID控制原理74.2 三容水箱控制方法10第5章 双容水箱165.1系统建模165.2 运动分析175.3能控能观性205.4稳定性分析215.5 综合22第6章 三容水箱数理模型的建立246.1三容水箱数理模型246.2实验步骤255.3数学模型公式推导25第7章 模型仿真和实验287.1Simulink 仿真287.2仿真结果29第8章 三容水箱PLC硬件设置308.1 PLC特点概述308.2 PLC工作原理328.3 PLC组成结构338.4 PLC编程358.5力控设置378.6组
7、态的动态液位平衡?40总结43参考文献43致 45 / 第1章 绪论自20世纪30年代以来，自动化技术获得非常惊人的成就，已在工业和国民经济各行各业起着关键的作用。随着控制技术的发展，良好的人机接口已经成为广大工业客户的迫切要求，而在工程项目的实际设计中，如何提供一个直观，实时，有效、可靠的人机接口也日益受到工程人员的高度重视。目前，主要有两种方法。一是开发人员用VB，VC+等语言编写复杂的程序从底层开发，开发周期长，通用性差；二是用工控组态软件进行开发。组态软件能提供一个友好的界面，易于操作，图形丰富形象，实时性好，开发周期短。因此，目前大多数工程项目都采用后种方法。组态软件功能强大，操作简
8、单，易学易用，普通工程人员经过短时间的培训就能迅速掌握多数工程项目的设计和运行操作。使用组态软件能够避开复杂的计算机软、硬件问题，集中精力去解决工程问题本身，根据工程作业的需要和特点，组态配置出高性能，高可靠性和高度专业化的工业控制监控系统。通过完成本课题的设计，希望达到以下目的：（1）了解组态王软件的应用。(2) 了解PID控制的基本概念。(3) 充分理解PID控制系统的基本构成和工作原理。(4) 应用PLC和组态软件完成三容水箱液位控制实验。(5) 了解三容水箱结构原理，操作步骤。第2章 组态王系统 组态王是运行在WindowsXP/NT/2000上的一种开放型的工业监控软件，窗体框架结构
9、,采用多线程、COM组件等新技术，实现多时多任务控制。现已应用于化工、电力、邮电、通迅、环保、水处理，冶金和食品等行业。 组态王软件包由工程管理器ProjManager，工程浏览器TouchExplorer，画面开发系统Touchmak(嵌于工程浏览器)和运行系统TouchVew四部分组成，具有动画连接、实时控制、实时曲线与历史曲线、报警功能、报表等功能。 组态王置了大量的设备驱动作为组态王与外部设备的通信接口，组态王可通过通迅接口和外部设备交接数据，包括采集数据和发送数据或指令。每一个驱动都是一个COM对象，这种方式使驱动和组态王构成一个完整的系统，既保证了运行系统的高效率，也使系统有了很强
10、的扩展性。 国外有很多工控组态软件可以供用户选择，国外的有美国Intellution公司的FIX系列产品，澳洲两雅特公司的CITET。这些软件的研制时间比较早，功能强大，但价格昂贵。国的有：组态王和MCGS等，这些软件虽然研制较晚,，但都吸收了国外监控软件的优点而且采用了最先进的软件设计思想和技术，在功能上可以和国外的软件媲美，且价格是国外软件的三分之一到八分之一。它们的升级速度快，服务好，且采用中文界面，故赢得了日益广泛的市场。目前运行在九千例控制工程项目中，在电力，化工、交通、机械，过程控制等领域发挥重要作用。因此，本文选用了组态王65软件设计了水箱液位检测和控制系统。该设计充分利用了组态
11、王最强大的功能图形编辑功能，结合THJ-2型仪表过程控制实验系统设备的实际情况，制作了多个控制界面。反映了控制现场的状况，设计复杂的动画显示现场的操作状态和数据。监控和记录各种报警信息，绘制历史曲线和实时曲线反映液位的情况，打印报表和检索数据库等。这样就避免了操作人员到现场的实时监视，既减少了操作人员的劳动强度，又可以避免意外事故的发生，同时可进行远程控制和网络控制。2.1组态王软件简介 组态王软件是工业自动化软件的一种，是亚控科技发展的产品。本设计用的是组态王6.5版本。组态王6.5软件包由工程浏览器(TouchExplorer)、工程管理器(ProjManager)和画面运行系统(Touc
12、hVew)三部分组成。在工程浏览器中可以查看工程的各个组成部分，也可以完成数据库的构造，定义外部设备等工作。工程管理器嵌画面管理系统，用于新工程的创建和已有工程的管理。画面的开发和运行由工程浏览器调用画面制作系统TOU CHMAK和工程运行系统TOUCHVEW来完成的。 工程浏览器和画面运行系统是各自独立的Windows应用程序，均可单独使用；两者又相互独立，在工程浏览器的画面开发系统中设计开发的画面应用程序必须在画面运行系统运行环境中才可能运行。信息窗口是一个独立的Windows应用程序，用来记录、显示组态王开发和运行系统在运行时的状态信息。 TOUCHMAK是应用工程的开发环境，需要在这个
13、环境中完成画面设计、动画连接等工作。TOUCHMAK具有先进完善的图形生成功能，数据库提供多种数据类型，能合理地提取控制对象的特性；对变量报警、趋势曲线，过程记录、安全防等重要功能都有简洁的操作方法。 PROJMANAGER是应用程序的管理系统。PROJMANAGER具有很强的管理功能，可用于新工程的创建与删除，并能对已有工程进行搜索、备份与有效恢复，实现数据词典的导入和导出。2.2液位控制系统和THJ-2型仪表过程控制 实验系统设备概述本系统用来对水箱运行系统进行检测并具有自动控制的功能，硬件部分为THJ-2型仪表过程控制实验系统装置。系统通过智能模块将液位的检测量采集到组态王对应变量中，由
14、组态王统一管理给出系统各部分运行趋势、报表与报警事件，并通过与给定的液位设定比较来控制入水量。THJ-2型高级过程控制系统实验装置是基于工业过程物理模拟对象，它集自动化仪表技术、计算机技术、通讯技术、自动控制技术为一体的多功能实验装置。系统包括流量、温度、液位，压力等热工参数，可同其它控制系统一起来实现系统参数辨识、单回路控制、串级控制、前馈控制、比值控制、多变量解耦等各种控制系统。本装置还可根据用户的需要设计构成DDC、DCS、PLC等各种控制系统。该实验装置既可作为本科、专科、高职高专过程控制课程的实验装置，也可作为研究生与科研人员在复杂控制系统、先进控制系统，智能化控制系统研究等各方面提
15、供物理模拟对象和实验平台。 “THJ一2型高级过程控制系统实验装置”集多参数闭环控制为一体，由过程控制对象、智能仪表模块、执行器模块、信号检测模块等组成，各个模块间可以灵活组合，融合了工业上的主要控制手段，涉与了温度、压力、流量和液位等重要的过程控制参数。2.3系统制作过程和系统界面概述 利用组态王软件建立应用程序的一般过程如下。(1)设计图形界面；(2)定义设备；(3)构造数据库；(4)建立动画连接；(5)运行和调试。 因此在用组态王画面开发系编制应用程序时，要依据此过程考虑三个方面。图形，用户希望怎样的图形画面?也就是怎样用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。 数据，怎样用数据来描述工控对象的各种属性也就是创建一个具体的数据库，此数据库中的变量反映了工控对象的各种属性，比如液位等。 连接，数据和图形画面中图素的连接关系是什么?也就是画面上的图素以怎样的动画来模拟现场设备的运行，以与怎样操作者输入控制设备的指令。2.3.1设计图形界面根据水箱液位检测和控制系统的要求，本系统共设计了多个界面，例如：控制界面、历史趋势曲线、实时趋势曲线、报表等。其制作过程不一一介绍，这里仅介绍大水箱液位控制实验控制界面的制作过程。在工程浏览器中，双击画面中的新建，则弹
