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1、课程设计报告 题 目： 自动补水系统的设计与实现 专 业： 计算机控制技术 班 级： 2班 学 号： 1001530203 姓 名： 王莞娜 指导教师： 包天悦 设计日期： 2012/10/14 目 录1 设计目的.12 控制要求13 系统结构设计13.1 控制方案13.2 过程仪表及过程模块24 系统组态设计54.1 组态软件介绍54.2 组态设计内容6结论9- 0 -1 设计目的（1）加深对计算机控制系统基本原理理解和实际应用能力。（2）培养运用组态软件和计算机设计计算机控制控制系统的实际能力。（3）培养自主查找资料、收索信息的能力；（4）培养实践动手能力与合作精神。2 控制要求（1）利用
2、所学知识设计自动补水硬件 （2）设计组态软件（3）自动PID调节功能的实现3 系统结构设计3.1 控制方案本控制系统中，被控量为水位，根据水位的变化，可通过采集模块采集的数据传输给计算机中的组态软件，组态软件中编写的自动程序根据水位的数据来控制阀门的开关，以达到控制水位的目的。也可以通过手动控制阀门的开关来控制排水和进水，以达到对水位的控制。其中，当达到水位上限值时，控制系统会关闭进水阀，打开出水阀；当达到水位下限值时，控制系统会打开进水阀，关闭出水阀；当水位为正常状态时，出水阀和出水阀同时开启。3.2 过程仪表及过程模块本设计中共用到了以下过程仪表和过程模块：3.2.1 液位变送器本控制系统
3、采用投入式静压液位变送器，此种变送器是基于所测液体静压与该液体高度成正比的原理，采用扩散硅或陶瓷敏感元件的压阻效应，将静压转成电信号。经过温度补偿和线性校正。转换成4-20mADC标准电流信号输出。投入式静压液位变送器的传感器部分可直接投入到液体中，变送器部分可用法兰或支架固定，安装使用极为方便特点：稳定性好，精度高投入式液位变送器直接投入到被测介质中，安装使用相当方便。固态结构，无可动部件，高可靠性，使用寿命长从水、油到粘度较大的糊状都可以进行高精度测量，不受被测介质起泡、沉积、电气特性的影响宽范围的温度补偿。投入式液位变送器具有电源反相极性保护及过载限流保护。主要技术指标测量范围：0.31
4、00m（由用户自选）精度：0.2、0.5、1.0级工作温度：-2080输出信号：二线制420mADC电源电压：标准24VDC（1236VDC）不灵敏区：1.0%FS负载能力：0-600相对温度：85%防护等级：IP68防爆标志：ExiaCT4-63.2.2电动调节阀电动调节阀是工业自动化过程控制中的重要执行单元仪表。随着工业领域的自动化程度越来越高， 正被越来越多的应用在各种工业生产领域中。与传统的气动调节阀相比具有明显的优点：节电动调节阀能（只在工作时才消耗电能），环保（无碳排放），安装快捷方便（无需复杂的气动管路和气泵工作站）。全胜辉进口电动调节阀具有体积小，重量轻、连线简单、流量大、调节
5、精度高等特点，广泛应用于电力、石油、化工、冶金、环保、轻工、教学和科研设备等行业的工业过程自动控制系统中。电动调节阀阀内组件：阀芯型式：上导单座（套筒）柱塞型阀芯流量特性：直线特性、等百分比特性或快开特性材 料：1Cr18Ni9Ti 0Cr18Ni12Mo2Ti电动调节阀的用途及作用用于调节工业自动化过程控制领域中的介质流量、压力、温度、液位等工艺参数。电动调节阀适用范围空调、供暖、通风、生活热水等民用系统及化工、石油冶金、电力轻工业等各行业生产过程中的自动控制。图3-1 阀体结构3.2.3 水泵水泵是一种利用大气压强将低处的水汲往高处的机器,多半是以电动机作为动力。抽水的电动机泵通常把提升液
6、体、输送液体或使液体增加压力 , 即把原动机的机械能变为液体能量从而达到抽送液体目的的机器统称为泵。这里采用丹麦格兰富循环水泵。功耗低，220V供电即可，在水泵出水口装有压力变送器，与变频器一起可构成恒压供水系统。3.2.4 模拟量输入输出模块（1） ADAM-4017/4017+的概述ADAM-4017/4017+是16位A/D 8通道的模拟量输入模块，可以采集电压、电流等模拟量输入信号。它为所有通道都提供了可编程的输入范围，这些模块为工业测量和监控的应用中提供很好的性价比；而且它的模拟量输入通道和模块之间还提供了3000V的电压隔离，这样就有效的防止模块在受到高压冲击时而损坏。ADAM-4
7、017支持6路差分，2路单端信号，输入范围+/-150mV，+/-500mV，+/-1V，+/-5V，+/-10V，+/-20mA。如果测试电流信号，需在该通道的输入端口并联一125欧姆的精密电阻。ADAM-4017+支持8路差分信号，还支持Modbus协议。各通道可独立设置其输入范围， 同时在模块右侧使用了一个拨码开关来设置INT* 和正常工作状态的切换，4017+还增加了420mA的输入范围，测量电流时，不需要外接电阻，只需打开盒盖，设置跳线到即可。（2） ADAM-4024的概述ADAM-4024是4路模拟量输出模块，提供了4路通用类型的模拟量输出通道，分辨率为12位，输出范围0-20m
8、A，4-20mA，+/-10V，支持Modbus协议。它还带有4路数字量输入，用于一些集成的应用场合，如紧急锁定输出或用户默认的触发等。该模块带有光隔离器，可防止接地回路、电源冲击对设备造成损害。用户可以通过配置软件配置电压或电流指定转换速率和启动电流。3.2.5继电器继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。3.2.6电气连接图 4 系统组态设计4.1 组态软件介绍组态软件最早出现在80年代初，80年代的组态软件基于D
9、OS系统开发，当时主要产品是Onspec、Paragon和IFix 等。在90年代中期之前，组态软件在我国的应用并不普及，究其原因有几下几点：一、国内用户缺乏对组态软件的认识，项目中没有组态软件的预算，或宁愿投入人力物力针对具体项目做长周期的繁冗的上位机的编程开发，也不采用组态软件；二、在很长时间里，国内用户的软件意识还不强，面对价格不菲的进口软件（早期的组态软件多为国外厂家开发），很少有用户愿意去购买正版；三、当时国内的工业自动化和信息技术应用的水平还不高，组态软件提供对大规模应用、大量数据进行采集、监控、处理并可以将处理的结果生成管理所需的数据，这些需求并未完全形成。随着我国工业的发展和计
10、算机技术的进步，国内出现众多组态软件，目前中国市场上的组态软件产品按厂商可大致划分为三类，即国外专业软件厂商提供的产品，国外硬件或系统厂商提供的产品，以及国内自行开发的国产化产品。从近几年的调查结果来看，国内组态软件市场大部分份额仍被国外几家组态软件占据，如：FIX、InTouch等。这些“洋软件”在功能完备性、产品包装、市场推广等方面具有一定优势，但并非所有方面都尽善尽美，相比而言，国内组态软件具有价格较低、通用性强、可定制性强，一些厂家可以根据客户需求对软件的部分进行修改，如CenturyStar可以免费为客户提供驱动程序，只要客户提供所使用设备的通信协议即可，总而言之，无论国内还是国外的
11、组态软件厂家都各有优势。组态软件有通用和专用之分，如WinCC主要用于与西门子相关产品配套，而像世纪星组态软件属于通用组态软件，因为其可以根据不同设备配置不同驱动程序，而不用修改主程序，总结通用组态软件的主要特点如下：（1）延续性和可扩充性。用通用组态软件开发的应用程序，当现场（包括硬件设备或系统结构）或用户需求发生改变时，不需作很多修改而方便地完成软件的更新和升级；（2）封装性（易学易用）。通用组态软件所能完成的功能都用一种方便用户使用的方法包装起来，对于用户，不用掌握太多的编程语言技术（甚至不需要编程技术），就能很好地完成一个复杂工程所要求的所有功能；（3）通用性。每个用户根据工程实际情况
12、，利用通用组态软件提供的底层设备（PLC、智能仪表、智能模块、板卡、变频器等）的I/O Driver、开放式的数据库和画面制作工具，就能完成一个具有动画效果、实时数据处理、历史数据和曲线并存、具有多媒体功能和网络功能的工程，不受行业限制。随着工业控制系统的应用深入，工业规模不断扩大，控制系统也会更加复杂，对组态软件会提出更高的要求，这也是组态软件发展的源动力，通过分析工控系统的特点及现状，组态软件有如下几个发展趋势：（1）运行更加稳定，执行效率更高，使用更加容易，这是组态软件的初衷，也是必然的发展方向。（2）更好的人机交互。人机交互是组态软件最重要、最基本的功能之一，良好的人机交互不仅利于开发
13、人员对控制系统的开发，而且也利于使用人员对工艺现场的监控。（3）能满足客户个性化需求。随着组态软件市场的扩大，组态软件将应用于各个行业，而各行业都有其不同的特点，根据行业特点制定相应的组态软件将给该行业的相关人员带来极大的便利。（4）具有很好的开放性。没有哪个组态软件是完美的，用户总会用不同的想法和需求，能够使用户在使用现有功能的基础上进行自定义功能的开发（如自定义控件等）是最好的解决办法，这也是组态软件的开放性。（5）获取信息更加便利。这是一个信息化时代，随着通信及网络技术的发展，各个控制系统将不再是信息孤岛。单就一个企业而言，车间之间、工厂之间、从工业现场到高层管理将趋于一个整体。对于整个
14、市场而言，企业之间也相互联系，及时获取当前的市场信息更有利于提供企业的效益和竞争力。（6）与其他系统的交互操作。组态软件并不能解决所有问题，往往一个大型的系统都要有多个软件协同完成，这就需要组态软件预留与其他系统交互的接口，以便于在不同系统之间的通信。4.2 组态设计内容（1）液位能在0-2米之间的范围内变化，测量精度0.01米。（2）在自动方式下，按图1-1进行处理，当水位在B2区域时，出现液位低报警液位低报警并关闭出水口，启动自动加水，当水位在A2 区域时出现高报警并关闭进水口，启动自动排水；当水位在B1区域时，自动加水但不报警；当水位在A1区域时，自动排水但不报警；当水位在C区域时，正常状态。（3）当一个泵运行时，另外一个泵备用，两个泵不同时运行。A2A1CB1B2 根据设计要求，本控制系统采用阈值控制结合PID控制，如图所示。简单阈值算法适用于将对象的某种物理参数控制在一个预定的范围，并且对精度要求不高的场合。液面高度在采用阈值控制系统中，控制系统通过传感器检测被控对象的状态，当此状态超出预定范围，输出控制信号，由执行机构将对控制对象的状态调整到预
