畢業(yè)論文-雙容水箱液位控制系統(tǒng)設計

1、<p><b>　　畢業(yè)綜合實踐</b></p><p>　　課題名稱： 雙容水箱液位控制系統(tǒng)設計 </p><p>　　作 者： 學 號： </p><p>　　系 別： 電氣電子工程系 </p><p>　　專 業(yè)：

2、 電氣自動化 </p><p>　　指導老師： 專業(yè)技術職務 </p><p><b>　　目 次</b></p><p>　　1 緒 論- 5 -</p><p>　　1.1 課題的提出- 5 -</p><p

3、>　　1.2 國內外研究現(xiàn)狀- 6 -</p><p>　　1.2.1 國外研究現(xiàn)狀- 6 -</p><p>　　1.2.2 國內研究現(xiàn)狀- 7 -</p><p>　　1.3 過程控制的發(fā)展過程- 8 -</p><p>　　1.3.1 過程控制的發(fā)展- 8 -</p><p>　　1.

4、3.2 過程控制策略與算法的進展 - 9 -</p><p>　　1.3.3 傳統(tǒng)過程控制存在的問題- 10 -</p><p>　　1.4 PID控制的發(fā)展現(xiàn)狀及意義- 10 -</p><p>　　2 水箱的數(shù)學建模- 11 -</p><p>　　2.1 數(shù)學模型的介紹- 11 -</p>&

5、lt;p>　　2.2 數(shù)學模型的建立- 11 -</p><p>　　2.2.1 機理法- 12 -</p><p>　　2.2.2 實驗法- 13 -</p><p>　　2.3 本文中水箱液位數(shù)學模型的建立- 13 -</p><p>　　2.3.1 系統(tǒng)介紹- 14 -</p><p>

6、　　2.3.2 建立步驟- 14 -</p><p>　　2.3.3 實驗數(shù)據(jù)- 15 -</p><p>　　3 硬件設計- 16 -</p><p>　　3.1 變頻器- 16 -</p><p>　　3.1.1 主回路- 17 -</p><p>　　3.1.2 控制回路- 18 -<

7、/p><p>　　3.1.3 變頻器的選擇- 20 -</p><p>　　3.1.4 變頻器的作用- 20 -</p><p>　　3.2 壓力傳感器- 21 -</p><p>　　3.2.1 工作原理- 21 -</p><p>　　3.3 電動調節(jié)閥- 21 -</p><p

8、>　　3.3.1 工作原理- 21 -</p><p>　　4 PID控制- 21 -</p><p>　　4.1 比例（P）控制及調節(jié)過程- 22 -</p><p>　　4.2 積分（I）控制及調節(jié)過程- 22 -</p><p>　　4.3 微分（D）控制及調節(jié)過程- 23 -</p><p

9、>　　5 MCGS組態(tài)軟件- 23 -</p><p>　　5.1 MCGS簡介- 23 -</p><p>　　5.2 MCGS的構成- 24 -</p><p>　　5.2.1 MCGS組態(tài)軟件的系統(tǒng)構成- 24 -</p><p>　　5.2.2 MCGS組態(tài)軟件界面簡介- 25 -</p>&l

10、t;p>　　5.3 MCGS組態(tài)軟件的功能和特點- 25 -</p><p>　　5.4 MCGS組態(tài)軟件的工作方式- 26 -</p><p>　　5.5 畫面的制作和編輯- 27 -</p><p>　　5.5.1 主頁面- 27 -</p><p>　　5.5.2 模擬水流動- 27 -</p>

11、<p>　　5.5.3 各個控件的制作- 29 -</p><p>　　5.5.4 水箱中液位變化的動畫效果制作- 29 -</p><p><b>　　結論- 30 -</b></p><p><b>　　致謝- 31 -</b></p><p>　　參考文獻- 31 -&

12、lt;/p><p><b>　　1 緒 論</b></p><p>　　1.1 課題的提出 </p><p>　　隨著工業(yè)生產的飛速發(fā)展，人們對控制系統(tǒng)的控制精度、響應速度、系統(tǒng)穩(wěn)定性與適應能力的要求越來越高。而實際工業(yè)生產過程中的被控對象往往具有非線性、時線性、時延對象的先進控制策略，提高系統(tǒng)的控制水平，具有重要的實際意義。每一個先進、實用的

13、控制算法的出現(xiàn)都對工業(yè)生產具有巨大的推動作用。然而，當前的學術研究成果與實際生產應用技術水平并不是同步的，甚至相差幾十年。在我國，越是高深的、先進的控制理論，其研究越是局限于少數(shù)科研院所的狹小范圍內，也越是遠離了國民生產這個應用基地。最近幾年，國內一些控制領域已接近甚或超越了國際水平，然而，就先進理論應用于工業(yè)生產等領域的狀況來講，與發(fā)達國家相比卻存在較大差距。其原因固然是多方面的。 但是， 一個很明顯的原因就是在于理論研究尚缺乏實際背

14、景的支持，理論的算法一旦應用于現(xiàn)場就會遇到各種各樣的實際問題，制約了其應用前景。在目前尚不具有在實驗室中復現(xiàn)真實工業(yè)過程條件的今天， 開發(fā)經(jīng)濟實用的具有典型對象特性的實驗裝置無疑是一條探索將理論成果轉化為應用技術的捷徑。</p><p>　　本文所提及的水箱液位控制系統(tǒng)是我們在參考國內外實驗裝置并充分考慮性能價格比的基礎上，自行設計的一種可以模擬多種對象特性的實驗裝置。該裝置是進行控制理論與控制工程教學、實驗和研

15、究的理想平臺，可以方便的構成多階系統(tǒng)。對象，用戶既可通過經(jīng)典的PID控制器設計與調試，完成經(jīng)典控制教學實驗，也可通過模糊邏輯控制器的設計與調試，進行智能控制教學實驗與研究。 </p><p>　　水箱是較為典型的非線性、時延對象，工業(yè)上許多被控對象的整體或局部都可以抽象成水箱的數(shù)學模型，具有很強的代表性，有較強的工業(yè)背景，對水箱數(shù)學模型的建立是非常有意義的。同時，水箱的數(shù)學建模以及控制策略的研究對工業(yè)生產中液位控

16、制系統(tǒng)的研究有指導意義，例如工業(yè)鍋爐、結晶器液位控制。而且，水箱的控制可以作為研究更為復雜的非線性系統(tǒng)的基礎，又具有較強的理論性，屬于應用基礎研究。同時，它具有較強的綜合性，涉及控制原理、智能控制、流體力學等多個學科。</p><p>　　1.2 國內外研究現(xiàn)狀 </p><p>　　隨著人們生活質量的提高和環(huán)境的變化，“水”已經(jīng)成為人們關注的對象！不管是生活用水，是工業(yè)用水，這都牽扯水

17、的過程控制問題。將PID算法運用到水位控制系統(tǒng)中，不僅可以解決水塔的自動化給水問而且還可以合理、安全、節(jié)約的使用水資源，近而使居民安居樂業(yè)，使我國工業(yè)自動化不斷的向前發(fā)展！</p><p>　　1.2.1 國外研究現(xiàn)狀</p><p>　　德國 Amira 自動化公司研制的水箱系統(tǒng)是著名的智能實驗設備之一， 在國外很多大學和實驗室都已得到了廣泛的應用，國內也有包括清華大學、浙江大學、吉林

18、大學等高校引進了 Amira 公司研制的水箱過程控制實驗裝置。但是，由于德國Amira 自動化公司研制的水箱系統(tǒng)價格太高，給購置這個實驗設備帶來很多困難。也正是受其高價格的限制，目前，國內只是少數(shù)高校的部分實驗室引進了這個設備，給基于水箱系統(tǒng)的算法研究和仿真帶來了困難。</p><p>　　液位控制系統(tǒng)一般指工業(yè)生產過程中自動控制系統(tǒng)的被控變量為液位的系統(tǒng)。在生產過程中，對液位的相關參數(shù)進行控制，使其保持為一定值

19、或按一定規(guī)律變化，以保證質量和生產安全，使生產自動進行下去。液位過程參數(shù)的變化不但受到過程內部條件的影響，也受外界條件的影響，而且影響生產過程的參數(shù)一般不止一個，在過程中的作用也不同，這就增加了對過程參數(shù)進行控制的復雜性，或者控制起來相當困難，因此形成了過程控制的下列特點：</p><p><b>　　(1)對象存在滯后</b></p><p>　　熱工生產大多是在龐

20、大的生產設備內進行，對象的儲存能力大，慣性也較大，設備內介質的流動或熱量傳遞都存在一定的阻力，并且往往具有自動轉向平衡的趨勢。因此，當流入(流出)對象的質量或能量發(fā)生變化時，由于存在容量、慣性、阻力，被控參數(shù)不可能立即產生響應，這種現(xiàn)象叫做滯后。</p><p>　　(2)對象特性的非線性</p><p>　　對象特性大多是隨負荷變化而變化，當負荷改變時，動態(tài)特性有明顯的不同。大多數(shù)生產過

21、程都具有非線性，弄清非線性產生的原因及非線性的實質是極為重要的。</p><p>　　(3)控制系統(tǒng)較復雜</p><p>　　從生產安全方面考慮，生產設備的設計制造都力求生產過程進行平穩(wěn)，參數(shù)變化不超出極限范圍，也不會產生振蕩，作為被控對象就具有非振蕩環(huán)節(jié)的特性。過程的穩(wěn)定被破壞后，往往具有自動趨向平衡的能力，即被控量發(fā)生變化時，對象本身能使被控量逐漸穩(wěn)定下來，這就具有慣性環(huán)節(jié)的特性。也

22、有不能趨向平衡，被控量一直變化而不能穩(wěn)定下來的，這就是具有積分的對象。任何生產過程被控制的參數(shù)都不是一個，這些參數(shù)又各具有不同的特性，因此要針對這些不同的特性設計相應不同的控制系統(tǒng)。</p><p>　　1.2.2 國內研究現(xiàn)狀</p><p>　　國內也有一些廠家研制了水箱液位系統(tǒng)。GWT 系列水箱液位控制實驗裝置由固高科技有限公司協(xié)同香港城市大學聯(lián)合研制開發(fā)而成， 并經(jīng)過香港城市大

23、學雙年的實踐檢驗，充分證明了其教學、實驗和研究價值。用戶既可通過經(jīng)典的PID控制器設計與調試，完成經(jīng)典控制教學實驗，也可通過模糊邏輯控制器的設計與調試，進行智能控制教學實驗與研究。各種控制器的控制效果既通過水位的變化直觀地反映出來，同時通過液位傳感器對水位的精確檢測，方便地獲得瞬態(tài)響應指標，準確評估控制性能。 開放的控制器平臺， 便于用戶進行自己的控制器設計， 滿足創(chuàng)新研究的需要。THJS-1 型水箱對象系統(tǒng)實驗裝置由浙江天煌科技實業(yè)有

24、限公司研制開發(fā)，它的出現(xiàn)為各大專院校，科研院所從事自動控制理論學習、研究及控制模型和算法探索的教師，科研人員及高年級本科生和研究生提供了一個具體的控制對象。</p><p>　　液位控制系統(tǒng)在國內各行各業(yè)的應用已經(jīng)十分廣泛，但從國內生產的液位控制器來講，同國外的日本、美國、德國等先進國家相比，仍然有差距。目前，我國液位控制主要以常規(guī)的 PID 控制器為主，它只能適應一般系統(tǒng)控制，難于控制滯后、復雜、時變溫度系統(tǒng)控

25、制。而適應于較高控制場合的智能化、自適應控制儀表，國內技術還不十分成熟，形成商品化并廣泛應用的控制儀表較少。由于工業(yè)過程控制的需要，特別是在微電子技術和計算機技術的迅猛發(fā)展以及自動控制理論和設計方法發(fā)展的推動下，國外液位控制系統(tǒng)發(fā)展迅速，并在智能化、自適應、參數(shù)自整定等方面取得成果，在這方面，以日本、美國、德國、瑞典等國技術領先，都生產出了一批商品化的、性能優(yōu)異的液位控制器及儀器儀表，并在各行業(yè)廣泛應用。</p><

26、p>　　1.3 過程控制的發(fā)展過程</p><p>　　過程控制是工業(yè)自動化的重要分支。幾十年來，工業(yè)過程控制取得了驚人的發(fā)展，無論是在大規(guī)模的結構復雜的工業(yè)生產過程中，還是在傳統(tǒng)工業(yè)過程改造中，過程控制技術對于提高產品質量以及節(jié)省能源等均起著十分重要的作用。</p><p>　　1.3.1 過程控制的發(fā)展</p><p>　　在現(xiàn)代工業(yè)控制中, 過程控制

27、技術是一歷史較為久遠的分支。在本世紀30 年代就已有應用。過程控制技術發(fā)展至今天, 在控制方式上經(jīng)歷了從人工控制到自動控制兩個發(fā)展時期。在自動控制時期內，過程控制系統(tǒng)又經(jīng)歷了三個發(fā)展階段, 它們是：分散控制階段, 集中控制階段和集散控制階段。 從過程控制采用的理論與技術手段來看，可以粗略地把它劃為三個階段：開始到70 年代為第一階段，70 年代至90 年代初為第二階段，90 年代初為第三階段開始。其中70 年代既是古典控制應用發(fā)

28、展的鼎盛時期，又是現(xiàn)代控制應用發(fā)展的初期，90 年代初既是現(xiàn)代控制應用發(fā)展的繁榮時期，又是高級控制發(fā)展的初期。第一階段是初級階段，包括人工控制，以古典控制理論為主要基礎，采用常規(guī)氣動、液動和電動儀表，對生產過程中的溫度、流量、壓力和液位進行控制，在諸多控制系統(tǒng)中，以單回路結構、PID 策略為主，同時針對不同的對象與要求，創(chuàng)造了一些專門的控制系統(tǒng)，如：使物料按比例配制的比值控制，克服大滯后的Smith 預估器，克服干擾的前饋控制和串級控制

29、等等，這階段的主要任務是穩(wěn)定系統(tǒng)，實現(xiàn)定值控制。這與當時生產水平是相適應的。</p><p>　　第二階段是發(fā)展階段，以現(xiàn)代控制理論為主要基礎，以微型計算機和高檔儀表為工具，對較復雜的工業(yè)過程進行控制。這階段的建模理論、在線辨識和實時控制已突破前期的形式，繼而涌現(xiàn)了大量的先進控制系統(tǒng)和高級控制策略，如克服對象特性時變和環(huán)境干擾等不確定影響的自適應控制，消除因模型失配而產生不良影響的預測控制等。這階段的主要任務是克

30、服干擾和模型變化，滿足復雜的工藝要求，提高控制質量。1975 年，世界上第一臺分散控制系統(tǒng)在美國Honeywell 公司問世，從而揭開了過程控制嶄新的一頁。分散控制系統(tǒng)也叫集散控制系統(tǒng)，它綜合了計算機技術、控制技術、通信技術和顯示技術，采用多層分級的結構形式,按總體分散、管理集中的原則，完成對工業(yè)過程的操作、監(jiān)視、控制。由于采用了分散的結構和冗余等技術，使系統(tǒng)的可靠性極高，再加上硬件方面的開放式框架和軟件方面的模塊化形式，使得它組態(tài)、擴

31、展極為方便，還有眾多的控制算法(幾十至上百種) 、較好的人—機界面和故障檢測報告功能。經(jīng)過20 多年的發(fā)展，它已日臻完善，在眾多的控制系統(tǒng)中，顯示出出類拔萃的風范，因此，可以毫不夸張地說，分散控制系統(tǒng)是過程控制發(fā)展史上的一個里程碑。</p><p>　　第三階段是高級階段，目前正在來到。</p><p>　　1.3.2 過程控制策略與算法的進展 </p><

32、p>　　幾十年來，過程控制策略與算法出現(xiàn)了三種類型：簡單控制、復雜控制與先進控制。通常將單回路PID控制稱為簡單控制。它一直是過程控制的主要手段。PID控制以經(jīng)典控制理論為基礎，主要用頻域方法對控制系統(tǒng)進行分析與綜合。目前，PID控制仍然得到廣泛應用。在許多DCS和PLC系統(tǒng)中，均沒有PID控制算法軟件，或PID控制模塊。</p><p>　　從20世紀50年代開始，過程控制界逐漸發(fā)展了串級控制、比值控制、

33、前饋控制、均勻控制和Smith預估控制等控制策略與算法，稱之為復雜控制。它們在很大程度上，滿足了復雜過程工業(yè)的一些特殊控制要求。它們仍然以經(jīng)典控制理論為基礎，但是在結構與應用上各有特色，而且在目前仍在繼續(xù)改進與發(fā)展。</p><p>　　20世紀70年代中后期，出現(xiàn)了以DCS和PLC為代表的新型計算機控制裝置，為過程控制提供了強有力的硬件與軟件平臺。</p><p>　　從20世紀80年代

34、開始，在現(xiàn)代控制理論和人工智能發(fā)展的理論基礎上，針對工業(yè)過程控制本身的非線性、時變性、耦合性和不確定性等特性，提出了許多行之有效的解決方法，如解耦控制、推斷控制、預測控制、模糊控制、自適應控制、人工神經(jīng)網(wǎng)絡控制等，常統(tǒng)稱為先進過程控制。近十年來，以專家系統(tǒng)、模糊邏輯、神經(jīng)網(wǎng)絡、遺傳算法為主要方法的基于知識的智能處理方法已經(jīng)成為過程控制的一種重要技術。先進過程控制方法可以有效地解決那些采用常規(guī)控制效果差，甚至無法控制的復雜工業(yè)過程的控制問

35、題。實踐證明，先進過程控制方法能取得更高的控制品質和更大的經(jīng)濟效益，具有廣闊的發(fā)展前景。</p><p>　　1.3.3 傳統(tǒng)過程控制存在的問題</p><p>　　(1) 隨著人們物質生活水平的提高以及市場競爭的日益激烈，產品的質量和功能也向更高的檔次發(fā)展，制造產品的工藝過程變得越來越復雜，為滿足優(yōu)質、高產、低消耗，以及安全生產、保護環(huán)境等要求，過程控制的任務也愈來愈繁重。這樣的生產過

36、程一般具有大慣性、大滯后、時變性、關聯(lián)性、不確定性和非線性的特點。這里的關聯(lián)性不僅包含過程對象中各物理參量之間的耦合交錯，而且包括被控量、操作量和干擾量之間的聯(lián)系；不確定性不單指結構上的不確定性，而且還指參數(shù)的不確定性；非線性既有非本質的非線性，也有本質非線性。由于工業(yè)過程的這種復雜性，決定了控制的艱難性。</p><p>　　(2) 傳統(tǒng)過程控制方式絕大多數(shù)是基于對象模型的，即按建模2控制2優(yōu)化進行的，建模的精

37、確程度決定著控制質量的高低。盡管目前建模的理論和方法有長足的進步，但仍有許多過程或對象的機理不清楚，動態(tài)特性難以掌握，如一些反應過程、冶煉過程、生化過程，甚至有些過程或對象難以用數(shù)學語言描述。這樣，我們不得不對過程模型進行簡化或近似，將一個理論上極為先進的控制策略應用在這樣的模型上，控制效果大打折扣是很自然的。如自適應控制，對緩慢的變化過程比較有效，但對變化劇烈的過程(如幅度大,非線性強) 卻力不從心了。因此，用傳統(tǒng)的控制手段進一步提高

38、過程控制的質量遇到了極大的困難，傳統(tǒng)控制方法面臨著嚴重的挑戰(zhàn)。</p><p>　　1.4 PID控制的發(fā)展現(xiàn)狀及意義</p><p>　　目前，工業(yè)自動化水平已經(jīng)成為衡量各行業(yè)現(xiàn)代化水平的一個重要標準。同時控制理論的發(fā)展也經(jīng)歷了經(jīng)典控制理論、現(xiàn)代控制理論和智能控制理論三個階段。生活中常見的智能控制的典型實例有全自動洗衣機和全自動電冰箱等。</p><p>　　根

39、據(jù)自動控制原理可知：控制系統(tǒng)根據(jù)其回路組成可分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。考慮到工業(yè)生產中的穩(wěn)定性與準確性要求，通常采用閉環(huán)控制系統(tǒng)作為實際生產中的控制模型。一個閉環(huán)控制系統(tǒng)通常包括控制器、傳感器、變送器、執(zhí)行機構、輸入輸出接口等組成部分。基本的工作原理是將控制器的輸出通過輸出接口、執(zhí)行機構加在被控系統(tǒng)上，控制系統(tǒng)的被控量通過過傳感器、變送器經(jīng)由輸入接口反饋回控制器。作為不同的控制系統(tǒng)，其傳感器、變送器和執(zhí)行機構都不盡相同。例如壓力控

40、制系統(tǒng)要采用壓力傳感器，而液位控制系統(tǒng)要采用壓力傳感器等。</p><p>　　傳統(tǒng)的液位自動控制系統(tǒng)，通常都是采用PID控制技術調節(jié)水泵功率以達到控制液位的效果，控制效果不甚理想。雖然PID控制是目前在工業(yè)控制中應用最為廣泛的控制技術之一，且占有主導地位，但是PID控制技術在解決一些復雜的、非線性的、時變的、遲滯的被控對象方面控制效果不太理想。另外，PID參數(shù)的整定難度較大且較為專業(yè)化，當系統(tǒng)受外界干擾控制條件

41、改變后，需要重新整定。因此控制效果不甚理想。</p><p>　　針對上述控制不理想的問題對使用的影響比較大的情況，需要進一步改進該控制系統(tǒng)，本課題提出用仿人智能PID控制方法，對控制區(qū)間進行了劃分，使控制算法更加精細;進一步提高了原控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、快速性和穩(wěn)定性。</p><p>　　我國以最大的社會效益和經(jīng)濟效益為目標，研究和開發(fā)綜合自動化技術是國民經(jīng)濟快速發(fā)展的需要，是參加國際市場

42、劇烈競爭的需要。在世紀交替之際，新技術的研究和開發(fā)將大大推動工業(yè)過程制度化的發(fā)展，并帶來巨大的社會效益和經(jīng)濟效益。</p><p>　　2 水箱的數(shù)學建模</p><p>　　2.1 數(shù)學模型的介紹</p><p>　　數(shù)學模型（Mathematical Model）是一種模擬，是用數(shù)學符號、數(shù)學式子、程序、圖形等對實際課題本質屬性的抽象而又簡潔的刻劃，它或能解

43、釋某些客觀現(xiàn)象，或能預測未來的發(fā)展規(guī)律，或能為控制某一現(xiàn)象的發(fā)展提供某種意義下的最優(yōu)策略或較好策略。數(shù)學模型一般并非現(xiàn)實問題的直接翻版，它的建立常常既需要人們對現(xiàn)實問題深入細微的觀察和分析，又需要人們靈活巧妙地利用各種數(shù)學知識。這種應用知識從實際課題中抽象、提煉出數(shù)學模型的過程就稱為數(shù)學建模（Mathematical Modeling）。 </p><p>　　不論是用數(shù)學方法在科技和生產領域解決哪類實際問題，還

44、是與其它學科相結合形成交叉學科，首要的和關鍵的一步是建立研究對象的數(shù)學模型，并加以計算求解。數(shù)學建模和計算機技術在知識經(jīng)濟時代的作用可謂是如虎添翼。</p><p>　　2.2 數(shù)學模型的建立</p><p>　　水箱是液位控制系統(tǒng)中的被控對象，若流入量和流出量相同，水箱的液位不變，平衡后當流入側閥門開大時，流入量大于流出量導致液位上升。同時由于出水壓力的增大使流出量逐漸增大，其趨勢是重

45、新建立起流入量與流出量之間的平衡關系，即液位上升到一定高度使流出量增大到與流入量相等而重新建立起平衡關系，液位最后穩(wěn)定在某一高度上；反之，液位會下降，并最終穩(wěn)定在另一高度上。由于水箱的流入量可以調節(jié)，流出量隨液位高度的變化而變化，所以只需建立流入量與液位高度之間的數(shù)學關系就可以建立該水箱對象的數(shù)學模型。</p><p>　　2.2.1 機理法</p><p>　　根據(jù)對象的特征和建模的目

46、的，對問題進行必要的、合理的簡化，用精確的語言做出假設，可以說是建模的關鍵一步．一般地說，一個實際問題不經(jīng)過簡化假設就很難翻譯成數(shù)學問題，即使可能，也很難求解．不同的簡化假設會得到不同的模型．假設作得不合理或過份簡單，會導致模型失敗或部分失敗，于是應該修改和補充假設；假設作得過分詳細，試圖把復雜對象的各方面因素都考慮進去，可能使你很難甚至無法繼續(xù)下一步的工作．通常，作假設的依據(jù)，一是出于對問題內在規(guī)律的認識，二是來自對數(shù)據(jù)或現(xiàn)象的分析，

47、也可以是二者的綜合．作假設時既要運用與問題相關的物理、化學、生物、經(jīng)濟等方面的知識，又要充分發(fā)揮想象力、洞察力和判斷力，善于辨別問題的主次，果斷地抓住主要因素，舍棄次要因素，盡量將問題線性化、均勻化．經(jīng)驗在這里也常起重要作用．寫出假設時，語言要精確，就象做習題時寫出已知條件那樣，根據(jù)所作的假設分析對象的因果關系，利用對象的內在規(guī)律和適當?shù)臄?shù)學工具，構造各個量(常量和變量)之間的等式(或不等式)關系或其他數(shù)學結構．這里除需要一些相關學科的

48、專門知識外，還常常需要較廣闊的應用數(shù)學方面的知識，以開拓思路.當然不能要求對數(shù)學學科門門精通,而</p><p>　　2.2.2 實驗法</p><p>　　實驗建模原則上是把被研究對象看作為一個黑箱，通過試駕不同的輸入信號，研究對象的輸出響應信號與輸入激勵信號之間的關系，估計出系統(tǒng)的數(shù)學模型，這種方法也可稱為系統(tǒng)辨識方法或者黑箱方法。</p><p>　　顯然，

49、任何一個對象都可能有多個輸入變量和輸出變量，當我們要研究的是x1與y1之間的關系時，就應該將施加的輸入信號家在x1輸入端上，并記錄相應的y1的變化。</p><p>　　這種方法對于復雜對象更為有效，對于已知的一階或者二階系統(tǒng)，通過試驗方法測取其特性參數(shù)也很方便，適用。</p><p>　　在這里主要是用階躍響應法，階躍響應是指一個階躍輸入加到系統(tǒng)上時系統(tǒng)的輸出。穩(wěn)態(tài)誤差是指系統(tǒng)的響應進入

50、穩(wěn)態(tài)后，系統(tǒng)的期望輸出與實際輸出之差?？刂葡到y(tǒng)的性能可以用穩(wěn)、準、快三個字來描述。穩(wěn)是指系統(tǒng)的穩(wěn)定性，一個系統(tǒng)要能正常工作，首先必須是穩(wěn)定的，從階躍響應上看應該是收斂的；準時指控制系統(tǒng)的準確性、控制精度，通常用穩(wěn)態(tài)誤差來描述，它表示系統(tǒng)輸出穩(wěn)態(tài)值與期望值只差；快是指控制系統(tǒng)相應的快速性，通常用上升時間來定量描述。</p><p>　　2.3 本文中水箱液位數(shù)學模型的建立</p><p>

51、　　水箱液位控制系統(tǒng)是一個單回路控制系統(tǒng)，它有兩個水箱相串聯(lián)，控制的目的是使下水箱的液位高度等于給定值所期望的高度，具有減少或消除來自系統(tǒng)內部或外部擾動的影響功能。顯然，這種反饋控制系統(tǒng)的性能完全取決于調節(jié)器Gc（S）的結構和參數(shù)的合理選擇。由于水箱的數(shù)學模型是二階的，故它的穩(wěn)定性不如單容液位控制系統(tǒng)。</p><p>　　2.3.1 系統(tǒng)介紹</p><p>　　對于階躍輸入（包括階躍

52、擾動），這種系統(tǒng)用比例（P）調節(jié)器去控制，系統(tǒng)有余差，且與比例度成正比，若用比例積分（PI）調節(jié)器去控制，不僅可實現(xiàn)無余差，而且只要調節(jié)器的參數(shù)δ和Ti調節(jié)得合理，也能使系統(tǒng)具有良好的動態(tài)性能。比例積分微分（PID）調節(jié)器是在PI調節(jié)器的基礎上再引入微分D的控制作用，從而使系統(tǒng)既無余差存在，又使其動態(tài)性能得到進一步改善。</p><p>　　因此，我利用力控組態(tài)軟件的控制策略里的傳遞函數(shù)模擬一個一階慣性系統(tǒng)，然后

53、，通過用策略里的PID模塊進行控制，通過PID進行整定！</p><p>　　由于水箱的非線性、 大慣性、 延遲特性， 控制策略研究主要有以下幾個方面： </p><p>　　(1) 預測控制。目前對水箱液位控制大多限于預測控制。例如，應用一種工</p><p>　　業(yè)上易于獲取的階躍響應模型， 根據(jù)其預測控制算法對有約束的水箱進行模型預</p>&

54、lt;p>　　測控制；或者利用神經(jīng)網(wǎng)絡廣義預測控制算法實現(xiàn)水箱的控制。 </p><p>　　(2) 容錯控制。由于水箱能夠在實驗過程中模擬各種實際應用故障，所以少</p><p>　　數(shù)實驗室也研究關于故障診斷和容錯控制在水箱上的應用。 </p><p>　　(3) 解耦控制。國內外水箱實驗系統(tǒng)大多通過閥門相互連通，水箱存在</p><p

55、>　　一定耦合，通過系統(tǒng)解耦進行控制。</p><p>　　2.3.2 建立步驟</p><p>　　本實驗選擇中水箱作為被測對象（也可選擇下水箱）。實驗之前先將儲水箱中貯足水量，然后將閥門F1-1、F1-2、F1-6全開，將上水箱出水閥門F1-9和中水箱出水閥F1-10開至適當開度，其余閥門均關閉。</p><p>　　鼠標左鍵點擊實驗項目“二階水箱對象特

56、性測試實驗”，系統(tǒng)進入正常的測試狀態(tài)，呈現(xiàn)的實驗界面如圖2-1所示。</p><p>　　圖2-1 系統(tǒng)監(jiān)控界面</p><p>　　（1) 按設計好的線路圖接線，確定無誤后方可合上電源。</p><p>　　(2) 打開監(jiān)控計算機，運行MCGS組態(tài)軟件，打開“液位串級過程控制系統(tǒng)”實驗。</p><p>　　(3) 先設定電動閥開度，系

57、統(tǒng)達到穩(wěn)態(tài)后記錄液位高度及此刻對應時間。</p><p>　?。?）設定電動閥開度為，系統(tǒng)達到穩(wěn)態(tài)后記錄液位高度</p><p><b>　?。?）求;</b></p><p><b>　　（6）整理實驗數(shù)據(jù)</b></p><p>　　2.3.3 實驗數(shù)據(jù)</p><p>

58、;<b>　　1） 原始數(shù)據(jù)記錄</b></p><p>　　當電動閥開度時。對應水位高度;</p><p>　　當電動閥開度。對應水位高度; </p><p>　　表2-1 原始數(shù)據(jù)表</p><p><b>　　2） 數(shù)據(jù)處理</b></p><p>　　G(s)=

59、G1(s)G2(s)= (2-1)</p><p><b>　　(2-2)</b></p><p><b>　　(2-3)</b></p><p><b>　　(2-4)</b></p><p>　　0.32〈t1/t2〈0.46

60、 (2-5)</p><p>　　根據(jù)以上公式求的,,,,的平均值及傳遞函數(shù)</p><p>　　G(s)=； (2-6)</p><p><b>　　（2-7）</b></p><p><b>　　3 硬件設計</b></p>

61、<p><b>　　3.1 變頻器</b></p><p>　　變頻器（Variable-frequency Drive，VFD）是應用變頻技術與微電子技術，通過改變電機工作電源頻率方式來控制交流電動機的電力控制設備。如圖3-1所示。變頻器主要由整流（交流變直流）、濾波、逆變（直流變交流）、制動單元、驅動單元、檢測單元微處理單元等組成。變頻器靠內部IGBT的開斷來調整輸出電源的

62、電壓和頻率，根據(jù)電機的實際需要來提供其所需要的電源電壓，進而達到節(jié)能、調速的目的，另外，變頻器還有很多的保護功能，如過流、過壓、過載保護等等。隨著工業(yè)自動化程度的不斷提高，變頻器也得到了非常廣泛的應用。</p><p><b>　　圖3-1變頻器</b></p><p>　　3.1.1 主回路</p><p>　?。?）主回路端子規(guī)格表<

63、;/p><p>　　表3-1主回路端子規(guī)格表</p><p>　?。?）主電路端子的端子排列與電源、電機的接線如圖3-2、圖3-3所示</p><p>　　圖3-2主電路端子的端子排列與電源、電機的接線圖</p><p>　　1）電源線必須連接至R/L1，S/L2，T/L3。絕對不能接U、V、W，否則會損壞變頻器。（沒有必要考慮相序）</p

64、><p>　　2）電機連接到U、V、W。接通正轉開關（信號）時，電機的轉動方向從負載軸方向看為逆時針方向。</p><p>　　圖 3-3連接專用外置型制動電阻器圖</p><p>　　3.1.2 控制回路</p><p><b>　　控制回路端子</b></p><p>　　表3-2控制回路端子表

65、</p><p>　?。?）簡單地說變頻器是通過改變電機輸入電壓的頻率來改變電機轉速的。各位從電機的轉速公式n=60f1(1-S)/P就可以看出，調節(jié)電機輸入電壓的頻率f1，即可改變電機的轉速n。并且頻率越大，轉速越快，而目前幾乎所有的低壓變頻器均采用以下圖3-4與圖3-5電路結構。</p><p>　　圖 3-4主電路端子接線圖</p><p>　　圖3-5控制電

66、路端子接線圖</p><p>　　3.1.3 變頻器的選擇</p><p>　　在調速范圍不大的情況下，可考慮選擇較為簡易的、只有U/f控制方式的變頻器，或采用無反饋矢量控制方式，對于風機和泵類負載，由于低速時轉矩比較小，對過載能力和轉速精度要求較低，可選用簡易型的變頻器或風機、泵類專用變頻器，這類專用變頻器具有工頻/變頻切換功能、多泵切換功能和PID功能，可以通過設定參數(shù)完成一些控制任

67、務，易于實現(xiàn)。而我們需要的就是這種。</p><p>　　3.1.4 變頻器的作用</p><p>　　變頻器集成了高壓大功率晶體管技術和電子控制技術，得到廣泛應用。變頻器的作用是改變交流電機供電的頻率和幅值，因而改變其運動磁場的周期，達到平滑控制電動機轉速的目的。變頻器的出現(xiàn)，使得復雜的調速控制簡單化，用變頻器+交流鼠籠式感應電動機組合替代了大部分原先只能用直流電機完成的工作，縮小了體

68、積，降低了維修率，使傳動技術發(fā)展到新階段。 </p><p>　　變頻器可以優(yōu)化電機運行，所以也能夠起到增效節(jié)能的作用。根據(jù)全球著名變頻器生產企業(yè)ABB的測算，單單該集團全球范圍內已經(jīng)生產并且安裝的變頻器每年就能夠節(jié)省1150億千瓦時電力，相應減少9,700萬噸二氧化碳排放，這已經(jīng)超過芬蘭一年的二氧化碳排放量。</p><p>　　3.2 壓力傳感器</p><p&g

69、t;　　液壓壓力傳感器（如圖3-6所示）是工業(yè)實踐中最為常用的一種壓力傳感器，其廣泛應用于各種工業(yè)自控環(huán)境，管道送風、鍋爐負壓等眾多行業(yè)。</p><p>　　圖3-6 平膜壓力傳感器</p><p>　　3.2.1 工作原理</p><p>　　液壓傳感器的工作原理是壓力直接作用在傳感器的膜片上，使膜片產生與介質壓力成正比的微位移，使傳感器的電阻發(fā)生變化，和用電

70、子線路檢測這一變化，并轉換輸出一個對應于這個壓力的標準信號。</p><p>　　3.3 電動調節(jié)閥</p><p>　　電動調節(jié)閥是工業(yè)自動化過程控制中的重要執(zhí)行單元儀表。隨著工業(yè)領域的自動化程度越來越高，正被越來越多的應用在各種工業(yè)生產領域中。與傳統(tǒng)的氣動調節(jié)閥相比具有明顯的優(yōu)點：電動調節(jié)閥節(jié)能（只在工作時才消耗電能），環(huán)保（無碳排放），安裝快捷方便（無需復雜的氣動管路和氣泵工作站）

71、。閥門按其所配執(zhí)行機構使用的動力，按其功能和特性分為線性特性，等百分比特性及拋物線特性三種（本次設計中采用的是線性特性的ML7420A8088電動調節(jié)閥）。</p><p>　　3.3.1 工作原理</p><p>　　通過接收工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的信號（如：4~20mA）來驅動閥門改變閥芯和閥座之間的截面積大小控制管道介質的流量、溫度、壓力等工藝參數(shù)。實現(xiàn)自動化調節(jié)功能。</p&g

72、t;<p>　　新型電動調節(jié)閥執(zhí)行器內含飼服功能，接受統(tǒng)一的4-20mA或1-5V·DC的標準信號，將電流信號轉變成相對應的直線位移，自動地控制調節(jié)閥開度，達到對管道內流體的壓力、流量、溫度、液位等工藝參數(shù)的連續(xù)調節(jié)。</p><p><b>　　4 PID控制</b></p><p>　　工程實際中，應用最為廣泛的調節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分

73、、微分控制，簡稱PID控制，又稱PID調節(jié)。PID控制器問世至今已有近70年歷史，它以其結構簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調整方便而成為工業(yè)控制的主要技術之一。當被控對象的結構和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學模型時，控制理論的其它技術難以采用時，系統(tǒng)控制器的結構和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗和現(xiàn)場調試來確定，這時應用PID控制技術最為方便。即當我們不完全了解一個系統(tǒng)和被控對象﹐或不能通過有效的測量手段來獲得系統(tǒng)參數(shù)時，最適合用PID控制技術。PI

74、D控制，實際中也有PI和PD控制。PID控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計算出控制量進行控制的。</p><p>　　4.1 比例（P）控制及調節(jié)過程</p><p>　　比例控制是一種最簡單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關系。當僅有比例控制時系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差（Steady-state error）。</p><p>　　在人工調

75、節(jié)的實踐中，如果能使閥門的開度與被調參數(shù)偏差成比例的話，就有可能使輸出量等于輸入量，從而使被調參數(shù)趨于穩(wěn)定，達到平衡狀態(tài)。這種閥門開度與被調參數(shù)的偏差成比例的調節(jié)規(guī)律，稱為比例調節(jié)。</p><p>　　比例調節(jié)規(guī)律及其特點</p><p>　　比例調節(jié)作用，一般用字母P來表示。如果用一個數(shù)學式來表示比例調節(jié)作用，可寫成：</p><p>　　式中 ——調節(jié)器的輸

76、出變化值；</p><p>　　——調節(jié)器的輸入，即偏差；</p><p>　　——比例調節(jié)器的放大倍數(shù)。</p><p>　　放大倍數(shù)是可調的，所以比例調節(jié)器實際上是一個放大倍數(shù)可調的放大器。</p><p>　　比例調節(jié)作用雖然及時、作用強，但是有余差存在，被調參數(shù)不能完全回復到給定值，調節(jié)精度不高，所以有時稱比例調節(jié)為“粗調”。純比例調

77、節(jié)只能用于干擾較小、滯后較小，而時間常數(shù)又不太小的對象。</p><p>　　4.2 積分（I）控制及調節(jié)過程</p><p>　　在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關系。對一個自動控制系統(tǒng)，如果在進入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡稱有差系統(tǒng)（System with Steady-state Error）。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積

78、分項”。積分項對誤差取決于時間的積分，隨著時間的增加，積分項會增大。這樣，即便誤差很小，積分項也會隨著時間的增加而加大，它推動控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進一步減小，直到等于零。因此，比例+積分（PI）控制器，可以使系統(tǒng)在進入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差。</p><p>　　對于工藝條件要求較高余差不允許存在的情況下，比例作用調節(jié)器不能滿足要求了，克服余差的辦法是引入積分調節(jié)。</p><p>　　因

79、為單純的積分作用使過程緩慢，并帶來一定程度的振蕩，所以積分調節(jié)很少單獨使用，一般都和比例作用組合在一起，構成比例積分調節(jié)器，簡稱PI調節(jié)器，其作用特性可用下式表示：</p><p>　　這里，表示PI調節(jié)作用的參數(shù)有兩個：比例度P和積分時間。而且比例度不僅影響比例部分，也影響積分部分，使總的輸出既具有調節(jié)及時、克服偏差有力的特點，又具有克服余差的性能。</p><p>　　由于它是在比例調

80、節(jié)（粗調）的基礎上，有加上一個積分調節(jié)（細調），所以又稱再調調節(jié)或重定調節(jié)。但是，積分時間太小，積分作用就太強，過程振蕩劇烈，穩(wěn)定程度低；積分時間太大，積分作用不明顯，余差消除就很慢。如果把積分時間放到最大，PI調節(jié)器就喪失了積分作用，成了一個純比例調節(jié)器。</p><p>　　4.3 微分（D）控制及調節(jié)過程</p><p>　　在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的微分（即誤差的

81、變化率）成正比關系。 </p><p>　　自動控制系統(tǒng)在克服誤差的調節(jié)過程中可能會出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。其原因是由于存在有較大慣性組件（環(huán)節(jié)）或有滯后（delay）組件，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前”，即在誤差接近零時，抑制誤差的作用就應該是零。這就是說，在控制器中僅引入“比例”項往往是不夠的，比例項的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項”，

82、它能預測誤差變化的趨勢，這樣，具有比例+微分的控制器，就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負值，從而避免了被控量的嚴重超調。所以對有較大慣性或滯后的被控對象，比例+微分（PD）控制器能改善系統(tǒng)在調節(jié)過程中的動態(tài)特性。</p><p>　　微分調節(jié)的作用主要是用來克服被調參數(shù)的容量滯后。在生產實際中，有經(jīng)驗的工人總是既根據(jù)偏差的大小來改變閥門的開度大小（比例作用），同時又根據(jù)偏差變化速度的大小進行調節(jié)。比如

83、當看到偏差變化很大時，就估計到即將出現(xiàn)很大的偏差而過量地打開（關閉）調節(jié)閥，以克服這個預計的偏差，這種根據(jù)偏差變化速度提前采取的行動，意味著有“超前”作用，因而能比較有效地改善容量滯后比較大的調節(jié)對象的調節(jié)質量。</p><p><b>　　什么是微分調節(jié)？</b></p><p>　　微分調節(jié)是指調節(jié)器的輸出變化與偏差變化速度成正比，可用數(shù)學表達式表示為： <

84、/p><p>　　式中： ——調節(jié)器的輸出變化值；</p><p><b>　　——微分時間；</b></p><p>　　——偏差信號變化的速度。</p><p>　　從上式可知，偏差變化的速度越大，微分時間越長，則調節(jié)器</p><p>　　的輸出變化就越大。對于一個固定不變的偏差，不管其有多大

85、，微分做用的輸出總是零，這是微分作用的特點。</p><p>　　由于實際微分器的比例度不能改變，固定為100%，微分作用也只在參數(shù)變化時才出現(xiàn)，所以實際微分器也不能單獨使用。一般都是和其它調節(jié)作用相配合，構成比例微分或比例積分微分調節(jié)器。</p><p>　　比例積分微分調節(jié)又稱PID調節(jié)，它可由下式表示：</p><p>　　PID調節(jié)中，有三個調節(jié)參數(shù)，就是比

86、例度P、積分時間、微分時間。適當選取這三個參數(shù)值，就可以獲得良好的調節(jié)質量。</p><p>　　由分析可知，PID三作用調節(jié)質量最好，PI調節(jié)第二，PD調節(jié)有余差。純比例調節(jié)雖然動偏差比PI調節(jié)小，但余差大，而純積分調節(jié)質量最差，所以一般不單獨使用。</p><p>　　5 MCGS組態(tài)軟件</p><p>　　5.1 MCGS簡介</p>&l

87、t;p>　　MCGS（Monitor and Control Generated System）是一套基于Windows平臺的，用于快速構造和生成上位機監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件系統(tǒng)，可運行于Microsoft Windows 95/98/Me/NT/2000等操作系統(tǒng)。</p><p>　　MCGS為用戶提供了解決實際工程問題的完整方案和開發(fā)平臺，能夠完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、實時和歷史數(shù)據(jù)處理、報警和安全機制、流程控制

88、、動畫顯示、趨勢曲線和報表輸出以及企業(yè)監(jiān)控網(wǎng)絡等功能。</p><p>　　MCGS具有操作簡便、可視性好、可維護性強、高性能、高可靠性等突出特點，已成功應用于石油化工、鋼鐵行業(yè)、電力系統(tǒng)、水處理、環(huán)境監(jiān)測、機械制造、交通運輸、能源原材料、農業(yè)自動化、航空航天等領域，經(jīng)過各種現(xiàn)場的長期實際運行，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。</p><p>　　目前，MCGS組態(tài)軟件已經(jīng)推出了MCGS通用版組態(tài)軟件、MC

89、GSWWW網(wǎng)絡版組態(tài)軟件和MCGSE嵌入版組態(tài)軟件。三類產品風格相同，功能各異，三者完美結合，融為一體，形成了整個工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)的從設備采集、工作站數(shù)據(jù)處理和控制、上位機網(wǎng)絡管理和web瀏覽的所有功能，很好的實現(xiàn)了自動控制一體化的功能。</p><p>　　本系統(tǒng)的設計是基于MCGS通用版組態(tài)軟件。</p><p>　　5.2 MCGS的構成</p><p>　　5

90、.2.1 MCGS組態(tài)軟件的系統(tǒng)構成</p><p>　　MCGS 軟件系統(tǒng)包括組態(tài)環(huán)境和運行環(huán)境兩個部分。組態(tài)環(huán)境相當于一套完整的工具軟件，幫助用戶設計和構造自己的應用系統(tǒng)。運行環(huán)境則按照組態(tài)環(huán)境中構造的組態(tài)工程，以用戶指定的方式運行，并進行各種處理，完成用戶組態(tài)設計的目標和功能。</p><p>　　圖5-1 MCGS的組態(tài)環(huán)境與運行環(huán)境聯(lián)系圖</p><p>

91、;　　MCGS組態(tài)軟件由“MCGS組態(tài)環(huán)境”和“MCGS運行環(huán)境”兩個系統(tǒng)組成。兩部分互相獨立，又緊密相關。</p><p>　　圖5-2 MCGS的組態(tài)環(huán)境與運行環(huán)境的結構圖</p><p>　　MCGS組態(tài)環(huán)境是生成用戶應用系統(tǒng)工作環(huán)境，由可執(zhí)行程序MCGSSet.exe支持，其存放于MCGS目錄的Program子目錄中。用戶在MCGS組態(tài)環(huán)境中完成動畫設計、設備連接、編寫控制流程、編

92、制工程打印報表等全部組態(tài)工作后，生成擴展名為.mcg的工程文件，又稱為組態(tài)結果數(shù)據(jù)庫，其與MCGS 運行環(huán)境一起，構成了用戶應用系統(tǒng)，統(tǒng)稱為“工程” 。</p><p>　　MCGS運行環(huán)境是用戶應用系統(tǒng)的運行環(huán)境，由可執(zhí)行程序MCGSRun.exe支持，其存放于MCGS目錄的Program子目錄中。在運行環(huán)境中完成對工程的控制工作。</p><p>　　5.2.2 MCGS組態(tài)軟件界面

93、簡介</p><p>　　MCGS組態(tài)軟件所建立的工程由主控窗口、設備窗口、用戶窗口、實時數(shù)據(jù)庫和運行</p><p>　　策略五部分構成，每一部分分別進行組態(tài)操作，完成不同的工作，具有不同的特性。</p><p>　　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個設備窗口和多個用戶窗口，負責調度和管理這些窗口的打開或關閉。主要的組態(tài)操作包括：定義工程的

94、名稱，編制工程菜單，設計封面圖形，確定自動啟動的窗口，設定動畫刷新周期，指定數(shù)據(jù)庫存盤文件名稱及存盤時間等。</p><p>　　設備窗口：是連接和驅動外部設備的工作環(huán)境。在本窗口內配置數(shù)據(jù)采集與控制輸出設備，注冊設備驅動程序，定義連接與驅動設備用的數(shù)據(jù)變量。</p><p>　　用戶窗口：本窗口主要用于設置工程中人機交互的界面，諸如：生成各種動畫顯示畫面、報警輸出、數(shù)據(jù)圖表等。</

95、p><p>　　實時數(shù)據(jù)庫：是工程各個部分的數(shù)據(jù)交換與處理中心，它將MCGS工程的各個部分連接</p><p>　　成有機的整體。在本窗口內定義不同類型和名稱的變量，作為數(shù)據(jù)采集、處理、輸出控制、動畫連接及設備驅動的對象。</p><p>　　運行策略：本窗口主要完成工程運行流程的控制。包括編寫控制程序，選用各種功能構件，如：數(shù)據(jù)提取、定時器、配方操作、多媒體輸出等。&

96、lt;/p><p>　　圖5-3 MCGS的組態(tài)軟件的五部分</p><p>　　5.3 MCGS組態(tài)軟件的功能和特點</p><p>　　（1）簡單的可視化操作界面</p><p>　　MCGS采用全中文、可視化、面向窗口的開發(fā)界面，以窗口為單位，構造用戶運行系統(tǒng)的圖形界面，使得MCGS的組態(tài)工作既簡單直觀，又靈活多變符合中國人的使用習慣和要

97、求。用戶可以使用系統(tǒng)的默認構架，也可以根據(jù)自己的需要自己組態(tài)配置圖形界面，生成各種類型和風格的圖形界面，包括DOS風格和標準Windows風格的圖形界面并且?guī)в袆赢嬓Ч墓ぞ邨l和狀態(tài)條等。</p><p>　?。?）實時性強、良好的并行處理性能</p><p>　　MCGS是真正的32位系統(tǒng)充分利用了32位Windows操作品臺的多任務、按優(yōu)先級分時操作的功能，以線程為單位對在工程作業(yè)中實

98、時性強的關鍵任務和實時性不強的非關鍵任務進行分時并行處理，使PC機廣泛應用于工程測控領域成為可能。</p><p>　?。?）豐富、生動的多媒體畫面</p><p>　　MCGS以圖像、圖符報表和曲線等多種形式，為操作員及時提供系統(tǒng)運行中的狀態(tài)、品質及異常報警等有關信息；通過對圖形大小的變化、顏色的改變、明暗的閃爍、圖形的移動反轉等多種手段，增強畫面的動態(tài)顯示效果；在圖元、圖符對象上定義相

99、應的狀態(tài)屬性，實現(xiàn)動畫效果。MCGS還為客戶提供了豐富的動畫構件，每個動畫構件都應一個特定的動畫功能。MCGS還支持多媒體功能，使能夠開發(fā)出集圖像、聲音、動畫為一體的漂亮、生動的工程畫面。</p><p>　　（4）開放式結構，廣泛的數(shù)據(jù)獲取和強大的數(shù)據(jù)處理功能</p><p>　　MCGS采用開放式結構，系統(tǒng)可以與廣泛的數(shù)據(jù)源交換數(shù)據(jù)，MCGS提供多種高性能的I/O驅動；支持Micros

100、oft開放數(shù)據(jù)庫互連（ODBC）接，有強大的數(shù)據(jù)庫連接能力；全面支持OPC(OLE for Process Control)標準，即可作為OPL客戶端，也可以作為OPC服務器，可以與更多的自動化設備相連接；MCGS通過DDE(Dynamic Data Exchange,動態(tài)數(shù)據(jù)交換)與其他應用程序交換數(shù)據(jù)，充分利用計算機豐富的軟件資源；MCGS全面支持ActiveX控制，提供極其靈活的面向對象的動態(tài)圖形功能，并且包含豐富的圖形庫。<

101、;/p><p>　?。?）強大的網(wǎng)絡功能</p><p>　　MCGS支持TCP/IP、MODEN、RS-458/RS-422/RS-232等多種網(wǎng)絡體系結構；使用MCGS網(wǎng)絡版組態(tài)軟件，可以在整個企業(yè)范圍內，用IE瀏覽器方便的瀏覽到實時和歷史的監(jiān)控信息，實現(xiàn)設備管理和企業(yè)管理的集成。</p><p>　?。?）多樣化的報警功能</p><p>

102、　　MCGS提供多種不同的警報方式，具有豐富的警報類型和靈活多樣的警報處理函數(shù)。不僅方便用戶進行警報設置，并且實現(xiàn)了系統(tǒng)實時顯示、打印警報信息的功能。警報信息的存儲與應答功能，為工業(yè)現(xiàn)場安全可靠地生產運行提供了有力的保障。</p><p>　　（7）實時數(shù)據(jù)庫為用戶分步組態(tài)提供極大方便</p><p>　　MCGS由主窗口、設備窗口、用戶窗口、實時數(shù)據(jù)庫和運行策略五個部分構成，其中實時數(shù)據(jù)

103、庫是一個數(shù)據(jù)處理中心，是系統(tǒng)各個部分及其各種功能性構件的功用數(shù)據(jù)區(qū)，是整個系統(tǒng)的核心。各個部件獨立地向實時數(shù)據(jù)庫輸入和輸出數(shù)據(jù)，并完成自己的差錯控制。在生成用戶應用系統(tǒng)時，每個部分均可分別進行組態(tài)配置，獨立創(chuàng)建，互不干擾；而在系統(tǒng)運行過程中，各個部分都通過實時數(shù)據(jù)庫交換，形成互相關連的整體。</p><p>　?。?）控制方便復雜的運行流程</p><p>　　MCGS開辟了“運行策略窗”

104、口，用戶可以選用系統(tǒng)提供的各種條件和功能的策略構件，用圖形化的方法和簡單的類Basic語言構造多分支的應用程序，按照設定的條件和順序，操作外部設備，控制窗口的打開或關閉，與實時數(shù)據(jù)交換，實現(xiàn)自由，準確地控制運行流程，同時也可以由用戶創(chuàng)建新的策略構件，擴展系統(tǒng)的功能。</p><p>　　（9）良好的可維護性和可擴充性</p><p>　　MCGS系統(tǒng)由五大功能模塊組成，主要的模塊以及構件的

105、形式來構造，不同的構件有著不同的功能，且各自的獨立。三種基本類型的構件（設備構件、動畫構件、策略構件）完成了MCGS系統(tǒng)三大部分（設備驅動、動畫構件和流程控制）的所有工作。除此之外，MCGS還提供了一套開放的可擴充接口，用戶可根據(jù)自己的用VB、VC等高等高級開發(fā)語言，編制特定的構件來擴充系統(tǒng)的功能。</p><p>　　（10）用數(shù)據(jù)庫來管理數(shù)據(jù)存儲，系統(tǒng)可靠性高</p><p>　　MC

106、GS中數(shù)據(jù)的存儲不再使用普通的文件，而是用數(shù)據(jù)庫來管理。組態(tài)時，系統(tǒng)生成的組態(tài)結構是一個數(shù)據(jù)庫；運行時，系統(tǒng)自動生成一個數(shù)據(jù)庫，保存和處理數(shù)據(jù)對象和報警信息的數(shù)據(jù)。利用數(shù)據(jù)庫來保存數(shù)據(jù)和處理數(shù)據(jù)，提高了系統(tǒng)的可靠性和運行效率；同時，也使其他應用軟件系統(tǒng)能直接數(shù)據(jù)庫中存盤數(shù)據(jù)。</p><p>　　5.4 MCGS組態(tài)軟件的工作方式</p><p>　　MCGS與設備通訊之間的通訊：MCG

107、S通過設備驅動程序與外部設備進行數(shù)據(jù)交換。包括數(shù)據(jù)采集和發(fā)送設備指令。設備驅動程序是由VB、VC程序設計語言編寫的DLL（動態(tài)連接庫）文件，設備驅動程序中包含符合各種設備通訊協(xié)議的處理程序，將設備運行狀態(tài)的特征數(shù)據(jù)采集進來或發(fā)送出去。MCGS負責在運行環(huán)境中調用相應的設備驅動程序，將數(shù)據(jù)傳送到工程中的各個部分，完成整個系統(tǒng)的通訊過程。每個驅動程序獨占一個線程，達到互不干擾的目的。</p><p>　　MCGS產生

108、動畫效果：MCGS為每一種基本圖形元素定義了不同的動畫屬性，如：一個長方形的動畫屬性有可見度，大小變化，水平移動等，每一種動畫屬性都會產生一定的動畫效果。所謂動畫屬性，實際上是反映圖形大小、顏色、位置、可見度、閃爍性等狀態(tài)的特征參數(shù)。然而，我們在組態(tài)環(huán)境中生成的畫面都是靜止的，如何在工程運行中產生動畫效果呢？方法是：圖形的每一種動畫屬性中都有一個“表達式”設定欄，在該欄中設定一個與圖形狀態(tài)相聯(lián)系的數(shù)據(jù)變量，連接到實時數(shù)據(jù)庫中，以此建立相

109、應的對應關系，MCGS稱之為動畫連接。</p><p>　　工程運行流程的有效控制：MCGS開辟了專用的“運行策略”窗口，建立用戶運行策略。MCGS提供了豐富的功能構件，供用戶選用，通過構件配置和屬性設置兩項組態(tài)操作，生成各種功能模塊（稱為“用戶策略”），使系統(tǒng)能夠按照設定的順序和條件，操作實時數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)對動畫窗口的任意切換，控制系統(tǒng)的運行流程和設備的工作狀態(tài)。所有的操作均采用面向對象的直觀方式，避免了煩瑣的編