雙容水箱液位調(diào)節(jié)閥遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) </b></p><p>　　課題名稱(chēng)： 雙容水箱液位調(diào)節(jié)閥遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　院 系： 自動(dòng)化學(xué)院 </p><p>　　專(zhuān) 業(yè)： 自動(dòng)化

2、 </p><p>　　班 級(jí)： </p><p>　　學(xué)生姓名： </p><p>　　導(dǎo)師姓名： xx 職稱(chēng)： 講師 </p><p>　

3、　起止時(shí)間： 2011年1月10日 至 2011年06月17日 </p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)書(shū)</p><p><b>　　任務(wù)與要求</b></p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開(kāi)題報(bào)告</p><p>　　自動(dòng)化 系 自動(dòng)化 專(zhuān)業(yè) 07 級(jí) 03 班</p>

4、<p>　　課題名稱(chēng)： 雙容水箱液位調(diào)節(jié)閥</p><p><b>　　遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　說(shuō)明：</b></p><p>　　本報(bào)告必須由承擔(dān)畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))課題任務(wù)的學(xué)生在畢業(yè)論文(設(shè)計(jì)) 正式開(kāi)始的第1周周五之前獨(dú)立撰寫(xiě)完成，并交指導(dǎo)教師審閱。</p>

5、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1 本課題研究的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀1</p><p&g

6、t;　　1.2 本課題研究的意義1</p><p>　　1.3 本論文的研究?jī)?nèi)容2</p><p><b>　　2 PID3</b></p><p>　　2.1 PID調(diào)節(jié)原理3</p><p>　　2.1.1 PID概述3</p><p>　　2.1.2 PID控制原理及特點(diǎn)3&l

7、t;/p><p>　　2.2 PID算法4</p><p>　　2.2.1 PID算法概述4</p><p>　　3 PLC和組態(tài)王軟件6</p><p>　　3.1 PLC S7-300介紹6</p><p>　　3.1.1 S7-300硬件介紹6</p><p>　　3.2 S7-3

8、00編程7</p><p>　　3.2.1 創(chuàng)建工程7</p><p>　　3.2.2 硬件組態(tài)9</p><p>　　3.2.3 創(chuàng)建編寫(xiě)程序模塊10</p><p>　　3.2.4 編寫(xiě)程序13</p><p>　　3.3 組態(tài)王17</p><p>　　3.3.1 組態(tài)王的定義

9、17</p><p>　　3.3.2 組態(tài)王的特點(diǎn)17</p><p>　　3.3.3組態(tài)王的應(yīng)用17</p><p>　　3.3.4 組態(tài)王與I/O設(shè)備18</p><p>　　3.4 組態(tài)王畫(huà)面18</p><p>　　3.4.1 組態(tài)王的設(shè)備組態(tài)19</p><p>　　3.4

10、.2 組態(tài)王定義變量21</p><p>　　3.4.3 新建畫(huà)面24</p><p>　　3.4.4 建立動(dòng)畫(huà)鏈接25</p><p>　　4 運(yùn)行和調(diào)試26</p><p>　　4.1 測(cè)試題26</p><p>　　4.1.1 雙容水箱液位單回路控制流程圖26</p><p>

11、;　　4.1.2 測(cè)試清單26</p><p>　　4.2 上位組態(tài)要求27</p><p>　　4.2.1 組態(tài)流程圖界面27</p><p>　　4.2.2 儀器參數(shù)清單27</p><p>　　4.3 操作過(guò)程和調(diào)試28</p><p>　　4.4 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)結(jié)果及分析29</p><

12、p>　　4.4.1 尋找水箱開(kāi)度實(shí)驗(yàn)29</p><p>　　4.4.2 PID參數(shù)實(shí)驗(yàn)31</p><p><b>　　結(jié)論與展望35</b></p><p><b>　　致謝36</b></p><p><b>　　參考書(shū)目37</b></p>

13、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　過(guò)程控制以表征生產(chǎn)過(guò)程的參量為被控制量使之接近給定值或保持在給定范圍內(nèi)的自動(dòng)控制系統(tǒng)。這里“過(guò)程”是指在生產(chǎn)裝置或設(shè)備中進(jìn)行的物質(zhì)和能量的相互作用和轉(zhuǎn)換過(guò)程。表征過(guò)程的主要參量有溫度、壓力、流量、液位、成分、濃度等。通過(guò)對(duì)過(guò)程參量的控制，可使生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)品的產(chǎn)量增加、質(zhì)量提高和能耗減少。一般的過(guò)程控制系統(tǒng)通常采用反饋控制的形式

14、，這是過(guò)程控制的主要方式。</p><p>　　液位控制是工業(yè)中常見(jiàn)的過(guò)程控制，它對(duì)生產(chǎn)的影響不容忽視。單容液位控制系統(tǒng)具有非線(xiàn)性，滯后，耦合等特征，能夠很好的模擬工業(yè)過(guò)程特征。對(duì)于液位控制系統(tǒng)，常規(guī)的PID控制采用固定的參數(shù)，難以保證控制適應(yīng)系統(tǒng)的參數(shù)變化和工作條件變化，得不到理想效果，模糊控制具有對(duì)參數(shù)變化不敏感和魯棒性強(qiáng)等特征，但控制精度不太理想。如果將模糊控制和傳統(tǒng)的PID控制兩者結(jié)合，用模糊控制理論來(lái)整

15、定PID控制器的比例，積分，微分系統(tǒng)，就能更好的適應(yīng)控制系統(tǒng)的參數(shù)變化和工作條件的變化。</p><p>　　本題目設(shè)計(jì)豎直雙容下水箱液位調(diào)節(jié)閥控制系統(tǒng)，主要用PID算法實(shí)現(xiàn)豎直雙容下水箱液位和調(diào)節(jié)閥開(kāi)度的自動(dòng)調(diào)節(jié)，用A3000過(guò)程控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)控制。</p><p>　　關(guān)鍵詞：液位控制 A3000控制系統(tǒng) S7-300 控制 PID</p><p><b&g

16、t;　　Abstract</b></p><p>　　Process control in the production process of parameter is characterized by control that close to a given value amount in a given range or to maintain the automatic control sys

17、tem. Here "process" refers to the production device or equipment of matter and energy in the interaction and conversion process. The main process parameters have characterized the temperature, pressure, and flo

18、w, liquid level, components, concentration, etc. Through the control of process parameter, can make the production </p><p>　　Liquid level control is industrial process control, common in the influence on pro

19、duction can not be ignored. Single let liquid level control system with nonlinear and coupling, lag can be good features, such as simulated industrial process characteristics. For liquid level control system, the convent

20、ional PID control adopts fixed parameters, difficult to ensure control of adaptive system parameter variations and working conditions change, not the ideal effect, the fuzzy control is not sensitive</p><p>　

21、　This topic design vertical double let next cistern level regulator control system, mainly using PID algorithm to realize the vertical double let next cistern level and regulator opening with the automatic adjustment, A3

22、000 process control system to realize control.</p><p>　　Keywords: level control S7-300 A3000 control system of PID</p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1 本課題研究的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀</p&g

23、t;<p>　　在過(guò)去幾十年里，PID 控制器在工業(yè)控制中得到了廣泛應(yīng)用。在控制理論和技術(shù)飛速發(fā)展的今天，工業(yè)過(guò)程控制中95%以上的控制回路都具有PID 結(jié)構(gòu)，并且許多高級(jí)控制都是以PID 控制為基礎(chǔ)。我們今天所熟知的PID 控制器產(chǎn)生并發(fā)展于1915-1940 年期間。盡管自1940 年以來(lái)，許多先進(jìn)控制方法不斷推出，但PID 控制器以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)模型誤差具有魯棒性及易于操作等優(yōu)點(diǎn)，仍被廣泛應(yīng)用于冶金、化工、電力、輕工

24、和機(jī)械等工業(yè)過(guò)程控制中。PID 控制器作為早實(shí)用化的控制器已有70 多年歷史，它的算法簡(jiǎn)單易懂、使用中參數(shù)容易整定，也正是由于這些優(yōu)點(diǎn)，PID 控制器現(xiàn)在仍然是應(yīng)用最廣泛的工業(yè)控制器。PID 的發(fā)展過(guò)程，很大程度上是它的參數(shù)整定方法和參數(shù)自適應(yīng)方法的研究過(guò)程。最早的PID 參數(shù)工程整定方法是在1942 年由Ziegler 和Nichols 提出的簡(jiǎn)為Z-N 的整定公式，盡管時(shí)間已經(jīng)過(guò)去了半個(gè)世紀(jì)，但至今還在工業(yè)控制中普遍應(yīng)用。1953

25、年Cohen 和Coon 繼承和發(fā)展了Z-N 公式，同時(shí)也提出了一種考慮被控過(guò)程時(shí)滯大小的Cohen-Coon 整定公式。從目前PID 參數(shù)整定方法的</p><p>　　本課題水箱液位控制采用調(diào)節(jié)閥控制液位，基于A3000 的豎直雙容下水箱液位調(diào)節(jié)閥PID 控制大體可以分為三種分別是非調(diào)節(jié)的開(kāi)/關(guān)液位控制、可調(diào)的開(kāi)/關(guān)液位控制、調(diào)節(jié)型液位控制。</p><p>　　1.2 本課題研究的意

26、義</p><p>　　隨著工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)自動(dòng)化檢測(cè)、測(cè)控系統(tǒng)的要求越來(lái)越高。一方面希望可靠性、實(shí)施性強(qiáng)，界面友好，操作簡(jiǎn)單，另一方面又要求開(kāi)發(fā)周期短，系統(tǒng)便于升級(jí)改造。因此最好的辦法就是在系統(tǒng)中利用各種控制軟件包，即組態(tài)軟件，并以此為平臺(tái)進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。組態(tài)軟件實(shí)際上是一個(gè)專(zhuān)為工控開(kāi)發(fā)的工具軟件。它為用戶(hù)提供了多種通用工具模塊，用戶(hù)不需要掌握太多的編程語(yǔ)言技術(shù)，就能很好地完成一個(gè)復(fù)雜工程所要求的多個(gè)

27、功能。另外，用組態(tài)軟件開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)具有與Windows 一致的圖形化操作界面，非常便于生產(chǎn)的組織和管理。液位作為工業(yè)過(guò)程中的重要參數(shù)，廣泛應(yīng)用于化工、冶金、醫(yī)藥、航空燈領(lǐng)域，對(duì)液位的控制效果直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量，甚至影響生產(chǎn)設(shè)備的安全性。液位控制和人們的生活息息相關(guān)，我們有必要對(duì)其進(jìn)行一些簡(jiǎn)單的研究。液位不僅是工業(yè)過(guò)程中的常見(jiàn)變量，且便于直接觀察，也容易測(cè)量。以液位過(guò)程構(gòu)成實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，可靈活地進(jìn)行過(guò)程組態(tài)，實(shí)施各種不同的控制方案，可以構(gòu)成一

28、階系統(tǒng)，二階系統(tǒng)、三階系統(tǒng)和雙入雙出系統(tǒng)。液位控制系統(tǒng)是過(guò)程控制的重要研究模型，對(duì)液位控制系統(tǒng)的研究具有顯著的理論和實(shí)際意義。為了提高我在進(jìn)入自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)工作崗位之前的實(shí)</p><p>　　1.3 本論文的研究?jī)?nèi)容</p><p>　　本次實(shí)驗(yàn)所用的A3000 過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是以工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)工藝設(shè)備為背景，以</p><p>　　自動(dòng)化教學(xué)要求和自動(dòng)化工程師認(rèn)證技能測(cè)

29、試要求為依據(jù)推出的實(shí)驗(yàn)、培訓(xùn)和測(cè)</p><p><b>　　試平臺(tái)。</b></p><p>　　本論文主要介紹了PID 的原理、S7-300 介紹、S7-300 編程、組態(tài)王6.5 介</p><p>　　紹、組態(tài)王6.5 制圖、基于A3000 的豎直雙容下水箱液位調(diào)節(jié)閥PID 控制實(shí)驗(yàn)過(guò)</p><p><b

30、>　　程和對(duì)實(shí)驗(yàn)的分析。</b></p><p>　　本次實(shí)驗(yàn)具體需要應(yīng)用組態(tài)王6.5 軟件來(lái)建立雙容液位控制組態(tài)，并且通過(guò)</p><p>　　基于A3000 的豎直雙容下水箱液位調(diào)節(jié)閥PID 控制S7-300 來(lái)進(jìn)行編程，然后將上位機(jī)軟件系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)相連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)液位的控制。</p><p>　　實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，下水箱液位受到管道壓力、流量和調(diào)節(jié)

31、閥開(kāi)度的影響，為了很</p><p>　　好的調(diào)節(jié)下水箱液位和管道壓力、流量和調(diào)節(jié)閥開(kāi)度之間的關(guān)系，應(yīng)用PID 算法</p><p>　　來(lái)達(dá)到調(diào)節(jié)要求。因此用液位調(diào)節(jié)閥PID 控制來(lái)調(diào)節(jié)液位有重要的研究?jī)r(jià)值。</p><p>　　實(shí)驗(yàn)最終結(jié)果是通過(guò)對(duì)水箱開(kāi)度和P、I、D 三個(gè)參數(shù)的調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)對(duì)水箱液位</p><p><b>　　的

32、控制。</b></p><p><b>　　2 PID</b></p><p>　　2.1 PID調(diào)節(jié)原理</p><p>　　2.1.1 PID概述</p><p>　　目前工業(yè)自動(dòng)化水平已成為衡量各行各業(yè)現(xiàn)代化水平的一個(gè)重要標(biāo)志。同時(shí)，控制理論的發(fā)展也經(jīng)歷了古典控制理論、現(xiàn)代控制理論和智能控制理論三個(gè)階

33、段。智能 控制的典型實(shí)例是模糊全自動(dòng)洗衣機(jī)等。</p><p>　　自動(dòng)控制系統(tǒng)可分為開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。一個(gè)控制系統(tǒng)包括控制器、傳感器、變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、輸入輸出接 口。控制器的輸出經(jīng)過(guò)輸出接口、執(zhí)行機(jī)構(gòu)，加到被控系統(tǒng)上；控制系統(tǒng)的被控量，經(jīng)過(guò)傳感器，變送器，通過(guò)輸入接口送到控制器。不同的控制系統(tǒng)，其傳感器、 變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)是不一樣的。比如壓力控制系統(tǒng)要采用壓力傳感器。電加熱控制系統(tǒng)的傳感器是溫度傳感

34、器。</p><p>　　目前，PID控制及其控制器或智能PID控制器 （儀表）已經(jīng)很多，產(chǎn)品已在工程實(shí)際中得到了廣泛的應(yīng)用，有各種各樣的PID控制器產(chǎn)品，各大公司均開(kāi)發(fā)了具有PID參數(shù)自整定功能的智能調(diào)節(jié)器 (intelligent regulator)，其中PID控制器參數(shù)的自動(dòng)調(diào)整是通過(guò)智能化調(diào)整或自校正、自適應(yīng)算法來(lái)實(shí)現(xiàn)。有利用PID控制實(shí)現(xiàn)的壓力、溫度、流量、液位控制 器，能實(shí)現(xiàn)PID控制功能的可編程控

35、制器(PLC)，還有可實(shí)現(xiàn)PID控制的PC系統(tǒng)等等。</p><p>　　2.1.2 PID控制原理及特點(diǎn) </p><p>　　在工程實(shí)際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡(jiǎn)稱(chēng)PID控制，又稱(chēng)PID調(diào)節(jié)。PID控制器問(wèn)世至今已有近70年歷史，它 以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。當(dāng)被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的

36、數(shù)學(xué)模型時(shí)，控制理論的 其它技術(shù)難以采用時(shí)，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試來(lái)確定，這時(shí)應(yīng)用PID控制技術(shù)最為方便。即當(dāng)我們不完全了解一個(gè)系統(tǒng)和被控對(duì)象，或 不能通過(guò)有效的測(cè)量手段來(lái)獲得系統(tǒng)參數(shù)時(shí)，最適合用PID控制技術(shù)。PID控制，實(shí)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(jì)算出控制量進(jìn)行控制的。 </p><p><b>　　比例（P）控制 <

37、/b></p><p>　　比例控制是一種最簡(jiǎn)單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)成比例關(guān)系。當(dāng)僅有比例控制時(shí)系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差（Steady-state error）。 </p><p><b>　　積分（I）控制 </b></p><p>　　在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的積分成正比關(guān)系。對(duì)一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，如果在

38、進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱(chēng)這個(gè)控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的 或簡(jiǎn)稱(chēng)有差系統(tǒng)。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項(xiàng)”。積分項(xiàng)對(duì)誤差取決于時(shí)間的積分，隨著時(shí)間的增加，積分項(xiàng)會(huì)增大。這樣，即便誤差很小，積 分項(xiàng)也會(huì)隨著時(shí)間的增加而加大，它推動(dòng)控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)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(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無(wú)穩(wěn)態(tài)誤差。 </p><p><b>　　微分（D）控制 &

39、lt;/b></p><p>　　在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的微分（即誤差的變化率）成正比關(guān)系。 自動(dòng)控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過(guò)程中可能會(huì)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(shí)，抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。這就是說(shuō)，在控制器中僅引入 “比例”

40、項(xiàng)往往是不夠的，比例項(xiàng)的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項(xiàng)”，它能預(yù)測(cè)誤差變化的趨勢(shì)，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(fù)值，從而避免了被控量的嚴(yán)重超調(diào)。所以對(duì)有較大慣性或滯后的被控對(duì)象，比例+微分(PD)控制器能改善系統(tǒng)在 調(diào)節(jié)過(guò)程中的動(dòng)態(tài)特性。 </p><p><b>　　2.2 PID算法</b></p><

41、;p>　　2.2.1 PID算法概述</p><p>　　在過(guò)程控制中，按偏差的比例（P）、積分（I）和微分（D）進(jìn)行控制的PID控制器（亦稱(chēng)PID調(diào)節(jié)器）是應(yīng)用最為廣泛的一種自動(dòng)控制器。它具有原理簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，適用面廣，控制參數(shù)相互獨(dú)立，參數(shù)的選定比較簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)；而且在理論上可以證明，對(duì)于過(guò)程控制的典型對(duì)象──“一階滯后＋純滯后”與“二階滯后＋純滯后”的控制對(duì)象，PID控制器是一種最優(yōu)控制。PID調(diào)節(jié)規(guī)

42、律是連續(xù)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)品質(zhì)校正的一種有效方法，它的參數(shù)整定方式簡(jiǎn)便，結(jié)構(gòu)改變靈活（PI、PD、…）。</p><p>　　2.2.2 PID參數(shù)整定</p><p>　　對(duì)于純滯后對(duì)象的補(bǔ)償控制點(diǎn)采用了Smith預(yù)測(cè)器，使控制對(duì)象與補(bǔ)償環(huán)節(jié)一起構(gòu)成一個(gè)簡(jiǎn)單的慣性環(huán)節(jié)。 </p><p>　　(1) 比例系數(shù)Ｋp對(duì)系統(tǒng)性能的影響</p><p>　　

43、比例系數(shù)加大，使系統(tǒng)的動(dòng)作靈敏，速度加快，穩(wěn)態(tài)誤差減小。Ｋp偏大，振蕩次數(shù)加多，調(diào)節(jié)時(shí)間加長(zhǎng)。Ｋp太大時(shí)，系統(tǒng)會(huì)趨于不穩(wěn)定。Ｋp太小，又會(huì)使系統(tǒng)的動(dòng)作緩慢。Ｋp可以選負(fù)數(shù)，這主要是由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳感器以控制對(duì)象的特性決定的。如果Ｋｃ的符號(hào)選擇不當(dāng)對(duì)象狀態(tài)(pv值)就會(huì)離控制目標(biāo)的狀態(tài)(sv值)越來(lái)越遠(yuǎn)，如果出現(xiàn)這樣的情況Ｋp的符號(hào)就一定要取反。 </p><p>　　(2) 積分控制Ｔｉ對(duì)系統(tǒng)性能的影響 </

44、p><p>　　積分作用使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，Ｔｉ?。ǚe分作用強(qiáng)）會(huì)使系統(tǒng)不穩(wěn)定，但能消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高系統(tǒng)的控制精度。 </p><p>　　(3) 微分控制Ｔｄ對(duì)系統(tǒng)性能的影響</p><p>　　微分作用可以改善動(dòng)態(tài)特性，Ｔｄ偏大時(shí)，超調(diào)量較大，調(diào)節(jié)時(shí)間較短。Ｔｄ偏小時(shí)，超調(diào)量也較大，調(diào)節(jié)時(shí)間也較長(zhǎng)。只有Ｔｄ合適，才能使超調(diào)量較小，減短調(diào)節(jié)時(shí)間。</p>

45、<p>　　3 PLC和組態(tài)王軟件</p><p>　　3.1 PLC S7-300介紹</p><p>　　3.1.1 S7-300硬件介紹</p><p>　　S7-300主要支持的硬件有：</p><p><b>　?。?）電源（PS）</b></p><p>　　電源模塊提

46、供了機(jī)架和CPU內(nèi)部的供電電源，置于1號(hào)機(jī)架的位置。</p><p>　?。?）中央處理器（CPU）</p><p>　　CPU存儲(chǔ)并處理用戶(hù)程序，為模塊分配參數(shù)，通過(guò)嵌入的MPI總線(xiàn)處理編程設(shè)備和PC、模塊、其它站點(diǎn)之間的通訊，并可以為進(jìn)行DP主站或從站操作裝配一個(gè)集成的DP接口。置于2號(hào)機(jī)架。</p><p>　?。?）接口模塊（IM）</p>&

47、lt;p>　　接口模塊將各個(gè)機(jī)架連接在一起。不同型號(hào)的接口模塊可支持機(jī)架擴(kuò)展或PROFIBUS　DP連接。置于3號(hào)機(jī)架，沒(méi)有接口模塊時(shí)，機(jī)架位置為空。</p><p>　?。?）信號(hào)模塊（SM）</p><p>　　通常稱(chēng)為I/O（輸入/輸出）模塊。測(cè)量輸入信號(hào)并控制輸出設(shè)備。信號(hào)模塊可用于數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)，還可用于進(jìn)行連接，如傳感器和啟動(dòng)器的連接。</p><

48、p>　　（5）功能模塊（FM）</p><p>　　用于進(jìn)行復(fù)雜的、重要的但獨(dú)立于CPU的過(guò)程，如：計(jì)算、位置控制和閉環(huán)控制。</p><p>　?。?）通訊處理器（CP）</p><p>　　模塊化的通訊處理器通過(guò)連接各個(gè)SIMATIC站點(diǎn)，如：工業(yè)以太網(wǎng)，PROFIBUS或串行的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接等。后三個(gè)模塊在機(jī)架上可以任意放置，系統(tǒng)可以自動(dòng)分配模塊的地址。&l

49、t;/p><p>　　需要說(shuō)明的是，每個(gè)機(jī)架最多只能安裝8個(gè)信號(hào)模塊、功能模塊或通訊模塊。如果系統(tǒng)任務(wù)超過(guò)了8個(gè)，則可以擴(kuò)展機(jī)架（每個(gè)帶CPU的中央機(jī)架可以擴(kuò)展3個(gè)機(jī)架）。　</p><p>　　我們使用比較多的配置是：S7-300 PLC控制系統(tǒng)包含電源模塊PS307、中央處理器CPU 313C-2DP、模擬量I/O模塊SM334。其中CPU 313C-2DP自帶16DI/16DO，內(nèi)含40

50、針前連接器一個(gè)，配一個(gè)64k存儲(chǔ)卡。SM334內(nèi)含20針前連接器一個(gè)。如下圖所示：</p><p>　　圖3-1 CPU 模塊</p><p>　　3.2 S7-300編程</p><p>　　S7-300編程主要分為：創(chuàng)建工程、硬件組態(tài)、程序編寫(xiě)三個(gè)方面。</p><p>　　3.2.1 創(chuàng)建工程</p><p>　

51、　單擊：文件→新建（N）…,新建一個(gè)工程，如下圖所示：</p><p><b>　　圖3-2新建工程</b></p><p>　　在下圖中輸入工程名稱(chēng)“雙容水箱液位控制系統(tǒng)”，在“瀏覽”中選擇存儲(chǔ)路徑。</p><p>　　圖 3-3 命名及存儲(chǔ)路徑的選擇</p><p>　　點(diǎn)擊“確定”按鈕，生成如下圖所示的新工程。&

52、lt;/p><p><b>　　圖3-4 新建工程</b></p><p>　　在新工程中建立SIMATIC S7-300站。添加方法如下：右鍵單擊“雙容水箱液位控制系統(tǒng)” →“插入新對(duì)象”→“SIMATIC 300 站點(diǎn)”，如下圖所示：</p><p>　　圖 3-5 建立SIMATIC S7-300 站點(diǎn)</p><p>

53、;　　單擊SIMATIC 300(1) 站點(diǎn)會(huì)出現(xiàn)“硬件”組態(tài)圖標(biāo)，雙擊此圖標(biāo)進(jìn)入“硬件組態(tài)”環(huán)境，如下圖所示：</p><p><b>　　圖3-6 硬件組態(tài)</b></p><p>　　3.2.2 硬件組態(tài)</p><p>　　雙擊硬件組態(tài)后出現(xiàn)HW Config 窗口。</p><p>　　在HW Config 窗

54、口中單擊右下方“SIMATIC 300” →“RACK-300” →“Rail”加入道軌“Rail”如下圖所示：</p><p>　　圖3-7 “加入道軌Rail”</p><p>　　加入道軌后在窗口的左上方出現(xiàn)“(O)UR”子窗口即“道軌Rail”,在道軌第一行加入電源、第二行加入CPU、第三行不加、第四、五行加入I/O端口，如下圖所示：</p><p>　　圖

55、3-8 完成硬件組態(tài)</p><p>　　3.2.3 創(chuàng)建編寫(xiě)程序模塊</p><p>　　保存并關(guān)閉已完成的硬件組態(tài)，回到“SIMATIC Manager”窗口,出現(xiàn)CPU模塊及其型號(hào)。展開(kāi)至“塊”，即可在塊內(nèi)編程。如下圖所示：</p><p><b>　　圖3-9“塊”</b></p><p>　　在右邊窗口點(diǎn)擊右鍵

56、選擇“插入新對(duì)象”→“組織快”如下圖所示：</p><p>　　圖 3-10 插入新組織塊</p><p>　　修改名稱(chēng)，將創(chuàng)建語(yǔ)言欄變?yōu)長(zhǎng)AD(D)后點(diǎn)擊確定，完成OB2的創(chuàng)建。如下圖所示：</p><p>　　圖 3-11 組織快命名</p><p>　　圖中清晰地顯示了項(xiàng)目的分層結(jié)構(gòu)。在項(xiàng)目中，數(shù)據(jù)在分層結(jié)構(gòu)中一對(duì)象的形式保存，左邊窗口

57、內(nèi)的樹(shù)（Tree）顯示項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)。第一層為項(xiàng)目，第二層為站（Station），站是組態(tài)硬件的開(kāi)始?！癝7 程序（1）”文件夾是編寫(xiě)程序的起點(diǎn)，</p><p>　　所有的軟件均存放在該文件夾中。用鼠標(biāo)選中圖中某一層的對(duì)象，在管理器右邊的工作區(qū)將顯示所選文件內(nèi)的對(duì)象和下一級(jí)的文件夾。雙擊工作區(qū)中的圖標(biāo)，可以打開(kāi)并編輯對(duì)象。</p><p>　　“塊”對(duì)象包含程序塊(Blocks)、用戶(hù)定義的

58、數(shù)據(jù)類(lèi)型（UDT）、系統(tǒng)數(shù)據(jù)（System data）和調(diào)試程序用的變量表（VAT）。程序塊包括（OB、FB、FC）和數(shù)據(jù)塊（DB），需要把它們下載到CPU 中，用于執(zhí)行自動(dòng)控制任務(wù)，符號(hào)表、變量表和UDT 不用下載到CPU。生成項(xiàng)目時(shí)會(huì)再塊文件夾中自動(dòng)生成一個(gè)空的組織塊OB1。</p><p>　　用戶(hù)生成的變量表（VAT）在調(diào)試用戶(hù)程序是用于監(jiān)視和修改變量。系統(tǒng)數(shù)據(jù)塊(SDB)中的系統(tǒng)數(shù)據(jù)含有系統(tǒng)組態(tài)和系統(tǒng)參

59、數(shù)的信息，它是用戶(hù)運(yùn)行硬件組態(tài)時(shí)提供的數(shù)據(jù)自動(dòng)生成的。如下圖所示：</p><p>　　圖3-12 編寫(xiě)完成的模塊圖</p><p>　　3.2.4 編寫(xiě)程序</p><p>　　Step 7 將用戶(hù)程序指令存放在“塊”中。本控制系統(tǒng)用戶(hù)程序，主要有四類(lèi)程序塊：組織塊OB、功能塊FB、功能FC 和數(shù)據(jù)塊DB。其中FB 和FC 作為OB 的子程序。</p>

60、<p>　?。?）組織塊（OB）：是操作系統(tǒng)和用戶(hù)程序的接口。</p><p>　?。?）功能塊（FC）：無(wú)相關(guān)聯(lián)的存儲(chǔ)器區(qū)的邏輯塊，用戶(hù)程序?qū)γ看蜦C 調(diào)用提供新參數(shù)。</p><p>　?。?）背景數(shù)據(jù)塊：它是直接附屬于某邏輯塊，例如，功能塊。當(dāng)編好的功能存盤(pán)時(shí)，它是自動(dòng)生成的。</p><p>　　（4）數(shù)據(jù)塊：它不附屬于任何邏輯塊，含有生產(chǎn)線(xiàn)或

61、設(shè)備所需的值，并可在程序的任何點(diǎn)直接使用。</p><p>　　本課題所涉及的邏輯塊如下圖所示：</p><p><b>　　圖3-13 程序塊</b></p><p>　　程序框圖如下圖所示：</p><p>　　圖3-14 程序框圖</p><p><b>　　輸入FC201：<

62、;/b></p><p>　　液位LT103 是4～20mA 信號(hào)，被SM334 模擬量輸入輸出模塊采集后，數(shù)據(jù)范圍是5530～27648。因此我們需要編寫(xiě)一個(gè)專(zhuān)門(mén)用來(lái)進(jìn)行數(shù)值轉(zhuǎn)換的功能（FC，類(lèi)似于函數(shù)，可以被其他程序調(diào)用），把5530～27648 的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成PID 控制所需0～100 的數(shù)據(jù)，并通過(guò)組態(tài)軟件監(jiān)控0～100 的數(shù)據(jù)，符合人們的日常習(xí)慣。</p><p>　　五個(gè)輸

63、入：IN、IN_MIN、IN_MAX、OUT_MIN、OUT_MAX 和一個(gè)輸出：OUT。</p><p>　　其中：IN: 需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換的原始輸入變量</p><p>　　IN_MIN: 原始變量的下限值</p><p>　　IN_MAX: 原始變量的上限值</p><p>　　OUT_MIN: 轉(zhuǎn)換成的目標(biāo)變量的下限值</p>

64、<p>　　OUT_MAX: 轉(zhuǎn)換成的目標(biāo)變量的上限值</p><p>　　OUT： 輸出目標(biāo)變量</p><p><b>　　轉(zhuǎn)換公式為：</b></p><p>　　輸入流程如下圖所示：</p><p>　　圖 3-15 流程圖</p><p>　　PID 為FB41 功能塊。運(yùn)

65、算PV，SP，MV 數(shù)據(jù)為0-100.0 范圍。如圖3-13所示。實(shí)際工程應(yīng)用中，還需要增加手動(dòng)自動(dòng)無(wú)擾切換控制。在手動(dòng)時(shí)，SP 跟隨MV，MV 等于MAN（手操作值），自動(dòng)時(shí)MAN（手操作值）跟隨MV。</p><p><b>　　輸出FC202：</b></p><p>　　模擬量輸入是把Word 格式的（5530～27648）數(shù)據(jù)輸入成為（0～100）Real值

66、。而輸出則相反，要將（0～100）Real 值輸出成為Word 格式（5530～27648）數(shù)據(jù)。</p><p>　　輸出所使用的“MYUNSCALE”即為FC202 程序塊，它的功能就是將輸出轉(zhuǎn)換為4-20mA，或者2-10V 范圍內(nèi)。對(duì)于FC202 流程圖如下圖所示：</p><p><b>　　3.3 組態(tài)王</b></p><p>　

67、　3.3.1 組態(tài)王的定義</p><p>　　組態(tài)王開(kāi)發(fā)監(jiān)控系統(tǒng)軟件，是新型的工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，它以標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)計(jì)算機(jī)軟、硬件平臺(tái)構(gòu)成的集成系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的封閉式系統(tǒng)。 </p><p>　　3.3.2 組態(tài)王的特點(diǎn)</p><p>　　它具有適應(yīng)性強(qiáng)、開(kāi)放性好、易于擴(kuò)展、經(jīng)濟(jì)、開(kāi)發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)。通?？梢园堰@樣的系統(tǒng)劃分為控制層、監(jiān)控層、管理層三個(gè)層次結(jié)構(gòu)。其中監(jiān)控層

68、對(duì)下連接控制層，對(duì)上連接管理層，它不但實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制，且在自動(dòng)控制系統(tǒng)中完成上傳下達(dá)、組態(tài)開(kāi)發(fā)的重要作用。尤其考慮三方面問(wèn)題：畫(huà)面、數(shù)據(jù)、動(dòng)畫(huà)。通過(guò)對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)要求及實(shí)現(xiàn)功能的分析，采用組態(tài)王對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。組態(tài)軟件也為試驗(yàn)者提供了可視化監(jiān)控畫(huà)面，有利于試驗(yàn)者實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控。而且，它能充分利用Windows的圖形編輯功能，方便地構(gòu)成監(jiān)控畫(huà)面，并以動(dòng)畫(huà)方式顯示控制設(shè)備的狀態(tài)，具有報(bào)警窗口、實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線(xiàn)等，可便利的生成各種報(bào)表。

69、它還具有豐富的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和靈活的組態(tài)方式、數(shù)據(jù)鏈接功能。 </p><p>　　3.3.3組態(tài)王的應(yīng)用</p><p>　　1.使用組態(tài)王實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)仿真的基本方法： </p><p>　　(1)圖形界面的設(shè)計(jì) </p><p><b>　　(2)構(gòu)造數(shù)據(jù)庫(kù) </b></p><p>　　(

70、3)建立動(dòng)畫(huà)連接 </p><p><b>　　(4)運(yùn)行和調(diào)試 </b></p><p>　　2.使用組態(tài)王軟件開(kāi)發(fā)具有以下幾個(gè)特點(diǎn): </p><p>　　(1)實(shí)驗(yàn)全部用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn),只需利用現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)就可完成自動(dòng)控制系統(tǒng)課程的實(shí)驗(yàn),從而大大減少購(gòu)置儀器的經(jīng)費(fèi)。 </p><p>　　(2)該系統(tǒng)是中文界面,具有人

71、機(jī)界面友好、結(jié)果可視化的優(yōu)點(diǎn)。對(duì)用戶(hù)而言,操作簡(jiǎn)單易學(xué)且編程簡(jiǎn)單,參數(shù)輸入與修改靈活,具有多次或重復(fù)仿真運(yùn)行的控制能力,可以實(shí)時(shí)地顯示參數(shù)變化前后系統(tǒng)的特性曲線(xiàn),能很直觀地顯示控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線(xiàn),這些很強(qiáng)的交互能力使其在自動(dòng)控制系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)中可以發(fā)揮理想的效果。 </p><p>　　3.在采用組態(tài)王開(kāi)發(fā)系統(tǒng)編制應(yīng)用程序過(guò)程中要考慮以下三個(gè)方面: </p><p>　　(1)圖形,是用抽

72、象的圖形畫(huà)面來(lái)模擬實(shí)際的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)和相應(yīng)的工控設(shè)備。 </p><p>　　(2)數(shù)據(jù),就是創(chuàng)建一個(gè)具體的數(shù)據(jù)庫(kù),并用此數(shù)據(jù)庫(kù)中的變量描述工控對(duì)象的各種屬性,比如水位、流量等。 </p><p>　　(3)連接,就是畫(huà)面上的圖素以怎樣的動(dòng)畫(huà)來(lái)模擬現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行,以及怎樣讓操作者輸入控制設(shè)備的指令。</p><p>　　3.3.4 組態(tài)王與I/O設(shè)備</p>

73、<p>　　組態(tài)王軟件作為一個(gè)開(kāi)放型的通用工業(yè)監(jiān)控軟件，支持與國(guó)內(nèi)外常見(jiàn)的PLC、智能模塊、變頻器、數(shù)據(jù)采集板卡等（如：西門(mén)子PLC、莫迪康PLC、歐姆龍PLC、三菱PLC、研華模塊等等）通過(guò)常規(guī)通訊接口（如串口方式、USB接口方式、以太網(wǎng)、總線(xiàn)、GPRS 等）進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。</p><p>　　3.3.5 組態(tài)王建立工程的一般過(guò)程</p><p>　　通常情況下，建立一個(gè)工

74、程大致可分為以下幾個(gè)步驟：</p><p><b>　　第一步：創(chuàng)建新工程</b></p><p>　　創(chuàng)建一個(gè)文件夾將工程先關(guān)的文件存放其中。選擇工程路徑并為工程命名。</p><p>　　第二步：設(shè)置端口、添加工程變量并定義數(shù)據(jù)庫(kù)</p><p>　　添加工程中需要的硬件設(shè)備和工程中使用的變量，包括內(nèi)存變量和I/O

75、變量。</p><p>　　第三步：制作圖形畫(huà)面并定義動(dòng)畫(huà)連接</p><p>　　按照實(shí)際工程的要求繪制監(jiān)控畫(huà)面并使靜態(tài)畫(huà)面隨著過(guò)程控制對(duì)象產(chǎn)生動(dòng)態(tài)效果。</p><p>　　第四步：編寫(xiě)命令語(yǔ)言</p><p>　　通過(guò)腳本程序的編寫(xiě)以完成較復(fù)雜的操作上位控制。</p><p>　　第五步：進(jìn)行運(yùn)行系統(tǒng)的配置<

76、;/p><p>　　對(duì)運(yùn)行系統(tǒng)、報(bào)警、歷史數(shù)據(jù)記錄、網(wǎng)絡(luò)、用戶(hù)等進(jìn)行設(shè)置，使系統(tǒng)完成用于現(xiàn)場(chǎng)前的必備工作。</p><p>　　第六步：保存工程并運(yùn)行</p><p>　　完成以上步驟后，一個(gè)可以拿到現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的工程就制作完成了。</p><p><b>　　3.4 組態(tài)王畫(huà)面</b></p><p>

77、　　3.4.1 組態(tài)王的設(shè)備組態(tài)</p><p>　　西門(mén)子S7300 在與組態(tài)網(wǎng)通訊時(shí)，通常采用MPI 多點(diǎn)接口電纜連接，這里我們主要介紹這種通訊方式。</p><p>　　運(yùn)行組態(tài)王6.5后彈出組態(tài)王工程管理器。點(diǎn)擊文件→新建工程，如下圖所示：</p><p>　　圖3-16 創(chuàng)建新工程</p><p>　　為工程選擇保存路徑和名稱(chēng)點(diǎn)擊完

78、成后出現(xiàn)下圖</p><p>　　圖 3-17 新建工程“雙容水箱液位調(diào)節(jié)閥控制系統(tǒng)”</p><p>　　雙擊打開(kāi)新建的工程，進(jìn)入組態(tài)王工程瀏覽器。</p><p>　　工程瀏覽器是組態(tài)王的一個(gè)重要組成部分，他將圖形畫(huà)面、命令語(yǔ)言、設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序、配方、報(bào)警、網(wǎng)絡(luò)等工程元素集中管理，工程人員可以一目了然地查看工程的各個(gè)組成部分。</p><p&g

79、t;　　在左側(cè)目錄中選擇“設(shè)備” →“COM1”,在工程瀏覽器右側(cè)雙擊“新建”圖標(biāo)，運(yùn)行“設(shè)備配置導(dǎo)向”。如下圖所示：</p><p>　　圖 3-18 設(shè)備配置導(dǎo)向</p><p>　　在設(shè)備配置導(dǎo)向中選擇“PLC”→“西門(mén)子” →“S7-300” →“MPI（電纜）”。如圖所示：</p><p>　　圖 3-19 選擇廠家、設(shè)備名稱(chēng)、通訊方式</p>

80、<p>　　單擊“下一步”， 為設(shè)備選擇連接串口，現(xiàn)今的電腦通常只有一個(gè)串口，為COM1。如果讀者使用的是有多個(gè)串口的電腦，請(qǐng)根據(jù)MPI 電纜所插實(shí)際位置選擇串口號(hào)。選擇完畢后單擊“下一步”，彈出“設(shè)備地址設(shè)置指南”，下來(lái)菜單選擇COM1口。</p><p>　　填寫(xiě)設(shè)備地址，輸入“2.2”。其中小數(shù)點(diǎn)前為MPI 地址（即站點(diǎn)），小數(shù)后</p><p>　　為MPI 設(shè)備（即

81、所使用的通訊模塊或CPU 模塊）的槽號(hào)（slot number）范圍為0.0~126.126，建議使用通用的地址為2.2~126.30。一般PLC 默認(rèn)的地址（即站號(hào)）為2，槽號(hào)為2，故將組態(tài)王設(shè)備地址定義為2.2后點(diǎn)擊下一步→完成。</p><p>　　設(shè)備定義完成后，可以在工程瀏覽器的右側(cè)看到新建的外部設(shè)備“S7300”</p><p>　　如下圖所示：在定義數(shù)據(jù)庫(kù)變量時(shí)，只要把I/O

82、 變量連結(jié)到這臺(tái)設(shè)備上，它就可以和組態(tài)王交換數(shù)據(jù)了。</p><p>　　圖 3-20 新建的“雙容水箱液位調(diào)節(jié)”</p><p>　　3.4.2 組態(tài)王定義變量</p><p>　　數(shù)據(jù)庫(kù)是“組態(tài)王”軟件的核心部分，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)狀況要以動(dòng)畫(huà)的形式</p><p>　　反映在屏幕上，操作者在計(jì)算機(jī)前發(fā)布的指令也要迅速送達(dá)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，所以這一&

83、lt;/p><p>　　切都是以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)為中介環(huán)節(jié)，所以說(shuō)數(shù)據(jù)庫(kù)是聯(lián)系上位機(jī)和下位機(jī)的橋梁。</p><p>　　選擇左側(cè)目錄：“數(shù)據(jù)庫(kù)”→“數(shù)據(jù)詞典”，出現(xiàn)如下圖所示窗口。</p><p>　　圖 3-21 數(shù)據(jù)詞典</p><p>　　點(diǎn)擊“新建”彈出定義變量窗口，點(diǎn)擊基本屬性欄輸入變量名“PID0_PV”→選擇變量類(lèi)型“I/O實(shí)數(shù)” →描

84、述變量等進(jìn)行變量的設(shè)置，如下圖所示：</p><p>　　圖 3-22 定義變量</p><p>　　點(diǎn)擊確定完成變量“PID0_PV”的定義。</p><p>　　本課題中所能用到的變量如圖所示。變量類(lèi)型、連接設(shè)備、寄存器型號(hào)可以從下圖中得知。</p><p>　　圖 3-23 完成數(shù)據(jù)詞典組態(tài)</p><p>　　

85、數(shù)據(jù)詞典中定義變量所用到的變量類(lèi)型、描述、最小值、最大值、寄存器、數(shù)據(jù)類(lèi)型、讀寫(xiě)屬性如下表所示：</p><p>　　表 3-1 數(shù)據(jù)詞典變量表</p><p>　　如果不清楚讀寫(xiě)屬性該如何設(shè)置，可全部設(shè)為讀寫(xiě)，通常不影響使用。</p><p>　　3.4.3 新建畫(huà)面</p><p>　　進(jìn)入組態(tài)王開(kāi)發(fā)系統(tǒng)后，就可以為每個(gè)工程建立數(shù)目不限的

86、的畫(huà)面，在每個(gè)畫(huà)面上生成互相關(guān)聯(lián)的靜態(tài)或動(dòng)態(tài)圖形對(duì)象。這些畫(huà)面都是“組態(tài)王”提供的類(lèi)型豐富的圖形對(duì)象組成的。系統(tǒng)為用戶(hù)提供了矩形、直線(xiàn)、橢圓（圓）、扇形、多邊形、文本等基本圖形對(duì)象，及按鈕、趨勢(shì)曲線(xiàn)窗口、報(bào)警窗口、報(bào)表等復(fù)雜的圖形對(duì)象。</p><p>　　在工程瀏覽器左上方點(diǎn)擊“文件”→“畫(huà)面”，在右側(cè)出現(xiàn)一個(gè)“新建”圖標(biāo)如下圖所示：</p><p>　　圖 3-24 新建畫(huà)面</

87、p><p>　　運(yùn)用組態(tài)王軟件提供的工具進(jìn)行繪圖，最終組態(tài)圖如下圖所示：</p><p>　　圖 3-25 最終組態(tài)圖</p><p>　　3.4.4 建立動(dòng)畫(huà)鏈接</p><p>　　定義動(dòng)畫(huà)鏈接是指在畫(huà)面的圖形對(duì)象與數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)變量之間建立一種關(guān)系，當(dāng)變量的值改變時(shí)，在畫(huà)面上以圖形對(duì)象的動(dòng)畫(huà)效果表示出來(lái)；或者由軟件使用者通過(guò)圖形對(duì)象改變數(shù)據(jù)變

88、量的值?！敖M態(tài)王”提供了21種動(dòng)畫(huà)鏈接方式：</p><p>　　一個(gè)圖形對(duì)象可以同時(shí)定義多個(gè)鏈接，組合成復(fù)雜的效果，意識(shí)滿(mǎn)足實(shí)際中任意的動(dòng)畫(huà)現(xiàn)實(shí)需要。</p><p><b>　　4 運(yùn)行和調(diào)試</b></p><p><b>　　4.1 測(cè)試題</b></p><p>　　4.1.1 雙容水箱

89、液位單回路控制流程圖</p><p>　　雙容水箱液位單回路控制流程圖如圖 4-1 所示。</p><p>　　圖 4-1 豎直雙容水箱液位遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)回路</p><p>　　4.1.2 測(cè)試清單</p><p>　　水介質(zhì)由泵P102 從水箱V104 中加壓獲得壓頭，經(jīng)由調(diào)節(jié)閥FV-101 進(jìn)入水箱V102，通過(guò)手閥QV-117、水箱10

90、3 測(cè)得，用調(diào)節(jié)手閥QV-116 或QV-117 的開(kāi)啟程度來(lái)模擬負(fù)載的大小，QV-118 全開(kāi)。本例為定值自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，F(xiàn)V-101為操縱變量，LT-103 為被控變量，采用PID 調(diào)節(jié)來(lái)完成。</p><p>　　測(cè)試清單如下表所示：</p><p>　　4.2 上位組態(tài)要求</p><p>　　4.2.1 組態(tài)流程圖界面</p><p>

91、;　　測(cè)試要求的組態(tài)流程圖界面，如下圖所示：</p><p><b>　　圖 4-2 組態(tài)圖</b></p><p>　　4.2.2 儀器參數(shù)清單</p><p>　　儀器清單表如下圖所示：</p><p>　　4.3 操作過(guò)程和調(diào)試</p><p>　　1.編寫(xiě)控制器算法程序，下裝調(diào)試；編寫(xiě)測(cè)試

92、組態(tài)工程，連接控制器，進(jìn)行</p><p>　　聯(lián)合調(diào)試。這些步驟不詳細(xì)介紹。</p><p>　　2.在測(cè)試系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)上，將手閥QV-102,QV-107 完全打開(kāi)，并使QV-116，</p><p>　　QV-117 閘板具有一定開(kāi)度，QV-116 開(kāi)度高度比QV-117 低一些。其余閥門(mén)關(guān)閉。</p><p>　　3.由于中水箱具有

93、兩個(gè)分隔的容器，所以可以選擇容器大小。這里把QV-118</p><p>　　拉到最大的高度。所謂容器的截面積就是整個(gè)容器，輸出負(fù)載由QV-117 設(shè)定。</p><p>　　4.將下水箱液位（LT-103）端子通過(guò)實(shí)驗(yàn)連接線(xiàn)連到控制器輸入端AI0，IO</p><p>　　面板的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥控制端連到AO0。</p><p>　　5.接通設(shè)備

94、電源，調(diào)節(jié)閥(FV-101)通電。</p><p>　　6.在現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)上，啟動(dòng)水泵P102，給水箱V102 注水，水箱V103 由水箱V102</p><p><b>　　注水。</b></p><p>　　7.連接號(hào)控制系統(tǒng)和監(jiān)控計(jì)算機(jī)之間的通訊電纜。</p><p>　　8.啟動(dòng)計(jì)算機(jī)，啟動(dòng)組態(tài)軟件，進(jìn)入測(cè)試項(xiàng)目界面

95、。啟動(dòng)調(diào)節(jié)器，設(shè)置各項(xiàng)</p><p>　　參數(shù)，將調(diào)節(jié)器的手動(dòng)控制切換到自動(dòng)控制。</p><p>　　9.設(shè)置PID 控制參數(shù)，可以使用各種經(jīng)驗(yàn)法來(lái)整定參數(shù)。這里不限制使用的</p><p><b>　　方法。</b></p><p>　　4.4 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)結(jié)果及分析</p><p>　　4.4.

96、1 尋找水箱開(kāi)度實(shí)驗(yàn)</p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)一</b></p><p>　　P 0.02 I 10000 D 0 SP 20.00</p><p>　　水箱開(kāi)度：上水箱 QV117 為 3，下水箱 QV116 為2，</p><p>　　實(shí)驗(yàn)曲線(xiàn)如下圖所示：

97、</p><p>　　圖 4-3 尋找水箱開(kāi)度</p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析：</b></p><p>　　本次試驗(yàn)調(diào)節(jié)閥開(kāi)度一直保持在99左右，水位一直保持在預(yù)設(shè)值20左右，</p><p>　　水箱開(kāi)度：上水箱 QV117 為 3，下水箱 QV116 為2，說(shuō)明調(diào)節(jié)閥一直處于全開(kāi)狀態(tài)，而系統(tǒng)水位剛好保持在

98、預(yù)設(shè)值附近，看起來(lái)試驗(yàn)很成功，其實(shí)并非如此，調(diào)節(jié)閥全開(kāi)說(shuō)明調(diào)節(jié)閥未起到調(diào)節(jié)作用，應(yīng)將下水箱開(kāi)度調(diào)小，或?qū)⑸纤溟_(kāi)度調(diào)大。</p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)二</b></p><p>　　P 0.02 I 10000 D 0 SP 20.00</p><p>　　水箱開(kāi)度：上水箱 QV117

99、為 4，下水箱 QV116 為2。</p><p>　　實(shí)驗(yàn)曲線(xiàn)如下圖所示：</p><p>　　圖 4-4 尋找水箱開(kāi)度</p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析：</b></p><p>　　本次試驗(yàn)調(diào)節(jié)閥曲線(xiàn)慢慢趨于穩(wěn)定，液位高度曲線(xiàn)也慢慢趨于穩(wěn)定，結(jié)果較為理想，只需調(diào)節(jié)PID參數(shù)就能讓系統(tǒng)達(dá)到較為理想狀態(tài)。<

100、;/p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)三</b></p><p>　　P 0.02 I 10000 D 0 SP 20.00 、 30.00</p><p>　　水箱開(kāi)度：上水箱 QV117 為 4，下水箱 QV116 為2.5。</p><p>　　實(shí)驗(yàn)曲線(xiàn)如下圖所示：&l

101、t;/p><p>　　圖 4-5尋找水箱開(kāi)度</p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析：</b></p><p>　　本次試驗(yàn)調(diào)節(jié)閥曲線(xiàn)慢慢趨于穩(wěn)定，但當(dāng)液位設(shè)定值調(diào)到SP=30時(shí)液位高度曲線(xiàn)依舊維持在之前狀態(tài)，結(jié)果不太理想。</p><p>　　就以上三次實(shí)驗(yàn)分析可知：</p><p>　　水箱開(kāi)度

102、：上水箱 QV117 為 4，下水箱 QV116 為2較好。</p><p>　　4.4.2 PID參數(shù)實(shí)驗(yàn)</p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)一</b></p><p>　　P 0.02 I 600000 D 0 SP 20.00</p><p>　　水箱開(kāi)度：上水箱

103、 QV117 為 4，下水箱 QV116 為2。</p><p>　　實(shí)驗(yàn)曲線(xiàn)如下圖所示：</p><p>　　圖 4-6 參數(shù)實(shí)驗(yàn)</p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析：</b></p><p>　　由圖可知系統(tǒng)動(dòng)作緩慢，主要原因是P值太小，應(yīng)將P值往大調(diào)。</p><p><b>

104、;　　實(shí)驗(yàn)二</b></p><p>　　P 2 I 10000、600000 D 0 SP 20.00</p><p>　　實(shí)驗(yàn)曲線(xiàn)如下圖所示：</p><p>　　圖 4-7 參數(shù)實(shí)驗(yàn)</p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析：</b></p&g

105、t;<p>　　本次實(shí)驗(yàn)將P值加大到2，由圖可知P值偏大，振蕩次數(shù)加多，調(diào)節(jié)時(shí)間加長(zhǎng)。加大I值可以使系統(tǒng)更穩(wěn)定。</p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)三</b></p><p>　　P 2 I 600000 D 0 SP 20.00、30.00</p><p>　　實(shí)驗(yàn)曲線(xiàn)如下圖所

106、示：</p><p>　　圖 4-8 參數(shù)實(shí)驗(yàn)</p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析：</b></p><p>　　本次實(shí)驗(yàn)將SP值加大到30，由圖可知系統(tǒng)較為穩(wěn)定且輸出值與設(shè)定值最為接近，則當(dāng)P=2 、I=600000、D=0、SP=30時(shí)，系統(tǒng)最為穩(wěn)定。</p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)四</b&

107、gt;</p><p>　　P 2 I 600000 D 0 SP 30.00、10.00</p><p>　　實(shí)驗(yàn)曲線(xiàn)如下圖所示：</p><p>　　圖 4-9 參數(shù)實(shí)驗(yàn)</p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析：</b></p><p>　

108、　SP=10 貌似很標(biāo)準(zhǔn)，但上水箱液位一直低于QV107 最低閥位4，上水箱不能起到干擾作用，數(shù)據(jù)不可用。</p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)五</b></p><p><b>　　本次試驗(yàn) </b></p><p>　　P 0.5 I 600000 D 0 SP 20

109、.00</p><p>　　實(shí)驗(yàn)曲線(xiàn)如下圖所示：</p><p>　　圖 4-10 參數(shù)實(shí)驗(yàn)</p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析：</b></p><p>　　本次試驗(yàn)將P值調(diào)小為0.5，系統(tǒng)動(dòng)作較為靈敏，震蕩次數(shù)少，調(diào)節(jié)時(shí)間較短，MV曲線(xiàn)平滑穩(wěn)定，PV曲線(xiàn)波動(dòng)小，此時(shí)系統(tǒng)最為穩(wěn)定，效果理想。</p>

110、<p><b>　　結(jié)論與展望</b></p><p>　　本課題是在組態(tài)王軟件基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)，在A3000控制柜上實(shí)現(xiàn)控制調(diào)節(jié)。本實(shí)驗(yàn)在已有A3000控制柜的基礎(chǔ)上完全由軟件完成，只需利用計(jì)算機(jī)就可完成自動(dòng)控制系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)，方便我們學(xué)習(xí)。</p><p>　　本次實(shí)驗(yàn)讓我充分認(rèn)識(shí)到PID對(duì)系統(tǒng)的影響。比例系數(shù)加大，使系統(tǒng)的動(dòng)作靈敏，速度加快，穩(wěn)態(tài)誤差減小。而比

111、例系數(shù)偏大，振蕩次數(shù)會(huì)加多，調(diào)節(jié)時(shí)間加長(zhǎng)。比例系數(shù)太大時(shí)，系統(tǒng)會(huì)趨于不穩(wěn)定；比例系數(shù)太小，又會(huì)使系統(tǒng)的動(dòng)作緩慢。所以選取合理的比例系數(shù)對(duì)控制系統(tǒng)極為重要。積分作用使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，積分小（積分作用強(qiáng)）會(huì)使系統(tǒng)不穩(wěn)定，但能消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高系統(tǒng)的控制精度，本次實(shí)驗(yàn)積分選擇較大，為了使系統(tǒng)盡快穩(wěn)定；微分作用可以改善動(dòng)態(tài)特性，微分時(shí)間偏大時(shí)，超調(diào)量較大，調(diào)節(jié)時(shí)間較短。微分時(shí)間偏小時(shí)，超調(diào)量也較大，調(diào)節(jié)時(shí)間也較長(zhǎng)。只有微分時(shí)間合適，才能使超調(diào)

112、量較小，減短調(diào)節(jié)時(shí)間，本次實(shí)驗(yàn)微分選擇較小。</p><p>　　液位控制是工業(yè)中常見(jiàn)的過(guò)程控制，它對(duì)生產(chǎn)的影響不容忽視。單容液位控制系統(tǒng)具有非線(xiàn)性，滯后，耦合等特征，能夠很好的模擬工業(yè)過(guò)程特征。對(duì)于液位控制系統(tǒng)，常規(guī)的PID控制采用固定的參數(shù)，難以保證控制適應(yīng)系統(tǒng)的參數(shù)變化和工作條件變化，得不到理想效果，模糊控制具有對(duì)參數(shù)變化不敏感和魯棒性強(qiáng)等特征，但控制精度不太理想。如果將模糊控制和傳統(tǒng)的PID控制兩者結(jié)合，

113、用模糊控制理論來(lái)整定PID控制器的比例，積分，微分系統(tǒng)，就能更好的適應(yīng)控制系統(tǒng)的參數(shù)變化和工作條件的變化。</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)即將完成，那些和同學(xué)在實(shí)驗(yàn)室廢寢忘食地查找資料完成畢業(yè)設(shè)計(jì)的情景還歷歷在目。感謝那些同學(xué)是他們伴我走過(guò)了那段最辛苦最充實(shí)的日子；感謝我的指導(dǎo)老師xx，正是他的悉心指導(dǎo)，才能使我順利的完成論文。

114、</p><p>　　正應(yīng)了那句古語(yǔ)：人生如白駒過(guò)隙。大學(xué)時(shí)代更是如此，在西安郵電學(xué)院這四年里，我不僅對(duì)專(zhuān)業(yè)課程有了深入了解，而且對(duì)文學(xué)、歷史及社會(huì)有了更深一層的了解。大學(xué)四年我收獲的不僅僅是知識(shí)，還有比知識(shí)跟重要的友情。是那些朋友讓我的大學(xué)時(shí)代充滿(mǎn)了歡笑，充滿(mǎn)了激情。我就要走出校門(mén)踏上另一方沃土，如果沒(méi)有母校的包容，老師和同學(xué)們的鼓勵(lì)，就沒(méi)有這美妙的大學(xué)四年。感謝你們！</p><p>

115、<b>　　參考書(shū)目</b></p><p>　　【1】自動(dòng)控制原理.科學(xué)出版社.胡壽松主編.2001</p><p>　　【2】西門(mén)子S7-300系列PLC及應(yīng)用軟件STEP7.華南理工大學(xué)出版社. 2006</p><p>　　【3】可編程控制器實(shí)驗(yàn)教程.電子工業(yè)出版社.李國(guó)勇、衛(wèi)明社編著. 2008</p><p>

116、;　　【4】A3000過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)基本部分和測(cè)試實(shí)驗(yàn)培訓(xùn)指導(dǎo). 2006</p><p>　　【5】A3000-PA型過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)補(bǔ)充測(cè)試實(shí)驗(yàn)培訓(xùn)指導(dǎo). 2006</p><p>　　【6】基于S7-300控制系統(tǒng)的A3000實(shí)驗(yàn)和測(cè)試培訓(xùn). 2006</p><p>　　【7】基于智能儀表控制系統(tǒng)的A3000實(shí)驗(yàn)和測(cè)試培訓(xùn). 2006</p>