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1、基于MCGS的单容水箱液位监控系统设计1、控制要求 1.1系统简介 单容水箱液位组态监控系统主要山以下几个基本环节组成:被控对象(水箱)。液位测量变送装置、控制器(S7-200可编程控制器)、触摸屏(TPC7062KS)、驱动模块、水泵、储水箱。如图1所示，LT表示液位变送器，水箱流入量和流出量分别为Q1和Q2,控制的主要目的是维持水箱的液位为其设定值H,即扰动出现时，控制器能迅速做出决策，使被控量液位尽快回到设定值。 图1 单容水箱系统工艺流程图 1.2单容水箱液位监控系统的要求如下: (1)通信判断:判断设备通信是否止常;如止常，显示通信成功提示，否则提示通信失败。 (2)液位监测:能够实
2、时检测水箱中的液位，并在计算机中进行动态显示。 (3)参数设定与修改:自动方式下，液位设定值及参数P、I、D都叫以修改，并根据修改的数据实现相应的控制，泵的开度为控制算法的结果;手动方式下，也为设定值及泵的开度有人为输入。 (4)控制方式的切换:能实现自动与人工手动控制方式的选择。 (5)液位报警:报警事件记录功能，并且在发生报警时能自动弹出窗日进行报警提示。 (6)曲线显示:生成显示液位设定值、液位测量值和泵的开度变化的实时曲线、历史曲线功能。 (7)报表输出:生成液位参数的实时报表和历史报表，供显示和打印。 1.3单容水箱液位监控系统的对象分析 显然，从结构图1 可以看出该系统是个单回路控
3、制系统，要求水箱的液位能克服扰动稳定的设定值上。系统的主要扰动为水箱的出水量，该扰动随时叫能变化，从而造成水箱的液位随之改变，故应采用闭环形式随时监测水位变化并实时调整水泵的开度以改变进水量。 其控制方框图如图2所示。被控对象为水箱;被控变量为水箱液位高度，控制要求水箱的液位稳定在给定值;操纵变量为水泵的开度。为了实现系统在阶跃给定和阶跃扰动作用下的无静差控制，系统的调节器应为PI或PID控制。 图2 单容水箱也为控制方框图 2单容水箱液位监控系统的控制算法 控制算法包括:双位控制、标准PID控制、带死区的PID控制、积分分离PID控制、不完全微分的PID控制。 2.1模拟运行时，控制算法选用
4、双位控制 在模拟运行时为了避免调节阀频繁动作，可采用带有中间区的双位调节，中间区域为2cm2cm，即：偏差e2cm时，输出为最大，e2cm，输出为最小，当-2cme2cm时，输出不变。 用图形描述双位控制的控制规律，如图3所示。 一般情况下，最大进水量应大于最大出水量。图4所示是水箱出水量从0突然变化为100%时，按照以上控制算法进行控制得到的水箱液位位式控制性应曲线。图中设定值为30cm，中间区域设置为5cm，由图中可以开到水泵的开度或者100%或者0%。 控制流程由控制策略完成，控制策略如卜： 2.2联机调试时，控制算法选用标准PID控制 联机调试时，采用标准的PID控制算法，其控制算法有
5、 PLC程序完成。 3监控画面设计 3.1液位监控系统流程图 图5 液位监控系统流程图 在该用户窗日中，根据功能要求及具体控制方案设计，出水箱、传感器/变送器(压差式液位变送器)、控制器(PLC)和执行器(水泵及驱动模块)构成个闭环控制系统，如图5所示。用户窗口还包括:水箱液位的模拟与显示输出、通信和设备工作状态、报警指示、系统启动/停止按钮、控制方式选择、控制方式显示、参数设定与显示及实时曲线的显示输 出功能。 3.2历史曲线窗日 对生产过程重要参数进行曲线记录有两个好处:是评价过去的生产情况，二是预测以后的生产过程，囚此曲线显示在工控系统中是个非常重要的部分。曲线有实时曲线显示和历史曲线显
6、示，实时曲线是用曲线显示个或多个数据对象值的动画图形，实时记录数据对象值的变化情况;历史曲线的功能是实现历史数据的曲线浏览，运行时，历史曲线能够根据需要画出相应的历史数据的趋势效果图，历史曲线运行窗口如图6所示。 图6 历史曲线窗口 3.3报警窗日 实际运行时，叫能会发生参数越限情况。本的安全手段。为了客观地对报警进行提示，时报警窗日的显示效果如图7所示。 图7 实时报警窗口 以上实时报警窗口最大记录次数设置是有限的，因此报警窗日只能显示当前的有限条报警信息。历史报警功能使系统叫以显示指定时间段内的所有报警信息，如图8所示。 3.4实时和历史报表窗口 所谓报表就是将数据以表格形式显示和打印出来
7、，常用报表有实时报表和历史报表，实时数据报表运行窗口如图9所示。历史数据报表运行窗口如图10所示。历史报表又有班报表、日报表、月报表等。历史表格叫以实现强大的报表和统计功能，如显示和打印静态数据，运行环境中编辑数据、显示和打印动态数据、显示和打印历史记录、显示和打印统计结果等。用户叫以在窗口上利用历史表格构件强大的格式编辑功能，配合MCGS的画图功能设计出各种精美的报表。 4结束语 基于MCGS的单容水箱液位监控系统设计，具有良好的人机界而、完善的远程监视和控制功能，使操作更方便，经实阮、教学验证能满足控制系统的要求，并解决了学生在学习过程中，对采用PLC做控制器、组态技术用于显示输出的计算机控制系统有个完整的认识。
