监控系统程序设计技术课程设计

!SetAlmValue(液位 1,液位 1 上限,3) !SetAlmValue(液位 1,液位 1 下限,2) !SetAlmValue(液位 2,液位 2 上限,3) !SetAlmValue(液位 2,液位 2 下限,2) 报警数据： 报警数据是使用 “报警信息浏览” 构件， 浏览数据库中保存下来的报警信息。
是在自动方式控制下，实现 PID 算法维持水箱液位稳定时，因为缺乏实践经验 和没有很深刻的领会课本知识，所以做出来效果不好。要想学好这门课，关键在 于实践， 所以在学习理论知识的同时也要参加实践活动。把课本上的知识运用到 社会实践当中去，也是我们学习专业理论知识的最终目的。 在今后的学习过程中我会更加努力。 还望老师批评指正。 但是由于水平有限，难免会有错误，
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参考文献：
[1] 曹辉，马栋萍，王暄等主编．组态软件技术及应用．电子工业出版社 [2] 龚运新，方立友编著．工业组态软件实用技术．清华大学出版社 [3] MCGS 组态软件用户指南．北京昆仑通态自动化软件科技有限公司 [4] MCGS 培训教程．北京昆仑通态自动化软件科技有限公司 [5] MCGS 高级教程．北京昆仑通态自动化软件科技有限公司 [6] 李国勇主编.过程控制系统.电子工业出版社
控制算法实现程序及说明：
本设计采用了 PID 的控制算法： 由液位 2 的设定值与当前值做减法， 产生 偏差然后通过 PID 运算产生增量，该增量送到电动阀，电动阀根据此增量调整开 度从而控制水箱 2 的进水流量，进一步控制液位 2。程序如下： e2=e1 '上上次偏差 e1=e0 '上次偏差 e0=液位 2 设定值-液位 2 '本次偏差 比例=p*(e0-e1) '比例作用 if ti=0 then 积分=0 '如果积分时间=0 else 积分=p*采样周期*e0/ti '否则计算积分作用 endif 微分=p*td*(e0-2*e1+e2)/采样周期 '微分作用 增量=比例+积分+微分 '增量输出 电动阀开度=前次电动阀开度+增量/10 '位置输出 if 电动阀开度>=100 then 电动阀开度=100 '超出调节器输出上限，调 节器输出＝调节器 输出上限 if 电动阀开度<=0 then 电动阀开度=0 '超出调节器输出下限，调 节器输出＝调节器输 出下限 前次电动阀开度=电动阀开度
历史数据： 该策略是用来显示系统的历史数据的。
其他控制策略： 其他控制策略也是脚本程序。 该策略是设置了水箱液位控制系统中一些启动 的顺序，一些规则等。
程序如下： if 开关= 1 then 水泵=1 if 开关=0 then 水泵=0 if (液位 1<液位 1 上限) and (液位 1 > 液位 1 下限) then 水泵=水泵 endif if 液位 1 >= 液位 1 上限 then 水泵 = 0 endif if 液位 1 <= 液位 1 下限 then 水泵 = 1 endif if 水泵 = 1 then 水泵供水量 = 100 if 水泵 = 0 then 水泵供水量 = 0 if 开关 = 0 then 水泵供水量 = 0 AND 手动阀开度=0 AND 电动阀开度=0 AND 调节阀开 度=0 endif if 手动阀开度=0 then 出水流量 2=0 if 电动阀开度=0 then 出水流量 1=0
下水箱进水流量 =上水箱出水流量 下水箱出水流量= 下水箱液位 ∗ 2 ∗ 9.8*手动阀开度/100
下水箱液位 = 下水箱液位+(下水箱进水流量−下水箱出水流量)/50
系统 I/O 点表：
变量名 e0 e1 e2 p td ti 比例 积分 微分 采样周期 出水流量 1 出水流量 2 电动阀 电动阀开度 调节阀 调节阀开度 进水流量 1 进水流量 2 开关 前次电动阀开度 手动阀 手动阀开度 水泵 水泵供水量 液位 1 液位 1 上限 液位 1 下限 液位 2 液位 2 上限 液位 2 下限 液位 2 设定值 液位组 增量 类型 数值型 数值型 数值型 数值型 数值型 数值型 数值型 数值型 数值型 数值型 数值型 数值型 开关型 数值型 开关型 数值型 数值型 数值型 开关型 数值型 开关型 数值型 开关型 数值型 数值型 数值型 数值型 数值型 数值型 数值型 数值型 数值型 数值型 初值 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 注释 当前液位偏差 前次液位偏差 上上次液位偏差 比例系数 微分时间 积分时间 比例作用 积分作用 微分作用 水箱 1 的出水流量 水箱 2 的出水流量 电动阀启动 电动阀打开的开度 调节阀启动 调节阀打开的开度 水箱 1 的进水流量 水箱 2 的进水流量 控制系统是否启动 上一次电动阀开度 手动阀打开 手动阀打开的开度 水泵启动信号 水泵供水的流量 水箱 1 的液位 水箱 1 的液位上限值 水箱 1 的液位下限值 水箱 2 的液位 水箱 2 的液位上限值 水箱 2 的液位下限值 水箱 2 的液位设定值 液位组 输出增量
运行策略及程序说明：
运行策略包括：启动策略、退出策略、循环策略、PID 策略、报警策略、保 级数据、历史数据、设置、水箱对象等。
启动策略：
其中脚本程序控制系统刚开始运行时的参数， 定时器负责控制系统的时间运 行等。 '进行系统的初始化 进水流量 1=0 出水流量 1=0 调节阀开度=0 手动阀开度=0 电动阀开度=0 开关=0 水泵=0 进水流量 2=0 出水流量 2=0 采样周期=0.5 p=100 ti=25 's td=2 's 液位 2 设定值=50 PID 策略也是脚本程序，是用来控制 PID 算法的。程序如下： e2=e1 '上上次偏差 e1=e0 '上次偏差 e0=液位 2 设定值-液位 2 '本次偏差 比例=p*(e0-e1) '比例作用 if ti=0 then '如果积分时间=0 或偏差太大 积分=0 '无积分作用 else 积分=p*采样周期*e0/ti '否则计算积分作用 endif 微分=p*td*(e0-2*e1+e2)/采样周期 '微分作用 增量=比例+积分+微分 '增量输出 电动阀开度=前次电动阀开度+增量/10 '位置输出 if 电动阀开度>=100 then 电动阀开度=100 '超出调节器输出 上限，调节器输出＝调节器输出上限 if 电动阀开度<=0 then 电动阀开度=0 '超出调节器输出下 限，调节器输出＝调节器输出下限 前次电动阀开度=电动阀开度 报警策略是脚本程序用来设置报警。
课程设计总结：
通过几周的学习，我对组态软件有了一定的了解，我知道《监控系统程序设计 技术》 这本课大有学问， 在这几天的课程设计中， 我发现我还有很多不足的地方， 缺少很多必要的基础知识，深刻的体会到“书到用时方恨少”的内涵。 终于把这个设计做完了， 我从中学到了不少东西，理论与实践之间确实还存 在很大的距离，觉得《监控系统程序设计技术》这门课的关键在于实践。我们在 课堂上掌握的仅仅是专业基础课的理论面， 如何去锻炼我们的实践面？如何把我 们所学到的专业基础理论知识用到实践中去呢？我想做类似的大作业就为我们 提供了良好的实践平台。对我来说，双容水箱液位监控系统的设计有点难，特别
运行结果
程序调试中的问题、解决方法和结果:
我在这次课程设计的过程中遇到不少问题， 其中最重要的是刚开始时液位 2 不能稳定。经过仔细分析，我发现水箱特性的脚本程序写的有些问题，我查阅了 《过程控制系统》这本书，结合老师给的实例，重新写了双容水箱的特性的脚本 程序， 经过运行后发现， 虽然下水箱的液位能够稳定， 但是与设定值的偏差较大。 我想这可能和 PID 控制策略有关， 果然， PID 部分的积分计算写的不对， 并且 PID 参数选的不合适。 我只好阅读了课本上 PID 算法的脚本程序，然后又重新选取了 PID 参数，最后经过运行得出如下结论：只要水位设定值、手动阀、调节阀、不 处于极限位置（即过大或过小） ，液位 2 总能稳定并且偏差很小，这说明我的双 容水箱液位控制系统设计的还算成功。
if 调节阀开度=0 then 进水流量 1=0 水箱对象：
这个策略也是脚本程序，用于描述水箱的特性，程序如下： 进水流量 1 = 水泵供水量*调节阀开度/100 出水流量 1 = !sqr(液位 1*2*9.8)*电动阀开度/100 液位 1 = 液位 1+(进水流量 1-出水流量 1)/100 进水流量 2 = 出水流量 1 出水流量 2 = !sqr(液位 2*2*9.8)*手动阀开度/100 液位 2 = 液位 2+(进水流量 2-出水流量 2)/50
安全策略设计及说明：
本系统的安全策略负责人才能进行用户和用户组管理；只有负责人才能进 行“打开工程” 、 “退出系统”的操作；只有负责人才能调节手动阀和调节阀；普 通操作人员只能设定液位 2 的设定值。 本设计中所有密码均为 123。
在打开工程时会出现工程密码，如图：
运行工程时， 会出现用户登录界面， 此时只有负责人可以登录工程。 如图：
监控界面设计说明：
图画左侧是双容水箱的模型图，包括了水泵、开关、调节阀、电动阀、手 动阀等。右侧有 4 个游标，第一个游标是电动阀开度，此游标不能由用户来拖动 控制，只能显示出当前电动阀的开度，电动阀的开度由控制器输出控制；第二个 是调节阀开度， 用户可以通过此游标来控制调节阀的开度，得到自己想要的进水 流量，当游标滑块拖动到某处时，左侧的输入框会显示出当前调节阀开度；第三 个是手动阀开度， 用户可以通过此游标来控制手动阀的开度，得到自己想要的出 水流量，当游标滑块拖动到某处时，左侧的输入框会显示出当前手动阀开度；第 四个是水箱 2 的液位设定值， 用来设定水箱 2 的液位， 当游标滑块拖动到某处时， 左侧的输入框会显示出当前液位 2 的设定值。 右下方的两个仪表和输入框分别显 示当前水箱 1 和水箱 2 的液位， 当液位变化时显示值也跟着变化。中间下方是报 警显示构件， 当水箱 1 和水箱 2 的液位超过上限值或低于下限值时，该构件会出 现提示，当报警结束后也会出现提示。仪表上面分别有液位 1 液位 2 的指示灯。