毕业设计论文-基于组态软件的双储液罐水位控制系统监控系统设计

毕业设计论文-基于组态软件的双储液罐水位控制系统监控系统设计内容摘要：

MCGS 软件系统包括组态环境和运行环境两个部分。 组态环境相当于 一套完整的工具软件，帮助用户设计和构造自己的应用系统。 运行环境则按照组态环境中构造的组态工程， 以用户指定的方式运行，并进行各种处理，完成用户组态设计的目标和功能。 两部分互相独立， 又紧密相关，如图 1所示。 图 1 MCGS 软件系统结构图 15 运用 MCGS 建立运行程序的一般过程 (1) 启动 McGs 组态环境，建立工程项目。 (2) 进行设备配置。 设备配置的目的是实现上下位机通讯，即实现计算机与智能 仪表 之间的连接。 通过设备窗口配置数据采集与控制输出设备，注册设备驱动程序，定义连接与驱动设备用的数据变量。 (3) 构造数据库。 在实时数据库窗口建立新的数据库文件。 要求与设备要求的数据库一致。 该窗口定义不同类型和名称的变量，作为数据采集、处理 、输出控制、动画连接及设备驱动的对象。 (4) 制作图形画面，在用户窗口实现。 主要用于 设置 工程中人机交互的界面，诸如：生成水位变化的动画显示画面、报警输出、数据与曲线图表等。 (5) 在主控窗口建立新工程。 主控窗口中可以放置一个设备窗口和多个用户窗口，负责调度和管理这些窗口的打开或关闭。 主要的组态操作包括：定义工程的名称， 编制工程菜单，设计封面图形，确定自动启 动的窗口，设定动画刷新周期，指定数据库存盘文件名称及存盘时间等。 (6) 定义动画链接。 动画链接是将动画与数据库变量建立联系， 当数据库变量发生改变时动画就可以表现出来。 即当水箱中水位发生变化时，动画可以适时显示。 (7) 运行与调试。 当以上步骤完成以后，先进行组态检查通过后就可以进入运行环境调试。 水箱水位控制系统的设备组成 双储液罐水位控制系统 由上位机和智能调节仪两部分组成。 上位机由四个画面组成。 实时数据采集，历史数据记录，运行动画，通讯状态组成。 MCGS 通过设备驱动程序与外部 设备进行数据交换。 包括数据采集和发送设备指令。 设备驱动程序是 DLL(动态连接库 )文件，设备驱动程序中包含符合各种设备通讯协议的处理程序，将设备运行状态的特征数据采集进来或发送出去。 MCGS 负责在运行环境中调用相应的设备驱动程序，将数据传送到工程中的各个部分。 完成整个系统的通讯过程，设备关系如图 2所示。 下位机由宇光 AI808 智能仪表构成，实现对水位数据的采集和控制。 宇光一智能仪表是利用 RS232／ RS485 和上位机进行通讯的人工智能工业调节器，该设备构件用于 MCGS 操作和通过串行 I=I 读写仪表的数据。 根 据实际应用的需要来正确设置仪表的各项参数，也可通过本构件的设备命令设置仪表的部分参数。 图 2 上下位机组成结构图 16 属性 设置 要 使 MCGS 能正确操作宇光 —— 智能 仪表 ，先设置该构件的属性 ： (1) 仪表的地址，必须和仪表 Addr 参数设置一致。 (2) 用于设置仪表的输入范围。 (3) 设置仪表的 SV 值方式，不设置 SV 值表示只读 SV 值，自动设置 SV值表示写 SV。 (4) 设置仪表的 OP 值方式，不设置 OP 值表示只读 OP 值，自动设置 OP值表示写 OP。 (5)设 置 数据 的小数点位置，必须和宇光仪表的小数点位置参数一致， 因字光仪表在通讯过程中传递的数据不带小数点，上位机通过此参数设置值来确定数据的大小。 设备 命令 宇光 —— 智能仪表可通过设备命令实现其全部通讯功能，其命令格式如下 L8： Read (Cmd， PV， SV， OP， dat)：读取仪表的 PV 值， SV 值， OP 值， Dat值， Cmd 为命令代号， PV 为存储读取的 PV 值的变量， SV 为存储读取的 SV 值的变量， OP 为存储读取的 OP 值的变量， Dat 为存储读取的 Dat 值的变量， Dat 值的含义由 Cmd 的值决定。 Write(Cmd， Dat)：写仪表的 Dat 值命令， Cmd 为命令代号， Dat 为写入的数据， Dat 值的含义由 Cmd 的值决定。 Cmd 的值需要根据试验结果进行标定和修正。 Cmd 的值 包括： SV／ SteP(上限报警 )、 HlAL(给定值／程序段 )、 LoAI (下限报警 )、 dHAL(正偏差报警 )、 dl AI (负偏差报警 )、 dF(回差 )、 CtrL(控制方式 )、M50(保持参数 )、 P(速率参数 )、 t(滞后参数 )、 CtI(控制周期 )、 Sn(输入规格 )、diP(小数点位置 )、 dlL(下限显示值 )、 dIH(上限显示值 )、 CJC(冷端补偿 )、 Sc(传感器修正 )、 oP1(输出方式 )、 (oPl 输出下限 )、 oPH(输出上限 )、 CF(系统功能选择 )、 Baud(波特率／程序运行控制字 )、 Addr(通讯地址 )、 d1 (数字滤波 )、 run(运行参数 )、 Loc(参数封锁 )等。 设备命令的实现方法 MCGS 运行策略的设备操作构件实现，具体操作如下： 17 (1) 在运行策略中新建一个用户策略； (2) 在策略工具箱中选取设备操作构件； (3) 在设备操作构件的属性页选取执行指定设备命令，在其后的输入框中输入设备命令，即在脚本程序中执行如下函数实现 SetDevice(DevName，Devop， CmdStr)：按照设备名字对设备进行操作。 设备调试 设备调试在 “ 设备调试 ” 属性页中进行， 以检查和测试模块是否正常工作．在进行调试前，要先接好模块电源和串行通讯线，把模块地址、波特率和各种参数设置正确、 Addr 参数必须和模块地址一致， 串口号、波特率、数据位位数、停止位位数、校验方式必须和父设备的设置一致， 打开主机即可调试。 (注意：对通讯状态通道调试时， 通道值一列显示设备通讯状态， 0表示通讯成功， 1 表示通讯失败。 对模拟量输入通道调试时，通道值一列显示模拟量输入通道的实际测量值。 对模拟量输出通道调试时，通道 值一列输入要输出的值。 ) 采用 MCGS 开发双储液罐水位控制系统结语 采用 MCGS 开发 双储液罐水位控制系统 ，是模拟现代工业生产过程中对液位进行测量、控制，观察其变化特性，研究过程控制规律的试验系统，具有过程控制的动态过程一般特点 (大惯量、大延时、非线性 )。 经过长期实验， 运行稳定，数据采集准确可靠，为理论分析过程控制实验的实现奠定了基础。 第三章 双储液罐水位控制系统的硬件组成及设备的选择 水箱对象 对象由水罐、水 泵、调节阀、出水阀几部分组成。 ．水箱 水箱是储藏水的容器，假定水箱高 3m，上限为 ，下限为。 . 水泵 水箱里面的水是靠水泵从水源抽水而来的。 水泵采用单相泵（带电容），正常时额定电压为 220V（电源电压不得低于 10%，一面烧毁电机） 调节阀 18 采用 ZAZP 电动阀， ZAZP 电动精小型单座、套筒调节阀是 DKZ 型电动单元组合仪表中的执行单元，它是生产过程自动调节系统中的重要环节之一。 它以电源为动力接受统一的标准信号 0～ 10mA 或 4～ ，将此转为与输入 信号相对应的上下位移，自动地操纵阀门，改变阀门的开启程度，从而达到对工业介质流量、压力、温度和液位等参数的自动调节。 因而广泛应用于化工、石油、冶金、电站和轻纺等工业生产过程的自动调节和远程控制。 本系列产品有标准型、波纹管密封型、夹套保温型等多种品种。 产品公称压力等级有 、 、 ；公称通径范围 DN20～ 400。 出水阀 采用 ANSI Class 150～ 2500Lb 出水阀，工作温度≤ 600℃的石油、化工、火力电站等各种工况的管路上，切断或接通介质。 适用介质为：水、油 品、蒸汽等。 操作方式有：手动、齿轮传动、电动、气动等。 水位、温度检测与控制设备 水位传感器 为了监控水箱的水位，必须依靠一定的检测设备第微毫 水箱水位这个重要参数进行检测。 在这里选用 ST2020GP4BM1B2 型扩散硅压力传感器，量程为，当水位为 3m，输出电流为 20mA，当水位为 0m 时，输出电流为 4mA。 温度变送器 为了监控水箱的温度，必须依靠一定的检测设备对水箱温度这个重要参数进行检测。 在这里采用 KZW 系列温度变送 器 KZW 系列温度变送器 简介： 一、用途： KZW 系列温度变送器采用先进的集成电路模块技术组成，可与热电偶温度传感器（或热电阻温度传感器）配合，使 mV（或电阻）信号变成标准的电流或电压信号进行传输。 可广泛适用于电力、石油、建材、科研等行业的温度测量。 二、特点： （或热电阻）温度变送器是与传感器组成一体，使用极为方便。 ，一体化热电阻传感器在现场只须使用二线制。 避免了因导线质量，在长距离传输中引起的误差，提高了工程的质量。 因此，简化了工 程，降低了工程造价。 、放大器、电压调整器、 V/I 变换器、 19 电压反向保护功能、传感器开路报警功能、变送器限流保护功能、输出恒流特性、线性校准功能。 热电阻温度变送器内设 R/V 变换器、放大器、 V/I 变换器、电压反向保护功能、传感器开路报警功能、变送器限流保护功能、输出恒流特性、线性校准功能。 ，且量程调整与零点调整互相独立。 ，使之安全可靠工作。 ，全面采用表面贴装工艺。 三 、主要技术特点： ：热电偶（ K、 E、 S）；热电阻（ Pt100、 Pt1000 、 Cu50 、 Cu100）。 ： 420mADC,与被测温度呈线性关系，二线制传输； 1— 5V， 0— 5V，0— 10V， 0— 10mA,0— 20mA 与被测温度呈线性关系，三线制传输。 ： — 200℃ 1600℃ (根据所选的热电阻或热电偶 ) ： 177。 % ， 177。 % ： 24VDC（ 12V32VDC） ： 25mADC输出信号 21mADC。 ：电流输出 ≤500Ω ，电压输出 ≥1KΩ。 ：热电偶温度变送器内部配有冷端补偿器，热电阻温度变送器输入可由用户选择二线制或三线制。 ： ： 50g A.⑴ .根据用户要求按线路图接线。 ⑵ .根据用户要求按分度表列出温度值，热电阻值，电流值三者的对应值。 ⑶ .用电阻箱逐点进行校验。 产品精度为 177。 % ， 177。 %。 B．检验输入信号断路限流保护功能和上限报警功能。 25mADC电流表指示 21mADC C．检验输出 恒流特性：改变 250Ω ，使之在 0— 500Ω 之间变化。 误差 % 2．热电偶温度变送器（输出二线制） A． ⑴ .按线路图接线。 ⑵ .根据用户要求按分度表列出温度， mV，电流三者对应值。 ⑶ .测出测试现场的温度值，查出对应的 mV 值 X（冷端补偿值） ⑷ .每个测试点扣除 X 值，即为对应的温度和电流值。 产品精度为： % B．检验输入信号断路限流保护功能和上限报警功能。 25mADC电流表指示 21mADC C．检验输出恒流特性：改变 250Ω ，使之在 0— 500Ω 之间变化。 误差： % 配电器的作用是为水位传感器提供 24V 电源，同时将水位传感器与计算机接口进行了电气隔离，提高了系统的可靠性，配电器的型号为 DFP2100。 20 稳压电源 稳压电源为配电器、水位传感器、智能模块、接触器提供 24V 工作电源。 稳压电源的型号为 DFY3110，最大输出电流为 10A。 接触器 由于 PLC 的输出触点容量较小（电流小于 2A），一般不能用于直接控制交大功率的电气设备，故需要外加接触器，以便能够对水泵进 行控制。 这里选用 CZ1840型直流接触器，其触头额定电压为 440V，额定电流为 40A，吸引线圈电压为 24V。 电加热器 因为要对水的温度进行控制，可以通过电加热器的通断进行控制。 这里采用散热式电热器。 I/O 接口设备 显然系统有 4路模拟量输入（ AI）， 4路开关输出（ DO）。 可以选用研祥 PCL818L多功能板卡作为 I/O 接口设备。 PCL818L 简介： PCL818L 是为 IBM 或其他兼容计算机设计的一款高性能、高速多功能数据采集卡。 PCL818L 具备所有数据采集卡的功能，例如， A/D ， D/A 转换， DIO 和定时 /计数器，本卡的高规格使其在需要高速采集的情况下得到广泛应用。