畢業(yè)論文-雙容水箱液位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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

2、 電氣自動(dòng)化 </p><p>　　指導(dǎo)老師： 專業(yè)技術(shù)職務(wù) </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(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀- 6 -</p><p>　　1.2.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀- 6 -</p><p>　　1.2.2 國(guó)內(nèi)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(jìn)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(xué)建模- 11 -</p><p>　　2.1 數(shù)學(xué)模型的介紹- 11 -</p>&

5、lt;p>　　2.2 數(shù)學(xué)模型的建立- 11 -</p><p>　　2.2.1 機(jī)理法- 12 -</p><p>　　2.2.2 實(shí)驗(yàn)法- 13 -</p><p>　　2.3 本文中水箱液位數(shù)學(xué)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)- 15 -</p><p>　　3 硬件設(shè)計(jì)- 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(dòng)調(diào)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(diào)節(jié)過程- 22 -</p><p>　　4.2 積分（I）控制及調(diào)節(jié)過程- 22 -</p><p>　　4.3 微分（D）控制及調(diào)節(jié)過程- 23 -</p><p

9、>　　5 MCGS組態(tài)軟件- 23 -</p><p>　　5.1 MCGS簡(jiǎn)介- 23 -</p><p>　　5.2 MCGS的構(gòu)成- 24 -</p><p>　　5.2.1 MCGS組態(tài)軟件的系統(tǒng)構(gòu)成- 24 -</p><p>　　5.2.2 MCGS組態(tài)軟件界面簡(jiǎn)介- 25 -</p>&l

10、t;p>　　5.3 MCGS組態(tài)軟件的功能和特點(diǎn)- 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(dòng)- 27 -</p>

11、<p>　　5.5.3 各個(gè)控件的制作- 29 -</p><p>　　5.5.4 水箱中液位變化的動(dòng)畫效果制作- 29 -</p><p><b>　　結(jié)論- 30 -</b></p><p><b>　　致謝- 31 -</b></p><p>　　參考文獻(xiàn)- 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(chǎn)的飛速發(fā)展，人們對(duì)控制系統(tǒng)的控制精度、響應(yīng)速度、系統(tǒng)穩(wěn)定性與適應(yīng)能力的要求越來越高。而實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)過程中的被控對(duì)象往往具有非線性、時(shí)線性、時(shí)延對(duì)象的先進(jìn)控制策略，提高系統(tǒng)的控制水平，具有重要的實(shí)際意義。每一個(gè)先進(jìn)、實(shí)用的

13、控制算法的出現(xiàn)都對(duì)工業(yè)生產(chǎn)具有巨大的推動(dòng)作用。然而，當(dāng)前的學(xué)術(shù)研究成果與實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用技術(shù)水平并不是同步的，甚至相差幾十年。在我國(guó)，越是高深的、先進(jìn)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(nèi)，也越是遠(yuǎn)離了國(guó)民生產(chǎn)這個(gè)應(yīng)用基地。最近幾年，國(guó)內(nèi)一些控制領(lǐng)域已接近甚或超越了國(guó)際水平，然而，就先進(jìn)理論應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域的狀況來講，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比卻存在較大差距。其原因固然是多方面的。 但是， 一個(gè)很明顯的原因就是在于理論研究尚缺乏實(shí)際背

14、景的支持，理論的算法一旦應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)就會(huì)遇到各種各樣的實(shí)際問題，制約了其應(yīng)用前景。在目前尚不具有在實(shí)驗(yàn)室中復(fù)現(xiàn)真實(shí)工業(yè)過程條件的今天， 開發(fā)經(jīng)濟(jì)實(shí)用的具有典型對(duì)象特性的實(shí)驗(yàn)裝置無疑是一條探索將理論成果轉(zhuǎn)化為應(yīng)用技術(shù)的捷徑。</p><p>　　本文所提及的水箱液位控制系統(tǒng)是我們?cè)趨⒖紘?guó)內(nèi)外實(shí)驗(yàn)裝置并充分考慮性能價(jià)格比的基礎(chǔ)上，自行設(shè)計(jì)的一種可以模擬多種對(duì)象特性的實(shí)驗(yàn)裝置。該裝置是進(jìn)行控制理論與控制工程教學(xué)、實(shí)驗(yàn)和研

15、究的理想平臺(tái)，可以方便的構(gòu)成多階系統(tǒng)。對(duì)象，用戶既可通過經(jīng)典的PID控制器設(shè)計(jì)與調(diào)試，完成經(jīng)典控制教學(xué)實(shí)驗(yàn)，也可通過模糊邏輯控制器的設(shè)計(jì)與調(diào)試，進(jìn)行智能控制教學(xué)實(shí)驗(yàn)與研究。 </p><p>　　水箱是較為典型的非線性、時(shí)延對(duì)象，工業(yè)上許多被控對(duì)象的整體或局部都可以抽象成水箱的數(shù)學(xué)模型，具有很強(qiáng)的代表性，有較強(qiáng)的工業(yè)背景，對(duì)水箱數(shù)學(xué)模型的建立是非常有意義的。同時(shí)，水箱的數(shù)學(xué)建模以及控制策略的研究對(duì)工業(yè)生產(chǎn)中液位控

16、制系統(tǒng)的研究有指導(dǎo)意義，例如工業(yè)鍋爐、結(jié)晶器液位控制。而且，水箱的控制可以作為研究更為復(fù)雜的非線性系統(tǒng)的基礎(chǔ)，又具有較強(qiáng)的理論性，屬于應(yīng)用基礎(chǔ)研究。同時(shí)，它具有較強(qiáng)的綜合性，涉及控制原理、智能控制、流體力學(xué)等多個(gè)學(xué)科。</p><p>　　1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 </p><p>　　隨著人們生活質(zhì)量的提高和環(huán)境的變化，“水”已經(jīng)成為人們關(guān)注的對(duì)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(yùn)用到水位控制系統(tǒng)中，不僅可以解決水塔的自動(dòng)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(guó)工業(yè)自動(dòng)化不斷的向前發(fā)展！</p><p>　　1.2.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀</p><p>　　德國(guó) Amira 自動(dòng)化公司研制的水箱系統(tǒng)是著名的智能實(shí)驗(yàn)設(shè)備之一， 在國(guó)外很多大學(xué)和實(shí)驗(yàn)室都已得到了廣泛的應(yīng)用，國(guó)內(nèi)也有包括清華大學(xué)、浙江大學(xué)、吉林

18、大學(xué)等高校引進(jìn)了 Amira 公司研制的水箱過程控制實(shí)驗(yàn)裝置。但是，由于德國(guó)Amira 自動(dòng)化公司研制的水箱系統(tǒng)價(jià)格太高，給購置這個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)備帶來很多困難。也正是受其高價(jià)格的限制，目前，國(guó)內(nèi)只是少數(shù)高校的部分實(shí)驗(yàn)室引進(jìn)了這個(gè)設(shè)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(chǎn)過程中自動(dòng)控制系統(tǒng)的被控變量為液位的系統(tǒng)。在生產(chǎn)過程中，對(duì)液位的相關(guān)參數(shù)進(jìn)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(zhì)量和生產(chǎn)安全，使生產(chǎn)自動(dòng)進(jìn)行下去。液位過程參數(shù)的變化不但受到過程內(nèi)部條件的影響，也受外界條件的影響，而且影響生產(chǎn)過程的參數(shù)一般不止一個(gè)，在過程中的作用也不同，這就增加了對(duì)過程參數(shù)進(jìn)行控制的復(fù)雜性，或者控制起來相當(dāng)困難，因此形成了過程控制的下列特點(diǎn)：</p><p><b>　　(1)對(duì)象存在滯后</b></p><p>　　熱工生產(chǎn)大多是在龐

20、大的生產(chǎn)設(shè)備內(nèi)進(jìn)行，對(duì)象的儲(chǔ)存能力大，慣性也較大，設(shè)備內(nèi)介質(zhì)的流動(dòng)或熱量傳遞都存在一定的阻力，并且往往具有自動(dòng)轉(zhuǎn)向平衡的趨勢(shì)。因此，當(dāng)流入(流出)對(duì)象的質(zhì)量或能量發(fā)生變化時(shí)，由于存在容量、慣性、阻力，被控參數(shù)不可能立即產(chǎn)生響應(yīng)，這種現(xiàn)象叫做滯后。</p><p>　　(2)對(duì)象特性的非線性</p><p>　　對(duì)象特性大多是隨負(fù)荷變化而變化，當(dāng)負(fù)荷改變時(shí)，動(dòng)態(tài)特性有明顯的不同。大多數(shù)生產(chǎn)過

21、程都具有非線性，弄清非線性產(chǎn)生的原因及非線性的實(shí)質(zhì)是極為重要的。</p><p>　　(3)控制系統(tǒng)較復(fù)雜</p><p>　　從生產(chǎn)安全方面考慮，生產(chǎn)設(shè)備的設(shè)計(jì)制造都力求生產(chǎn)過程進(jìn)行平穩(wěn)，參數(shù)變化不超出極限范圍，也不會(huì)產(chǎn)生振蕩，作為被控對(duì)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(dòng)趨向平衡的能力，即被控量發(fā)生變化時(shí)，對(duì)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(duì)象。任何生產(chǎn)過程被控制的參數(shù)都不是一個(gè)，這些參數(shù)又各具有不同的特性，因此要針對(duì)這些不同的特性設(shè)計(jì)相應(yīng)不同的控制系統(tǒng)。</p><p>　　1.2.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀</p><p>　　國(guó)內(nèi)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(shí)驗(yàn)裝置由固高科技有限公司協(xié)同香港城市大學(xué)聯(lián)合研制開發(fā)而成， 并經(jīng)過香港城市大

23、學(xué)雙年的實(shí)踐檢驗(yàn)，充分證明了其教學(xué)、實(shí)驗(yàn)和研究?jī)r(jià)值。用戶既可通過經(jīng)典的PID控制器設(shè)計(jì)與調(diào)試，完成經(jīng)典控制教學(xué)實(shí)驗(yàn)，也可通過模糊邏輯控制器的設(shè)計(jì)與調(diào)試，進(jìn)行智能控制教學(xué)實(shí)驗(yàn)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(shí)通過液位傳感器對(duì)水位的精確檢測(cè)，方便地獲得瞬態(tài)響應(yīng)指標(biāo)，準(zhǔn)確評(píng)估控制性能。 開放的控制器平臺(tái)， 便于用戶進(jìn)行自己的控制器設(shè)計(jì)， 滿足創(chuàng)新研究的需要。THJS-1 型水箱對(duì)象系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置由浙江天煌科技實(shí)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(dòng)控制理論學(xué)習(xí)、研究及控制模型和算法探索的教師，科研人員及高年級(jí)本科生和研究生提供了一個(gè)具體的控制對(duì)象。</p><p>　　液位控制系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)各行各業(yè)的應(yīng)用已經(jīng)十分廣泛，但從國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的液位控制器來講，同國(guó)外的日本、美國(guó)、德國(guó)等先進(jìn)國(guó)家相比，仍然有差距。目前，我國(guó)液位控制主要以常規(guī)的 PID 控制器為主，它只能適應(yīng)一般系統(tǒng)控制，難于控制滯后、復(fù)雜、時(shí)變溫度系統(tǒng)控

25、制。而適應(yīng)于較高控制場(chǎng)合的智能化、自適應(yīng)控制儀表，國(guó)內(nèi)技術(shù)還不十分成熟，形成商品化并廣泛應(yīng)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(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展以及自動(dòng)控制理論和設(shè)計(jì)方法發(fā)展的推動(dòng)下，國(guó)外液位控制系統(tǒng)發(fā)展迅速，并在智能化、自適應(yīng)、參數(shù)自整定等方面取得成果，在這方面，以日本、美國(guó)、德國(guó)、瑞典等國(guó)技術(shù)領(lǐng)先，都生產(chǎn)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(yīng)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(dòng)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(jié)構(gòu)復(fù)雜的工業(yè)生產(chǎn)過程中，還是在傳統(tǒng)工業(yè)過程改造中，過程控制技術(shù)對(duì)于提高產(chǎn)品質(zhì)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(shù)是一歷史較為久遠(yuǎn)的分支。在本世紀(jì)30 年代就已有應(yīng)用。過程控制技術(shù)發(fā)展至今天, 在控制方式上經(jīng)歷了從人工控制到自動(dòng)控制兩個(gè)發(fā)展時(shí)期。在自動(dòng)控制時(shí)期內(nèi)，過程控制系統(tǒng)又經(jīng)歷了三個(gè)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(shù)手段來看，可以粗略地把它劃為三個(gè)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(yīng)用發(fā)

28、展的鼎盛時(shí)期，又是現(xiàn)代控制應(yīng)用發(fā)展的初期，90 年代初既是現(xiàn)代控制應(yīng)用發(fā)展的繁榮時(shí)期，又是高級(jí)控制發(fā)展的初期。第一階段是初級(jí)階段，包括人工控制，以古典控制理論為主要基礎(chǔ)，采用常規(guī)氣動(dòng)、液動(dòng)和電動(dòng)儀表，對(duì)生產(chǎn)過程中的溫度、流量、壓力和液位進(jìn)行控制，在諸多控制系統(tǒng)中，以單回路結(jié)構(gòu)、PID 策略為主，同時(shí)針對(duì)不同的對(duì)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(yù)估器，克服干擾的前饋控制和串級(jí)控制

29、等等，這階段的主要任務(wù)是穩(wěn)定系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)定值控制。這與當(dāng)時(shí)生產(chǎn)水平是相適應(yīng)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(chǔ)，以微型計(jì)算機(jī)和高檔儀表為工具，對(duì)較復(fù)雜的工業(yè)過程進(jìn)行控制。這階段的建模理論、在線辨識(shí)和實(shí)時(shí)控制已突破前期的形式，繼而涌現(xiàn)了大量的先進(jìn)控制系統(tǒng)和高級(jí)控制策略，如克服對(duì)象特性時(shí)變和環(huán)境干擾等不確定影響的自適應(yīng)控制，消除因模型失配而產(chǎn)生不良影響的預(yù)測(cè)控制等。這階段的主要任務(wù)是克

30、服干擾和模型變化，滿足復(fù)雜的工藝要求，提高控制質(zhì)量。1975 年，世界上第一臺(tái)分散控制系統(tǒng)在美國(guó)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(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)和顯示技術(shù)，采用多層分級(jí)的結(jié)構(gòu)形式,按總體分散、管理集中的原則，完成對(duì)工業(yè)過程的操作、監(jiān)視、控制。由于采用了分散的結(jié)構(gòu)和冗余等技術(shù)，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(kuò)

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(jī)界面和故障檢測(cè)報(bào)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(fēng)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(gè)里程碑。</p><p>　　第三階段是高級(jí)階段，目前正在來到。</p><p>　　1.3.2 過程控制策略與算法的進(jìn)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(jiǎn)單控制、復(fù)雜控制與先進(jìn)控制。通常將單回路PID控制稱為簡(jiǎn)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(chǔ)，主要用頻域方法對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行分析與綜合。目前，PID控制仍然得到廣泛應(yīng)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(jì)50年代開始，過程控制界逐漸發(fā)展了串級(jí)控制、比值控制、

33、前饋控制、均勻控制和Smith預(yù)估控制等控制策略與算法，稱之為復(fù)雜控制。它們?cè)诤艽蟪潭壬?，滿足了復(fù)雜過程工業(yè)的一些特殊控制要求。它們?nèi)匀灰越?jīng)典控制理論為基礎(chǔ)，但是在結(jié)構(gòu)與應(yīng)用上各有特色，而且在目前仍在繼續(xù)改進(jìn)與發(fā)展。</p><p>　　20世紀(jì)70年代中后期，出現(xiàn)了以DCS和PLC為代表的新型計(jì)算機(jī)控制裝置，為過程控制提供了強(qiáng)有力的硬件與軟件平臺(tái)。</p><p>　　從20世紀(jì)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(chǔ)上，針對(duì)工業(yè)過程控制本身的非線性、時(shí)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(yù)測(cè)控制、模糊控制、自適應(yīng)控制、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等，常統(tǒng)稱為先進(jìn)過程控制。近十年來，以專家系統(tǒng)、模糊邏輯、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法為主要方法的基于知識(shí)的智能處理方法已經(jīng)成為過程控制的一種重要技術(shù)。先進(jìn)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(fù)雜工業(yè)過程的控制問

35、題。實(shí)踐證明，先進(jìn)過程控制方法能取得更高的控制品質(zhì)和更大的經(jīng)濟(jì)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(zhì)生活水平的提高以及市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日益激烈，產(chǎn)品的質(zhì)量和功能也向更高的檔次發(fā)展，制造產(chǎn)品的工藝過程變得越來越復(fù)雜，為滿足優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低消耗，以及安全生產(chǎn)、保護(hù)環(huán)境等要求，過程控制的任務(wù)也愈來愈繁重。這樣的生產(chǎn)過

36、程一般具有大慣性、大滯后、時(shí)變性、關(guān)聯(lián)性、不確定性和非線性的特點(diǎn)。這里的關(guān)聯(lián)性不僅包含過程對(duì)象中各物理參量之間的耦合交錯(cuò)，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(jié)構(gòu)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(zhì)的非線性，也有本質(zhì)非線性。由于工業(yè)過程的這種復(fù)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(duì)象模型的，即按建模2控制2優(yōu)化進(jìn)行的，建模的精

37、確程度決定著控制質(zhì)量的高低。盡管目前建模的理論和方法有長(zhǎng)足的進(jìn)步，但仍有許多過程或?qū)ο蟮臋C(jī)理不清楚，動(dòng)態(tài)特性難以掌握，如一些反應(yīng)過程、冶煉過程、生化過程，甚至有些過程或?qū)ο箅y以用數(shù)學(xué)語言描述。這樣，我們不得不對(duì)過程模型進(jìn)行簡(jiǎn)化或近似，將一個(gè)理論上極為先進(jìn)的控制策略應(yīng)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(yīng)控制，對(duì)緩慢的變化過程比較有效，但對(duì)變化劇烈的過程(如幅度大,非線性強(qiáng)) 卻力不從心了。因此，用傳統(tǒng)的控制手段進(jìn)一步提高

38、過程控制的質(zhì)量遇到了極大的困難，傳統(tǒng)控制方法面臨著嚴(yán)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(dòng)化水平已經(jīng)成為衡量各行業(yè)現(xiàn)代化水平的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)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(gè)階段。生活中常見的智能控制的典型實(shí)例有全自動(dòng)洗衣機(jī)和全自動(dòng)電冰箱等。</p><p>　　根

39、據(jù)自動(dòng)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)?？紤]到工業(yè)生產(chǎn)中的穩(wěn)定性與準(zhǔn)確性要求，通常采用閉環(huán)控制系統(tǒng)作為實(shí)際生產(chǎn)中的控制模型。一個(gè)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(jī)構(gòu)、輸入輸出接口等組成部分?；镜墓ぷ髟硎菍⒖刂破鞯妮敵鐾ㄟ^輸出接口、執(zhí)行機(jī)構(gòu)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(jī)構(gòu)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(dòng)控制系統(tǒng)，通常都是采用PID控制技術(shù)調(diào)節(jié)水泵功率以達(dá)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(yīng)用最為廣泛的控制技術(shù)之一，且占有主導(dǎo)地位，但是PID控制技術(shù)在解決一些復(fù)雜的、非線性的、時(shí)變的、遲滯的被控對(duì)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(dāng)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(duì)上述控制不理想的問題對(duì)使用的影響比較大的情況，需要進(jìn)一步改進(jìn)該控制系統(tǒng)，本課題提出用仿人智能PID控制方法，對(duì)控制區(qū)間進(jìn)行了劃分，使控制算法更加精細(xì);進(jìn)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(guó)以最大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益為目標(biāo)，研究和開發(fā)綜合自動(dòng)化技術(shù)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的需要，是參加國(guó)際市場(chǎng)

42、劇烈競(jìng)爭(zhēng)的需要。在世紀(jì)交替之際，新技術(shù)的研究和開發(fā)將大大推動(dòng)工業(yè)過程制度化的發(fā)展，并帶來巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。</p><p>　　2 水箱的數(shù)學(xué)建模</p><p>　　2.1 數(shù)學(xué)模型的介紹</p><p>　　數(shù)學(xué)模型（Mathematical Model）是一種模擬，是用數(shù)學(xué)符號(hào)、數(shù)學(xué)式子、程序、圖形等對(duì)實(shí)際課題本質(zhì)屬性的抽象而又簡(jiǎn)潔的刻劃，它或能解

43、釋某些客觀現(xiàn)象，或能預(yù)測(cè)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(xué)模型一般并非現(xiàn)實(shí)問題的直接翻版，它的建立常常既需要人們對(duì)現(xiàn)實(shí)問題深入細(xì)微的觀察和分析，又需要人們靈活巧妙地利用各種數(shù)學(xué)知識(shí)。這種應(yīng)用知識(shí)從實(shí)際課題中抽象、提煉出數(shù)學(xué)模型的過程就稱為數(shù)學(xué)建模（Mathematical Modeling）。 </p><p>　　不論是用數(shù)學(xué)方法在科技和生產(chǎn)領(lǐng)域解決哪類實(shí)際問題，還

44、是與其它學(xué)科相結(jié)合形成交叉學(xué)科，首要的和關(guān)鍵的一步是建立研究對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，并加以計(jì)算求解。數(shù)學(xué)建模和計(jì)算機(jī)技術(shù)在知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代的作用可謂是如虎添翼。</p><p>　　2.2 數(shù)學(xué)模型的建立</p><p>　　水箱是液位控制系統(tǒng)中的被控對(duì)象，若流入量和流出量相同，水箱的液位不變，平衡后當(dāng)流入側(cè)閥門開大時(shí)，流入量大于流出量導(dǎo)致液位上升。同時(shí)由于出水壓力的增大使流出量逐漸增大，其趨勢(shì)是重

45、新建立起流入量與流出量之間的平衡關(guān)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(guān)系，液位最后穩(wěn)定在某一高度上；反之，液位會(huì)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(diào)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(xué)關(guān)系就可以建立該水箱對(duì)象的數(shù)學(xué)模型。</p><p>　　2.2.1 機(jī)理法</p><p>　　根據(jù)對(duì)象的特征和建模的目

46、的，對(duì)問題進(jìn)行必要的、合理的簡(jiǎn)化，用精確的語言做出假設(shè)，可以說是建模的關(guān)鍵一步．一般地說，一個(gè)實(shí)際問題不經(jīng)過簡(jiǎn)化假設(shè)就很難翻譯成數(shù)學(xué)問題，即使可能，也很難求解．不同的簡(jiǎn)化假設(shè)會(huì)得到不同的模型．假設(shè)作得不合理或過份簡(jiǎn)單，會(huì)導(dǎo)致模型失敗或部分失敗，于是應(yīng)該修改和補(bǔ)充假設(shè)；假設(shè)作得過分詳細(xì)，試圖把復(fù)雜對(duì)象的各方面因素都考慮進(jìn)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(shè)的依據(jù)，一是出于對(duì)問題內(nèi)在規(guī)律的認(rèn)識(shí)，二是來自對(duì)數(shù)據(jù)或現(xiàn)象的分析，

47、也可以是二者的綜合．作假設(shè)時(shí)既要運(yùn)用與問題相關(guān)的物理、化學(xué)、生物、經(jīng)濟(jì)等方面的知識(shí)，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(yàn)在這里也常起重要作用．寫出假設(shè)時(shí)，語言要精確，就象做習(xí)題時(shí)寫出已知條件那樣，根據(jù)所作的假設(shè)分析對(duì)象的因果關(guān)系，利用對(duì)象的內(nèi)在規(guī)律和適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)工具，構(gòu)造各個(gè)量(常量和變量)之間的等式(或不等式)關(guān)系或其他數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)．這里除需要一些相關(guān)學(xué)科的

48、專門知識(shí)外，還常常需要較廣闊的應(yīng)用數(shù)學(xué)方面的知識(shí)，以開拓思路.當(dāng)然不能要求對(duì)數(shù)學(xué)學(xué)科門門精通,而</p><p>　　2.2.2 實(shí)驗(yàn)法</p><p>　　實(shí)驗(yàn)建模原則上是把被研究對(duì)象看作為一個(gè)黑箱，通過試駕不同的輸入信號(hào)，研究對(duì)象的輸出響應(yīng)信號(hào)與輸入激勵(lì)信號(hào)之間的關(guān)系，估計(jì)出系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，這種方法也可稱為系統(tǒng)辨識(shí)方法或者黑箱方法。</p><p>　　顯然，

49、任何一個(gè)對(duì)象都可能有多個(gè)輸入變量和輸出變量，當(dāng)我們要研究的是x1與y1之間的關(guān)系時(shí)，就應(yīng)該將施加的輸入信號(hào)家在x1輸入端上，并記錄相應(yīng)的y1的變化。</p><p>　　這種方法對(duì)于復(fù)雜對(duì)象更為有效，對(duì)于已知的一階或者二階系統(tǒng)，通過試驗(yàn)方法測(cè)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(yīng)法，階躍響應(yīng)是指一個(gè)階躍輸入加到系統(tǒng)上時(shí)系統(tǒng)的輸出。穩(wěn)態(tài)誤差是指系統(tǒng)的響應(yīng)進(jìn)入

50、穩(wěn)態(tài)后，系統(tǒng)的期望輸出與實(shí)際輸出之差?？刂葡到y(tǒng)的性能可以用穩(wěn)、準(zhǔn)、快三個(gè)字來描述。穩(wěn)是指系統(tǒng)的穩(wěn)定性，一個(gè)系統(tǒng)要能正常工作，首先必須是穩(wěn)定的，從階躍響應(yīng)上看應(yīng)該是收斂的；準(zhǔn)時(shí)指控制系統(tǒng)的準(zhǔn)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(yīng)的快速性，通常用上升時(shí)間來定量描述。</p><p>　　2.3 本文中水箱液位數(shù)學(xué)模型的建立</p><p>

51、　　水箱液位控制系統(tǒng)是一個(gè)單回路控制系統(tǒng)，它有兩個(gè)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(nèi)部或外部擾動(dòng)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(diào)節(jié)器Gc（S）的結(jié)構(gòu)和參數(shù)的合理選擇。由于水箱的數(shù)學(xué)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(duì)于階躍輸入（包括階躍

52、擾動(dòng)），這種系統(tǒng)用比例（P）調(diào)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(diào)節(jié)器去控制，不僅可實(shí)現(xiàn)無余差，而且只要調(diào)節(jié)器的參數(shù)δ和Ti調(diào)節(jié)得合理，也能使系統(tǒng)具有良好的動(dòng)態(tài)性能。比例積分微分（PID）調(diào)節(jié)器是在PI調(diào)節(jié)器的基礎(chǔ)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(dòng)態(tài)性能得到進(jìn)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(gè)一階慣性系統(tǒng)，然后

53、，通過用策略里的PID模塊進(jìn)行控制，通過PID進(jìn)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(gè)方面： </p><p>　　(1) 預(yù)測(cè)控制。目前對(duì)水箱液位控制大多限于預(yù)測(cè)控制。例如，應(yīng)用一種工</p><p>　　業(yè)上易于獲取的階躍響應(yīng)模型， 根據(jù)其預(yù)測(cè)控制算法對(duì)有約束的水箱進(jìn)行模型預(yù)</p>&

54、lt;p>　　測(cè)控制；或者利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)廣義預(yù)測(cè)控制算法實(shí)現(xiàn)水箱的控制。 </p><p>　　(2) 容錯(cuò)控制。由于水箱能夠在實(shí)驗(yàn)過程中模擬各種實(shí)際應(yīng)用故障，所以少</p><p>　　數(shù)實(shí)驗(yàn)室也研究關(guān)于故障診斷和容錯(cuò)控制在水箱上的應(yīng)用。 </p><p>　　(3) 解耦控制。國(guó)內(nèi)外水箱實(shí)驗(yàn)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(jìn)行控制。</p><p>　　2.3.2 建立步驟</p><p>　　本實(shí)驗(yàn)選擇中水箱作為被測(cè)對(duì)象（也可選擇下水箱）。實(shí)驗(yàn)之前先將儲(chǔ)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(dāng)開度，其余閥門均關(guān)閉。</p><p>　　鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)擊實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目“二階水箱對(duì)象特

56、性測(cè)試實(shí)驗(yàn)”，系統(tǒng)進(jìn)入正常的測(cè)試狀態(tài)，呈現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)界面如圖2-1所示。</p><p>　　圖2-1 系統(tǒng)監(jiān)控界面</p><p>　?。?) 按設(shè)計(jì)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(jì)算機(jī)，運(yùn)行MCGS組態(tài)軟件，打開“液位串級(jí)過程控制系統(tǒng)”實(shí)驗(yàn)。</p><p>　　(3) 先設(shè)定電動(dòng)閥開度，系

57、統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)后記錄液位高度及此刻對(duì)應(yīng)時(shí)間。</p><p>　?。?）設(shè)定電動(dòng)閥開度為，系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)后記錄液位高度</p><p><b>　　（5）求;</b></p><p><b>　?。?）整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)</b></p><p>　　2.3.3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)</p><p>

58、;<b>　　1） 原始數(shù)據(jù)記錄</b></p><p>　　當(dāng)電動(dòng)閥開度時(shí)。對(duì)應(yīng)水位高度;</p><p>　　當(dāng)電動(dòng)閥開度。對(duì)應(yīng)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>　?。?-7）</b></p><p><b>　　3 硬件設(shè)計(jì)</b></p>

61、<p><b>　　3.1 變頻器</b></p><p>　　變頻器（Variable-frequency Drive，VFD）是應(yīng)用變頻技術(shù)與微電子技術(shù)，通過改變電機(jī)工作電源頻率方式來控制交流電動(dòng)機(jī)的電力控制設(shè)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(dòng)單元、驅(qū)動(dòng)單元、檢測(cè)單元微處理單元等組成。變頻器靠?jī)?nèi)部IGBT的開斷來調(diào)整輸出電源的

62、電壓和頻率，根據(jù)電機(jī)的實(shí)際需要來提供其所需要的電源電壓，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能、調(diào)速的目的，另外，變頻器還有很多的保護(hù)功能，如過流、過壓、過載保護(hù)等等。隨著工業(yè)自動(dòng)化程度的不斷提高，變頻器也得到了非常廣泛的應(yīng)用。</p><p><b>　　圖3-1變頻器</b></p><p>　　3.1.1 主回路</p><p>　　（1）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(jī)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(jī)的接線圖</p><p>　　1）電源線必須連接至R/L1，S/L2，T/L3。絕對(duì)不能接U、V、W，否則會(huì)損壞變頻器。（沒有必要考慮相序）</p

64、><p>　　2）電機(jī)連接到U、V、W。接通正轉(zhuǎn)開關(guān)（信號(hào)）時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向從負(fù)載軸方向看為逆時(shí)針方向。</p><p>　　圖 3-3連接專用外置型制動(dòng)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(jiǎn)單地說變頻器是通過改變電機(jī)輸入電壓的頻率來改變電機(jī)轉(zhuǎn)速的。各位從電機(jī)的轉(zhuǎn)速公式n=60f1(1-S)/P就可以看出，調(diào)節(jié)電機(jī)輸入電壓的頻率f1，即可改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速n。并且頻率越大，轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)。</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(diào)速范圍不大的情況下，可考慮選擇較為簡(jiǎn)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(duì)于風(fēng)機(jī)和泵類負(fù)載，由于低速時(shí)轉(zhuǎn)矩比較小，對(duì)過載能力和轉(zhuǎn)速精度要求較低，可選用簡(jiǎn)易型的變頻器或風(fēng)機(jī)、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(shè)定參數(shù)完成一些控制任

67、務(wù)，易于實(shí)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(shù)和電子控制技術(shù)，得到廣泛應(yīng)用。變頻器的作用是改變交流電機(jī)供電的頻率和幅值，因而改變其運(yùn)動(dòng)磁場(chǎng)的周期，達(dá)到平滑控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。變頻器的出現(xiàn)，使得復(fù)雜的調(diào)速控制簡(jiǎn)單化，用變頻器+交流鼠籠式感應(yīng)電動(dòng)機(jī)組合替代了大部分原先只能用直流電機(jī)完成的工作，縮小了體

68、積，降低了維修率，使傳動(dòng)技術(shù)發(fā)展到新階段。 </p><p>　　變頻器可以優(yōu)化電機(jī)運(yùn)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(chǎn)企業(yè)ABB的測(cè)算，單單該集團(tuán)全球范圍內(nèi)已經(jīng)生產(chǎn)并且安裝的變頻器每年就能夠節(jié)省1150億千瓦時(shí)電力，相應(yīng)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(shí)踐中最為常用的一種壓力傳感器，其廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)自控環(huán)境，管道送風(fēng)、鍋爐負(fù)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(chǎn)生與介質(zhì)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(cè)這一變化，并轉(zhuǎn)換輸出一個(gè)對(duì)應(yīng)于這個(gè)壓力的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。</p><p>　　3.3 電動(dòng)調(diào)節(jié)閥</p><p>　　電動(dòng)調(diào)節(jié)閥是工業(yè)自動(dòng)化過程控制中的重要執(zhí)行單元儀表。隨著工業(yè)領(lǐng)域的自動(dòng)化程度越來越高，正被越來越多的應(yīng)用在各種工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中。與傳統(tǒng)的氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥相比具有明顯的優(yōu)點(diǎn)：電動(dòng)調(diào)節(jié)閥節(jié)能（只在工作時(shí)才消耗電能），環(huán)保（無碳排放），安裝快捷方便（無需復(fù)雜的氣動(dòng)管路和氣泵工作站）

71、。閥門按其所配執(zhí)行機(jī)構(gòu)使用的動(dòng)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(shè)計(jì)中采用的是線性特性的ML7420A8088電動(dòng)調(diào)節(jié)閥）。</p><p>　　3.3.1 工作原理</p><p>　　通過接收工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的信號(hào)（如：4~20mA）來驅(qū)動(dòng)閥門改變閥芯和閥座之間的截面積大小控制管道介質(zhì)的流量、溫度、壓力等工藝參數(shù)。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化調(diào)節(jié)功能。</p&g

72、t;<p>　　新型電動(dòng)調(diào)節(jié)閥執(zhí)行器內(nèi)含飼服功能，接受統(tǒng)一的4-20mA或1-5V·DC的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，將電流信號(hào)轉(zhuǎn)變成相對(duì)應(yīng)的直線位移，自動(dòng)地控制調(diào)節(jié)閥開度，達(dá)到對(duì)管道內(nèi)流體的壓力、流量、溫度、液位等工藝參數(shù)的連續(xù)調(diào)節(jié)。</p><p><b>　　4 PID控制</b></p><p>　　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

73、、微分控制，簡(jiǎn)稱PID控制，又稱PID調(diào)節(jié)。PID控制器問世至今已有近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﹐或不能通過有效的測(cè)量手段來獲得系統(tǒng)參數(shù)時(shí)，最適合用PID控制技術(shù)。PI

74、D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>　　4.1 比例（P）控制及調(diào)節(jié)過程</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>　　在人工調(diào)

75、節(jié)的實(shí)踐中，如果能使閥門的開度與被調(diào)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(diào)參數(shù)趨于穩(wěn)定，達(dá)到平衡狀態(tài)。這種閥門開度與被調(diào)參數(shù)的偏差成比例的調(diào)節(jié)規(guī)律，稱為比例調(diào)節(jié)。</p><p>　　比例調(diào)節(jié)規(guī)律及其特點(diǎn)</p><p>　　比例調(diào)節(jié)作用，一般用字母P來表示。如果用一個(gè)數(shù)學(xué)式來表示比例調(diào)節(jié)作用，可寫成：</p><p>　　式中 ——調(diào)節(jié)器的輸

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

77、節(jié)只能用于干擾較小、滯后較小，而時(shí)間常數(shù)又不太小的對(duì)象。</p><p>　　4.2 積分（I）控制及調(diào)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(hào)的積分成正比關(guān)系。對(duì)一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個(gè)控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡(jiǎn)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(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)后無穩(wěn)態(tài)誤差。</p><p>　　對(duì)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(diào)節(jié)器不能滿足要求了，克服余差的辦法是引入積分調(diào)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(diào)節(jié)很少單獨(dú)使用，一般都和比例作用組合在一起，構(gòu)成比例積分調(diào)節(jié)器，簡(jiǎn)稱PI調(diào)節(jié)器，其作用特性可用下式表示：</p><p>　　這里，表示PI調(diào)節(jié)作用的參數(shù)有兩個(gè)：比例度P和積分時(shí)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(diào)節(jié)及時(shí)、克服偏差有力的特點(diǎn)，又具有克服余差的性能。</p><p>　　由于它是在比例調(diào)

80、節(jié)（粗調(diào)）的基礎(chǔ)上，有加上一個(gè)積分調(diào)節(jié)（細(xì)調(diào)），所以又稱再調(diào)調(diào)節(jié)或重定調(diào)節(jié)。但是，積分時(shí)間太小，積分作用就太強(qiáng)，過程振蕩劇烈，穩(wěn)定程度低；積分時(shí)間太大，積分作用不明顯，余差消除就很慢。如果把積分時(shí)間放到最大，PI調(diào)節(jié)器就喪失了積分作用，成了一個(gè)純比例調(diào)節(jié)器。</p><p>　　4.3 微分（D）控制及調(diào)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(hào)的微分（即誤差的

81、變化率）成正比關(guān)系。 </p><p>　　自動(dòng)控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過程中可能會(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，在控制器中僅引入“比例”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)”，

82、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)過程中的動(dòng)態(tài)特性。</p><p>　　微分調(diào)節(jié)的作用主要是用來克服被調(diào)參數(shù)的容量滯后。在生產(chǎn)實(shí)際中，有經(jīng)驗(yàn)的工人總是既根據(jù)偏差的大小來改變閥門的開度大?。ū壤饔茫?，同時(shí)又根據(jù)偏差變化速度的大小進(jìn)行調(diào)節(jié)。比如

83、當(dāng)看到偏差變化很大時(shí)，就估計(jì)到即將出現(xiàn)很大的偏差而過量地打開（關(guān)閉）調(diào)節(jié)閥，以克服這個(gè)預(yù)計(jì)的偏差，這種根據(jù)偏差變化速度提前采取的行動(dòng)，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(diào)節(jié)對(duì)象的調(diào)節(jié)質(zhì)量。</p><p><b>　　什么是微分調(diào)節(jié)？</b></p><p>　　微分調(diào)節(jié)是指調(diào)節(jié)器的輸出變化與偏差變化速度成正比，可用數(shù)學(xué)表達(dá)式表示為： <

84、/p><p>　　式中： ——調(diào)節(jié)器的輸出變化值；</p><p><b>　　——微分時(shí)間；</b></p><p>　　——偏差信號(hào)變化的速度。</p><p>　　從上式可知，偏差變化的速度越大，微分時(shí)間越長(zhǎng)，則調(diào)節(jié)器</p><p>　　的輸出變化就越大。對(duì)于一個(gè)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(diǎn)。</p><p>　　由于實(shí)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(shí)才出現(xiàn)，所以實(shí)際微分器也不能單獨(dú)使用。一般都是和其它調(diào)節(jié)作用相配合，構(gòu)成比例微分或比例積分微分調(diào)節(jié)器。</p><p>　　比例積分微分調(diào)節(jié)又稱PID調(diào)節(jié)，它可由下式表示：</p><p>　　PID調(diào)節(jié)中，有三個(gè)調(diào)節(jié)參數(shù)，就是比

86、例度P、積分時(shí)間、微分時(shí)間。適當(dāng)選取這三個(gè)參數(shù)值，就可以獲得良好的調(diào)節(jié)質(zhì)量。</p><p>　　由分析可知，PID三作用調(diào)節(jié)質(zhì)量最好，PI調(diào)節(jié)第二，PD調(diào)節(jié)有余差。純比例調(diào)節(jié)雖然動(dòng)偏差比PI調(diào)節(jié)小，但余差大，而純積分調(diào)節(jié)質(zhì)量最差，所以一般不單獨(dú)使用。</p><p>　　5 MCGS組態(tài)軟件</p><p>　　5.1 MCGS簡(jiǎn)介</p>&l

87、t;p>　　MCGS（Monitor and Control Generated System）是一套基于Windows平臺(tái)的，用于快速構(gòu)造和生成上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件系統(tǒng)，可運(yùn)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(shí)際工程問題的完整方案和開發(fā)平臺(tái)，能夠完成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)處理、報(bào)警和安全機(jī)制、流程控制

88、、動(dòng)畫顯示、趨勢(shì)曲線和報(bào)表輸出以及企業(yè)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)等功能。</p><p>　　MCGS具有操作簡(jiǎn)便、可視性好、可維護(hù)性強(qiáng)、高性能、高可靠性等突出特點(diǎn)，已成功應(yīng)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(cè)、機(jī)械制造、交通運(yùn)輸、能源原材料、農(nóng)業(yè)自動(dòng)化、航空航天等領(lǐng)域，經(jīng)過各種現(xiàn)場(chǎng)的長(zhǎng)期實(shí)際運(yùn)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(luò)版組態(tài)軟件和MCGSE嵌入版組態(tài)軟件。三類產(chǎn)品風(fēng)格相同，功能各異，三者完美結(jié)合，融為一體，形成了整個(gè)工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)的從設(shè)備采集、工作站數(shù)據(jù)處理和控制、上位機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理和web瀏覽的所有功能，很好的實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制一體化的功能。</p><p>　　本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是基于MCGS通用版組態(tài)軟件。</p><p>　　5.2 MCGS的構(gòu)成</p><p>　　5

90、.2.1 MCGS組態(tài)軟件的系統(tǒng)構(gòu)成</p><p>　　MCGS 軟件系統(tǒng)包括組態(tài)環(huán)境和運(yùn)行環(huán)境兩個(gè)部分。組態(tài)環(huán)境相當(dāng)于一套完整的工具軟件，幫助用戶設(shè)計(jì)和構(gòu)造自己的應(yīng)用系統(tǒng)。運(yùn)行環(huán)境則按照組態(tài)環(huán)境中構(gòu)造的組態(tài)工程，以用戶指定的方式運(yùn)行，并進(jìn)行各種處理，完成用戶組態(tài)設(shè)計(jì)的目標(biāo)和功能。</p><p>　　圖5-1 MCGS的組態(tài)環(huán)境與運(yùn)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(yùn)行環(huán)境”兩個(gè)系統(tǒng)組成。兩部分互相獨(dú)立，又緊密相關(guān)。</p><p>　　圖5-2 MCGS的組態(tài)環(huán)境與運(yùn)行環(huán)境的結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　MCGS組態(tài)環(huán)境是生成用戶應(yīng)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(dòng)畫設(shè)計(jì)、設(shè)備連接、編寫控制流程、編

92、制工程打印報(bào)表等全部組態(tài)工作后，生成擴(kuò)展名為.mcg的工程文件，又稱為組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫，其與MCGS 運(yùn)行環(huán)境一起，構(gòu)成了用戶應(yīng)用系統(tǒng)，統(tǒng)稱為“工程” 。</p><p>　　MCGS運(yùn)行環(huán)境是用戶應(yīng)用系統(tǒng)的運(yùn)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(yùn)行環(huán)境中完成對(duì)工程的控制工作。</p><p>　　5.2.2 MCGS組態(tài)軟件界面

93、簡(jiǎn)介</p><p>　　MCGS組態(tài)軟件所建立的工程由主控窗口、設(shè)備窗口、用戶窗口、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫和運(yùn)行</p><p>　　策略五部分構(gòu)成，每一部分分別進(jìn)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(gè)設(shè)備窗口和多個(gè)用戶窗口，負(fù)責(zé)調(diào)度和管理這些窗口的打開或關(guān)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(shè)計(jì)封面圖形，確定自動(dòng)啟動(dòng)的窗口，設(shè)定動(dòng)畫刷新周期，指定數(shù)據(jù)庫存盤文件名稱及存盤時(shí)間等。</p><p>　　設(shè)備窗口：是連接和驅(qū)動(dòng)外部設(shè)備的工作環(huán)境。在本窗口內(nèi)配置數(shù)據(jù)采集與控制輸出設(shè)備，注冊(cè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，定義連接與驅(qū)動(dòng)設(shè)備用的數(shù)據(jù)變量。</p><p>　　用戶窗口：本窗口主要用于設(shè)置工程中人機(jī)交互的界面，諸如：生成各種動(dòng)畫顯示畫面、報(bào)警輸出、數(shù)據(jù)圖表等。</

95、p><p>　　實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫：是工程各個(gè)部分的數(shù)據(jù)交換與處理中心，它將MCGS工程的各個(gè)部分連接</p><p>　　成有機(jī)的整體。在本窗口內(nèi)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(dòng)畫連接及設(shè)備驅(qū)動(dòng)的對(duì)象。</p><p>　　運(yùn)行策略：本窗口主要完成工程運(yùn)行流程的控制。包括編寫控制程序，選用各種功能構(gòu)件，如：數(shù)據(jù)提取、定時(shí)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(diǎn)</p><p>　　（1）簡(jiǎn)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(gòu)造用戶運(yùn)行系統(tǒng)的圖形界面，使得MCGS的組態(tài)工作既簡(jiǎn)單直觀，又靈活多變符合中國(guó)人的使用習(xí)慣和要

97、求。用戶可以使用系統(tǒng)的默認(rèn)構(gòu)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(fēng)格的圖形界面，包括DOS風(fēng)格和標(biāo)準(zhǔn)Windows風(fēng)格的圖形界面并且?guī)в袆?dòng)畫效果的工具條和狀態(tài)條等。</p><p>　　（2）實(shí)時(shí)性強(qiáng)、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(tái)的多任務(wù)、按優(yōu)先級(jí)分時(shí)操作的功能，以線程為單位對(duì)在工程作業(yè)中實(shí)

98、時(shí)性強(qiáng)的關(guān)鍵任務(wù)和實(shí)時(shí)性不強(qiáng)的非關(guān)鍵任務(wù)進(jìn)行分時(shí)并行處理，使PC機(jī)廣泛應(yīng)用于工程測(cè)控領(lǐng)域成為可能。</p><p>　?。?）豐富、生動(dòng)的多媒體畫面</p><p>　　MCGS以圖像、圖符報(bào)表和曲線等多種形式，為操作員及時(shí)提供系統(tǒng)運(yùn)行中的狀態(tài)、品質(zhì)及異常報(bào)警等有關(guān)信息；通過對(duì)圖形大小的變化、顏色的改變、明暗的閃爍、圖形的移動(dòng)反轉(zhuǎn)等多種手段，增強(qiáng)畫面的動(dòng)態(tài)顯示效果；在圖元、圖符對(duì)象上定義相

99、應(yīng)的狀態(tài)屬性，實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫效果。MCGS還為客戶提供了豐富的動(dòng)畫構(gòu)件，每個(gè)動(dòng)畫構(gòu)件都應(yīng)一個(gè)特定的動(dòng)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(dòng)畫為一體的漂亮、生動(dòng)的工程畫面。</p><p>　　（4）開放式結(jié)構(gòu)，廣泛的數(shù)據(jù)獲取和強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能</p><p>　　MCGS采用開放式結(jié)構(gòu)，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(qū)動(dòng)；支持Micros

100、oft開放數(shù)據(jù)庫互連（ODBC）接，有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫連接能力；全面支持OPC(OLE for Process Control)標(biāo)準(zhǔn)，即可作為OPL客戶端，也可以作為OPC服務(wù)器，可以與更多的自動(dòng)化設(shè)備相連接；MCGS通過DDE(Dynamic Data Exchange,動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換)與其他應(yīng)用程序交換數(shù)據(jù)，充分利用計(jì)算機(jī)豐富的軟件資源；MCGS全面支持ActiveX控制，提供極其靈活的面向?qū)ο蟮膭?dòng)態(tài)圖形功能，并且包含豐富的圖形庫。<

101、;/p><p>　?。?）強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能</p><p>　　MCGS支持TCP/IP、MODEN、RS-458/RS-422/RS-232等多種網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)；使用MCGS網(wǎng)絡(luò)版組態(tài)軟件，可以在整個(gè)企業(yè)范圍內(nèi)，用IE瀏覽器方便的瀏覽到實(shí)時(shí)和歷史的監(jiān)控信息，實(shí)現(xiàn)設(shè)備管理和企業(yè)管理的集成。</p><p>　　（6）多樣化的報(bào)警功能</p><p>

102、　　MCGS提供多種不同的警報(bào)方式，具有豐富的警報(bào)類型和靈活多樣的警報(bào)處理函數(shù)。不僅方便用戶進(jìn)行警報(bào)設(shè)置，并且實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)實(shí)時(shí)顯示、打印警報(bào)信息的功能。警報(bào)信息的存儲(chǔ)與應(yīng)答功能，為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)安全可靠地生產(chǎn)運(yùn)行提供了有力的保障。</p><p>　?。?）實(shí)時(shí)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(shè)備窗口、用戶窗口、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫和運(yùn)行策略五個(gè)部分構(gòu)成，其中實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)

103、庫是一個(gè)數(shù)據(jù)處理中心，是系統(tǒng)各個(gè)部分及其各種功能性構(gòu)件的功用數(shù)據(jù)區(qū)，是整個(gè)系統(tǒng)的核心。各個(gè)部件獨(dú)立地向?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)庫輸入和輸出數(shù)據(jù)，并完成自己的差錯(cuò)控制。在生成用戶應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，每個(gè)部分均可分別進(jìn)行組態(tài)配置，獨(dú)立創(chuàng)建，互不干擾；而在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，各個(gè)部分都通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫交換，形成互相關(guān)連的整體。</p><p>　?。?）控制方便復(fù)雜的運(yùn)行流程</p><p>　　MCGS開辟了“運(yùn)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(gòu)件，用圖形化的方法和簡(jiǎn)單的類Basic語言構(gòu)造多分支的應(yīng)用程序，按照設(shè)定的條件和順序，操作外部設(shè)備，控制窗口的打開或關(guān)閉，與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)自由，準(zhǔn)確地控制運(yùn)行流程，同時(shí)也可以由用戶創(chuàng)建新的策略構(gòu)件，擴(kuò)展系統(tǒng)的功能。</p><p>　?。?）良好的可維護(hù)性和可擴(kuò)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(gòu)件的

105、形式來構(gòu)造，不同的構(gòu)件有著不同的功能，且各自的獨(dú)立。三種基本類型的構(gòu)件（設(shè)備構(gòu)件、動(dòng)畫構(gòu)件、策略構(gòu)件）完成了MCGS系統(tǒng)三大部分（設(shè)備驅(qū)動(dòng)、動(dòng)畫構(gòu)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(kuò)充接口，用戶可根據(jù)自己的用VB、VC等高等高級(jí)開發(fā)語言，編制特定的構(gòu)件來擴(kuò)充系統(tǒng)的功能。</p><p>　?。?0）用數(shù)據(jù)庫來管理數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，系統(tǒng)可靠性高</p><p>　　MC

106、GS中數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)不再使用普通的文件，而是用數(shù)據(jù)庫來管理。組態(tài)時(shí)，系統(tǒng)生成的組態(tài)結(jié)構(gòu)是一個(gè)數(shù)據(jù)庫；運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)生成一個(gè)數(shù)據(jù)庫，保存和處理數(shù)據(jù)對(duì)象和報(bào)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(yùn)行效率；同時(shí)，也使其他應(yīng)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(shè)備通訊之間的通訊：MCG

107、S通過設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序與外部設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。包括數(shù)據(jù)采集和發(fā)送設(shè)備指令。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序是由VB、VC程序設(shè)計(jì)語言編寫的DLL（動(dòng)態(tài)連接庫）文件，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序中包含符合各種設(shè)備通訊協(xié)議的處理程序，將設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的特征數(shù)據(jù)采集進(jìn)來或發(fā)送出去。MCGS負(fù)責(zé)在運(yùn)行環(huán)境中調(diào)用相應(yīng)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，將數(shù)據(jù)傳送到工程中的各個(gè)部分，完成整個(gè)系統(tǒng)的通訊過程。每個(gè)驅(qū)動(dòng)程序獨(dú)占一個(gè)線程，達(dá)到互不干擾的目的。</p><p>　　MCGS產(chǎn)生

108、動(dòng)畫效果：MCGS為每一種基本圖形元素定義了不同的動(dòng)畫屬性，如：一個(gè)長(zhǎng)方形的動(dòng)畫屬性有可見度，大小變化，水平移動(dòng)等，每一種動(dòng)畫屬性都會(huì)產(chǎn)生一定的動(dòng)畫效果。所謂動(dòng)畫屬性，實(shí)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?cè)诮M態(tài)環(huán)境中生成的畫面都是靜止的，如何在工程運(yùn)行中產(chǎn)生動(dòng)畫效果呢？方法是：圖形的每一種動(dòng)畫屬性中都有一個(gè)“表達(dá)式”設(shè)定欄，在該欄中設(shè)定一個(gè)與圖形狀態(tài)相聯(lián)系的數(shù)據(jù)變量，連接到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中，以此建立相

109、應(yīng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，MCGS稱之為動(dòng)畫連接。</p><p>　　工程運(yùn)行流程的有效控制：MCGS開辟了專用的“運(yùn)行策略”窗口，建立用戶運(yùn)行策略。MCGS提供了豐富的功能構(gòu)件，供用戶選用，通過構(gòu)件配置和屬性設(shè)置兩項(xiàng)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(shè)定的順序和條件，操作實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)畫窗口的任意切換，控制系統(tǒng)的運(yùn)行流程和設(shè)備的工作狀態(tài)。所有的操作均采用面向?qū)ο蟮闹庇^方式，避免了煩瑣的編