水箱液位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、科信學(xué)院課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書（2012 /2013 學(xué)年第 一 學(xué)期）課程名稱 ： 工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)題 目 ： 水箱液位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 專業(yè)班級(jí) ： 學(xué)生姓名 ： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師 ：劉增環(huán)、段廣玉、杜永 等 設(shè)計(jì)周數(shù) ： 2周 設(shè)計(jì)成績(jī) ： 2013年 1月 4日目錄1 課程實(shí)際目的22 課程設(shè)計(jì)征文2 2.1監(jiān)控組態(tài)軟件的概念2 2.2監(jiān)控組態(tài)軟件的組成及原理 32.3技術(shù)要求 52.4組態(tài)界面的建立 52.5變量組態(tài) 52.6動(dòng)畫連接 73動(dòng)作腳本程序 9 3.1腳本程序 104課程設(shè)計(jì)總結(jié)或結(jié)論 125參考文獻(xiàn) 131、課程設(shè)計(jì)目的（1） 了解過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)，了解實(shí)驗(yàn)的原理、實(shí)驗(yàn)

2、過(guò)程、操作方法和控制算法。（2） 了解各路檢測(cè)信號(hào)到遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集模塊的輸入通道的構(gòu)成，了解輸入信號(hào)的有效范圍和實(shí)際變化范圍。了解遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集模塊各輸出通道的構(gòu)成，了解輸出信號(hào)的有效范圍。（3） 了解遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集模塊與計(jì)算機(jī)的連接方法和工作關(guān)系，了解所用的ICP-7017模擬量輸入模塊和ICP-7024模擬量輸出模塊的工作原理，性能指標(biāo)和模擬量輸入輸出信號(hào)的編址。（4） 根據(jù)制定實(shí)驗(yàn)“上水箱中水箱液位串級(jí)控制實(shí)驗(yàn)”實(shí)驗(yàn)的需要開(kāi)發(fā)計(jì)算機(jī)上的監(jiān)控系統(tǒng)軟件。（5） 撰寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書。闡明使用到的各路輸入輸出信號(hào)的功能，畫出系統(tǒng)電路原理圖或結(jié)構(gòu)圖，說(shuō)明監(jiān)控軟件使用的控制算法以及程序設(shè)計(jì)思路，并附組態(tài)軟件腳

3、本程序。2、課程設(shè)計(jì)正文2.1監(jiān)控組態(tài)軟件的概念隨著現(xiàn)代化生產(chǎn)過(guò)程控制技術(shù)飛速發(fā)展，生產(chǎn)裝置大型化，生產(chǎn)過(guò)程連續(xù)化和自動(dòng)化程度的不斷提高，對(duì)過(guò)程工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)時(shí)控制和監(jiān)控的需求越來(lái)越高。當(dāng)然，目前極為成熟的集散控制系統(tǒng)足以解決所有的控制要求。但是，出于成本及其他因素考慮，諸如控制點(diǎn)較少的小規(guī)模生產(chǎn)設(shè)備，動(dòng)用大型的集散控制系統(tǒng)設(shè)備是耗資且繁瑣的，這樣，各種各樣的監(jiān)控組態(tài)軟件便成為了解決這些問(wèn)題的很好選擇。迄今為止，監(jiān)控組態(tài)軟件已經(jīng)得到了蓬勃的發(fā)展，技術(shù)以趨于成熟并已經(jīng)成為工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)的必要組成部分，即“基本單元”或“基本元件”。作為自動(dòng)化通用軟件，監(jiān)控組態(tài)軟件始終處于“承上啟下”的地位。它的控制

4、品質(zhì)及數(shù)據(jù)采集的實(shí)時(shí)性都可以很好的達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。正因如此，監(jiān)控組態(tài)軟件幾乎已經(jīng)應(yīng)用于所有的工業(yè)信息化項(xiàng)目中了。力控監(jiān)控組態(tài)軟件作為占有國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的主要品牌之一，憑借著自身的許多優(yōu)越性而越來(lái)越受到自動(dòng)控制行業(yè)的關(guān)注，被更好的利用到實(shí)際生產(chǎn)實(shí)踐當(dāng)中去了。 “組態(tài)（configure）”的概念是伴隨著集散控制系統(tǒng)（Distributed Control System, DCS）的出現(xiàn)才開(kāi)始被廣大的生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化技術(shù)人員所熟識(shí)的。每套DCS都是比較通用的控制系統(tǒng)，可以應(yīng)用到很多的領(lǐng)域，為了使用戶在不需要編寫程序的情況下便可以生成適合自己需求的應(yīng)用系統(tǒng)，每個(gè)DCS廠商在DCS中都預(yù)裝了系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件，

5、其中的應(yīng)用軟件實(shí)際就是組態(tài)軟件，但一直也沒(méi)有人給出明確的定義，只是將使用這種應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)生成（定制）目標(biāo)應(yīng)用系統(tǒng)的過(guò)程稱為“組態(tài)（Configure）”或“做組態(tài)” 1。相應(yīng)地，這種應(yīng)用軟件和生成的目標(biāo)應(yīng)用系統(tǒng)一道被稱為“組態(tài)軟件”或“做組態(tài)”，有時(shí)也稱為“監(jiān)控組態(tài)軟件” 2。因此組態(tài)的概念最早來(lái)自英文的Configuration，含義是使用軟件工具對(duì)計(jì)算機(jī)及軟件的各種資源進(jìn)行配置，達(dá)到使用計(jì)算機(jī)或軟件按照預(yù)先設(shè)置，自動(dòng)執(zhí)行特定任務(wù)，滿足使用者的要求。監(jiān)控組態(tài)軟件是面向監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集SCADA（Supervisory Control and Data Acquisition，SCADA）的軟件

6、平臺(tái)工具，具有豐富的設(shè)置選項(xiàng)，使用方式靈活，功能強(qiáng)大。監(jiān)控組態(tài)軟件最早出現(xiàn)時(shí)，HMI（Human Machine Interface，HMI）或MMI（Man Machine Interface，MMI）是其主要的內(nèi)涵，即主要解決人機(jī)圖像界面問(wèn)題。隨著它的迅速發(fā)展，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、SCADA、通信及網(wǎng)絡(luò)、開(kāi)放數(shù)據(jù)接口、對(duì)I/O設(shè)備的廣泛支持已經(jīng)成為它的主要內(nèi)容。隨著技術(shù)的發(fā)展，監(jiān)控組態(tài)軟件將會(huì)不斷被賦予新的內(nèi)容，功能將無(wú)疑越來(lái)越強(qiáng)。2.2監(jiān)控組態(tài)軟件的組成及原理組態(tài)軟件有其自己的腳本編譯器以及自己的編程語(yǔ)言，發(fā)展至今又出現(xiàn)了商品化的策略生成器。核心部分在于它的HMI(人機(jī)界面)運(yùn)行系統(tǒng)View、數(shù)

7、據(jù)庫(kù)、以及I/O通信方面。監(jiān)控組態(tài)軟件成為了工業(yè)控制系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)分散控制、集中管理的核心，而實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)又是監(jiān)控組態(tài)軟件處理和管理的核心。力控的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)是由實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)管理器、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行系統(tǒng)和應(yīng)用程序四部分組成。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)是指相關(guān)數(shù)據(jù)的集合(包括組態(tài)數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)等)以一定的形式存儲(chǔ)在介質(zhì)上。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)管理器(DbManager)是管理實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的軟件，通過(guò)DbManager生成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的基礎(chǔ)組態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行系統(tǒng)完成對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的各種操作，包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理、歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、報(bào)警處理數(shù)據(jù)服務(wù)請(qǐng)求處理等。應(yīng)用程序則包括力控應(yīng)用程序和第三方應(yīng)用程序。力控應(yīng)用程序是指力

8、控系統(tǒng)內(nèi)部以及力控實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)為核心的客戶方程序，包括HMI(人機(jī)界面)運(yùn)行系統(tǒng)View、I/O驅(qū)動(dòng)程序、控制策略生成器以及其他網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的力控?cái)?shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)等；第三方應(yīng)用程序是指力控系統(tǒng)之外的由第三方廠商開(kāi)發(fā)的以力控實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)為核心的客戶方程序9。力控實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)是一個(gè)分布式的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，將點(diǎn)作為數(shù)據(jù)庫(kù)的基本數(shù)據(jù)對(duì)象，確定數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，分配數(shù)據(jù)空間，并按照區(qū)域、單元等結(jié)構(gòu)劃分對(duì)點(diǎn)“參數(shù)”進(jìn)行管理10。正是因?yàn)檫@一功能強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫(kù)，將整個(gè)監(jiān)控軟件以及所需配備的外部硬件設(shè)備維系起來(lái)，使得監(jiān)控組態(tài)軟件的應(yīng)用越來(lái)越廣泛了。在一個(gè)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)中，投入運(yùn)行的監(jiān)控組態(tài)軟件是系統(tǒng)的數(shù)據(jù)收集處理中心，遠(yuǎn)程監(jiān)控中心

9、和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)中心，處于運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控組態(tài)軟件與各種控制檢測(cè)設(shè)備（如PLC、智能儀表、二次儀表等）共同構(gòu)成快速響應(yīng)控制中心11-12?？刂品桨负退惴ㄒ话阍谠O(shè)備上組態(tài)并運(yùn)行，也可以在PC上組態(tài)，然后下載到設(shè)備中運(yùn)行，根據(jù)設(shè)備的具體要求而定，如圖1.1示。監(jiān)控組態(tài)軟件投入運(yùn)行后，操作人員可以在它的支持下完成以下六項(xiàng)任務(wù)：(1) 查看生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)及流程畫面；(2) 自動(dòng)打印各種實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)報(bào)表；(3) 自由瀏覽各個(gè)實(shí)時(shí)/歷史趨勢(shì)畫面；(4) 及時(shí)得到并處理各種過(guò)程報(bào)警和系統(tǒng)報(bào)警；(5) 在需要時(shí)，人為干預(yù)生產(chǎn)過(guò)程，修改生產(chǎn)過(guò)程參數(shù)和狀態(tài)；(6) 與管理部門的計(jì)算機(jī)互連，向其提供生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。監(jiān)

10、控組態(tài)軟件的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)目前，監(jiān)控組態(tài)軟件的發(fā)展呈現(xiàn)多元化。但據(jù)近幾年調(diào)查顯示，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)仍被幾家組態(tài)軟件占據(jù)，如InTouch、FIX等。這些軟件在功能完備性、產(chǎn)品包裝、市場(chǎng)推廣等方面都具一定優(yōu)勢(shì)，但并非盡善盡美。國(guó)際上較知名的監(jiān)控組態(tài)軟件有13：美國(guó)Wonderware公司的InTouch；AB公司的RSView32；Intellution公司的FIX；澳大利亞CIT公司的Citech等。國(guó)內(nèi)幾家的產(chǎn)品也值得一提，諸如北京亞控的組態(tài)王；北京三維力控科技的ForceControl；北京華富惠通的開(kāi)物2000；湖南視拓科技的CoreView。以上這些產(chǎn)品上市至今已經(jīng)很多年了，但都以自身具有

11、的某些特性占領(lǐng)著自己的市場(chǎng)。在組態(tài)軟件賴以普及發(fā)展的諸多因素中，有技術(shù)層面的，也有商業(yè)層面的，但制造業(yè)的發(fā)展帶來(lái)了對(duì)組態(tài)軟件需求的提升，也決定了組態(tài)軟件將由過(guò)去單純的組態(tài)監(jiān)控功能，向著更高更廣的層面發(fā)展。未來(lái)，組態(tài)軟件的發(fā)展將主要表現(xiàn)在14：更好的開(kāi)放性技術(shù)、更豐富的控制算法、更強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能、更高效的通訊能力及更廣泛的數(shù)據(jù)源等幾個(gè)方面。2.3 技術(shù)要求水箱液位控制系統(tǒng)的被控制裝置主要由上下兩個(gè)水箱、管道、異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的水泵、水壓力傳感器、渦輪流量計(jì)、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集模塊及其調(diào)理電路，遠(yuǎn)程輸出模塊及其驅(qū)動(dòng)電器等構(gòu)成。其中電動(dòng)機(jī)和水泵提供水流動(dòng)的動(dòng)力，電動(dòng)調(diào)節(jié)閥控制流量的大小，兩只壓力

12、傳感器檢測(cè)水箱內(nèi)的水位（液位），誰(shuí)想出口流量由手動(dòng)閥門控制。設(shè)備的具體結(jié)構(gòu)和參數(shù)見(jiàn)設(shè)備附帶的技術(shù)資料。本課題的設(shè)計(jì)任務(wù)是利用所學(xué)的監(jiān)控組態(tài)軟件（力控）開(kāi)發(fā)“上水箱中水箱液位串級(jí)控制實(shí)驗(yàn)“的實(shí)驗(yàn)軟件。實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書見(jiàn)設(shè)備資料。要求能夠滿足實(shí)驗(yàn)中所有數(shù)據(jù)測(cè)試和過(guò)渡過(guò)程測(cè)試，要能實(shí)現(xiàn)指定控制算法控制，并滿足控制參數(shù)調(diào)整的需要，要對(duì)檢測(cè)量進(jìn)行數(shù)字濾波，要提供必要的報(bào)警信息（如水位過(guò)高等），盡量多的提供檢測(cè)數(shù)據(jù)的特征信息和性能指標(biāo)（如超調(diào)量等）。2.4 組態(tài)界面的建立根據(jù)具體的工藝流程，給出雙容水箱液位監(jiān)控系統(tǒng)的控制方塊圖如圖依此圖，在“工程界面”窗口中命令操作區(qū)的“選擇圖庫(kù)”項(xiàng)選擇合適的圖元諸如，泵、化工

13、單元、儲(chǔ)罐、管道等等，若無(wú)滿意的圖元，可在“工具箱”尋找或手動(dòng)繪制，如：按鈕、多邊形、立體管道、文本等。所有需要的圖元具備后，將它們按設(shè)計(jì)好的流程圖“搭建組裝”起來(lái)，并在細(xì)微處加以修飾潤(rùn)色，構(gòu)成完整的工藝流程畫面，這是良好人機(jī)接口的重要部分。所有在畫面組態(tài)區(qū)域中出現(xiàn)的對(duì)象，我們都可以通過(guò)第二章提及的屬性修改方法對(duì)它們的屬性（如對(duì)象名、背景色、填充色、圖層、顯示風(fēng)格等）進(jìn)行修改，達(dá)到滿意效果。畫面組態(tài)的過(guò)程如圖所示。運(yùn)行的組態(tài)畫面如圖所示。在一個(gè)窗口中的所有對(duì)象可以通過(guò)選擇“工程項(xiàng)目”工具欄查看，點(diǎn)擊“窗口”將其展開(kāi)，選擇要查看的窗口雙擊，再單擊展開(kāi)，所有其包含的對(duì)象及其命名都顯示出來(lái)。這對(duì)于要

14、對(duì)對(duì)象進(jìn)行操作時(shí)很有用，例如對(duì)趨勢(shì)曲線的操作。2.5 變量組態(tài)變量sw1-sw6分別為各個(gè)閥門的變量變量l1、l2為罐變量 LL為輸出變量2.6 動(dòng)畫連接ForceControl是面向?qū)ο蟮谋O(jiān)控組態(tài)軟件，所以，每一個(gè)對(duì)象的動(dòng)作都與相應(yīng)的變量、函數(shù)或腳本關(guān)聯(lián)，每一個(gè)變量、函數(shù)或腳本也必須關(guān)聯(lián)相應(yīng)的對(duì)象。所以要想實(shí)現(xiàn)ForceControl監(jiān)控組態(tài)軟件的動(dòng)畫效果，必需要將數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài)或變量、腳本與對(duì)象關(guān)聯(lián)上。工程界面窗口的組態(tài)畫面完成后，我們要對(duì)其中對(duì)象進(jìn)行動(dòng)畫的連接。在本設(shè)計(jì)中要實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫功能是：（1）初始進(jìn)入窗口時(shí)，系統(tǒng)呈手動(dòng)狀態(tài)，操作人員可進(jìn)行手動(dòng)開(kāi)/關(guān)泵、調(diào)節(jié)閥、對(duì)儀表參數(shù)整定、M/A/CAS

15、切換、控制回路切換以及組態(tài)畫面上方一排按鈕中的所有功能。（2）打開(kāi)水泵開(kāi)關(guān)及調(diào)節(jié)閥后，可以實(shí)現(xiàn)管道中流體流動(dòng)、水位依流量大小做增減填充、觀察實(shí)時(shí)/歷史趨勢(shì)曲線、報(bào)表操作、觀察事件及報(bào)警（3）投入自動(dòng)或串級(jí)控制后，可以將水位維持在給定值的允許誤差范圍內(nèi)。依據(jù)上述的動(dòng)作要求，依次將要求有動(dòng)畫的對(duì)象進(jìn)行動(dòng)畫連接。動(dòng)畫連接的方法有兩種，一是在“屬性”窗口中選擇，一種是雙擊對(duì)象后自動(dòng)產(chǎn)生對(duì)話框，兩種方法是一致的都會(huì)彈出圖3.23所示的動(dòng)畫連接對(duì)話框。圖中劃分了五個(gè)區(qū)域，分別為“鼠標(biāo)相關(guān)動(dòng)作”、“顏色相關(guān)動(dòng)作”、“尺寸旋轉(zhuǎn)移動(dòng)”、“數(shù)值輸入顯示”3、 動(dòng)作腳本程序3.1 腳本程序if sw2.PV | s

16、w1.PV thenl1.PV=l1.PV-2;l2.PV=l2.PV+2;endifif sw2.PV && sw1.PV thenl1.PV=l1.PV-5;l2.PV=l2.PV+5;endifif l1.PV<=20 thenl1.PV=20;endifif l2.PV>=100 thenl2.PV=100;endifif l1.PV>=100 thenl1.PV=100;endifif l2.PV<=0 thenl2.PV=0;endifif sw4.PV=1 thenl1.PV=l1.PV+5;l2.PV=l2.PV-5;endifwomem

17、if sw2.PV | sw1.PV thenLL.PV=LL.PV-2;l2.PV=l2.PV+2;endifif sw2.PV | sw1.PV thenLL.PV=LL.PV-2;l2.PV=l1.PV+1;endifif sw2.PV && sw1.PV thenLL.PV=LL.PV+2;l2.PV=l2.PV+5;endifif l1.PV<=20 thenl1.PV=0;endifif l2.PV>=100 thenl2.PV=100;endifif l1.PV>=100 thenl1.PV=100;endifif l2.PV<=0 the

18、nl2.PV=0;endifif sw4.PV=1 thenl1.PV=l1.PV+5;l2.PV=l2.PV-5;4、課程設(shè)計(jì)總結(jié)或結(jié)論為期兩周的課程設(shè)計(jì)終于結(jié)束了。這兩周可以說(shuō)是過(guò)的緊張而充實(shí)，課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，發(fā)現(xiàn)，提出，分析和解決實(shí)際問(wèn)題，鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié)，是對(duì)學(xué)生實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過(guò)程。這次我們小組做的課題是水箱液位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) ，通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，使我們學(xué)到了很多有關(guān)PLC與組態(tài)軟件在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)該注意哪些問(wèn)題，學(xué)到了不少知識(shí)。了解了熱電廠輸煤系統(tǒng)的工作原理，控制方法和控制要求。這次課設(shè)不僅使我們了解了許多課本上學(xué)不到的專業(yè)知識(shí)，而且更加培養(yǎng)了我們?cè)诠ぷ髦械膱F(tuán)隊(duì)合作能力。因?yàn)樵诙虝r(shí)間內(nèi)，一個(gè)人不可能想得很全面。必須要大家不同的思維來(lái)解決。設(shè)計(jì)過(guò)程中，從組態(tài)頁(yè)面設(shè)計(jì)，組態(tài)編程，到PLC程序設(shè)計(jì)，這是一個(gè)整體的過(guò)程。自始至終，我們分工明確，配合默契，刻苦研究，才能更出色的做好這次課程設(shè)計(jì)。團(tuán)隊(duì)需要個(gè)人，個(gè)人離不開(kāi)團(tuán)隊(duì)。必須發(fā)揚(yáng)團(tuán)結(jié)協(xié)作的精神，某個(gè)人離群都可能導(dǎo)致工作失敗?？傊?，這次課設(shè)給了我們自己的思考與動(dòng)手能力的機(jī)會(huì)，使我們懂得了理論和實(shí)際相結(jié)合的重要性。使所學(xué)的東西一點(diǎn)點(diǎn)轉(zhuǎn)化為實(shí)際的東西，更加深化了我們對(duì)課本與實(shí)際之間的理解，為以后的