《組態(tài)軟件及應(yīng)用技術(shù)（基于組態(tài)王KingView）》 課件 第十七章 組態(tài)王在糧情監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用

我們畢業(yè)啦其實是答辯的標題地方組態(tài)軟件及應(yīng)用技術(shù)17.1引言第17章

組態(tài)王在糧情監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用17.2系統(tǒng)的硬件組成17.3監(jiān)控界面的設(shè)計17.1引言圖17-1基于CAN總線糧情管控一體化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)框圖我國是一個農(nóng)業(yè)大國，每年都有大量的新糧收獲也有部分陳糧積壓，由于儲存不當造成大量的糧食浪費，給國家和人民造成了巨大的經(jīng)濟損失，糧倉的性能成為糧食質(zhì)量的決定因素。以往采取的措施是用人工的辦法對糧食進行晾曬，通風(fēng)，噴灑藥劑防止因存儲不當引起的蟲害，消耗了大量的人力和財力，然而效果不佳，發(fā)霉變質(zhì)等現(xiàn)象仍然存在。隨著電子技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，目前普遍采用電子和計算機對糧倉測控和管理，但是仍然有很多不盡人意的問題，比如抗干擾性能差、傳輸數(shù)據(jù)丟失、上位機界面（又稱管理中心計算機）不生動形象等，現(xiàn)在也有采用基于ZigBee技術(shù)的糧庫監(jiān)測系統(tǒng)，也各有優(yōu)缺點，針對這些情況提出一種基于現(xiàn)場總線分布式糧情管控系統(tǒng)的設(shè)計方法，如圖17-1所示。CAN總線具有通用性優(yōu)良，適宜于遠距離通訊，線路少且維修方便，精度高且抗干擾能力強，價格低廉，應(yīng)用范圍比較廣泛，CAN的直接通信距離最遠可達10km(速率5Kbps以下)，通信速率最高可達1MbPs(此時通信距離最長為40m)。本研究設(shè)計系統(tǒng)主要由上位機（又稱管理中心計算機）、CAN總線和下位機（又稱智能測控終端）組成。管理中心計算機采用PCI總線工業(yè)控制計算機，管理中心計算機和下位機智能測控終端通訊采用CAN總線，由于PCI總線工業(yè)控制計算機沒有CAN總線，所以加裝RS-232轉(zhuǎn)換CAN總線模塊，可以通過互聯(lián)網(wǎng)把本糧庫的信息傳輸?shù)缴弦患壖Z食管理部門，下位機（又稱智能測控終端）采用帶CAN總線的單片機測控糧倉。由于每個糧庫糧倉的數(shù)目不一樣，糧倉的規(guī)格不一樣，所以需要的智能測控終端數(shù)目也不一樣，可以靈活使用智能測控終端數(shù)量，但是按照CAN總線規(guī)范，在沒有CAN總線網(wǎng)橋、中繼器或集線器情況下，智能測控終端數(shù)量總數(shù)不能超過110個，對于一般糧庫而言，已經(jīng)足夠了。17.2系統(tǒng)的硬件組成圖17-2基于CAN總線糧情管控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖17.2.1概述系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)組成如圖17-2所示，管理中心計算機系統(tǒng)主要由PCI總線工業(yè)控制、打印機、RS-232轉(zhuǎn)換CAN總線模塊、智能測控終端組成。也可以由2臺PCI總線工業(yè)控制組成管理中心計算機冗余系統(tǒng)，可靠性會更高。由此構(gòu)建的分布式糧情管控系統(tǒng)上位機監(jiān)控界面生動逼真、實時性能好、抗干擾性能強、通信距離長、系統(tǒng)成本低等特點。17.2.2智能測控終端硬件電路的設(shè)計智能測控終端硬件電路結(jié)構(gòu)及外部接線示意圖如圖17-3所示，虛線框內(nèi)是智能測控終端硬件電路結(jié)構(gòu)。智能測控終端硬件電路主要由AT89C51CC01單片機、CAN總線電路、單總線電路端子、濕度信號調(diào)理電路、驅(qū)動電路、電源電路等組成。AT89C51CC0x系列單片機是MCS-51微控制器家族的成員，在與MCS-51系列完全兼容的基礎(chǔ)上增加了許多專用的部件，其中包括CAN控制器，它的CAN功能是在SJA1000的基礎(chǔ)上有所增強，它還有諸如A/D轉(zhuǎn)換、脈寬調(diào)制輸出（PWM）、I2C、看門狗等其他功能[5]。AT89C51CC01單片機雖然包括CAN控制器，但是沒有CAN總線收發(fā)器和高速光電耦合器等，這里由CAN總線收發(fā)器TJA1050和高速光電耦合器6N137等組成CAN總線電路[6]。單總線電路端子是用來接溫度傳感器，在此設(shè)計128溫度測量點。濕度信號有2個，可以測量糧倉內(nèi)外濕度。溫度和濕度的測量點數(shù)視情況而定。驅(qū)動電路接通和關(guān)斷軸流風(fēng)機的接觸器線圈，在此設(shè)計可以驅(qū)動2接觸器線圈。電源的完全隔離可采用小功率電源隔離模塊或帶多個正負5V隔離輸出的開關(guān)電源模塊實現(xiàn)。圖17-3智能測控終端硬件電路結(jié)構(gòu)及外部接線示意框圖圖17-4128溫度測量電路示意框圖TJA1050與CAN總線的接口部分也采用了一定的安全和抗干擾措施。TJA1050的CANH和CANL引腳各自通過一個5Ω的電阻與CAN總線相連，電阻可起到一定的限流作用，保護TJA1050免受過流的沖擊。CANH和CANL與地之間并聯(lián)了兩個30pF的小電容，可以起到清除總線上的高頻干擾和一定的防電磁輻射的能力。另外，在兩根CAN總線輸入端與地之間分別接了一個防雷擊管，當兩輸入端與地之間出現(xiàn)瞬變干擾時，通過防雷擊管的放電可以起到一定的保護作用。瞬變干擾（TransientInterference）是電磁兼容領(lǐng)域的中主要的一種干擾方式，特別是雷擊浪涌波，由于持續(xù)時間短，脈沖幅值高，能量大，給電子電氣設(shè)備的正常運行帶來極大的威脅。為了進一步提高電路的抗干擾能力，電路中采用了看門狗電路。17.2.3糧倉溫度測量電路的設(shè)計糧倉監(jiān)控系統(tǒng)中溫度測量是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，而且溫度測量點非常多。溫度傳感器種類很多，主要分為模擬溫度傳感器和數(shù)字溫度傳感器。最新數(shù)字式溫度傳感器DS18B20是美國DALLAS公司生產(chǎn)的新型單總線數(shù)字溫度傳感器芯片[7]，它具有結(jié)構(gòu)簡單，不需外接元件，采用一根I/O數(shù)據(jù)線既可供電又可傳輸數(shù)據(jù)、并可由用戶設(shè)置溫度報警界限等特點，在此由P0口完成。DS18B20在食品庫、冷庫、糧庫、溫室等需要控制溫度的溫控系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用，因此采用DS18B20，它有兩種供電方式：直接供電和寄生供電，在此采用直接供電方式。設(shè)計128溫度測量點電路如圖17-4所示。17.3監(jiān)控界面的設(shè)計系統(tǒng)的軟件主要由上位機（又稱管理中心計算機）軟件和下位機（又稱智能測控終端）軟件組成，上位機軟件主要就是監(jiān)控界面的設(shè)計。界面是用戶用來與計算機進行人機交互、監(jiān)視控制系統(tǒng)狀況、進行生產(chǎn)操作、輸入控制命令的人機界面。設(shè)計完善的界面能夠讓操作人員形象、直觀、正確地掌握整個系統(tǒng)的設(shè)備狀況，準確了解數(shù)據(jù)信息，及時發(fā)出自己的操作命令。本項設(shè)計依據(jù)佳木斯望江糧食儲備有限公司的實際情況為背景，主要以糧倉內(nèi)部及糧倉周圍的溫度和濕度的變化值為監(jiān)測數(shù)據(jù)建立糧倉監(jiān)控界面。畫面由糧庫主畫面、糧倉畫面、報表畫面和溫濕度曲線畫面四部分組成。17.3.1建立工程

17.3.2主畫面設(shè)計主畫面的設(shè)計是以佳木斯望江糧食儲備有限公司的糧庫布局為參考建立形象生動的動態(tài)畫面。17.3.2．1靜態(tài)畫面設(shè)計17.3.2．2畫面動態(tài)連接及功能設(shè)置

圖17-10糧庫主畫面具體設(shè)計內(nèi)容請參閱教材17.3.3糧倉畫面設(shè)計糧倉畫面主要動態(tài)、實時顯示糧倉內(nèi)部及糧倉周圍環(huán)境的溫度及濕度值的變化情況。在糧倉內(nèi)部，將每個倉分成十二層，每層由23個溫度傳感器進行溫度檢測。并設(shè)定溫度值的上下警戒線，當檢測到的溫度值高于或低于糧食儲存的正常值時畫面中的節(jié)點顯示將以不同顏色加以區(qū)別，用以提示工作人員在糧食儲存過程中正出現(xiàn)異常。在每層的對應(yīng)位置設(shè)置一個按鈕用來實現(xiàn)各層實時顯示的動畫切換功能。糧倉畫面中設(shè)置有糧食基本資料圖框，用以顯示糧食入倉時及糧食儲存過程中的基本情況等。由于各倉的畫面顯示及功能相同，因此主要以TA1倉的設(shè)計過程加以詳述。糧倉畫面的設(shè)計如圖17-13所示。17.3.3．1溫度檢測節(jié)點分布顯示設(shè)計糧倉中溫度檢測節(jié)點的分布如圖17-13所示，每個測溫節(jié)點定義15°以上為高溫，8°以下為低溫，8°-15°之間為糧食儲存的適宜溫度。由于畫面中實時顯示的節(jié)點溫度數(shù)據(jù)是由溫度傳感器檢測之后通過下位機傳遞而來，因此每個節(jié)點設(shè)置一個對應(yīng)的I/O變量。圖17-13糧倉監(jiān)控畫面具體設(shè)計請參閱教材17.3.3.2糧食基本資料圖框設(shè)計將框圖分成上下兩部分。在糧食資料框圖中上半部分顯示的基本糧食資料有品種、數(shù)量、產(chǎn)地、入倉水分、當前水分、發(fā)芽率、面筋持水率、雜質(zhì)、不完善粒、容重/出糙和入倉時間，這些數(shù)據(jù)都需要操作人員對儲存的糧食進行了解和檢測之后填入圖框中。另外圖框中還有天氣情況、檢測人姓名等信息，這些信息也有操作人員視實際情況填入。由于上述數(shù)據(jù)是由工作人員填入，因此將這些數(shù)據(jù)的對應(yīng)變量設(shè)置成內(nèi)存型，并且需要設(shè)置模擬值輸入連接和模擬值輸出連接，將需要輸出為數(shù)據(jù)的變量依實際情況設(shè)置成內(nèi)存整形或?qū)嵭?，將需要輸出為文字的變量設(shè)置為內(nèi)存字符串型。在框圖下部分的顯示數(shù)據(jù)有糧倉中各層的最高溫、最低溫、均溫，有整個糧倉的最高溫、最低溫和糧食均溫，還有糧倉內(nèi)外的溫度和濕度。這些量均為以經(jīng)過檢測的變量通過函數(shù)運算求的，因此將它們對應(yīng)的變量視實際需要設(shè)置為內(nèi)存整形或內(nèi)存實型。在這些數(shù)據(jù)中，糧倉的各層最高溫、最低溫、均溫分別有十二個文本顯示重疊在一起，在系統(tǒng)運行時，通過各層顯示按鈕的切換將它們隱含或顯示出來，因此需對這些文本顯示進行隱含動畫連接，它們的隱含條件設(shè)置相似，以第一層最高溫、最低溫、均溫隱含條件設(shè)置為例，這三個隱含條件均為：\\本站點\TA1倉第一層顯示==1。圖17-14實時數(shù)據(jù)報表畫面17.3.4報表畫面設(shè)計報表畫面分為實時數(shù)據(jù)報表和歷史數(shù)據(jù)報表。實時數(shù)據(jù)報表內(nèi)容是將現(xiàn)場的監(jiān)測信息實時報告出來，使工作人員實時掌握糧情信息。在歷史數(shù)據(jù)報表畫面中通過設(shè)定歷史數(shù)據(jù)查詢功能可查閱記錄的歷史數(shù)據(jù)信息，方便有關(guān)人員調(diào)查在糧食存儲過程中的有關(guān)信息。每個糧倉建立一個對應(yīng)的實時數(shù)據(jù)報表畫面和歷史數(shù)據(jù)報表畫面，各倉的報表畫面結(jié)構(gòu)組成及變量設(shè)置相同，因此詳述TA1倉報表畫面的設(shè)計過程，其它倉的報表畫面設(shè)計過程于此類似。17.3.4.1實時數(shù)據(jù)報表畫面設(shè)計組態(tài)王提供內(nèi)嵌式報表系統(tǒng)，工程人員可以任意設(shè)置報表格式，對報表進行組態(tài)。組態(tài)王為工程人員提供了豐富的報表函數(shù)，實現(xiàn)各種運算、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、統(tǒng)計分析、報表打印等。既可以制作實時報表，也可以制作歷史報表。組態(tài)王還支持運行狀態(tài)下單元格的輸入操作，在運行狀態(tài)下通過鼠標拖動改變行高、列寬。另外，工程人員還可以制作各種報表模板，實現(xiàn)多次使用，以免重復(fù)工作。通過組態(tài)王提供的工具建立的實時數(shù)據(jù)報表畫面如圖17-14所示。17.3.4.2歷史數(shù)據(jù)報表畫面設(shè)計歷史數(shù)據(jù)報表畫面的設(shè)計如圖17-15所示。在歷史數(shù)據(jù)報表畫面中建立一個空的報表，目的是為了工作人員在需要的時候?qū)v史數(shù)據(jù)導(dǎo)入到歷史數(shù)據(jù)表格中。

圖17-15歷史數(shù)據(jù)報表畫面當系統(tǒng)運行時，使用“查詢歷史數(shù)據(jù)”功能選項將彈出對話框如圖17-16所示，在對話框的報表屬性中由于畫面中只有一個數(shù)據(jù)報表，因此報表名稱固定為“歷史數(shù)據(jù)報表”，需要查詢的數(shù)據(jù)在報表中的起始行和起始列根據(jù)需要由操作人員自行設(shè)置，數(shù)據(jù)的排列形式也由操作人員自行選擇。在時間屬性中操作人員可以選擇記錄歷史數(shù)據(jù)的起始時間和終止時間，并且可以設(shè)定要查詢的數(shù)據(jù)的時間間隔。在變量選擇欄中工作人員可以在歷史庫或工業(yè)庫中選擇記錄的變量。畫面中的畫面切換圖素按鈕和退出系統(tǒng)按鈕的設(shè)置與前面敘述的方法相同。至此，歷史數(shù)據(jù)報表畫面建立完成。圖17-16報表歷史查詢對話框17.3.5溫濕度曲線匯總圖設(shè)計溫濕度曲線匯總圖是將糧倉內(nèi)的糧食最高溫、最低溫、糧均溫、倉均溫和倉內(nèi)濕度這五個最能體現(xiàn)糧食儲存過程中的實際情況以變化曲線的形式表示出來，這樣一來工作人員能更加直觀的對糧食在某一段時間的儲存變化情況加以了解掌握。由于各個糧倉的溫濕度曲線匯總圖的設(shè)計過程相同，因此以TA1倉的設(shè)計過程加以詳述。TA1倉的溫濕度曲線匯總圖如圖17-17所示。組態(tài)王提供三種形式的歷史趨勢曲線：圖17-17TA1倉溫濕度曲線匯總圖第一種是從圖庫中調(diào)用已經(jīng)定義好各功能按扭的歷史趨勢曲線，對于這種歷史趨勢曲線，用戶只需要定義幾個相關(guān)變量，適當調(diào)整曲線外觀即可完成歷史趨勢曲線的復(fù)雜功能，這種形式使用簡單方便；該曲線控件最多可以繪制8條曲線,但該曲線無法實現(xiàn)曲線打印功能。第二種是調(diào)用歷史趨勢曲線控件，對于這種歷史趨勢曲線，功能很強大，使用比較簡單。通過該控件，不但可以實現(xiàn)組態(tài)王歷史數(shù)據(jù)的曲線繪制，還可以實現(xiàn)工業(yè)庫中歷史數(shù)據(jù)的曲線繪制、ODBC數(shù)據(jù)庫中記錄數(shù)據(jù)的曲線繪制，而且在運行狀態(tài)下，可以實現(xiàn)在線動態(tài)增加/刪除曲線、曲線圖表的無級縮放、曲線的動態(tài)比較、曲線的打印等等。第三種是從工具箱中調(diào)用歷史趨勢曲線，對于這種歷史趨勢曲線，用戶需要對曲線的各個操作按扭進行定義，即建立命令語言連接才能操作歷史曲線，對于這種形式，用戶使用時自主性較強，能做出個性化的歷史趨勢曲線；該曲線控件最多可以繪制8條曲線，該曲線無法實現(xiàn)曲線打印功能。本設(shè)計中選用第二種歷史趨勢曲線控件。在工具箱中單擊“插入通用控件”或選擇菜單“編輯”下的“插入通用控件”命令，彈出“插入控件”對話框，