组态软件课程设计DCS.docx

组态软件课程设计DCS.docx

《组态软件课程设计DCS.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《组态软件课程设计DCS.docx（22页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

组态软件课程设计DCS

第1章概述

1.1设计任务和目的

本课程设计要求在修完《监控系统程序设计技术》课程后，运用工业监控系统组态软件（MCGS），结合一个自动控制系统，完成该控制系统的上位机监控系统组态设计。

以便掌握监控软件的设计和编程方法，得到计算机监控系统程序设计与调试，以及编写设计技术文件的初步训练，为从事计算机控制方面的工作打下一定基础。

1.2设计要求

1．基本要求

（1）监控系统总体设计

了解系统设计要求，进行需求分析，确定组态软件输入输出点、内部变量等，构思监控系统的组态框架。

（2）实时数据库组态

根据所确定的输入输出点和内部变量点，建立监控系统实时数据库。

（3）虚拟对象组态设计

采用脚本语言或其他软件工具建立虚拟对象模型，能够仿真实际的物理对象，具有输入输出特性。

（4）窗口界面组态

根据系统需求和实际生产过程中的对象工艺流程，设计监控系统的图形操作界面，并同实时数据库IO点链接。

（5）运行策略组态

采用脚本语言建立监控系统的运行策略，控制所建立的软件系统的运行流程。

（6）控制策略组态设计

选择和设计适当的控制算法并组态，实现对被控系统的控制要求。

（7）历史和趋势记录报表设计

建立历史数据库，实现监控系统的历史数据记录和趋势显示。

（8）实时和历史报警记录报表设计

确定和建立参数的报警限值和报警数据存储特性，实现监控系统的实时报警显示和历史报警数据查询。

（9）主控窗口组态

通过系统菜单能对系统各个功能进行调度管理。

（10）安全策略组态

建立监控系统的安全操作机制，对用户设定不同的操作权限，保证监控系统的安全性。

（11）进行监控系统的调试、运行和改进。

（12）编写课程设计报告。

2．具体要求

（1）数据变量

所选课题系统应具有一定数量的开关量I/O信号（至少6个）和模拟量I/O信号（至少4个）。

（2）监控系统画面

所设计的监控系统画面应包括下列内容，并具有动态显示和操作功能。

①系统封面；

②反映系统工艺的流程画面；

③反映实时数据变化的趋势图画面；

④反映实时数据变化的报表画面；

⑤可查询历史数据的历史数据曲线画面；

⑥可查询历史数据的历史数据报表画面；

⑦反映数据实时报警状态的报警画面（或某画面上的局部画面）；

⑧查询数据历史报警状态的报警画面；

⑨能对系统参数进行设置的参数设置画面。

（3）运行控制策略

通过策略脚本编写，能够实现系统的模拟运行。

（4）安全策略

所设计的监控系统应具有登录后方可操作的安全策略功能。

（5）系统菜单

所设计的监控系统应具有系统菜单，以实现对系统各个功能的运行调度。

第2章监控系统分析和总体设计

2.1设计思想

通过对MCGS组态软件的学习和掌握，了解其功能和特点，本设计应用MCGS组态软件设计一个双容水箱液位监控系统，通过对实时画面的监控，来实现预期的控制效果。

本系统采用电动调节阀和调节阀、出水阀（手动阀）同时控制双容水箱液位，并控制水箱2液位维持在设定值，水箱1的量程为100cm，水箱2的量程为50cm，开关控制整个系统的启停。

水箱2液位的设定值可手动修改填入输入框，利用PID控制算法控制电动调节阀的开度，水箱的采样周期和参数P、I、D都可以修改，并根据修改的数据完成PID控制算法，电动调节阀开度为控制算法的结果。

根据水箱2液位的测量值与设定值的比较，可通过电动调节阀自动改变其开度来调整水箱2的液位为设定值，也可通过电动调节阀的自动调节加上手动改变调节阀、出水阀的开度共同控制水箱2的液位。

当水箱1液位高于90cm或低于10cm时，进行安全报警指示，水泵停止抽水；当水箱2液位高于45cm或低于5cm时，进行安全报警指示，电动调节阀自动改变其开度。

2.2设计流程图

采用水泵作为输送源，把水槽中的水抽到水箱1，通过调节阀的作用，可以调节进水量，再通过电动调节阀可以将水从水箱1适当地送入水箱2，水箱2的水通过出水阀适当地流入水槽，使水箱2的液位保持在设定值。

第3章组态设计

3.1实时数据库

3.2用户窗口

3.3主控窗口菜单组态

3.4运行策略

第4章监控界面设计

4.2工艺流程画面

4.3运行时画面

4.4实时曲线

4.5实时数据

4.6历史曲线

4.7历史数据

4.8实时报警画面

4.9报警信息浏览

4.10参数设置画面

第5章运行策略

5.1启动策略

脚本程序：

'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

出水阀开度=0

电动调节阀开度=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

比例系数=100

积分时间=25's

微分时间=2's

液位2设定值=25

5.2循环策略

脚本程序：

IF开关=1THEN水泵=1

IF开关=0THEN水泵=0and液位1报警=1and液位2报警=1

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=1THEN水泵供水量=100

IF水泵=0THEN水泵供水量=0

IF开关=0THEN

水泵供水量=0AND出水阀开度=0AND电动调节阀开度=0AND调节阀开度=0

ENDIF

IF出水阀开度=0THEN出水流量2=0

IF电动调节阀开度=0THEN出水流量1=0

IF调节阀开度=0THEN进水流量1=0

IF液位1<=液位1下限OR液位1>=液位1上限THEN

液位1报警=0

ELSE液位1报警=1

ENDIF

IF液位2<=液位2下限OR液位2>=液位2上限THEN

液位2报警=0

ELSE液位2报警=1

ENDIF

5.3PID控制算法

脚本程序：

e22=e21'上上次偏差

e21=e20'上次偏差

e20=液位2设定值-液位2'本次偏差

比例=比例系数*（e20-e21）'比例作用

if积分时间=0then'如果积分时间=0或偏差太大

积分=0'无积分作用

else

积分=比例系数*采样周期*e20/积分时间'否则计算积分作用

endif

微分=比例系数*微分时间*（e20-2*e21+e22）/采样周期'微分作用

增量=比例+积分+微分'增量输出

电动调节阀开度=电动调节阀前次开度+增量/10'位置输出

if电动调节阀开度>=100then电动调节阀开度=100'超出调节器输出上限，调节器输出＝调节器输出上限

if电动调节阀开度<=0then电动调节阀开度=0'超出调节器输出下限，调节器输出＝调节器输出下限

电动调节阀前次开度=电动调节阀开度

5.4报警策略

脚本程序：

!

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）

5.5报警数据

5.6历史数据

5.7水箱对象

脚本程序：

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）*电动调节阀开度/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）*出水阀开度/100

液位2=液位2+（进水流量2-出水流量2）/50

第6章安全策略

6.1本系统安全机制要求：

1.负责人才能进行用户和用户组管理；

2.只有负责人才能进行“打开工程”、“退出系统”的操作；

3.只有负责人才能进行水罐水量的控制；

4.普通操作人员只能进行基本菜单和按钮的操作。

6.2定义用户和用户组：

[1]选择工具菜单中的“用户权限管理”，打开用户管理器。

缺省定义的用户、用户组为：

负责人、管理员组。

[2]点击用户组列表，进入用户组编辑状态。

[3]点击“新增用户组”按钮，弹出用户组属性设置对话框。

进行如下设置：

用户组名称：

操作员组；用户组描述：

成员仅能进行操作

[4]单击“确认”，回到用户管理器窗口。

[5]点击用户列表域，点击“新增用户”按钮，弹出用户属性设置对话框。

参数设置如下：

用户名称：

张工；用户描述：

操作员；用户密码：

123；确认密码：

123；

隶属用户组：

操作员组

[6]单击“确认”，回到用户管理器窗口。

[7]再次进入用户组编辑状态，双击“操作员组”，在用户组成员中选择“张工”。

[8]点击“确认”，再点击“退出”，退出用户管理器。

[9]“负责人”未设密码，设置方法同上。

6.3系统权限管理：

[1]进入主控窗口，选中“主控窗口”图标，点击“系统属性”按钮，进入主控窗口属性设置对话框。

[2]在基本属性页中，点击“权限设置”按钮。

在许可用户组拥有此权限列表中，选择“管理员组”，确认，返回主控窗口属性设置对话框。

[3]在下方的选择框中选择“进入登录，退出不登录”，点击“确认”，系统权限设置完毕。

6.4操作权限管理：

[1]进入水位控制窗口，双击水箱1对应的滑动输入器，进入滑动输入器构件属性设置对话框。

[2]点击下部的“权限”按钮，进入用户权限设置对话框。

[3]选中“管理员组”，确认，退出。

[4]水箱2对应的滑动输入器设置同上。

6.5运行时进行权限管理：

运行时进行权限管理是通过编写脚本程序实现的。

用到的函数包括：

1.登录用户：

!

LogOn（）

2.退出登录：

!

LogOff（）

3.用户管理：

!

Editusers（）

4.修改密码：

!

ChangePassword（）

具体步骤：

[1]在主控窗口中的系统管理菜单下，添加4个子菜单：

登录用户、退出登录、用户管理、修改密码。

[2]双击登录用户子菜单，进入菜单属性设置对话框，在脚本程序属性页编辑区域中输入!

LogOn（）点击“确认”，退出。

[3]按照上述步骤，在退出登录的菜单脚本程序编辑区中输入!

LogOff（），在进行用户管理的菜单脚本程序中输入!

Editusers（），在修改密码的菜单脚本程序中输入!

ChangePassword（）,组态完毕。

6.6保护工程文件：

具体操作步骤：

[1]回到MCGS工作台，选择工具菜单“工程安全管理”中的“工程密码设置”选项，如图：

这时将弹出修改工程密码对话框，如图：

[2]在新密码、确认新密码输入框内输入123。

单击“确认”，工程密码设置完毕。

6.7打开时画面：

6.8登陆时画面：

6.9退出时画面：

6.10用户管理画面：

6.11修改密码画面：

第7章程序调试

7.1程序调试中遇到的问题

如何利用开关控制与水泵连接的流动块的流动？

7.2解决方法和结果

双击此流动块，设置如下图：

关闭开关，水流停止流动；水泵停止工作，水流停止流动。

第8章课程设计总结

经过一学期《监控系统程序设计技术》课程的学习，我对这门课程有了大概的了解，知道了工控组态软件的概念，掌握了MCGS组态软件的功能和特点以及系统构成，但那些只是理论性的知识，很抽象，也不易理解，而经过这次《监控系统程序设计技术的课程设计》，学习用MCGS组态软件解决实际问题，将理论与实际结合起来，使我对这门课程有了更深层次的理解。

此次课程设计，不仅让我进一步了解了MCGS组态软件，而且也学会了如何编写脚本程序以及如何进行程序调试。

通过不断地查阅资料，向老师请教，与同学探讨，获得了很多课外的知识，学会了如何在实际中去设计。

以往其他科目的课程设计，基本上都是通过仿真软件来实现某种效果，并不

能让人真正感觉出那种真实性，而本次课程设计，培养了我独立从事MCGS组态设计的能力，提高了独立研究、独立设计的能力。

通过本次设计，我深入了解了MCGS在工业应用方面的作用，为今后从事这方面的工作打下一个良好的基础

第9章参考资料

[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