组态王水箱水位监控系统毕业论文Word下载.docx
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2.1系统硬件设备选型-----------------------------------------------------------------5
2.2水箱水位监控系统接线设计方案-----------------------------------------------5
3水箱水位监控系统软件结构框图与工作原理---------------------------------------6
3.1系统软件设备选型----------------------------------------------------------------6
3.2系统软件功能模块设计图-------------------------------------------------------6
4水箱水位监控系统仿真实验软件设计方案------------------------------------------7
4.1水箱水位监控系统的控制要求-------------------------------------------------7
4.2定义硬件设备和数据变量-------------------------------------------------------8
4.3画面的设计-------------------------------------------------------------------------9
4.4动画连接与调试-------------------------------------------------------------------10
4.5数据采集----------------------------------------------------------------------------11
4.6设置水位上下限报警------------------------------------------------------------11
4.7报警窗口中的报警和事件-------------------------------------------------------11
4.8实时曲线和历史曲线-------------------------------------------------------------12
4.9输出报表----------------------------------------------------------------------------12
5水箱水位监控系统的软、硬件联调---------------------------------------------------12
6进度安排------------------------------------------------------------------------------------13
7总结------------------------------------------------------------------------------------------13
8参考文献------------------------------------------------------------------------------------15
摘要：
设计为的水箱水位监控系统，设计利用组态王（kingview）软件、IPC和PLC（或I/O板卡、模块）配合过程控制系统构成水箱水位通过计算机监控的系统仿真实验。
首先提出系统控制要求，确定控制方案。
接着进行软、硬件设备的选型。
然后用组态王软件进行系统软件的设计与调试。
最后进行系统的软硬件联调。
该仿真实验集对象、控制器，控制变量传递与一体，完成数据采集、数据处理以及动态显示控制设备运行情况等任务。
该仿真实验不仅能实时显示当前数据，还能查询历史数据、有利于对实验内容的理解和感性认识。
关键字：
水箱水位，监控系统，过程控制，组态王软件，数据采集
绪言：
现代社会，人们生活以及工业生产经常涉及到水位和流量的控制问题，例如饮料、食品加工，居民生活用水的供应，溶液过滤，污水处理，化工生产等多种行业的生产加工过程，通常要使用蓄液池。
因此，需要设计合适的控制器自动调整蓄液池的进出流量，使得蓄液池内水位保持正常水平，以保证产品的质量和生产效益。
这些不同背景的实际问题都可以简化为某种水箱的水位控制问题。
通过进行了多次的实验得出了一些相关的数据，水箱水位控制系统的设计应用非常广泛，可以把一系列复杂的水位控制系统简化成一个水箱水位控制系统来实现。
由于水位检测应用领域的不同，性能指标和技术要求也有差异，但适用有效的测量成为共同的发展趋势，随着电子技术及计算机技术的发展，水位检测的自动控制成为其今后的发展趋势，控制过程的自动化处理以及监控软件良好的人机界面，操作人员在监控计算机上能根据控制效果及时修正运行参数，这样能有效地减少工人的疲劳和失误，提高生产过程的实时性、安全性。
随着计算机控制技术应用的普及、可靠性的提高及价格的下降，水位检测的计算机控制必将得到更加广泛的应用。
本文简要介绍了采用（kingview）组态软件，并以IPC和PLC构成计算机控制系统的方法，阐述了该系统的软件设计方案，控制方法，功能以及采用人机接口可视化界面的便捷。
讲述了该系统开发的基本过程以及系统的自动化运行。
实践证明，系统具有可用一台电脑对多个参数进行巡回采集和处理，显示界面好、易于操作、运行可靠、便于管理升级和扩充等优点。
1系统总体方案选择
对分析水箱水位监控系统设计的要求，生产工艺比较简单要求并不高，所以采用单回路控制系统进行设计。
单回路控制系统又称简单控制系统，是指由一个被控系统、一个检测元件及变送器、一个调节器和一个执行器所构成的闭合系统。
单回路控制系统是最简单、最基本、最成熟的一种控制方式。
单回路控制系统根据被控量的系统、液位单回路控制系统等。
单回路控制系统的结构比较简单，所需的自动化装置数量少，操作维护也比较方便，因此在化工自动化中使用很普遍，这类系统占控制回路的绝大多数。
单回路控制系统虽然简单，但它的分析、设计方法是其它各种复杂过程控制系统分析、设计的基础。
对单回路控制系统进行分析，设计，调试处理的方法，理解单回路控制系统对各个环节的影响，就可以分析处理好更复杂的设计问题。
这里选择的是液位单回路控制系统。
图1-1是一个单回路反馈控制系统
单回路控制系统方框图的一般形式如下：
1-1单回路控制系统方框图
2水箱水位监控系统硬件设计框图
水箱水位监控系统主要是基于远程数据采集过程控制装置。
系统的主要目的是控制下水箱的液位。
主要干扰源为随机流入水箱中的水使水位上涨，超过警戒水位；
同时出于某种考虑，不能使水位低于某个值。
整个液位控制系统由控制器、电动调节阀、水箱和水位变送器模块等组成。
电动调节阀用于调节上水箱的进水量的大小，液位变送器用于检测水箱中的液位。
控制器的输出量用于控制电动调节阀的开度。
液位控制系统硬件结构方框图如图2-1所示。
2-1液位控制系统硬件结构方框图
2.1系统硬件设备选型
实验设备包括：
1.过程控制系统实验装置
2.计算机、BDYG型压力变送器、24SG-10-30执行器、ND-6018智能模块、RS232/484转换器1只、串口线1根、DFP-2100配电器、FDY-3110稳压电源。
2.2水箱水位监控系统接线设计方案
水箱水位监控系统的接线设计图如下图（2-2）所示。
2-2水箱水位监控系统接线设计图
3水箱水位监控系统软件结构框图与工作原理
本文针对水位监控系统制定如图2-1的过程控制原理方框图。
水位经检测后通过输入接口送计算机，计算机根据水位高低发出控制命令，控制命令通过输出口作用到水泵上，实现水位的闭环控制。
用水量
键盘显示
启停按钮进水量水位
输入接口计算机输出接口水泵水箱
手/自动按钮
水位检测
3-1水位监控系统制的过程控制原理方框图
3.1系统软件设备选型
软件设备只选用国产通用组态软件组态王（kingview）；
硬件设备，计算机一台。
3.2系统软件功能模块设计图
组态王（kingview）软件是基于MicrosoftWindowsXP/2000/NT操作系统，由工程管理器、工程浏览器和运行系统三部分组成的大型应用软件。
软件系统环境如图4-1所示包括组态环境和运行环境两部分。
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。
运行环境本身没有任何意义，必须与组态结果数据库一起才能构成用户应用系统。
一旦组态工作完成，运行环境和组态结果数据库就可以离开组态环境而独立运行在监控计算机上。
组态过程如下：
监控画面的开发和运行是有工程浏览器调用画面制作系统和画面运行系统来完成的。
通过对现场数据的采集处理，以动画显示、报警和事件处理、实时趋势曲线、历史趋势曲线和报表输出等多种方式向用户提供检验控制系统的动态运行情况。
组态界面上既可以时事观察到系统的动态变化，也可观察前几次的实验数据。
也就是说组态王（kingview）软件就是一个仿真实验的试验平台，该仿真实验平台一方面继承传统实验的参与性和操作性的优点；
另一方面又可利用计算机优势，发挥其资源共享、直观形象、动态模拟、减少实验支出等优点，克服传统实验的不足之处，进一步提高实验效率。
由于可观察实验过程的动态情况，有利于调动实验者的实验积极性和创造性。
连接设备
3-2组态运行环境
4水箱水位监控系统仿真实验软件设计方案
水位监控系统是典型的控制类试验系统。
该系统包括水位监控系统主界面、报警和事件、实时趋势曲线、历史趋势曲线、报表系统。
现简要说明利用组态王软件制作水位控制系统的实验。
4.1水箱水位监控系统的控制要求
水位监控系统组成如图4-1所示。
水箱通过一台水泵和相应的进水管道为水箱供水，水箱出水管道连接到多个用户。
为用户提供水源。
为了保持水箱的相对稳定，要求水箱水位在合适的范围内。
水箱水位有两个报警限，分别为上限和下限。
水箱高30m，上限26m，下线1m。
监控要求如下：
（1）进行水位控制：
如果水位低于下限，则水泵工作，为水箱进水；
水位上升到上限，则关闭水泵。
（2）进行水位实时监测与显示。
（3）报表输出：
生成水位参数的实时报表和历史报表，供显示和打印。
（4）曲线显示：
生成水位参数的实时趋势曲线和历史趋势曲线。
要求能够查阅水位监控相关资料；
根据控制要求制定控制方案、选择I/O接口设备，正确画出水位监控系统电路原理图；
能够应用MCGS或Kingview组态软件进行监控画面的制作和程序编写、调试。
4-1水箱水位监控系统
4.2定义硬件设备和数据变量
组态王把那些需要与之交换的外部设备作为使用。
硬件设备通常包括PLC、仪表、仿真模块、板卡，以及应用软件等。
为实现组态王和硬件设备的实时数据通讯，须在组态王的开发环境中对外部设备加以定义。
本实验以PLC作为硬件设备，实现虚拟仿真，减少实验支出。
数据库是组态王最核心的部分，在系统运行时，现场的生产状况要以动画的形式反映在屏幕上，操作者在计算机上发布的指令要迅速的送达生产现场，所有的这一切都是以实时数据库为核心，所以说数据库是联系计算机和尾部设备的桥梁。
数据库中的变量集合称为“数据词典”，数据词典记录了所有用户可使用的数据变量。
以本实验为例，在工程浏览器树形目录显示区点击“数据词典”图标，在右侧双击“新建”，即可进入“定义变量”对话框进行变量的定义如4-2所示。
4-3为所有变量。
4-2水箱水位变量定义4-3水箱水位监控系统变量定义
4.3画面的设计
水箱水位监控系统实验主画面是李永组态王所提供的图库和画图工具来绘制完成的。
在工程浏览器工具目录显示区单击“文件”大纲下面的“画面”成员名，然后在目录内容显示区双击“新建”图标，出现“新画面”对话框，如图4-4a所示。
在“画面名称”旁边的编辑框中输入“水位监控系统主画面”，大小可变，如图4-4b所示，单击“确定”按钮组态王软件将新建命名为“水位监控系统主画面”的界面。
接下来在此界面中利用组态王的工具箱、调色板、图库管理器绘制液位控制系统的组成元件，并进行连接，生成画面如图4-5所示。
至此“水箱水位监控系统”制作完毕。
ab
4-4新建画面
4-5水箱水位监控系统主画面
4.4动画连接与调试
以上绘制的画面为静止不动的，要想使其能真是的反应系统运行时的情况，让画面动起来，让我们能够很清晰的观测到也为变化的过程，必须将各个图素与数据库中的相应变量建立联系。
组态王中，建立画面图素与变量对应关系的过程称为“动画连接”。
建立动画连接后，运行当中的变量值改变时，图形对象可以按照动画连接的要求相应变化。
打开主画面，双击“水箱”弹出动画连接对话框如图4-6。
按照以上方法完成所有图素的动画连接。
4-6动画连接对话狂
为了使我们能够便捷的完成试验任务，水箱水位监控系统界面除了主界面以外还开发了与实验相关的界面按钮如：
报警系统、实施曲线分析，历史曲线检测、报表系统按钮。
如图4-7所示。
事先在组态王上建立相应的报警窗口、实时曲线窗口、历史曲线窗口、保镖窗口。
要进入相应的界面，就需要按下面相应的按钮，这样画面下方的按钮就可以方便的实现各画面之间的切换。
在组态王工程浏览器的工具条上直接点击“VIEW”快捷键即可进入运行系统。
4-7水箱水位系统控制界面
4.5数据采集
数据包括实时数据采集和历史数据存储。
这些数据在画面中除了以数值输的方式和以报表显示外，还可以以曲线形式显示。
4.6设置水位上下限报警
水箱水位监控系统与传统实验相比具有参数输入与修改灵活，具有多次或重复仿真运行的控制能力，能够直观实时的显示参数变化前后系统的变化趋势。
把水箱水位上限设为26m，下限设为1m时，当水箱水位超过此限时时系统将报警。
因此建立两个表示报警状态的红、绿色圆形报警灯，使上限报警灯变量“水箱水位>
26”下限报警灯“水箱水位<
1”时红色报警灯分别闪烁，水箱水位正常时，报警灯为绿色。
如图4-8所示。
4-8报警灯设置
4.7报警窗口中的报警和事件
系统“变量定义”时允许变量进行上下限报警，运行中变量值超限后，组态王会自动将变量超限情况存储在报警缓冲区中，报警窗口可将报警缓冲区中的报警事件包括事件日期、时间、系统日期、报警时间、变量名、报警类型、报警值、恢复值，等等集中显示出来。
图4-9为历史运行中系统发生的部分报警和事件情况。
4-9报警和事件
4.8实时曲线和历史曲线
为方便对实验数据进行控制、管理和查阅，则需要进行趋势分析，这是一个监控软件必备的功能。
在组态王中，趋势曲线有实时趋势曲线和历史趋势曲线两种。
实时曲线（图4-10）以曲线的形式实时显示采集信号变化情况。
实时趋势曲线随时间的变化自动卷动，以快速反应变量的新变化，时间轴不能回卷，不能查阅变量的历史数据。
历史趋势曲线（图4-11）可以进行历史数据的查询，但它不会自动卷动，需要通过带有命令功能的按钮来辅助实现查阅功能。
4-10历史趋势曲线4-11历史趋势曲线
4.9输出报表
数据报表（图4-12）是生产过程中不可缺少的一个部分，它能够反映出生产过程的实时情况，也能够反映出长期的生产过程状况，使得管理人员可以通过对报表的分析，更好的对生产进行优化。
4-12数据报表
至此水箱水位监控系统的软件设计制作完毕。
5水箱水位监控系统的软、硬件联调
1、按照图2-2进行线路连接；
2、进行各个硬件参数的设置；
3、在组态王中进行各模块的设备配置；
4、配合运行环境最后进行系统软、硬件的调试。
6进度安排
2011.09.27-2011.10.14系统的方案设计
2011.10.16-2011.10.31系统的软、硬件设备选型与电路设计
2011.11.01-2011.11.30系统的软件设计
2011.12.01-2011.12.26系统的软、硬件联调
2012.03-2012.04撰写论文、准备答辩
7总结
2011年9月，我开始了我的毕业论文工作，到今天，历经半年的事件，论文基本完成。
在这段时间里我从最初接到毕业设计课题时的茫然到慢慢的进入状态，再到对思路逐渐的清晰，整个写作过程难以用语言来表达。
经历了半年时间，紧张而又充实的毕业设计终于落下了帷幕。
在这次毕业设计的过程中，我拥有了无数难忘的回忆和收获。
2011年9月中旬，在指导老师的建议下，我选择了《用IPC和组态王实现水箱水位监控系统》的课题，之所以选择这个题目，是因为我们在上课时做过有关水位监控的实验，对此类实验有一些简单的认识和了解，做起来相对于其它的更为得心应手。
当选题定下来以后，我便通过各种渠道来搜集资料。
在实习单位利用业余时间通过网络或图书进行资料的搜集。
通过一个多月的时间的学习和研究，我搜集了很多与毕业课题相关的资料，组态王的介绍，组态王在生产生活中的应用，组态王水箱设计方案步骤等资料。
在我查阅资料的过程中，也是我只是巩固和提高的过程。
之后进行资料分析整理，制定系统方案设计的提纲和构思初稿。
10月下旬根据老师的指导意见，我选择了课题需要用到的硬件设备，并且进行相关图形的绘制和电路图的设计工作。
在选择硬件设备型号的过程中，我通过对比和参考了书本上的意见最终定下了论文中提到的设备。
在制图的时候，运用了excel的绘图技术。
11月中旬我用组态王系统软件进行课题的软件设计，期间参考了很多资料，在实际操作对组态王有了更进一步的了解，并且一点一点的能够熟练的操作组态王软件了。
12月进行系统的软、硬件联调，根据设计的电路图把软、硬件设备连接起来，进入组态王运行环境反复操作反复观察，在这种反复操作和观察的过程中发现问题并解决问题，最终，完成软硬件运行成功。
联调成功。
2012年3月我开始着手论文的写作。
我在写作过程中遇到困难的时候，我就用老师的指导手册通过自己的理解来解决问题，实在不行就和老师联系并和同学互相交流，困难一个个的解决，论文也慢慢成型了。
四月，我的论文文字叙述终于完成了。
当我完成了所有的打字、绘图、排版、校对的任务的时候人是疲惫的，但同时我的心里是充满兴奋和期待的。
看着我的毕业设计稿件时，我觉得这几个月的一切都是值得的。
在论文中，我充分的运用了大学期间所学到的知识，这一次毕业论文的制作过程是我知识的一次巩固和提高的过程。
我不会忘记这难忘的几个月的。
在写毕业论文的过程中，给了我在毕业前最难忘的一段回忆。
当我看到自己的努力有收获的时候，总是会有那么一点点自豪和激动。
我在这次毕业设计的写作过程中可谓是获益匪浅，最大的收益就是让我培养了脚踏实地，认真严谨，实事求是的学习态度，和不怕困难、坚持不懈、吃苦耐劳的精神。
写作中，需要的是耐心，还要用心。
每当无法实现自己的想法或者运行不下去的时候，我就会出现浮躁的情绪，但是我没有放弃，而是适时地调节自己的心态，最关键是在困难面前，理顺思路，寻找突破点，一步一个脚印的慢慢来实现自己既定的目标。
越是不懂的东西才要去学，在学习的过程中你会收获很多，在学习之后你会感觉到很有成就感，这也是我在完成毕业设计之后体会到的。
我想这是一次对意志的磨练，也是对我实际能力的一次提升，相信这对我今后走向工作岗位是至关重要的。
毕业设计的顺利完成，首先我要感谢我的指导老师高老师的帮助，感谢您提出宝贵的意见和建议，感谢您的细心指导和关怀。
您默默的付出，告诉我们怎样按要求完成毕业设计相关的工作，认真的读每一个同学的毕业设计，然后提出最中肯的意见，再次向我的导师致以最衷心的感谢和深深的敬意。
另外，要感谢在大学期间所有传授我知识的老师，是你们的悉心教导使我有了良好的专业课知识，这也是毕业设计得以完成的基础。
8参考文献
《计算机监控系统的设计与调试》袁秀英，石梅香主编；
《基于组态控制的液压试验系统》徐晶晶，胡捷，浦恩帅主编；
《基于组态王的水箱水位监控系统设计及测试》袁荣华，黄世钊，潘树林主编；
《工控组态技术及应用：
组态王》李红萍主编；
《Kingview用户使用手册》
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