国家粮食储备自动控制系统组态设计.docx

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国家粮食储备自动控制系统组态设计

第一章绪论

1.1系统背景

随着工业自动化技术的发展，人们对自动化检测、监控系统的要求越来越高。

一方面希望可靠性、实时性强，界面友好、操作简单，另一方面又要求开发周期短，系统便于升级改造。

因此最好的办法就是在系统中利用各种控制软件包，即组态软件，并以此为平台进行二次开发。

组态软件实际上是一个专为工控开发的工具软件。

它为用户提供了多种通用工具模块，用户不需要掌握太多的编程语言技术，就能很好地完成一个复杂工程所要求的多种功能。

另外，用组态软件开发的系统具有与Windows一致的图形化操作界面，非常便于生产的组织和管理。

本文以国家中央粮食仓储储备自动控制管理系统为例，介绍国产组态软件——组态王在监控系统中的应用。

1.2系统概述

中央粮食储备库监控与电气系统，主要由监控系统和电气系统组成，监控系统包括仓容管理，粮食的入仓、发放和倒仓。

粮库把收购的粮食经过烘干以后即进入粮仓，在一定的温度、湿度下进行保存，温度或湿度超过标准时需要进行通风或倒仓，通过发放系统可把粮食装到火车上运往外地。

仓容管理由一台工业控制机，一台打印机，两台流量测试仪和一台散料秤组成。

两台流量测试仪分别装在斗式提升机上，在入仓和倒仓时，可通过流量测试仪计算出各仓中粮食的数量，在发放时，通过散料秤来计量装入火车中的粮食。

入仓、发放和倒仓是由一台可编程控制器控制的，同时也可以现场人工手动控制。

在触摸屏上可以通过选择项进行功能选择，进入后，可编程控制器根据工艺要求自动进行控制。

电器系统由低压控制柜、现场按钮箱等组成。

现场按钮箱可进行现场手动操作，低压控制柜给主电路供电，手动或自动的控制，通过主电路来实现。

1.2.1粮库实时监控系统

a.概述

根据一般粮库的实际情况，硬件可采用一线牵温湿度模块采集，通常一个粮仓，测温点数小于500点。

使用一个模块基本就能满足要求，每一个模块有8个通道，每个通道可以接64个温湿度检测点。

实现粮仓温湿度实时数据监测、历史数据存储、报表打印、曲线、报警等功能。

b.系统组成

图1-1系统结构图

（1）现场采集站

通过一线牵采集模块，对粮仓的温度进行测量采集，每个粮仓约有20点模拟量输入（温度）并根据粮食的情况对现场进行湿度检测。

（2）现场控制站

现场控制站可用三菱PLC控制现场输送机、提升机、电动闸门、通风机的启动运行，以及报警等功能的反馈信号，实现自动化控制。

（3）上位机

上位机运行组态通用工业过程监控软件，对现场的设备进行监控、并对仓库温湿度进行巡回检测。

并生成动态画面、报表、报警、曲线等数据管理功能。

系统的结构如图1-1所示：

c.系统优点

（1）上位机采用MPI和RS485相结合进行控制。

控制单元采用三菱的314CPU为主控制站，控制和监视现场的数字点。

（2）温湿度信号都是数字信号，网络布线方便、经济，因为每个温湿度探头输出的直接为可联网数字信号，信号传输过程的衰减不会影响系统精度，且传输距离长，每个出线口“一线总线”可接64个温湿度探头的距离可达200M。

（3）采集模块自动识别传感器类型、数量，配置和扩展方便，可以根据现场安装条件，适当选择模块的安装位置及使用模块的数量，以便降低成本。

（4）采用低功耗设计，只需对采集器供电，无需对传感器供电，现场供电点少，施工方便。

（5）因仓的高度等原因，为了现场安装方便，测温电缆一般采用主干传输出线+测温电缆连接器+测试电缆的方式，可分为合适长度的测温电缆，以安装在合适的位置。

1.2.2粮库监控系统

a.系统组成

本系统由三个基本单元组成，即现场检测单元、系统操作站和控制网组成。

（1）现场检测仪表单元

现场由热敏电阻对粮仓的温度进行测量，每个粮仓约有200点模拟量输入（均是热敏电阻信号）；并根据粮食的情况对现场进行湿度检测。

（2）系统操作站

本系统设1个操作站，起到人机接口的作用，操作站运行工业力控监控软件，对现场的温度进行巡回检测。

用三菱PLC控制现场输送机、提升机、电动闸门、通风机的启动运行，以及报警等功能的反馈信号，实现自动化控制。

（3）控制网

控制网采用MPI和RS485相结合进行控制。

控制单元采用三菱的314CPU为主控制站，控制和监视现场的数字点，而用研祥的PCL-745板卡对现场的温度和湿度进行采集，可靠性高。

所有板卡工作完全“独立”，任何一块一点出现故障都不会影响其他温度点的正常采集。

控制网的结构如图1-2所示

图1-2控制网结构图

b.系统功能

（1）系统优点

本系统温湿度信号都是数字信号，网络布线方便、经济，因为每个温湿度探头输出的直接为可联网数字信号，信号传输过程的衰减不会影响系统精度，且传输距离长，每个出线口“一线总线”可接64个温湿度探头的距离可达200M。

采集模块自动识别传感器类型、数量，配置和扩展方便，可以根据现场安装条件，适当选择模块的安装位置及使用模块的数量，以便降低成本。

采用低功耗设计，只需对采集器供电，无需对传感器供电，现场供电点少，施工方便。

（2）系统方案

根据现场实际情况，采用LTM8600温湿度模块采集，通常一个粮仓，测温点数小于500点，使用一个LTM8003模块基本能满足要求，每一个模块有8条测试电缆接口，每条电缆可以接64个测温点。

因仓的高度及娄布的原因，为了现场安装方便，测温电缆一般采用主干传输出线+测温电缆连接器+测试电缆的方式，将分为合适的长度测温电缆安装在合适的位置。

测温电缆中继器可延长测温电缆的长度，提高LTM-800模块和测温线缆的利用率，降低成本。

（3）软件功能

①实现实时数据采集监测

②数据的历史存贮

③报表打印

④报警

1.2.3粮食储备库自动监控系统

a.概述

粮食储备库自动监控系统系统采用组态软件，集显示、控制、操作于一体，实现了电控输送、粮食测温通风冷却及粮情监控、仓容管理系统的自动化。

该系统操作方便，运行可靠，利用上位机监控程序功能完善、综合性强、人机界面友好，实用性强。

b.工艺简介

系统可以完成如下工艺流程：

干粮接收：

卸粮坑-气垫输送机-斗提机-拖辊输送机-入任意仓；

粮食倒仓：

浅园仓-仓下气垫输送机-斗提机-初清筛-斗提机-拖辊输送机-任意仓；

粮食发放；任意仓-仓下气垫输送机-斗提机-发放系统气垫输送机-自动电子称-刮板输送机-伸缩流管-散装车。

c.系统功能

实现自动粮情监测，粮食通风、冷却自动化；

根据生产需要，可以选择三种方式启动其工艺流程：

现场手动控制、计算机手动控制、顺序自动控制；

自动检测设备的状态信息，自动监测生产线的作业流程，动态显示流程画面；

故障实时报警联锁功能，并记录其发生时间，设备名称等有关数据。

第二章组态王软件介绍

组态王软件是一种通用的工业监控软件，它融过程控制设计、现场操作以及工厂资源管理于一体，将一个企业内部的各种生产系统和应用以及信息交流汇集在一起，实现最优化管理。

它基于MicrosoftWindowsXP/NT/2000操作系统，用户可以在企业网络的所有层次的各个位置上都可以及时获得系统的实时信息。

采用组态王软件开发工业监控工程，可以极大地增强用户生产控制能力、提高工厂的生产力和效率、提高产品的质量、减少成本及原材料的消耗。

它适用于从单一设备的生产运营管理和故障诊断，到网络结构分布式大型集中监控管理系统的开发。

组态王软件结构由工程管理器、工程浏览器及运行系统三部分构成。

工程管理器：

工程管理器用于新工程的创建和已有工程的管理，对已有工程进行搜索、添加、备份、恢复以及实现数据词典的导入和导出等功能。

工程浏览器：

工程浏览器是一个工程开发设计工具，用于创建监控画面、监控的设备及相关变量、动画链接、命令语言以及设定运行系统配置等的系统组态工具。

运行系统：

工程运行界面，从采集设备中获得通讯数据，并依据工程浏览器的动画设计显示动态画面，实现人与控制设备的交互操作。

2.1组态软件与工控系统

组态软件是当前工业控制领域流行的一种既设软件，属于数据采集与过程控制的专用软件，是在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，能以灵活的组态方式提供良好的开发界面和简洁的使用方法，其预设置的各种软件模块可以非常容易的实现和完成监控层的各项功能，并能同时支持各种硬件厂家的计算机和IPO设备，与高可靠的工控计算机（IPC）和网络系统结合，可向控制层和管理层提供软、硬件的全部接口，进行系统集成。

目前，工控软件组态王能提供良好的用户开发界面和简捷的使用方法，已经成为流行的工控软件。

组态王是在流行的PC机上建立工业控制对象人机接口的一种智能软件包，它以Windows中文操作系统作为其操作平台，充分利用了Windows图形功能完备，界面一致性好，易学易用的特色，它使采用PC机开发的系统工程比以往使用专用机开发的工业控制系统更有通用性，大大减少了工控软件开发者的重复性工作，并可运用PC及丰富的软件资源进行二次开发。

带有数据采集卡或网络通信口等硬件的PC机或IPC机经组合了所需的软件模块后，便具有了灵魂，就可以发挥强大的数据处理能力，并对生产过程进行监视与控制，这就是上位机，也称主机。

被集成于上位机的组态软件使整个生产过程的管理、监视、控制实现自动化，并对进料、库存、销售等信息进行适时、科学的监控与管理。

因此大大减少了劳动强度，节约了管理成本，提高了产品合格率，提高了效率，因而也大大降低了综合成本。

下位机由PLC组成。

可编程控制器（PLC）是在继电器控制和计算机技术的基础上开发出来的，并逐渐发展成以微处理器为核心，集计算机技术、自动控制技术及通信技术于一体的一种新型工业控制装置。

它是一种面向生产过程控制的数字电子装置，不仅可以取代传统的继电器控制系统，还可构成复杂的工业过程控制网络。

PLC用于工业控制，一般将各种传感器（如位置传感器，温、湿度传感器，光电耦合器等）接入其输入接口，各种执行器（如继电器，可控硅，光电开关等）接入其输出接口。

控制具体目标时，既可由现场编制的程序控制执行，也可由上位机的系统程序通过通信媒介控制执行。

2.2组态王的开放性

组态王支持通过OPC、DDE等标准传输机制和其他监控软件（如：

Intouch、Ifix、Wincc等）或其他应用程序（如：

VB、VC等）进行本机或者网络上的数据交互。

2.3建立应用工程的一般过程

通常情况下，建立一个应用工程大致可分为以下几个步骤：

第一步：

创建新工程

为工程创建一个目录用来存放与工程相关的文件。

第二步：

定义硬件设备并添加工程变量

添加工程中需要的硬件设备和工程中使用的变量，包括内存变量和I/O变量。

第三步：

制作图形画面并定义动画连接

按照实际工程的要求绘制监控画面并使静态画面随着过程控制对象产生动态效果。

第四步：

编写命令语言

通过脚本程序的编写以完成较复杂的操作上位控制。

第五步：

进行运行系统的配置

对运行系统、报警、历史数据记录、网络、用户等进行设置，是系统完成用于现场前的必备工作。

第六步：

保存工程并运行

完成以上步骤后，一个可以拿到现场运行的工程就制作完成了。

2.4如何得到组态王的帮助

组态王帮助文档分组态王产品帮助文档和I/O驱动帮助文档两部分，可以通过如下几种方法打开：

方法一：

单击桌面“开始”－“所有程序”－“组态王6.52”－“组态王文档”，此选项中包括组态王帮助文档、I/O驱动帮助文档和使用手册电子版、函数手册电子版。

方法二：

在工程浏览器中单击“帮助”菜单中的“目录”命令，此帮助文档中只包含组态王软件帮助文档。

方法三：

在工程浏览器中任何时候通过“F1”快捷键弹出组态王软件帮助文档。

2.5组态王与I/O设备

组态王软件作为一个开放型的通用工业监控软件，支持与国内外常见的PLC、智能模块、智能仪表、变频器、数据采集板卡等（如：

西门子PLC、莫迪康PLC、欧姆龙PLC、三菱PLC、研华模块等等）通过常规通讯