基于组态软件的锅炉监控系统的设计详细版 精品.docx

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第3章锅炉组态界面的设计

3.1组态画面的绘制

3.1.1力控集成环境

开发系统（Draw）：

是一个集成环境，可以创建工程画面，配置各种系统参数，启动力控其它程序组件等。

界面运行系统（View）：

界面运行系统用来运行由开发系统Draw创建的画面。

实时数据库（DB）：

是数据处理的核心，构建分布式应用系统的基础。

它负责实时数据处理、历史数据存储、统计数据处理、报警处理、数据服务请求处理等。

I/O驱动程序：

I/O驱动程序负责力控与I/O设备的通信。

它将I/O设备寄存器中的数据读出后，传送到力控的数据库，然后在界面运行系统的画面上动态显示。

网络通信程序（NetClient/NetServer）：

网络通信程序采用TCP/IP通信协议，可利用Intranet/Internet实现不同网络结点上力控之间的数据通信。

开发系统（Draw）、界面运行系统（View）和数据库系统（DB）都是组态软件的基本组成部分。

Draw和View主要完成人机界面的组态和运行，DB主要完成过程实时数据的采集（通过I/O驱动程序）、实时数据的处理（包括：

报警处理、统计处理等）、历史数据处理等串行通信程序（SCOMClient/SCOMServer）：

两台计算机之间，使用RS232C/422/485接口，可实现一对一的通信；如果使用RS485总线，还可实现一对多台计算机的通信。

Web服务器程序（WebServer）：

Web服务器程序可为处在世界各地的远程用户实现在台式机或便携机上用标准浏览器实时监控现场生产过程。

控制策略生成器（StrategyBuilder）：

是面向控制的新一代软件逻辑自动化控制软件。

提供包括：

变量、数学运算、逻辑功能和程序控制处理等在内的十几类基本运算块，内置常规PID、比值控制、开关控制、斜坡控制等丰富的控制算法。

同时提供开放的算法接口，可以嵌入用户自己的控制程序。

3.1.2力控组态

1、建立工程

打开工程管理器，选择“新增应用”，在应用名称对话框中输入一个应用程序的名称“基于组态软件的锅炉控制系统设计”，按“确定”按钮。

在工程列表中会出现新建的工程，单击该工程（或开发系统按钮）并进入组态，打开Draw，开始组态工作。

如图3-1所示

图3-1新建工程

新建窗口如图3-2所示:

图3-2新建窗口

1.组态主画面如图3-3所示：

图3-3主界面

2.专家报表界面如图3-4所示：

图3-4报表界面

4.历史曲线界面如图3-5所示：

图3-5历史曲线

3.2定义外设I/O连接

在工程项目导航栏中双击“I/O”设备组态在弹出的窗口中点击“力控”前面的“+”，再点击“仿真驱动”前面的“+”，然后双击“SIMULATOR（仿真），在弹出的画面中定义设备的名称及设备的地址号，如图3-6所示

图3-6I/O连接

在“设备名称”输入框内键入一个自己定义的名称，这里输入一个“gl”。

接下来要设置“gl”的采集参数，即“数据更新周期”和“超时时间”。

在“数据更新周期”输入框内键入1000毫秒。

然后打开图库如图3-7所示：

图3-7图库

在力控的窗口中进行组态结果如图3-3所示。

3.3定义数据库点及数据连接

在工程项目导航栏中，双击“数据库组态”启动组态程序DBMANAGER。

启动DBMANAGER后出现DBMANAGER主窗口。

单击菜单条的“点”选项新建或双击单元格，出现“请将指定区域”，在“点名”输入框内键如点名“temp”。

其他参数如量程、报警参数等可以采用系统提供的缺省值。

单击“确定”按钮返回，在点名单元格中增加了一个点名为temp。

其他参数如数值、报警灯的设置同上。

具体步骤如下：

然后双击“数据库组态”弹出如下窗口，启动组态程序DBMANAGER如图3-8所示：

图3-8点设置初始界面

双击“点名”弹出如下窗口如图3-9所示：

图3-9I/O点设置

选择“继续”出现如下窗口，如图3-10

图3-10模拟点设置

然后再选择“数据连接”如下图所示：

图3-11

图3-11数据连接I/O设置

寄存器地址：

寄存器地址有唯一性，不能与其他同类型寄存器的地址重复。

最大值和最小值的设置根据水位信号的量程来设置，配置完以上数据就可以单击确定按钮完成设置了。

点击“确定”，直到完成所有的模拟“I/O”和数字“I/O”的组态，如下图所示：

3-12和3-13

图3-12模拟I/O点设置

图3-13数字I/O点设置

3.4动画连接

在力控的开发系统中，可以为每个工程建立无数个画面，在每个画面上可以组态关联的静态或动态图形。

我们的组态画面比较复杂，列举两个例子：

如图3-14

图3-14液位报警

双击该报警灯，出现下图“电子管式显示灯”图在其中填入正确的表达式的值，选择好条件，确定即可如图3-15。

图3-15电子管式显示灯

2.启动按钮的动画连接：

双击“启动”按钮，选择初始动作，如图所示3-16

图3-16按钮动画连接

选择“左键动作”出现如下窗口：

如图3-17

图3-17左键设置

在按下鼠标中输入需要的表达式，经过编译，保存。

完成所有动画连接保存。

上边仅仅介绍了主界面大致的组态过程，限于篇幅“液位与专家报表界面”和“温度与液位监控曲线在这里就不再多述。

最终的界面见图3-4与图3-5所示。

3.5系统程序清单

在本次课程设计中，使用的是仿真驱动程序，并不是真的硬件，因此，为了实现锅炉的控制逻辑，在应用程序动作中实现，已达到逻辑控制的仿真的效果，具体步骤如下：

双击“工程项目导航栏”中“动作”下的“应用程序动作，弹出脚本编辑器对话框，如图3-18所示：

图3-18进入程序动作

图3-19程序运行动作

详见如下，进入程序中，输入下列程序语句：

temp.pv=0;level.pv=0;in_value.pv=0;out_value.pv=0;run.pv==0;hot.pv=0;flag_alert.pv=0;inflow.PV=0;out_value.PV=0;

//状态清零,初始化程序

程序运行周期执行中，输入

IFrun.pv==1THENIFlevel.pv<86||level.pv>90THENflag_alert1.PV=1;ELSEflag_alert1.PV=0;ENDIF

//液位报警程

IFtemp.pv<39||temp.pv>42THENflag_alert2.PV=1;ELSEflag_alert2.PV=0;ENDIF//温度报警IFlevel.pv<=86THEN液位低于86时in_value.pv=1;//开启输入阀门beng_pv.PV=1;//开启水泵out_value.pv=0;//关闭出水阀门ENDIFIFlevel.pv>=90THEN//液位高于90时in_value.pv=0;//关闭输入阀门beng_pv.PV=0;//关闭水泵out_value.pv=1;//打开出水阀门ENDIFIFlevel.pv>=10&&level.pv<=90THENhot.pv=1;//当液位在10—90时开启加热装置ENDIFIFtemp.PV>40THEN

hot.pv=0;

//当温度大于40时，关闭加热装置ENDIFIFhot.pv==1THENtemp.pv=temp.pv+0.5;ENDIFIFhot.pv==0&&level.pv>=10THENtemp.pv=temp.pv-0.5;ENDIF//加热时，温度升高，否则降低IFin_value.pv==1&&out_value.pv==0THENlevel.pv=level.pv+2;ENDIFIFin_value.pv==1&&out_value.pv==0&&inflow.PV<0.5THENinflow.PV=inflow.PV+0.05;ENDIF//输入时液位升高

IFin_value.PV==0THENinflow.PV=0;ENDIF//无输入时，进水流量传感器不工作IFin_value.pv==0&&out_value.pv==1THENlevel.pv=level.pv-2;ENDIF

//无输入时液位降低IFin_value.pv==0&&out_value.pv==1&&outflow.PV<0.5THENoutflow.PV=outflow.PV+0.1;ENDIF

//有输出时，流量传感器工作，但不大于0.5IFout_value.PV==0THENoutflow.PV=0;ENDIF//无输出，流量传感器不工作ifin_value.PV==1&&out_value.PV==1thenoutflow.PV=0.5;inflow.PV=0.5;endif

3.6系统程序调试

先将仿真结果展示，系统进入界面如图3-20所示

图3-20演示主界面

系统正在进行，报警灯在闪烁。

如图3-21

图3-21运行异常界面

专家报表有数据显示，如图3-22

图3-22专家报表

液位正常，温度不正常，液位灯变绿，如图3-23

图3-23主界面温度异常

查询界面为3-24

图3-24查询界面

温度与液位监控曲线界面，实际的曲线与给定曲线基本一致。

仿真基本达到预期目标。

如图3-25

图3-25历史曲线

第4章力控与锅炉连接的尝试

4.1力控和ADAM-5000/TCP的通讯

4.1.1信号表

当变频器柜和电器柜之间按工控机I/O接口插座J1与J2的信号表连接好时工控机I/O接口插座J1的信号表4-1（AI,直流电源）（配仪表的大操作台）

表4-1J1信号表

插座脚号

信号代码

信号名

信号量程

被测物理量

备注

J1/01

AI1+

水箱液位LT-1

1~5v

（4~20mA）

0~40mm液位

送工控机

J1/02

AI1-

J1/03

AI2+

锅炉液位LT-2

1~5v

（4~20mA）

0~40mm液位

送工控机

J1/04

AI2-

J1/05

AI3+

水槽液位LT-3

1~5v

（4~20mA）

0~40mm液位

送工控机

J1/06

AI3-

J1/07

AI4+

出水压力PT-2

1~5v

（4~20mA）

0~100KPa液位

送工控机

J1/08

AI4-

J1/09

AI5+

进水流量FIT-1

1~5v

（4~20mA）

0~300L/h流量

送工控机

J1/10

AI5-

J1/11

AI6+

出水流量FIT-2

1~5v

（4~20mA）

0~300L/h流量

送工控机

J1/12

AI6-

J1/13

AI7+

锅炉水温TIT-1

1~5v

（4~20mA）

0~100oC温度

送工控机

J1/14

AI7-

J1/15

AI8+

夹套水温TIT-2

1~5v（4~20mA）

0~100oC温度

送工控机

J1/16

AI8-

J1/17

AI9+

进水电动阀阀位M1-Iout

1~5v

（4~20mA）

0~100%M1阀位

送工控机

J1/18

AI9-

J1/19

AI10+

出水动阀阀位

M2-Iout

1~5v

（4~20mA）

0~100%M2阀位

送工控机

J1/20

AI10-

J1/21

空脚

J1/22

空脚

J1/23

24V+

供用户直流电源

送工控机

J1/24

12V+

供用户直流电源

送工控机

J1/25

0V

供用户直流电源

送工控机

外壳

PE1

接地

送工控机

说明：

当250Ω电阻板上开关K1~K13闭合时，AI1~AI13为1~5VDC；当K1~K13断开时，AI1~AI13为4~20mADC输出给工控机。

工控机I/O接口插座J2的信号表4-2（AO,DI,DO,AI）（配仪表的大操作台）

表4-2J2信号表

插座脚号

信号代码

信号名

信号量程

被测物理量

备注

J2/01

AO1+

进水电动阀控制M1-Is

4~20mA

0~100%阀门开度

工控机来

J2/02

AO1-

J2/03

AO2+

出水电动阀控制M2-I

4~20mA

0~100%阀门开度

工控机来

J2/04

AO2-

J2/05

AO3+

晶闸管SCR控制

4~20mA

0~4.5KW移相调控

工控机来

J2/06

AO3-

J2/07

AO4+

变频器控制

4~20mA

0~50HZ变频调节

工控机来

J2/08

AO4-

J2/09

DI1+

VD11接通信号

继电器接点

DI1=0阀关

DI1=1阀开

工控机来

J2/10

DI1-

J2/11

DI2+

VD12接通信号

继电器接点

DI2=0阀关DI2=1阀开

工控机来

J2/12

DI2-

J2/13

DO1+

驱动VD11

接点/OC门

继电器KA1线圈600Ω

工控机来

J2/14

DO1-

J2/15

DO2+

驱动VD12

接点/OC门

继电器KA2线圈600Ω

工控机来

J2/16

DO2-

J2/17

DO3+

变频使能

接点/OC门

继电器KA3线圈600Ω

工控机来

J2/18

DO3-

AO5+

单相晶闸管SCR控制

4~20mA

0~1.5KW移相调控

工控机来

AO5-

J2/25

PE2

接地

送工控机

说明：

OC门即集电极开路的晶体管，它能外接24VDC、600Ω内阻的继电器。

4.2力控和ADAM的连接

因为力控中I/O设备组态—〉智能模块—〉ADVANTECH（研华）中仅有ADAM-5000/485的驱动，要想实现与ADAM-5000/TCP的通讯则在MODBUS（TCP）中的进行设备配置，并在IOServers中将新的驱动“Standard_Umodbus”代替原来的驱动。

ADAM-5000-Utility测试软件接通，进行调试。

力控界面如下：

图4-1系统原理图

将上图进行组态

图4-2设备连接

图4-3地址定义

模拟量的组态如图4-4

图4-4模拟量组态

数字量的组态如图4-5

图4-5数字量组态

结果如下图4-6

图4-6尝试结果

4.3自由口通讯

4.3.1通讯协议

在自由口模式下，通信协议是由用户定义的。

用户可以用梯形图程序调用接收中断、发送中断、发送指令（XMT）、接受指令（RCV）来控制通信操作。

在自由口模式下，通信协议完全由梯形图程序控制。

4.3.2PLC程序执行

PLC在第一次扫描时执行初始化子程序，对端口及RCV指令进行初始化。

初始化完成后，运行RCV指令使端口处于接受状态。

RCV会将以"g"开头"G"结尾的指令保存到接收缓冲区，并同时产生接收完成中断。

RCVcomplete中断服务程序用来处理接收完成中断事件，它会将接收缓冲区中的十六进制ASCII码还原成数据并保存，同时置位Verify子程序的触发条件（M0.1）。

----Verify子程序首先复位本身的触发条件以防止子程序被重复调用，然后求出接收缓冲区中指令的BCC校验码并与指令中的BCC校验码进行比对。

如果相等则置BCC码校验正确的标志位（M0.0）为1；如果指令格式正确（指令的结束标志在接收缓冲区中特定的位置VB133）而BCC码不相等，则发送代表BCC校验码错误的反馈信息；如果指令格式不正确（VB133中不是指令的结束标志），则返回代表指令格式错误的反馈信息。

Read子程序的触发条件为：

指令中的站地址与本机站地址相符、指令类型为读指令、BCC检验码正确。

当条件满足时，Read子程序被执行。

Read子程序首先禁止RCV，然后将指令所要读取的数据转换成十六进制ASCII码并写入发送缓冲区、计算BCC检验码、最后发送反馈信息。

Write子程序的触发条件为：

指令中的站地址与本机站地址相符、指令类型为写指令、BCC检验码正确。

当条件满足时，Write子程序被执行。

Write子程序首先禁止RCV，然后将指令中的数据写入目标寄存器，最后发送代表写入正确的反馈信息。

PLC每接到一条指令后都会发送一条反馈信息，当反馈信息发送完成时，会产生发送完成中断，XMTcomplete中断服务程序用来处理发送完成中断事件。

在XMTcomplete中断服务程序中所要执行的操作包括：

复位BCC校验码正确的标志位（M0.0）；允许RCV；bcc码寄存器清零；重新装入用于计算BCC校验码的地址指针；接收缓冲区中存放指令结束字符的字节VB133清零（用来判断下一条指令格式是否正确）。

4.4力控和S7-200的通讯

力控与西门子的通讯包括PPI（一个pc串口对应一个200控制器、MODBUSRTU（标准MODBUS）、MPI、PROFIBUS、OPC。

PPI：

可用PPI直连电缆；也可采用西门子原装电缆，但是拨码开关要设置正确。

先用MIRCOWIN设置搜索设置好200控制器的通讯参数，然后力控中直接定义设备即可。

MODBUSRTU:

确认MICROWIN中MODBUS指令库，主程序中设置好两个指令模块（参照力控驱动帮助。

次协议采用485链路，并且只能用200控制器的PORT0，接线是3正8负。

MPI/PROFIBUS：

这个需要配合的硬件有CP5611卡，EM277模块,软件要用到STEP7和SIMATICNET相关配置，详细设置参照力控帮助。

OPC：

西门子给s7-200提供了一个OPC的通讯方式，相关软件PCACCESS。

力控中定义一个OPC设备即可。

当用自制的通讯电缆与S7200通讯或者干扰源时，由于电平和阻抗不匹配，会干扰通讯质量，会出现超时。

S7-200的编程软件MICROWIN不能和力控同时打开否则力控通讯不上。

确定此plc之前是否调试过MODBUS通讯方式，如果是则将程序的前两个MODBUS配置指令删除。

4.5串口调试

串口通讯因具有简单，组网方便的特点，在设备通讯中广泛使用。

普通计算机中采用的是RS232通用通讯接口，通过此接口，计算机简单方便地与外围设备进行通讯。

在单片机控制领域，设备与设备之间的通讯常用串行通讯方式，常采用的硬件通讯网络为RS485/RS422/RS232等。

在设备开发或设备维护过程中，常常需要对设备通讯过程进行数据检测，用于判断通讯是否正常。

实现这个调试过程，需要计算机通讯软件对通讯过程进行监控，数据采集，进行数据分析。

因此对串口进行调试是非常必要的，可以采用串口调试软件。

串口监控器是一个多功能串口调试，串口监控软件。

它有数据发送，数据接收，数据分析等功能。

第5章设计存在的问题

5.1做的不是实物

我们的毕业设计由于时间和水平的限制，没能和真实的被控对象连接起来，让我感到很是遗憾，但我们已尽自己之力，全心准备，用心去做，每一步都是摸着石头过河，我们曾经尝试用ADAM5000/TCP连接，做了一半，再没有进展，由于专升本的时间紧迫不得不放弃；而用PLC做时，我们的PLC课讲的每那么深，不会编自由口通信程序，尝试到此，我知道了力控和实物连接的两种常用方法。

能走到此我很满意，升本之后我会继续走下去的。

5.2报警没有设置好声音

我们的系统设有声音报警，当系统工作在异常情况时会自动发出报警声音，当时当系统恢复正常时，仍继续发出报警信号，需要人工点击确定之后才不在响，不能自动停止报警。

5.3没有进行推广

我们做的毕业设计是以澡堂洗澡为背景的，洗澡温度设置在39-41摄氏度，液位设为标准液位，锅炉工坐在计算机前就可以监控锅炉的运行状况，不正常时进行报警，既有声音，又有报警灯颜色改变，使设备安全运行。

结　论

经过我们的努力，完成了毕业设计，知道了今后从事实物与组态软件连接时自己要走的方向，为今后继续从事这方面的工作奠定了基础。

我们对自己做的内容非常肯定。

但也有不足之处就是它不是实实在在的东西，但我也尝试了与实物的连接，这为今后进一步完善奠定了一定的基础。

谢辞

在经历1个多月的时间，这份毕业设计终于完成了，这个过程是艰辛的但也是有意义的，从一点点的查阅资料到自己去做东西，这些都需要大量的时间和精力，需要耐下心来认真去对待，都要自己去做，这中间遇到了很多的困难，想要放弃，但是在老师和同学的帮助下我又一点点的克服了，最终完成了这份毕业设计，看到自己的劳动成果，心里面也是欣慰的。

在这里我特别要感谢**老师、**老师以及其他几位老师不辞辛劳的指导，帮助我们一点点把设计完成，耐心的辅导，经过老师们的细心的不厌其烦的讲解，让我们困惑多时的问题得到了解决，我也殷切的感谢其他成员长期以来的帮助和指导，让我学到了很多知识，最重要的是让我懂得了帮助他人就是帮助自己的人生道理，同学们之间要互相帮助，互相爱护，这样我们才会有长足的进步。

再次向帮助我和关心我的老师和同学表示最真诚的感谢！

参考文献

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外文资料翻译

ConfigurationSoftwareDevelopmentinChinaandoverseas,mainlyProducts

Configurationsoftwareproductsintheearl