基于组态王的过程控制系统.docx
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基于组态王的过程控制系统
基于组态王的过程控制系统
组态王的工具箱中有直线、扇形、填充图形、折线、管道、多边形、文本、按钮和点位图等基本图素，它们均有绘制图形及动画的功能。
它们中填充图形类动画连接框如图所表示，剩下的图素在动画连接框结构相同，只是在动画属性选项有些许差异。
动画的连接框图
从图中可知填充类的图形没有输出值和属性文本色等选项，而基本图素中的文本没有属性变化中的线属性和填充属性，也没有位置与大小变化中的填充、旋转和缩放属性，但是却有属性文本色和输出值各选项，各有春秋。
而“动画连接”就是建立数据库变量与画面的图素的对应关系。
引入动画连接是设计人机接口的一次重大突破，它使得工程人员能从重复的图形编程中释放出来。
并且提供了标准的工业控制图形界面给工程人员，并且通过可编程的命令语言的连接来加强图形界面的功能。
在工程人员设计图形界面中图形对象与变量之间的丰富连接类型为工程人员提供了极大的方便。
部分动画连接的图形对象“组态王”系统还能对它设置访问权限，这对于系统安全的保障有着重要的意义。
根据数据库中变量的变化，图形对象可以在建立动画连接后，按动画连接的要求进行改变。
组态王数据库中的变量既可以是内存变量，也可以是I/O变量。
I/O变量是工业控制过程中的物理量，若按照物理量的数学形态分类有：
连续式物理量和数字式开关量；若按物理量的物理形态分类有：
开关的通断、位移、速度、加速度、质量、大小、颜色、电压、电流、温度、压力、流量、液位、物质浓度、亮度、酸碱度等化学和生物的物理量。
图形对象能够根据动画连接的要求更改图形的颜色、尺寸、位置和填充百分数等，一个图形对象又能够同时定义多个连接。
把这些动画连接组合起来，应用程序将呈现出十分逼真的图形动画效果。
报警功能
报警的产生和记录是为保证工业现场安全生产中必不可少的因素。
“组态王”有着强大的报警和事件系统而且操作方法简单。
报警是指当系统中某些量的值超过了所规定的范围时，系统会自动产生相应的报警信息，表示该量的值已经超过范围，提醒操作人员进行调整。
有了报警系统，就能够提示操作人员注意突发的状态。
报警的定义窗口如下图2.2所示：
组态王中报警的处理方法是：
当报警发生时，组态王把这些信息储存于内存中的缓冲区中（缓冲区大小能够自行设置），报警在缓冲区中以先进先出的队列形式存储，所以只有最近的报警在内存中存储。
当记录定时时间到时或缓冲区达到指定数目，系统能够自动将报警信息进行记录。
报警的记录可以是开放式数据库、文本文件或打印机。
此外，用户可以从工程浏览器界面提供的报警窗中查看报警信息。
组态王的报警分类主要有：
模拟量变量类型的越限报警、偏差报警、变化率报警、报警延时和死区等；离散型变量类型的0类型报警、1类型报警和状态变化报警。
报警组是按树状组织的结构，缺省时只有一个根节点，缺省名为RootNode（可以改成其它名字）。
组态王能够通过报警组定义对话框为这个结构加入多个节点和子节点。
这类似于树状的目录结构，每个子节点报警组下所属的变量，属于该报警组的同时，属于其上一级父节点报警组。
实时曲线和历史曲线
组态王的实时数据和历史数据在画面中能够以曲线形式显示。
组态王的曲线有趋势曲线、温控曲线和X-Y曲线。
控制软件中十分重要的功能是趋势分析，“组态王”对该功能提供了简单的控制方法和强大的支持。
趋势曲线有历史趋势曲线和实时趋势曲线两种。
曲线外形类似于坐标轴，X轴代表时间，Y轴代表变量值。
对于实时趋势曲线最多可显示四条曲线；而历史趋势曲线最多可显示十六条曲线，而一个画面中可定义不限数量的趋势曲线。
在趋势曲线中工程人员可以规定时间间距，网格分辨率，数据的数值范围，数值坐标数目，时间坐标数目和绘制曲线的颜色属性。
当画面程序运行时，实时趋势曲线可以自动以快速反应变量随时间的变化，但历史趋势曲线不能自动卷动，它一般与功能按钮共同工作，一起完成历史数据的查看工作。
这些按钮能够实现翻页、设定时间参数、启动/停止记录、打印曲线图等复杂功能。
控件功能
控件实际上是用来执行专门的任务的可重用对象。
每个控件本质上都是一个微型程序，但不是通过控件的属性、方法等控制控件的外观和行为，接受输入并提供输出的一个独立的应用程序。
组态王中的控件就是一种微型程序，它们能提供丰富的各种属性和命令语言函数以便用来完成各种特定的功能。
控件在外观上可视为组合图素，工程人员只需把它放在画面上，然后对控件的属性进行配置,对相应的函数进行连接，控件就能完成相应的复杂功能。
当主程序完成时需要制作很复杂的命令语言，或者根本无法完成所实现的功能时，可以采用控件。
主程序只需要向控件提供输入，而其余的复杂工作则通过控件去完成，主程序无需理会其过程，只要在控件提供所需要的结果时输出即可。
通讯及其他功能
组态王能够与一些常用I/O设备进行直接通讯.I/O设备包括:
PLC、智能模块、板卡、智能仪表等。
组态王的驱动程序采用ActiveX技术，使得组态王和通讯程序能构成一个完整的系统，从而保障系统高效率的运行。
为了用户方便的使用，组态王添加了设备配置向导，用户只需要通过安装向导的提示就可以完成I/O设备的配置工作。
在系统运行的过程中，组态王通过内嵌的设备管理程序负责与I/O设备的实时数据交换。
已配置的I/O设备在工程浏览器的设备节点中分类列出，用户可以随时修改与查询。
组态王与I/O设备之间的数据交换采用以下五种方式:
串行通讯方式，DDE方式，网络节点方式，板卡方式，人机接口卡方式。
（1）串行通讯方式。
这是组态王与I/O设备之间最常用的一种数据交换方式。
串行通讯方式使用“组态王计算机”的串口，I/O设备通过RS-232串行通讯电缆连接到“组态王计算机”的串口。
如果您的计算机拥有多个串口，可以同时与多个I/O设备连接。
组态王最多可与64个串口设备相连。
（2）DDE方式。
DDE（动态数据交换）是Windows的一个标准的传输协议。
通过DDE方式任何I/O设备都可以与“组态王计算机”进行数据交换。
在此方式下，DDE服务程序可以采用自己方式与I/O设备进行数据交换，DDE服务程序与“组态王”采用标准DDE协议进行通讯。
（3）板卡方式。
板卡类设备直接插在“组态王计算机”的扩展槽内，“组态王计算机”通过访问板卡的I/O地址直接与其进行数据交换。
（4）网络节点方式。
I/O设备作为一个网络节点与“组态王计算机”进行数据交换。
I/O设备与“组态王计算机”之间通过TCP/IP的网络连接。
采用此方式的I/O设备多数为其它计算机。
（5）人机接口卡方式。
某些厂家的可编程控制器（PLC）在与计算机进行数据交换时，要求在计算机中安装一个特殊的人机接口的板卡，板卡与可编程控制器（PLC）之间采用专门的通讯协议进行通讯。
“组态王计算机”通过人机接口卡实现与I/O设备之间的数据交换。
人机接口卡和连接电缆由PLC生产厂家提供。
使用人机接口卡可以与一个PLC连接，也可以与一个PLC的网络连接。
此外，组态王还提供驱动程序开发软件包，用户可根据此软件包编制自己系统所需的驱动程序。
并且提供内容丰富的图库功能，在制作系统时可以大幅度地提供工作的效率。
组态王的另外一大特点就是网络功能，“组态王”在基于网络结构和TCP/IP网络协议上网下运行。
建立组态王工程
新建组态王工程
建立一个新的组态王工程的一般过程是：
1.设计图形界面（定义画面）
2.定义设备
3.构造数据库（定义变量）
4.建立动画连接
5.运行和调试
事实上，这五个部分并不是完全独立的，常常是交错进行的。
下面将分别加以介绍：
创建工程路径
启动组态王的工程管理器，选择菜单“文件\新建工程”或者单击“新建”按钮，弹出如图所示：
新建工程路径
按照新建工程向导一步步的建立一个新的工程路径，到向导三时，会出现如下画面：
输入工程名称和描述
在“工程名称”文本框中输入所要新建工程的名称，名称的有效长度小于32个字符。
在“工程描述”中输入对新建工程的描述文本，描述文本有效长度小于40个字符。
在新建工程的路径也就是向导二中指定的路径下会以工程名称为目录建立一个文件夹。
完成后会弹出“是否将新建的工程设为组态王当前工程”对话框，点击“是”，就能把新建工程设定为组态王当前工程。
组态王的开发系统
组态王由工程浏览器、开发系统和运行系统组成。
其中开发系统是工程技术人员进行动画制作链接等的界面。
进入组态王开发界面并创建新的画面，如下图3-3所示。
在画面名称处键入新建画面的名字，系统会自动生成对应文件，我们也可以对它进行更改。
在各方框中输入数值，以确定画面的大小和位置。
在此，选择背景颜色是通过点击长条后拖动鼠标来进行选择。
新画面定义好了后，就能够在新画面中制作系统的静态画面，并且对静态画面一一进行变量定义和动画链接，从而根据实际的现场生产活动，制作人机界面的动画。
创建新画面
变量与I\O设备
组态王最核心的部分是数据库。
在组态王运行时的时候，工业现场的生产状况要通过动画的形式反映在屏幕上，与此同时工程人员在计算机前发布的指令也要及时送达生产现场，所有过程都要以实时数据库为中介环节。
而且数据库是联系上位机和下位机的桥梁。
变量包括系统变量和用户定义的变量，在数据库中存放的是变量的当前值。
变量的集合可以形象地称为“数据词典”，数据词典记录了所有用户可使用的数据变量的详细信息。
下面介绍如何新建或者定义一个新的变量。
变量的类型
组态王系统中定义的变量与一般程序设计语言，比如BASIC、MATLAB、C语言中定义的变量有很大的程度上的不同。
组态王系统中定义的变量既能满足程序设计的一般需求，又能够考虑到工控软件的特殊需要。
变量的基本类型共有两类：
内存变量、I/O变量。
I/O变量是指可与外部数据采集程序直接进行数据交换的变量，如下位机数据采集设备（如PLC、仪表等）或其它应用程序（如DDE、OPC服务器等）。
这种数据交换是动态的、双向的，就是说：
在“组态王”系统运行过程中，每当I/O变量的值改变时，该值就会自动写入下位机或其它应用程序，每当下位机或应用程序中的值改变时，组态王系统中的变量值也会自动更新。
所以，那些从下位机采集来的数据、发送给下位机的指令，比如“阀门开关信号”、“料仓满空信号”等变量，都需要设置成“I/O变量”。
内存变量是指那些不需要和其它应用程序交换数据、也不需要从下位机得到数据、只在组态王内部需要的变量，比如计算过程的中间变量，就可以设置成“内存变量”。
新建变量
在新建变量之前先来认识一下组态王的工程浏览器界面，
工程浏览器界面
由上图可以看出组态王的工程浏览器主要由菜单栏、Tab标签、工具栏、工程目
录显示区、目录内容显示区和状态栏等几部分组成。
其中工具栏中的内容主要是为了快捷和方便使用，一般在菜单栏或者其下拉菜单有与之相对应的对象。
在工程浏览器也可启动别的工程项目，在菜单栏中点击“工程”项，将弹出工程管理器，在其中选择将要打开的工程。
但是要注意一次只能打开一个工程项目，并且该项目就会为组态王的当前工程。
新建变量的步骤是：
单击工程浏览器中的系统选项，然后单击目录内容显示区中数据库下拉菜单中的数据词典，然后再在目录内容显示区双击新建，弹出下面的对话框。
如下图所示：
新建一个变量
在相应的对话框中填入相应的内容，就能够定义一个新的变量的名称、类型、报警和记录等信息。
注意对话框中只有白色区域是可以输入信息的，如果那个条框是灰色的则表明册对话框条的属性不符合该变量类型。
下面罗列按此方法定义的本论文的各个变量。
变量名
类型
注释
SB1
内存离散
启动按钮
SB2
内存离散
停止按钮
S1
内存离散
阀门开启
S2
内存离散
阀门关闭
S3
内存离散
斗秤满
S4
内存离散
斗秤空
M1
内存离
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