水箱液位监控系统设计讲解.docx
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水箱液位监控系统设计讲解
科信学院
课程设计说明书
（2012/2013学年第一学期）
课程名称：
工业监控系统工程设计
题目：
水箱液位监控系统设计
专业班级：
学生姓名：
学号：
指导教师：
刘增环、段广玉、杜永等
设计周数：
2周
设计成绩：
2013年1月4日
1课程实际目的…………………………………………………………2
2课程设计征文…………………………………………………………2
2.1监控组态软件的概念…………………………………………2
2.2监控组态软件的组成及原理………………………………3
2.3技术要求……………………………………………………5
2.4组态界面的建立……………………………………………5
2.5变量组态……………………………………………………5
2.6动画连接……………………………………………………7
3动作脚本程序……………………………………………………9
3.1脚本程序…………………………………………………10
4课程设计总结或结论……………………………………………12
5参考文献…………………………………………………………13
1、课程设计目的
（1）了解过程控制实验装置的结构，了解实验的原理、实验过程、操作方法和控制算法。
（2）了解各路检测信号到远程数据采集模块的输入通道的构成，了解输入信号的有效范围和实际变化范围。
了解远程数据采集模块各输出通道的构成，了解输出信号的有效范围。
（3）了解远程数据采集模块与计算机的连接方法和工作关系，了解所用的ICP-7017模拟量输入模块和ICP-7024模拟量输出模块的工作原理，性能指标和模拟量输入输出信号的编址。
（4）根据制定实验“上水箱中水箱液位串级控制实验”实验的需要开发计算机上的监控系统软件。
（5）撰写设计说明书。
阐明使用到的各路输入输出信号的功能，画出系统电路原理图或结构图，说明监控软件使用的控制算法以及程序设计思路，并附组态软件脚本程序。
2、课程设计正文
2.1监控组态软件的概念
随着现代化生产过程控制技术飞速发展，生产装置大型化，生产过程连续化和自动化程度的不断提高，对过程工业生产的实时控制和监控的需求越来越高。
当然，目前极为成熟的集散控制系统足以解决所有的控制要求。
但是，出于成本及其他因素考虑，诸如控制点较少的小规模生产设备，动用大型的集散控制系统设备是耗资且繁琐的，这样，各种各样的监控组态软件便成为了解决这些问题的很好选择。
迄今为止，监控组态软件已经得到了蓬勃的发展，技术以趋于成熟并已经成为工业自动化系统的必要组成部分，即“基本单元”或“基本元件”。
作为自动化通用软件，监控组态软件始终处于“承上启下”的地位。
它的控制品质及数据采集的实时性都可以很好的达到预期目标。
正因如此，监控组态软件几乎已经应用于所有的工业信息化项目中了。
力控监控组态软件作为占有国内市场的主要品牌之一，凭借着自身的许多优越性而越来越受到自动控制行业的关注，被更好的利用到实际生产实践当中去了。
“组态（configure）”的概念是伴随着集散控制系统（DistributedControlSystem,DCS）的出现才开始被广大的生产过程自动化技术人员所熟识的。
每套DCS都是比较通用的控制系统，可以应用到很多的领域，为了使用户在不需要编写程序的情况下便可以生成适合自己需求的应用系统，每个DCS厂商在DCS中都预装了系统软件和应用软件，其中的应用软件实际就是组态软件，但一直也没有人给出明确的定义，只是将使用这种应用软件设计生成（定制）目标应用系统的过程称为“组态（Configure）”或“做组态”[1]。
相应地，这种应用软件和生成的目标应用系统一道被称为“组态软件”或“做组态”，有时也称为“监控组态软件”[2]。
因此组态的概念最早来自英文的Configuration，含义是使用软件工具对计算机及软件的各种资源进行配置，达到使用计算机或软件按照预先设置，自动执行特定任务，满足使用者的要求。
监控组态软件是面向监控与数据采集SCADA（SupervisoryControlandDataAcquisition，SCADA）的软件平台工具，具有丰富的设置选项，使用方式灵活，功能强大。
监控组态软件最早出现时，HMI（HumanMachineInterface，HMI）或MMI（ManMachineInterface，MMI）是其主要的内涵，即主要解决人机图像界面问题。
随着它的迅速发展，实时数据库、SCADA、通信及网络、开放数据接口、对I/O设备的广泛支持已经成为它的主要内容。
随着技术的发展，监控组态软件将会不断被赋予新的内容，功能将无疑越来越强。
2.2监控组态软件的组成及原理
组态软件有其自己的脚本编译器以及自己的编程语言，发展至今又出现了商品化的策略生成器。
核心部分在于它的HMI（人机界面）运行系统View、数据库、以及I/O通信方面。
监控组态软件成为了工业控制系统中实现分散控制、集中管理的核心，而实时数据库又是监控组态软件处理和管理的核心。
力控的实时数据库系统是由实时数据库、实时数据库管理器、实时数据库运行系统和应用程序四部分组成。
实时数据库是指相关数据的集合（包括组态数据、实时数据、历史数据等）以一定的形式存储在介质上。
实时数据库管理器（DbManager）是管理实时数据库的软件，通过DbManager生成实时数据库的基础组态数据库。
实时数据库运行系统完成对数据库的各种操作，包括实时数据处理、历史数据存储、报警处理数据服务请求处理等。
应用程序则包括力控应用程序和第三方应用程序。
力控应用程序是指力控系统内部以及力控实时数据库系统为核心的客户方程序，包括HMI（人机界面）运行系统View、I/O驱动程序、控制策略生成器以及其他网络节点的力控数据库系统等；第三方应用程序是指力控系统之外的由第三方厂商开发的以力控实时数据库系统为核心的客户方程序[9]。
力控实时数据库是一个分布式的数据库系统，将点作为数据库的基本数据对象，确定数据结构，分配数据空间，并按照区域、单元等结构划分对点“参数”进行管理[10]。
正是因为这一功能强大的数据库，将整个监控软件以及所需配备的外部硬件设备维系起来，使得监控组态软件的应用越来越广泛了。
在一个自动化监控系统中，投入运行的监控组态软件是系统的数据收集处理中心，远程监控中心和数据转发中心，处于运行状态的监控组态软件与各种控制检测设备（如PLC、智能仪表、二次仪表等）共同构成快速响应控制中心[11-12]。
控制方案和算法一般在设备上组态并运行，也可以在PC上组态，然后下载到设备中运行，根据设备的具体要求而定，如图1.1示。
监控组态软件投入运行后，操作人员可以在它的支持下完成以下六项任务：
（1）查看生产现场的实时数据库及流程画面；
（2）自动打印各种实时/历史数据报表；
（3）自由浏览各个实时/历史趋势画面；
（4）及时得到并处理各种过程报警和系统报警；
（5）在需要时，人为干预生产过程，修改生产过程参数和状态；
（6）与管理部门的计算机互连，向其提供生产实时数据。
监控组态软件的研究现状及发展趋势
目前，监控组态软件的发展呈现多元化。
但据近几年调查显示，国内市场仍被几家组态软件占据，如InTouch、FIX等。
这些软件在功能完备性、产品包装、市场推广等方面都具一定优势，但并非尽善尽美。
国际上较知名的监控组态软件有[13]：
美国Wonderware公司的InTouch；AB公司的RSView32；Intellution公司的FIX；澳大利亚CIT公司的Citech等。
国内几家的产品也值得一提，诸如北京亚控的组态王；北京三维力控科技的ForceControl；北京华富惠通的开物2000；湖南视拓科技的CoreView。
以上这些产品上市至今已经很多年了，但都以自身具有的某些特性占领着自己的市场。
在组态软件赖以普及发展的诸多因素中，有技术层面的，也有商业层面的，但制造业的发展带来了对组态软件需求的提升，也决定了组态软件将由过去单纯的组态监控功能，向着更高更广的层面发展。
未来，组态软件的发展将主要表现在[14]：
更好的开放性技术、更丰富的控制算法、更强大的网络功能、更高效的通讯能力及更广泛的数据源等几个方面。
2.3技术要求
水箱液位控制系统的被控制装置主要由上下两个水箱、管道、异步电动机驱动的水泵、水压力传感器、涡轮流量计、电动调节阀、远程数据采集模块及其调理电路，远程输出模块及其驱动电器等构成。
其中电动机和水泵提供水流动的动力，电动调节阀控制流量的大小，两只压力传感器检测水箱内的水位（液位），谁想出口流量由手动阀门控制。
设备的具体结构和参数见设备附带的技术资料。
本课题的设计任务是利用所学的监控组态软件（力控）开发“上水箱中水箱液位串级控制实验“的实验软件。
实验指导书见设备资料。
要求能够满足实验中所有数据测试和过渡过程测试，要能实现指定控制算法控制，并满足控制参数调整的需要，要对检测量进行数字滤波，要提供必要的报警信息（如水位过高等），尽量多的提供检测数据的特征信息和性能指标（如超调量等）。
2.4组态界面的建立
根据具体的工艺流程，给出双容水箱液位监控系统的控制方块图如图
依此图，在“工程界面”窗口中命令操作区的“选择图库”项选择合适的图元诸如，泵、化工单元、储罐、管道等等，若无满意的图元，可在“工具箱”寻找或手动绘制，如：
按钮、多边形、立体管道、文本等。
所有需要的图元具备后，将它们按设计好的流程图“搭建组装”起来，并在细微处加以修饰润色，构成完
整的工艺流程画面，这是良好人机接口的重要部分。
所有在画面组态区域中出现的对象，我们都可以通过第二章提及的属性修改方法对它们的属性（如对象名、
背景色、填充色、图层、显示风格等）进行修改，达到满意效果。
画面组态的过程如图所示。
运行的组态画面如图所示。
在一个窗口中的所有对象可以通过选择“工程项目”工具栏查看，点击“窗口”将其展开，选择要查看的窗口双击，再单击展开，所有其包含的对象及其命名都显示出来。
这对于要对对象进行操作时很有用，例如对趋势曲线的操作。
2.5变量组态
变量sw1-sw6分别为各个阀门的变量
变量l1、l2为罐变量LL为输出变量
2.6动画连接
ForceControl是面向对象的监控组态软件，所以，每一个对象的动作都与相应的变量、函数或脚本关联，每一个变量、函数或脚本也必须关联相应的对象。
所以要想实现ForceControl监控组态软件的动画效果，必需要将数据库组态或变量、脚本与对象关联上。
工程界面窗口的组态画面完成后，我们要对其中对象进行动画的连接。
在本设计中要实现动画功能是：
（1）初始进入窗口时，系统呈手动状态，操作人员可进行手动开/关泵、调节阀、对仪表参数整定、M/A/CAS切换、控制回路切换以及组态画面上方一排按钮中的所有功能。
（2）打开水泵开关及调节阀后，可以实现管道中流体流动、水位依流量大小做增减填充、观察实时/历史趋势曲线、报表操作、观察事件及报警
（3）投入自动或串级控制后，可以将水位维持在给定值的允许误差范围内。
依据上述的动作要求，依次将要求有动画的对象进行动画连接。
动画连接的方法有两种，一是在“属性”窗口中选择，一种是双击对象后自动产生对话框，两种方法是一致的都会弹出图3.23所示的动画连接对话框。
图中划分了五个区域，分别为“鼠标相关动作”、“颜色相关动作”、“尺寸旋转移动”、“数值输入显示”
3、动作脚本程序
3.1脚本程序
ifsw2.PV|sw1.PVthen
l1.PV=l1.PV-2;
l2.PV=l2.PV+2;
endif
ifsw2.PV&&sw1.PVthen
l1.PV=l1.PV-5;
l2.PV=l2.PV+5;
endif
ifl1.PV<=20then
l1.PV=20;
endif
ifl2.PV>=100then
l2.PV=100;
endif
ifl1.PV>=100then
l1.PV=100;
endif
ifl2.PV<=0then
l2.PV=0;
endif
ifsw4.PV==1then
l1.PV=l1.PV+5;
l2.PV=l2.PV-5;
endif
womem
ifsw2.PV|sw1.PVthen
LL.PV=LL.PV-2;
l2.PV=l2.PV+2;
endif
ifsw2.PV|sw1.PVthen
LL.PV=LL.PV-2;
l2.PV=l1.PV+1;
;endif
ifsw2.PV&&sw1.PVthen
LL.PV=LL.PV+2;
l2.PV=l2.PV+5;
endif
ifl1.PV<=20then
l1.PV=0;
endif
ifl2.PV>=100then
l2.PV=100;
endif
ifl1.PV>=100then
l1.PV=100;
endif
ifl2.PV<=0then
l2.PV=0;
endif
ifsw4.PV==1then
l1.PV=l1.PV+5;
l2.PV=l2.PV-5;
4、课程设计总结或结论
为期两周的课程设计终于结束了。
这两周可以说是过的紧张而充实，课程设计是培养学生综合运用所学知识，发现，提出，分析和解决实际问题，锻炼实践能力的重要环节，是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。
这次我们小组做的课题是《水箱液位监控系统设计》，通过这次课程设计，使我们学到了很多有关PLC与组态软件在实际应用中应该注意哪些问题，学到了不少知识。
了解了热电厂输煤系统的工作原理，控制方法和控制要求。
这次课设不仅使我们了解了许多课本上学不到的专业知识，而且更加培养了我们在工作中的团队合作能力。
因为在短时间内，一个人不可能想得很全面。
必须要大家不同的思维来解决。
设计过程中，从组态页面设计，组态编程，到PLC程序设计，这是一个整体的过程。
自始至终，我们分工明确，配合默契，刻苦研究，才能更出色的做好这次课程设计。
团队需要个人，个人离不开团队。
必须发扬团结协作的精神，某个人离群都可能导致工作失败。
总之，这次课设给了我们自己的思考与动手能力的机会，使我们懂得了理论和实际相结合的重要性。
使所学的东西一点点转化为实际的东西，更加深化了我们对课本与实际之间的理解，为以后的学习增加了经验。
在设计和编程的过程中，虽然我们遇到了很多困难，但还好最后在几位老师的的辛勤指导下问题终于迎刃而解，使我们能够顺利的完成这次课程设计。
在老师那里我们学到了很多实用知识，比如画组态软件中的变量的设置与应用、PLC设置等问题。
所以在此，对在课设中帮助过我们的几位老师也表示深深的感谢。
5、参考文献
[1]权明富,齐佳音,舒华英.客户价值评价指标体系设计[J].南开管理评论,2004,7（3）:
17-18.
[2]马国华.监控组态软件及其应用[M].清华大学出版社,2001.
[3]宋志崇.监控组态软件的研究与设计[D].大连理工大学,2008.
课程设计
评语
课程设计
成绩
指导教师
（签字）
年月日
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