工学论文 基于组态软件的水箱液位监控系统设计.docx

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工学论文基于组态软件的水箱液位监控系统设计

[工学]论文基于组态软件的水箱液位监控系统设计

[工学]论文基于组态软件的水箱液位监控系统设计基于组态软件的水箱液位监控系统设计摘要监控组态软件是面向监控与数据采集的软件平台工具，利用它可以快速、方便的构造和生成上位机监控系统，极大的缩短工业监控软件的开发周期，提高开发效率。

随着信息化速度的加快，监控组态软件将发挥越来越重要的作用。

本文首先对国内外的组态软件的现状和发展进行了介绍，论述了工业过程监控组态软件的基本工作原理，然后以双容水箱监控系统为例，详细介绍了基于昆仑通态MCGS（MonitorandControlGeneratedSystem）的系统监控软件的组态思路和方法。

结合课题的需求，设计了本系统的组态式监控软件，完成了图形界面、趋势图、报表设计、I/O变量设置及报警界面等模块的功能设计，并对MCGS与下位机PLC的联接通讯进行了研究，最后，对设计的监控组态软件进行了测试和运行，整个系统人机对话方便，系统构成灵活，验证了所设计的监控软件的有效性。

关键词：

MCGS,组态软件,双容水箱,监控系统BasedonconfigurationsoftwarewaterlevelofthedesignofmonitoringsystemAbstractThemonitoringconfigurationsoftwareisfacingthesoftwareplatformtoolofthemonitoringanddatacollection.Byusingit,themonitoringsystemofabovemachinecanbeconstructedandformedrapidlyandconveniently.And,thedevelopmentperiodofindustrialmonitoringsoftwarewillgreatlyshortenandthedevelopmentefficiencywillimprove.WiththeexpeditingofITvelocity,themonitoringconfigurationsoftwarewillgiveplaytomoreimportantfunction.Thepresentsituationanddevelopmentoftheconfigurationsoftwarebothathomeandabroadwasfirstlyintroduced.Thebasicoperationtheoryofthemonitoringconfigurationsoftwareofindustrialprocesswasdescribed.ThethinkingandmethodofsystemmonitoringsoftwarebasedonMCGS（MonitorandControlGeneratedSystem）wereintroducedindetails.Combiningtherequirementoftheproject,theconfigurationmonitoringsoftwareofthesystemwasdesigned.Thefunctionaldesignofmodalssuchasgraphicinterface,tendencygraph,reportformsdesign,I/Ovariablesettingandalarminginterfaceandetc.wereaccomplished.Atthesametime,theconnectingcommunicationforMCGSwiththebelowmachinePLCwasstudied.Finally,thetestingandrunningforthedesignedmonitoringconfigurationsoftwareweredone.Themanmachinedialogueofthewholesystemisconvenient.Theconstructionofthesystemisflexible.Itverifiedtheeffectivenessofthedesignedmonitoringsoftware.Keywords：

MCGS,Configurationsoftware,Doublecapacitywater,Monitoringsystem目录摘要IAbstract.Ⅱ第1章绪论.11.1课题研究的背景和意义.11.1.1组态软件的概念21.1.2组态软件的组成、功能和特点21.1.3水箱液位控制组态流程31.1.4组态软件的发展趋势41.2本课题研究的内容.6第2章MCGS组态软件.72.1组态软件中实时数据库的基本工作原理.72.2MCGS组态软件的系统构成112.3MCGS组态软件的特点132.4MCGS组态软件的工作方式14第3章双容水箱控制系统163.1系统基本硬件构成163.1.1双容水箱.173.1.2S7-200PLC203.1.3其它硬件.213.2系统基本软件构成22第4章控制系统设计.234.1组态软件234.1.1组态界面.244.1.2水箱动画界面.254.1.3动画连接.264.1.4趋势曲线.284.1.5报警显示和报警数据.294.1.6数据报表界面.314.2控制策略334.2.1数字PID控制.334.2.2PID控制的意义354.3组态参数整定与调试364.4遇到的问题及解决方法39第5章总结.41谢辞.43参考文献.44第1章绪论1.1课题研究的背景和意义组态软件出现之前，原有的SCADA（SupervisoryControlAndDataAcquisition,数据采集与监视控制）系统中HMI（HumanMachineInterface，人机接口软件）存在不足。

用户自己或者委托第三方开发的HMI应用软件，其开发时间长，效率低；或者购买专用的封闭系统，很难与外界数据进行交互，升级受到严重限制，往往不能满足用户需求。

组态软件的出现，把用户从这些困境中解脱出来。

组态（Configuration）又称配置，是指使用预定的组件和功能模块，生成最终应用系统的过程。

组态的主要内涵是HMI，是使用者与机器间传达和接收信息的一个接口，是通过专用软件定义系统的过程，以解决人机对话界面问题。

组态软件（ConfigurationSoftware）是数据采集与监控系统的专用软件，以灵活多样的组态方式（而不是编程方式），为用户提供友好的二次开发界面，将高性能的工控计算机和网络技术结合起来，向控制层和管理层提供软件和硬件接口，进行系统集成，其预制的软件模块便于实现工业现场数据采集和系统监控。

因此，组态软件是数据信息交流的桥梁，是最基本的数据采集和显示环节，其角色不仅是一个图形显示软件，而且是连接现场数据和企业ERP（EnterpriseResourcePlanning，企业资源计划系统）的基础环节。

随着社会进步和信息化速度的加快，组态软件将赢得巨大的市场空间。

并且由于计算机和DCS技术的迅速发展，组态软件成为了自动化系统的主力军。

1.1.1组态软件的概念在使用工控软件中，我们经常提到组态一词，组态一词的英文是“Configuration”,其意简单的讲，组态就是用应用软件中提供的工具、方法、完成工程中某一具体任务的过程。

在组态概念出现之前，要实现某一任务，都是通过编写程序（如使用BASIC,C,FORTRAN等）来实现的。

编写程序不但工作量大、周期长，而且容易犯错误，不能保证工期。

组态软件的出现，解决了这个问题。

对于过去需要几个月的工作，通过组态几天就可以完成。

组态软件是指一些数据采集与过程控制的专用软件，它们是在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，使用灵活的组态方式，为用户提供用于快速构建工业自动控制系统的软件工具。

组态软件应该能支持各种工控设备和常见的通信协议，并且通常应提供分布式数据管理和网络功能。

1.1.2组态软件的组成、功能和特点组态软件主要包括人机界面软件（HMI）、基于PC的控制软件以及生产执行管理软件。

组态软件的功能：

（1）工业生产过程的动态可视化控制；

（2）生产过程中生产数据的采集和管理；（3）生产过程监控报警；（4）报表功能；（5）基于网络数据的上传和相应控制。

组态软件的特点：

（1）延续性和可扩充性，用通用组态软件开发的应用程序，当现场（包括硬件设备或系统结构）或用户需求发生改变时，不需作很多修改即可方便地完成软件的更新和升级；

（2）封装性（易学易用），通用组态软件所能完成的功能都用一种方便用户使用的方法包装起来，用户不需掌握太多的编程语言技术（甚至不需要编程技术），就能很好地完成一个复杂工程所要求的所有功能；（3）通用性，每个用户根据工程实际情况，利用通用组态软件提供的底层设备（PLC、智能仪表、智能模块、板卡、变频器等）的I／O驱动、开放式的数据库和界面制作工具，就能完成一个具有动画效果、实时数据处理、历史数据和曲线并存、具有多媒体功能和网络功能的工程，不受行业限制。

1.1.3水箱液位控制组态流程在供水系统中，一个供水主管道很难满足许多用户同时有水的情况，所以我们会用水塔来进行一个缓存和提供水压的目的，只要我们能把液位控制在一定的范围内，我们就可以实现优质供水了。

这里我们用水箱来模拟水塔，并对其液位进行控制。

而水箱的出水阀的开度相当于用户。

我们的目标是使得水资源可以合理的分配利用。

如果使用组态王来实现软硬结合的控制，将会给系统的各性能带来良好的提升。

实验室用的是求是教仪的ACT-YK2，如图所示。

首先，水箱的液位通过液位变送器变成电压信号，然后把电压信号送入ADAM-4018输入模块中，由于ADAM-4018是挂载在485总线上的，而计算机是232接口，它们之间需要一个232和485间的转换模块，这里我们用的是ADAM-4520，然后信号就进入计算机了，通信协议是在组态王软件中集成的，在计算机的组态王中把信号进行相应的转换就又还原成原始的工程量了，这相当于一种现场模拟，我们再组态王中编程，根据计算出的实际和目标液位的偏差，进行PID计算，然后给出控制量，这个控制量从计算机出来先到ADAM-4520上，把从232接口出来的信号转换成485总线上的信号，然后直接送到输出模块ADAM-4021上面，输出模块立刻给水泵的一个控制信号，这样不断循环，我们就可以得到目标液位了，而且在计算机组态界面端图1-1ACT-YK2水槽液位控制模型我们通过组态王软件可以实现许多功能，详见下面章节。

1.1.4组态软件的发展趋势组态软件是工业应用软件的一个组成部分，其发展受到很多因素的制约。

归根结底，应用的带动对其发展起着最为关键的推动作用。

未来的传感器、数据采集装置、控制器的智能化程度越来越高，实时数据浏览和管理的需求日益高涨，有的买主甚至要求在自己的办公室里监督定货的制造