基于组态软件的酸碱罐液位检测.docx

基于组态软件的酸碱罐液位检测.docx

《基于组态软件的酸碱罐液位检测.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于组态软件的酸碱罐液位检测.docx（65页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

基于组态软件的酸碱罐液位检测

太　原　理　工　大　学

毕业设计（论文）任务书

第1页　　

毕业设计（论文）题目：

组态软件的酸碱罐液位检测软件设计

毕业设计（论文）选题目的意义及要求：

1、本论文选题的目的、意义

在现代化的工业生产中，液位测量几乎遍及生产过程的各个环节。

在许多生产领域，不但对液位测量精度要求高，还需要测量仪表很好的适应工业现场的特殊环境，例如高温、高压、强腐蚀性的场所等。

最初的酸碱液位测量采用雷达测量液位的原理，但在生产实践中发现，由于强酸强碱的高挥发性，罐内长期被浓雾笼罩，雷达探头也被酸雾笼罩，很难精确测量液面的高度。

经过不断地改进技术，发现基于组态王控制的磁翻板液位计可以很好地完成测量任务。

该种液位仪具有精度高、环境适应性强、安装方便等特点。

磁翻板液位计仪表可用于各种塔、罐、槽、球型容器和锅炉等设备的介质液位检测。

该系列的液位计可以做到高密封，防泄漏和适用于高温、高压、耐腐蚀的场合。

2、本论文选题的要求

完成一个液位监控系统设计，（对象自己定）要求有流程图画面，报警画面，历史曲线，实时曲线，报表画面。

各画面间能实现灵活切换，所以画面都能实现动画效果或数据或曲线显示。

 毕业设计进度安排：

1、3月上旬——3月中旬：

网上查找有关论文和期刊并学习，制定开题报告，统筹安排一学期的计划。

2、3月中旬——3月下旬：

学习《组态王软件实用技术》。

3、3月下旬——4月上旬：

整理学习收集的资料，形成初步设计方案。

4、4月上旬——5月下旬：

完成组态王软件控制的主画面及各种曲线的设计。

5、6月初——6月10日：

毕业论文写作。

第2页

6、英文资料翻译，自行安排。

毕业设计（论文）主要内容：

1、熟悉组态王软件，熟练使用组态软件的常用工具。

2、完成硬件电路的设计。

3、完成组态工程测酸碱罐液位的主画面、各曲线及报警画面设计。

4、报警画面，实时、历史曲线及报表数据结果的表格绘制。

学生应交出的设计文件（论文）：

毕业设计一份，必要的插图、附图、表若干

外文10000字符的翻译，根据太原理工大学毕业设计论撰写规范要求完成。

主要参考文献：

1.穆亚辉.组态王软件实用技术.郑州：

黄河水利出版社，2012.6.

2.汪志峰.工控组态软件[M].北京：

电子工业出版社，2007.

3.金以慧.过程控制[M].清华大学出版，1993.

4.严盈富.监控组态软件与PLC入门[M].北京：

人民邮电出版社，2006.

5.覃贵礼.组态软件控制技术[M].北京：

北京理工大学出版社，2008.

专业班级电气工程及其自动化班学生

要求设计（论文）工作起止日期2017年3月—2017年6月

指导教师签字日期

教研室主任审查签字日期

系主任批准签字日期

组态软件的酸碱罐液位检测软件设计

摘要

目前，发电系统中，对于工业用浓酸、浓碱液罐内的液位大都采用超声波液位计和磁翻板结合进行液位测量。

但安装在罐顶部的超声波探头很容易被酸雾或碱雾堵塞，影响了测量精度,需要工作人员定期对超声波探头进行清洗。

本设计利用组态王与磁翻板结合，对酸碱罐液位控制进行仿真。

利用组态王监控界面设计，酸碱罐液位的控制作为过程控制的一种，制作一个液位监控系统设计。

利用建立工程、设备变量定义、画面绘制、动画链接、及命令语言的编写，完成组态王的软件设计。

其中有反应图画面，历史曲线，实时曲线，报警画面，报表画面，各画面间能实现灵活切换，所以画面都能实现动画效果或数据或曲线显示。

系统可实现数据输入、动态数据显示和现场设备的实时监控、调试和运行。

该系统工艺流程显示直观，人机界面友好，易于操作。

系统运行稳定，维护成本低，对于相关的工程应用具有一定的价值。

关键词：

组态王；测量精度；酸碱罐液位控制。

Configurationsoftwareacidtankliquidleveldetection

softwaredesign

Abstract

Currently,powergenerationsystems,forindustrialusestrongacids,stronglyetanklevelmostlyusingultrasoniclevelmeterandlevelmeasurementcombinedwithmagneticflap.However,theinstallationoftheultrasonicprobeatthetopofthetankcaneasilybeblockedfogmistorbase,affectingthemeasurementaccuracy,requiringpersonneltoperiodicallycleantheultrasonicprobe.

Thisdesignusestheconfigurationkingwithmagneticflapcombinedwiththeacidtanklevelcontrolsimulation.MonitoringinterfacedesignwithConfiguration,acidtanklevelcontrolasaprocesscontrol,productionofalevelmonitoringsystemdesign.Theuseofestablishedengineering,equipmentvariabledefinitions,screendrawing,animations,links,andcommandlanguageforthepreparation,completionKingViewsoftwaredesign.Therereactiongraphscreen,thehistoricalcurve,real-timecurve,thealarmscreen,reportscreens,eachabletoachievetheflexibilitytoswitchbetween,sothescreencanachieveanimationeffectsordataorcurvesshow.Systemcanrealizedatainput,dynamicdatadisplayandreal-timemonitoringoffielddevices,commissioningandoperation.Thesystemprocessesvisualdisplay,friendlyinterface,easytooperate.Thesystemisstable,lowmaintenancecosts,forengineeringapplicationsrelatedtoacertainvalue.

Keywords:

KingView,measurementaccuracy,acidtanklevelcontrol.

目录

摘要I

AbstractII

引言1

1绪论2

1.1概述2

1.2液位测量的应用现状及解决方法2

1.2.1液位传感器国外发展概况2

1.2.2液位传感器国内发展概况3

1.2.3液位测量的解决方法3

1.3本设计目的和主要内容4

1.3.1本课题设计思路4

1.3.2硬件电路设计4

1.3.3软件设计6

1.3.4总体设计6

2组态王简介7

2.1组态王的定义7

2.2组态王的特点7

2.3组态王的设计思想9

2.4组态软件的发展趋势10

3酸碱罐液位检测硬件设计11

3.1酸碱罐液位控制要求11

3.2硬件设计11

3.2.1整体设计11

3.2.2现场液面测量设计12

3.2.3磁翻板液位计正确使用及维护12

3.2.4磁翻板液位计的选型13

4组态软件的酸碱罐液位检测软件设计15

4.1酸碱罐液位检测设计思路15

4.2组态王液位检测监控界面设计15

4.2.1新建工程15

4.2.2监控中心画面设计16

4.2.3变量定义16

4.2.4实时趋势曲线设计17

4.2.5历史趋势曲线设计19

4.2.6报表画面设计21

4.2.7报警画面设计25

4.3组态王液位检测动画连接26

4.3.1原料罐动画连接26

4.3.2阀门动画设置26

4.3.3液体流动动画设置27

4.3.4连通器液面设置28

4.3.5画面切换设置29

4.3.6各画面返回按钮设置29

4.3.7画面运行设置30

4.4酸碱罐液位监测命令语言31

5组态软件设计所得数据32

5.1反应室监控画面32

5.2历史曲线画面32

5.2实时曲线画面33

5.3酸碱罐报警画面33

5.3.1酸碱罐报警指示灯33

5.3.2酸碱罐报警表34

5.4酸碱罐报表画面34

5.4.1实时数据报表34

5.4.2历史数据报表35

6体会与展望36

6.1个人体会36

6.2电气自动化展望36

致谢38

参考文献39

附录1英文原文40

附录2英文翻译47

引言

热电厂大致分为两大部分：

第一：

炉煤仓煤位测量；连排扩溶器液位测量；锅炉汽包水位测量；高压/低压加热器水位测量；凝汽器水位测量和高低报警；除氧器水位测量高低报警；润滑油液位测量等；第二：

各种消防/生活水池水位测量；清水箱液位测量；各种酸碱罐液位测量和高低报警；各种废水液位测量；除盐水箱液位测量；灰斗物位测量和高低报警；石灰石粉末仓的物位测量；各种助凝剂、凝聚剂液位测量

液位计应用场合极不相同，因而种类也繁多。

目前主要包括压力式、差压式、浮子钢带式、电容式、阻抗式、电位差式、机械式等多种方法。

其次是磁浮子式、浮筒式、电容式液位计也有相当的应用量。

随着技术发展，磁致伸缩式、超声波式和射频导纳式液位计的用量将会迅速增加，压力（差压）式液位计比例会有所下降。

罐区储罐由于其容积很大，要求液位计精度很高，过去大多用浮子钢带式液位计，伺服式和静压式也有一定应用量。

上个世纪九十年代以来，雷达液位计进入市场，由于其精度较高，可靠性也高，使用方便，因此在罐区中用量迅速增加，成为近十年罐区液位首选仪表。

近几年磁致伸缩式液位计异军突起，由于其高精度、高稳定、高可靠及长寿命而更适于罐区储罐液位测量，应用量也必将迅速增加，逐渐会和雷达式液位计平分秋色。

对于非接触式液位测量可选用超声波或雷达液位计。

超声波液位计应用要考虑到探头超声波的衰减及物料表面的反射特性，从而计算出探头的最大测量范围。

而在热电厂酸碱罐中，探头可能会被浓酸或者浓碱的酸雾碱雾堵塞，造成测量精度下降。

基于组态王控制的磁翻板液位计可以很好地完成测量任务。

该种液位仪具有精度高、环境适应性强、安装方便等特点。

因此，广泛应用于石油、化工等液位测量领域，并逐渐取代了其它传统的传感器，成为液位测量中的精品，其优点表现在：

1、无机械可动部分，故无摩擦，无磨损。

整个变换器封闭在不锈钢管内，和测量介质非接触，传感器工作可靠，寿命长。

2、精度高：

工作中通过测量起始脉冲和终止脉冲的时间来确定被测位移量，因此测量精度高，这是用其它传感器难以达到的精度。

3、安全性好：

防爆性能高，本安防爆，使用安全，特别适合对化工原料和易燃液体的测量。

测量时无需开启罐盖，避免人工测量所存在的不安全性。

4、便于系统自动化工作：

标准输出信号，便于微机对信号进行处理，容易实现联网工作，提高整个测量系统的自动化程度。

1绪论

1.1概述

液位计应用场合极不相同，因而种类也繁多。

目前主要包括压力式、差压式、浮子钢带式、电容式、阻抗式、电位差式、机械式等多种方法。

生产过程中各类塔釜罐液位的检测目前仍是以压力和差压变送器为主。

这除了其自身性价比还有一定的优势外，还有设计和应用的习惯问题。

其次是磁浮子式、浮筒式、电容式液位计也有相当的应用量。

随着技术发展，磁致伸缩式、超声波式和射频导纳式液位计的用量将会迅速增加，压力（差压）式液位计比例会有所下降。

依据介质和现场条件的不同，各种液位计各展优势，将形成一个多元化的局面。

罐区储罐由于其容积很大，要求液位计精度很高，过去大多用浮子钢带式液位计，伺服式和静压式也有一定应用量。

然而无论是浮子钢带式、伺服式还是静压式液位计，都不是测量罐区储罐液位的最佳方式。

浮子钢带式液位计安装复杂，可靠性也低；静压式液位计受介质密度和温度影响很大，为消除这些影响，一套完善的静压测量系统其价格也很高；伺服式液位计精度较高，但由于其有机械传动机构，不可避免带来磨损问题，同时价格也偏高。

上个世纪九十年代以来，雷达液位计进入市场，由于其精度较高，可靠性也高，使用方便，因此在罐区中用量迅速增加，成为近十年罐区液位首选仪表。

近几年磁致伸缩式液位计异军突起，由于其高精度、高稳定、高可靠及长寿命而更适于罐区储罐液位测量，应用量也必将迅速增加，逐渐会和雷达式液位计平分秋色。

光纤液位计可以做到现场无电检测，安全性好，这是其突出的优势，缺点是仍然有很多机械传动部件，故障率就会增加，安装也复杂些。

超声波物位计精度略低些，但其安装简单价格适中，因此，也会在罐区中有一席之地。

对于常压罐多采用单法兰液位变送器；对于带压罐常采用双法兰液位变送器来进行测量。

这是最简单实用而且经济的方法，但此种方法需要计算液位迁移量，比较麻烦。

对于球罐或大型储罐则不太适用，尤其不适用一些高温介质及搅拌介质、高黏度介质、有毒或腐蚀性介质的液位测量。

对于一些测量范围比较大同时精度要求又较高的储罐测量，磁致伸缩液位计有非常大的优势。

此种液位计可采用通讯方式、模拟、数字方式实现信号远传，可内置温度传感器同时测量介质温度，也可同时完成液位、界面的测量。

对于非接触式液位测量可选用超声波或雷达液位计。

超声波液位计应用要考虑到探头超声波的衰减及物料表面的反射特性，从而计算出探头的最大测量范围。

总之，罐区液位选项遵循的原则是在罐体上的仪表开孔应尽量少。

1.2液位测量的应用现状及解决方法

1.2.1液位传感器国外发展概况

液位的测量是生产过程中一个常见的环节，测量方法多种多样，主要有钢带浮子式、伺服型浮子式、浮球--浮筒式、静压式、电容式、超声波式、雷达式、光纤式、磁致伸缩式等等。

钢带浮子式是二十世纪30年代，国外率先研制和使用的，至今早已淘汰，在国内有些场合还在使用。

其原理是利用浮子受浮力的作用浮于液体的表面上来测量液位的。

这类传感器的主要缺点是机械摩擦影响计量精度，精度一般在±3到6mm。

随着对计量精度要求的不断提高，出现了伺服式液位传感器。

由于使用了伺服马达，消除了因机械摩擦而引起的误差，提高了灵敏度和重复性，其液位测量精度约在lmm左右。

浮球--浮筒式也是利用浮力原理设计而成的，测量精度也较低，约在±2到5mm。

从上个世纪70年代起，美、日、德开始广泛使用静压式液位传感器。

主要由压力传感器及多点温度传感器组成。

利用压力传感器测量容器内液体的静压力，根据容器的几何参数，由计算机或其它相应的二次仪表计算出容积或液位。

但它对密度、体积和液位的测量不准确。

更无法在形状不规则容器、油水混合物以及密度分层的液体中使用。

目前，技术较为成熟的压力传感器主要有三种:

压阻式（扩散硅）、电容式和谐振式。

电容式液位传感器是二十世纪末发展起来的一种新型传感器，利用空气和液体作电容两极板间的电介质，用电子学方法测量电容值，从而探知液位高度。

其优点是结构简单、价格便宜，可进行连续测量。

缺点是要求液体具有相同的、稳定的介电常数，需要温度补偿。

长期稳定性差，测量参数单一且测量精度较低。

雷达式液位传感器，超声波液位传感器，光纤液位传感器等都是20世纪末出现的。

其特点是，测量手段不是采用浮子之类的固态物，而是声光、射线等的能量。

传感器不和被测介质接触，不受被测介质影响，也不影响被测介质，故而适应范围广泛。

可用于接触式测量仪表不能满足的特殊场合，例如高粘度、腐蚀性强、污染性强、易结晶之类的介质。

不过，这些液位传感器成本昂贵以及适用范围的局限，都在一定程度上限制了其发展及应用。

超声波液位计使用广泛，但其波速随温度、介质的化学成分的变化而变化。

光纤液位计在尘雾环境下使用不太稳定，易造成传感镜片的污染。

雷达液位计对这些限制不敏感，系统只需使用传感元件，对电子设备加以适当标定，就可对液位进行测量，得到良好的精确度。

高精度雷达液位计的精度可达0.01%F.S，但成本非常高

1.2.2液位传感器国内发展概况

在我国，80年代主要是使用钢带浮子液位传感器。

80年代初，大连第五仪表厂研制成功浮子钢带式液位计。

具有精度较高，维护量小，现场指示清楚，价格便宜等特点得到了广泛应用。

80年代末至90年代初，航天总公司三院智控工程公司研制成功UBG一l型光导电子液位计，该仪表利用力平衡和光导原理进行液位自动测量，计量精度较高，其全量程的系统误差为±2mm，与其它钢带式液位计一样，由湿度变化导致钢带长度和储罐高度的变化，仍将对液位测量带来一定的附加误差，需要进行数据处理和误差补偿。

目前，我国很多地方也采用静压式来测量液位，如油罐、水库等液位测量系统中。

磁致伸缩液位传感器是利用磁致伸缩效应以及磁致伸缩逆效应原理设计而成的。

磁致伸缩液位传感器（本文中有时简称为磁致伸缩传感器）的技术早于20世纪70年代被开发和应用，美国MTS公司拥有磁致伸缩传感器原来的设计专利权。

而国内在20世纪90年代也开始自行研究和试制，目前市场上己经有少量的国内产品

1.2.3液位测量的解决方法

基于组态王控制的磁翻板液位计可以很好地完成测量任务。

该种液位仪具有精度高、环境适应性强、安装方便等特点。

因此，广泛应用于石油、化工等液位测量领域，并逐渐取代了其它传统的传感器，成为液位测量中的精品，其优点表现在：

1、可靠性强：

由于磁致伸缩液位计采用波导原理，无机械可动部分，故无摩擦，无磨损。

整个变换器封闭在不锈钢管内，和测量介质非接触，传感器工作可靠，寿命长。

2、精度高：

由于磁致伸缩液位计用波导脉冲工作，工作中通过测量起始脉冲和终止脉冲的时间来确定被测位移量，因此测量精度高，分辨率优于0.01%FS，这是用其它传感器难以达到的精度。

3、安全性好：

磁致伸缩液位计的防爆性能高，本安防爆，使用安全，特别适合对化工原料和易燃液体的测量。

测量时无需开启罐盖，避免人工测量所存在的不安全性。

4、磁致伸缩液位计易于安装和维护简单：

磁致伸缩液位仪一般通过罐顶已有管口进行安装，特别适用于地下储罐和已投运储罐的安装，并可在安装过程中不影响正常生产。

5、便于系统自动化工作：

磁致伸缩液位计的二次仪表采用标准输出信号，便于微机对信号进行处理，容易实现联网工作，提高整个测量系统的自动化程度。

利用磁致伸缩液位计作为测量工具，它的传感器工作时，传感器的电路部分将在波导丝上激励出脉冲电流，该电流沿波导丝传播时会在波导丝的周围产生脉冲电流磁场。

在磁致伸缩液位计的传感器测杆外配有一浮子，此浮子可以沿测杆随液位的变化而上下移动。

在浮子内部有一组永久磁环。

当脉冲电流磁场与浮子产生的磁环磁场相遇时，浮子周围的磁场发生改变从而使得由磁致伸缩材料做成的波导丝在浮子所在的位置产生一个扭转波脉冲，这个脉冲以固定的速度沿波导丝传回并由检出机构检出。

通过测量脉冲电流与扭转波的时间差可以精确地确定浮子所在的位置，即液面的位置。

 磁致伸缩液位计的技术优势：

磁致伸缩液位计适合于高精度要求的清洁液位的液位测量，精度达到1mm，最新产品精度已经可以达到0.1mm。

磁致伸缩液位计还可应用于两种不同液体之间的界位测量量。

防爆型设计，适合危险场合，智能电子线路设计可计算出容积量；唯一可动部件为浮子，维护量极低。

系统的监控软件采用了北京亚控公司的Kingview6.5组态王软件，利用它来设计液位控制系统主要步骤有：

设备配置，构造数据库变量，图形界面的设计，建立动态连接，运行调试等。

组态王是运行于MicrosoftWindows98/2000/NT中文平台的中文界面的人机界面软件，采用了多线程、COM组件等新技术，实现了实时多任务，软件运行可靠。

TouchView是“组态王6.5”软件的实时运行环境，它从设备中采集数据，并存于实时数据库中，还负责把数据的变化以动画的形式形象地表示出来，同时可以完成变量报警、操作记录、趋势曲线等监视功能，并按实际需求记录在历史数据库中。

趋势曲线、工程记录、安全防范等重要功能都有简洁的操作方法。

1.3本设计目的和主要内容

1.3.1本课题设计思路

为了确保酸碱液位数据的可靠性，利用液位检测装置，在罐体一侧设计一个连通器，并在连通器中放置一个磁性浮球。

连通器一侧安装磁翻板，利用磁翻板记录罐内液面的高度，当液面到达后磁翻板为红色，反之为蓝色，如此便可用肉眼观测到罐内液面高度。

但是此种方法只能人为观测，没有达到自动化远程传输。

为此，在磁翻板一侧利用磁致伸缩传感器将翻板信号转化为电流脉冲信号，通过信号线传入控制机房，得到各种数据。

1.3.2硬件电路设计

本设计中，酸碱液位监测系统硬件图如图1-1所示。

储存罐接有一连通器，连通器外侧附有一磁翻板液位计，利用磁翻板液位计进行液位的测量，之后将测量信号传入计数器，再通过总线进入单片机及控制室。

图1-1酸碱罐液位监测系统硬件设计电路图

磁翻板液位计属于浮力式液位计，浮子是磁性的，浮子随液位的变化而上升或下降，见图1-2。

安装在浮子旁的翻板是薄导磁金属片（有的是圆柱的）制成的。

两面涂有不同的颜色。

磁性浮子升降时带动翻板绕轴翻转，浮子以上的翻板是一种颜色（如蓝色），浮子以下的翻板为另一种颜色（如红色），通过观察外面的颜色可知道液位的高低

图1-2磁翻板液位计原理图

1.3.3软件设计

1、设备的配置

本实验使用的是本机电脑模拟故采用系统自带的PLC模拟系统：

亚控仿真PLC芯片。

端口：

本地计算机COM2口。

2、构造数据库变量

在动态链接之前首先要定义程序中用到的变量，在组态王的数据词典中定义I/O变量、内存变量和中间变量，数据是用来描述工控对象的属性，组态王定义的各种变量组成数据库。

在本试验设计中，我们定义了如下的变量实现数据的处理：

液面目标设定值SV为内存整数，电机开关控制，酸碱罐液面为内存整数。

用来相互控制和计算酸碱罐液面及判断水量溢出等问题。

另外还有动画控制、溢出控制等几个内存整数变量用来控制相应的动画效果。

3、设计图形界面

图形界面用来模拟现场的具体工作情况，而本系统设计的界面用来仿真液位运行的画面。

在本设计中，针对液位控制系统制作了液位控制主画面、历史曲线画面、实验指导画面、实时曲线画面、实验数据浏览画面等，在每个相应的界面上进行了相应的控件、效果和动画素材的设计制作。

使整个系统操作人性化，内容丰富化。

4、建立动画连接

动画连接指在画面的图形对象与库的变量之间建立的一种关系，当变量的值改变时，在画面上以图形对象的动画效果表示出来；或者由软件使用者通过图形对象改变数据变量的值，以实现图形界面与对象间的双向控制。

5、运行和调试

调试过程主要是检查系统是否可以实现酸碱罐液位仿真图形界面与按钮间的双向控制。

按压相应的控制按钮，系统执行相应的动作，并运给出明显的数据显示和动画表示等。

1.3.4总体设计

在酸碱罐罐底开口，接入磁翻板液位计，液位计连接信号