2-基于组态王的反应车间监控系统设计

河南理工大学专业学位研究生课程教学案例库现代电气控制技术282基于组态王的反应车间监控系统设计2.1项目简介本项目将建立一个反应车间的监控中心。监控中心从车间现场采集生产数据，并以动画方式直观地显示在监控画面上。监控画面还将显示实时趋势曲线和报警信息并提供查询历史数据的功能。最后完成一个数据统计的报表。为了不局限于是具体的下位机系统，项目采用了仿真驱动程序。仿真驱动程序类似于实际的驱动程序，但能够模拟下位机自动产生数据并提供给组态王。对于实际的下位机系统，可参考驱动程序联机帮助来设置驱动程序。2.2建立一个新项目（1）项目的含义在“组态王”中，开发的每一个应用系统称为一个项目，每个项目必须在一个独立的目录中，不同的项目不能共用一个目录。项目目录也称为工程路径。在每个工程路径下，组态王为此项目生成了一些重要的数据文件，这些数据文件一般是不允许修改的。（2）使用工程浏览器工程浏览器是组态王的集成开发环境。在这里可以看到工程的各个组成部分，包括画面、数据库、外部设备、系统配置等，它们以树形结构表示，如图2-1所示。工程浏览器的使用和Windows的资源管理器类似，不再详述。图2-1工程浏览器界面（3）项目创建如果已经正确安装了“组态王”，首先启动组态王工程浏览器。工程浏览器河南理工大学专业学位研究生课程教学案例库现代电气控制技术29运行后，将打开上一次工作后的项目。如果是第一次使用工程浏览器，默认的是组态王示例程序所在的目录。为建立一个新项目，请执行以下操作：①在工程浏览器中选择菜单“文件”|“新建工程”，出现“新建工程”对话框，如图2-2所示。图2-2创建新工程②在对话框中输入工程名称“myproj”。在工程描述中输入“反应车间的监控系统”。路径自动指定为当前目录下的子目录。如果需要更改工程路径，请单击“浏览”按钮，加以选择。③单击“确定”。组态王将在工程路径下生成初始数据文件。至此，新项目已经建立了。可以在每一个项目下建立数目不限的画面。2.3设计画面2.3.1建立新画面在工程浏览器中左侧的树形视图中选择选择“画面”，在右侧视图中双击“新建…”。工程浏览器将运行组态王开发环境TouchMak，弹出新画面对话框。在“新画面”对话框中设置如图2-3所示，在对话框中单击“确定”。TouchMak将按照指定的风格产生一幅名为“监控中心”的画面。河南理工大学专业学位研究生课程教学案例库现代电气控制技术30图2-3创建新画面2.3.2使用图形工具箱接下来在此画面中绘制各图素。绘制图素的主要工具放置在图形编辑工具箱内。当画面打开时，工具箱自动显示，如果工具箱没有出现，选择菜单“工具”|“显示工具箱”或按F10键打开。工具箱中各种基本工具的使用方法和Windows中“画笔”很类似。下面以绘制监控中心图为例来说明工具箱的使用。（1）绘制监控对象原料罐和反应罐，在工具箱内单击圆角矩形工具，在画面上绘制一个矩形作为第一个原料罐。提示：在矩形框上单击鼠标左键，在矩形框周围出现8个小矩形，当鼠标落在任一小矩形上时，按下鼠标左键，可以移动图形对象的位置。（2）用同样的方法绘制另一原料罐和反应罐。（3）单击工具箱的多边形按钮，绘制三条管道。（4）要改变管道的填充颜色。选中管道，然后单击工具箱内调色板按钮，再从调色板中选择任一种颜色。（5）单击工具箱的文本按钮，输入文字。（6）改变文字的字体、字号。选中文本对象，然后在工具菜单内选择字体即可。（7）选择菜单“图库”|“游标”，在图库窗口中双击一种竖向的刻度。在河南理工大学专业学位研究生课程教学案例库现代电气控制技术31画面上单击鼠标左键，刻度将出现在画面上。可以缩放、移动它，如同普通图素一样。修改游标的最大值（8）选择菜单“图库”|“阀门”，在图库窗口中双击一种阀门，在调整图形对象的相对位置时，几种对齐工具可能经常会用到。首先选中所有需要对齐的图形对象，然后在工具箱中单击所需的对齐工具即可。（9）最后，绘制的画面如图2-4所示。选择“文件”|“全部存”命令，保存的工作成果。图2-4监控中心画面效果2.3.3定义外部设备和数据库（（（（1111））））定义外部设备定义外部设备定义外部设备定义外部设备组态王把那些需要与之交换数据的设备或程序都作为外部设备。外部设备包括：下位机（PLC、仪表、板卡等），它们一般通过串行口和上位机交流数据；其他Windows应用程序，它们之间一般通过DDE交换数据；外部设备还包括网络上的其他计算机。只有在定义了外部设备之后，组态王才能通过I/O变量和它们交换数据。为方便定义外部设备组态王设计了“设备配置向导”引导一步步完成设备的连接，如图2-5所示。河南理工大学专业学位研究生课程教学案例库现代电气控制技术32图2-5设备配置设置本项目中使用仿真PLC和组态王通信。假设仿真PLC连接在计算机的COM1口，设置步骤如下：1）在组态王工程浏览器的左侧选中“COM1”。2）双击“新建…”，运行“设备配置向导”。3）选择“PLC”|“亚控”|“仿真PLC”|“串行”项，单击“下一步”。4）为外部设备取一个名称，输入“PLC1”，单击“下一步”。5）为设备选择连接串口，假设为COM1，单击“下一步”。6）填写设备地址，假设为“1”，单击“下一步”，检查各项设置是否正确，确认无误后，单击“完成”。设备定义完成后，可以在工程浏览器的右侧看到新建的外部设备“PLC1”。在定义数据库变量时，只要把IO变量连接到这台设备上，它就可以和组态王交换数据了。（（（（2222））））数据库的作用数据库的作用数据库的作用数据库的作用数据库是“组态王”最核心的部分。在TouchVew运行时，工业现场的生产状况要以动画的形式反映在屏幕上，操作者在计算机前发布的指令也要迅速送达生产现场，所有这一切都是以实时数据库为中介环节，所以说数据库是联系上位机和下位机的桥梁。①定义变量的方法对于将要建立的“监控中心”，需要从下位机采集两个原料罐的液位和一个反应罐的液位，所以需要在数据库中定义这三个变量。因为这些数据是通过驱动河南理工大学专业学位研究生课程教学案例库现代电气控制技术33程序采集到的，所以三个变量的类型都是I/O实数变量。这三个变量分别命名为“原料罐1液位”、“原料罐2液位”和“反应罐液位”，定义方法如下：在工程浏览器的左侧选择“数据词典”，在右侧双击“新建…”，弹出“定义变量”对话框；对话框设置为如图2-6所示。设置完成后，单击“确定”。用类似的方法建立另两个变量。图2-6变量属性设置②变量的类型数据库中存放的是制作应用系统时定义的变量以及系统预定义的变量。变量可以分为基本类型和特殊类型两大类。基本类型的变量又分为“内存变量”和“I/O变量”两类。“I/O变量”指的是需要“组态王”和其它应用程序（包括I/O服务程序）交换数据的变量。这种数据交换是双向的、动态的，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，该值就会自动写入远程应用程序；每当远程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“反应罐液位”、“电源开关”等变量，都需要设置成“I/O变量”。那些不需要和其它应用程序交换，只在“组态王”内需要的变量，比如计算过程的中间变量，就可以设置成“内存变量”。基本类型的变量也可以按照数据类型分为离散型、模拟型、长整数型和字符串型。河南理工大学专业学位研究生课程教学案例库现代电气控制技术34内存离散变量、I/O离散变量：类似一般程序设计语言中的布尔（BOOL）变量，只有0，1两种取值，用于表示一些开关量。内存实数变量、I/O实数变量：类似一般程序设计语言中的浮点型变量，用于表示浮点数据，取值范围10E-38～10E+38，有效值7位。内存整数变量、I/O整数变量：类似一般程序设计语言中的有符号长整数型变量，用于表示带符号的整型数据，取值范围-2147483648～2147483647。内存字符串型变量、I/O字符串型变量：类似一般程序设计语言中的字符串变量，用于记录一些有特定含义的字符串，如名称，密码等，该类型变量可以进行比较运算和赋值运算。特殊变量类型有报警窗口变量、报警组变量、历史趋势曲线变量、时间变量四种。这几种特殊类型的变量正是体现了“组态王”系统面向工控软件、自动生成人机接口的特色。至此，数据库已经完全建立起来，驱动程序也已经准备好了，下一节课的任务将是使画面上的图素运动起来，实现一个动画效果的监控系统。数据类型只对I/O类型的变量起作用，定义变量对应的寄存器的数据类型，共有8种数据类型供用户使用，分别是：①Bit：1位；范围是：0或1。②BYTE：8位，1个字节；范围是：0~255。③SHORT:16位，2个字节；范围是：-32768~32767。④USHORT：16位，2个字节，无符号；范围是：0~65535。⑤BCD：16位，2个字节；范围是：0~9999。⑥LONG：32位，4个字节；范围是：-999,999,999~999,999,999。⑦LONGBCD：32位，4个字节；范围是：0~99999999。⑧FLOAT：32位，4个字节；范围是：10e-38~10e38，有效位7位。2.3.4动画连接所谓“动画连接”就是建立画面的图素与数据库变量的对应关系。对于即将建立的“监控中心”，如果画面上的原料罐、反应罐（矩形框对象）的大小能够随着变量“原料罐1液位”等变量值的大小而改变，那么，就能够看到一个反应工业现场状态的监控画面。（（（（1111））））建立动画连接建立动画连接建立动画连接建立动画连接河南理工大学专业学位研究生课程教学案例库现代电气控制技术35为1号原料罐、2号原料罐、反应罐三个图素建立动画连接。1)在画面上双击图形对象“1号原料罐”，弹出“动画连接”对话框，在对象名称中输入“1号原料罐”。2)单击“填充”按钮，弹出“填充连接”对话框，对话框设置如图2-7所示。注意填充方向和填充色的选择。单击“确定”。图2-7填充连接对话框设置3)单击“动画连接”对话框的“确定”。用同样的方法设置“2号原料罐”和“反应罐”的动画连接。4)设置“反应罐”的动画连接时，需要将“最大填充高度”的“对应数值”设为2000，原料罐和反应罐的动画连接设置完毕。（（（（2222））））建立模拟值输出建立模拟值输出建立模拟值输出建立模拟值输出作为一个实际上可用的监控程序，可能操作者仍需要知道液面的准确高度，而不仅仅是设置刻度。这个功能由“模拟值输出”动画来实现：1)在工具箱中选用文本工具，在“1号原料罐”矩形框的中部输入字符串“####”。这个字符串的内容是任意的，比如可以输入“原料罐1液位”当画面程序实际运行时，字符串的内容将被需要输出的模拟值所取代。用同样的方法，在另两个矩形框的中部输入字符串。操作完成后，画面如图2-8所示。河南理工大学专业学位研究生课程教学案例库现代电气控制技术36图2-8液面高度设置2)双击文本对象“####”，弹出“动画连接”对话框；单击“模拟值输出”，弹出“模拟值输出连接”对话框，对话框设置如图2-9所示；单击“确定”；单击“动画连接”对话框的“确定”，完成设置。图2-9模拟值输出连接设置在此处，“表达式”是要输出的变量的名称。在其他的情况下，此处可输入复杂的表达式，包括变量名、运算符、函数等。输出格式可以随意更改，它们与字符串“####”的长短无关。同样的方法，为另两个字符串建立“模拟值输出”动画连接，连接的表达式分别为变量“原料罐2液位”和“反应罐液位”。对游标建立动画连接，分别与三个变量联系起来。选择TouchMak菜单“文件”|“全部存”。只有保存画面上的改变以后，在河南理工大学专业学位研究生课程教学案例库现代电气控制技术37Touchview中才能看到工作成果。启动画面运行程序Touchview。Touchview启动后，选择菜单“画面”|“打开”，在弹出的对话框中选择“监控中心”。运行画面如图2-10所示。图2-10监控中心运行画面2.3.5增加液体流动效果、液位过高报警（1）构建画