双容水箱监控系统设计

河南工学院自动控制系《组态软件及应用》课程设计报告题目：双容水箱监控系统设计系部:自动控制系专业:电气自动化班级:自1xx（实验）姓名:xx学号:xx指导老师:范峥成绩:二零一八年七月六日摘要组态软件是面向过程监控与数据采集的软件平台，当它运行于组态（开发）环境时，向用户提供丰富的设置项目，最后定制出符合用户需要的目标应用。液位作为工业生产过程中重要的工艺参数之一，在各个领域中都有广泛的应用。而对于双容水箱液位的监控越来越有其实际的意义，我们可以在其上进行诸多的控制策略的试验，然后将成功的经验总结、应用到其他领域中去，这对节省能耗、工业安全性以及工业自动化的发展是很有推动意义的。针对监控系统对组态软件的要求，本文详细讨论了力控组态软件的功能和特征，为开发组态软件需要解决的若干问题提供了解决方法，为液位控制系统的设计提供了一套可行的方案。文章阐述了力控组态软件的体系结构：具体描述图形界面系统、实时数据库系统、I/O系统、开放数据交换接口等内容；为本系统开发的几个组成部分规划了数据结构、基本算法。还介绍了OPC这一当前对组态软件很有影响的技术标准。关键词：力控组态软件，液位监控系统，双容水箱，OPC，过程监控与数据采集目录1前言...........................................................41.1监控组态软件的发展及其历史背景..............................41.2监控组态软件的组成及原理....................................41.3监控组态软件的研究现状及发展趋势............................52FORCECONTROL监控组态软件......................................62.1监控组态软件家族成员简介....................................62.2FORCECONTROL组态软件的组成....................................73双容水箱液位监控系统设计.......................................73.1双容水箱的重要性............................................73.2建立新工程..................................................83.3双容水箱液位监控系统的组态画面..............................83.3.2依据工艺流程和控制方案建立流程图画面....................93.4设备连接及数据库组态.......................................103.4.1定义外部设备及数据连接项...............................103.4.2数据库组态.............................................123.4.3动画连接...............................................133.5报警窗口的建立与设置.......................................143.6参数整定...................................................151前言1.1监控组态软件的发展及其历史背景监控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，为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具。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。“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]。1.2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[5]。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[6]。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[7-8]。1.3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。2ForceControl监控组态软件2.1监控组态软件家族成员简介从监控组态软件的发展史，可以很清楚的看到监控组态软件的发展呈现多元化，使得其产品拥有着庞大的家族，这里拿出几个国内外典型的产品做以介绍[13]：（1）Wonderware的InTouch。该软件的最大特点是是I/O点数和最大画面数不受限制。作为一个实时的人机界面程序的生成器，可以生成管理级以上的监控和数据采集程序，依靠菜单驱动在多种Windows环境下运行，它主要由WindowsMake（应用开发环境）和WindowsViewer（实时运行环境）两大部分组成。（2）Intellution的FIX。FIX功能较InTouch强，但是实时性仍欠缺，总体技术一般。其I/O硬件驱动丰富但同样需要单独购买，最新推出的iFix是全新模式的组态软件，体系结构较新，提供较完整的功能。但耗费系统资源较大，运行缓慢，提供大而全的功能对中国用户来说并不适合，而且经常受Windows操作系统影响而导致不稳定。（3）CIT的CiTech。是组态软件的后起之秀，在世界范围推广很快。它的界面美观，但是方便性和图形功能不如InTouch，且版本升级较慢，一直没有很大的体系改变。I/O驱动虽免费提供，但是相对较少。（4）亚控的组态王。国内第一家较有影响的组态软件开发公司，提供了脚本语言的支持，COM技术的支持，OPC技术的支持[15]，另外也提供了大量的驱动程序。但其存在着因选用两片8106芯片而产生的采集方面和控制方面的两个致命缺陷[16]。力控的ForceControl。也是国内较早出现的组态软件，在体系结构上较为先进，真正意义上实现了分布式实时数据库的三层结构。而且不存在组态王所存在的2.2ForceControl组态软件的组成ForceControl监控组态软件基本的程序及组件包括：工程管理器、人机界面VIEW(HMI)、实时数据库(RTDB)、I/O驱动程序(IOServer)、控制策略生成器以及各种数据服务及扩展组件，其中实时数据库是系统的核心，ForceControl组态软件的结构图如2.2示。图2.2ForceControl组态软件的结构图3双容水箱液位监控系统设计3.1双容水箱的重要性液位，作为工业生产过程中重要的工艺参数之一，在各个领域中都有着极其重要的地位，诸如液体储罐、储槽、进料罐、缓冲罐、水箱等设备。而对于双容水箱液位的监控有着很多的实际意义，我们可以在其上进行诸多控制策略及先进控制算法的试验，然后将成功的经验总结、应用到其他的控制对象上去，这对省能耗、工业安全性以及自动化的发展是有着极大的意义的。3.2建立新工程打开ForceControl，进入工程管理器界面，点击“新建”图标如图3.1(a)，弹出图3.1(b)示的对话框，点击“新建”按钮建项目名称为“双容水箱液位监控系统”的工程，默认生成路径。(a)(b)图3.1建立新工程操作建立好工程后，点击工具栏中的“开发”按钮，进入开发环境（Draw）。3.3双容水箱液位监控系统的组态画面完成了数据库组态及I/O连接后，重新回到开发环境Draw中来，进行画面的组态。所有的监控组态软件系统，必不可缺的画面有：工艺流程图、趋势曲线（实时曲线、历史曲线）、报表、报警、仪表盘等。在做组态画面时，这些都要进行组态。ForceControl的对象有很多类型，诸如：普通图元、复合组件、后台组件、标准ActiveX控件以及智能单元对象。进行画面组态前，ForceControl开发环境Draw中关于图形对象的一些基本概念，在第二章我们已经做了介绍，这里只对几个问题做以阐述。在我们进行画面组态工作时，这些对象中的大多细节都会用到。依据前章节拟定方案，进行工程开发画面组态。3.3.2依据工艺流程和控制方案建立流程图画面在开发系统窗口Draw中，双击工程窗口中树形菜单中的窗口项，弹出对话框，如图3.11所示，建立名“工程界面”的窗口，属性默认，背景色自己给定，保存。建立好之后会在“工程项目”树形菜单“窗口”下拉菜单显示新建窗口名，并将图形绘画开发窗口呈现给用户，在此开始进行画面组态。图3.11窗口新建示步骤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3.12所示。图3.双容水箱液位监控系统方块图3.4设备连接及数据库组态3.4.1定义外部设备及数据连接项在ForceControl中，把需要与监控组态软件之间交换数据的设备或程序都作为I/O设备，包括：智能仪表、PLC、只能模块、OPC、DDE、变频器等，这些设备一般通过串口或以太网等方式与上位机交换数据；定义了I/O设备，才能保证ForceControl数据库与这些I/O设备的数据交换。由于在本设计中，建立了仿真设备和上海万讯仪表公司的AI-808P智能仪表两套设备连接，故将它们分别介绍如下。（1）ForceControl仿真设备的建立与连接(a)(b)图3.2仿真连接的建立打开开发环境Draw的工程项目导航栏如图3.2(a)所示，双击“I/O设备组态”项出现IoManager如图3.2(b)所示对话框，在展开的项目中