组态王软件设计报告(集散控制系统).doc

Hefei University组态王软件使用分析 姓 名 学 号 班 级 09自动化1班 完 成 日 期 2012年11月10日 组态王软件使用分析摘要：本文主要论述”组态王”组态软件，它具有纯中文界面、编程方法简单、实时趋势记录、报表记录与实时打印且与其他应用程序交换方便，易调试等优点。简介了“组态王”软件的功能，介绍了联合站污水处理监控系统基于工控机与PLC 的两级控制方式，并详细介绍了几个典型回路的控制方案及采用组态王作为开发平台的监控软件。关键词：组态王；污水处理；数据采集正文：1、 组态王软件介绍在使用工控软件中，人们经常提到组态一词(其英文是Configuration)简单地讲，就是应用组态软件平台中提供的相对直观的工具和方法，基本不需采用语言编程的方式来实现控制系统的硬件软配置、监控画面制作、数据采集、数学运算和网络数据通讯等任务的过程。在自动化系统集成中，图形组态软件通常用于数据采集与过程控制，它们是自动化系统监控层面的软件平台和开发环境，以及为用户提供快速构建系统监控功能的通用软件工具。组态软件一般能支持各种常用的通信协议，并且通常应提供分布式数据管理和网络功能。采用组态方式，不仅节约了硬件开发时间，还提高了工控系统的可靠性。在软件设计上由于采用成熟的工具软件，用户不需要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功能。1、1 组态王基本人机界面功能“组态王”是运行于Microsoft Windows 2000fNT中文平台的全中文界面的组态软件，采用了多线程、COM组件等新技术，实现了实时多任务，运行稳定可靠。组态王具有一个集成开发环境“组态王工程浏览器”，在该浏览器中可以查看工程的各个组成部分，也可以完成构造数据库、定义外部设备等工作。画面的开发和运行由工程浏览器调用画面制作系统TOUCHMAK和画面运行系统TOUCHVEW来完成的。TOUCHMAK是应用程序的开发环境，在这个环境中完成设计画面、动画连接等工作。TOUCHMAK具有先进完善的图形生成功能；数据库中有多种数据类型，能合理地抽象控制对象的特性；对变量报警、趋势曲线、过程记录、安全防范等重要功能都有简单的操作办法。TOUCHVEW是“组态王”软件的实时运行环境，在TOUCHMAK中建立的图形画面只有在TOUCHVEW 中才能运行。TOUCHVEW从工业控制对象中采集数据，并记录在实时数据库中。它还负责把数据的变化用动画的方式形象地表示出来，同时完成变量报警、操作记录、趋势曲线等监视功能，并生成历史数据文件。1、2 组态王和下位机通讯“组态王”把每一台下位机看作是外部设备，在开发过程中可以根据“设备配置向导”的提示一步步完成连接过程。在运行期间，组态王通过驱动程序和这些外部设备交换数据，包括采集数据和发送数据指令。每一个驱动程序都是一个COM对象，这种方式使通讯程序和组态王构成一个完整的系统，既保证了运行系统的高效率，也使系统能够达到很大的规模。如图1所示。1、3 怎样产生动画效果开发者在TOucHMAK中制作的画面都是静态的，那么它们如何以动画方式反映工业现场的状况呢?这需要通过实时数据库，因为只有数据库中的变量才是与现场状况同步变化的。数据库变量的变化又如何实现画面的动画效果呢?通过“动画连接”，就是建立画面的各目标图块与数据库变量的对应关系。这样，工业现场的数据，比如温度、液面高度等，当它们发生变化时，通过驱动程序，将引起实时数据库中变量的变化。如果画面上有一个目标图块，比如指针，您规定了它的偏转角度与这个变量相关，我们就会看到指针随工业现场数据的变化而同步偏转。动画连接的引入把程序员从复杂的图形编程中解放出来，为程序员提供了标准的工业控制图形界面，并且配合可编程的脚本语言(如C、BASIC和类PASICAL等)连接来强化图形的显示功能和动态效果。1、4 建立应用程序的一般过程建立应用程序大致可分为以下四个步骤：(1)设计和绘制(组态方式)功能图形画面；(2)构造数据库；(3)建立动画连接；(4)运行和调试。需要说明的是，这四个步骤并不是完全独立的，事实上，这四个部分常常是交错进行的。在用TOUCHMAK构造应用程序之前，需要仔细规划项目，主要考虑三方面问题：图形您希望用怎样的图形画面来模拟实际的工业现场的相应的工控设备?用组态王系统开发的应用程序是以“画面”为单元的，每一个“画面”对应于程序实际运行时的一个Windows窗口。数据怎样用数据描述监控对象的各种属性?也就是创建一个实时数据库，用此数据库中的变量来反映工控对象的各种属性，比如“电源开关”。您的规划中可能还要为临时变量预留空间。动画 数据和图形画面中的目标图块的连接关系是什么?也就是画面上的图块以怎样的动画来模拟现场设备的运行，以及怎样让操作者输入控制设备的指令。2、 组态王在联合站污水处理中的应用2、1 背景介绍联合站是油田生产的一个重要部门，其主要作用是将开采的原油集中进行运输、存储。在此过程中，要对含水原油进行脱水处理。如图1 所示，基本的处理流程为：含油污水进入一次和二次沉降罐，在重力的作用下，经过一段时间，污油、污水和油水混合液中的污泥自然分离。污油从大罐中上部的溢流口排出；污泥由罐底的四个定时开关的排泥阀排入污泥浓缩罐，由污泥浓缩泵打入过滤筛，滤去水分，压缩成干泥运走。污水进入外输缓冲罐准备外输。为保证水质，在外输前还要经过精细过滤处理。另外，各罐都使用天然气作密闭气体，使得污水与氧气分离，减少对罐体和管道的腐蚀。油田各联合站目前采用的污水处理系统大都设计的比较早，整套流程大部分依靠手工操作，劳动强度高。大罐液位还需定时上罐人工检尺，效率低、危险性大。下面介绍的全站污水处理自控系统，可以较好地解决上述问题。2、2 系统构成为保证系统的稳定性和可靠性，采用两级控制方案对整套污水处理流程进行监控。上位机选用工业控制计算机（IPC），下位机选用GE 公司的PLC，系统构成如图2 所示。上位机的作用主要是提供一个人机交互界面，使操作人员可以直观的了解现场各工艺参数，根据生产需要发出相应的控制指令。另外还可以使用大容量存储器记录历史数据，管理人员据此了解一段时间内的生产状况，为提高生产效率制定新的生产方案提供可靠的依据。为实现以上功能，组态软件是最优的选择。这里使用的是目前国内组态软件市场占有量第一的“组态王”作为开发平台，它集控制技术、数据库技术、网络技术、人机界面技术、图形技术于一身，包含动态显示、报警、控件、趋势、网络通信等组件，提供了一个友好的用户界面，只需编写少量的代码即可生成高质量的控制系统。PLC 以其体积小、功能多、可靠性高等优点，在自控行业中得到了广泛的使用。整套污水处理流程共有120 多个监控点，包括压力、流量、温度、液位、频率、泵运行状态等。各物理参数通过相应的变送器得到 420mA 的标准信号，通过屏蔽电缆接至PLC的AI 或DI 模块。由于采用电流方式传输，因此传输距离远，而且具有较好的抗干扰能力。控制信号通过PLC 的AO 或DO 模块发出，控制现场的执行机构动作。由于现场有大量的油、气，因此所有设备均采用防爆产品。由于现场监控点多，为降低成本，减轻维护工作量，在模块选择上应注意以下几点： 模块种类要尽量少，以减少备件，便于更换； 单一模块采样点数要多，如选取的AI 模块最多可采集8 点，DO 模块可输出32 点； 采样精度要高，尤其是对流量的计量，关系到全站的日处理能力综合评价。操作人员通过上位机向 PLC 发出相应的控制指令后，由PLC 对现场进行直接控制，这种方案有效的降低了风险。例如操作人员可在上位机修改定时排泥时间，发送给PLC 后，由PLC 进行控制，此时即便上位机出现故障（如死机、掉电等），也不会影响系统的正常运行。PLC 及所有的接线端子放在一个机柜内，与上位机的通讯采用RS485 方式，这种方式传输距离远，可将上位机放置在另外一房间内，大大改善工人的操作环境。2、3 测控方案2、3、1 排泥阀控制现场使用的排泥阀为电动蝶阀，旁边有1 个控制柜，用3 个按钮控制电机的正转、反转、停止，分别对应阀门的开、关、停。3 个按钮的操作具有自锁与互锁功能。使用PLC 的DO模块控制3 个小继电器的动作，再把其触点与3 个按钮开关并联或串联，达到远程控制的目的。为保证自控系统断开时现场仍能手动操作，在使用小继电器的触点时，要注意常开、常闭的选择。2、3、2 连锁停泵当罐内液位较低时，系统发出声光报警，提醒操作人员注意检查，如液位继续降低，则自动发出连锁停泵信号，停止外输泵的运行。原外输泵电机由一控制柜控制，工作电压为380V，在PLC 与控制柜之间增设一中间继电器，其常闭触点串联在电机控制回路中，当PLC 发出停机信号后，电机控制回路断电停机。为保证操作人员与设备的安全性，自控系统不设远程启动功能，当需要再次开启外输泵时，由操作人员手动控制。2、3、3 泵运行状态的检测由于泵需要定期维护，因此需要累计泵的运行时间，这就要求对泵的运行状态进行检测。检测方法为从泵的控制回路的辅助触点取信号，送入PLC 的开关量测量模块。为使现场与PLC 完全隔离，中间需加辅助继电器。2、4 软件设计由于上位机监控软件采用组态王作为开发平台，因此大大缩短了开发周期。在设计中，首先要把实时数据库建好，它是整套监控系统的核心，然后把各功能模块进行恰当的组合。监控系统的大部分功能都可由组态王直接完成，以下是在软件设计中几个比较典型的应用。2、4、1 流量的累计系统中共有 6 条水管线需要检测流量，所配备的流量计输出信号为瞬时流量，而站内要求计量每天的污水处理总量。为实现此功能，在组态王的变量定义转换方式中，提供直接累计和差值累计两种计算方法，对流量的累计应采用直接累计法（参见组态王使用说明）。为保证累计精度，采样周期应设置的尽量小。2、4、2 实时监视整套系统共有 6 幅实时显示画面，包括系统总貌（如图3 所示）、沉降罐、外输罐、反冲洗流程、外输泵组、加药流程。每个画面均可实时显示各工艺参数。为保证操作人员可一目了然的观察全站运行状况，在工艺流程画面中，所有设备的放置与现场完全一致，罐体上用棒状图表示液位的高低，其它参数（如流量、压力等）在相应位置用数值表示。组态王提供了实时趋势曲线组件，它可以自动滚动。其中轴为时间轴，可以设定时间显示的格式、时间跨度和更新频率等。轴为数值轴，为使同一画面显示多条曲线，Y 轴单位以百分数表示，即以变量值与变量范围的比值来表示。测量参数不在正常值范围内时，报警窗口显示越限时间、变量名(对应于温度或液位)、当前值及界限值等。当新报警出现时，报警窗口自动滚动，窗口总是显示最后出现的报警事件。画面中的阀门和泵可手动操作改变其状态。由组态王提供的功能，可为各个实时显示的参数设置颜色，如高报为红色，低报为黄色，正常值为绿色。2、4、3 历史记录的存储和查询在定义变量时，记录可设定为不记录、数据变化时记录和定时记录。要根据实际情况选择相应的设置，如流量变化较快，可选择“定时记录”；大罐液位变化较慢，可选择“数据变化时记录”，这样有利于节省存储空间。对于历史数据的查询，组态王提供了历史趋势曲线，该曲线的使用和实时趋势曲线相似，但不能自动滚动，只能通过设定查询的起始、终止时间来显示曲线的走向。2、4、4 报表的显示和打印报表有实时报表和历史报表 2 种。实时报表的制作比较简单，可用WORD 创建报告的模板，然后借助组态王提供的相关函数，把当前的参数值显示RichText 控件中。历史报表有日报、月报和年报，由于报表格式复杂，中间还有大量的公式计算，因此使用Excel 电子表格，自行编写程序从历史数据库中读取相关变量，添入表格。2、5 系统功能(1) 具有污水处理生产工况动态显示功能。(2) 各检测参数均有实时及历史趋势显示功能。(3) 具有生产预警和状态报警提示等功能，有效监视生产运行状态，可设置参数报警优先级和报警上下限。(4) 具有生产运行参数修改功能，对系统内所有可变参数，如仪表量程、上下限报警值、控制器参数等均可根据调整需要加以修正。(5) 具有生产运行参数报表打印功能，可随时打印各种实时报表和历史数据表。(6) 通过PID 调节功能，可实现污水加药量的自动控制。(7) 实时监测各泵的运行状态（启、停、故障）。(8) 一次、二次沉降罐定时收油，定时排泥。(9) 液位高、低限报警连锁停泵。(10) 具有检测信号的故障自诊断功能。(11) 系统设置多级安全密码，可有效的避免重要参数被随意修改。3、 总结综上所述，系统采用组态王作为开发平台，实现了实时监控、故障报警、历史数据的存储和查询，报表的显示和打印等功能，且用户界面操作方便、易于学习，深受用