基于组态王的储油罐液位控制的监控软件系统设计

1、毕业设计（论文）任务书题 目储油罐液位控制的监控软件系统设计学生姓名学号专业班级设 计（ 论文） 内 容 及 基 本 要 求1.立式储罐直径：17m，储罐高：9m，存储介质：轻质油，罐内压力：0.1013MPa，最大输入流量：5 m2/h。2.学习研究液位控制系统的基本原理和应用。研究学习储油罐控制系统。3. 学习现代工业组态软件的应用。4. 设计系统的上位机监控软件，实现储罐的单罐液位的监控。液位控制精度1%。5.软件设计中适当考虑仿真培训内容。6.完成相关资料检索和开题报告。7.完成论文的写作和15000 字符以上的英文资料翻译。设计（论文）起止时间2014 年 2 月 24 日 至 20

2、13 年 6 月 13 日设计（论文）地点自动化教研室指导教师签名 年 月 日系（教研室）主任签名 年 月 日学生签名 年 月 日储油罐液位控制的监控软件系统设计摘 要：利用组态王开发的监控软件系统，是新型的工业自动控制系统，它以标准的工业计算机软、硬件平台构成的集成系统取代了传统的封闭式系统。组态王监控软件系统在石油化工生产中起着非常重要的作用。 本文针对生产过程中的储油罐液位，设计开发了基于组态王的上位机监控软件系统。该系统利用北京亚控公司生产的组态王软件实施上位机界面组态，对系统进行实时的操作和监控，在整个原油液位控制过程中不需要下位机。储油罐液位监控软件系统实现上位机直接控制，使用组态

3、王软件设计人机对话界面，完成上下限参数的在线设置，通过在组太王工程浏览器中的命令语言编辑对话框里输入控制程序，并且经过不断地调试运行，实现计算机在线自动监控。在实际的原油生产中，该监控软件系统必须和外部硬件设备连接，通过RS232/485通讯电缆进行计算机与现场设备之间的数据交换，从而实现了对过程控制装置液位的实时数据采集和实时控制。通过分析储油罐液位监控软件系统的设计要求，文章详细阐述了该系统的设计方法和制作流程，并进行了模拟仿真运行，最终达到了液位自动监控。本次设计的重点是组态画面的建立以及命令语言程序的编写，只有准确地完成这两个方面，才能有效地实现液位的自动控制功能。 仿真测试结果表明：

4、该系统满足了设计需求，能够按照给定值进行储油罐液位的实时自动监控，具有良好的稳定性。关键词：监控；组态王；液位 The design of Tank level control monitoring software systemAbstract: The monitoring software system developed by the Kingview is a new type of industrial automatic control system, which is an integrated system having standard industrial compute

5、r software and hardware platform. It has replaced the traditional closed system. The monitoring software based on the Kingview plays a very important role in the petrochemical industry.In this paper, aiming at the tank level in the production process, the PC monitoring software system based on the k

6、ingview has been designed and developed. The system implement the PC interface configuration using the Kingview produced by Bejing Asia control company. It can complete the real-time operation and monitoring of the system. The oil level control in the whole process does not require the the next crew

7、. The tank level monitoring software system achives the direct control of the host computer. It completes the on-line set of the upper and lower parameters using the interactive interface designed by the Kingview. By importing the control program in the command language editing dialog of the enginee

8、ring browser of the Kingview, continuously commissioning and operationing, the system can come true the computer on-line automatic monitoring. In the actual production of the crude oil, the monitoring software system must be connected to the external hardware equipment. Exchanging the data between t

9、he computer and the field devices via RS232 / 485 communication cable, the system can achive the real-time data acquisition and control of the level of the process control devices.By analyzing the design requirements of the monitoring software system of the tank level, the article elaborated the sys

10、tem design methods and production processes. After the simulation of the system runned, it ultimately reached the liquid level automatic monitoring. The emphasis of the design is to buid the configuration screen and write a command language program, only these two aspects were completed, the system

11、could effectively achieve the automatic control function of the level.The simulation results show that: the system meets the design requirements. It is also able to complete real-time automatic monitoring of the tank level with the given values. The system has a good stability.Keywords: monitoring;

12、Kingview; level 目 录1 绪论11.1 课题研究的背景及意义11.2 国内外研究现状21.3 课题研究的目的51.4 课题研究的内容51.5 课题研究的准备工作62 液位监控系统的整体分析72.1 位式控制简介72.1.1 位式控制的概念72.1.2 位式控制与PID控制的区别72.2 液位监控系统的结构分析82.3 液位监控系统的控制方案82.3.1 控制方案的选择82.3.2 控制方案的基本原理82.4 液位控制系统的程序设计93 液位监控系统的硬件选型113.1 液位传感器113.2 数据采集卡123.3 监控主机123.4 继电器133.5 电磁阀143.6 电源143

13、.7 放大电路154 液位监控系统的软件设计164.1 组态软件的介绍164.1.1 组态软件的概念和产生的背景164.1.2 组态软件的特点和功能164.1.3 组态软件现状和使用组态软件的步骤 组态软件的现状 使用组态软件的一般步骤174.2 KingviewV6.55概述184.2.1 工程管理器184.2.2 工程浏览器194.2.3 画面运行系统194.3 组态王监控软件系统的设计194.3.1 系统设计任务与要求194.3.2 工程的建立194.2.1 定义外部设备和变量 定义外部设备 定义变量224.2.2

14、画面制作2 主画面的制作2 历史曲线画面的制作30 数据报表画面的制作314.2.3 动画连接3 主画面的连接3 历史曲线画面的连接3 数据报表画面的连接415 系统运行测试445.1 硬件连接和通讯445.2 上位机仿真运行445.2.1 主画面的运行4 自动上升过程4 自动下降过程4 手动操作过程455.2.2 历史曲线画面的运行455.2.3 数据报表画面的运行466 设计结果与分析526.1 设计结果526.2 设计分析527 结论54参考文献5

15、5致 谢561 绪论1.1 课题研究的背景及意义我国石油资源丰富，采油炼油企业众多，储油罐是储存油品的重要设备，储油罐液位的精确计量对生产厂库存管理及经济运行影响很大。但国内许多反应罐、大型储油罐的液位计量仍采用人工检尺和分析化验的方法，其他参数的测定也没有实行实时动态测量，这样极易引发安全事故，无法为生产操作和管理决策提供准确的依据。每天工作人员必须花费很多时间和工作量去测量油罐中的油品液位，这种方法存在着一系列的问题，如测量精度受环境和人员因素影响很大、管理者劳动强度大、工作效率低、无法实现全天候计量、安全保障性差、存在较严重的环境污染问题等。再加上油品本身易燃易爆的性质和其组成部分会对人

16、体造成伤害，因此在工作过程中存在很大的安全隐患。 储油罐液位控制技术其实是在很大程度上削减了这种隐患，给工作带来了更多的便捷与信心。采用计算机自动控制技术，实时监测储油罐液位、流量、压力等参数，可以方便了解生产状况，及时监视、控制容器液位及温度等，保障安全平稳生产。同时这种液位控制系统，不仅大大增强了控制的精度，降低了客观和主观因素所带来的误差，而且还减轻了工作人员的工作任务以及化简了繁琐的工作量。 工业生产中，综合运用计算机、PLC（西门子）、智能仪表、远程I/O模块、变频调速器、智能流量调节阀、压力、流量、液位传感器等可以对石油工业生产中的储油罐液位进行控制。使用MCGS组态软件和STEP

17、7-Micro/WIN软件，编制计算机自动控制系统人机界面和PLC的驱动，采集控制对象的状态，将各控制数据通过人机界面系统输出，可以方便操作者进行观测和控制。也可以按照工业现场的要求来实现实时在线控制、及一些监控过程中数据的改变及数据曲线的记录。经过设计，所得到的计算机监控系统稳定、可靠、效果好，不仅可以进行远程控制，而且具有界面友好、参数在线整定方便等优点。本次毕业设计针对反应罐、大型储油罐液位实时动态测量的需要，将探讨储油罐液位监控系统的设计方法，着重阐述监控软件系统的设计方案、系统功能和实现方法。利用自动监控系统可实现对储油罐进行连续液位、流量的监控，提高系统的管理水平，保障其安全运行。

18、通过以上环节的训练，可以提高学生对自动化监控软件系统的设计与调试能力，使学生加强对监控软件系统的深化理解，从而能够应用通用版及嵌入版MCGS组态软件进行简单的项目设计和仿真运行。本次设计也是一次将理论运用于实际的综合应用，将为学生日后进入工作岗位奠定坚实的基础。1.2 国内外研究现状随着电子计算机技术和其他高新技术的发展，自动控制技术获得了惊人的成就，已在工业和国民经济各行各业中起着关键作用。自动化水平已成为衡量各行各业现代化水平的一个重要标志。 自动控制技术也是21世纪发展最快、影响最大的技术之一。迄今为止，在石油、化工、电力、冶金、轻工、建材、核能等各个领域，都离不开自动控制技术

19、。事实上，自动控制技术就是控制论技术的实际应用，是通过具有一定控制功能的自动控制系统来完成某种控制任务的，它能够保证某个过程按照期望的那样顺利进行。在现代化工业生产过程中，自动控制技术在实现各种最优的技术经济指标、提高经济效益和劳动生产率、改善劳动条件、保护生态环境等方面起着越来越大的作用。而液位是现代工业测量过程中的一个重要参数，人们对流体液位的测量具有悠久的历史。液位控制一般指对某一液位进行控制调节，使其达到所要求的控制精度，液位控制系统是以液位为被控参数的控制系统，它在工业生产的各个领域内都有着广泛的应用。尤其是在石油石化行业，对油区储油罐液位的测量与实时监控更是现代自动控制技术应用的重

20、要标志。液位控制系统主要有模拟式和数字式两种。目前液位测量主要是对储油罐中油品的液位、体积和重量等参数进行直接或间接测量。早期液位测量大多采用机械原理，近年来随着电子技术的应用,逐步向机电一体化方向发展，并且发展了许多新的测量原理，在传统原理中也渗透了电子技术及微机技术，结构上和功能上都有很大提高。目前我国的储油罐液位测量技术还比较落后，储油罐液位测量方法存在较多的问题和弊端，有的虽安装了自动化测量系统，但测量精度普遍不高。若从国外进口高精度液位仪，价格又太高。因此，分析当前国内外储油罐液位测量技术现状与发展趋势，并在此基础上研究出适合我国国情的液位测量技术就显得非常重要。目前国内外在液位测量

21、方面采用的技术和产品很多，传统的液位传感器按其采用的测量技术及使用方法分类已多达十余种。 液位控制系统实验装置最初的研发与生产是由德国Amira自动化公司完成的，由于当时该实验装置的价格太高，在国内只有少数高校引进了此设备，如哈尔滨工业大学，吉林大学、浙江大学等。现阶段伴随着我国科学技术水平和经济水平的不断提高，国内许多企业也能够自主生产该实验装置，如杭州言实公司研制的HDU3000-1型、河北德瑞特公司研制的RTGK-2型、深圳固高公司研制的GTW型等，它们的特点如下（1） 主要配件均采用工业级过程控制元件，保证系统最高的质量和可靠性。（2） 实验研究的理想平台，可以方便地构成模拟实际生产系

22、统中的液位系统。（3） 通过液位传感器对液位进行精确检测，得到实际水位的变化，方便地获得瞬态响应指标，直观反映出控制器的控制效果，准确判断控制性能。当前，常见的液位控制方法多数采用凭人工经验进行的参数整定P、PI、PID或串级控制策略。针对结构简单的液位系统，此种参数整定的方法还能达到预期的效果，一旦被控的液位对象结构复杂、自身机理特殊、各变量间关联耦合严重，常规的参数整定方法在便捷性和稳定性上就无从谈起。针对这种存在着非线性、大滞后、结构复杂等诸多不确定因素的液位控制系统，国内许多高校和科研单位研究提出了一些优化的控制方案和有效的控制算法。中南大学的邓秋连等提出了采用RBF-ARX模型对水箱

23、液位系统进行离线动态特性建模的研究。着重讨论了RBF-ARX模型结构的选取、模型参数辨识、RBF参数优化等问题。BF-ARX模型与ARX模型的进一步预测输出比较的结果证实了BF-ARX模型在非线性系统建模中的优越性。吉林大学的高兴泉等提出了采用一种基于非线性静态反馈的解耦方法进行水箱液位系统控制，当系统满足一定条件时，可以寻找到一个输出与等效新输入之间的线性微分方程关系，然后再选择合适的状态反馈形式即可使该非线性系统解耦。经解耦，水箱液位控制系统就可以分解为两个相互独立的单输入单输出线性子系统，对每个子系统可采用PI控制，从而解决了系统的非线性。内蒙古科技大学的崔桂梅等采用模糊-神经网络解耦控

24、制技术，实现了对水箱液位系统的解耦以及液位控制。模糊-神经网络解耦技术结合了模糊控制鲁棒性好和神经网络对不确定对象有显著控制效果的特点，具有直接从输入输出数据中提取模糊规则的能力。内蒙古工业大学的韩梅等提出了采用基于T-S模型的模糊PID控制策略，这种策略根据液位变化，通过适用度加权产生PD控制参数，可实现参数的平稳度过。有利于改善系统性能。大连海事大学的孙红英等提出了设计一种参数自整定模糊PID控制器，可以实现PID参数的调整，使控制系统的响应速度快，超调量减少，过渡过程时间大大缩短，振荡次数减少，具有较强的鲁棒性和稳定性。广西大学的梁颖杏等提出了用BP网络辨识水箱液位控制系统的方法。采用并

25、联型辨识结构，训练网络采用Levenberg-Marquardt算法和BFGS拟牛顿算法，利用MATLAB软件平台，实现比较训练仿真，结果表明，采用LM算法和BFGS拟牛顿算法能较好的辨识水箱液位系统。储油罐液位控制系统除了以上硬件装置和控制算法之外，最重要的就是它的监控软件系统。自动监控软件系统是利用计算机技术对生产过程进行集中监视、操作、管理、控制的一种控制技术，实现整个过程的自动监控和管理可以极大地提高企业自动化水平、降低生产成本、增加经济效益。先进的监控软件系统对于储油罐运营的正常进行非常重要，一个自动化程度高，功能完善的监控系统可以极大地提高工作效率，保证油库运营安全、可靠的运行。通

26、过现场变送器，可对目标储油罐的液位进行实时控制管理，监控软件系统能够实现对油罐液位、流量、压力以及环境参数进行远程实时监测、控制、报警、故障诊断和排除功能，它贴合实际情况，并且在实用性、可靠性、技术的先进性和经济性等多个方面都有着许多创新。组态软件是指一些数据采集与过程控制的专用软件，能以灵活多样的组态方式（而不是编程方式）提供良好的用户开发界面和简捷的使用方法。它们通常有着强大的界面显示组态功能和良好的开放性功能。组态软件产品大约在20世纪80年代中期在国外出现，在中国也有近10年的历史。监控软件系统利用组态王工控组态软件设计，它能充分利用Windows图形编辑功能方便地构成监控画面，并以动

27、画方式显示控制设备的状态，具有报警窗口、实时趋势曲线等，可便利的生成各种报表。它还具有丰富的设备驱动程序和灵活的组态方式、数据链接功能。该软件把每一台下位机看作是一台外部设备，在编程过程中根据“设备配置向导”的提示一步步完成连接功能。在运行期间，组态王通过驱动程序和外部设备交换数据，包括采集数据和发送数据/指令。监控组态软件最早出现时，HMI（Human Machine Interface，HMI）或MMI（Man Machine Interface，MMI）是其主要的内涵，即主要解决人机图像界面问题。随着它的迅速发展，实时数据库、SCADA、通信及网络、开放数据接口、对I/O设备的广泛支持已

28、经成为它的主要内容。随着技术的发展，监控组态软件将会不断被赋予新的内容，功能也将越来越强。在国内，工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重要组成部分，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。它的控制品质及数据采集的实时性都可以很好的达到预期目标。正因如此，监控组态软件几乎已经应用于所有的工业信息化项目中了。在一个自动化监控系统中，投入运行的监控组态软件是系统的数据收集处理中心，远程监控中心和数据转发中心，处于运行状态的监控组态软件与各种控制检测设备（如PLC、智能仪表、二次仪表等）共同构成了快速响应控制中心。

29、控制方案和算法一般在设备上组态并运行，也可以在PC上组态，然后下载到设备中运行。监控组态软件的发展一直呈现多元化，然而据近几年调查显示，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的优势，但并非尽善尽美。国际上较知名的监控组态软件有：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

30、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据着自己的市场。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、更广的层面不断发展。在国外，许多国际组织MIMOSA、SMFPT 、COMADEM等，也纷纷通过监控组态软件进行设备监控、故障诊断咨询和技术推广工作，并制定了一些信息交换格式和标准。许多大公司也在他们的产品中加入了互联网功能，如Bentley公司的计算机在线设备运行监测系统DataManager200可以通过网络动态数据交换的方式向远程终端发送设备运行状态信息；

31、著名的National Instruments公司也在它的产品LabWindows/CVI以及LabVIEW中加入了网络通讯处理模块，因而可以通过WWW、FTP、E2mail方式在网络范围内进行监控数据的传送。法国ALARM研究小组对工业生产过程的智能报警和监控系统进行了长期研究，并在多个项目中进行了应用。总之，国内外液位控制系统都处于快速发展阶段，其前景也是非常可观的，相信在未来自动化过程控制中，液位控制系统的精度将越来越高，其功能也将更加的丰富和强大。1.3 课题研究的目的通过本次储油罐液位监控软件系统研究与设计，应该达到以下目的：（1） 熟悉并掌握组态软件的使用方法；（2） 掌

32、握了解过程控制理论的基础知识；（3） 培养自主查询资料、搜索信息、动手实践的能力与团队协作精神。1.4 课题研究的内容已知立式储罐直径为17m，储罐高9m，存储介质为轻质油，罐内压力保持为0.1013MPa，且最大输入流量是5 m2/h。本次研究需要通过应用组态软件设计相应的储油罐液位监控软件系统，实现上位机直接控制。储油罐监控软件系统必须将现场实时液位值呈现在上位机画面上，包括数据形式和曲线形式，通过设定的液位值，计算机可以自动地实现控制阀门的自由开关，最终将原油液位保持在这个值上，且无稳态误差，除此之外，当原油液位达到上下限时，上位机也可以迅速报警，报告给工作人员。当工作人员想要改变原油液

33、位时，只需要在上位机监控画面给定值对话框中输入另一个数字量，上位机就可以在最短的时间内将储油罐的实际液位调整至新的给定值，整个操作过程简单快捷，不需要人为操作现场设备，大大提高了工作效率。在此研究期间，必须完成以下任务：（1） 学习研究液位控制系统的基本原理和应用。研究学习储油罐控制系统；（2） 学习现代工业组态软件的应用；（3） 设计系统的上位机监控软件，实现储罐的单罐液位的监控。液位控制精度1%。；（4） 软件设计中适当考虑仿真培训内容；（5） 完成相关资料检索和开题报告；（6） 完成论文的写作和15000 字符以上的英文资料翻译；1.5 课题研究的准备工作本次储油罐液位控制的监控软件系统

34、需要将系统中的液位进行实时监控，所以应先了解整个监控系统各个环节的构成，以及控制方法。多学习监控组态软件，如组态王的使用，最后将现场设备和上位机连成一个能通信的系统，整个过程中会遇到很多比较棘手的问题，因此要实现做好充分的准备，充分利用学校图书馆，参考大量优秀文献，模仿实验例子先做一遍，等到能熟练使用各种软件和实验室中的硬件设备后，再着手做本次毕业设计。2 液位监控系统的整体分析2.1 位式控制简介2.1.1 位式控制的概念目前使用的控制系统中最简单的控制规律就是位式控制，说到位式控制，可以说几乎所有的人都使用过，如家中开关电灯、开关水龙头(尤其是快开、快关水龙头更形象)就是个位式控制的过程，

35、其基本思想和生产过程中使用的位式控制是一样的，即位式控制就是决定一个被控变量的给定值，然后根据实际值与给定值的偏差符号，来决定操作变量两种状态选取的工作过程。简单说位式控制的控制动作就是“开”和“关”两种状态的交替。所以又称其为开关控制。  位式控制是比例控制的特例，当比例控制的比例度设定为0、比例增益趋近于无穷大时，便成了一个位式控制器了。位式控制系统的应用是很广泛的，如：空气储罐的压力控制、恒温箱、电加热炉的温度控制。在生产过程中实现位式控制是比较简单的，凡是有上、下限触点的仪表，如电接点压力表、具有继电器触点输出的双金属温度计、显示、记录仪等，都可以用来进行位式控制，

36、再配合上一些中间继电器、电磁阀、电动调节阀等，便可以很方便的构成位式控制系统。  位式控制系统结构简单、投资少，不仅可用于广大中小型企业，就是大型企业也可应用。其特别适合用于延时小、时间常数大的加热对象。2.1.2 位式控制与PID控制的区别 前者属于非线性控制系统，控制的物理量只有：开关、通断、有无之差别； 后者属于线性控制系统，控制的物理量是：大小、多少、高低、快慢。PID系统还可以做到无静差。 PID控制与位式控制相较而言，位式控制作用不是连续变化的，由它所构成的位式控制系统其被控变量的变化将是一个等幅振荡过程，不可能使被控变量稳定在某一个数值上。而PID结构是连续变化得，比较

37、稳定，最后能使被控量稳定在一个数值上。PID控制器的优点是控制效果好，抗干扰能力强。现在很多场合都会用到这功能的仪表，他们他具有很好的控制效果，在要求比较高的场合里，都会用到这款仪表，当然每个工程师设计PID控制的时候，或多或少会有点差别，所以在国内，很多厂家的PID的效果，其实还不是很理想。所以有些家往往还是选择价格高的进口仪表。PID控制的表，往往带有自整定功能，当仪表控制效果不理想的时候，仪表就可以把自整定功能打开，三次震荡后，会达到一个理想的控制效果。PID虽然有很好的效果，但是他有一个缺点，确实跳动太频繁，因为它要达到一个好的控制效果，就必须要频繁的跳动，这样才能防止过冲和稳定。&#

38、160; 位式控制器的控制效果往往就比较低了，他可以控制在一个区间内，让设备频繁的跳动，比如很多厂家对控制效果要求不高，就可以采用，因为他们用的是开关阀门，如果跳动太频繁，容易导致阀门的损坏，他们控制在一定的温度范围呢，比如温度高于40度打开，低于30度关掉，这样采用二位是就比较的合理，采用PID控制就不行了。 所以用户选择PID控制器还是选择二位式控制器，就要根据实际的情况来选择，当然，他们的价格也相差很多，普通的二位式控制的表往往价格比较便宜。用户如果不知道如何的选择，你可以拨打厂家的技术电话进行咨询。2.2 液位监控系统的结构分析 实际的储油罐液位监控系统必须是一个负反馈闭环控制系统，系

39、统可以将对象测量值实时地传送给控制器，与给定值进行比较，然后及时做出判断，减小误差，使测量值逐渐接近并达到给定值。上位机数据采集卡电磁阀储油罐液位传感器给定值液位A/D转换测量值 根据这一原理，可知液位监控系统的结构框图如图2-1所示： 图 2-1 液位控制系统框图液位传感器通过数据采集卡为上位机提供可用的数据，其中A/D转换是在数据采集卡内部执行的，将液位模拟量转化为数字量供上位机直接使用和显示。上位机也可对相应的地址进行赋值，来设定相关参数。2.3 液位监控系统的控制方案 控制方案的选择不同于传统的PID调节法，本次课题所研究的方法是典型的位式控制，即上位机输入和输出的控制信号均为开关量，

40、只有“0”和“1”。 控制方案的基本原理储油罐液位监控软件系统属于软件设计部分，和硬件部分构成了一个整体。在生产现场，硬件设备包括：储油罐、液位传感器、输油管道、泵、电磁阀、电磁继电器、含有A/D和D/A转换的数据采集卡。在生产过程中，液位传感器测量储油罐原油液位，将液位模拟量转换为420mA的电流信号并显示出来。液位传感器与数据采集卡相连接，将420mA的电流信号转换为数字信号送给上位机，上位机监控软件系统会将这个数字量以动画形式展现在监控画面上，可以供工作人员随时观察。同时，上位机会将此液位与事先的给定值进行迅速比较，如果不一致，则会给采集卡输出一个开关阀门的命令，此控制命令是数字量，通过

41、数据采集卡驱动电磁继电器，最终控制阀门，使原油液位调整至给定值。采用组态王监控组态软件和现场设备开发储油罐液位自动监控系统的人机界面和硬件设备驱动；可以实现上位机监控系统与外界数据的通信，实现对油罐液位的实时监控，便于操作者进行观测和控制，并且根据系统要求实现上下限报警，实现远程控制，不需要在现场操作，且可以记录外界系统安全运行时间。外界报警系统可以实时对液位的限值进行报警，包括修改后的上下限报警值，实现了外界系统现场数据与监控室内上位机数据的实时交换，达到自动监控的目的，减少了现场工作量。上位机人机界面是可以将系统中各种参数变化呈现在PC机上，并且监控系统可以对硬件设备实时发送信息，进行精确

42、监控，达到高效的自动化控制。如图2-2所示，液位信号由液位变送器LT传送给数据采集卡，作为控制依据，上位机直接作为控制器，处理后经过数据采集卡给电磁阀一个执行命令控制出油管道，来控制原油输出管道的“开”和“闭”，从而达到控制液位的目的。储油罐LT数据采集卡上位机继电器进油管道出油管道阀门图 2-2 液位控制系统2.4 液位控制系统的程序设计储油罐液位监控系统要想实现自动运行，那么必须在上位机中正确地编写应用程序命令语言，系统不断地循环执行程序，就可以实现对液位的自动控制。整个程序控制的设计思路如图2-3所示：开始启动运行测量值=给定值值关闭阀门，液位上升测量值<给定值关闭阀门，液位上升打

43、开阀门，液位下降YYNN输入给定值显示液位结束图 2-3 液位控制程序流程图3 液位监控系统的硬件选型硬件选型是在对课题进行深入分析，对相关信息进行调查之后所进行的基础性工作，是软件设计实现的前提。硬件的合理选用，对于整个课题的设计至关重要，既要合理、适合，也要经济适用。本设计要实现上位机直接监控，通过数据采集卡收集液位信号反馈给上位机来进行控制，从而实现液位保持在给定值附近的自动控制系统。 储油罐液位控制系统的硬件设备包括：液位传感器、数据采集卡、监控主机、继电器、电磁阀、电源。3.1 液位传感器 液位传感器连接水箱的底部，检测水箱的液位，同时输出420mA的电流信号，提供给上位机作为液位检

44、测信号。液位传感器选择“ZW3051LDP”双法兰差压式液位计，如图3-1所示。技术参数：输出信号：420MA.DC二线制（模拟） 二线制420mA直流信号上叠加数字信号， 图 3-1 ZW3051LDP由用户选择线性或开方输出。（智能）；供电电源：1245VDC；电源影响：<0.005%输出量程/V；为避免被测介质直接于变送器的隔离膜片接触提供了一种可靠的测量方法；阻 尼：通常可在0.116秒之间可调，当灌充惰性液或带远传装置时，时间常数会增大；启动时间：<2秒，不需预热；工作环境：环境温度 -2993（模拟放大器）；-2975（数字/智能放大器）；-2965（带显示表头）；环境

45、湿度 095%；防护特性：防护能力 IP65；防爆类型：隔爆型 Exd II BT4-6；本安型 Exia II CT5；静压影响：零位误差：±0.5%最大量程限值，对于32MPa在管道压力下通过调零给予校正；电磁辐射影响：0.05%最大量程值，接受辐射频率27500MHz，试验场强3V/m；指示表（%）：液晶数显 精度±0.2%；振动影响：任何方向200Hz振动时，±0.05%/g；安装位置：膜片未垂直安装，可能产生小于0.24KPa的零点误差，但可通过调零来修正；重 量：3.9Kg（不包括附件）。3.2 数据采集卡 数据采集卡连接液位传感器、上位机和电磁阀，作

46、为外部硬件设备和上位机数据交换的一个媒介，给上位机提供液位信号，给电磁阀发送开关指令。数据采集卡选择国内研华公司的“PCL818L” 16路数据采集卡，如图3-2所示。技术参数： 16路单端或8路差分模拟量输入 图 3-2 PCL818L12位A/D转换器，可达到100KHz的采样速率，带DMA的自动通道/增益扫描每个输入通道的增益可编程，乘 0.5，1， 2 ，4或 8板上带有一个1K的采样FIFO（先入先出）缓冲器和可编程中断软件可选择模拟量输入范围（VDC）双极性：±0.625V，±1.25V，±2.5，±5V，±10V单极性：01.25

47、V ，02.5 V，05V， 010V功耗：+5V 210mA（典型），500mA（最大） +12V 20mA (典型) ，100mA（最大） -12V 20mA(典型), 40mA (最大)I/O端口：16个连续字节A/D、D/A接口：DB-37尺寸：155mm(L)*100mm(H)3.3 监控主机 过程控制监控主机和显示器构成整个系统的上位机，运行组态王工程。在液位控制过程中，接受采集卡送来的液位信号，并且实时显示，然后经过内部程序判断，给采集卡输入一个执行命令，从而控制电磁阀的关闭。 监控主机选择研华公司的“IPC-610L”工控机， 图 3-3 IPC-610L如图3-3所示。技术参

48、数： 研华工控机4U常规规格： 高支持14槽背板 配置：ATX PFC PS2电源前端可安装3个半高磁盘驱动器，一个3.5"FDD 和一个内置3.5"磁盘驱动器 前置USB接口 前置系统状态监测模块 能抗冲击，振荡，并且能在高温下稳定工作 可支持：ATX 母板和400W PFC电源 机箱：IPC-610L，4U，19"标准上架 处理器：Sockets478 P4 3.06G 内存：DDR400 1G 研华工控机4U标准配置： 硬盘：IDE 160G（西数） 光驱：DVD光驱 网络：10100M自适应网卡 键盘：有 鼠标：有 串口：2个RS232串口 US

49、B接口前置2个USB2.0接口 并口：1个（SPPEPPECP） 工作温度：050 储存温度：2060，相对湿度595（无冷凝） IPC-610L CPU P4 3.06内存1G160gDVD等，配件可选3.4 继电器继电器在液位控制回路中充当“自动开关”，采集卡向继电器输送小电流控制信号，继电器输出大电流信号驱动电磁阀，控制其开关。继电器选择“G5V-1 小型、高灵敏度1极信号用继电器”，如图4-4所示。 技术参数： 图 4-4 G5V-1 宽范围的接点开关区域 1mA1A。高灵敏度线圈150mW。塑料密封型，耐环境性能优越。线圈接点间为FCC part68 标准。(1,500V、10

50、15;160µs) 3.5 电磁阀 电磁阀是整个系统的执行器，继电器直接向电磁阀输送开关信号，控制其打开和关闭，进而控制出油管道流量，调节液位高低。 电磁阀选择“Z272-B不锈钢二位二通先导活塞式高压电磁阀”，如图4-5所示。技术参数：1.出口型暨航天、军工指定配套用品航天军品。用于船舶重工、石油化工、电力装备、锅炉设备、钢铁、消防 图 4-5 Z272-B喷淋、电镀涂装、燃气燃油、环保设备、吹灰除尘、实验装备、纺织印染、暖通空调、水处理、工业炉窑、干燥设备等控制系统。2.通径范围:DN01DN503.最高耐压等级:401500kgf/cm 4.阀位形式:常闭、常开5.阀体材料:3

51、04不锈钢（代号:B）316不锈钢（特需代号R）6.适用流体:气体、液体、蒸汽、油类等7.适用介质的运动粘度：50CSt（mm /s) ，大于时需定制8.适合的环境温度：-30759.适合的工作温度：-980、-9180（特需）10.安装方式：建议水平安装，水平安装线圈向上可延长寿命11.膜片材料：型常规密封-PTFE(氟塑料，代号：P)，Cu(紫铜，代号：Cu)；特需VITON(氟橡胶，代号：V)12.电压常规:AC220/AC230/AC240V 50/60Hz，DC24V，允许波动±10%，其它电压定制13.电气接口:常规-标准接线盒，防爆-引线式（标准长度1.5M）、接线盒式

52、14.可配防爆型，防爆等级ExdCT5 Gb(国家级防爆监督站检验合格，证号:8130713）3.6 电源 实际硬件系统中的液位计、电磁阀、继电器都需要外部电源供电，才能保证正常的工作。 电源选择欧姆龙公司的“S8JX-G03524CD直流电源”，如图4-6所示。技术参数：品牌 欧姆龙 型号 S8JX-G03524CD 类型 AC/DC电源 调制方式 脉冲宽度调制式 图 4-6 S8JX-G03524CD晶体管连接 单端式 输入电压 0-240V输出功率 35W 输出电压 24V 工作效率 85%输入电压：交流AC100-240V 50/60HZ3.7 放大电路 采集卡输出的开关指令信号是特别

53、微弱的，不能够直接驱动电磁阀，因此必须添加放大电路。控制过程中，放大电路将数据采集卡输出的指令信号放大之后，再输入继电器中，进而驱动电磁阀工作，控制管道流量。放大电路设计如图4-7，4-8所示：图 4-7 共集电极放大电路 图 4-8 放大电路微变等效电路4 液位监控系统的软件设计4.1 组态软件的介绍4.1.1 组态软件的概念和产生的背景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。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。对应于原有的HMI（Human Machine Interface，人机接口软件）的概念，组态软件应该是一个使用户能快速建立自己的HMI的软件工具或开发环境在工业控制技术的不断发展和应用过程中，PC（包括工控机）相比以前的专用系统具有的优势日趋明显。这些优势主要体现在：PC技术保持了较快的发展速度，各种相关技术日臻成熟；由PC构建的工业控制系统具有相对较低的拥有成本；PC的软件资源和硬件资源丰富，软件之间的互操作性强；基于PC的控制系统易于学习和使用，可以容易的得到技术方面的支持。在PC技术向工业控制领域的渗透中，组态软件占据着非常特殊而且重