课程设计-用组态软件实现自动供水系统演示工程设计

1、.MCGS 组态课程设计题目用组态软件实现自动供水系统演示工程设计学号姓名同 组 人专业班级学院电气工程学院指导教师成绩专业资料.用组态软件实现自动供水系统演示工程设计专业 :电气工程及其自动化姓名 :指导老师 :摘 要MCGS嵌入版组态软件的硬件需求分为组态环境需求和运行环境需求两部分。MCGS(Monitor and Control Generated System，监视与控制通用系统 )是北京昆仑通态自动化软件科技有限公司研发的一套基于 Windows 平台的， 用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统，主要完成现场数据的采集与监测、前端数据的处理与控制，可运行于Microsoft

2、 Windows 95/98/Me/NT/2000/xp等操作系统。MCGS嵌入版组态软件的硬件需求分为组态环境需求和运行环境需求两部分。用 MCGS 组态软件设计了远程监控程序；实现了供水系统的远程和本地的手自动切换控制。目前，供水系统是国民生产生活中不可缺少的重要一环，传统供水方式占地面积大，水质易污染，基建投资多，而且主要缺点是水压不能保持恒定，导致部分设备不能正常工作。关键词MCGS ，恒压供水ABSTRACTEmbedded MCGS configuration software version of thehardware requirements into configurati

3、on environmental needs andrunning environment needs two parts.MCGS(Monitor and ControlGenerated System,Monitoring and control general system). isdeveloped by Beijing kunlun automated software technology Co.which Windows-basedUsed for fast structure and the generation ofPC monitoring system configura

4、tion of the software system. Mainaccomplish the field data acquisition and monitoring dataprocessing and control the front.Can run on Microsoft Windows专业资料.95/98 / Me/NT / 2000 / xp operating system, etc. Embedded MCGS configuration software version of the hardware requirements into configuration en

5、vironmental needs and running environment needs two parts. MCGS configuration software design with a remote monitoring program; to achieve a water supply system for remote and automatic switching control of local hands. Currently, the national production and living water supply system is an importan

6、t and indispensable part of the traditional area of water supply, water quality easily contaminated, and more investment in infrastructure, but the main disadvantage is that pressure is not constant, resulting in some of the equipment does not work.Key words： MCGS ，Constant Pressure Water Supply Con

7、trol System目录前言 .- 1 -1.设计内容与要求 .- 2 -1、 1MCGS 设计内容 .- 2 -1、 2设计要求 .- 3 -2、设计思路.- 4 -3 、组态画面的设计 .- 5 -a、建立窗口 .- 7 -b 、定义数据对象 .- 7 -C、界面编辑 .- 9 -d 、编辑运行策略 .-11-e、主控窗口的编辑 .-14-专业资料.f.-15-g.-16-.-16-.-16-. -5- 5 -1- 5 -2.- 5 -专业资料.前言水是人类生活、生产中不可缺少的重要物质，在节水节能已成为时代特征的现实条件下，我们这个水资源和电能源短缺的国家，长期以来在市政供水、高层建筑

8、供水、工业生产循环供水等方面技术一直比较落后，自动化程度较低，而随着我国社会经济的发展，人们生活水平的不断提高，以及住房制度改革的不断深入，城市中各类小区建设发展十分迅速，同时也对小区的基础设施建设提出了更高的要求。小区供水系统的建设是其中的一个重要方面，供水的可靠性、稳定性、经济性直接影响到小区住户的正常工作和生活，也直接体现了小区物业管理水平的高低。传统的小区供水方式有：恒速泵加压供水、气压罐供水、水塔高位水箱供水、液力耦合器和电池滑差离合器调速的供水方式、单片机变频调速供水系统等方式，其优、缺点如下：(1) 恒速泵加压供水方式无法对供水管网的压力做出及时的反应， 水泵的增减都依赖人工进行

9、手工操作，自动化程度低，而且为保证供水，机组常处于满负荷运行，不但效率低、耗电量大，而且在用水量较少时，管网长期处于超压运行状态，爆损现象严重，电机硬起动易产生水锤效应，破坏性大，目前较少采用。(2) 气压罐供水具有体积小、 技术简单、 不受高度限制等特点，但此方式调节量小、水泵电机为硬起动且起动频繁，对电器设备要求较高、系统维护工作量大，而且为减少水泵起动次数，停泵压力往往比较高，致使水泵在低效段工作，而出水压力无谓的增高，也使浪费加大，从而限制了其发展。(3) 水塔高位水箱供水具有控制方式简单、 运行经济合理、 短时间维修或停电可不停水等优点，但存在基建投资大，占地面积大，维护不方便，水泵

10、电机为硬起动，启动电流大等缺点，频繁起动易损坏联轴器，目前主要应用于高层建筑。(4) 液力耦合器和电池滑差离合器调速的供水方式易漏油， 发热需冷却，效率低，改造麻烦，只能是一对一驱动，需经常检修；优点是价格低廉，结构简单明了，维修方便。专业资料.(5) 单片机变频调速供水系统也能做到变频调速，自动化程度要优于上面4种供水方式，但是系统开发周期比较长，对操作员的素质要求比较高，可靠性比较低，维修不方便，且不适用于恶劣的工业环境。综上所述，传统的供水方式普遍不同程度的存在浪费水力、电力资源；效率低；可靠性差；自动化程度不高等缺点，严重影响了居民的用水和工业系统中的用水。目前的供水方式朝向高效节能、

11、自动可靠的方向发展，变频调速技术以其显着的节能效果和稳定可靠的控制方式，在风机、水泵、空气压缩机、制冷压缩机等高能耗设备上广泛应用，特别是在城乡工业用水的各级加压系统，居民生活用水的恒压供水系统中，变频调速水泵节能效果尤为突出，其优越性表现在：一是节能显著；二是在开、停机时能减小电流对电网的冲击以及供水水压对管网系统的冲击；三是能减小水泵、电机自身的机械冲击损耗。采用该系统进行供水可以提高供水系统的稳定性和可靠性，同时系统具有良好的节能性，这在能源日益紧缺的今天尤为重要，所以研究设计该系统，对于提高企业效率以及人民的生活水平、降低能耗等方面具有重要的现实意义。1.设计内容与要求1、1MCGS

12、设计内容本次我组的课程设计是用组态软件实现自动供水系统演示工程。运用MCGS ，结合一个控制系统，完成该控制系统的组态设计，水在我们生活总很多都离不开的，所以，对于供水系统也包含很多方面的供水，如：以洗浴中心，学校的教学楼等等为主要，但是水作为可循环利用资源，往往在使用过后还需要进行进化处理，从而进一步利用，因此，供水系统之中也包含污水的处理。所以，我组本次的MCGS 组态软件课程设计主要包含洗浴中心、教学楼的供水，污水处理。另外，作为利用组态软件实现的自动控制系统，其中也得包含必要的尝试环节，如：在供水中常常会出现停水或者水流量过大，导致系统不能正常运行。而教学楼的供水常常需要注专业资料.意

13、的是在加热水的过程中坚决不能停水，所以在这个控制系统的组态设计中需要设置温度的报警问题，避免出现温度过高导致更大的事情发生。1、2设计要求对于本次的污水处理系统，主要由反应池、澄清池、储水罐等组成。其主要过程为：(1) 进水：进水泵门打开，污水通过粗格栅（水泵种含粗格栅） ，经过水泵，污水到达混合池，再根据控制要求，将混合池中的污水注入反应池。(2) 反应：反应工序是污水处理中最重要的一道工序。 当污水注入后，反应池中的潜水搅拌机和回流污泥泵运行， 开始反应操作， 如驱除 BOD 、硝化、磷的吸收以及反硝化等。根据反应需要达到的程度，决定反应时间的长短，并适时的将处理过的水送入过滤器，有效防止

14、沉淀。(3) 过滤：污水从反应池输到澄清池中，进行沉淀过滤， 将可以输出的水和还需处理的污水分开，将不再需要处理的污水直接送出利用，将还需要处理的再次送入混合池进一步的处理。重复以上步骤，便可以实现污水的处理。蓄水池及备用池水位高 15 米，当水泵启动时，为蓄水池供水，水池水位按1m/s 速度上升，上升至 14 米时，水泵自动停止工作，当蓄水池水位低于 6 米时启动备用池，当备用池水位低于 3 米，且蓄水池水位高于 6 米时自动由蓄水池向备用池供水， 直至备用池水位上升至 14 米时停止。蓄水池向外供水时，水位下降快慢由用户量决定，每用户用水，蓄水池按 0.1m/s 速度下降，而蓄水池为备用池

15、供水时， 水位按 0.5m/s 速度下降，用户不用水，则水位不变。教学楼供水： 储水罐容量为 15 升，水罐的储水容量为最少2 升，水温的温度最低为 20 摄氏度，当水罐的水容量小于等于14 升时，进水开关打开按 0.2 升/s 的速度上升直到上升到14 升时，进水开关关闭。 温度设置为当有进水时水温每次下降7 摄氏度，没有进水时水温每次上升为5 摄氏度，所以当罐水满时进水开关关闭水温会直线上升，直到上升为最高温度100摄氏度。每次水可用时出水开关打开每次水温下降7 摄氏度且以 0.3m/s专业资料.速度下降。另外当水温大于 20 小于 40 时或水温温度大于 80 摄氏度时报警器灯的颜色变为

16、绿色表示水为冷水或为开水可以直接引用，其余灯颜色为红色表示不可直接引用。水用时水温和液为快速下降直至重复开始过程。洗浴中心：选取其中一个锅炉说明。锅炉近似一个圆柱体，高 9 米，底面半径 1.5 米,设计容量 56.52 立方米。锅炉的作用是用来加热，通过进水管道把冷水引入，进水温度在 22 度左右，通过锅炉的加热，使水温升高到 35 至 42 度之间。锅炉装有温度检查仪器，他的作用是测量锅炉内的水温变化，通过数据显示告诉检测人员。为了更加精确测量水温，选取两成为 0 到 50 度的温度检测仪器。另外，水位仪表可以检测锅炉内的水位变化，通过数字显示及时告知检测人员，检测人员可以迅速调整进水管上

17、的阀门，用以减小或增大进水量。出水管道通过分流连接众多的支管道，最终达到管道末端的淋浴。出水管设有阀门开关，用来调节出水量的大小。当支管水量减小时，调节出水阀门开关，使出水量增加；同样，当支管水量变大的时候，调节出水阀门开关，以减小出水量。宿舍供水系统：实际也就是一个供水系统，主要涉及到的是有水喝没有水的情况，最好还有体现不同楼层的水量的大小。2、设计思路通过组态设计一个自动供水系统，水在我们生活总很多都离不开的，所以，对于供水系统也包含很多方面的供水，如：以洗浴中心，学校的教学楼等等为主要，但是水作为可循环利用资源，往往在使用过后还需要进行进化处理，从而进一步利用，因此，供水系统之中也包含污

18、水的处理。所以，我组本次的 MCGS 组态软件课程设计主要包含洗浴中心、教学楼的供水，污水处理。另外，作为利用组态软件实现的自动控制系统，其中也得包含必要的尝试环节，如：在供水中常常会出现停水或者水流量过大，导致系统不能正常运行。而教学楼的供水常常需要注意的是在加热水的过程中坚决不能停水，所以在这个控制系统的组态设计中需要设置温度的报专业资料.警问题，避免出现温度过高导致不必要的事情发生。本次在我组中我重点做的是宿舍供水系统，实际也就是一个供水系统，3 、组态画面的设计MCGS 组态软件的两个组成系统互相独立，又紧密相关。用户的所有组态配置过程都在组态环境中进行，组态环境相当于一套完整的工具软

19、件，它帮助用户设计和构造自己的应用系统。用户组态生成的结果是一个数据库文件，称为组态结果数据库。运行环境是一个独立的运行系统，它按照组态结果数据库中用户指定的方式进行各种处理，完成用户组态设计的目标和功能。运行环境本身没有任何意义，必须与组态结果数据库一起作为一个整体，才能构成用户应用系统。一旦组态工作完成，运行环境和组态结果数据库就可以离开组态环境而独立运行在监控计算机上。组态结果数据库完成了 MCGS 系统从组态环境向运行环境的过渡，它们之间的关系如下图 1 所示。图 1MCGS 组态环境和 MCGS 运行环境关系图MCGS 组态软件所建立的工程由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和

20、运行策略五部分构成，每一部分分别进行组态操作，完成不同的工作，具有不同的特性，结构图如图 2 所示。专业资料.图 2MCGS 的工程组成（1）主控窗口：是工程的主窗口或主框架。在主控窗口中可以放置一个设备窗口和多个用户窗口，负责调度和管理这些窗口的打开或关闭。主要的组态操作包括：定义工程的名称，编制工程菜单，设计封面图形，确定自动启动的窗口，设定动画刷新周期，指定数据库存盘文件名称及存盘时间等。设备窗口：是连接和驱动外部设备的工作环境。在本窗口内配置数据采集与控制输出设备，注册设备驱动程序，定义连接与驱动设备用的数据变量。（2 ）用户窗口：本窗口主要用于设置工程中人机交互的界面，诸如：生成各种

21、动画显示画面、报警输出、数据与曲线图表等。实时数据库：是工程各个部分的数据交换与处理中心，它将 MCGS 工程的各个部分连接成有机的整体。在本窗口内定义不同类型和名称的变量，作为数据采集、处理、输出控制、动画连接及设备驱动的对象。（3）运行策略：本窗口主要完成工程运行流程的控制。包括编写控制程序（ if then脚本程序），选用各种功能构件，如：数据提取、历史曲线、定时器、配方操作、多媒体输出等。一般情况下 MCGS 组态设计的工作包括下面几个内容： T 程分析、工程框架、数据对象、图形制作、数据显示窗口、流程控制、安全机制。工程分析即在开始组态工程之前，先对该工程进行剖析以便从整体上把握工程

22、的结构、流程、需实现的功能及如何实现这些功能；工程框架即确定用户窗口、主菜单、子菜单、蘸略的种类和数量：数据对象即在用户窗口中建立各数据对象：图形制作即在用户窗口中绘制有关其他图形；数据显示窗口即根专业资料.据需求建立实时数据 (通过自由表格构件实现 )、历史数据 (通过历史表格构件实现 )、实时曲线 (通过实时眭线构件实现 )、历史曲线 (通过历史曲线构件实现 )等显示窗口；流程控制即通过循环策略中的脚本程序策略块实现：安全机制即通过用户权限管理、工程安全管理、脚本程序实现。其具体设计步骤是：a、建立窗口在“用户窗口”中单击“新建窗口”按钮，建立“窗口 0 ” 。选中“窗口 0”，单击“窗口

23、属性”，进入“用户窗口属性设置”。将窗口名称改为：自动供水系统；窗口标题改为：自动供水系统；窗口位置选中“最大化显示”，其它不变，单击“确认”。在“用户窗口”中，选中“自动供水系统”，点击右键，选择下拉菜单中的“设置为启动窗口”选项，将该窗口设置为运行时自动加载的窗口。图 3工程界面界面如图 3 所示。其它四个界面建立方法相同， 分别为主界面、 报警界面、数据显示界面和水泵运行状况界面。b 、定义数据对象实时数据库是MCGS 工程的数据交换和数据处理中心。数据对象是构成实时数据库的基本单元，建立实时数据库的过程也就是定义数据对象的过程。定义数据对象的内容主要包括：指定数据变量的名称、类型、初始

24、专业资料.值和数值范围，确定与数据变量存盘相关的参数，如存盘的周期、存盘的时间范围和保存期限等。下面以数据对象“出水阀”为例，介绍一下定义数据对象的步骤：单击工作台中的“实时数据库”窗口标签，进入实时数据库窗口页。单击“新增对象”按钮，在窗口的数据对象列表中， 增加新的数据对象，系统定义的名称为“ Data1 ”、“Data2 ”、“Data3 ”等选中对象，按“对象属性”按钮，或双击选中对象，则打开“数据对象属性设置”窗口。将对象名称改为：“出水阀”。对象类型选择： 开关型；对象初值设为 “ 1”，单击“确认”。效果图如 4 所示：图4出水阀按照此步骤，设置其它数据对象。最终效果如图 5 所

25、示：专业资料.图 5数据对象C、界面编辑选中“自动供水系统演示”窗口图标，双击，进入动画组态窗口，开始编辑画面。最终编辑的界面如图 6 、图 7、图 8、图 9 、图 10 所示：图 6 自动供水系统演示工程界面专业资料.图 7 数据显示界面图 8教学楼供水系统演示界面专业资料.图 9洗浴中心供水系统演示界面图 10污水处理控制系统演示工程界面d 、编辑运行策略编辑运行策略的步骤：专业资料.方法一：我们以“教学楼的供水”为例：首先进入运行策略界面，双击循策略：图 11出现图 11 后，然后点击按钮，出现：再选中后面的方框，然后在“策略工具栏”中选中“脚本程序”双击脚本程序，进行程序编辑，将标注

26、改为“教学楼供水” ，编辑无误后单击“确定”按钮。方法二：在“运行策略”下编辑程序，下面以“时间”为例，首先同样进入“运行策略”界面，然后单击“新建策略”出现：专业资料.选中“用户策略”单击“确定”选中“策略 1”在单击“策略属性”将策略名称改为“时间”，单击“确定”按钮，出现：然后进行程序编辑，其过程和编辑循环策略相同，当程序编辑完成后在进入“循环程序”，在其内部建立“策略调用”在“策略调用”栏下选中“时间”，点击“确定”。通过上述办法也可以编辑程序。按照以上两种方法均可以进行程序的的编辑，最后的编辑结果如图11 ，图12 所示专业资料.图 11 运行策略图 12循环策略e、主控窗口的编辑专

27、业资料.单击“主控窗口”进入主控窗口的的编辑。单击工具栏中的“”图标，出现“操作 0”双击“操作 0”对其进入编辑，在菜单名改为“数据显示”，在“菜单操作”窗口中的“打开用户窗口”下选中“数据显示” ，其过程如下图所示：f、图画动起来下面以“备用池容量”为例，进入“用户窗口后”双击“备用池容量”对其进行编辑， 先单击“动画连接” 再单击“> ”，然后在表达式下选上 “储水罐”，然后将表达式值改为“ 90 ”最后点击“确定”。专业资料.以上变完成了“备用池容量”的编辑，通过上述办法，将“用户窗口”中的所有图画都与“实时数据库中”的数据连接起来，便完成所有的动画连接，动画的动作都会按照“运行

28、策略”中编辑的程序进行运动。g 、监控界面运行，得到如如图13 、图 14、图 15 、图 16 图 17 数所示：图 13专业资料.图 14图 15专业资料.图 16图 17专业资料.结论MCGS 全英文组态软件采用C+ 语言编制、核心为组件结构。它是基于 WIN95/98/NT视窗结构 i、能够快速构造和生成数据管理、报警处理、流程监控等界面。轻松实现各种工程曲线、报表、远程诊断等功能的软件。MCGS 全中文组态软件支持多任务、多线程，提供近百种绘图工具和基本图符。使用AetiveDLL把设备驱动挂接在系统之中、支持数据采集板、智能模块、智能仪表、PLC、变频器、网络设备，支持Aetive

29、X 控制。 MCGS 全中文组态软件可完成实现ODBC 接口，可与 SQLServer 、Oraver 、Oraele 等主要数据库连接。可实现各种复杂的报表，并以不痛方式增加、删除数据库中的记录。它支持多种现场总线，具有强大的网络功能，支持 TCP/IP 、MODEM 、485/422/232等多种网络数据传输方案， 提供 4 级安全保密机制。 它可与各种信息管理系统相互结合，形成企业内部的网络工程信息管理系统。通过本次课程设计，我将书本上学过的知识（ 自动控制原理、过程控制原理） 应用于实际控制系统的组建之中， 在实验室中完成了自动供制系统的组建。在实际的工程实践中，我受益非浅，学习到了许

30、多新的知识， 掌握了实际操作的技能， 特别是能够将书中的知识与实际设计联系起来，使对自动控制和 MCGS 的理解上升到一个新的台阶。经过一学期 MCGS 课程的学习，我对这门课程有了大概的了解， 知道了工控组态软件的概念，掌握了 MCGS 组态软件的功能和特点以专业资料.及系统构成，但那些只是理论性的知识，很抽象，也不易理解，而经过这次课程设计，学习用 MCGS 组态软件解决实际问题，将理论与实际结合起来，使我对这门课程有了更深层次的理解。此次课程设计， 不仅让我进一步了解了 MCGS 组态软件，而且也学会了如何编写脚本程序以及如何进行程序调试。 通过不断地查阅资料，向老师请教，与同学探讨，获

31、得了很多课外的知识，学会了如何在实际中去设计。以往其他科目的课程设计，基本上都是通过仿真软件来实现某种效果，并不能让人真正感觉出那种真实性，而本次课程设计，培养了我独立从事 MCGS 组态设计的能力，提高了独立研究、独立设计的能力。通过本次设计， 我深入了解了 MCGS 在工业应用方面的作用，为今后从事这方面的工作打下一个良好的基础。专业资料.参考文献【 1】北京昆仑通态自动化软件公司 MCGS 工控组态软件用户指南， 1998 【 2】李爱莲等工控组态软件 MCGS 与综合自动化 - 恒压供水系统， 2001(17 卷)第 9 期【 3】邵裕森 .过程控制工程 .机械工业出版社 2004.1【 4】金以慧 .过程控制清华大学出版社 2003.6【 5】吴忠智，吴加林 .变频器应用手册 .北京：机械工业出版社， 2000.【 6】韩安荣 .通用变频器及其应用 . 北京：机械工业出版社， 2000.【 7 】李华 .变频调速技术在供水系统中的应用.电气传动自动化，1996 ，【 8】孙旭霞等 . 工业自动化通用组态软件“组态王的功能分析及应用” J.西安 : 仪器 . 2005, 08(7) ：55-58.专业资料.致谢非常感谢王彩霞老师对我的悉心指导，