组态监控设计与应用 教学课件 姚立波 项目三 任务3-2

项目三基于组态王的

电厂化学加药系统组态设计任务3-2基于组态王的电厂化学加药系统HMI组态设计知识目标：

掌握组态王Kingview软件基本知识

掌握项目组态监控设计相关知识

技能目标：

掌握项目组态监控的操作步骤

掌握组态王Kingview与S7-300PLC控制器之间的通信

掌握项目的在线信号调试1组态王环境结构及安装组态王KingviewV6.53中文版运行于MicrosoftWindowsNT/2000/XP中文平台，为全中文界面的人机界面HMI软件，窗口框架结构，界面直观，易学易用。采用了多线程、COM组件等新技术，实现了实时多任务功能。组态王软件包V6.53由工程管理器、工程浏览器、画面开发系统和运行系统四部分组成。工程管理器用于新工程的创建和已有工程的管理，在工程浏览器中可以查看、配置工程的各个组成部分，画面的开发和运行由工程浏览器调用画面开发系统和运行系统来完成。1.1组态王的基本结构1.2组态王V6.53安装把组态王V6.53安装光盘插入光驱，运行Install执行程序，弹出如图3-3所示画面。选中第二项“安装组态王程序”，按提示操作，出现如图3-4所示画面。可选择典型、压缩、自定义三种方式，图3-4所示选择“自定义”安装方式，按提示一步一步操作，完成组态王的安装。组态王安装完成后，自动出现图3-5所示对话框，选择“安装组态王驱动程序”，点击“完成”按钮，按提示一步一步操作，完成组态王驱动程序的安装。所有安装完成后，在“开始”→“程序”组件中就会出现组态王程序组件，如图3-6所示。1.3电厂化学加药系统工程建立（1）启动工程管理器（2）建立新工程建立一个新工程，执行以下步骤：1)在工程管理器中选择“文件”菜单中的“新建工程”命令，或者单击工具栏的“新建”按钮，出现新建工程对话框，如图3-8所示。2)单击“下一步”按钮，弹出“新建工程向导之二”对话框，单击“浏览”按钮，选择新建工程的存储路径。如图3-9所示指定路径为“D：\”。如果指定路径不存在，系统会提示是否创建。3)单击“下一步”按钮，弹出“新建工程向导之三”对话框，在对话框中输入工程名称“电厂化学加药系统”。在工程描述中输入“电厂化学加药系统工程”，如图3-10所示。4)单击“完成”按钮弹出对话框询问是否将该工程设为组态王当前工程，如图3-11所示。5)选择“是”按钮，将新建工程设为组态王当前工程，当进入运行环境时系统默认运行此工程。上面各步骤，系统在文件夹“D：\电厂化学加药系统”自动生成文件ProjManage.dat，保存所建工程的基本信息。6)在工程管理器中选择“工具”菜单中的“切换到开发系统”命令或双击该工程，进入工程浏览器窗口，此时组态王自动生成初始的数据文件。至此该工程就建好了。1.4S7-300PLC驱动添加及变量定义（1）组态王驱动概念组态王把每一台与之通信的设备(硬件或软件)看作是外部设备，其工作原理框图如图3-12所示。(2)建立工控机与S7-300PLC的通信1)首先在STEP7的项目管理器菜单“选项”中选中“设置PG/PC接口”，打开“设置PG/PC接口对话框”。如果采用的是PCAdadpter适配器与PLC的MPI口相连，则选中“PCAdadpter(MPI)”选项，如图3-13所示。如果采用其它通信方式，则选择相应的选项。在STEP7项目管理器的工具栏选中“可访问节点”，弹出如图3-14所示对话框，系统自动搜索PLC的MPI地址，如显示“MPI=2（直接）”，说明工控机与S7-300PLC的通信正常，PLC的MPI地址为2。2)在STEP7的“HWConfig”软件中对硬件进行组态，参照表3-1添加各对象，组态的结果如图3-15所示。保存、编译并下载到PLC中。(3)添加S7-300PLC驱动程序1)在组态王工程浏览器的“设备”栏，选中“COM1”，双击右侧“新建”项，弹出“设备配置向导”对话框，如图3-16所示。2)展开“设备驱动”→“PLC”→“西门子”→“S7-300/400forTCtrl”，选中“MPI”，如图3-17所示。对应不同的硬件设备，应选择对应的驱动程序。3)按“下一步”，如图3-18所示输入逻辑名称“S7_300”。4)按“下一步”，如图3-19所示选择串口“COM1”，也可选择其它串口，因为并没有真正利用串口进行通信。5)按“下一步”，如图3-20所示设置硬件设备的地址，本项目应输入“2.2”，小数点前的2表示PLC的MPI地址，注意应与STEP7中配置并下载到PLC中的MPI地址一致，小数点后的2表示CPU模块的槽号，在S7-300中总为2号槽。6)连续按两次“下一步”，再按“完成”，就完成了驱动的添加，新建的驱动程序如图3-21所示。(4)信号测试1)右击图3-21中的“S7_300”，在弹出菜单中选择“测试

S7_300”，出现如图3-22所示对话框。这里通信参数默认为串口，不用进行设置。2)在选项卡上选择“设备测试”页，在寄存器中输入“E0”(对应PLC的输入通道IB0)，数据类型选择“BYTE”，依次点击“添加”、“读取”按钮，如图3-23所示，改变外接信号I0.0的值，变量值会随之发生改变。(5)变量定义在组态王工程浏览器的“数据库”栏，左击“数据词典”，双击“新建”弹出“定义变量”对话框，如图3-24所示。1)定义开关量输入变量系统开关量输入变量与S7-300PLC的输入数据区(I开头)对应，已在表3-4中列出。以“N1除氧器出口温度高”变量的建立为例，如图3-25所示，输入变量名“N1除氧器出口温度高”，选择变量类型为“I/O离散”，连接设备选择已建立的“S7_300”驱动程序，寄存器输入“E0.0”(E表示为PLC的输入数据，0.0表示具体地址，即PLC的I0.0)，数据类型选择“Bit”，读写属性选择“只读”。最后按“确定”按钮。2)定义开关量输出变量系统开关量输出变量与S7-300PLC的输出数据区(Q开头)对应，已在表3-5中列出。以“N1氨泵启停控制”变量的建立为例，如图3-26所示，输入变量名“N1氨泵启停控制”，选择变量类型为“I/O离散”，连接设备选择“S7_300”，寄存器输入“A0.0”(A表示为PLC的输出数据，0.0表示具体地址，即PLC的Q0.0)，数据类型选择“Bit”，读写属性选择“读写”。最后按“确定”按钮。3)定义数据变量/位内存变量数据变量与S7-300PLC的数据块对应。在定义数据变量之前，应先在STEP7中建立共享数据块DB1，扩大DB1的数据容量，并下载到PLC中。如图3-27，输入变量名“DB0”，选择变量类型为“I/O整数”，连接设备选择“S7_300”，寄存器输入DB1.0(DB1表示PLC的数据块DB1，0表示DB1中第0个数据单元，对应PLC的DB1.DBW0)，数据类型选择“SHORT”，读写属性选择“读写”。最后按“确定”按钮。4)定义模拟量输入变量系统模拟量输入变量与S7-300PLC的输入数据区(I开头)对应，已在表3-2中列出，需按字“SHORT”存取，可能驱动程序不支持。解决的办法为：以“N1除氧器出口DO”变量的建立为例，在STEP7中进行简单的编程，用MOVE指令将IW11的值赋给DB1.DBW2，如图3-28所示；然后在组态王中按图3-29所示定义变量，输入变量名“N1除氧器出口DO”，选择变量类型为“I/O整数”，连接设备选择“S7_300”，寄存器输入DB1.2(DB1表示PLC的数据块DB1，2表示DB1中第2个数据单元，对应PLC的DB1.DBW2)，数据类型选择“SHORT”，读写属性选择“读写”。最后按“确定”按钮。5)模拟量输出变量的定义系统模拟量输出变量与S7-300PLC的输出数据区(Q开头)对应，已在表3-3中列出，需按字“SHORT”存取，同样需在STEP7中先进行数据处理。以“N1氨泵变频给定”变量的建立为例，用MOVE指令将DB1.DBW4的值赋给QW4，如图3-30所示；然后在组态王中按图3-31定义变量，输入变量名“N1氨泵变频给定”，选择变量类型为“I/O整数”，连接设备选择“S7_300”，寄存器输入DB1.4(即PLC的DB1.DBW4)，数据类型选择“SHORT”，读写属性选择“读写”。最后按“确定”按钮。1.5画面组态及命令语言编程（1）建立新画面在工程浏览器左侧的工程目录显示区中选择“画面”选项，在右侧视图中双击“新建”图标，弹出新建画面对话框，如图3-32所示。（2）使用图形工具箱1)如果工具箱没有出现，选择“工具”菜单中的“显示工具箱”或按F10键将其打开，工具箱中各种基本工具的使用方法和Windows中的“画笔”很类似，如图3-33所示。2)在工具箱中单击文本图标

，在画面中输入文字“电厂化学加药SCADA系统”。3）如果要改变文本的字体、颜色和字号，先选中文本对象，然后在工具箱内选择字体图标

。在弹出的“字体”对话框中修改文本属性。4）可将文字做成阴影效果，方法为：先将文字“电厂化学加药SCADA系统”拷贝一份，修改颜色，然后将二者错开叠加，通过工具箱的“图素前移”、“图素后移”调整显示效果。（3）使用调色板选择“工具”菜单中的“显示调色板”，或在工具箱中选择图标

，弹出调色板画面(注意，再次单击

就会关闭调色板画面)，如图3-34所示。（4）使用图库管理器选择“图库”菜单中“打开图库”命令或者按F2键打开图库管理器，如图3-35所示。（5）继续生成主画面1)选择工具箱中的“按钮”，在画面上鼠标图形变为“十”形状，在适当位置作为按钮的起始位置，按住鼠标左键移动鼠标到结束位置后双击，则按钮在画面上显示出来。右击按钮，在弹出的菜单中选择“字符串替换”，修改按钮的文本属性为“水汽品质”。2)选择工具箱中的点位图，在画面上添加一个位图对象。在“画图”软件中打开电厂的外形图，全选并拷贝至Windows的粘贴板上。然后利用菜单编辑的“粘贴点位图”将图形粘贴到该位图对象中，调整位图到合适大小。3)在画面上添加其它图素，最后生成的画面如图3-36所示。4)选择“文件”菜单的“全部存”命令将所完成的画面进行保存。（6）生成其它画面水汽品质采样画面命名为“水汽品质”，主要实现电导率、PH、溶解氧、钠离子、联氨、硅酸根、磷酸根等化学仪表的信号显示，并实时监视水汽品质的超温超压及冷却水断流、流量、温度、压力等状况。图3-37所示是系统运行的水汽品质采样画面。组态该画面主要是添加文本和按钮。按钮的添加方法如上。文本添加分三种：样点列、单位列均为普通文本；采样值列为文本“######”，需连接动画；运行状态列为两个文本的叠加，例如对“除氧器出口温度高”，其运行状态是“正常”、“超温”两个文本的叠加，均需连接动画。加氨系统命名为“加氨”，组态参考画面如图3-38所示，主要实现对凝结水给水加氨单元的加药计量泵及搅拌器的启停控制、电磁阀的通断及加药泵的转速或冲程控制。该画面的组态应与现场控制要求一致，相对较复杂，除了添加文本和按钮外，还要添加溶液罐、泵、电机、电磁阀等对象，可从图库中添加，也可以手工绘制。（7）动画连接1）动画连接的作用所谓动画连接就是建立画面的图素(对象)与数据库变量的对应关系。对于我们已经建立的水汽品质监控画面，如果画面上“1号机除氧器出口溶解氧”的数值显示文本能够随着变量“N1除氧器出口DO”数值的实时变化而变化，那么对于操作者来说，就能够看到一个反映工业现场的真实的监控数据，这就是建立动画连接的目的。

2）数值显示动画设置以过程变量输入值的显示为例，操作步骤如下：在图3-37所示画面上双击“除氧器出口溶解氧”左侧的字符串“######”(位于采样值列)，弹出该对象的动画连接对话框；点击“模拟量输出”按钮，在弹出的“模拟量输出连接”对话框选择表达式为“\\本站点\N1除氧器出口DO”，在“输出格式”栏调整整数位数为“5”，如图3-39所示；连续两次点击“确定”按钮，完成该动画连接的组态。这样建立连接后，系统运行时“1号机除氧器出口溶解氧”的数值就随着变量“N1除氧器出口DO”数值的变化而变化。（8）命令语言编程及画面切换命令语言的格式类似C语言的格式，工程人员可以利用命令语言来增强应用程序的灵活性。组态王的命令语言编辑环境已经编好，用户只要按规范编写程序段即可，它包括：应用程序命令语言、热键命令语言、事件命令语言、数据改变命令语言、自定义函数命令语言和画面命令语言等。命令语言的句法和C语言非常类似，具有完备的词法、语法、查错功能和丰富的运算符、数学函数、字符串函数、控件函数、SQL函数和系统函数。各种命令语言通过“命令语言编辑器”编辑输入并进行语法检查，在运行系统中进行编译执行。（8）命令语言编程及画面切换在组态王中，可以通过ShowPicture(“Name”)函数实现任两幅画面的切换功能。双击画面“主画面”中按钮“水汽品质”，选中“按下时”按钮，在弹出的命令语言对话框中输入如下代码：ShowPicture("水汽品质");如图3-42所示，则在系统运行时，按下此按钮就能切换到“水汽品质”画面了。可以通过Exit()函数来实现退出组态王运行系统、返回到Windows等功能，退出按钮相应的命令语言代码为：Exit(Option);参数Option为“0”表示退出当前程序，为“1”为关机，为“2”则将重新启动Windows。命令语言编程的详细内容可参考组态王帮助文档。（9）画面的保存及运行画面组态完成后，单击“文件”菜单中的“全部存”命令，保存所有画面组态信息。单击“文件”菜单中的“切换到VIEW”命令，进入到运行系统。通过运行界面中“画面”菜单中的“打开”命令将所需画面打开并运行。（10）命令语言在变量定义中的应用1)整型输入变量的解析对于驱动程序不支持PLC输入数据按位存取，但可以按字节或字存取的情况，组态王提供了Bit函数来解析一个整型变量某一位的值，使用格式为：OnOff=Bit(Var,bitNo);其中：●Var为整型变量；●bitNo为位的序号，取值1到16；●OnOff为返回值，若变量Var的第bitNo位为0，返回值OnOff为0；若变量Var的第bitNo位为1，返回值OnOff为1。如图3-43所示定义了变量IB0，是按BYTE方式定义的8位整数变量，对应PLC的输入数据区IB0，其第0位对应I0.0。为此建立变量“N1除氧器出口温度高”,注意变量类型选择“内存离散”，如图3-44所示。在工程浏览器命令语言栏打开“应用程序命令语言”，如图3-45所示输入代码：N1除氧器出口温度高=Bit(IB0,1);注意修改运行时的时间间隔，如改为1000(1秒)。这样，每1秒就会把I0.0的内容更新到变量“N1除氧器出口温度高”。2)整型输出变量的设置同样，如果驱动程序不支持PLC输出数据按位存取，但可以按字节或字存取的情况，组态王提供了BitSet函数将一个整型变量的某一位设置为指定值0或1输出，使用格式为：BitSet(Var,bitNo,OnOff);其中：●Var为整型变量；●bitNo为位的序号，取值1到16；●OnOff为第bitNo位的输出指定值：若BitSet(Var,bitNo,1);则变量Var的第bitNo位输出1；若BitSet(Var,bitNo,0);则变量Var的第bitNo位输出0。图3-46中变量QB0是按BYTE方式定义的8位整数变量，其第0位对应Q0.0。建立变量“N1氨泵启停控制”，注意变量类型选择“内存离散”。在图3-45应用程序命令语言对话框中添加下列命令语言程序：BitSet(\\本站点\QB0,1,N1氨泵启停控制);就可以将“N1氨泵启停控制”内存变量的值输出到PLC的Q0.0。2组态王组态趋势曲线程趋势曲线主要用来反应变量随时间变化的数据变化情况。组态王中的趋势曲线分为实时趋势曲线和历史趋势曲线。趋势曲线以时间为X轴，变量的量程百分比为Y轴。二者的区别在于实时趋势曲线能快速反应变化量，但是不能够查询变量的历史数据；而历史趋势曲线可以完成历史数据的查询工作。2.1实时趋势曲线使用首先在组态王开发系统中定义“实时趋势曲线”画面，然后选择菜单栏“工具”→“实时趋势曲线”或单击工具箱中的“实时趋势曲线”图标

，此时鼠标在画面中变为“十”字形，在画面中用鼠标拖拽出一个矩形，如图3-47所示。实时趋势曲线设置步骤如下：(1)双击图3-47实时趋势曲线对象，弹出“实时趋势曲线”设置属性对话框，该对话框中有“曲线定义”、“标识定义”两个选项卡，如图3-48所示。设置“曲线定义”选项卡中参数：●坐标轴：选择曲线图表坐标轴的线形和颜色，目前此项无效；●分割线为短线：选择分割线的类型；●边框色、背景色：分别规定绘图区域的边框和背景的颜色。按动这两个按钮的方法与坐标轴按钮类似，弹出的浮动对话框也与之大致相同，只是没有线型选项。●单击“曲线1”后面的“？”按钮，在弹出的“选择变量名”对话框中选择变量，曲线颜色设置为醒目的颜色。如图3-49所示，图中选择了三个变量，分别为“N1省煤器入口PH”、“N1汽包炉水PH”、“N1主凝泵出口PH”。(2)点击“标识定义”选项卡，在此属性页中可以设置数据轴和时间轴的显示风格，如图3-50所示。(3)设置完毕后单击“确定”按钮关闭对话框。然后需要保存所有的设置，单击文件菜单中的“全部存”，保存所有的内容。最后，单击“文件”菜单中的“切换到VIEW”命令，进入到运行系统，通过运行界面中菜单“画面”→“打开”命令将“实时趋势曲线”画面打开，可看到连接变量的实时趋势曲线，如图3-51所示。2.2历史趋势曲线使用组态王目前集成了以下几种历史趋势曲线：●从图库中调用已经定义好各功能按扭的历史趋势曲线。对于这种历史趋势曲线，用户只需要定义几个相关变量，适当调整曲线外观即可完成历史趋势曲线的复杂功能，使用简单方便。该曲线控件最多可以绘制8条曲线，但无法实现曲线打印功能。●调用历史趋势曲线控件。该控件不但可以实现组态王历史数据的曲线绘制，还可以实现ODBC数据库中数据记录的曲线绘制，而且在运行状态下，可以实现在线动态增加/删除曲线、曲线图表的无级缩放、曲线的动态比较、曲线的打印等功能。●从工具箱中调用历史趋势曲线。对于这种历史趋势曲线，用户需要对曲线的各个操作按扭进行定义，即建立命令语言连接才能操作历史曲线，使用时自主性较强，能做出个性化的历史趋势曲线；该曲线控件最多可以绘制8条曲线，该曲线无法实现曲线打印功能。无论使用哪一种历史趋势曲线，都要先进行相关配置，主要包括变量属性配置和历史数据文件存放位置配置。这里重点介绍历史趋势曲线控件。(1)定义基本属性在组态王工程浏览器中单击“数据库”，再选择“数据词典”，选中要作历史记录的变量，双击该变量，弹出“定义变量”对话框，选择“记录和安全区”选项卡，如图3-52所示。(2)定义历史数据文件的存储目录在组态王工程浏览器中，单击菜单栏“配置”菜单，选择“历史数据记录”命令项，弹出“历史库配置”对话框，选择“组态王历史库”，单击“配置”，弹出“历史记录配置”，如图3-53所示。在此对话框中输入记录历史数据文件在磁盘上的存储路径和数据保存天数。(3)重启历史数据记录在组态王运行系统的菜单栏上单击“特殊”菜单项,再从弹出的菜单命令中选择“重启历史数据记录”，此选项用于重新启动历史数据记录。在没有空闲磁盘空间时，系统就自动停止历史数据记录。当发生此情况时，将显示信息框通知工程人员，工程人员将数据转移到其它地方后，空出磁盘空间，再选用此命令重启历史数据记录。3组态王组态报警为保证工业现场安全生产，报警事件的产生和记录是必不可少的。组态王提供了相关的报警组态功能。3.1报警的概念组态王报警有报警产生、报警确认及报警恢复三种状态。●报警产生：变量值的变化超出了定义的正常范围，处于报警区域。●报警确认：对报警的应答，表示已经知道有该报警或已处理过了。报警进行确认后，报警状态并不消失。●报警恢复：变量的值恢复到定义的正常范围，不再处于报警区。组态王报警分为数字量报警和模拟量报警两种类型。（1）数字量报警数字量报警主要是离散变量。离散型变量的数值有两种状态：0和1。（2）模拟量报警模拟量主要是指整型变量和实型变量，包括内存型和I/O型的变量。变量“N1省煤器入口PH”、“N1汽包炉水PH”和“N1主凝泵出口PH”都属于模拟量范畴。模拟型变量的报警主要有三种：越限报警、偏差报警和变化率报警。3.2报警组的定义在组态王工程浏览器的目录树中选择“数据库”→“报警组”，双击右侧的“请双击这儿进入<报警组>对话框”。弹出报警组定义对话框，单击“增加”按钮，在当前选择的报警组节点下增加一个报警组节点。选中“RootNode”报警组，单击“修改”按钮，可以根据用户的实际情况修改，本项目修改为“电厂化学加药”。单击“增加”按钮，弹出“增加报警组”对话框，在弹出的对话框中输入“PH值”，单击“确定”按钮。依次类推，增加“导电度表”子节点。设置后的报警组窗口如图3-62所示。3.3设置变量的报警属性在数据词典中选择“N1汽包炉水PH”变量，双击此变量。在弹出的“定义变量”对话框中单击“报警定义”选项卡，如图3-63所示。选择“PH值”报警组，设置变量“N1汽包炉水PH”的报警信息。3.4报警输出显示组态王运行系统中报警的输出显示是通过报警窗口实现的。报警窗口分为两类：实时报警窗和历史报警窗。实时报警窗主要显示当前系统中存在的符合报警窗显示配置条件的实时报警信息和报警确认信息。当某一报警恢复后，报警信息不在实时报警窗中显示。实时报警窗不显示系统中的事件信息。历史报警窗显示当前系统中符合报警窗显示配置条件的所有报警和事件信息。报警窗口中最大显示的报警条数取决于报警缓冲区大小的设置。（1）创建报警窗口在组态王中新建画面，在工具箱中单击报警窗口图标

，或者菜单“工具”→“报警窗口”，鼠标箭头变为单线“十”字型，在画面上适当位置按下鼠标左键并拖动，适时松开鼠标左键，报警窗口创建成功，如图3-64所示。（2）配置实时和历史报警创建报警窗口后，要对其进行配置。双击报警窗口，弹出报警窗口配置属性页。在“通用属性”页中设置“实时报警窗”和“历史报警窗”，如图3-65所示。实时和历史报警窗的配置选项大多数相同。报警运行结果如图3-69所示。3.5组态王组态报表组态王提供内嵌式报表系统，工程人员可以任意设置报表格式，对报表进行组态。组态王提供了丰富的报表函数，实现各种运算、数据转换、统计分析、报表打印等功能。既可以制作实时报表，也可以制作历史报表。（1）创建实时数据报表实时数据报表创建过程如下：1）进入组态王开发系统，创建一个新的画面，画面名称为“实时数据报表画面”。2）单击工具箱中的报表图标

，此时，鼠标箭头变为小“十”字形，确定报表的位置按下鼠标左键，并拖动，画出一个矩形，松开鼠标左键，报表窗口就建好了，如图3-71所示。组态王中每个报表窗口都要定义一个唯一的标识名，该标识名的定义应该符合组态王的命