组态软件课程设计

前言

随着我国工业的发展，组态软件是实现人机界面的好途径。我国有三维力控、组态王、通用组态等。力控监控组态软件是北京三维力控科技根据当前的自动化技术的发展趋势，总结多年的开发、实践经验和大量的用户需求而设计开发的高端产品，是三维力控全体研发工程师集体智慧的结晶，该产品主要定位于国内高端自动化市场及应用，是企业信息化的有力数据处理平台。

锅炉是机电一体化的产品，可将电能直接转化成热能，具有效率高，体积小，无污染，运行安全可靠，供热稳定，自动化程度高的优点，是理想的节能环保的供暖设备。加上目前人们的环保意识的提高，锅炉越来越受人们的重视，在工业生产和民用生活用水中应用越来越普及。锅炉目前主要用于供暖和提供生活用水。主要是控制水的温度，保证恒温供水。

力控组态软件在秉承力控早期产品成熟技术的基础上，对历史数据库、人机界面、I/O驱动调度等主要核心部分进行了大幅提升与改进，重新设计了其中的核心构件，力控6.1面向NET开发技术，开发过程采用了先进软件工程方法：“测试驱动开发”，产品品质将得到充分保证。

与力控早期产品相比，力控6.1产品在数据处理性能、容错能力、界面容器、报表等方面产生了巨大飞跃。

本文从理论上说明了一个被测物体（锅炉），组态软件及计算机之间的连接，为今后走向工作岗位打下坚实基础。

第一章设计任务和目的本课程设计要求在修完《力控组态软件应用实践》课程后，运用工业监控系统组态软件（MCGS），结合一个自动控制系统，完成该控制系统的上位机监控系统组态设计。是学生掌握监控软件的设计和编程方法，得到计算机监控系统程序设计与调试，以及编写设计技术文件的初步训练。为从事计算机控制方面的工作打一下基础。

要求系统实现与下位机(智能仪表)的通讯，动态显示现场变量与设备工作状态，显示水温、流量并进行PID控制，出水温度超过10%时进行报警。

第二章总体方案设计料量、减温锅炉设备是一个复杂的控制对象，主要的输入变量是负荷、锅炉给水、燃水、送风和引风等；主要的输出变量是汽包水位、蒸汽压力、炉膛负压、过剩空气等。因输入变量与输出变量相互关联，如果蒸汽负荷发生变化，必将会引起汽包水位、蒸汽压力和过热蒸汽温度等变化，因此锅炉是一个多输入、多输出且相互关联的控制对象。锅炉对象简图，如图1所示。由于条件限制及能力有限，本控制系统将主要控制三个变量：锅炉水位、炉内温度、炉膛压力。

第三章硬件设计和实现本系统主要由PC、PLC、传感器、液位计、压力计、泵以及阀等来对硬件的设计和实现。

3.1 PC系统

对于计算机来说在其上面主要是利用相应的软件来实现数据的收集、处理分析、远程的控制，比如力控组态软件ForceContr-ol6.1来说，我们更是利用它与PLC的相联系来进行对锅炉模拟的控制。

3.2 PLC

主要对底层的设备进行数据的采集及处理，并做出相应的控制。

3.3 传感器

主要利用其本身特性来对锅炉内外的变化产生信号，信号的传输从而达到PC对锅炉温度的监控，以及实时的水温变化。

3.4 液位计、压力计

主要显示实时的数据信息，对此来做出相应调整。

3.5 泵、阀

与锅炉相连接通过相应的控制而对水量做出调整。

第四章软件设计

4.1锅炉的监控界面

基于力控PCAuto组态软件的设计与实现主要包括以下几个步骤：画面创建、动画连接、I/O设备设置、创建实时数据库、数据连接。

1）画面创建

根据本系统的特点，设计了锅炉监控系统主界面，数据的采集、保存及查询界面，报警信息，温控曲线四个界面。主界面如图2所示，主要包括了系统开关，锅炉精灵，压力、温度的精灵，报警灯，加热设备和一些控制阀门。

4.2组态硬件设备和实时数据库

利用力控进行的组态画面需要有PLC的相连来实现组态的硬件，首先我们应建立一个新的工程项目，之后我们才能建立实时的数据库连接如图3、4。数据的采集、保存及查询界面如图3所示，说明了系统的实时数据信息，及相关历史数据的查询。主要包含趋势曲线和历史报表。“历史报表”工具可以方便的实现报表打印功能。

实时数据库是整个监控系统的核心。它负责整个系统的实时数据处理和历史数据存储、统计数据处理、报警信息处理、数据服务请求处理，完成与过程数据采集的双向数据通信。在本系统中，经过创建点参数、定义I/O设备的数据采集链接等几个步骤便可以完成后数据库的创建。系统中采用的I/O设备的数据采集与回送时实时数据库的一个最基本的功能。因为实时数据库系统应用所面向的监控对象最终

还是压落实到具体的硬件设备。力控数据支持的I/O设备包括DOS、可编程控制器(PLC)、智能模块、板卡、智能仪表、控制器、变频器等。数据库与I/O设备之间的数据交换方式也相应的有很多种。本系统实时数据库的建立过程如下所示：

以“temp”点参数的建立、修改为例，包括基本参数、报警参数、

数据连接、历史参数等设置。

4.3设计动画连接

动画连接是指画面中图形对象与变量或表达式的对应关系。建立了连接后，在监控系统运行时，根据变量或表达式的数据变化，图形对象改变颜色，大小等外观，文本会进行动态刷新。这样就将现场真

实的数据放映到计算机的监控画面中，从而到达监控的目的。

从控制系统中分别对开关精灵、警示灯、界面切换、加热设备等进行了相关的动画连接。从而可以动态的实现系统的良好控制。具体实现方法如图（a）（b）中各图所示。

4.4设计报警及应答

对于报警系统主要由传感器，及小型的单片机构成，在超过温度的界限的话会进行报警在该设计系统中报警装置仍作为底层设备与PLC连接，由PC将信息处理后报警装置作出相应的应答，相关的组态画面显示图如图所示。

温控曲线界面如图5所示，主要有温控曲线组件完成，便于更好的实现锅炉内温度的控制与观测。

报警信息界面如图4所示，有报警组态及相关报警设置来完成系统的报警任务。