监控组态课程设计报告

监控组态课程设计报告

电控学院

监控组态软件结课设计

院（系）：

专业班级：

姓名：

学号：

指导教师：

2013年4月26日

目录

一、实际系统介绍： (4)

二、设计目标： (5)

三、硬件的设计和实现： (5)

1、PC系统 (5)

2、PLC (5)

3、传感器 (5)

4、液位计、压力计 (5)

5、泵、阀 (5)

四、软件设计 (6)

1、各画面设计与制作: (6)

2、动画链接 (8)

3、脚本程序 (10)

4、系统相关功能连接与实现 (12)

5、变量定义 (16)

6、I/O数据连接 (16)

7、实时数据库的建立 (17)

五、运行结果 (18)

六、分析体会 (18)

一、实际系统介绍：

工业锅炉是采暖供热系统的核心设备，它的主要任务是安全可靠、经济有效地把燃料的化学能转化为热能，进而将热能传递给水，生产出满足需要的蒸汽或热水。我国目前在役运行的工业锅炉共约有 52 万台，多为燃煤链条炉，它们的特点是应用广，容量小(绝大多数都是 10 t/h 以下的分散锅炉)，设备陈旧，耗煤 (或油、气)量大(年耗煤量占全国总耗煤量的三分之一)，效率低(平均约为 60%)，自动化程度不高。另外由燃料燃烧产生的烟尘、SOX,NOX 等对环境造成了严重污染。随着对生产自动化要求渐高的趋势，改变工业锅炉运行中传统的手动、半自动操作方式已势在必行尤其是近年来我国北方各大城市承受着持续低温天气和煤炭价格大幅度上涨的压力，还要面对供热标准。

工业供暖锅炉的安全运行显的越来越是重要，那么这就要我们用一些方法来监控锅炉的运行。并且在出现异常的情况下能够马上显示出来，这样以便于我们进行整修。所以为了供暖锅炉能够安全有效的运行，我们必须对它进行监控，这就是我们经常说的供暖锅炉监控控制系统。

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、燃料量、减温水、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。

在本控制系统的图形界面上具备报警通知及确认、报表组态及打印、历史数据查询与显示等功能。各种报警、报表、趋势都是动画连接的对象，其数据源都可以通过组态来指定。每个画面的内容可以根据实际情况灵活设计。

图1

二、设计目标：

对锅炉的温度、压力、液位进行监测和控制。放气阀、给水阀和供气阀为执行器。工艺要求，放气阀为电磁阀，给水阀和供气阀为调节阀（开度在0~100%之间变化）。锅炉有热水供给和回水通路，运行界面有启停按钮控制系统的运行与停止，同时要求系统运行时，运行画面中反映系统当前运行时间及运行状态。

系统控制规则为：

1.当温度小于60℃，开打供气阀门100%加热，当温度大于75℃时，关小供气阀门至5%；当温度小于60℃大于80℃时运行状态为“报警”；

2.当压力大于0.11MPa打开放气阀门，当压力小于0.11MPa时关闭放气阀门；压力大于0.12MPa时运行状态为报警；

3.当液位小于0.8m时开大给水阀门至100%，当液位大于1.0m时关小给水阀门至5%；当液位小于0.5m或大于1.2m时运行状态为报警；

4.温度、压力、液位均在正常区域，系统运行状态为工作正常。

三、硬件的设计和实现：

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。

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。

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、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。

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。

5、泵、阀：与锅炉相连接通过相应的控制而对水量做出调整。

四、软件设计

1、各画面设计与制作:

根据本系统的特点，设计了锅炉监控系统主界面，专家报表，报警信息，实时曲线和历史曲线五个界面。

a.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，加热设备和一些控制阀门。

图2

b.实时曲线界面如图3所示，反映了系统的压强、液位以及温度的实时变化。.

图3

c.历史曲线界面如图4所示，反映了系统压强、液位和温度的历史变化。

图4

d.报警信息界面如图5所示，由报警组态及相关报警设置来完成系统的报警任务。

图5

e.专家报表如图6所示。

图6

2、动画链接

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，从而达到监控的目的。

此控制系统中分别对开关精灵、报警灯、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7-图12中各图所示。

a.进水阀门：

图7

b.进气阀门：

图8 c.出气阀门：

图9 d.液位显示：

图10 e.加热显示：

图11

f.各界面相互切换（其他类同）：

图12 3、脚本程序

调出程序脚本串口，编写程序如下

a.进入程序脚本中程序：

图13 b.程序运行周期执行中程序：

图14

图15

图16

4、系统相关功能连接与实现

a.实时曲线的功能设置：

图17 b.历史曲线的功能设置：

图18

图19

图20

图21 c.报警窗口的功能设置：

图22

图23

d.专家报表的功能设置：

图24

图25

图26

图27

5、变量定义

图28

图29

6、I/O数据连接

I/O设备设置是指对包括应用程序的“软件设备”和现场数据采集交换的硬

件设备在内的广义上I/O设备驱动程序进行配置，使其与组态软件建立通信，构成一个完成的系统。在监控系统中建立的仿真PLC，其实现方法如图30所示。

图30

7、实时数据库的建立

实时数据库(DB)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、数据连接等几个步骤便可以完成数据库的创建。系统中采用的I/O设备的数据采集与回送是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要落实到具体的硬件设备。力控数据支持的I/O设备包括DCS、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图31所示（以level为例）：

图31

五、运行结果

当温度小于60℃，开打供气阀门100%加热，当温度大于75℃时，关小供气阀门至5%；当温度小于60℃大于80℃时运行状态为“报警”；当压力大于0.11MPa打开放气阀门，当压力小于0.11MPa时关闭放气阀门；压力大于0.12MPa时运行状态为报警；当液位小于0.8m时开大给水阀门至100%，当液位大于1.0m时关小给水阀门至5%；当液位小于0.5m或大于1.2m时运行状态为报警；温度、压力、液位均在正常区域，系统运行状态为工作正常。

六、分析体会

通过这次的作业，我在搜集大量资料和观看一系列力控软件教学视频的基础上，完成了本次锅炉监控系统的设计任务，掌握了监控软件这门课理论与实际间的联系，也熟练了数据库的建立，数据采集的创建，报警的运用等等，通过繁琐的动画连接和实时数据库中各种变量的建立，找到了一定的规律。通过简单的控制语句的编程，发现了其中很多控制变量间的编程规律，实现了组态

功能。设计的过程中遇到过不少问题，软件的安装也尝试了好几个版本，或者是程序的编写问题，或者是变量的创建不合适，再或者是动画的关联，等等，通过我咨询同学，查阅资料，解决了一系列的困难，最终能够将实验中的各种现象完美的展现出来，但是还是有的地方没有弄太明白，不过最终仍旧根据要求完成了设计的任务，在困难的陪同下体验了一下成功的喜悦，增强了以后学习和解决困难、问题的信心，更增添了对力控软件的研究兴趣。最后感谢老师对我们的教学和指导，也希望在以后的设计中老师能够给予帮助与鼓励。

作业：

1.力控支持多种方式的网络通信，主要包括哪几种？

答：力控支持的网络通信方式主要包括DDE，OPC,ODBC。

2.什么是网络数据库连接？

答：网络数据库：（1）在网络上运行的数据库（2）网络上包含其他用户地址的数据库（3）信息管理中，数据记录可以以多种方式相互关联的一种数据库。网络数据库是跨越电脑在网络上创建、运行的数据库。网络数据库中的数据之间的关系不是一一对应的，可能存在着一对多的关系，这种关系也不是只有一种路径的涵盖关系，而可能会有多种路径或从属的关系。网络数据库连接即将网络数据库作为服务器或客户端提供或接收数据。

3.若要自启动力控的WebServe和网络服务器程序，应该如何设置？

答：设置：双击系统配置导航器中的“系统配置/初始启动程序”，在力控程序启动设置中查看Web服务器HttpSvr和NetServer是否已经选中。如果没有选择，手动选择这个程序。选择后启动力控程序是将会自动启动力控的Web服务器程序。

4.解释“系统冗余”和“双机热备”，力控软件冗余系统如何配置？

答：“系统冗余”：在一些对系统可靠性要求很高的应用中，需要考虑热备份也就是系统冗余，这是指系统中一些关键模块或网络在设计上有一个或多个备份，当现在工作的部分出现问题时，系统可以通过特殊的软件或硬件自动切换到备份上，从而保证了系统不间断工作。

“双机热备”：特指基于高可用系统中的两台服务器的热备（或高可用），因两机高可用在国内使用较多，故得名双机热备。

力控的冗余系统配置：假设构成双机冗余系统的两个节点计算机分别为M机和S机。将M机当作主机，S机当作从机。讲组态好的力控工程分别安装到M机和S机上。（1）主站配置：在M机上打开应用工程，在开发系统Draw导航器中选择“系统配置/节点配置”，“本机配置”采用缺省的“默认配置”。双击“网络节点”，增加一个代表从机（S机）的节点配置项。（2）从机配置：在S机上打开应用工程，在开发系统Draw的导航器中选择“系统配置/节点配置”，“本机配置”采用缺省的“默认配置”。双击“网络节点”，增加一个代表主机（M 机）的节点配置项。在导航器中“系统配置/双击冗余”选项中设置本机类型为从机，主机节点为“M”，其他同主站配置。