组态软件课程设计-锅炉温度监控系统设计

河南机电高等专科学校自动控制系《组态软件及应用》课程设计报告

题目：锅炉温度监控系统设计

系部: 自动控制系

专业: 电气自动化技术

班级: ccc

姓名: XXX

学号: 1XXXX

指导老师: xxx

成绩:

二零一五年十二月二十五日

目录

前言 (1)

第1章设计任务和目的 (2)

第2章总体方案设计 (2)

第3章硬件和软件 (2)

3.1PC系统 (2)

3.2PLC (2)

3.3传感器 (2)

3.4液位计、压力计 (3)

3.5泵、阀 (3)

3.6报警器 (3)

3.7软件 (3)

第4章软件锅炉组态界面设计 (3)

4.1锅炉的监控界面 (3)

4.2组态硬件设备和实时数据库 (4)

4.3设计动画连接 (6)

4.4设计报警及应答 (6)

4.5PID参数整定 (8)

第5章总结 (8)

第6章心得体会 (8)

参考文献 (9)

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1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，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2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。

第3章硬件和软件

本系统主要由PC、PLC、传感器、液位计、压力计、泵以及阀和报警器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——西门子200（PPI通信）

3.3 传感器

它是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求

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

水泵是输送液体或使液体增压的机械。它将原动机的机械能或其他外部能量传送给液体，使液体能量增加，主要用来输送液体包括水、油、酸碱液、乳化液、悬乳液和液态金属等，也可输送液体、气体混合物以及含悬浮固体物的液体。

阀门是流体输送系统中的控制部件，具有截止、调节、导流、防止逆流、稳压、分流或引流泄压等功能。用于流体控制系统的阀门，从最简单的截止阀到极为复杂的自控系统中所用的各种阀门，其品种和规格相当繁多。

3.6 报警器

报警器，是一种为防止或预防某事件发生所造成的后果，以声音、光、气压等形式来提醒或警示我们应当采取某种行动的电子产品。

根据液位、温度、压力三种数据来设定的报警机制。当加热罐内温度、液位或压力达到报警值，系统将会报警提示，红灯闪烁.

3.7软件

力控组态软件：方便、灵活的开发环境，提供各种工程、画面模板、可嵌入各种格式（BMP、GIF、JPG、JPEG、CAD等）的图片，方便画面制作，大大降低了组态开发的工作量；高性能实时、历史数据库，快速访问接口在数据库4万点数据负荷时，访问吞吐量可达到20000次/秒。

第4章软件锅炉组态界面设计

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。

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4-1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。

图4-1

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。数据的采集、保存及查询界面如图4-2、表4-1、图4-3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：

图4-2

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。

NAME DESC %IOLINK %HIS Chushihua 初始化PV=gouluPLC:地址：0常量寄存Sheding_wendu 设定温度PV=gouluPLC:地址：1常量寄存

Shiji_wendu 实际温度PV=gouluPLC:地址：1变量寄存Sheding_yewei 设定液位PV=gouluPLC:地址：2常量寄存

Shiji_yewei 实际液位PV=gouluPLC:地址：2变量寄存Sheding_yali 设定压力PV=gouluPLC:地址：3常量寄存

Shiji_yali 实际压力PV=gouluPLC:地址：3变量寄存baojing 报警PV=gouluPLC:地址：4状态寄控

制最小：0 最大：100

初始化：加热罐内首先将待测值清零。

设定温度：是额定设定好的温度。

实际温度：加热罐中的实际温度。

设定液位：是额定设定好的液位。

实际液位：加热罐中的实际液位。

设定压力：是额定设定好的压力。

实际压力：加热罐中的实际压力。

报警：当加热罐内温度、液位或压力达到报警值，系统将会报警提示。

图4-3

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。

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4-4

温控曲线界面如图4-4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4-5所示，有报警组态及相关报警设置来完成系统的报警任务。

图4-5

4.5 PID参数整定

在进行这方面是我们需要用到力控的仿真驱动程序（Simulator），因此对于前个阶段的数据采集非常重要，我们所得到锅炉水温、水流量数据进行数据报表然后对其进行仿真；对于该阶段的报表和仿真如图；另外仿真驱动程序（Simulator），并不是真实的硬件，因此，为了实现锅炉的控制逻辑，在“应用程序动作”中实现，以达到逻辑控制仿真的效果。

双击“工程项目导航栏”中“动作”下的“应用程序动作”，弹出脚本编辑器对话框，填写相应的程序。

第5章总结

利用力控PCAuto组态软件所设计的锅炉监控系统，可以很好的对锅炉温度、压力和液位进行监控。但此次设计只是实现简单的监控功能，对于现场的实时数据的采集和科学的控制策略没有实现。不过通过此次设计了解到力控PCAuto组态软件画面制作简单，动画连接方便；利用一些简单的控制语句可以很方便的实现控制组态，而且自带实时数据库是一个高性能、高速度、高吞吐能力、可靠性强、跨网络系统的开放式实时数据库。总之，组态软件具有实时多任务、接口开放、使用灵活、功能多样、运行可靠的特点。

第6章心得体会

本次课程设计我的是组态课程设计，在开始的前两天中，主要是通过查找资料，或是在图书馆里查看书籍来学习有关锅炉温度监控系统设计的基本要求和实验所需要的器件，以及各实验器件所实现怎样的功能。

并且也学会了组态软件的有关设计的思想，由于制锅炉温度监控的课程设计，所以在实验中需要组态软件和参数设定。还学习到了组态监控软件在使用的时候，如果有不能在线控制的话，就是参数没有设置正确。大概两天的时间，我们就把初步的软件程序和组态界面设计好了。

这次课程设计所用到的知识都是在自己理解的基础之上。在这次设计中，我收获不少东西，也遇到了不少的问题。首先，在完成组态课程学习任务后，对内容的掌握不够，缺乏灵活运用的能力，对于知识的扩展也存在一定的问题，因此，初面对设计课题，无法系统地进行设计思路的拟定。通过本次课程设计，不仅使

理论知识得到了实践，有效巩固了知识。同时对于单片机发展历史、强大功能、应用领域以及系列知识得到了大概的系统认识，同时也初步了解了一个完整组态界面的系统开发的过程，对于创造思维的培养和开发能力的锻炼，本次设计，为此提供了一个很好的平台。

参考文献

[1] 王永华. 现代电气控制及PLC应用技术. 北京: 航空航天大学出版社, 2011. 6

[2] 黄坚.自动控制原理及其应用.北京：高等教育出版社，2011.4

[3] 力控参考手册. 2002. 9。

[4] 赵一丁.软件工程基础[M].北京：北京邮电大学出版社，2007.7

[5] 马国华.监控组态软件及其应用.北京：清华大学出版社，2001.8

[6] 徐春梅，杨平，彭道刚.基于力控组态软件的电加热炉温度控制系统[J].

[7] 李庆亮.软件工程基础.武汉：武汉理工大学出版社，2004

[8] 龚运新，方立友.工业组态软件实用技术.北京：清华大学出版社，2005.9

[9] 吴永贵.力控组态软件应用实践.北京：化学工业出版社，2013.