组态软件课程设计(DCS)

目录

第1章概述 (3)

1.1、设计任务和目的 (3)

1.2、设计要求 (3)

第2章监控系统分析和总体设计 (4)

2.1、设计思想 (4)

2.2、设计流程图 (5)

第3章组态设计 (5)

3.1、实时数据库 (5)

3.2、用户窗口 (6)

3.3、主控窗口菜单组态 (6)

3.4、运行策略 (7)

第4章监控界面设计 (7)

4.1、系统封面 (7)

4.2、工艺流程画面 (8)

4.3、运行时画面 (8)

4.4、实时曲线 (9)

4.5、实时数据 (9)

4.6、历史曲线 (9)

4.7、历史数据 (10)

4.8、实时报警画面 (10)

4.9、报警信息浏览 (10)

4.10、参数设置画面 (11)

第5章运行策略 (11)

5.1、启动策略 (11)

5.2、循环策略 (12)

5.3、PID控制算法 (13)

5.4、报警策略 (14)

5.5、报警数据 (14)

5.6、历史数据 (15)

5.7、水箱对象 (15)

第6章安全策略 (16)

6.1、本系统安全机制要求 (16)

6.2、定义用户和用户组 (16)

6.3、系统权限管理 (17)

6.4、操作权限管理 (17)

6.5、运行时进行权限管理 (17)

6.6、保护工程文件 (18)

6.7、打开时画面 (18)

6.8、登陆时画面 (19)

6.9、退出时画面 (19)

6.10、用户管理画面 (19)

6.11、修改密码画面 (20)

第7章程序调试 (20)

7.1、程序调试中遇到的问题 (20)

7.2、解决方法和结果 (20)

第8章课程设计总结 (21)

第9章参考资料 (21)

第1章概述

1.1 设计任务和目的

本课程设计要求在修完《监控系统程序设计技术》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。以便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下一定基础。

1.2 设计要求

1．基本要求

（1）监控系统总体设计

了解系统设计要求，进行需求分析，确定组态软件输入输出点、内部

变量等，构思监控系统的组态框架。

（2）实时数据库组态

根据所确定的输入输出点和内部变量点，建立监控系统实时数据库。

（3）虚拟对象组态设计

采用脚本语言或其他软件工具建立虚拟对象模型，能够仿真实际的物

理对象，具有输入输出特性。

（4）窗口界面组态

根据系统需求和实际生产过程中的对象工艺流程，设计监控系统的图

形操作界面，并同实时数据库IO点链接。

（5）运行策略组态

采用脚本语言建立监控系统的运行策略，控制所建立的软件系统的运

行流程。

（6）控制策略组态设计

选择和设计适当的控制算法并组态，实现对被控系统的控制要求。

（7）历史和趋势记录报表设计

建立历史数据库，实现监控系统的历史数据记录和趋势显示。

（8）实时和历史报警记录报表设计

确定和建立参数的报警限值和报警数据存储特性，实现监控系统的实

时报警显示和历史报警数据查询。

（9）主控窗口组态

通过系统菜单能对系统各个功能进行调度管理。

（10）安全策略组态

建立监控系统的安全操作机制，对用户设定不同的操作权限，保证监

控系统的安全性。

（11）进行监控系统的调试、运行和改进。

（12）编写课程设计报告。

2．具体要求

（1）数据变量

所选课题系统应具有一定数量的开关量I/O信号（至少6个）和模拟

量I/O信号（至少4个）。

（2）监控系统画面

所设计的监控系统画面应包括下列内容，并具有动态显示和操作功

能。

①系统封面；

②反映系统工艺的流程画面；

③反映实时数据变化的趋势图画面；

④反映实时数据变化的报表画面；

⑤可查询历史数据的历史数据曲线画面；

⑥可查询历史数据的历史数据报表画面；

⑦反映数据实时报警状态的报警画面（或某画面上的局部画面）；

⑧查询数据历史报警状态的报警画面；

⑨能对系统参数进行设置的参数设置画面。

（3）运行控制策略

通过策略脚本编写，能够实现系统的模拟运行。

（4）安全策略

所设计的监控系统应具有登录后方可操作的安全策略功能。

（5）系统菜单

所设计的监控系统应具有系统菜单，以实现对系统各个功能的运行调

度。

第2章监控系统分析和总体设计

2.1 设计思想

通过对MCGS组态软件的学习和掌握，了解其功能和特点，本设计应用MCGS 组态软件设计一个双容水箱液位监控系统，通过对实时画面的监控，来实现预期的控制效果。

本系统采用电动调节阀和调节阀、出水阀（手动阀）同时控制双容水箱液位，并控制水箱2液位维持在设定值，水箱1的量程为100cm，水箱2的量程为50cm，开关控制整个系统的启停。水箱2液位的设定值可手动修改填入输入框，利用PID控制算法控制电动调节阀的开度，水箱的采样周期和参数P、I、D都可以修改，并根据修改的数据完成PID控制算法，电动调节阀开度为控制算法的结果。

根据水箱2液位的测量值与设定值的比较，可通过电动调节阀自动改变其开度来调整水箱2的液位为设定值，也可通过电动调节阀的自动调节加上手动改变调节阀、出水阀的开度共同控制水箱2的液位。当水箱1液位高于90cm或低于10cm 时，进行安全报警指示，水泵停止抽水；当水箱2液位高于45cm或低于5cm时，进行安全报警指示，电动调节阀自动改变其开度。

2.2 设计流程图

采用水泵作为输送源，把水槽中的水抽到水箱1，通过调节阀的作用，可以调节进水量，再通过电动调节阀可以将水从水箱1适当地送入水箱2，水箱2的水通过出水阀适当地流入水槽，使水箱2的液位保持在设定值。

第3章组态设计

3.1 实时数据库

3.2 用户窗口

3.3 主控窗口菜单组态

第4章监控界面设计4.2 工艺流程画面

4.4 实时曲线

4.5 实时数据

4.6 历史曲线

4.7 历史数据

4.8 实时报警画面

4.9 报警信息浏览

4.10 参数设置画面

5.1 启动策略

脚本程序：

'进行系统的初始化

进水流量1=0

出水流量1=0

调节阀开度=0

出水阀开度=0

电动调节阀开度=0

开关=0

水泵=0

进水流量2=0

出水流量2=0

采样周期=0.5

比例系数=100

积分时间=25 's

微分时间=2 's

液位2设定值=25

5.2 循环策略

脚本程序：

IF 开关= 1 THEN 水泵=1

IF 开关=0 THEN 水泵=0 and 液位1报警= 1 and 液位2报警= 1 IF (液位1<液位1上限) and (液位1 > 液位1下限) THEN

水泵=水泵

ENDIF

IF 液位1 >= 液位1上限THEN

水泵= 0

ENDIF

IF 液位1 <= 液位1下限THEN

水泵= 1

ENDIF

IF 水泵= 1 THEN 水泵供水量= 100

IF 水泵= 0 THEN 水泵供水量= 0

IF 开关= 0 THEN

水泵供水量= 0 AND 出水阀开度=0 AND 电动调节阀开度=0 AND 调节阀开度=0

ENDIF

IF 出水阀开度=0 THEN 出水流量2=0

IF 电动调节阀开度=0 THEN 出水流量1=0

IF 调节阀开度=0 THEN 进水流量1=0

IF 液位1 <= 液位1下限OR 液位1 >= 液位1上限THEN

液位1报警= 0

ELSE 液位1报警= 1

ENDIF

IF 液位2 <= 液位2下限OR 液位2 >= 液位2上限THEN

液位2报警= 0

ELSE 液位2报警= 1

ENDIF

5.3 PID控制算法

脚本程序：

e22=e21 '上上次偏差

e21=e20 '上次偏差

e20=液位2设定值-液位2 '本次偏差

比例=比例系数*(e20-e21) '比例作用

if 积分时间=0 then '如果积分时间=0或偏差太大

积分=0 '无积分作用

else

积分=比例系数*采样周期*e20/积分时间'否则计算积分作用

endif

微分=比例系数*微分时间*(e20-2*e21+e22)/采样周期'微分作用

增量=比例+积分+微分'增量输出

电动调节阀开度=电动调节阀前次开度+增量/10 '位置输出

if 电动调节阀开度>=100 then 电动调节阀开度=100 '超出调节器输出上限，调节器输出＝调节器输出上限

if 电动调节阀开度<=0 then 电动调节阀开度=0 '超出调节器输出下限，调节器输出＝调节器输出下限

电动调节阀前次开度=电动调节阀开度

5.4 报警策略

脚本程序：

!SetAlmValue(液位1,液位1上限,3)

!SetAlmValue(液位1,液位1下限,2)

!SetAlmValue(液位2,液位2上限,3)

!SetAlmValue(液位2,液位2下限,2)

5.5 报警数据

5.6 历史数据

5.7 水箱对象

脚本程序：

进水流量1 = 水泵供水量*调节阀开度/100

出水流量1 = !sqr(液位1*2*9.8)*电动调节阀开度/100

液位1 = 液位1+(进水流量1-出水流量1)/100

进水流量2 = 出水流量1

出水流量2 = !sqr(液位2*2*9.8)*出水阀开度/100

液位2 = 液位2+(进水流量2-出水流量2)/50

第6章安全策略

6.1本系统安全机制要求：

1.负责人才能进行用户和用户组管理；

2.只有负责人才能进行“打开工程”、“退出系统”的操作；

3.只有负责人才能进行水罐水量的控制；

4.普通操作人员只能进行基本菜单和按钮的操作。

6.2定义用户和用户组：

[1]选择工具菜单中的“用户权限管理”，打开用户管理器。缺省定义的用

户、用户组为：负责人、管理员组。

[2]点击用户组列表，进入用户组编辑状态。

[3]点击“新增用户组”按钮，弹出用户组属性设置对话框。进行如下设置：

用户组名称：操作员组；用户组描述：成员仅能进行操作

[4]单击“确认”，回到用户管理器窗口。

[5]点击用户列表域，点击“新增用户”按钮，弹出用户属性设置对话框。

参数设置如下：

用户名称：张工；用户描述：操作员；用户密码：123；确认密码：123；

隶属用户组：操作员组

[6]单击“确认”，回到用户管理器窗口。

[7]再次进入用户组编辑状态，双击“操作员组”，在用户组成员中选择“张

工”。

[8]点击“确认”，再点击“退出”，退出用户管理器。

[9]“负责人”未设密码，设置方法同上。

6.3系统权限管理：

[1]进入主控窗口，选中“主控窗口”图标，点击“系统属性”按钮，进入

主控窗口属性设置对话框。

[2]在基本属性页中，点击“权限设置”按钮。在许可用户组拥有此权限列

表中，选择“管理员组”，确认，返回主控窗口属性设置对话框。

[3]在下方的选择框中选择“进入登录，退出不登录”，点击“确认”，系

统权限设置完毕。

6.4操作权限管理：

[1]进入水位控制窗口，双击水箱1对应的滑动输入器，进入滑动输入器构件

属性设置对话框。

[2]点击下部的“权限”按钮，进入用户权限设置对话框。

[3]选中“管理员组”，确认，退出。

[4]水箱2对应的滑动输入器设置同上。

6.5 运行时进行权限管理：

运行时进行权限管理是通过编写脚本程序实现的。

用到的函数包括：

1.登录用户：!LogOn( )

2.退出登录：!LogOff( )

3.用户管理：!Editusers( )

4.修改密码：!ChangePassword( )

具体步骤：

[1]在主控窗口中的系统管理菜单下，添加4个子菜单：登录用户、退出登录、

用户管理、修改密码。

[2]双击登录用户子菜单，进入菜单属性设置对话框，在脚本程序属性页编

辑区域中输入 !LogOn( )点击“确认”，退出。

[3]按照上述步骤，在退出登录的菜单脚本程序编辑区中输入!LogOff( )，

在进行用户管理的菜单脚本程序中输入!Editusers( ) ，在修改密码的

菜单脚本程序中输入!ChangePassword( ) ,组态完毕。

6.6 保护工程文件：

具体操作步骤：

[1]回到MCGS工作台，选择工具菜单“工程安全管理”中的“工程密码设置”

选项，如图：

这时将弹出修改工程密码对话框，如图：

[2]在新密码、确认新密码输入框内输入123。单击“确认”，工程密码设置

完毕。

6.7 打开时画面：

6.8 登陆时画面：

6.9 退出时画面：

6.10 用户管理画面：

6.11 修改密码画面：

第7章程序调试

7.1 程序调试中遇到的问题

如何利用开关控制与水泵连接的流动块的流动？

7.2 解决方法和结果

双击此流动块，设置如下图：

关闭开关，水流停止流动；水泵停止工作，水流停止流动。