基于力控组态软件的锅炉监控专业系统设计方案报告.doc

东北大学秦皇岛分校自动化工程系自动控制系统课程设计基于力控组态软件锅炉监控系统设计专业名称自动化班级学号学生姓名指引教师设计时间.6.27.7.8东北大学秦皇岛分校自动化工程系自动控制系统课程设计任务书专业 自动化 班级 姓名 设计题目：基于力控组态软件锅炉监控系统设计 一、设计实验条件地 点：自动化系实验室实验设备：PC机二、设计任务1、依照题目规定进行资料收集及监控方案设计。 2、运用力控组态软件，完毕控制系统软件组态，涉及：建立实时数据库；绘制控制主界面；涉及数据采集、显示（界面动画等）、报警组态、数据保存、历史数据查询、报表打印等功能。 3、撰写课程设计阐明书三、设计阐明书内容1、 设计题目与设计任务（设计任务书）2、 前言（绪论）(设计目、意义等)3、 主体设计某些4、 参照文献5、 结束语四、设计时间与设计时间安排1、设计时间：6月27日7月8日2、设计时间安排： 熟悉课题、收集资料： 3天（6月27日 6月29日) 详细设计（含上机实验）： 6天（6月30日 7月5日)编写课程设计阐明书： 2天（7月6日 7月7日)答辩： 1天（7月8日）前言 随着工业自动化水平迅速提高和计算机在工业领域广泛应用，人们对工业自动化规定越来越高，种类多控制设备和过程监控装置在工业领域应用，使得老式工业控制软件已无法满足顾客各种规定。通用工业自动化组态软件浮现为解决上述实际工程问题提供了一种崭新办法，由于它可以较好解决老式工业控制软件存在种种问题，使顾客能依照自己控制对象和控制目任意组态，完毕最后自动化控制工程。当前世界上组态软件品种繁多，国外产品有美国Wonderware公司InTouch、美国Intellution公司iFIX等，国内产品有三维力控、组态王、MCGS等。普通组态软件都由下列组件构成：图形界面系统、实时数据库系统、第三方程序接口组件、控制功能组件。力控组态软件重要解决问题：如何与采样、控制设备间进行数据互换；使来自设备数据与计算机图形画面上各元素关联起来；解决数据报警及系统报警；存储历史数据并支持历史数据查询；各类报表生成和打印输出；为使用者提供灵活、多变组态工具，可以适应不同应用领域需求；最后身成应用系统运营稳定可靠；具备与第三方程序接口，以便数据共享。本文以锅炉对象为例，运用三维力控PCAuto组态软件开发了一种小型监控系统。 1.力控组态软件PCAuto1.1软件结识力控监控组态软件PCAuto是对现场生产数据进行采集与过程控制专用软件，是在自动控制系统监控层一级软件平台，它能同步和国内外各种工业控制厂家设备进行网络通讯，它可以与高可靠工控计算机和网络系统结合，便可以达到集中管理和监控目，同步还可以以便地向控制层和管理层提供软、硬件所有接口，来实现与“第三方”软、硬件系统进行集成。力控监控组态软件PCAuto最大特点是能以灵活多样“组态方式” 进行系统集成，它提供了良好顾客开发界面和简捷工程实践办法，顾客只要将其预设立各种软件模块进行简朴“组态”，便可以非常容易地实现和完毕监控层各项功能，缩短了自动化工程师系统集成时间，大大地提高了集成效率。力控应用范畴广泛、可用于开发石油、化工、半导体、汽车、电力、机械、冶金、交通楼宇自动化、食品、医药、环保等各种行业和领域工业自动化、过程控制、管理监测、工业现场监测、远程监测/远程诊断、公司管理/资源筹划等系统。PCAuto组态软件具备功能强大图形开发环境Draw，采用面向对象图形技术，创立动画式人-机界面系统及高可靠性迅速图形界面运营系统View，用来运营Draw创立图形窗口。先进分布式实时数据库DB是整个应用系统核心模块，负责整个力控应用系统实时数据解决、历史数据存储、记录数据解决、报警信息解决、数据服务祈求解决及完毕与过程双向通信。1.2软件使用在组态软件中填写某些事先设计表格，再运用图形功能把被控对象(温度计、压力计、锅炉、趋势曲线、报表、温控曲线等)形象画出来，通过内部数据连接把被控对象属性与I/O设备实时数据进行逻辑连接。当由组态软件生成应用系统投入运营后，与被控对象相连I/O设备数据发生变化会直接带动被控对象属性变化。2.系统功能概述基于力控组态软件锅炉监控系统设计重要是充分运用软件优势，通过对锅炉系统中三个重要参数，即锅炉水位、炉膛压力、锅炉内温度控制来实现对锅炉系统实时监控。详细控制原则为：当锅炉液位“level”值高于90时，系统产生报警，相应液位报警灯闪烁红色，同步发出报警声音；当炉膛压力“press” 值高于890时，系统也会报警，相应压力报警灯闪烁红色，同步发出报警声音；同样，当锅炉内温度“temp”值高于90时，系统也产生报警信息，相应温度报警灯闪烁红色，同步发出报警声音。其中锅炉水位由仿真PLC常量寄存器控制，炉膛压力和锅炉内温度也分别由仿真PLC常量寄存器控制，由于无法精确地建立锅炉水位、炉膛压力、锅炉内温度三者之间函数关系，在设计时人为设定炉膛压力和锅炉内温度分别随锅炉水位增减状况不同而有不同增减量变化。系统启停则由仿真PLC状态寄存器，即点“run”进行控制，当启动按钮“run”显示绿色时，系统开始运营；当显示红色时，锅炉液位、炉膛压力和锅炉温度复位到初始设定值。系统报警时，相应报警灯会闪烁红色。温度过高时，加热设备停止加热，其中与否加热有动画连接实现，加热时加热设备始终闪烁，否则停止闪烁。3.系统设计3.1设计思想锅炉设备是一种复杂控制对象，重要输入变量是负荷、锅炉给水、燃料量、减温水、送风和引风等；重要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互有关联，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，因而锅炉是一种多输入、多输出且互有关联控制对象。锅炉对象简图，如图1所示。由于条件限制及能力有限，本控制系统将重要控制三个变量：锅炉水位、炉内温度、炉膛压力。在本控制系统图形界面上具备报警告知及确认、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、趋势都是动画连接对象，其数据源都可以通过组态来指定。每个画面内容可以依照实际状况灵活设计。锅炉设备给水量减温水燃料量送风量引风量水位蒸汽温度蒸汽压力过剩空气炉膛负压负荷图1 锅炉对象简图3.2软件组态设计基于力控PCAuto组态软件设计与实现重要涉及如下几种环节：画面创立、动画连接、I/O设备设立、创立实时数据库、数据连接。 画面创立依照本系统特点，设计了锅炉监控系统主界面，数据采集、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，重要涉及了系统开关，锅炉精灵，压力、温度精灵，报警灯，加热设备和某些控制阀门。图2 锅炉监控系统主界面数据采集、保存及查询界面如图3所示，阐明了系统实时数据信息，及有关历史数据查询。重要包括趋势曲线和历史报表。“历史报表”工具可以以便实现报表打印功能。图3 数据采集、保存及查询界面报警信息界面如图4所示，由报警组态及有关报警设立来完毕系统报警任务。图4 报警信息界面 温控曲线界面如图5所示，重要有温控曲线组件完毕，便于更好实现锅炉内温度控制与观测。图5 温控曲线界面 动画连接动画连接是指画面中图形对象与变量或表达式相应关系。建立了连接后，在监控系统运营时，依照变量或表达式数据变化，图形对象变化颜色，大小等外观，文本会进行动态刷新。这样就将现场真实数据放映到计算机监控画面中，从而达到监控目。此控制系统中分别对开关精灵、报警灯、界面切换、加热设备等进行了有关动画连接。从而可以动态实现系统良好控制。详细实现办法如图6中各图所示。(a)开关有关动画连接(b)报警灯有关动画连接（以液位报警灯为例，压力、温度报警灯类似）(c)各界面间切换有关动画连接（以主控界面为例，其她类似）图6 动画连接 I/O设备设立及管理I/O设备设立是指对涉及应用程序“软件设备”和现场数据采集互换硬件设备在内广义上I/O设备驱动程序进行配备，使其与组态软件建立通信，构成一种完毕系统。在被监控系统中，分别对锅炉液位“level”，入口泵“in_valve”，出口阀门“out_valve”，进行了定义，地址分派，通信方式选定等操作。在监控系统中建立仿真PLC，其实现办法如图7所示。图7 仿真PLC建立 配备I/O设备过程在图形开发环境Draw导航器中进行，按照设备安装对话框提示就可以完毕I/O设备配备工作。I/O设备配备完毕后，在导航器中将列出I/O设备设备名称，同步生成设备名称即可用于数据连接过程。在系统运营时，力控通过内部管理程序自动启动相应I/O驱动程序，I/O驱动程序负责与I/O设备实时数据互换。 创立实时数据库实时数据库(DB)是整个监控系统核心。它负责整个系统实时数据解决和历史数据存储、记录数据解决、报警信息解决、数据服务祈求解决，完毕与过程数据采集双向数据通信。在本系统中，通过创立点参数、定义I/O设备、数据连接等几种环节便可以完毕数据库创立。系统中采用I/O设备数据采集与回送是实时数据库一种最基本功能。由于实时数据库系统应用所面向监控对象最后还是要贯彻到详细硬件设备。力控数据支持I/O设备涉及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设备之间数据互换方式也相应有诸各种。本系统实时数据库建立过程如下所示：以“temp”点参数建立、修改为例，涉及基本参数、报警参数、数据连接、历史参数等设立。 图8 有关点参数设立3.3系统功能实现脚本程序调出程序脚本串口，编写程序如下：(1) 进入程序脚本中程序：(2)程序运营周期执行中程序：图9 脚本程序3.4 系统有关功能连接与实现3.4.1查询历史报表要持续查询历史报表数据，需要给报表加入按钮控制对象，给按钮赋予相应动作。其实现环节与办法：同步选中所需按钮和历史报表，用工具箱中“打成单元”工具，将按钮和历史报表打成单元；双击按钮浮现动画连接对话框，选中“触敏动作/左键动作”，在弹出脚本编辑器中输入脚本程序，点击“确认”和“返回”按钮。按钮功能与其相应脚本程序：“查询” ：#HisReport.SetTimeSpan(#TimeSpan17.GetTime(),#TimeSpan.GetTime();#HisReport.SetTimeEx(#DateTime.GetTime()“当前时间” ：#HisReport.NowTime()“前一天” ：#HisReport.OffDay(-1)“后一天” ： #HisReport.OffDay(1)“打印” ：#HisReport.Print()3.4.2 报表打印报表打印是对各个参数在一天或几天之内，以一定间隔时间为准，把这些值以一定格式打印出来。这样既减少了操作人员用笔填写报表，又以便精确。还可以对报表打印进行定期间打印。图10 温控曲线打印3.4.3 事件记录和显示事件记录可以作为事故追忆、历史信息查询重要手段，在事件记录窗口中当指定查询事件记录日期和时间后，单击“开始定位”按钮，事件记录窗口自动显示查询到所有事件记录信息。力控提供了一种脚本函数EventDisp()用来调出事件记录。4.结束语运用力控PCAuto组态软件所设计锅炉监控系统，可以较好对锅炉温度、压力和液位进行监控。但本次设计只是实现简朴监控功能，对于现场实时数据采集和科学控制方略没有实现。但是通过本次设计理解到力控PCAuto组态软件画面制作简朴，动画连接以便；运用某些简朴控制语句可以很以便实现控制组态，并且自带实时数据库是一种高性能、高速度、高吞吐能力、可靠性强、跨网络系统开放式实时数据库。总之，组态软件具备实时多任务、接口开放、使用灵活、功能多样、运营可靠特点。监控组态软件投入运营后，操作人员可以在它支持下完毕多项任务：查看生产现场实时数据及流程画面；自动打印各种实时/历史生产报表；自由浏览各个实时/历史趋势画面；及时得到并解决各种过程报警和系统报警；在需要时，人为干预生产过程，修改生产过程参数和状态；与管理部门计算机联网，为管理部门提供生产实时数据。5. 设计心得体会通过将近两周课程设计，咱们在收集大量资料和观看一系列力控软件教学视频基本上，较好完毕了本次锅炉监控系统设计任务，掌握了软件工程这门课理论与实际间联系，也纯熟了数据库建立，数据采集创立，报警运用等等，通过繁琐动画连接和实时数据库中各种变量建立，找到了一定规律。通过简朴控制语句编程，发现了其中诸多控制变量间编程规律，较好实现了组态功能。设计过程中遇到过不少问题，软件安装也尝试了好几种版本，或者是程序编写问题，或者是变量创立不适当，再或者是动画关联，等等，通过人们一起探讨，一起研究，解决了一系列困难，最后可以在一台电脑上将实验中各种现象完美呈现出来，但是还是有地方没有弄太明白，但是最后仍旧依照课设规定圆满地完毕了设计任务，在困难陪伴下体验了一下成功喜悦，增强了后来学习和解决困难、问题信心，体会到了团队合伙重要性，更增添了对力控软件研究兴趣。最后感谢教师对咱们教学和指引，也但愿在后来设计中教师可以予以协助与勉励。6.参照文献1赵一丁.软件工程基本M.北京：北京邮电大学出版社，.72马国华.监控组态软件及其应用.北京：清华大学出版社，.83徐春梅，杨平，彭道刚.基于力控组态软件电加热炉温度控制系统J.4李庆亮.软件工程基本.武汉：武汉理工大学出版社，5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，.9