物料混合说明书.docx

监控系统课程设计说明书

题目：物料混合控制系统
姓名： 陈 晶
学院： 电 信 学 院
班级：基 地（2）班

摘要

本设计是用力控软件制作的一个物料混合控制系统，将四种颗粒状物料混合在一起。四种物料分别放在四哥金属仓内，每个仓的底部安装了一个气缸控制的插板阀。气缸杆带动阀杆左右移动，产生开、关阀的动作。控制气缸的电磁阀线圈通电时插板阀打开，物料流出，电磁阀线圈断电时插板阀关闭，物料停止流出。控制系统中的称头是一个底部为圆锥形的金属料斗，用称重传感器测量物料和称斗的总重量。称斗的下方是混合仓，也是一个底部为圆锥形的料斗，混合仓外的电动机带动仓内的搅拌器搅浆，搅动混合仓内的颗粒。称斗和混合仓底部的插板阀用于放出物料，它们也用气缸和电磁阀来控制。
系统开始运行时，1号进料插板阀接通。进料达到设定值时，1号料停止进料，自动改为进2号料，直到进完所有的料。进料结束后打开料斗下面的电磁阀，将物料放入料斗下面的混合仓，并用搅拌器开始搅拌。经过设定的时间后，搅拌器停止运行，打开混合仓底部的电磁阀，放出混合好的物料。放完后，关闭电磁阀。
料斗将物料放入混合仓后，又开始下一轮的进料。在进料和放成品的过程都结束时，开始放料斗中的料。系统自动运行，出现故障时开始报警。

关键词：物料混合 力控 电磁阀 报警

目录
一.设计内容及技术要求
1.1 任务描述
1.2控制任务和要求
二.画面总体规划
2.1 确定需要设置的画面
2.2 画面切换关系与初始画面
三.各画面具体设计
3.1 初始画面设计
3.2 主画面设计
3.3 设备状态画面设计
3.4 报警画面设计
3.6 混合仓趋势图画面设计
3.5 料仓趋势图画面设计
3.6 混合仓趋势图画面设计
四画面之间的动画连接
4.1 创建实时数据库
4.2 动画连接
4.2.1 罐的动画连接
4.2.2 阀门和搅拌器的动画连接
4.2.3 文本的动画连接
4.2.4 按钮的动画连接
4.2.5 百特仪表的连接
4.3 脚本
五．心得体会
六．参考文献

一、设计内容及技术要求
1.1 任务描述
某物料控制系统按一定的比例将2~4种颗粒状的物料混合到一起，物料的流动性较好。4种物料分别放在4个金属仓内，每个仓的底部安装了一个气缸控制的插板阀，气缸杆带动阀杆左右移动，产生开、关阀的动作。控制气缸的电磁阀线圈通电时插板阀打开，物料流出，电磁阀线圈断电时插板阀关闭，物料停止流出。控制系统中的称头是一个底部为圆锥形的金属料斗，用称重传感器测量物料和称斗的总重量。称斗的下方是混合仓，也是一个底部为圆锥形的料斗，混合仓外的电动机带动仓内的搅拌器搅浆，搅动混合仓内的颗粒。称斗和混合仓底部的插板阀用于放出物料，它们也用气缸和电磁阀来控制。
该系统的软硬件结构原理图如下：

1.2控制任务和要求
该控制系统每个基本任务由一个同学侧重完成，但是同时要求同学们兼顾对总的系统结构及工作原理要了解，了解其它同学所做工作的具体过程。
基本任务：
① VB中构建控制系统界面，通过串口获取单片机开发板采集的温度或湿度信号，并显示在界面中
② VB中构建控制系统界面，通过USB接口获取数据采集卡收集的现场模拟传感器信号，并显示在界面中
③ VB中构建控制系统界面，将采集的数据通过SQL SERVER存储并可以供前台调用，可以采 集到组态软件的数据
④ 力控上位组态软件中控制系统界面开发，可以取得百特仪表温度值，解决与VB和Wincc及数据采集卡的数据通讯问题
⑤ Wincc上位组态软件中控制系统界面开发，可以取得百特仪表温度值，解决与VB和力控的数据通讯问题
⑥ Step7下位软件编程，解决Step7与Wincc和Wincc flexible的模拟仿真问题
⑦ Wincc flexible界面开发，解决Step7与Wincc flexible的模拟仿真问题
⑧ 工作重点为研究KEP SERVER的工作机理及如何通过OPC协议与组态软件通讯。

附加任务（相应任务与前面的标号对应）：
①可以将组态软件或数据采集卡数据通过串口发给单片机并在液晶屏中显示
②可以将组态软件或单片机发来的数据通过数据采集卡以一定的比例关系输出
③增加利用数据库管理权限及日志功能
④力控、组态王和WinCC可以通过OPC相互读写各自系统的数据；增加报表及组态软件的热备和网页发布功能
⑤力控、组态王和WinCC可以通过OPC相互读写各自系统的数据；增加报表及组态软件的热备和网页发布功能
⑥增加解决Wincc和Wincc flexible的权限管理控制问题
⑦增加Wincc flexible的报警、报表、权限、趋势等功能
⑧增加VB与KEP SERVER协调工作的任务；
二. 画面总体规划
2.1 确定需要设置的画面
根据系统的要求，需要设置下列画面：
² 开机时显示的初始画面。
² 自动运行时的主画面。
² 设备状态画面，比较全面的显示各主要变量的值和各阀门的状态。
² 报警画面，用于查看报警的历史记录，和打印报警报表。
² 料仓趋势图画面，用于显示料仓料位的实时趋势和历史趋势。
² 混合仓趋势图画面，用于显示混合仓料位的实时趋势和历史趋势。
2.2 画面切换关系与初始画面
因为画面个数不多，以初始画面为中心，采用单线联系的切换方式。开机后显示初始画面。在初始画面中设置到其他画面的切换按钮。从初始画面可以切换到所有其他画面，其他画面只能返回初始画面。
初始画面之外的画面不能相互切换，需要经过初始画面的“中转”来切换。
这种画面组织方式的层次少，除初始画面外，其他画面使用的画面切换按钮少，操作比较简单。如果需要，也可以建立初始画面之外的其他画面的切换关系。
生成主画面后，只需要将系统视图中的“”主画面图标拖放到初始画面，就可以在初始画面中生成切换到“主画面”的画面切换按钮，按钮上的文本“主画面”是自动生成的。可以用鼠标调节按钮的位置和大小。在属性视图中可以设置按钮的背景色和文本的大小等。

三．各画面具体设计
3.1 初始画面设计
打开力控软件，双击工程项目里的窗口，在打开的窗口属性下的窗口文字里写下“初始画面”，即创建了一个名为“初始画面”的窗口。设置窗口的背景颜色。单击“工具箱”里的“文本”，写下“物料混合控制系统”，并居中。然后单击“工具箱”里的“按钮”，设置五个按钮，分别为主画面,设备状态，报警界面，料仓料位趋势图，混合仓料位趋势图。如图（3.1.1）所示：

图3.1.1 初始画面

3.2 主画面设计
单击工具栏里的新建，在打开的窗口属性下的窗口文字里写下“主画面”，即创建了一个名为“主画面”的窗口。设置窗口的背景颜色。在精灵图库下的标准图库里选择相应的阀门，罐和搅拌器以及需要的按钮和文本。如图（3.2.1）所示：

图 3.2.1 主画面
3.3 设备状态画面设计
单击工具栏里的新建，在打开的窗口属性下的窗口文字里写下“设备状态画面”，即创建了一个名为“设备状态画面”的窗口。设置窗口的背景颜色。在精灵图库下的标准图库里选择相应按钮和文本。如图（3.3.1）所示：

图 3.3.1 设备状态画面
3.4 报警画面设计
单击工具栏里的新建，在打开的窗口属性下的窗口文字里写下“报警画面”，即创建了一个名为“报警画面”的窗口。设置窗口的背景颜色。在精灵图库下的标准图库里选择相应报警按钮，在复合组件中选择报警。如图（3.4.1）所示：

图 3.4.1 报警画面
3.5 料仓趋势图画面设计
单击工具栏里的新建，在打开的窗口属性下的窗口文字里写下“料仓趋势图画面”，即创建了一个名为“料仓趋势图画面”的窗口。设置窗口的背景颜色。在复合组件中选择曲线，取两个趋势曲线，分别作为料仓实时趋势和料仓历史趋势。如图（3.5.1）所示：
3.6 混合仓趋势图画面设计
单击工具栏里的新建，在打开的窗口属性下的窗口文字里写下混合仓趋势图画面”，即创建了一个名为“混合仓趋势图画面”的窗口。设置窗口的背景颜色。在复合组件中选择曲线，取两个趋势曲线，分别作为混合仓实时趋势和混合仓历史趋势。如图（3.6.1）所示：

图 3.5.1 料仓趋势图画面

图 3.6.1 混合仓趋势图画面
四．画面之间的动画连接
4.1 创建实时数据库
在Draw导航器中双击“实时数据库”项使其展开，在展开项目中双击“数据库组态”启动组态程序DBMANAGER..启动DBManager后出现如下图所示的DBManager主窗口。单击菜单条的“点”选项选择新建或双击单元格，出现“请指定区域、点类型”，选择相应的模拟I/O点、数据I/O点。如图（4.1.1）所示：r
图 4.1.1 实时数据库
具体模拟、数字I/O点如下：
点名 点类型 说明
level1 模拟I/O点 料仓料位
level2 模拟I/O点 混合仓料位
a1 模拟I/O点 1号料
a2 模拟I/O点 2号料
a3 模拟I/O点 3号料
a4 模拟I/O点 4号料
sm 模拟I/O点 温度
mi_valve 数字I/O点 料仓阀门状态
out_valve 数字I/O点 混合仓阀门状态
run 数字I/O点 系统的启停状态
i1 数字I/O点 1号料阀门状态
i2 数字I/O点 2号料阀门状态
i3 数字I/O点 3号料阀门状态
i4 数字I/O点 4号料阀门状态
i5 数字I/O点 搅拌器状态
b1 数字I/O点 料仓报警
b2 数字I/O点 混合仓报警
其中，level（料仓料位）和leve2（混合仓料位）需要进行报警参数和历史参数的设置，sm（温度）需要数据连接，具体设置如图(4.1.2)，图(4.1.3)和图(4.1.4)所示：

图 4.1.2 报警参数

图 4.1.3 历史参数

图 4.1.4 数据连接
4．2 动画连接
创建并选择连接对象，如线、填充图形、文本、按钮、子图等的动画连接，均可以通过双击需要动画连接的对象，出现如图（4.2.1）所示对话框。

图 4.2.1 动画连接
4.2.1 罐的动画连接
对于两个罐来说，就设置其“百分比填充”，选择其为“垂直”，表达式为相应的变量，如图（4.2.2）所示。

图4.2.2 罐的动画连接
罐2动画连接设置方法相同。
4.2.2 阀门和搅拌器的动画连接
对于六个阀门和搅拌器来说，就设置其“颜色变化”下的“条件”，表达式为对应的变量。如图（4.2.3）所示。

图4.2.3阀的动画连接
4.2.3 文本的动画连接
因为文本用来显示变量的状态，所以其为数值输出，根据前面所述个变量的类型，在对应的模拟、开关框前打钩，相应设置其动画连接，如图（4.2.4）所示：

图4.2.4 文本动画连接

4.2.4 按钮的动画连接
按钮就是表示按一下它所出现的现象，比如开始、结束就代表按一下就会是系统开始工作或停止工作，其对应于run.pv，而其他按钮则代表按一下出现对应的窗口界面（趋势曲线界面、报警界面、退出界面、开机界面等）。所以对于开始和停止动画连接设置，就选择左键动作，开始对应run.pv=1,停止对应run.pv=0,如图（4.2.5）所示，对于其他界面而言，则选择窗口显示，相应的按钮及显示对应的界面，如图（4.2.6）所示：

图4.2.5 “开始”按钮的动画连接

图4.26 “初始画面”按钮的动画连接
4.2.5 百特仪表的连接
将百特仪表正确连接计算到计算机后，双击IO设备组态，右边一个列表，双击sm项，出现设备配置窗口，如图（4.2.7）。对设备进行如下配置：
设备名称：sm
更新周期：100毫秒
超时时间：8秒
设备地址：1
通信方式：串口（RS232/422/485）
串口：COM1
32位浮点数数据的读取：FFH4 FFH3 FFH2 FFH1
最大长度：64
包偏移间隔：10

图4.2.7 设备配置
4.3 脚本
需要实现的动画：系统开始运行时，1号进料插板阀接通。进料达到设定值时，1号料停止进料，自动改为进2号料，直到进完所有的料。进料结束后打开料斗下面的电磁阀，将物料放入料斗下面的混合仓，并用搅拌器开始搅拌。经过设定的时间后，搅拌器停止运行，打开混合仓底部的电磁阀，放出混合好的物料。放完后，关闭电磁阀。
料斗将物料放入混合仓后，又开始下一轮的进料。在进料和放成品的过程都结束时，开始放料斗中的料。系统自动运行，出现故障时开始报警。
具体程序如下：
IF (run.PV==1)&&(level1.PV<=20)&&(updown.PV==0) THEN
level1.PV=level1.PV+5;
mi_valve.PV=0;
out_valve.PV=0;
i1.pv=1;
i2.pv=0;
i3.pv=0;
i4.pv=0;
a1.pv=level1.PV;
ENDIF
IF (run.PV==1)&&(level1.PV>=20)&&(level1.PV<=45)&&(updown.PV==0) THEN
level1.PV=level1.PV+5;
mi_valve.PV=0;
out_valve.PV=0;
i1.pv=0;
i2.pv=1;
i3.pv=0;
i4.pv=0;
a2.pvlevel1.PV-25;
ENDIF
IF (run.PV==1)&&(level1.PV>=45)&&(level1.PV<=70)&&(updown.PV==0) THEN
level1.PV=level1.PV+5;
mi_valve.PV=0;
out_valve.PV=0;
i1.pv=0;
i2.pv=0;
i3.pv=1;
i4.pv=0;
a3.pv=level1.PV-50;
ENDIF
IF (run.PV==1)&&(level1.PV>=70)&&(level1.PV<=95)&&(updown.PV==0) THEN
level1.PV=level1.PV+5;
mi_valve.PV=0;
out_valve.PV=0;
i1.pv=0;
i2.pv=0;
i3.pv=0;
i4.pv=1;
a4.pv=level1.PV-75;
ENDIF
if ((run.PV==1)&&( level1.PV>=100)) then
updown.pv=1;
mi_valve.PV=1
Endif
IF (run.PV==1)&&(level1.PV>=1)&&(updown.PV==1) THEN
level1.PV=level1.PV-20;
mi_valve.PV=1;
level2.PV=level2.PV+20;
out_valve.PV=0;
i5.pv=1;
i4.pv=0;
ENDIF
if (run.PV==1)&&( level2.PV>=100) then
updown1.pv=1;
Endif
IF (run.PV==1)&&(level1.PV>=70)&&(level2.PV>=1)&&(updown1.PV==1) THEN
level2.PV=level2.PV-25;
mi_valve.PV=0;
out_valve.PV=1
ENDIF
if (run.PV==1)&&( level1.PV<=1 )then
updown.pv=0
Endif
if (run.PV==1)&&( level2.PV<=1) then
updown1.pv=0
Endif
IF run.PV==0 THEN
mi_valve.PV=0;
out_valve.PV=0 ;
i1.pv=0;
i2.pv=0;
i3.pv=0;
i4.pv=0;
i5.pv=0;
ENDIF
IF level1.PV<=0||level1.PV>=100 THEN
b1.pv=1;
ELSE
b1.pv=0;
ENDIF
IF level2.PV<=0||level2.PV>=100 THEN
b2.pv=1;
ELSE
b2.pv=0;
ENDIF

五．心得体会
监控系统课程设计终于结束了，在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何去完成一件事情。在设计过程中，与同学的分工设计，和同学相互探讨，相互学习，相互监督。学会了合作，学会了运筹帷幄，学会了宽容，学会了理解，也学会了为人处世。
课程设计是我们专业课程知识综合运用的实践训练，是我们迈向社会，从事职业前必不可少的一个过程。“千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到了这句名言的含义。我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地的迈开这一步，就是为明天能够稳健的在社会大潮中奔跑打下坚实的基础。
在设计过程中，遇到了不少问题。刚开始拿到题目，基本一头雾水，不知道自己要干什么。经过与组员的讨论，大概知道了需要实现的功能。然后大家各自分工，题目显得简单多了。我的任务是控上位组态软件中控制系统界面开发，可以取得百特仪表温度值，解决与VB和Wincc及数据采集卡的数据通讯问题。
用力控软件开发界面时，我一共创建了6个画面，画面用一下午很快就创建好了，连接时就有点困难了。首先要创建实时数据库。刚开始创建时没有注意数字量和模拟量之分，导致以后出现了问题。而且在创建数据库是就要将变量进行报警参数和历史参数的设定，以便进行报警和趋势图的连接。将所有的参数进行正确连接后，就需要做最重要的工作，脚本的编程。一开始编了一大串，结果运行时总出毛病，似乎前后矛盾。后来将程序全部删掉。一步一步编，让他一步一步动，总算实现要求了。
在这次设计过程中，体现了自己单独设计的能力以及综合运用知识的能力，体会了学以致用，收获自己劳动成果时的喜悦心情，从中发现自己学的不足的地方和薄弱环节，并加以弥补。
在此非常感谢我们的冯老师，老师严谨细致，一丝不苟的作风一直是我们学习，工作的榜样。老师循循善诱的教导和不拘一格的思路给予了我无尽的启迪。
同时非常感谢帮助过我的同学，谢谢你们的对我的帮助和支持，让我感受到同学的友谊。
六．参考文献

【1】 马正武主编，《过程可视化组态软件应用技术》，2006，机械工业出版社。
【2】袁秀英主编，《组态控制技术》，2003，电子工业出版社。
【3】袁建，杨帆主编，《组态软件在试验台PLC控制系统中的应用》，2008，电子工业出版社。
【4】吕黎主编，《组态软件应用技术》，2005，电子工业出版社。
【5】唐进主编，《组态软件实用教程》，2001，中国电力出版社。