基于组态王的串级压力监控系统设计.docx
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1、毕业设计(论文)题 目:基于组态王的串级压力监控系统设计 摘 要 本文在对组态软件学习的基础上,结合实验室设备及其控制器的类型,应用组态软件(组态王)开发上位机监控系统。根据监控系统的设计方案,开发了用于人机交互的主监控画面和各子系统的监控画面;通过组态王的“设备配置向导”定义外部设备,实现了上位机和下位机(PLC、变频器)之间的通信,并在此基础上,利用数据改变命令语言实现了上位机和PLC间的自定义协议;编写了控制程序,实现了串级压力监控系统的仿真调试。另外,监控系统还具有参数设定功能,报表功能,数据的曲线显示和查询功能。经过仿真调试,设计完成了监控系统自动控制、报表、历史趋势曲线、实时趋势曲
2、线等程序模块的调试,验证了监控系统的可靠性。最后,对组态软件应用于监控系统的设计和开发工作进行了总结和展望。关键词:串级压力监控系统;组态王软件;组态王技术;仿真调试;JBS-GK05过程控制实验装置AbstractBased on configuration software study and combined with lab equipment and its application, the controller type configuration software (KingView) create PC monitoring system. According to the m
3、onitoring system, this paper designed and developed the Lord Monitor screen which is used in man-machine interaction between each subsystem and monitor screen. The equipment configuration guide of the KingView defines equipments, so that realizes the communication of upper and lower machine (PLC, fr
4、equency converter).On basis of that, the Data Change Command Language realizes user-defined protocol between the computer and PLC , writes control programs and realizes the simulation test of the cascade pressure monitoring system. In addition, the monitoring system has the parameter setting functio
5、n, the reporting function, the curve of data report showing function and the querying function.Through the simulation testing, this paper designs the automatic control process procedures of the monitoring system, the reporting procedures of the monitoring system, the historical trend curves procedur
6、es of the monitoring system and the real-time trends curves procedures of the monitoring system, and verifies the reliability of the monitoring system. Finally, the applications of the configuration software in the design and development of the monitoring system is summarized and prospected.Keywords
7、: Cascade Pressure monitoring system, KingView software, KingView technology, Simulation testing, JBS - GK05 process control experiment device目 录1 绪论1.1课题背景- 1 -1.2课题意义- 1 -1.3本设计的主要内容- 1 -2 JBS-GK05型过程控制实验装置2.1 JBS-GK05过程控制实验装置系统组成- 2 -2.1.1 系统组成- 2 -2.1.2 系统特点- 3 -2.2 JBS-GK05过程控制实验装置工艺流程说明- 4 -2.
8、2.1 工艺流程- 4 -2.2.2 技术规格- 5 -3 监控系统的开发设计3.1 开发工具组态王的介绍- 6 -3.1.1 组态王软件的结构- 6 -3.1.2 组态王与外部设备的通讯- 7 -3.1.3 利用组态王开发工程的步骤- 7 -3.2 串级压力监控系统的组成- 7 -3.2.1 监控系统的任务- 7 -3.2.2监控系统的硬件组成- 8 -3.3监控画面- 8 -3.3.1 主控界面- 8 -3.3.2 参数设定界面- 9 -3.3.3 趋势曲线界面- 9 -3.4 数据库变量的定义- 11 -4 监控系统的仿真调试4.1监控系统的仿真通信- 11 -4.2调试系统- 12 -
9、5 总结和展望5.1 本文总结- 13 -5.2 工作展望- 13 -参考文献- 14 -致谢- 15 -1 绪论1.1 课题背景 压力控制系统(pressure control systems)以气体或液体管道或容器中的压力作为被控制量的反馈控制系统。在许多生产过程中,保持恒定的压力或一定的真空度常是正常生产的必要条件。很多化学反应需要在恒压下进行,为保持流量不变也常需要控制主压力源的压力恒定,根据不同应用场合,压力控制可采用不同的方式。当控制性能要求不高时,可采用比较简单的控制装置,如压力调节阀等;对性能要求较高或生产过程比较复杂,宜采用压力控制系统。 1.2 课题意义应用组态技术,是现代
10、工业控制的必然趋势。本课题的意义在于对组态王软件的学习和应用组态王软件进行开发设计,尤其是对串级控制系统的开发设计。学会应用组态王软件开发串级压力监控系统:设计监控界面,设定参数变量,进行动画连接,实现历史曲线、实时曲线的显示与监控等。1.3 本设计的主要内容(1) 深刻学习组态王软件,对JBS-GK05型过程控制实验装置进行全面的认识,为以后的开发和设计奠定良好的基础。(2) 开发串级压力监控系统。根据系统的功能划分,分别设计开发主监控画面和多个子监控画面;在组态王的“数据词典”中定义外部变量,用于和外部设备的存储器单元相对应,来实时地获取现场的液位值、压力值和完成控制命令的交互;建立动画连
11、接,显示现场设备的运行状况;编写自动控制程序,以实现过程的全自动运行;实现液位和压力历史趋势曲线的显示、存储和查询以及报表的存储、查询。(3) 监控系统的仿真调试。在实验室对监控程序进行系统全面的调试:命令语言程序、报表程序的测试和历史趋势曲线程序的测试。排除调试过程中发现的错误。2 JBS-GK05型过程控制实验装置目前国内的各大院校的过程控制实验装置大多是自己研制的,它们结构较为简单,仅能进行简单的实验,已经远远满足不了现代教育的要求。国内厂家生产的一些实验装置档次和价格都较高且难于讲解使用,还有一些结构过于简单,虽然价格较低,但使用功能较少。我们在广泛研究市场的基础上,巧妙灵活的设计了一
12、种价格适中,功能齐全,适应现代教学的实验台。它不但涵盖了大学本科过程控制方面的实验内容,方便学生动手实验,同时也可用于硕研和博研的各种实验。其中有些设计在同类装置中属于首创,已申请专利。2.1 JBS-GK05过程控制实验装置系统组成2.1.1 系统组成JBS-GK05型过程控制实验装置包括被控对象和控制桌两部分。被控对象由执行器、变送器、上下水槽、水箱、管路有机地组成;控制桌装有控制器、数显表、液晶显示器等,控制器通过通讯电缆与上位机通讯。被控对象的变送器信号和执行器的供电分别通过屏蔽电缆线与控制桌连接的。示意如图2-1: 图2-1 变送器信号连接示意图以上为系统的示意图。变送器信号包括2个
13、液位变送器、2个流量变送器、1个温度变送器和1个压力变送器,这6个变送器均输出4-20mA标准信号;数显表一共6块,分别对6个变送器来的电流信号进行数值的实时显示;控制器包括PLC主机和3个扩展模块,实现对被控对象中变送器信号的采集和输出控制信号;执行器包括2台变频器、2台水泵、1个电动调节阀和1个加热器。具体见说明:被控对象:两水槽液位、水槽2的温度、电机2出水压力、水泵1和水泵2出水流量。检测装置:两个液位变送器,一个压力变送器和一个温度变送器,两个电远传玻璃转子流量计。执行机构:一个电动调节阀,两个变频器及两台水泵, 一个固态继电器。控制系统:西门子小型PLC(S7-200 CPU224
14、主机、模拟量输入模块EM231、模拟两输入输出模块EM235和模拟量输出模块EM232,一条编程通讯电缆),四个典型控制参数(液位、流量、压力、温度),可组成多种控制实验。上位机: 采用组态王6.51开发的人机操作界面,S7-200编程软件。2.1.2 系统特点1、设计巧妙,充分应用现有装置,实现多种实验本装置中有六个检测单元、三个执行机构和六个控制回路,可以方便的组合成多种控制实验,可通过计算机(使用PLC的自由口通讯方式)对系统进行监控。特别是本实验装置可组成耦合程度可调的双输入双输出控制系统,通过调节截止阀的开度来调节耦合程度。2、充分模拟工业控制现场,实验效果很好为了更好的模拟工业现场
15、,本实验装置采用两台水泵, 在单输入单输出控制回路中一台水泵供水,另一台水泵可通过变频器调节转速而产生有规律或无规律波动的干扰量。3、实验操作简单、直观人机界面良好,计算机用立体画面显示被控对象的流程、实时趋势曲线和数据报表等。控制桌上装有变频器BOP面板,六个智能显示仪表,PLC控制单元和液晶显示器。实验者可以在面板上直接看到各参数变化情况,实验操作也更直观。4、可组成非线性系统本实验装置有四个水槽,分上下两组,上面一组水槽有三个,互相通过手调阀连接,其中的两个水槽横截面积随高度而变化(其中的一个上粗下细,另一个下粗上细)。这样可组成两组线性、非线性的液位控制系统,而且可以在控制过程中改变水
16、槽之间的连接状态来改变被控对象的模型,可进行非线性系统的控制,也检验控制算法的鲁棒性。5、实验装置正面上下两个水槽的正面装有玻璃挡板,学生可直接观测系统的进水和出水情况。具体工艺流程,请参看“JBS-GK05过程控制实验装置”工艺流程说明一节。2.2 JBS-GK05过程控制实验装置工艺流程说明2.2.1 工艺流程上一节已经对装置做了简单的介绍,这一节将着重介绍装置的工作情况,请参考图2-2:图2-2 被控对象示意图水泵1从水箱中抽水,经过电动阀、流量计1、阀1和阀7分别给水槽1和水槽2供水;水泵2也从水箱中抽水,通过阀12、流量计2、阀2和阀8分别给水槽1和水槽2供水 。水槽1通过阀6可自己
17、走水,水槽2也可通过阀10自己走水,水槽1和水槽2通过阀5连接。水槽1通过阀3和阀4各连接了一个非线性部分,其中左侧的下细上粗,右侧的下粗上细,通过调节阀3和阀4的开度,可实现液位的非线性控制。实际制作时,我们将这两部分非线性和在了一起做成一个水槽,其大小形状和水槽1一样,只是在里面加了一个倾斜的挡板。两个水泵由控制桌(上节中提过)上的两个变频器分别控制,控制器中的EM232的两个模拟输出(0-10V)分别控制两台变频器;电动阀由控制器中EM235的模拟输出(4-20mA)控制;加热器采用PWM控制(PLC主机的Q0.1)。变送器安装如下:水槽1装有一个液位变送器(LT/01),水槽2装有一个
18、温度变送器(TT/01)和一个液位变送器(LT/02),水泵2出水口处装有一个压力变送器(PT/01)和一个流量变送器(FT/02),水泵1出水口处装有一个流量变送器(FT/01)。这些信号通过屏蔽电缆被送到数显表和模拟量输入模块中(EM235和EM231),原理图如图2-3:AI模块变送器数显表 - + 信号+ - 图2-3 信号传送模拟图 : 220VIN+ OUT+固态继电器IN- OUT- Q0.1 加热器 M 图2-4 加热器原理图2.2.2 技术规格 1、技术条件供电电源: 单相三线 220VAC5%,50Hz功耗: 未加热时最大1KW,加热时最大2.5KW环境温度: 0+50相对
19、湿度: 95% 无结露大气压: 86106KPa工艺介质: 水环境空气: 不含腐蚀性气体被控对象尺寸: 11006001890(长*宽*高)控制桌尺寸: 10006201560(长*宽*高)2、输入规格:热电阻Pt100 :0100 对应电流信号 420mA(精度0.5%)液位变送器: 0400mmH2O 对应电流信号 420mA(精度0.5%)压力变送器: 00.06MPa 对应电流信号 420mA(精度0.5%)流量变送器: 1001000L/H 对应电流信号 420mA(精度1.5%)3、输出规格电动调节阀:电流输入 420mA 对应于阀开度0100(死区1.0%)变频器: 050Hz
20、对应于水泵转速 03000r/min4、接线要求被控对象与控制桌之间由航空插头对应连接即可。上位机按计算机系统要求接好电源即可。被控对象供电时必须接地,220VAC的L,N相要接对。3 监控系统的开发设计3.1 开发工具组态王的介绍3.1.1 组态王软件的结构组态王是运行于Microsoft Windows XPNT中文平台的中文界面的人机界面软件,采用了多线程、COM组件等新技术,实现了多任务,软件运行稳定可靠。组态王软件包由工程浏览器(TouchExplorer)、工程管理器(ProManager)和画面运行系统(TouchVcw)三部分组成。在工程浏览器中可以查看工程的各个组成部分,也可
21、以完成数据库的构造、定义外部设备等工作;工程管理器内嵌画面管理系统,用于新工程的创建和已有工程的管理;画面的开发和运行由工程浏览器调用画面制作系统(TouchMak)和画面运行系统来完成。画面制作系统是应用工程的开发环境,可以在这个环境中完成画面设计、动画连接等工作。TouchMark具有先进完善的图形生成功能;数据库提供多种数据类型,能合理地提取控制对象的特性;对变量报警、趋势曲线、过程记录、安全防范等重要功能都有简洁的操作方法。工程管理器是应用程序的管理系统。ProjManager具有很强的管理功能,可用于新工程的创建和删除,并能对已有工程进行搜索、备份及有效恢复,实现数据词典的导入和导出
22、。画面运行系统是组态王软件的实时运行环境,在应用工程的开发环境中建立的图形画面只有在画面运行环境中才能运行。画面运行系统从控制设备中采集数据,并保存在实时数据库中。它还负责把数据的变化以动画的方式形象地表示出来,同时可以完成变量报警,操作记录、趋势曲线等监视功能,并按实际需求记录在历史数据库中。3.1.2 组态王与外部设备的通讯组态王把每一台与之通讯的设备看作是外部设备,为实现组态王要和外部设备的通讯,组态王内置了大量设备的驱动程序作为组态王和外部设备的接口,在开发过程中只需根据工程浏览器提供的设备配置向导一步步完成连接过程,即可实现组态王和相应外部设备驱动的连接。在运行期间,组态王就可通过驱
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