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制糖工程毕业论文中文摘要蔗糖生产是我国的特色产业之一，发展蔗糖产业对社会经济的发展具有重要的意义。甘蔗制糖工艺流程包含以下几个过程：预处理、提汁、蔗汁清净、蒸发、煮糖、干燥。其中蒸发过程是制糖环节中很重要的一个环节，直接影响到制糖生产的效率，合理控制蒸发过程中蒸发罐内的各个参数，对制糖工艺来说，是十分有意义的。实现对蒸发罐内各参数的控制，一般由PLC进行控制。而PLC与上位机相连，上位机采用监控组态软件进行开发.监控软件运行于Windows98/NT操作系统下，可在界面动态显示参数的变化，实现对生产过程的动态监控、控制参数的在线修改和数据管理功能。组态软件通过I/O设备获得实时数据，对数据进行必要的加工后，一方面以图形方式直观地显示在计算机屏幕上；另一方面按照组态要求和操作人员的指令将控制数据送给I/O设备，对执行机构实施控制或调整控制参数。在监控系统广泛运用于生产的今天，从开放性、实时性等方面对监控系统提出了更高的要求，本课题的研究对制糖过程中监控系统的设计有一定的指导意义。关键词： 制糖、蒸发、PLC、监控系统、组态软件、I/O设备AbstractSugar production is one of the pillar industries in Guangxi, The development of sugar industry in Guangxis economic development is of great significance. Sugar cane process includes the following process: Pretreatment of sugar cane, Mention of sugarcane juice, pure sugar cane juice, Sugar evaporation, Boiled sugar cane, Dry sucrose. Which link the sugar evaporation process is a very important aspect of. A direct impact on the efficiency of sugar production, Reasonable control of evaporation in the evaporation process of the various parameters of the tank, it is very meaningful to the process of sugar refining. To achieve the control of each parameter of evaporation tank, general control by the PLC. The PLC and the PC connected, PC software configuration used to monitor the development. The monitoring software running on Windows98/NT operating system, Dynamic display in the interface parameters change, Realize the dynamic monitoring of the production process, Modify control parameters and data-line management functions. Configuration software through the I/O devices to obtain real-time data, the necessary data processing, On the one hand, intuitive and graphically displayed on the computer screen; on the other hand, in accordance with the configuration requirements and the operators instructions to control data to the I/O devices, the implementation of institutions to control or adjust the control parameters. Widely used in the production monitoring system today, from the open, real-time monitoring system in terms of a higher demand, the subject of the course of the study on the sugar in the design of monitoring systems have a certain significance.Key words: sugar cane sugar, juice evaporation, PLC, control system, configuration software, I / O devices目 录第一章 绪论11.1 我国的制糖发展11.2 可编程控制器的运用11.3 组态软件的发展2第二章 制糖蒸发过程42.1 多效蒸发原理52.2 蒸发管理62.2.1 低液面“四定”操作法62.2.2 蒸发查定7第三章 可编程序控制器简介83.1 PLC概况及发展现状83.1.1 PLC概况83.1.2 PLC发展现状83.2 PLC的主要功能103.3 PLC的组成113.4 S7-200系列PLC简介12第四章 组态软件134.1国产组态软件组态王KingView6.5134.2 组态王和下位机的通讯144.3 建立应用程序的一般过程15第五章 监控软件的设计165.1 组态王与S7-200的通信方式165.2 建立新项目165.3 建立新画面175.4 使用图形工具箱185.5 定义外部设备195.6 定义组态王数据变量205.7 建立动画连接225.7.1 蒸发罐液位动画连接225.7.2 蒸发罐压力动画连接235.7.3 入汁温度、出汁温度及糖浆锤度的动画连接245.8 趋势曲线245.8.1 设置实时趋势曲线245.8.2 设置历史曲线265.9 设置报警窗口285.9.1 设置实时报警窗口285.9.2 设置历史报警窗口315.10 建立报表325.10.1 设置报表形式325.10.2 设置报表单元格33第六章 结论35参考文献：36致 谢37第一章 绪论1.1 我国的制糖发展制糖业是工农业紧密结合的产业与其它产业相比有着明显的特点：一是食糖是典型的季产年销产品，加工生产周期短，全年进行销售；二是产量波动大，调控性差。糖料甘蔗和甜菜作为农作物，由于种植生长周期长受自然条件、气候等因素影响大，其收成、糖分、产量波动幅度大，市场调节周期长；三是食糖供求关系变化较大，食糖市场价格波动幅度大；四是国际食糖市场具有特殊性，发达国家采取高关税和出口补贴政策，导致国际市场食糖价格多数年份低于平均生产成本，并且在世界农副产品贸易中，食糖价格波动幅度最大。近年来，我国的制糖业已形成集种植、收获、加工、销售为一体的完整的产业链，是农业产业化程度最高的行业之一。1.2 可编程控制器的运用可编程控制器(PLC)是工业自动化的主导产品,它已经成为现代工业控制的三大支柱之一(机器人、PLC和CAD/CAM)，其可靠性高以及使用方便已广为工程技术人员所熟知。经过这么多年的发展，可编程控制器已经成为最重要、最可靠、应用场合最广泛的工业控制微型计算机。可编程控制器充分应用大规模集成电路技术、微电子技术和通讯技术进行工程逻辑控制、过程控制、数据采集与控制、图形工作站等综合控制系统。在实际生产中，可编程控制器不仅可以取代以传统的继电器和以控制盘为主的顺序控制器，而且在各种工业自动生产线和其他自动控制系统方面也获得日渐广泛的应用。例如在农业生产中，PLC被用于控制珍稀作物生长的温度和湿度等外部因素。上世纪80年代至90年代中期是PLC发展最快的一段时期，年增长率一直保持为30-40%。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力方面都得到了大幅度的提高。PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上已经取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。1.3 组态软件的发展新型的工业自动化控制系统正以标准的工业计算机软、硬件平台构成的集成系统取代传统的封闭式系统，具有实用性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等明显优点。通常可以把这样的系统划分为控制层、监控层、管理层三个层次。监控层对下连接控制层，对上连接管理层，它不但实现对现场的实时检测与控制，且经常在自动控制系统中起上传下达、组态开发的重要作用。监控层的硬件以工业级的微型计算机他工作站为主，目前更趋向于工业微机。组态软件指数据采集与过程控制的专用软件，它们是在自动控制系统监控层一级的软件平台他开发环境，能以灵活多样的组态方式（而不是编程方式）提供良好的用户开放界面和简捷的使用方法，其预设置的各种软件模块可以非常容易地完成监控层的各项功能，并能同时支持各种硬件厂家的计算机和I/O产品,与高度可靠的工控计算机和网络系统结合,可向控制层和管理层提供软、硬件的全部接口，进行系统集成。目前世界上有不少专业厂家（包括专业软件公司）和硬件/系统厂商生产和提供各种组态软件产品。组态软件通常有以下几方面的功能:1、 强大的画面显示组态功能。目前，工控组态软件大都运行于windows环境下，充分利用windows的图形功能完备，界面美观的特点，提供给用户丰富的作图工具，可随心所欲的绘制出各种工业画面，并可任意编辑，从而将开发人员从繁重的画面设计中解放出来，丰富的动画连接方式，如隐含、闪烁、移动等等，使画面生动、直观。2、良好的开放性。社会化的大生产，使得系统构成的全部软硬件不可能出自一家公司的产品，“异构”是当今控制系统的主要特点之一。开放性是指组态软件能与多种通讯协议互联，支持多种硬件设备。开放性是商量一个组态软件好坏的重要指标。组态软件向下应能与低层的数据采集设备通讯，向上能与管理层通讯，实现上位机和下位机的双向通讯。3、 丰 富 的功能模块.提供丰富的控制功能库，满足用户的测控要求和现场要求。利用各种功能模块，完成实时监控、产生报表、显示历史曲线、实时曲线、提供报警等功能，使系统具有良好的人机界面，易于操作.系统既可适用于单机集中式控制，分布式控制，也可以是带远程通信能力的远程测控系统。4、 强大的数据库。配有实时数据库，可存储备种数据，如模拟型，离散型，字符型等，实现与外部设备的数据交换。5、 可编程的命令语言。有可编程的命令语言，使用户可根据自己的需要编写程序，增强图形界面。6、 周密的系统安全防范。对不同的操作者，赋予不同的操作权限，保证整个系统的安全可靠运行。7、 仿真功能。提供强大的仿真功能，使系统并行设计，从而缩短开发周期。第二章 制糖蒸发过程我国是世界上用甘蔗制糖最早的国家之一，已有2000多年的历史。当前，根据制糖工艺的不同，甘蔗白沙糖可分为硫化糖和碳化糖。碳化糖由于保质期较长，质量较好，价格相对硫化糖较高，目前国内多数糖厂生产的是硫化糖。甘蔗制糖工艺大概分为以下几个过程：甘蔗的预处理、甘蔗的提汁、蔗汁的清净、蔗汁的蒸发、煮糖、砂糖的干燥、砂糖过筛、称重、包装和成品入库。工艺流程如下图11所示。甘蔗原料甘蔗压榨甘蔗提汁蔗汁的清净蔗汁的蒸发煮糖砂糖的干燥成品图 21 蔗糖生产过程蒸发站既是糖厂热系统的中心, 又是制糖工艺过程的神经中枢, 它不仅担负着浓缩搪汁的任务, 而且还要利用蒸发过程中生产的汁汽供前后工序使用。蒸发操作控制的重要环节之一, 是要保证蒸发罐内糖汁始终处于稳定的低液面状态, 以便发挥其最大的蒸发效能大幅度的液面波动, 不但影响蒸发效能, 还会造成蔗糖焦化或者跑糖, 以至于影响整个制糖生产加工能力、产品质量和能源消耗。“ 蒸发系统”在制糖行业被称为第二锅炉,所以在整个制糖生产线中起着决定性作用。该系统是以控制蒸发罐为主, 并对制糖生产线的各关键工序从菜丝量到糖浆箱的仪表数据采集为辅的控制系统, 该系统采用电容式差压液位变送器检测蒸发罐内的液位变化,用气动薄膜阀来控制各罐的出汁量, 再由上位机与数据采集表组成微机控制与检测系统, 实现了一至五效和一个煮水罐的液位平衡, 使各罐发挥出了最佳的蒸发效率, 糖汁质量显著提高, 从而提高了产品的优级品率, 降低了能源消耗。该系统的运用成功, 不仅提高了企业的经济效益和社会效益, 还减轻了操作工人的劳动强度, 强化了现代化管理手段, 促进了企业职工文化素质的提高, 并为今后制糖生产全过程采用微机监控打下了基础。2.1 多效蒸发原理糖厂蒸发站是将第一罐产生的二次蒸汽引入第二罐气鼓作为加热蒸汽，将第二罐产生的二次蒸汽又引入第三罐汽鼓作为加热蒸汽，这样的蒸发称为多效蒸发。实现多效蒸发的条件是：各罐内的溶液的沸点都要比该罐内的加热蒸汽的冷凝温度低，它可以通过控制各罐的压强来实现，因溶液的沸点是随压强而变的。压强愈小，溶液的沸点也愈低。蒸发罐的效序是按蒸汽流程来排列的，而不是按物料流程排列的。在糖厂中，通常把以透平机或蒸汽机的废气作为加热蒸汽者为第一效，利用第一效的二次蒸汽加热者为第二效，以此类推。如果第一效的二次蒸汽同时供给两个蒸发罐使用，则这两个罐都叫第二效。有的厂的透平机的废气满足不了蒸汽的要求，另要补充一部分来自锅炉的减压蒸汽，若将高压蒸汽直接经过减压阀降压使用，则热能利用不合理。因此在第一效前另设一个蒸发罐用高压蒸汽加热，这个蒸发罐就称为“零效”。零效的二次蒸汽和来自透平的废气汇合，作为第一效加热用。多效蒸发的热经济是很高的，也就是说它的耗气率较低。若第一效是沸点进料，各效过汁的自蒸发及热损失均略去不计，按1公斤蒸汽蒸发1公斤水来计算，双效蒸发的耗气率是0.5；三效蒸发的耗气率是0.33；四效蒸发的耗气率是0.25；反过来说，1公斤加热蒸汽，对于n效蒸发可总共蒸发去n公斤水。现在糖厂蒸发装置多采用三效、四效、五效，只有少数采用六效。很少见到采用更多效的。如果改进蒸发设备的结构，提高第一效糖汁温度，减少有效温度差的损失，也有可能增加效数。2.2 蒸发管理蒸发过程是一个传热过程。因此蒸发的管理实际上就是控制和调节能影响热量传递过程的有关因素，如加热压力、汁汽抽用量、液面高低、“走糖”、积垢等能影响各效传热系数和有效温度差分配的因素。同时还要注意防止“跑糖”和积垢的防除。2.2.1 低液面“四定”操作法目前我国糖厂已广泛采用低液面“四定”操作法。所谓低液面蒸发就是保持各效在沸腾时假液面仅可盖过管板的最低液面进行蒸发。低液面蒸发可使静压损失减少至最低限度，增加传热的有效温度差，发挥最大的蒸发效能。四定就是:第一效加热蒸汽压力稳定。要根据入蒸发罐的清汁量及其锤度、温度、积垢生成情况及要求的糖浆浓度等确定第一效的加热蒸汽压力，并保持压力表读数稳定，这样可保持一定得总温差，得到预计的蒸发强度。真空度稳定。保持蒸发罐真空度的波动不超过1-2厘米汞柱，因为真空度的波动会导致汁气的体积急剧变化，引起飞溅和走糖损失，蒸发效能也受影响。为保持稳定的真空度，必须注意调节氨管，通常氨管是逐效开大的，开得太小不凝性气体排除不完全，开得过大则会造成蒸汽的浪费。任何一效真空度如果突然发生变化，经检查如为汽凝水排除不及时所致，则将汽凝水暂时放街；如为不凝性气体排除不良所影响，应即重新调节氨管，使真空度恢复正常。液面高度的稳定。要求入料温度接近罐内糖汁沸点，入料锤度和入料量也应保持一定，在其它条件稳定的情况下，控制各效进料阀这大小，使沸腾时仅有一层薄薄的糖浆掠过顶部管板，即真液面约在加热管的1/3高度处。各阀门稳定。是指按来汁量开启第一效汽鼓蒸汽阀及各效入汁阀、不凝气和汽凝水排除阀之后，不宜经常变动，以免影响蒸发速率，必要调节时也不以暴开暴关，只能作适当的缓慢调节。对于有抽汁汽的蒸发系统，还要求抽取汁汽最稳定，以保证各效的压力或真空度稳定，减少“走糖”损失，这样“四定”就发展为“五定”了。2.2.2 蒸发查定糖厂蒸发查定，一般是查定现有蒸发设备的工作效能，测出各效传热系数K，算出各效的有效温差和蒸发强度等。蒸发传热效能的查定应取的数据包括以下各项：1.各效传热面积（F）；2.各效加热蒸汽的压力（P）、温度（T）；3.各效汽凝水量（D）、温度（）；4.各效入、出汁的浓度（BX）；5.各效抽汁汽情况和各效汁汽压力（P）；6.清汁的重量(G)、温度（t。）。查得上述数据后，根据物料衡算、热量衡算以及传热基本方程式算出各效蒸发水量、抽汁汽量、各效传热量、有效温度差、各效传热系数和蒸发强度。从查定计算所得的各效有关数值，特别是K和t及U值，与正常的情况对照，分析设备运行的情况，发现热力利用不合理或传热效能差时，即采取针对性的措施进行调整。第三章 可编程序控制器简介3.1 PLC概况及发展现状3.1.1 PLC概况可编程序控制器 (Program Logical Controller)，简称PLC，是一种专为在工业环境应用而设计的数字运算电子系统，它是以微处理机为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术等现代科技而发展起来的一种新型工业自动控制装置，是当今工业发达国家自动控制的标准设备之一。由于PLC采用了“三机一体化”的综合技术即集计算机、仪器仪表、电气控制于一身，具有高可靠性、强抗干扰能力、组合灵活、编程简单、维修方便和低成本等诸多特点，因而与其它控制器相比它更加适合工业控制环境和市场的要求;再加上PLC发展过程中产品的系列化、产业化和标准化，使之从早期的逻辑控制、顺序控制迅速扩展到了连续控制，开始进入批量控制和过程控制领域，并迅速成为工业自动化系统的支柱。目前，PLC在小型化、大型化、大容量、强功能等方面有了质的飞跃。3.1.2 PLC发展现状现代PLC发展呈现出以下特点:(1)小型PLC产品功能增强、结构优化小型PLC一般是指I/O点数不超过 128的PLC，其CPU模块和I/0模块一般集成在一起，采用整体式结构。小型PLC发展比大、中型PLC更快，主要是因为大型PLC在传统市场中已趋饱和，各PLC厂商纷纷致力于抢夺过去不受重视的低端市场。各PLC制造商，几乎都有自己的小型化PLC系列产品，例如三菱电机公司的FX2和FX2C系列。它的每条逻辑指令的运算速度甚至比一些大、中型PLC的速度还快。多功能的小型PLC机不再局限于开关量的处理，而且有模拟量处理(PLC回路调节)、人机对话、高速数据处理、运动控制、通信联网等众多功能。有的还采用无底板、无机架的结构，主单元输入和输出都采用接插件，I/0扩展模块或扩展单元与主单元分开安装。大量采用高集成度的专用集成电路使PLC整机所用的元器件大大减少，PLC的小型化日趋明显。而大型PLC大多采用多CPU结构，不断向高性能、高速度、大容量方向发展。(2)强化联网通信能力由于PLC的联网通信能力与工厂的自动化水平密切相关，而且在同一系统中采用多种控制技术，对于解决复杂的工业控制问题，是一种很有吸引力的方法，因而强化通信能力是近几年PLC发展的一个重要方面。其趋势为向高速、多层次大的信息吞吐量、高可靠性及开放式的通信发展。各PLC生产厂商都有其总线标准，如西门子的PROFIBUS、AB的CONTROLNET、DEVICENET及ETHENET等，而同时它们又紧跟现场总线的发展潮流，并开始转向开放的网络协议。在其通信接口上可以连接不同的控制设备，分别执行不同的任务。(3)PLC的通信联网功能使PLC与个人计算机及其它智能控制设备之间可以交换信息，形成一个统一的整体，从而构成“集中管理、分散控制”的分布控制系统。采用微处理芯片将智能扩展到控制系统的各个环节，从传感器、变送器到I/O模块、执行器，这样产生了智能分散系统SDS。现在几乎所有PLC产品均有通信联网功能，通过双绞线、同轴电缆或光纤，信息可以传到几十千米远的地方。在网络中，个人计算机、图形工作站、小型机等可以作为监控站或工作站，它们能够提供屏幕显示、数据采集、分析处理、记录保留和回路面板显示等功能。(4)I/O模块分散化、智能化由一台大型控制设备来处理的工作越来越多地由小型控制器组成的网络来实现或分散到智能I/O设备中。分散型I/O的特点是I/0与PLC模块不在一个机架或底板上，远程I/0就地分散安装。用双绞线或电缆与CPU高速通信，并且具有自诊断能力。智能型I/O模块是以微处理器和存储器为基础的功能部件，它们本身就是一个小的微型计算机系统，有很强的信息处理能力和控制功能。它们能完成许多PLC本身无法完成的任务，使其功能大大增强，使系统的扩充和更改更为灵活，提高了PLC的适应性和可靠性。现场总线I/O是现在的发展热点，它是开放的、独立的、全数字化的。它集检测、数据处理、通信为一体，与工业计算机(IPC)组合可以组成廉价的DCS系统。它安装方便，可以大大节约费用。3.2 PLC的主要功能PLC其主要功能如下:(1)数据采集与输出可实现在线的数据(包括模拟量和数字量)采集和输出;(2)控制功能包括顺序控制、逻辑控制、定时、计数;(3)数据处理功能能进行基本数学运算、逻辑运算、PID运算、比较、滤波等，还可用高级语言编程实现复杂的控制算法;(4)输入/输出信号调制功能具有A/D、D/A转换功能，通过I/O模块(可远程进行)完成对模拟量的控制和调节，具有温度、位置等测量接口;(5)通信、联网功能现代PLC大多数都采用了通信、网络技术，有RS232或RS485接口，可进行远程I/0控制，多台PLC可彼此间联网、通信，外部器件与一台或多台可编程控制器的信号处理单元之间，实现程序和数据交换，如程序转移、数据文档转移、监视和诊断。在系统构成时，可由一台计算机与多台PLC构成“集中管理、分散控制”的分布式控制网络，以便完成较大规模的复杂控制。通常所说的根据国内外兴起的计算机集成生产系统CIMS先进思想，形成新一代SCADA系统 (Supervisory Control And Data Acquisition)即数据采集与监视控制系统，其现场和远程也可以采用PLC作现场机;(6)支持人机界面功能通过友好的人机界面向操作者提供监视机器和过程工作必需的信息。允许操作者通过人机界面与其应用程序相互作用，以便作决策和调整，实现工业的分散控制和集中监视管理。(7)编程、调试等大部分PLC支持在线编程和调试，便于发现错误，优化程序。可以预见，未来PLC仍将朝着以下方向发展:(1)功能化随着新技术的采用，功能将进一步强化;(2)模块化将专用功能集成于一个模块;(3)集成化实现与IPC、DCS、CNC等的集成;(4)智能化各模块均带有自己的CPU，有独立的处理能力;(5)标准化各公司产品(硬件和软件)标准化，实现互相兼容;(6)开放化系统体系结构完全开放，实现集散分布式控制。3.3 PLC的组成可编程控制器PC或PLC是一种以微处理器为核心的用于工程自动控制的工业控制机，其本质是一台工业控制专用计算机。它的软、硬件配置与计算机极为类似，只不过它比一般计算机具有更强的与工业过程相连接的接口和更直接的适应于控制要求的编程语言。PLC机硬件主要由中央处理单元(CPU)、存贮器、输入/输出单元以及编程器、电源和智能输入/输出单元等构成。结构如图4.1所示。图31 PLC的组成3.4 S7-200系列PLC简介西门子公司的SIMATIC S7-200系列属于小型可编程序控制器，可用于代替继电器的简单控制场合，也可以用于复杂的自动化控制系统。S7-200系列PLC共有5种基本型号的CPU模块，即CPU221、CPU222、CPU224、CPU226、CPU226XM，控制点数可以从10点扩展到248点。其中，CPU221无扩展功能，适于用做小点数的微型控制器，CPU222有扩展功能，CPU224是具有较强控制功能的控制器，CPU226和CPU226XM功适用于复杂的中小型控制系统。所有型号的CPU在内部都集成了1个(CPU221、CPU222、CPU224)或2个(CPU226，CPU226XM)通讯口，该通讯口为标准的RS485口，可在三种方式下工作，即PPI方式、MPI方式和自由通讯口方式。另外，S7-200可通过增加EM277模块接入Profibus-DP网络，通过CP243-1通讯模块连入工业以太网，通过CP243-2模块使其成为AS-i主站。第四章 组态软件4.1国产组态软件组态王KingView6.5北京亚控科技发展有限公司是国内最早成立的专业自动化软件厂家之一，截止到2000年底，“组态王”已在中国内装机5000套。组态王监控系统软件是新型的工业自动控制系统正以标准的工业计算机软、硬件平台构成的集成系统取代传统的封闭式系统，它具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等优点。“组态王”是运行于Microsoft Windows 98/2000/NT中文平台的全中文界面的组态软件，采用了多线程、COM组件等新技术，实现了实时多任务，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（ProjManager）和画面运行系统（TouchVew）三部分组成。在工程浏览器中您可以查看工程的各个组成部分，也可以完成构造数据库、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 TOUCHVEW 来完成的。TOUCHMAK 是应用程序的开发环境，具有先进完善的图形生成功能。用户需要在这个环境中完成设计画面、动画连接等工作。数据库中有多种数据类型，能合理地抽象控制对象的特性；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单的操作办法。TOUCHVEW 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 TOUCHVEW 中才能运行。TOUCHVEW 从工业控制对象中采集数据，并记录在实时数据库中。它还负责把数据的变化用动画的方式形象地表示出来，同时完成变量报警、操作记录、趋势曲线等监视功能，并生成历史数据文件。4.2 组态王和下位机的通讯“组态王”把第一台下位机看作是外部设备，在开发过程中可以根据“设备配置向导”的提示一步步完成连接过程。在运行期间，组态王通过驱动程序和这些外部设备交换数据，包括采集数据和发送数据/指令。每一个驱动程序都是一个COM对象，这种方式使通讯程序和组态王构成一个完整的系统，既保证了运行系统的高效率，也使系统能够达到很大的规模。如图5-1所示。图4-1 组态王和下位机的通信结构图4.3 建立应用程序的一般过程建立应用程序大致可分为以下四个步骤：1.设计图形界面2.构造数据库3.建立动画连接 4.运行和调试需要说明的是，这四个步骤并不是完全独立的，事实上，这四个部分常常是交错进行的。在用TOUCHMAK构造应用程序之前，需要仔细规划好项目，主要考虑三方面问题：图形 用组态王系统开发的应用程序是以“画面”为程序单位的，每一个“画面”对应于程序实际运行时的一个Windows窗口。数据 怎样用数据描述工控对象的各种属性？也就是创建一个实时数据库，用此数据库中的变量来反映工控对象的各种属性，比如“电源开关”。您的规划中可能还要为临时变量预留空间。 动画 数据和图形画面中的图素的连接关系是什么？也就是画面上的图素以怎样的动画来模拟现场设备的运行，以及怎样让操作者输入控制设备的指令。从下一节课开始，将按照以上步骤循序渐进地建立一个新的应用程序。第五章 监控软件的设计5.1 组态王与S7-200的通信方式本系统上位机与PLC进行通讯采用 PPI(Point-to-Point)通信方式。PPI(Point-to-Point)是西门子专为S7-200系列开发的一个通讯协议，为主/从协议，上位机为主站，S7-200为从站。在该通信方式下，使用PPI电缆将PC机串口和S7-200的通讯口相连，采用串行通讯方式。上位机组态王的设置基本相同，首先使用“设备配置向导”定义外部设备，选择西门子S7-200系列即PPI通信，并设定如下通信参数:波特率9600bps，数据位8位，停止位l位，偶校验。将PLC地址设为默认地址2。具体设计将在后面的5.5节具体说明。5.2 建立新项目首先启动组态王工程浏览器。工程浏览器运行后，将打开上一次工作后的项目。如果是第一次使用工程浏览器，默认的是组态王示例程序所在的目录。现在将要建立一个新项目，应执行以下操作： 在工程浏览器中选择菜单“工程/新建”，出现“新建工程”对话框。在对话框中输入工程名称：制糖过程监控软件设计,工程路径自动指定为当前目录下以工程名称命名的子目录。如果需要更改工程路径，请单击“浏览”按钮。 单击“确定”。组态王将在工程路径下生成初始数据文件。至此，新项目已经可以开始建立了。可以在每一个项目下建立数目不限的画面，一般的工程会有好几个画面，用来表示不同的攻能，如趋线画面、报警画面、报表画面等。可在画面中填加按钮，给按钮设定动画连接，则可在不同画面中进行切换。建立新工程如图5-2所示：图5-2 建立新工程5.3 建立新画面在工程浏览器中左侧的树形视图中选择选择“画面”，在右侧视图中双击“新建”。工程浏览器将运行组态王开发环境TOUCHMAK，弹出如下对话框。在“新画面”对话框中设置如下图，在对话框中单击“确定”。TOUCHMAK 将产生一幅名为“监控中心”的画面。如图5-3所示。图5-3 建立新画面5.4 使用图形工具箱 接下来在此画面中绘制各图素。绘制图素的主要工具放置在图形编辑工具箱内。当画面打开时，工具箱自动显示，如果工具箱没有出现，选择菜单“工具显示工具箱”或按F10键打开它。工具箱中各种基本工具的使用方法和WINDOWS中“画笔”很类似。首先绘制监控对象反应罐：在工具箱内单击文本工具，输入文字。在调整图形对象的相对位置时，几种对齐工具可能经常会用到。首先选中所有需要对齐的图形对象，然后在工具箱中单击所需的对齐工具即可。选择菜单“文件全部存”，保存工作成果。设置的画面如图5-4所示.图5-4 工艺流程画面5.5 定义外部设备组态王把那些需要与之交换数据的设备或程序都作为外部设备。外部设备包括：下位机（PLC、仪表、板卡等），它们一般通过串行口和上位机交流数据；其他 Windows 应用程序，它们之间一般通过 DDE 交换数据；外部设备还包括网络上的其他计算机。只有在定义了外部设备之后，组态王才能通过I/O变量和它们交换数据。这里使用西门子 S7-200系列PLC与组态王进行通信,假设S7-200连接在计算机的COM1口。在组态王工程浏览器的左侧选中“ COM1”，在右侧双击“新建”，运行“设备配置向导”。选择“西门子S7-200”的“PPI”项，单击“下一步”；为外部设备取一个名称，输入“PLC1”，单击“下一步”；为设备选择连接串口，假设为COM1，单击“下一步”；填写设备地址，默认地址2,单击“下一步”,单击“完成”。在定义数据库变量时，只要把IO变量连接到这台设备上，它就可以和组态王交换数据了。定义外部设备如图5-5所示.图 5-5 定义外部设备5.6 定义组态王数据变量数据库是“组态王软件”最核心的部分。在TouchVew运行时，工业现场的生产状况要以动画的形式反映在屏幕上，操作者在计算机前发布的指令也要迅速送达生产现场，所有这一切都是以实时数据库为核心，所以说数据库是联系上位机和下位机的桥梁。数据库中变量的集合形象地称为“数据词典”，数据词典记录了所有用户可使用的数据变量的详细信息。数据词典中存放的是应用工程中定义的变量以及系统变量。变量可以分为基本类型和特殊类型两大类，基本类型的变量又分为内存变量和I/O变量两种。“I/O变量”指的是组态王与外部设备或其它应用程序交换的变量。这种数据交换是双向的、动态的，就是说在组态王系统运行过程中，每当I/0变量的值改变时，该值就会自动写入外部设备或远程应用程序;每当外部设备或远程应用程序中的值改变时组态王系统中的变量值也会自动改变。所以，那些从下位机采集来的数据、发送给下位机的指令，比如反应罐液位、电源开关等变量，都需要设置成“I/O变量”。那些不需要和外部设备或其它应用程序交换，只在组态王内使用的变量，比如计算过程的中间变量，就可以设置成“内存变量”。基本类型的变量也可以按照数据类型分为离散型、实型、整型和字符串型。在制糖监控软件设计中,需要从下位机采集蒸发罐的加热温度、压力、液位及糖浆的锤度，所以需要在数据库中定义这五个变量。因为这些数据是通过驱动程序采集到的，所以五个变量的类型都是I/O实型变量。这四个变量分别命名为“蒸发罐液位”、“压力”、 “入汁温度”、“出汁温度” 和“锤度”，定义方法如下：在工程浏览器的左侧选择“数据词典”，在右侧双击“新建”，弹出“变量属性”对话框；对话框设置为如图5-6：设置完成后，单击“确定”。用类似的方法建立另四个变量“压力” 、“入汁温度”、“出汁温度”和“锤度”。 图5-6 定义数据变量5.7 建立动画连接5.7.1 蒸发罐液位动画连接在画面上双击图形对象“蒸发罐”，弹出“动画连接”对话框。单击“填充”按钮，弹出“填充连接”对话框，对话框设置如图5-7所示。单击“确定”。图5-7-1 蒸发罐液位动画连接5.7.2 蒸发罐压力动画连接在工具箱中选用文本工具，在“蒸发罐”外面输入字符串“压力”。双击文本对象“压力”，弹出“动画连接”对话框。单击“模拟值输出”，弹出“模拟值输出连接”对话框，对话框设置如图 5-7-2所示。 图5-7-2 蒸发罐压力动画连接5.7.3 入汁温度、出汁温度及糖浆锤度的动画连接 如上一节5.7.2方法一样,可对另三个参数入汁温度、出汁温度及糖浆锤度进行动画连接.选择 TouchMak 菜单“文件全部存”。至此,主界面的动画连接设置完成.5.8 趋势曲线 趋势曲线用来反应数据变量随时间的变化情况。趋势曲线有两种：实时趋势曲线和历史趋势曲线。这两种曲线外形都类似于坐标纸，X轴代表时间，Y轴代表变量值。所不同的是，在你的画面程序运行时，实时趋势曲线随时间变化自动卷动，以快速反应变量的新变化，但是不能随时间轴“回卷”，不能查阅变量的历史数据；历史趋势曲线可以完成历史数据的查看工作，但它不会自动卷动，而需要通过命令语言来辅助实现查阅功能。一个画面中可定义数量不限的趋势曲线，在同一个趋势曲线中最多可同时显示四个变量的变化情况。 5.8.1 设置实时趋势曲线激活画面制作系统TouchMak,在工具箱中选用“实时趋势曲线”工具，然后在画面上绘制趋势曲线，画面如图5-8-1；为了让操作者使用方便，在趋势曲线的下方需要增加标注，说明各种颜色的曲线所代表的变量。双击此实时趋势曲线对象，弹出“实时趋势曲线对象”对话框，对话框设置如下图:图5-8-1 实时趋势曲线趋线图如下所示：5.8.2 设置历史曲线5.8.2.1 绘制历史趋势曲线在工具箱内选择历史趋势曲线工具，在新画面上绘制历史趋势。双击趋势曲线，弹出“历史趋势曲线”对话框，对话框包括“曲线定义”和“标识定义”两部分。曲线定义如图5-8-2所示；单击对话框的“确定”按钮。对使趋势曲线内能显示变量的变化情况，你必须先对变量做如下设置：选择菜单“数据库/数据词典”。在“变量定义”对话框中单击“速览”。在变量列表中双击变量“蒸发罐液位”。单击“记录定义”对话框中“数据变化记录”选择框，使之有效。单击“保存”。用同样的方法使变量“加热温度”、“压力”和“糖浆锤度”的“是否记录”选项都有效。只有在“变量定义”对话框中使变量的“是否记录”选项有效时，才能在历史趋势曲线中显示此变量的变化情况，这是因为历史趋势曲线中的数据都取自记录文件，而数据文件只记录那些“是否记录”有效的变量。图5-8-2 历史趋势曲线定义5.8.2.2 为历史曲线建立控制为了从历史曲线上能够查询到所有时间段的历史数据，必须通过命令语言来动态改变历史曲线的时间轴（X轴）的范围。历史曲线时间轴的范围是由历史曲线的两个属性确定的。属性ChartStart代表时间轴的起始值属性ChartLength代表时间轴的长度。如果这两个属性的值被改变，历史曲线的时间轴范围也就被改变了。命令语言是一段类似于C语言的程序，如果能充分利用，将极大的扩充组态王的功能。在本处使用的命令语言仅仅是“命令语言连接”，是动画连接的一种。在工具箱内选择按钮工具，绘制一个按钮。单击此按钮，使之处于选中状态，选择菜单“编辑/字符替换”。将“字符串替换”对话框图中将字符串替换为“”。这两个按钮将用来卷动历史曲线的时间轴。双击按钮“”建立“弹起时”命令语言连接，程序为：history.ChartStart=history.ChartStart+300; 调整按钮的位置，完成后的画面如下图：5.9 设置报警窗口报警窗口用以反应变量的不正常变化，组态王自动对需要报警的变量进行监视。当发生报警时，将这些报警事件在报警窗口中显示出来，其显示格式在定义报警窗口时确定。报警窗口也有两种类型：实时报警窗口和历史报警窗口。实时报警窗口只显示最近的报警事件，要查阅历史报警事件只能通过历史报警窗口。为了分类显示报警事件，可以把变量划分到不同的报警组，同时指定报警窗口中显示所需的报警组。趋势曲线、报警窗口和报警组都是一类特殊的变量，有变量名和变量属性等。趋势曲线、报警窗口的绘制方法和矩形对象相同，移动和缩放方法与一样。5.9.1 设置实时报警窗口在工具箱中选用报警窗口工具，在画面上绘制报警窗口，画面如图5-9-1（1）；为使报警窗口内能显示变量的非正常变化，你必须先做如下设置：切换到工程浏览器，在左侧选择“报警组”然后双击右侧的图标进入“报警组定义”对话框。在“报警组定义”对话框中将“RootNode”修改为“车间”。单击“确认”，关闭“修改报警组”对话框。单击“报警组定义”对话框的“确认”按钮。图5-9-1（1） 绘制报警窗口在工程浏览器的左侧选择“数据词典”，在右侧双击变量名“蒸发罐液位”。在“变量属性”对话框中单击“报警定义”标签。将对话框设置如图图5-9-1（2）；报警组名已经自动设为“车间”。单击“确定”，关闭对话框。用同样的方法定义变量“加热温度”、“压力”和“糖浆锤度”的报警限只有在“变量定义”对话框中定义了变量的报警方式后，才能在报警窗口中显示此变量。接下来设置报警窗口。双击此报警窗口对象，弹出对话框，对话框设置如图图5-9-1（3）；各种文本的颜色也可自由设置。图5-9-1（2） 报警定义变量设置图5-9-1（3） 实时报警窗口设置运行后，报警窗口如下图所示：5.9.2 设置历史报警窗口再新建一幅历史报警画面。激活TouchMak程序选择菜单“文件/新画面”。设置“新画面”对话框如下图所示：在工具箱中选用“报警窗口”工具绘制报警窗口。画面如图5-9-2所示；“前”“后”两个按钮是用来翻阅历史报警事件的。图5-9-2 历史报警窗口接下来为历史窗口建立控制，双击按钮“前”，设置“弹起时”命令语言动画连接：PageUp(反应车间历史报警窗口，