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组态软件的储液罐监控系统
- 资源描述：
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基于组态软件的储液罐监控系统的设计【无图】,基于,组态,软件,储液罐,监控,系统,设计,基于组态软件,组态软件的储液罐监控系统
- 内容简介：
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南 阳 理 工 学 院 毕业设计（论文）任务书 机 电 系 机械设计制造及自动化 专业 指导教师 职称 一、毕业设计（论文）题目： 基于组态软件的 储液罐 监控系统的设计 二、毕业设计（论文）工作规定进行的日期： 2009年 12 月 14 日起至 2010 年 5 月 23日止 三、毕业设计（论文）进行地点： 设计教室、检测实验室、 金工车间 四、任务书的内容： 选题的目的、意义： 组态软件 应用范围广泛，可用于 开发电力、石油、机械、冶金等领域的工业自动化、过程控制、管理监测等系统。 它很好地解决了传统工业控制软件存在的种种问题，使用户能根据自己的控制对象和控制目的任意组态，完成最终的自动化控制工程。利用组态软件可以模拟 被控对象和控制过程，实现动画演示，构建一个与实际控制现场相似的组态环境。 本题目要求学生利用 组态软件模拟 储液罐的实际工作过程， 将 组态软件有机地结合在一起，在计算机屏幕上以“动画”方式再现 控制过程及结果。 该项目完成以后，既可加深学生对本专业相关各门课程内容的理解，又提高了他们的实 际动手能力，且其最终成果可为本系可编程控制器、机电传动控制等课程的实践教学环节进行服务。因此，本课题具有良好的教学和实践应用前景。 主要内容及技术要求： 主要内容 : 1、 制程序设计 2、 程序调试及模拟运行 3、 用 组态软件编制动画，进行组态 4、 将 液罐模型 及计算机连接进行系统调试 5、 编制相应的技术文件 技术要求： （ 1）要求选用 行控制。 （ 2） 有高、中、低三个液位传感器。 （ 3）可循环工作和手动复位 。 （ 4） 组态画面仿真储液罐实际运行过程。 （ 5）计算机、 储液罐 模型 连接，使监控系统正常运行。 原始数据与资料： 网上资源、可编程控制器、机械工程检测技术、机械设计等相关参考资料 进度安排： 1：进行资料收集、整理，提交开题报告 3：熟悉编程工具，组态软件 等 基础知识 5：完成实现控制要求的 序设计和组态画面的设计 12： 计算机 组态软件 、 储液罐 模型 连接 ， 系统总体调试 14：完成毕业设计资料的整理，论文完成，准备毕业答辩 16 周：进行毕业答辩 主要参考资料： 王立权等 哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社， 2005 庞兴华 北京：机械工业出版社， 2009 龚庆寿 北京： 高等教育出版社 ， 2006 肖广润等 武昌：华中理工大学出版社， 1995 胡学林 北京：电子工业出版社， 2004 英文资料翻译及其它要求： 研究室主任签名： 年 月 日 系分管领导签名： 年 月 日 学生签名： 年 月 日 基于组态软件的储液罐监控系统的设计 本 科 毕 业 设 计（论 文） 基于组态软件的储液罐监控系统的设计 院（系）： 机电工程 专 业： 机械设计制造及自动化 学 生 姓 名： 学 号： 指 导 教 师（职称）： 起 止 日 期： 基于组态软件的储液罐监控系统的设计 基于组态软件的储液罐监控系统的设计 机械设计制造及自动化专业 蔡群 摘 要 本文 以 储液罐 为控制对象 ,主要介绍了对 储液罐 实物模型的 计过程、组成，列出了具体的主要硬件电路、控制程序及梯形图。利用组态王软件生成组态画面，并且和 储液罐 实物模型联机运行调试。由 制系统控制 储液罐 ，组态监控储液罐模型，利用组态画面的动画连接在计 算机上实现监控动态画面。 关键词 液罐；控制系统；组态王；动画连接 as a of LC to by LC to of to 于组态软件的储液罐监控系统的设计 目 录 1 绪论 . 1 题来源 . 1 . 1 2 储液罐的控制系统 . 2 . 2 . 2 . 3 . 5 液罐控制系统的设计与程序编写 . 6 析评估控制任务 . 6 制系统的 I/. 7 器控制系统原理图 . 7 统程序设计 . 8 . 9 . 10 3 储液罐的监控系统设计 . 13 . 13 . 13 . 14 . 15 . 15 . 16 . 20 设备管理 . 20 4 联机调试 . 21 结束语 . 22 参考文献 . 23 致谢 . 24 基于组态软件的储液罐监控系统的设计 1 1 绪论 题来源 本课题主要是利用组态软件模拟 拟 储液罐的实际工作过程， 构建一个与实际控制现场相似的组态环境 。主要涉及 着工业自动化水平的迅速提高，计算机在工业领域的广泛应用，人们对工业自动化的要求越来越高，种类繁多的控制设备和过程监控装置在工业领域的应用，使得传统的工业控制软件已无法满足用户的各种需求。在开发传统的工业控制软件时，当工业被控对象一旦有变动，就必须修改其控制系统的源程序，导致其开发周期长；已开发成功的工控软件又由于每个控制项目的不同而使其重复使用率很低，导致它的价格非常昂贵；在修改工控软件的源程序时，倘若原来的编程人员因工作变动而离去时，则必须同其他人员或新手进行源程序的 修改，因而更是相当困难 , 通用工业自动化组态软件的出现为解决上述实际工程问题提供了一种崭新的方法，因为它能够很好地解决传统工业控制软件存在的种种问题，使用户能根据自己的控制对象和控制目的的任意组态，完成最终的自动化控制工程。自动化已经成为一种趋势，对自动化过程的监控就成为我们不可以回避的课题。现在组态软件做为通用的工具提醒本课题的重要性。 题背景 自 2000 年以来，国内监控组态软件产品、技术、市场都取得了飞快的发展，应用领域日益拓展，用户和应用工程师数量不断增多。充分体现了“工业技术民用化”的发展趋 势。监控组态软件是工业应用软件的重要组成部分，其发展受到很多因素的制约，归根结底，是应用的带动对其发展起着最为关键的推动作用。 组态软件是在信息化社会的大背景下，随着工业 术的不断发展而诞生、发展起来的。在整个工业自动化软件大家庭中，监控组态软件属于基础型工具平台。监控组态软件给工业自动化、信息化、及社会信息化带来的影响是深远的，它带动着整个社会生产、生活方式的变化，这种变化仍在继续发展。因此组态软件作为新生事物尚处于高速发展时期，目前还没有专门的研究机构就它的理论与实践进行研究、总结和探讨，更没有 形成独立、专门的理论研究机构。近 5年来，一些与监控组态软件密切相关的技术如 场总线等技术也取得了飞速的发展，是监控组态软件发展的有力支撑。 基于组态软件的储液罐监控系统的设计 2 2 储液罐控制系统 液罐结构和工作原理 两种液体的混合搅拌机 ，其要求是将 两 种液体按一定比例混合，在电动机搅拌后将混合的液体输出容器 。 并形成循环状态，在按停止按扭后依然要完成本次混合才能结束。混合搅拌机的整体由混合罐体，液位传感器，电磁阀，搅拌电机，搅拌叶等组成。模型如图 2 2 图 2 液罐结构左视 图 2液罐结构右视 按动绿色按钮启动 A、 B 罐顺序向下方混料罐注水，停止注水电机开始搅拌，最后停止搅拌混料罐阀门打开，水流出。随后新一轮开始。 概述 为工业环境而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算数等操作指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型机械的生产过程。 主要特点有： 抗干扰能力强，可靠 性高； 控制系统结构简单，通用性强； 编程方便，易于使用； 功能强大，成本低； 设计、施工、调试的周期短； 维护方便。 如图 2基于组态软件的储液罐监控系统的设计 3 图 27 系统组成 其组成结构和工作原理基本相同。用 实质是按控制功能要求，通过程序按一定算法进行输入 /输出变换，并将这个变换给以物理实现，并应用于工业现场。 为工业现场应用而设计，采用了典型的计算机结构，他主要是由 源、存储器和专门设计的输入 /输出接口电路等组成。图 2 结构框图。 图 2中央处理单元（ 中央处理单元（ 般由控制器、运算器和寄存器组成，这些电路都集成在一个芯片内。 过数据总线、地址总线和控制总线与存储单元、输入 /输出接口电路相连。 2存储器 基于组态软件的储液罐监控系统的设计 4 系统存储器用来存放由 固化在 ，用户不能更改。它是 够完成 计者规定的各项工作。用户存储器包括用户程序存储器和用户数据存储器。用户程序存储器用来存放用户正对具 体控制人物用规定的 户数据存储器可以用来存放用户程序中所使用期间的 3. 输入 /输出单元 输入和输出信号类型可以是开关量、模拟量。输入 /输出接口单元包含两部分：一部分是与被控设备相连的接口电路，另一部分是输入和输出的映像存储器。输入单元接收来自用户设备的各种控制信号，如限位开关，操作按钮、选择开关、行程开关以及其他一些传感器的信号。运行时 照用户程序进行计算，将有关输出的最新计 算结果放到输出映像寄存器。输出映像寄存器有输出点相对应的触发器组成，输出接口电路将其由弱点控制信号转换成现场需要的强电信号输出，以驱动电磁阀、接触器、指示灯等被控制设备的执行元件。 4. 电源部分 20V 的交流电源或 24部的开关电源为 央处理器。存储器等电路提供 5V. 5V、 24V 等直流电源，整体式的小型 提供一定容量的直流 24V 电源，供外部有缘传感器（如接近开关）使用。 5 264体积 小、效率高、抗干扰能力强。 5. 扩展接口 扩展接口用于将扩展单元或功能模块与基本单元相连，使 满足不同控制系统的需要。 6. 通信接口 为了实现“人 及”或“机 间的对话，有些 摸屏、打印机相连，提供方便的人机交换途径；也可以与其他的 算机以及现场总线网络相连，组成多机系统或工业网络控制系统。 7. 编程设备 过去的编程设备一般式编程器，其功能仅限于用户读写和调试。现在 而代之的是给用户配置在 运行的基于 编程软件。使用编程软件可以在屏幕上直接生成和编辑梯形图、语句表、功能块图和顺序功能图程序，并可以实现不同编程用语言的相互转换。程序被编译后下载到 可以将 序可以保存和打印，通过网络，还可以实现远程编程编程。 基于组态软件的储液罐监控系统的设计 5 工作原理 的工作原理是建立在计算机工作原理基础之上的，及通过执行反映控制要求的用户程序来实现的。 算机在每一瞬间只能做一件事 ，所以程序的执行时按程序顺序依次完成相应各电器的动作，所以它属于串行工作方式。 个过程可分为三部分。 第一部分是上电处理。机器上电后对 统进行一次初始化，包括硬件初始化，I/电保持范围设定，系统通信参数配置及其他初始化处理。 第二部分是扫描过程。 完成输入处理，其次完成与其他外设的通信处理，在此进行时钟、特殊寄存器更新。当 式时，转入执行自检诊断。当 于 式时 ，还要完成用户程序的执行和输出处理，在转入执行自检诊断。 第三部分是出错处理。 行一次自诊断检查，确定 池电压、程序存储器。 I/O 和通信等是否异常或出错。如检查出异常时， 特殊寄存器中会存入出错代码；当出现致命错误时， 强制为 有扫面便停止。 图 2行正常时，扫描周期的长短与 运行速度、 I/O 点的情况、用户应用程基于组态软件的储液罐监控系统的设计 6 序的长短及编程情况等有关。不通指令其执行时间是 不同的，故选用不同指令所用的扫描时间将会不同。 液罐控制系统的设计与程序编写 析评估控制任务 在炼油、化工、制药等行业中 ,多种液体混合是必不可少的工序 , 而且也是其生产过程中十分重要的组成部分。但由于这些行业中多为易燃易爆、有毒有腐蚀性的介质 , 以致现场工作环境十分恶劣 , 不适合人工现场操作。另外 , 生产要求该系统要具有混合精确、控制可靠等特点 , 这也是人工操作和半自动化控制所难以实现的。所以为了帮助相关行业 , 特别是其中的中小型企业实现多种液体混合的自动控制 , 从而达到液体混合的目 的，液体混合自动配料势必就是摆在我们眼前的首要问题。使用传感器和电磁阀通过 图 2液面传感器，液面淹没时接通，两种液体（液体 A、液体 B）的流入和混合液体的流出分别由电磁阀 制， 制要求如下： 图 2体混合搅拌机示意图 初始状态 当装置投入运行时，容器内为放空状态。 启动操作 按下启动按钮 置就开始按规定动作工作。液体 体液面到达 闭液体 开液体 流入容器。当液面到达 ，关闭液体 拌电机开始转动。搅拌电机工作1，停止搅动，混合液体阀门打开，开始放出混合液体。当液面下降到 ，过 20器放空，混合液体阀门 着开始下一基于组态软件的储液罐监控系统的设计 7 循环操作。 停止操作 按下停止按钮后，要处理完当前循环周期剩余的任务后，系统停止在初始状态。 制系统的 I/O 点及地址分配 输入 /输出信号在 I/I/可以绘制接线图。 控制系统的输入 /输出信号的名称、代码及地址编号如表 3 表 2。液位继电器的工作电压是直流220V，触点容量是直流 220V。输出信号为开关量信号。 输入转换 输出转换 图 2间继电器转换电路 混合搅拌机的输出控制设备为电磁阀和搅拌电动机。电磁阀的工作电压 为直流 220V,可以由 拌电动机的工作电压为交流 220V,同样通过中间继电器转换可基于组态软件的储液罐监控系统的设计 8 以正常工作。图 2 统程序设计 确定混合搅拌机的控制要求后，在西门子 2 图 2写程序 西门子 本指令有为逻辑指令、定时器指令、计数器指令、比较指令和程序控制指令等。位逻辑指令语句表有“与”、“或”、“输出”指令。 定时器指令通过内部软延时继电器来进行定时操作。定时器 用“ T”进行表示，他是对内部时钟累计增量计时的。计数器用来累计输入的次数，它在结构上主要由一个16位的预置寄存器、一个 16位的当前值寄存器和一个状态位组成。 比较指令是将两个操作数 可对起始触点、并联触点和串联触点进行比较操作数可以为字节、字、双字、实数。程序控制指令用于程序运行状态的控制，主要包括结束、看门狗复位、循环、跳转、顺序控制等指令。 梯形图的输入方法； 1. 将光标移至网络中需输入指令的位置； 2. 单击指令树中各类指令左侧的加号，选择需要的指令双击鼠标左键输入指令； 基于组态软件的储液罐监控系统的设计 9 图 2”并输入地址、定时时间或脉冲次数。 根据控制要求，储液罐的 外围接线 图 2 基于组态软件的储液罐监控系统的设计 10 图 2统程序的模拟调试 将 程软件和 可以模拟调试并监视控制程序的执行。程序模拟调试的基本思想是，以方便的形式模拟生产现场实际状态，为程序的运行创造必要的环境。图 2计算机与 “运行”和“停止”两种不同的工作模式，工作模式不同，击“ “ “ 选择不同的工作方式，在调试工具条中选择“运行”或“停止”。 如要使用 件控制必须保证 且必须将 端）或 行）。 基于组态软件的储液罐监控系统的设计 11 图 2算机与 接示意图 将模式开关设为终端不会改变 操作模式， 但却允许 变 于 方的状态 示当前的操作模式。当程序状态监控或状态表监控操作正在进行时，在 口右下方处附近的状态栏上会出现一个 示灯。 当 式时，可以创建和编辑程序， 于半空闲状态；停止用户程序执行；执行输入更新；用户中断条件被禁用。 作系统继续监控 状态数据传递给 执行所有的“强制”或“取消强制”命令。当 以 执行以下操作 : 1使用状态表或程序状态监控查看操作数的当前值。 2可以使用状态表或程序监控强制数据；使用状态表写入数值。 3写入或强制输出。 4执行有限次数扫描，并通过状态表或项目状态查看结果。 当 式时，不能使用“首次扫描”或“多次扫描”功能。可以在状态表中写入和强制数据，也可 法与 式中的相同。 计算机编程时，一般采用 主站电缆连接计算机与 有 紧连接器上的螺丝。用鼠标左键双击指令树文件夹中的“设置 标，在弹出的“ C 对话框中，选择“ PI 后单击“ 钮，在弹出的对话框中设置编程软件的通信参数。通信双方的波特率应相同，不能确实 以在“通信”对话框中选择“搜索所有波特率”。与 信成功后，用鼠标左键双击指令树文件夹“系统块”中的“通信基于组态软件的储液罐监控系统的设计 12 端口”图标，可以修改 鼠标左键同双击指令树文件夹“通信”对话框中“双击刷新”旁边蓝色箭头组成的环形图标，编程软件将会自动搜索连接在网络上的 块，这样计算机与 实现了在线连接。如图 2示。 图 2信”设置 在梯形图状态操作之前 行菜单命令“调试”“使用执行状态”或用鼠标左键单击“程序状态监控”按钮进入状态。 显示彩色状态值和元素，程序执行状态颜色的含义如下： 1正在扫描程序时，电源母线为蓝色。 2图形中的能流用蓝色表示，灰色表示无能流、指令未扫描或 式的 3触点接通时，指令会显示为蓝色 4输出接通时，指令会显示为蓝色。 5指令接通电源并准确无误地成功执行时， 指令显示为蓝色。 6绿色定时器和计数器表示定时器和计数器包含有效数据。 7 在监控的状态下，如果要局部的调试时可在触点的附近点击右键，从弹出的菜单中选择“强制”即可进行局部的调试。如图 2示。 基于组态软件的储液罐监控系统的设计 13 图 2制设置 当想要整体调试时，从“调 试”工具栏单击“取消全部强制”；当需要取消当前强制时，从从“调试”工具栏单击“取消强制”或直接单击鼠标右键单击操作数，并从弹出的菜单中选择“取消强制”即可。 当程序在 境下地 以在软件中模拟调试来检查程序。模拟调试可借助于模拟开关和 试时，可利用上述外围设备模拟各种现场开关和传感器状态，然后观察 果有错误则反复修改后调试。 混合搅拌机的控制程序编写完成后，单击编程软件调试工具栏中的下载按钮，把程序下载到 将 行程序。借助于开关给输入端口输入信号。查看输出端口的指示灯是否按控制要求闪亮与熄灭。 程序运行时，单击调试工具栏中的图形状态监控表监控按钮，可以在当前值栏中显示出变量的变化过程。可以按位或者按字两种形式来显示定时器和计数器的值，以位形式显示的是其状态位，以字形式显示的是其当前值。 3 储液罐的监控系统设计 态软件概述 态软件产生的背景及发展方向 组态的概念一伴随着集散型控制系统（ 的 出现才被广大技术人员所熟知的。在工业控制技术不断发展和应用过程中， 比较以前的专用系统具有的优势明显。这些优势体现在： 术保持着较快的发展速度，各种相关技术成熟。由 件之间的相互操作性强。在 术向工业控制领域的渗透中，组态软件占据着非常特殊基于组态软件的储液罐监控系统的设计 14 而且重要的位置。 目前看到的组态软件都能完成类似的功能，但是从技术上说，各种组态软件实现功能的方法却不相同。从不同之处及 以看出组态软件未来发展的方向。例如，数据的采集方式，脚本的功 能组态环境的可扩展性，组态软件的开放性，对态软件的控制功能等。 态软件的安装与使用 本课题使用的是组态王 图 3 图 3组态安装第一个画面 组态王软件全中文字幕，插入光盘按要求一步步安装就可以完成安装。 制作一个工程的一般过程是： 1） 设计图形界面（定义画面）； 2） 定义设备； 3） 构造数据库（定义变量）； 4） 建立动画连接； 5） 运行调试； 基于组态软件的储液罐监控系统的设计 15 于组态王软件储液罐监控系统的设计 程路径创建 要建立新的组态王工程，首先选择指定的工程路径。根据新工程相当逐步创建。如图 3 图 3选择新建工程，出现如图 3 图 3建工程向导一 基于组态软件的储液罐监控系统的设计 16 单击“确定”按钮，弹出“新建向导二”对话框，如图 3 图 3选择一个有效路径，单击下一步，出现如图 3 图 3新建工程向导三 输入工程名称，点击完成，创建工程路径完成。 造图形画面和定义变量及动画连接 本次课题（储液罐监控系统的设计 ）要求完成对现场的模拟和监控。工程现场和组基于组态软件的储液罐监控系统的设计 17 态画面是完全同步，实现工业现场的监控。本课题要求将两种液体按一定 比例混合，在电动机搅拌后将混合的液体输出容器 。 并形成循环状态，在按停止按扭后依然要完成本次混合才能结束 。如图 3 图 3于组态储液罐监控画面 画面的模仿来自于工业现场，组态王提供了方便的图形编辑工具。每次打开图形或者编辑新图形工具箱就会自动打开。图形的编辑基本可以用工具箱完成。 在菜单工具显示工具箱的左端可以选择相关的功能项。在工具箱中打开“图库管理器 ”，可以从中选择组态王提供的图形。本课题选用了反应器，管道，阀门，按钮，开关，和指示灯。并且用到可工具箱的圆角矩形键。下面以建立混料罐液面为例说明。进入开发系统，如图 3示。 图 3基于组态软件的储液罐监控系统的设计 18 利用工具箱进入图库管理器选择反应罐，并绘制混料罐液面。如图 3 图 3库管理器 图 3开发系统绘制混料罐 完成图形画面，还需要给相应的图素定义变量名。打开工程浏览器，在左侧选择数据库 /数据词典，然后在右侧选择“新建”弹出“定义变量”对话框定义图素相关变量基于组态软件的储液罐监控系统的设计 19 名。如图 3 图 3程浏览器中定义变量 返回组态王开发系统中点击相关的图素就会出现相应的动画连接对话框，在对话框中可以选择相应的功能键。在建立液面时用到“缩放”建立液面的动态变量。如图 3 图 3料罐液面的动画连接 基于组态软件的储液罐监控系统的设计 20 依次建立，最后形成如图动画连接目的就是建立图形和数据库之间的关系，为实现画面的动态监控打下基础。数据库的变量才是和工业现场的变化是同步的，建立图素与数据库的对应联系监控画面才能实现同步变化，进行实时监控。 令语言的编写 组态王的命令语言在语法上类似于 程序，工程人员可以利用这些程序加强应用程序的灵活性，处理些算法和操作等。基于组态王储液罐监控系统的命令语言如下。 /*(=1) 本站点 本站点 本站点 本站点 /* (本站点 =1) 本站点 本站点 本站点 本站点 /*混料罐出料 */ 本站点 出液阀 =1) 本站点 本站点 本站点 本站点 本站点 本站点 /*叶片旋转 */ 本站点 搅拌电机开关 =1) 本站点 叶片旋转状态 =本站点 叶片旋转状态 +1; 本站点 叶片旋转状态 5) 本站点 叶片旋转状态 =0
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