船用对外消防控制系统毕业设计.doc

船用对外消防控制系统船用对外消防控制系统毕业设计目 录摘 要IIAbstractIII第1章 概论11.1引言11.2系统设计任务21.3系统设计方案21.4本章小结4第2章 船用对外消防系统设计52.1系统组成52.2供水系统52.2.1柴油机泵组选型设计52.2.2管路系统设计72.2.3电动阀门92.3消防炮系统102.3.1.电动双管消防炮102.3.2.消防炮射程及流量102.4压力平衡式泡沫比例混合系统122.4.1.轻水泡沫灭火剂122.4.2.压力平衡式泡沫比例混合系统132.5水幕系统132.5.1.水幕系统的定义及CCS规范132.6 本章小结14第3章 控制系统设计153.1控制系统的设计153.2 控制系统硬件设计153.2.1工控机153.2.2研华ADAM系列模块173.3控制系统的软件设计213.3.1 MCGS工控组态软件213.3.2 MCGS组态软件的系统组成253.3.3 系统的软件设计283.4 本章小结47第4章 系统模拟与动态运行调试484.1 系统I/O与A/D调试484.2 系统动态运行调试514.3系统调试结果及本章小结59结论60致谢61参考文献62附录1：元器件对照表及文字说明63附录2：文字注释64II-第1章 概论1.1引言海洋运输是国际物流中最主要的运输方式，它是指使用船舶通过海上航道在不同国家和地区的港口之间运送货物的一种方式。国际贸易总运量中的2/3以上，中国进出口货运总量的约90%都是利用海上运输。随着中国经济的快速发展，中国已经成为世界上最重要的海运大国之一。进入新世纪，中国海运事业保持快速增长势头，港口吞吐量和集装箱吞吐量分别以年均16.5%和30%以上的速度发展。2007年，中国海洋运输业持续保持快速发展，全年实现增加值3414亿元，比上年增长21.1%。到2007年，亿吨大港由2000年的3个发展为14个，上海港吞吐量由2.04亿吨上升为5.31亿吨，于2005年跃居世界第一大港。上海港集装箱吞吐量2615万标准箱，首次跃居世界第二，仅次于新加坡。中国沿海矿、煤、油、箱、粮五大运输系统基本建立，港口货物吞吐量和集装箱吞吐量连续五年位居世界第一，集装箱年吞吐量2007年首次突破亿箱，船舶运力超过1亿载重吨。改革开放以来，中国对外贸易快速增长，进出口贸易总额位居世界前列，2007年中国对外贸易进出口大幅增长，达到创纪录的21738.3亿美元，2008年1-9月，中国对外贸易进出口总值逼近2万亿美元，达19671亿美元，而中国外贸运输量的90%以上是依靠海运来完成的，长远来看，中国海运市场的发展前景诱人。国际间贸易日益增多，海上安全越来越成为大家关注的对象，尤其是石油化工产品的运输尤为上升，但与此相伴的火灾隐患也大大增加，消防设施的不完备和消防管理的不完善，增加了这种隐患发生的概率。随着市场的大力发展，消防工作越来越受到国家和人民的重视，海上消防更处于重中之重，它关系着国家的巨大经济利益。步入21世纪，通信技术，计算机技术，网络技术日益发达，各种电子商务等基于网络技术的新型技术日益完善。如果能把这些技术与消防技术结合起来更能使得整个消防工作得心应手，方便快捷，本次设计，针对消防船设计并实现了高自动化程度的消防控制系统。 1.2系统设计任务 随着国际贸易的不断加深，国内沿海的往来的石油和化工船只络绎不绝 ，如何保障这些船只的运行安全，成为当务之急。如果不慎发生火灾，消防船可以及时到达现场进行灭火，把损失降到最小。本次设计的主要任务是通过工控机、组态软件外加智能模块来对整个消防船的每台水泵、电动阀门、消防炮以及泡沫比例混合系统进行控制。来根据不同的火灾情况进行主炮、副炮、以及泡沫比例混合系统的切换，与传统由继电器控制的方案相比，计算机监控控制系统采用了新的设计思想、设计方法，其操作简单、功能强大、节省投资，使设计更有利于今后的进一步发展，有广阔的市场前景。本船对外消防系统设计适应范围广，可满足不同程度火灾强度需求，使用灵活、实用，满足用户要求。1.3系统设计方案方案：工控机(IPC)+显示器+组态软件+ADAM智能模块工控机：研华IPC-610L显示器：17寸LG液晶显示器组态软件：北京昆仑通泰MCGS组态软件 ADAM模块如表1-1所示:表 1-1 ADAM模块1名称I/O类别说明数量ADAM-4055DI/DO8路数字输入/8路数字输出11ADAM-4017AI8路模拟输入1ADAM-4024AO4路模拟输出1通讯模块：ADAM_4520IPC配置如表1-2所示：表 1-2 IPC配置机箱IPC-610L 可配研华采集卡主板AIMB-740无源底板PCA-6114P10-BCPU PCA-6002-B内存宇瞻512M DDR硬盘西捷40G/7200光驱SONY 52X显卡集成32USB接口板键盘、鼠标标准本次设计针对船用对外消防控制系统，以工控机和显示器作为主要控制硬件系统，通过组态软件和模块控制整个消防系统，采用海水这一最经济实惠的资源作为主要消防水源，本船对外消防系统包括消防泵组3套，其中2台主消防泵由2台消防柴油机通过齿轮箱（内置离合器）驱动，消防泵与离合器之间以高弹性连接轴连接；另外一台泵由电机驱动。对外主消防泵采用卧式中开单级离心泵，每台消防泵流量为2400m/h，扬程140m，转速1800rpm；3台对外消防泵布置为侧面入口，顶部出口，泵入口朝两外舷。本系统设消防主炮2门，消防副炮4门，2门主炮的移动控制，采用遥控与无线遥控，主炮流量选择采用遥控，同时配有手动操作。四门副消防炮的移动控制，采用遥控与无线遥控，同时配有手动操作。2门主炮置于驾驶室甲板顶平台两舷位置上，成对称布置；2门副炮置于驾驶室甲板后部两舷位置；另2门副炮分别置于艏楼甲板后部两舷位置。2门主炮流量各为2400 m/h，四门消防副炮流量各为600 m/h，每台对外消防泵出口水管供2门主炮或4门副炮，对外消防泵的出水管用连接阀连接，以实现互为备用。消防作业时，可以同时开启3台消防泵，同时使用2门主消防炮和4门副消防炮灭火，此时2门主炮流量各为2400m/h，喷水射程可达到150m；四门副消防炮流量各为600 m/h，喷水射程可达到110m。主、副消防炮既能喷射冷却水也能喷射泡沫混合液，主炮喷射泡沫时，流量为1200 m/h，副炮喷射泡沫时，流量为600 m/h。泡沫液的混合比例为3%，消防作业时可启动1台消防泵，使用1门主消防炮喷射泡沫混合液，或同时使用1-4门副消防炮喷射泡沫混合液；也可以启动2台泡沫泵，同时使用2门主炮喷射泡沫混合液；或同时使用1-4门副炮喷射泡沫混合液；每台消防炮管路配1台压力平衡式泡沫比例混合器，主炮喷射泡沫混合液时射程可达到130m，副炮喷射泡沫混合液射程可达到100m，船上配备3个泡沫舱，左舷设一个普通泡沫（AFFF）舱，1个抗溶泡沫舱，右舷设一个普通泡沫（AFFF）舱，抗溶泡沫仅使用左舷主消防炮喷射。本船设有水幕系统是防止灭火作业时，由于热辐射有可能对消防船和消防人员照成伤害，用来隔离热辐射。水幕系统是由左右弦俩个消防水泵供水，因水幕系统供水量为600 m/h，所以在设计和使用水幕系统时，必须考虑增加左右弦消防水泵的流量以备在使用消防炮作业时同时开启水幕系统。1.4本章小结 本章对海洋运输的重要性和运输物品的性质做了基本的概括，由于海运的发展和运输物品的多样化，海运的消防安全越来越受到重视。消防船可以及时的对火灾进行控制并把损失降到最小。本章同时对用户要求的船用对外消防控制系统做了系统设计任务说明，对系统设计方案做了详细的介绍。第2章 船用对外消防系统设计2.1系统组成 本次设计的消防控制系统由供水系统、消防炮系统、水幕系统、泡沫比例混合系统、计算机控制系统组成2。在这一章中我们介绍一下前4个系统，计算机控制系统放在第三章详细讲述。2.2供水系统 供水系统包括柴油机泵组、管路系统、电动/手动阀门，以及左右舷主机、离合器、水泵。2.2.1柴油机泵组选型设计 柴油机选择美国康明斯(重庆)公司生产的NTA855-M，其特点：1.超强动力、绿色环保大排量：满足重卡动力要求的同时，确保发动机具有更高可靠性、耐久性、安全性。大功率：最大功率达420马力，满足现代物流快捷、高效、安全的要求。大扭矩：最大扭矩1650N.m，动力强劲，满足重卡重载起步和上长坡要求。 重量轻：自重仅为940公斤，功率自重比大。排放优：发动机全负荷稳态排气烟度好，满足欧3标准。2.油耗低、经济性好 康明斯专利技术的PT燃油系统，超高喷射压力，保证发动机雾化良好，燃烧充分。 高效的Holset废气涡轮增压器可保证进气更充分，提高发动机效率，进一步改善燃烧，降低发动机比油耗。 空空中冷技术(增压中冷技术)保证进气更充分，燃油经济性更好。STC分别正时系统保证高低负荷工况燃烧更好。 3.结构紧凑、维护方便 可更换湿式气缸套，散热效果好，更换容易。所有机型零部件通用性强、系列化程度高，维修方便。缸体和缸盖均采取内置式压力润滑油道，结构紧凑，故障率低。4.设计先进、性能可靠缸体：采用高强度合金铸铁制造、刚性好、振动小、噪声低。缸盖：每缸四气门设计、优化空气/燃油混合比，有效改善燃烧和排放；整体缸盖，维修方便。凸轮轴：单凸轮轴设计可精确控制气门和喷油正时，优化的凸轮型线可减小冲击力，提高可靠性和耐久性。曲轴：高强度锻钢制造的整体式曲轴，圆角及轴颈的感应淬火工艺可保证曲轴疲劳强度更高。活塞：采用最新铝合金铸造技术，型头部和铰接式设计能补偿热胀冷缩，确保良好配合。5.专业配置、最佳品质润滑系统：所有运动部件均为强制润滑；大容量齿轮泵提供压力润滑油对轴承进行润滑并冷却活塞；机油冷却器、复合式滤清器维持良好机油状态。 燃油系统：康明斯专利技术的PT燃油系统，优化燃烧，动力澎湃；STC分布正时系统保证全工况燃烧更好；采用低压供油系统，配置燃油单向回路，安全可靠。冷却系统：采用齿轮离心水泵强制水冷，大流量水道设计，冷却效果好；旋装式水滤器及专用DCA添加剂可有效防止锈蚀和穴蚀，控制冷却液酸度并去除杂质。进排气系统：高效的Holset废气增压器进一步改善燃烧；压力式脉冲排气管可充分利用废气能量，提高发动机效率；空空中冷技术保证燃油经济性及排放更好。2.2.2管路系统设计本次设计的管路系统包括供水管路和泡沫管路。供水管路：首先要介绍一个概念：公称通径DN是公称通径(nominal diameter)，又称平均外径(mean outside diameter)。它是指：水流实际流过的管道横截面积的直径。 它略小于管道的实际内径，因为我们在设计管道流量的过程中，是假设与管道壁接触的液体是不流动的。就是各种管子与管路附件的通用口径。同一公称直径的管子与管路附件均能相互连接，具有互换性.它不是实际意义上的管道外径或内径，虽然其数值跟管道内径较为接近或相等；DN后面紧跟一个数字标志，单位一般为毫米。 本次设计管路的公称通径设计是根据消防泵的流量、流速、消防炮入口压力及流量、射程、压力损失等综合因素经过周密计算所得，保证每门消防炮入口压力不小于1.08Mpa同时不大于1.6Mpa。主炮水管路设计如下： 通海阀至主机水泵入口前管路型号为DN600,经变径变为DN400，接泵入口，泵出口管路型号为DN300，后接止回阀及变径，经变径后接管路型号DN450,后分三路，一路管路型号为DN450，后经变径变为DN300接消防主炮入口；一路管路型号为DN200，后经变径变为DN150接舷外排空阀；一路管路型号为DN450,经连通阀与副炮管路系统和另一侧主炮管路系统连通，形成整体的管路系统。副炮水管路设计如下：由于副炮的流量远小于主炮。因此，副炮水管路和泡沫管路口径都略低于主炮。从通海阀到副炮水出口阀之前，各管路均与主炮相同，但只有主炮1/4流量的副炮入口处为DN100,比例混合器水入口为DN150.泡沫管路系统设计如下：由于喷射泡沫液中纯泡沫液的比例仅为3%，因此船载泡沫容量相对较少，管路系统也相对较细，由泡沫舱到泡沫泵管路仅为DN 100，后经变径变为DN80，接泵入口，泵出口管路型号为DN80，后接止回阀及变径，经变径后接管路型号150，至四门副炮的泡沫比例混合器入口前管路型号均为DN150，经变径后变为DN50接泡沫比例混合器入口，主炮泡沫比例混合器入口为DN80。下图2-1为整体管路系统设计：图2-1 管路设计2.2.3电动阀门电动阀门（国产Watts或其他厂家）如表2-1所示:表 2-1 电动阀门口径压力（Mpa）数量（台）水泵入口阀DN5001.03水泵出口阀DN3001.63泵出口隔离及连通阀DN4501.65主炮混合器出口阀DN2001.62主炮混合器泡沫入口阀DN801.62副炮水入口阀DN1501.64副炮混合器出口阀DN1501.64副炮混合器泡沫入口阀DN501.64舷外排空阀DN1501.62抗溶泡沫供给阀DN1001.61普通泡沫供给阀DN1001.62水幕系统阀待定1.62形式：对夹式制造材：阀体：球墨铸铁 阀板：不锈钢 阀杆：不锈钢驱动方式：电机（带限位开关）驱动工作电源：380VAC,3相，50HZ其他附件：水泵出口压力变送器 3台水泵入口真空表 3台泡沫泵出口压力表2台泡沫泵入口真空压力表2台泡沫泵入口橡胶挠性接头2台泡沫泵出口橡胶挠性插头 2台消防炮入口压力表 6台水泵出口压力表 3台2.3消防炮系统2.3.1.电动双管消防炮 消防炮是将一定流量、一定压力的水或者其它灭火药剂的混合液，通过能量转换，将势能转换为动能，以很高的速度从炮嘴中喷出，形成射流，从而起到扑救远距离火灾的消防设备。消防炮灭火作为消防设施中最主要的消防手段，是最快速有效的消防设施，海上消防主要靠的就是消防船，而消防船的主要灭火方式就是通过消防炮，因此。消防炮在海上消防中起着举足轻重的作用，本次设计采用的是电动双管消防炮，这种炮特点是高强度结构，单水路，低损耗，镍铝铜合金，高温处理不锈钢轴承，经久不锈。流量大，射程远。有很高的灭火能力。2.3.2.消防炮射程及流量消防主炮如表2-2所示：数量2门制造商Stang，U.S.A型号910600形式电动双管消防炮喷射介质海水或水成膜泡沫混合液流量水：2400m/h泡沫混合液：1200 m/h最大出口压力1.6Mpa炮入口压力1.08Mpa射程（静风）水：150m泡沫：130m后坐力32KN（水平喷射时）旋转角度水平：320垂直：+70，20（可调整）制造材料炮体：304不锈钢，环氧树脂喷塑轴套：铝青铜密封圈：丁晴橡胶入口法兰：304不锈钢驱动方式电机驱动：电源：380VAC/3相/50HZ电机防护等级：IP56，绝缘等级：F电机功率：1.1KW操作方式遥控与无线遥控/手动炮嘴遥控与无线遥控/手动控制散射鸭嘴水/泡沫炮选择遥控/手动证书CCS消防副炮如表2-3所示：表 2-3 消防副炮数量4门制造商连美成套设备（大连）有限公司型号910600（美国stang授权生产）形式电动单管消防炮喷射介质海水或水成膜泡沫混合液流量600m/h最大出口压力1.6Mpa炮入口压力1.08Mpa射程（静风）水：110m泡沫：100m后坐力8KN（水平喷射时）旋转角度水平：320垂直：+70，20（可调整）制造材料炮体：304不锈钢，环氧树脂喷塑轴套：铝青铜密封圈：丁晴橡胶入口法兰：304不锈钢驱动方式电机驱动：电源：380VAC/3相/50HZ电机防护等级：IP56，绝缘等级：F电机功率：0.37KW2操作方式遥控与无线遥控/手动炮嘴遥控与无线遥控/手动控制散射鸭嘴证书CCS2.4压力平衡式泡沫比例混合系统2.4.1.轻水泡沫灭火剂 水成膜泡沫灭火剂的灭火作用是由漂浮在油面上的水膜层和泡沫层共同承担的，适用于扑救各种油在内的排水溶性可燃易燃液体的火灾，能迅速控制火灾的蔓延和扑灭火灾。本灭火剂既可配成浓缩液（6%或3%）用于大型灭火系统。我们经过简单的合成技术，制得一系列性能优异的新型氟碳表面活性剂，并依此研制出满足不同灭火要求的新型轻水泡沫灭火剂系列产品，经多次灭火试验及公安部上海消防研究所的灭火试验，表明其灭火性能优异。本产品具有以下优点：1、成本低，原料全部国产化；2、性能稳定，抗硬水性能好；3、无毒害，无污染；2.4.2.压力平衡式泡沫比例混合系统平衡压力比例混合器由平衡压力调节阀和比例混合器两大部件组成。平衡力调节阀用以监控水系统压力和泡沫液系统压力并保持水压力与泡沫压力相同。这种比例混合器只要泡沫液和水的压力差不超过允许值，就可以在一个很大的流量范围内自动地按比例将水和泡沫液混合。泡沫比例混合器选型如表2-4所示： 表 2-4 泡沫比例混合器数量6台制造商Skum,England 或其他国外厂家形式压力平衡式混合液流量范围主炮：1200m/h副炮：600 m/h混合比3%制造材料不锈钢及青铜2.5水幕系统2.5.1.水幕系统的定义及CCS规范水幕系统是将水喷洒成水帘幕状，用以冷却消防船本体的重要区域，提高其耐火性能，或阻止热辐射至船体，水幕系统在工程上有冷却型，防火型两种应用形式。防护冷却水幕主要起冷却保护作用，一般式通过喷水冷却简易防火分隔物，延长这些防火分隔物的耐火极限。防火分隔水幕用来对较大空间进行防火分隔，以组织火势蔓延扩大，起防火分隔作用。CCS规范：1.若消防船还配有固定式水幕系统，则该系统应保证水线以上的船体，包括上层建筑、甲板室及水炮座和其他消防设备的外部垂直面得到保护。2.水幕系统的供水量，对内部有A-60 级耐火分隔的保护面，应不小于5L/min；对其它的保护面，应不小于10L/min。3. 泵的排量应以所需压力为暴露于火场辐射热的最大面积提供足够水量。如主消防泵用于水幕系统，则主消防泵应能同时供给在各相应压力下使用水幕系统、消防炮和消火栓所需的水量。在消防炮和水幕系统供应管路之间应装设隔离阀。4水幕系统应分区设置，对没有暴露于火场辐射热的面可以不提供水幕。5. 水幕系统喷嘴的布置应使在保护区域形成的水幕均匀。6. 甲板上应有足够面积的泄水口，保证充分排泄水幕系统喷出的水。7. 应采取措施防止水幕影响驾驶室和遥控站向外面的瞭望。2.6 本章小结本章对船用对外消防系统的组成(供水系统、消防炮系统、水幕系统、泡沫比例混合系统、计算机控制系统)做了详细的说明介绍。并对设备的性能和数量做了分析介绍。第3章 控制系统设计3.1控制系统的设计控制系统设计由系统硬件设计和软件设计两部分组成，控制硬件部分主要由工控机、智能模块等组成，软件部分由MCGS组态软件组成，如图 3-1 所示：图 3-1 控制系统的组成3.2 控制系统硬件设计3.2.1 工控机工控机（Industrial Personal ComputerIPC）是一种加固的增强型个人计算机，它可以作为一个工业控制器在工业环境中可靠运行。早在80年代初期，美国AD公司就推出了类似IPC的MAC-150工控机，随后美国IBM公司正式推出工业个人计算机IBM7532。由于IPC的性能可靠、软件丰富、价格低廉，而在工控机中异军突起，后来居上，应用日趋广泛。目前，IPC已被广泛应用于通讯、工业控制现场、路桥收费、医疗、环保及人们生活的方方面面。工控机定义工控机即工业控制计算机，但现在，更时髦的叫法是产业电脑或工业电脑，英文简称IPC，全称Industrial Personal Computer。工控机通俗的说就是专门为工业现场而设计的计算机。IPC的技术特点：1、采用符合“EIA”标准的全钢化工业机箱，增强了抗电磁干扰能力。2、采用总线结构和模块化设计技术。CPU及各功能模块皆使用插板式结构，并带有压杆软锁定，提高了抗冲击、抗振动能力。3、机箱内装有双风扇，正压对流排风，并装有滤尘网用以防尘。4、配有高度可靠的工业电源，并有过压、过流保护。5、电源及键盘均带有电子锁开关，可防止非法开、关和非法键盘输入。6、具有自诊断功能。7、可视需要选配I/O模板。8、设有“看门狗”定时器，在因故障死机时，无需人的干预而自动复位。9、开放性好，兼容性好，吸收了PC机的全部功能，可直接运行PC机的各种应用软件。10、可配置实时操作系统，便于多任务的调度和运行。11、可采用无源母板（底板），方便系统升级。IPC的主要结构：1、全钢机箱IPC的全钢机箱是按标准设计的，抗冲击、抗振动、抗电磁干扰，内部可安装同PC-bus兼容的无源底板。2、无源底板的插槽由ISA和PCI总线的多个插槽组成，ISA或PCI插槽的数量和位置根据需要有一定选择，该板为四层结构，中间两层分别为地层和电源层，这种结构方式可以减弱板上逻辑信号的相互干扰和降低电源阻抗。底板可插接各种板卡，包括CPU卡、显示卡、控制卡、I/O卡等。3、工业电源为AT开关电源，平均无故障运行时间达到250，000小时。4、IPC的CPU卡有多种，根据尺寸可分为长卡和半长卡，根据处理器可分为386、486、586、PII、PIII主板，用户可视自己的需要任意选配。其主要特点是：工作温度0-60C；装有“看门狗”计时器；低功耗，最大时为5V/2.5A。5、其它配件：IPC的其它配件与PC机兼容，主要有CPU、内存、显卡、硬盘、软驱、键盘、鼠标、光驱、显示器等。国内生产工控机的厂家有研祥、华北工控、研华等。国外的工控机西门子的很出名。工控机箱标准长度为19英寸，高度为4U。本次设计采用了研华610工控机作为上位机，其特点是抗干扰能力强，保障工控机的安全运行，用它来控制整个系统，更安全放心。 3.2.2研华ADAM系列模块 研华科技 ADAM模块有3000、4000、5000、6000、8000等多个系列，涉及到数字模拟I/O、通讯等不同功能，经济灵活，提供客户多样的通用及特殊应用，能满足各个领域有针对性的系统解决方案。（注：5000系列后来发展成为研华的PAC产品。）本次设计采用了4种研华ADAM模块，分别是:ADAM-4520、ADAM-4017、ADAM-4055、ADAM-4024通讯模块ADAM-4520如图3-2所示：图3-2 ADAM-4520通讯模块大多数的工业计算机系统都带有标准的RS-232端口。虽然RS-232得到普遍的使用，但它的传输速率，传输距离及网络容量还是有一定的限制。RS-422和RS-485标准通过将数据及网络容量信号使用差分信号进行传送，克服了RS-232的不足。ADAM-4520隔离转换器能够让您在早期的RS-232系统上充分利用RS-422和RS-485的优点。它能够将RS-232信号透明转换为RS-422和RS-485信号。您无需改动PC上的任何硬件及软件。ADAM-4520/4522能够帮助您使用标准的PC硬件组建工业级的远距离通信系统。ADAM-4510/4510S中继器能够对已有信号进行放大或增强，使信号可以传输更远的距离。它能够将通信距离再延长4000英尺（1200米）或再增加32个连接点。研华ADAM-4017如图3-3所示：图 3-3 ADAM-4017模块ADAM-4017/4018是一款16位8通道模拟输入模块，所有通道都提供可编程输入。该模块是工业测量和检测应用的非常经济有效的解决方案。它的光隔离输入在模拟输入和模块之间提供3000 VDC的隔离，保护模块和外围设备避免来自输入线路高电压的损坏。ADAM-4017/4018提供信号调节，A/D转换，距离修正，和RS-485数字通信功能。它通过A/D输入和3000 VDC隔离变压器的光隔离设备来保护您的设备避免来自接地环路和动力高峰迫害。ADAM-4017/4018使用16位受微处理器控制sigma-delta A/D的转换，转换传感器的电压或电流到数字信号。数字信号翻译成工程单位。研华ADAM-4055如图3-4所示：图 3-4 ADAM-4055模块ADAM-4055提供8通道数字输入和8通道隔离数字输出。输入接收1050 V电压，且输出提供 540 VDC 开放式.研华ADAM4024如图3-5所示图 3-5 ADAM-4024模块ADAM-4024提供4个通用的输出通道。而且，它为综合应用而设计了4个数字输入，如紧急锁定输出或用户默认的锁定。它使用光隔离来避免接地环路的影响和动力峰值的危害。您能设定回转速率和开启电流。主要特点：模拟量输入 有效分辨率：12位通道：4输出类型：mA、V输出范围：020mA、420mA、10V和010V隔离电压：3000VDC输出阻抗：0.5满量程的0.1%（电流输出）满量程的0.1%（电压输出）分辨率：满量程的0.015%电压输出：30V/电流输出：0.2A/满量程温度系数：25ppm/可编程输出斜率：0.125128mA/sec. 0.062564.0V/sec.电流负载阻抗:0500（源）内置看门狗定时器隔离数字量输入：逻辑电平0：+1V（最大）逻辑电平1：+10+30VDC内置看门狗定时器电源要求：未调理+10+30VDC功耗：3W12位分辨率 单通道mA 或V输出 可编程输出斜率：0.125 - 128.0 mA/秒， 0.0625 - 64 V/秒3.3控制系统的软件设计3.3.1MCGS工控组态软件MCGS(Monitor and Control Generated System,通用监控系统)是一套基于Windows操作系统可用来快速构造和生成上位机监控系统的组态软件包,它为用户提供了从设备驱动,数据采集到数据处理,流程控制,动画显示,报表输出等解决实际工程问题的完整方案和操作工具.MCGS组态软件具有多任务,多线程功能,其系统框架采用VC+编程,通过OLE技术向用户提供VB编程接口,提供丰富的设备驱动构件,动画构件,策略构件,用户可随时方便地扩展系统的功能。1.MCGS工控组态软件的功能和特点可归纳如下3：(1)概念简单，易于理解和使用。普通工程人员经过短时间的培训就能正确掌握、快速完成多数简单工程项目的监控程序设计和运行操作。用户可避开复杂的计算机软硬件问题，集中精力解决工程本身的问题，按照系统的规定，组态配置出高性能、高可靠性、高度专业化的上位机监控系统。(2)功能齐全，便于方案设计。MCGS为解决工程监控问题提供了丰富多样的手段，从设备驱动（数据采集）到数据处理、报警处理、流程控制、动画显示、报表输出、曲线显示等各个环节，均有丰富的功能组件和常用图形库可供选用，用户只需根据工程作业的需要和特点，进行方案设计和组态配置，即可生成用户应用软件系统。(3)实时性与并行处理。MCGS充分利用了Windows操作平台的多任务、按优先级分时操作的功能，使PC机广泛应用于工程测控领域成为可能。工程作业中，大量的数据和信息需要及时收集，即时处理，在计算机测控技术领域称其为实时性任务关键任务，如数据采集、设备驱动和异常处理等。另外许多工作则是非实时性的，或称为非时间关键任务，如画面显示，可在主机运行周期时间内插空进行。而像打印数据一类的工作，可运行于后台，称为脱机作业。MCGS是真正的32位系统，可同时运行于Microsoft Windows95，98和Microsoft Windows NT平台，以线程为单位进行分时并行处理。(4)建立实时数据库，便于用户分步组态，保证系统安全可靠运行。MCGS组态软件由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略五部分构成。其中的“实时数据库”是整个系统的核心。在生成用户应用系统时，每一部分均可分别进行组态配置，独立建造，互不相干；而在系统运行过程中，各个部分都通过实时数据库交换数据，形成互相关联的整体。实时数据库是一个数据处理中心，是系统各个部分及其各种功能性构件的公用数据区。各个部件独立地向实时数据库输入和输出数据，并完成自己的差错控制。(5)设立“设备工具箱”，针对外部设备的特征，用户从中选择某种“构件”，设置于设备窗口内，赋予相关的属性，建立系统与外部设备的连接关系，即可实现对该种设备的驱动和控制。不同的设备对应于不同的构件，所有的设备构件均通过实时数据库建立联系，而建立时又是相互独立的，即对某一构件的操作或改动，不影响其它构件和整个系统的结构，从这一意义上讲，MCGS是一个“设备无关”的系统，用户不必因外部设备局部改动，而影响整个系统。(6)“面向窗口”的设计方法，增加了可视性和可操作性。以窗口为单位，构造用户运行系统的图形界面，使得MCGS的组态工作既简单直观，又灵活多变。用户可以使用系统的缺省构架，也可以根据需要自己组态配置，生成各种类型和风格的图形界面，包括DOS风格的图形界面、标准Windows风格的图形界面以及带有动画效果的工具条和状态条。(7)利用丰富的“动画组态”功能，快速构造各种复杂生动的动态画面。以图象、图符、数据、曲线等多种形式，为操作员及时提供系统运行中的的状态、品质及异常报警等有关信息。用变化大小、改变颜色、明暗闪烁、移动翻转等多种手段，增强画面的动态显示效果。图元、图符对象定义相应的状态属性，即可实现动画效果。同时，MCGS为用户提供了丰富的动画构件，模拟工程控制与实时监测作业中常用的物理器件的动作和功能。每个动画构件都对应一个特定的动画功能。如：实时曲线构件、历史曲线构件、报警显示构件、自由表格构件等。(8)引入“运行策略”的概念。复杂的工程作业，运行流程都是多分支的。用传统的编程方法实现，既繁琐又容易出错。MCGS开辟了“策略窗口”，用户可以选用系统提供的各种条件和功能的“策略构件”，用图形化的方法构造多分支的应用程序，实现自由、精确地控制运行流程，按照设定的条件和顺序，操作外部设备，控制窗口的打开或关闭，与实时数据库进行数据交换。同时，也可以由用户创建新的策略构件，扩展系统的功能。(9)MCGS系统由五大功能部件组成，主要的功能部件以构件的形式来构造。不同的构件有着不同的功能，且各自独立。三种基本类型的构件（设备构件、动画构件、策略构件）完成了MCGS系统三大部分（设备驱动、动画显示和流程控制）的所有工作。用户也可以根据需要，定制特定类型构件，使MCGS系统的功能得到扩充。这种充分利用“面向对象”的技术，大大提高了系统的可维护性和可扩充性。(10)支持OLE Automation技术。MCGS允许用户在Visual Basic中操作MCGS中的对象，提供了一套开放的可扩充接口，用户可根据自己的需要用VB编制特定的功能构件来扩充系统的功能。(11)MCGS中数据的存储不再使用普通的文件，而是用数据库来管理一切。组态时，系统生成的组态结果是一个数据库；运行时，数据对象、报警信息的存储也是一个数据库。利用数据库来保存数据和处理数据，提高了系统的可靠性和运行效率，同时，也使其它应用软件系统能直接处理数据库中的存盘数据。(12)设立“对象元件库”，解决了组态结果的积累和重新利用问题。所谓对象元件库，实际上是分类存储各种组态对象的图库。组态时，可把制作完好的对象（包括图形对象，窗口对象，策略对象，以至位图文件等等）以元件的形式存入图库中，也可把元件库中的各种对象取出，直接为当前的工程所用。随着工作的积累，对象元件库将日益扩大和丰富，组态工作将会变得越来越简单方便。(13)提供对网络的支持。考虑到工控系统今后的发展趋势，MCGS充分运用现今发展的DCCW(Distributed Computer Cooperator Work)技术，即分布式计算机协同工作方式，来使分散在不同现场之间的采集系统和工作站之间协同工作。通过MCGS，不同的工作站之间可以实时交换数据，实现对工控系统的分布式控制和管理。2. 运用MCGS建立运行程序一般过程4(1)工程项目系统分析：分析工程项目的系统构成、技术要求和工艺流程，弄清系统的控制流程和测控对象的特征，明确监控要求和动画显示方式，分析工程中的设备采集及输出通道与软件中实时数据库变量的对应关系，分清哪些变量是要求与设备连接的，哪些变量是软件内部用来传递数据及动画显示的。(2)工程立项搭建框架：MCGS称为建立新工程。主要内容包括：定义工程名称、封面窗口名称和启动窗口（封面窗口退出后接着显示的窗口）名称，指定存盘数据库文件的名称以及存盘数据库，设定动画刷新的周期。经过此步操作，即在MCGS组态环境中，建立了由五部分组成的工程结构框架。封面窗口和启动窗口也可等到建立了用户窗口后，再行建立。(3)设计菜单基本体系：为了对系统运行的状态及工作流程进行有效地调度和控制，通常要在主控窗口内编制菜单。编制菜单分两步进行，第一步首先搭建菜单的框架，第二步再对各级菜单命令进行功能组态。在组态过程中，可根据实际需要，随时对菜单的内容进行增加或删除，不断完善工程的菜单。(4)制作动画显示画面：动画制作分为静态图形设计和动态属性设置两个过程。前一部分类似于“画画”，用户通过MCGS组态软件中提供的基本图形元素及动画构件库，在用户窗口内“组合”成各种复杂的画面。后一部分则设置图形的动画属性，与实时数据库中定义的变量建立相关性的连接关系，作为动画图形的驱动源。(5)编写控制流程程序：在运行策略窗口内，从策略构件箱中，选择所需功能策略构件，构成各种功能模块（称为策略块），由这些模块实现各种人机交互操作。MCGS还为用户提供了编程用的功能构件（称之为“脚本程序”功能构件），使用简单的编程语言，编写工程控制程序。(6)完善菜单按钮功能：包括对菜单命令、监控器件、操作按钮的功能组态；实现历史数据、实时数据、各种曲线、数据报表、报警信息输出等功能；建立工程安全机制等。(7)编写程序调试工程：利用调试程序产生的模拟数据，检查动画显示和控制流程是否正确。(8)连接设备驱动程序：选定与设备相匹配的设备构件，连接设备通道，确定数据变量的数据处理方式，完成设备属性的设置。此项操作在设备窗口内进行。(9)工程完工综合测试：最后测试工程各部分的工作情况，完成整个工程的组态工作，实施工程交接。3.3.2 MCGS组态软件的系统组成MCGS(Monitor and Control Generated System)是由北京昆仑通态自动化软件公司开发的一套基于Windows平台，用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统。MCGS能够完成现场数据采集、实时和历史数据处理、报警和安全机制、流程控制、动画显示、趋势曲线和报表输出以及企业监控网络等功能。MCGS包括组态环境和运行环境两个部分。组态环境是生成应用系统的工作环境，用户在组态环境中完成动画设计、设备连接、编写控制流程、编制工程打印报表等全部组态工作。运行环境是用户应用系统的运行环境，进行各种处理，完成组态设计的目标和功能。也就是，您在组态环境中根据您要达到的控制要求去设计，运行环境运行您设计好的组态工程。1.MCGS组态软件的整体结构:MCGS组态软件系统包括组态环境和运行环境两大部分,组态环境是生成用户应用系统的工作环境，由可执行程序McgsSet.exe支持，其存放于MCGS目录的Program子目录中。用户在MCGS组态环境中完成动画设计、设备连接、编写控制流程、编制工程打印报表等全部组态工作后，生成扩展名为.mcg的工程文件，又称为组态结果数据库，其与运行环境一起，构成了用户应用系统，统称为“工程” 。运行环境是用户应用系统的运行环境，由可执行程序McgsRun.exe支持，其存放于MCGS目录的Program子目录中。在运行环境中完成对工程的控制工作。用户所有组态配置过程都是在组态环境中进行的,用户组态后可生成一个组态结果数据库文件.MCGS运行环境是一个独立的运行系统,它能按照组态结果数据库中的组态方式进行各种处理,完成用户组态设计的目标和功。MCGS系统整体框图3-6:图3-6 MCGS系统整体框图2.MCGS工程的五大部分：主控窗口:是工程的主要窗口或主框架。在主控窗口中可以放置一个设备窗口和多个用户窗口，负责调度和管理这些窗口的打开或关闭。主要的组态操作包括：定义工程名称，编制工程菜单，设计封面图形，确定自动启动的窗口，设定动画刷新周期，指定数据库存盘文件名称及存盘时间等。设备窗口:是连接和驱动外部设备的工作环境。在本窗口内配置数据采集与控制输出设备，注册设备驱动程序，定义连接与驱动设备用的数据变量。也就是，您要在设备窗口中选择您所有连接的控制器(如PLC，变频器，仪表等)的型号，并设定您从设备中读取哪些变量(如PLC中的寄存器D0)。用户窗口:本窗口主要用于设置工程中人机交互的界面，诸如：生成各种动画显示画面、报警输出、数据与曲线图表等。实时数据库:是工程各个部分的数据交换与处理中心。在本窗口内定义不同类型和名称的变量，作为数据采集、处理、输出控制、动画连接及设备驱动的对象。也就是，您要在实时数据库里定义一些变量与您所要控制的设备中的变量一一对应，以备您建立的各个用户窗口调用。当然也可以根据您的需要建立一些中间变量来存放计算的过渡值或是临时状态。运行策略:本窗口主要完成工程运行流程的控制。包括编写控制程序(脚本程序)，选用各种功能构件。比如，当您做的监控界面有一段说明文字是根据PLC的两个输入点闭合的情况分别显示不同的内容，您就要在运行策略窗口做一个if.then判断。图3-7为MCGS系统结构图：图3-7 MCGS 系统结构图3.3.3 系统的软件设计本次系统的软件设计包括系统的显示画面程序设计、系统程序设计、流动块显示效果设计，系统I/O与A/D程序设计。3.3.3.1 系统显示画面设计MCGS提供了丰富的图形对象库，我们可以方便的从图库中选择需要的元件，还可以根据实际需要制作自己想要的图形，充分合理的利用显示面积，使整副画面匀称的布置在显示器上是画面设计的关键。 下面来介绍一下MCGS制作画面的过程：第一步：建立画面1在“用户窗口”中单击“新建窗口”按钮，建立“窗口0”。2选中“窗口0”，单击“窗口属性”，进入“用户窗口属性设置”。3将窗口名称改为：消防控制系统；窗口标题改为：消防控制系统；窗口位置选中“最大化显示”，其它不变，单击“确认”。4在“用户窗口”中，选中“消防控制系统”，点击右键，选择下拉菜单中的“设置为启动窗口”选项，将该窗口设置为运行时自动加载的窗口。第二步：编辑画面选中“消防控制系统”窗口图标，单击“动画组态”，进入动画组态窗口，开始编辑画面。1.制作文字框图：1单击工具条中的“工具箱”按钮，打开绘图工具箱。2选择“工具箱”内的“标签”按钮，鼠标的光标呈“十字”形，在窗口顶端中心位置拖拽鼠标，根据需要拉出一个一定大小的矩形。3在光标闪烁位置输入文字“船用对外消防监控系统”，按回车键或在窗口任意位置用鼠标点击一下，文字输入完毕。4选中文字框，作如下设置：点击（填充色）按钮，设定文字框的背景颜色为：没有填充；点击（线色）按钮，设置文字框的边线颜色为：没有边线。点击（字符字体）按钮，设置文字字体为：宋体；字型为：粗体；大小为：小一号。点击（字符颜色）按钮，将文字颜色设为：暗红色。2、选择图素 1单击绘图工具箱中的（插入元件）图标，弹出对象元件管理对话框，如图3-8所示：图 3-8 对象元件库2从“储藏罐”类中选取罐45。3从“阀”和“泵”类中分别选取阀（阀57）若干、泵（泵8）5个。4 泡沫比例混合器、消防炮、止回阀由于没有形象的元件，需自己制作，选中工具箱中进行比例混合器和止回阀的制作，如图：、，消防炮的制作通过位图载入，如图3-9所示图 3-9 电动双管消防炮5将储藏罐、阀、泵、比例混合器、消防炮等调整为适当大小，放到适当位置，参照效果图。6选中工具箱内的流动块动画构件图标，鼠标的光标呈“十”字形，移动鼠标至窗口的预定位置，点击一下鼠标左键，移动鼠标，在鼠标光标后形成一道虚线，拖动一定距离后，点击鼠标左键，生成一段流动块。再拖动鼠标（可沿原来方向，也可垂直原来方向），生成下一段流动块。当用户想结束绘制时，双击鼠标左键即可。当用户想修改流动块时，选中流动块（流动块周围出现选中标志：白色小方块），鼠标指针指向小方块，按住左键不放，拖动鼠标，即可调整流动块的形状。7使用工具箱中的图标，分别对阀、罐、泵、比例混合器、消防炮进行文字注释。8选择“文件”菜单中的“保存窗口”选项，保存画面。第三步 动画连接：由图形对象搭制而成的图形画面是静止不动的，需要对这些图形对象进行动画设计，真实地描述外界对象的状态变化，达到过程实时监控的目的。MCGS实现图形动画设计的主要方法是将用户窗口中图形对象