组态王软件实现恒压变频供水控制系统毕业论文.doc

沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文）组态王软件实现恒压变频供水控制系统毕业论文目 录1 绪 论11.1 本课题研究的内容11.2 设计的目的和意义11.3 国内外相关技术发展概况22 总体设计32.1方案论证32.2设计思想42.3可行性分析53 系统的硬件设计63.1变频器的选型设计63.1.1变频器选型63.1.2变频器介绍63.1.3三菱S500变频器的基本接线图73.2 调节器的选型设计73.2.1调节器的选型73.2.2 AI-808人工智能工业调节器73.2.3调节器配线及控制面板使用说明83.2.4 AI-808接线图及参数设置93.3 压力变送器的选型设计103.3.1 压力变送器选型103.3.2 DBYG型硅扩散硅压力变送器介绍104 系统的软件设计114.1 系统通讯程序设计114.1.1 AI-808调节器的通信协议114.1.2 组态王串口通讯程序设计164.2 监控程序设计214.1.1 组态王6.53软件介绍214.1.2上位机监控软件设计231.实时监控232.参数设置233.历史曲线24 4.实时报表窗口. 24 5.历史报表窗口. 25 6报警窗口. 265 调试过程265.1 监控程序调试275.1.1 通讯调试271.组态王通讯协议272.设计通讯控制系统275.1.2 曲线绘制的调试275.2 系统运行参数调试28结 论29结束语29参考文献30致 谢31附录 系统硬件接线图32附录 程序界面33附录 实物图36II1 绪 论1.1 本课题研究的内容本课题设计一个恒压变频供水控制系统。系统使用AI-808智能仪表作为控制系统的调节器，三菱S500变频器控制转速的电机作执行器，压力传感器做压力 信号采集构成一个闭环的PID控制系统。被控对象是管网，被控参数是管网水压。整个系统的运行状态由上位机组态王软件的监控程序进行监控。监控程序通过与AI-808调节器通讯读取系统运行参数，并将系统当前运行状态绘制成实时曲线显示在上位机的监控界面。同时监控程序还可以对AI-808调节器的参数进行设置，以对系统的运行状态进行调整。1.2 设计的目的和意义在水利用过程中，供水设备是其必不可少的工具。一般规定城市管网的水压只保证6层以下楼房的用水，其余上部各层均须提升水压才能满足用水要求。传统的方法是水塔、高位水箱或气压罐式增压设备，其设备一次投资费用高，并且必须由水泵高于实际用水高度的压力来提升水量，其结果往往增大了水泵的轴功率和能量损耗，在使用这些传统的供水方式，还容易造成水的二次污染。使用传统的供水方式，用户用水的多少是经常变动的，因此供水不足或供水过剩的情况时有发生。而用水和供水的平衡集中反映在供水的压力上，即用水多但同时供水少，则压力低；用水少而供水多，则压力大。保持供水压力的恒定，可使供水和用水之间保持平衡，即用水多时用水也多，用水少时用水也少，从而提高了供水的质量。恒压供水是指在供水网中用水量发生变化的时候，出口压力保持不变的供水方式。供水网系出口压力值是根据用户需求确定的，所以恒压变频供水可以达到节约资源，提高供水质量的要求。恒压供水系统对于某些工业或特殊用户也是非常重要的。例如在某些生产过程中，若自来水供水因故压力不足或短时断水，可能影响产品质量，严重时使产品报废和设备损坏。又如发生火灾时，若供水压力不足或或无水供应，不能迅速灭火，可能引起重大经济损失和人员伤亡。所以某些用水区采用恒压供水系统，具有较大的经济和社会意义。1.3 国内外相关技术发展概况变频调速恒压供水技术以其节能、安全、供水高品质等优点，得到了广泛应用。恒压供水调速系统可依据用水量的变化(实际上为供水管网的压力变化)自动调节系统的运行参数，保持水恒定以满足用水要求，是当今先进、合理的节能型供水系统，在短短的几年内、调速恒压供水系统经历了一个逐步完善的发展过程，早期的单泵调速恒压系统逐渐为多泵系统所代替，投资更为节省，运行效率提高，成为主导产品。自从通用变频器问世以来，变频调速技术在各个领域得到了广泛的应用。变频调速恒压供水设备以其节能、安全、高品质的供水质量等优点，使我国供水行业的技术装备水平从90年代初开始经历了一次飞跃。恒压供水调速系统实现水泵电机无级调速，依据用水量的变化自动调节系统的运行参数，在用水量发生变化时保持水压恒定以满足用水要求，是当今最先进、合理的节能型供水系统，在实际应用中得到了很大的发展。随着电力电子技术的飞速发展，变频器的功能也越来越强。充分利用变频器内置的各种功能，对合理设计变频调速恒压供水设备，降低成本，保证产品质量等方面很有潜力。2 总体设计2.1方案论证恒压变频供水是较为理想和先进的。首先恒压变频供水保证出水压力不变，根据用水量大小进行变频供水，既节约电能，又保证水泵软启动（对电网电压冲击不大），延长了水泵寿命。目前,就恒压变频给水而言，归结起来可采用以下几种方法:（1）压力变送器、单片机与变频器形成控制回路。压力变送器检测管网中的压力，通过控制系统的A/D转换电路传给单片机，单片机根据管网压力来控制变频器的输出，来控制水泵的转速，以达到控制供水流量的目的。这种控制方式控制器体积小，成本底，可以用于一些特殊场合，比如说现场空间小，并且需求量大的场合。但是它的缺点也是显而易见的，单片机抗干扰能力差，系统稳定性不高，程序修改麻烦，所以现在使用单片机做控制器的恒压变频给水系统普及性很低。（2）压力变送器、PLC控制器与变频器形成控制回路。压力变送器检测管网中的压力，通过A/D模块传给PLC控制器，PLC控制器根据管网中的压力来控制变频器的输出，来控制水泵的转速，达到控制供水流量的目的，同时使用组态软件对系统参数进行实时监控。目前这种方式主要应用于集中供水。对于一、二层是商业群房，群房上建有多幢住宅的建筑，目前较多采用此种供水方案。一般设计有地下生活水池一座，集中恒压变频供水，不设屋顶水箱。主水泵一般有三台，二开一备自动切换，副泵为一般为一小流量泵，夜间用水量小时主泵自动切换到副泵，以维持系统压力基本不变。这种方式是目前国内外普遍采用的方法。该系统供水采用变频泵循环方式，以“先开先关”的顺序关泵，工作泵与备用泵不固定死。这样，既保证供水系统有备用泵，又保证系统泵有相同的运行时间，有效地防止因为备用泵长期不用发生锈死现象，提高了设备的综合利用率，降低了维护费用。同时它的控制参数可调，可引入PID调节方式，反应快，并且PLC控制器的抗干扰能力强，系统稳定性高。但是PLC与组态软件的成本太高，整个系统性价比不高，不适合小型用户使用。（3）压力变送器、AI-808人工智能工业调节器与变频器形成控制回路。压力变送器将检测的网管压力传给智能仪表，智能仪表根据系统当前的参数换算出相应的输出值，将输出值输入变频器，以控制水泵的转速，达到控制管网水流量的目的，同时在上位机使用组态王软件设计的监控软件对系统进行实时监控。使用AI-808调节器做控制器有一个显著的特点，在系统设计时，由于AI-808调节器具有先进的智能调节算法，所以不需要设计PID算法，并且AI-808调节器本身具有A/D、D/A转换模块，不需要系统再设计单独的A/D、D/A转换电路或设备。在系统运行时只需要对智能仪表的参数进行修改就可以对系统进行控制。同时AI-808调节器具有完善的通讯功能，可以与上位机进行通讯，因此可在上位机中通过软件对智能仪表的参数进行修改，还可对系统进行实时监控。使用组态王设计上位机监控软件可以大大的减少系统设计成本，并且其灵活性也大于使用组态软件设计的监控软件。通过以上方案的对比分析，第三种方案除了系统成本优于其他方案，其灵活性、系统的简洁性也优于其他方案，因此本课题使用第三种方案设计系统。2.2设计思想按照课题要求，本系统使用压力变送器检测供水管线中的压力，调节水泵电机的运转频率来实现PID闭环控制。水泵电机的运转频率由变频器输出，频率的高低由AI-808调节器控制。压力变送器的电流信号通过转换变成电压信号后传入AI-808调节器，AI-808调节器根据当前的输入值与给定值的关系，按照系统的参数值，输出相应的调节值给变频器，变频器再根据输入值输出相应的频率来控制水泵电机的转速。同时AI-808调节器与上位机监控软件进行通信，在上位机显示当前管网水压、给定水压、输出值曲线以及AI-808调节器的系统参数，同时还可以在上位机进行历史曲线查询，系统参数修改等操作。在系统工作过程中，压力传感器将主管网水压变换为4mA20mA的电流信号，通过串联一个250电阻，将电流信号转换为1V5V的电压信号。将电压信号传入AI-808调节器，AI-808调节器根据输入信号换算出水压高低，在仪表上显示出来；同时AI-808调节器也根据输入值与当前系统给定值的关系，按照系统调节参数运算出相应的输出信号。如果输入值大于给定值，AI-808调节器将减小输出信号值；如果输入值小于给定值，AI-808调节器将增加输出信号值。AI-808调节器在调节输出信号的大小的同时，也通过RS232串口与上位机进行通信，将AI-808调节器采集的数据以及系统参数传到上位机监控软件，同时也接受上位机传来的参数修改指令，使用户可以在上位机监控系统运行状态。系统总体结构如图2.1所示。图2.1 系统总体结构图2.3可行性分析本课题设计要求在短时间内完成，并且由于条件与资金有限，不能大量的采购新设备来完成系统设计。按上述系统设计要求，系统需要PC机一台、AI-808调节器一台、变频器一部、供水泵一台、压力变送器一个以及若干管道和通信线。系统AI-808调节器需要与上位机通讯，所以还得另加一块AI-808串口通信模块。而这些设备除AI-808串口通信模块以外，其它的都能使用实验室的设备解决，并且上位机的监控软件使用组态王软件进行设计，这样就在很大的程度上减少了系统的设计成本。AI-808调节器不需要进行编程，而且使用组态王软件设计监控程序技术成熟，降低了整个系统设计的技术要求，相应的也减少了系统设计的周期。总之，系统的设计在时间、经费、材料和技术方面满足了课题的要求，能够在规定条件下完成课题的设计。3 系统的硬件设计3.1变频器的选型设计3.1.1变频器选型课题的设计要求变频器支持420mA的电流来设定频率，对其它的参数要求不高。目前三菱S500变频器应用广泛，功能全面，价格低廉，并且支持4-20mA电流输入来设定频率，符合课题设计的要求，并且三菱S500变频器具有数字式拨盘，设定简单快捷，操作方便，因此本课题的变频器选用三菱S500变频器。3.1.2变频器介绍变频器是把工频电源(50Hz或60Hz)变换成各种频率的交流电源，以实现电机的变速运行的设备。变频器实际上就是一个逆变器。它首先是将交流电变为直流电，然后用电子元件对直流电进行开关变为交流电。一般功率较大的变频器用可控硅，并设一个可调频率的装置，使频率在一定范围内可调，用来控制电机的转数，使转数在一定的范围内可调。变频器广泛用于交流电机的调速中。变频调速技术是现代电力传动技术重要发展的方向，随着电力电子技术的发展，交流变频技术从理论到实际逐渐走向成熟。变频器不仅调速平滑，范围大，效率高，启动电流小，运行平稳，而且节能效果明显。因此，交流变频调速已逐渐取代了过去的传统滑差调速、变极调速、直流调速等调速系统，越来越广泛的应用于冶金、纺织、印染、烟机生产线及楼宇、供水等领域。一般分为整流电路、平波电路、控制电路、逆变电路等几大部分。其中控制电路完成对主电路的控制，整流电路将交流电变换成直流电，平波电路对整流电路的输出进行平滑滤波，逆变电路将直流电再逆变成交流电。三菱S500变频器3.1.3三菱S500变频器的基本接线图图3.2变频器基本接线图3.2 调节器的选型设计3.2.1调节器的选型现在市场上的调节器产品种类繁多，产品良莠不齐。在经过大量的实地考察和实验测试，最终选择了厦门宇电自动化科技有限公司生产的AI-808型人工智能工业调节器作为主调节器使用。AI-808型调节器的主要技术特征；0.2级精度，带手/自动控制功能，模糊控制算法，多分度输入，多种控制输出（在此选择4-20mA输出）和多种报警输出。更重要的是厦门宇电自动化科技有限公司还提供5年的免费维修，这保证了使用AI-808调节器的系统能够得到很好维修服务，解除了用户的后顾之优。3.2.2 AI-808人工智能工业调节器本系统采用的AI-808调节器支持各种热电偶、热电阻、线性电压、电流、电阻及辐射温度计等，并具备扩充输入插座安装特殊输入规格，并可自定义特殊输入的非线性校正表格。除主输入外的第二路输入用于外给定或阀门信号反馈功能，可组成串级或比值调节器等复杂调节系统。AI-808智能调节器具有先进的控制算法,并能在调节中自动学习和记忆被控对象的部分特征以使效果最优化。其具有无超调、高精度、参数确定简单，对复杂对象也能获得较好控制效果等特点。其整体调节效果比一般的PID算法更明显。这一点在系统调试中得到验证，起初选用日本生产的单纯PID调节器，在用水量变化和水泵投退过程中，其超调量和稳定时间均不理想，在改用AI-808智能仪表后，其动态、静态指标均满足了要求。3.2.3调节器配线及控制面板使用说明图3.3 AI-808人工智能工业调节器图3.4 AI-808人工智能工业调节器配线图图3.5 AI-808人工智能工业调节器控制面板面板说明：（1） 调节输出指示灯（2） 报警1指示灯（3） 报警2指示灯（4） AUX辅助接口工作指示灯（5） 显示转换（兼参数设计进入）（6） 数据移位（兼手动/自动切换及程序设置进入）（7） 数据减少键（兼程序运行/暂停操作）（8） 数据增加键（兼程序停止操作）（9）给定值显示窗（10）测量值显示窗3.2.4 AI-808接线图及参数设置图3.6 AI-808接线图为了满足系统要求，需要对AI-808的参数进行设置。参数设置及说明如表3.1表3.1 AI-808参数设置参数设置值说明Sn33用于选择输入规格,33表示15V电压输入dIP1设置小数点位数为1dIL0设置线性输入信号下限刻度值为0kPadIH100设置线性输入信号上限刻度值100kPaCtrl4设置控制方式,以获得更精细的控制3.3 压力变送器的选型设计3.3.1 压力变送器选型本课题设计的系统的被控参数管网水压是由压力变送器传给AI-808调节器的。按照课题设计的要求，压力变送器必须支持420mA的电流输出，并且应该具有耐腐蚀、灵敏度高的特点。扩散硅压力变送器灵敏度高，耐腐蚀性好，加之它的低电压、低电流、低功耗、低成本和本质安全防爆的特点，可替代诸多同类型的同功能产品，具有最优良的性价比。本系统设计时采用的是DBYG型硅扩散硅压力变送器。3.3.2 DBYG型硅扩散硅压力变送器介绍DBYG 扩散硅压力变送器是一种新型的压力检测仪表。压力测量头的核心部件是扩散硅压力传感器，因此没有可动部件，抗震性能优良。仪表在工业测量和自动调节系统中作为检测环节用来测量液体、气体或蒸气的压力，并将被测参量转换成420mA DC的标准电流信号输出，与其它仪表配合实现生产过程中的自动检测和控制。DBYG型硅扩散硅压力变送器技术参数如下：输出电流：420mA DC二线制传输供电电压：DC 242.4V负载电阻：0250（另加导线电阻100）精度等级：0.2FS（255时）0.5FS（255时）环境温度：-20+80相对湿度：95接液温度：100外磁场强度：400A/m图3.6 DBYG 扩散硅压力变送器4.1 系统通讯程序设计本课题的通讯部分主要是满足AI-808调节器与上位机的通讯，使上位机组态王软件设计的监控程序能监控系统的运行状态。AI-808调节器拥有完善的通讯协议（AIBUS），可以快速的与上位机系统进行通讯。组态王软件也拥有通讯控件，可以方便的使用PC机的串口与下位机进行通讯。4.1.1 AI-808调节器的通信协议AIBUS是厦门宇电自动化科技有限公司为AI系列显示控制仪表开发的通讯协议，能用简单的指令实现强大的功能，并提供比其它常用协议（如MODBUS）更快的速率（相同波特率下快3-10倍），适合组建较大规模系统。AIBUS采用了16位的求和校正码，通讯可靠，支持4800、9600、19200等多种波特率，在19200波特率下，上位机访问一台AI-7/8系列高性能仪表的平均时间仅20mS，访问AI-5系列仪表的平均时间为50mS。仪表允许在一个RS485通讯接口上连接多达80台仪表（为保证通讯可靠，仪表数量大于60台时需要加一个RS485中继器）。AI系列仪表可以用PC、触摸屏及PLC作为上位机，其软件资源丰富，发展速度极快。基与PC的上位机软件广泛采用WINDOWS作为操作环境，不仅操作直观方便，而且功能强大。最新的工业平板触摸屏式PC的应用，更为工业自动化带来新的界面。这使得AIDCS系统价格大大低于传统DCS系统，而性能及可靠性也具备比传统DCS系统更优越的潜力，V7.X版本AI-7/8系列仪表允许连续写参数，写给定值或输出值，可利用上位机将仪表组成复杂调节系统。AI系列仪表使用异步串行通讯接口，接口电平符合RS232C或RS485标准中的规定。数据格式为1个起始位，8位数据，无校验位，1个或2个停止位。通讯传输数据的波特率可调为480019200 bit/S，通常用9600 bit/S，单一通讯口所连接仪表数量大于40台或需要更快刷新率时，推荐用19200bit/S，当通讯距离很长或通讯不可靠常中断时，可选4800bit/S。AI仪表采用多机通讯协议，采用RS485通讯接口，则可将180台的仪表同时连接在一个通讯接口上。RS485通讯接口通讯距离长达1KM以上（部分实际应用已达3-4KM），只需两根线就能使多台AI仪表与计算机进行通讯，优于RS232通讯接口。为使用普通个人计算机PC能作上位机，可使用RS232/RS485或USB/RS485型通讯接口转换器，将计算机上的RS232通讯口或USB口转为RS485通讯口。宇电为此专门开发了新型RS232/RS485及USB/RS485转换器，具备体积小、无需初始化而可适应任何软件、无需外接电源、有一定抗雷击能力等优点。AI仪表的RS232及RS485通讯接口采用光电隔离技术将通讯接口与仪表的其他部分线路隔离，当通讯线路上的某台仪表损坏或故障时，并不会对其它仪表产生影响。同样当仪表的通讯部分损坏或主机发生故障时，仪表仍能正常进行测量及控制，并可通过仪表键盘对仪表进行操作，工作可靠性很高。16位校验码的正确性是简单奇偶校验的30000倍，基本能保证数据可靠性。并且同一网络上有其他公司也采用主从方式通讯的产品时，如PLC、变频器等，多数情况下AI系列仪表都不会受其它公司产品通讯干扰，不会产生采集数据混乱或无法通讯的问题。但是AI仪表协议并不能保证其它公司产品能否正常工作，所以除非万不得已，不应将AI仪表与其它产品混在一个RS485通讯总线上，而应分别使用不同的总线。AI仪表采用16进制数据格式来表示各种指令代码及数据。AI仪表软件通讯指令经过优化设计，标准的通讯指令只有两条，一条为读指令，一条为写指令，两条指令使得上位机软件编写容易，不过却能100%完整地对仪表进行操作；标准读和写指令分别如下：读： 地址代号+52H（82）+要读的参数代号+0+0+校验码写： 地址代号+43H（67）+要写的参数代号+写入数低字节+写入数高字节+校验码地址代号：为了在一个通讯接口上连接多台AI仪表，需要给每台AI仪表编一个互不相同的通讯地址。有效的地址为080（部分型号为0100），所以一条通讯线路上最多可连接81台AI仪表，仪表的通讯地址由参数Addr决定。仪表内部采用两个重复的128208（16进制为80HD0H）之间数值来表示地址代号，由于大于128的数较少用到（如ASC方式的协议通常只用0-127之间的数），因此可降低因数据与地址重复造成冲突的可能性。AI仪表通讯协议规定，地址代号为两个相同的字节，数值为（仪表地址+80H）。例如：仪表参数Addr=10（16进制数为0AH，0A+80H=8AH），则该仪表的地址代号为：8AH 8AH。参数代号：仪表的参数用1个8位二进制数（一个字节，写为16进制数）的参数代号来表示。它在指令中表示要读/写的参数名。校验码：校验码采用16位求和校验方式，其中读指令的校验码计算方法为：要读参数的代号256+82+ADDR写指令的校验码计算方法为以下公式做16位二进制加法计算得出的余数（溢出部分不处理）：要写的参数代号256+67+要写的参数值+ADDR公式中ADDR为仪表地址参数值，范围是080（注意不要加上80H）。校验码为以上公式做二进制16位整数加法后得到的余数，余数为2个字节，其低字节在前，高字节在后。要写的参数值用16位二进制整数表示。返回数据：无论是读还是写，仪表都返回以下10个字节数据：测量值PV+给定值SV+输出值MV及报警状态+所读/写参数值+校验码其中PV、SV及所读参数值均各占2个字节，代表一个16位二进制有符号补码整数，低位字节在前，高位字节在后，整数无法表示小数点，要求用户在上位机处理；MV占一个字节，按8位有符号二进制数格式，数值范围-110110，状态位占一个字节，校验码占2个字节，共10个字节。表4.1 回各数据含义PV测量值PVSV当前给定值SVMV输出值MV状态字节状态字节A参数值表示要读或写的参数的值返回校验码：PV+SV+（报警状态*256+MV）+参数值+ADDR按整数加法相加后得到的余数。计算校验码时，每2个8位字节组成1个16位二进制整数进行加法运算，溢出数忽略，余数作为校验码。表4.2 状态字节A数据含义（位7固定为0）位0上限报警（HIAL）位1下限报警（LoAL）位2正偏差报警（dHAL）位3负偏差报警（dLAL）位4输入超量程报警（orAL）位5AL1状态，0为动作位6AL2状态，0为动作表4.3 AI-808仪表可读/写的参数代号表参数代号AI-808调节器参数含义10进制16进制000H SV给定值/SteP程序段101HHIAL上限报警202HLoAL下限报警303H dHAL正偏差报警404HdLAL负偏差报警505HdF回差606HCtrl控制方式707H M5保持参数808H P 速率参数909H t滞后时间100AHCtI控制周期110BHSn输入规格120CH dIP小数点位置130DH dIL输入下限显示值140EH dIH输入上限显示值150FHALP报警输出定义1610HSc输入平移修正1711HOP1输出方式1812H oPL输出下限1913H oPH输出上限2014HCF功能选择2115H 仪表特征码/程序控制字(运行:0 暂停:4 停止:12)2216H 仪表地址（读/写）2317HdL数字滤波2418Hrun运行参数2519HLoc参数封锁261AH C01(AI-808写入时设置MV值)271BHt01 281CHC02291DHt02301EHC03311FHt033220HC043321Ht043422HC053523Ht053624HC063725Ht063826HC073927Ht074028HC084129Ht08422AH C0943-852BH-55H t09-C30程序数据8656H 当前程序段运行时间4.1.2 组态王串口通讯程序设计 组态王6.53是北京亚控公司开发的一种比较成熟的国产组态软件，起操作简单。易于学习，用它制作人机界面快捷简便，画面美观简单。具有强大的数据库功能，可连接大型的SQL数据库，而且其网络功能十分丰富，可以实现远程监控，更重要的是拥有丰富的驱动程序库，用其提供的驱动程序可以方便的实现上位机PC与各种不同型号的PLC、变频器、板卡、网卡等设备进行相互通讯。组态王6.53与AI808变频器之间的通讯设置的具体步骤：1、 在组态中新建一工程，设取名为“恒压变频供水系统”。2、 在开发界面选择“设备”“智能仪表”“宇光”“AI系列”“串口”，如图所示3、 为设备命名设为“AI808”。4、 选择串口，此次串口选为“COM1”端口。5、 设置设备的地址为“1”。6、查看信息总结，检查设置，点击设置完成即可。经过上述设置后，当启动组态工程“恒压变频供水系统”时，组态王会自动连接设备地址为1的AI808变频器。 串口参数设置 在上位机组态王程序中，在“设备”中双击COM1现实属性，设置如下在上位机组态王程序中的“数据词典”中设置变量“压力采集”、压力设定”、“P”、“M5”。在它们的定义变量一栏中的基本属性中如图进行设定：压力采集压力设定PM5其中要特别注意变量类型、最大最小值、最大最小原始值、寄存器和数据类型的选择。连接设备都为我们之前在设备中设置的“AI808”。通过以上的程序的设计，上位机的监控程序实现了监控软件与下位机AI-808调节器的通讯。可以通过监控软件实时监控系统的运行状态，并且能够在上位机修改AI-808调节器的运行参数。4.2 监控程序设计4.1.1 组态王6.53软件介绍组态王6.53是亚控科技根据当前的自动化技术的发展趋势，面向高端自动化市场及应用，以实现企业一体化为目标开发的一套产品。该产品以搭建战略性工业应用服务平台为目标，集成了对亚控科技自主研发的工业实时数据库（KingHistorian）的支持，可以为企业提供一个对整个生产流程进行数据汇总、分析及管理的有效平台，使企业能够及时有效的获取信息，及时的做出反应，以获得最优化的结果。组态王6.53保持了组态王早期版本运行稳定、使用方便的特点。并根据国内众多用户的反馈及意见，对一些功能进行了完善和扩充。该款产品的历史曲线、温控曲线以及配方功能进行了大幅提升与改进，软件的功能性和可用性有了很大的提高。组态王6.53已能连接PLC、智能仪表、板卡、模块、变频器等上千种工业自动化设备。支持设备之多之广可与国外优秀同类软件相媲美。通讯方式灵活多样，为用户提供了充足的选择空间，可以适应各种设计方案的需要。目前，组态王6.53支持的通讯方式已包括： *串口通讯方式 *以太网方式 *GPRS通讯方式 *Lonworks现场总线方式 *BacNet现场总线方式组态王6.53的主要功能特性*可视化操作界面，真彩显示图形、支持渐进色、丰富的图库、动画连接 *无与伦比的动力和灵活性，拥有全面的脚本与图形动画功能 *可以对画面中的一部分进行保存，以便以后进行分析或打印 *变量导入导出功能，变量可以导出到Excel表格中，方便的对变量名称等属性进行修改，然后再导入新工程中，实现了变量的二次利用，节省了开发时间 *强大的分布式报警、事件处理，支持实时、历史数据的分布式保存 *强大的脚本语言处理，能够帮助你实现复杂的逻辑操作和与决策处理 *全新的WebServer架构，全面支持画面发布、实时数据发布、历史数据发布以及数据库数据的发布 *方便的配方处理功能 *丰富的设备支持库，支持常见的PLC设备、智能仪表、智能模块 *提供硬加密及软授权两种授权方式组态王6.53为第三方软件提供了多种访问组态王工程数据的接口，可以方便的对采集上来的数据进行二次计算，应用各种先进的算法，以满足工程上的特殊需要。其支持的通讯接口主要包括： *OPC2.0 *DDE *通过ocx控件的方式开放实时数据 *通过Excel表格访问历史数据4.1.2上位机监控软件设计1.实时监控图3.7 监控主画面监控界面可以显示实时数据、实时曲线、运行状态指示等。实时数据可显示当前系统参数，以及监控数据（包括给定值、输出值）。实时曲线用四种颜色来直观的显示给定值、输出值、P值、M5值。程序运行时，点击“开始监控”按钮，程序通过串口与AI-808调节器开始通信。监控程序先进行初始化，根据AI-808仪表的仪表地址以及串口设置，系统将发送读取AI-808调节器的PV、SV、M5、P、T参数的相应代码，并将AI-808返回的参数显示在控制界面上。按照通讯控制的设计，程序不停的发送读取参数代码15H的AI-808调节器的值，程序根据返回的数据将PV、SV、MV三个参数的数值绘制曲线显示在实时曲线框内，并且根据状态字的内容决定是否报警；同时，系统将当前PV、SV、MV三个参数以及系统当前时间等数据储存在系统中，以供在查看历史曲线时进行调用。实时监控流程图如图4.2所示。2.参数设置在系统监控开始运行后，单击“参数设置”按钮，弹出参数设置的对话框，可以进行参数的更改。参数设置的对话框的“刷新”按钮可以刷新参数的值。单击需要更改的参数，弹出输入对话框，输入需要修改的值，单击“确定”就完成了参数的修改。图3.8 参数设置对话框3.历史曲线在系统的监控界面单击“历史曲线”按钮就可以进入历史曲线窗口（如图4.6）。初始的历史曲线窗口显示的是系统最后20分钟的历史曲线，可以通过控制按钮可以对显示的历史曲线进行时间平移、局部放大、缩小等操作。平移操作每次移动是平移窗口显示的历史曲线时间范围的1/6。同时，还可以对历史曲线选定的范围进行放大。拖动历史曲线显示框上下的滑动条，选定需要放大的范围，单击“放大”按钮，就能完成对选定范围历史曲线的放大。而“初始化”按钮能完成对历史显示窗口的初始化。历史曲线的缩小功能是以显示的历史曲线的中心为基准，历史曲线向中心收缩。图 3.9 历史曲线界面4.实时报表窗口在系统的监控界面单击“实时报表创口”按钮就可以进入实时报表窗口（如图4.7）,该界面可以很清楚的看见系统的实时数据及日期、时间等详细数据。并且还可以通过报表下方的按钮进行“返回主画面”，“报表自动打印”，“报表手动打印”，“报表页面设置”，“保存报表”，“历史报表查询”等功能。图4.0 实时报表窗口5.历史数据报表窗口 在系统的监控界面单击“历史数据报表查询”按钮就可以进入历史报表查询界面（如图4.8）。在该界面可以清楚的看见系统之前的压力采集数据，包括采集数据的时间和详细数值。图4.1 实时报表窗口6、报警窗口在系统监控界面单击“报警窗口”按钮就可以进入报警窗口（如图4.9）。在该界面可以清楚的看见系统的报警时间和报警数值，在该系统中我设定了采集值小于20和大于80时系统报警，并可以在监控主画面中设置了报警灯。图4.2 报警窗口界面5 调试过程5.1 监控程序调试本课题的大部分调试时间都花在了上网机监控程序的调试。由于以前对于调节器AI-808的了解非常的少，所以在上位机与调节器的监控调试中遇到了很多问题，基本上从零开始。不过在老师的帮助下我学会了在组态王软件中设置与AI-808的通信协议。5.1.1 通讯调试这时上位机程序设计的第一步，因为整个监控程序都是围绕着监控软件与AI-808调节器进行通讯获得的数据设计的，如果不能成功的进行通讯，监控软件就没有设计的意义。1. 研究组态王与调节器通讯协议在程序设计之初对于组态王与调节器的通讯协议毫不了解，一时间很难入手。不过在老师的帮助下我找到了调节器参数对应的寄存器名称和通信协议的设置，通过一段时间的摸索逐渐的掌握了它们之间的通讯协议如何设置，不过在开始阶段依然还有一些小问题，但是在老师和同学仔细耐心的帮助之下都一一解决了。5.1.2 曲线绘制的调试上位机的监控程序中，曲线绘制分成实时曲线的绘制与历史曲线的绘制。在组态王软件中有实时曲线的应用，在系统设计开始阶段，我在组态王数据词典中已经很好的设定了压力采集值、压力设定值、P、M5四个值的属性设置，当我在主画面中画出实时曲线并且在实时曲线中设定两条线的设定。不过开始时无论是实时曲线还是历史曲线都无法显示系统的数据，很久也找不到问题的所在。不过通过询问老师终于找到了问题所在。原来在组态王数据词典中对于压力采集和压力设定的变量设定中没有点击数据变化一栏，从而造成了问题的出现，通过改正实时曲线和历史曲线都能够正常显示。5.2 系统运行参数调试完成了系统设计，最后最重要的是设置系统运行参数，使系统的运行状态达到最佳的状态。在调试过程中，遇到的最大的问题就是变频器的干扰。由于变频器的工作频率不固定，在系统运行过程中，很难克服它的干扰，只能采取一些措施尽量减小它干扰。在系统开始时对于调节器的参数设定还不知道如何调节才能让压力采集和压力设定值接近，通过一次一次的尝试最终找到了最佳的参数（见图5.1）。图4.3 调试图结 论本课题是设计一个基于AI-808调节器与VB程序的恒压变频供水系统。该系统包括变频器、AI-808调节器、压力变送器、上位机监控软件和供水泵。整个系统操作简单，只需要在上位机操作监控软件就能对系统进行控制；成本低廉，系统设计时使用组态王设计监控程序，大大节约了系统成本；维护方便，整个系统结构简单，没有繁琐的电缆、复杂的程序，可以很方便的对系统进行维护；功能全面，监控程序能够绘制实时曲线、历史曲线、实时报表、历史报表并具有报警功能，还可以查询历史数据，完全能够满足用户的需要。因此本课题设计的系统在未来还是拥有一定的市场前景。结束语通过本次课题的设计，我重新温习了以前学过的知识，加深了一些知识的理解，同时也新学到了不少知识。在控制系统设计过程中，接触到了一些新知识，比如说北京亚控公司的组态王的使用，以及使用组态王绘制曲线等，这使我受益匪浅。我想，这些知识也许就是我以后工作和学习所需要的。在学到新知识的同时，我也认识到一些做人的道理。在完成课题设计的过程中，我放弃了一种很容易实现的设计方法，而选择另外一种我没接触过的方法来完成整个系统的设计。我认为这次课