课程设计（论文）基于组态王的监控软件设计

1、基于组态王的监控软件设计摘要：近20多年来，由于微电子技术和计算机技术的飞速发展以及工业自动化得要求逐步提高，plc的应用已经在工业生产中较为普及。越来越多的用户需要监控这些智能装置的运行状态和运行参数，以便及时了解现场信息。组态软件正是为了满足这些要求而产生。本次课程设计中主要介绍了基于组态王的石板岚垭检测系统的设计。叙述了组态监控界面的设计和组态现场的模拟。石板岚垭检测系统的制作为过程控制的一种，基本思想是采用多层递阶结构，直觉推理和动态控制策略。用组态王设计的石板岚垭控制系统工程显示直观，人机界面友好易于操作。关键字：组态王 检测系统 plc 第一章 引言 组态软件，又称组态监控软件系统

2、软件。译自英文scada,即 supervisory control and data acquisition(数据采集与监视控制)。它是指一些数据采集与过程控制的专用软件。它们处在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，使用灵活的组态方式，为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具。组态软件的应用领域很广，可以应用于电力系统、给水系统、石油、化工等领域的数据采集与监视控制以及过程控制等诸多领域。第二章 系统方案的设计2.1 组态软件的选择以及简单介绍 应课程设计要求，我们选择亚控的组态王软件，组态王开发监控系统软件，是新型的工业自动控制系统，它以标准的工业计算机软、

3、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。通常可以把这样的系统划分为控制层、监控层、管理层三个层次结构。其中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监测与控制，且在自动控制系统中完成上传下达、组态开发的重要作用。尤其考虑三方面问题：画面、数据、动画。通过对监控系统要求及实现功能的分析，采用组态王对监控系统进行设计。组态软件也为试验者提供了可视化监控画面，有利于试验者实时现场监控。而且，它能充分利用windows的图形编辑功能，方便地构成监控画面，并以动画方式显示控制设备的状态，具有报警窗口、实时趋势曲线等，可便利

4、的生成各种报表。它还具有丰富的设备驱动程序和灵活的组态方式、数据链接功能。2.2 课程设计要求及内容：2.2.1 基本要求： 1. 选用合适的组态软件对石板岚垭电气主接线图进行绘制。 2. 能在石板岚垭电气主接线图界面对电机进行监测。 3. 在石板岚垭电气主接线图中对开关进行控制。 4. 登陆界面设计。 2.2.2 课程设计思路： 由于之前对组态王软件接触的比较少，我们这次课程设计认真学习了组态王软件的相关知识和应用。组态王软件结构由工程管理器、工程浏览器、以及运行系统三部分组成。工程管理器：工程管理器用于新工程的创建和已有工程的管理，对于已有的工程搜索、添加、备份、恢复以及实现数据词典的导入

5、和导出等功能。工程浏览器：工程浏览器是一个程序开发设计工具，用于穿件监控画面、监控的设备以及相关变量、动画链接、命令语言以及设定运行系统配置等系统组态工具。运行系统：工程运行界面,从采集设备中获得通讯数据，并依照工程浏览器设计显示动态画面，实现人与设备的交互操作。 一般而言，建立一个应用工程大致可分为以下六个步骤： 1创建新工程：为工程创建一个目录来存放于工程相关的文件； 2定义硬件设备并添加工程变量：添加工程中需要的硬件设备和工程中使用的变量，包括内存变量和i/o变量； 3制作图形并定义动画链接：按照实际工程要求绘制监测画面并使静态画面随着过程控制对象产生动态效果； 4编写命令语言：通过脚本

6、程序的编写以完成较为复杂的上位控制； 5进行运行系统的配置：对运行系统、报警、历史数据记录、网络、用户等进行设置，是系统完成用于现场前的必备工作； 6保存并运行工程。完成上述六个步骤一个可以拿到现场运行的工程就制作完成了。 简而言之，我们需要建立一个组态王的工程，其中主界面为石板岚垭的电气主接线图，在主接线图中能对电机电压电流的数据进行监测，数据有学校试验台的外部设备而来。并且要从组态王软件制作的界面控制外部实验台开关。2.3 监测系统的详细设计：2.3.1 画面设计（附录一）： .登陆界面；.电气主接线图画面；.各电机数据监测画面；.电机实时曲线；.电机（电压、电流、温度）历史曲线；2.3.

7、2 数据词典定义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/o变量的值改变时，改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。基本类型的变量也可以按照数据类型分为离散型、实型、正型和字符串型。本工程设置变量截图如下图一所示：图一 设置变量截图2.3.3 命令语言组态王除了在定义动画连接时支持连接表达式，还允许

8、用户编写命令语言来扩展应用程序的功能，极大地增强了应用程序的可用性。命令语言的格类似c语言的格式，工程人员可以利用其来增强应用程序的灵活性。在运行系统中进行编译执行。命令语言有六种形式：应用程序命令语言、热键命令语言、事件命令语言、数据改变命令语言自定义函数命令语言以及画面、按钮命令语言，其区别在于命令语言的执行时机或条件不同。以下几种是此工程所用到的命令语言： a.主界面调用电机数据监测画面语言：showpicture(电机x数据监测);b.退出系统与返回系统按下时使用语言：closepicture(picture);c.电机监测系统选择菜单切换设置：及其命令语言：d.登陆系统中用户登陆按钮

9、使用的语言：e.登陆系统中退出系统所用得语言： exit( 0 );2.3.4 实时曲线的设置（图二）：图二 实时曲线的设置2.3.5 历史曲线的设置（图三）：图三 历史曲线的设置第三章 组态王与i/o设备组态王软件作为一个开放型的通用工业监控软件，支持与国内外常见的plc、智能仪表、变频器、数据采集板卡等（如：西门子plc、莫迪康plc、欧姆龙plc、三菱plc、研华模块等等）通过常规通讯接口（如串口方式、usb接口方式、以太网、总线、gprs等）进行数据通讯。 组态王软件与io设备进行通讯一般是通过调用*.dll动态库来实现的，不同的设备协议对应不同的动态库。工程开发人员无需关心复杂的动态

10、库代码及设备通讯协议，只需使用组态王提供的设备定义向导，即可定义工程中使用的i/o设备，并通过变量的定义实现与i/o设备的关联，对用户来说既简单又方便。组态王支持通过opc、dde等标准传输机制和其他监控软件（如：intouch、ifix、wincc等）或其他应用程序（如：vb、vc等）进行本机或者网络上得数据交互。3.1 设备板卡的选择组态王通讯参数请与plc的设置保持一致。以下是本工程所设置的规格：u com1：名称plc,设备种类三菱fx2系列（图四）。图四 三菱fx2串口设置u com2：名称电力仪表，设备种类modbusrtu(图五)。图五 modbusrtu串口设置3.2 rs48

11、5网络上设备通信规则1所有rs485设备遵照主/从通信方式；单个主设备和最多255个从设备之间通信。2主设备初始化并控制所有rs485网络上传递的信息。通信必须从主设备开始；一次通信中，从设备只能响应主设备的一个请求。3所有rs485网络上的信息都以消息帧方式发生。一消息帧就是一个简单的字符串，每个字符8位，一个包裹中最多可含255个字节，组成这个消息帧的字节构成标准异步串行数据，并按8位数据位，1位停止位，无校验位的方式传递。4主设备发送信息称为请求，从设备发送信息称为响应。3.3 硬件连接3.3.1 与modbusrtu协议硬件间的连接，如下其寄存器的设置配置见附录二3.3.2 与三菱fx

12、2协议硬件间的连接，如下 设置三菱fx2系列plc：当使用rs232与上位机相连时，plc的缺省与推荐设置如下 设置项 缺省值推荐值 波特率：9600 9600数据位长度 77停止位长度11奇偶校验位偶校验偶校验 第四章 调试以及问题基于组态王的石板岚垭工程完成后，我们要将pc设备与外部设备连接起来，从而验证我们监测系统的设计是否正确与合理。用于输入和输出开关数据的外部设备为fx2用于测量电机电压电流的外部设备为莫迪康的com口。一开始，由于不熟悉组态王软件的使用，在设置板卡、plc的地址时重复，导致不能进行view，随后在老师的指导下改正过来。在组态王的设计过程当中，涉及到许多变量，首先就是

13、要找好以及配置好这些变量及其动画连接的相关性，理解好这些变量的用途及其意义，进行相关配置就很轻松了。第五章 结束语 本次课程设计的题目是基于组态王的电力监测系统的设计，由于平时接触组态软件比较少，所以刚开始的时候我们组员都四处碰壁，拿到软件也不太知道如何动手。于是我们利用课余时间组织组员一起在网上进行组态王软件的视频学习。 当我们掌握到组态王的基本知识的时候，我们又遇到软件使用权限不够的问题，还好导师及时的援助使我们后面对系统的设计得以顺利进行。最后当我们软件部分完成之后，我们又遇到了pc设备与外部设备连接的问题，其中包括外部设备的选择，串口协议的设置等等。其中多亏了刘伟导师的细心指导。 这次

14、课程设计是为了下个学期的毕业设计做准备的，起着承上启下的关键作用。虽然过程相当坎坷，不过还好有组员的团结努力，导师的悉心教导。我们顺利的完成了这次课程设计并且收获良多。参考文献：1王善赋. 组态王kingview和西门子wincc. 2011. 年化学工业出版社。2韩晓新. 从基础到实践:plc与组态王. 2011. 年机械工业出版社。3王银锁. 工控组态技术及应用:组态王. 2011. 西安电子科技大学出版社。附录：附录一：登陆界面电气主接线图电机数据监测画面电机（电压、电流、温度）历史曲线电机实时曲线附录二modbusrtu数据寄存器及其描述：寄存器号寄存器类型描述0x1010ro相电压ua0x1011ro相电压ub0x1012ro相电压uc0x1013ro线电压uab0x1014ro线电压ubc0x1015ro线电压uca0x1016roa 相电流0x1017rob 相电流0x1018roc 相电流0x1019ro备用0x101aroa 相有功功率pa0x101brob 相有功功率pb0x101croc 相有功功率pc0x101droa 相无功功率qa0x101erob 相无功功率qb0