中国石油大学(华东)测控专业课程设计实习报告

1、测控技术与仪器专业课程设计内容及要求（自动测控系统设计）1.要求本次实践以开发计算机测控系统为最终目的，要求掌握计算机测控系统的工作原理，学习组态王工控组态软件的使用方法，根据要求完成工程组态；掌握MODBUS通信协议的原理，开发具有MODBUS通讯功能的智能仪表，最终完成和组态工程之间的通讯。2.设计内容与时间计划（1） 熟悉组态王软件安装，基本开发环境，采用构建简单的工程（采用仿真数据和设备，工程应包含PID功能），计划时间1天；（2） 根据罐区工艺的要求，完成相应的组态工程，实现对原油储罐的监控，计划时间2天；（3） 掌握MODBUS通讯协议的工作原理，在MSP430F5438单片机上编

2、程实现MODBUS客户端服务程序，要求通过串行口将现场的温度、泵状态、流量等参数上传到上位机上，计划时间3天。（4） 在单片机上编程实现流量、温度上下限及仪表地址和波特率等参数设置功能，同时能从上位机对仪表参数进行设置，计划时间2天。（5） 优化设计，要求当出现通讯错误时在上位机和单片机上都要做出相应的反应，计划时间0.5天。（6） 上位机采用高级语言编程，实现对现场智能仪表的控制。第6项为有能力者完成，计划时间1.5天。3.详细设计要求3.1 组态王工程部分：见附录13.2 智能仪表部分：（1）仪表支持MODBUS ASCII和MODBUS RTU通讯协议。（2）仪表具有现场参数修改功能（变

3、送器参数、泵参数和通讯参数可以自由设置，且单位可以更改），参数最好掉电不丢失。（3）仪表具有参数上传功能，可以通过上位机实现对仪表参数的设置。（4）当上位机发送的命令有问题时，仪表应进行错误处理；当仪表返回的数据有错误时，上位机也应作出反应。3.3 MODBUS上位机软件：能够正确读写仪表数据。4.考核考核采用逐组考核的方式进行，主要考核内容：（1） 任务期间内综合表现评估；（2） 对设计任务一完成效果进行评估；（3） 设计内容二和三的完成情况评估；（4） 提交的课程设计报告。附录1：组态软件实验内容安排一 罐区工艺流程图2- 储油罐进口电动阀；3- 储油罐排污电动阀；4- 储油罐出口电动阀；

4、5- 泵图1：罐区工艺流程图二 监控要求（1）监测各罐的液位（0-20m）/ (0-1m)/温度(0-100度)（现场仪表4-20mA输出）。（2）根据各罐液位控制各罐出口电动阀（H>16m, 关进口阀，选择最低液位的罐进油；H<2m,关出口阀,选择最高液位的罐出油），手动遥控排污阀。液位H>15.5m高报警, H>17m高高报警； 液位H<2m低报警, H<1.5m低低报警。 界位>1m高报警, 界位>1.5m高高报警; 界位<0.5m低报警, H<0.2m低低报警;（3）启动泵组设置出入口流量（100M3/h,200M3/h,25

5、0M3/h）三 硬件配置泵现场变送器四 组态要求（一）组态逻辑设备。（先用仿真设备，调试完后改用实际设备）（二）组态数据库（三）组态画面画面1：工艺流程总画面画面2：各泵弹出式放大画面（包括参状态/型号等），点击总画面上的泵弹出此画面；画面3：液位/温度/界位各一个实时趋势图和历史趋势图；画面4：报表画面(液位,温度,界位),定时打印（早上8：00）；（四）组态操作权限测控网络课程设计 组 员：××× 专业班级：测控技术与仪器专业 一、实践要求本次实践以开发DCS测控系统为最终目的，要求掌握DCS测控系统的工作原理，学习组态王工控组态软件的使用方法，根据要求完成工

6、程组态；掌握MODBUS通信协议的原理，开发具有MODBUS通讯功能的智能仪表，最终完成和组态工程之间的通讯。二、实践内容组态王部分一、设计要求根据罐区工艺的要求，完成相应的组态工程，实现对原油储罐的监控。1、罐区工艺流程图2- 储油罐进口电动阀；3- 储油罐排污电动阀；4- 储油罐出口电动阀；5- 泵2、具体要求（1）监测各罐的液位（0-20m）/ (0-1m)/温度(0-100度)（现场仪表4-20mA输出）。（2）根据各罐液位控制各罐出口电动阀（H>16m, 关进口阀，选择最低液位的罐进油；H<2m,关出口阀,选择最高液位的罐出油），手动遥控排污阀。液位H>15.5m高

7、报警, H>17m高高报警； 液位H<2m低报警, H<1.5m低低报警。 界位>1m高报警, 界位>1.5m高高报警; 界位<0.5m低报警, H<0.2m低低报警;（3）启动泵组设置出入口流量（100M3/h,200M3/h,250M3/h）二、设计内容（一）组态画面的建立（总画面） （历史曲线及实时曲线） （数据报表） （报警画面） （泵参数的弹出画面）本次实验是我们第一次要求用组态王软件来进行组态画面的组态，之前用的组态软件是MCGS，虽然大同小异，但是细微的差别，画面操作的差别还是存在的。我们开始从最基本的步骤学起。最后做到了熟练的操作组态王

8、软件并且进行画面演示及编程。这是我们收获最大的地方。（二）组态画面中变量的定义及逻辑关系的连接1、变量定义在画面绘制的过程中，随着问题的深入，我们需要增加变量来完成某些内容（如泵信息的显示需定义泵信息），其他变量中编号14代表油罐1 4的所有内容（包括液位、界位、阀门等），泵13代表入口泵，泵46代表出口泵。这样的分类比较方便变量与画面中油罐的对应。在实现液位历史曲线及实时曲线的时候需定义卷动和跨度。2、逻辑连接油罐液位连接 数据标签的液位显示 泵连接泵提示及画面弹出各泵弹出式放大画面（包括参状态/型号等），点击总画面上的泵弹出此画面此部分需要编写事件命令语言：当同时按下泵提示和某一个泵的按钮

9、，显示该泵的参数信息。对画面的基本说明：主要功能：对油罐液位的监测。泵总开关控制进口的3个泵的总开和总关；泵总关闭控制出口的3个泵的总关和总开；当同时按下泵提示和某一个泵的按钮，显示该泵的详细信息； 液位报警和界位报警时记录相应的报警事件；液位实时和历史曲线记录油罐液位的变化情况。液位/界位报警画面报警设置：低低、低、高、高高报警值设置：液位报警画面：2、通过链接切换画面增加报警画面、趋势图、报表画面，通过右侧链接 （4）画面命令语言25泵输入总流量=泵1*1 + 泵2*2 + 泵3*2.5;泵输出总流量=泵4*1 + 泵5*2 + 泵6*2.5;/设置每个油罐跟液位相关的系数值系数1=0.2

10、5;系数2=0.2;系数3=0.15;系数4=0.3;if(泵总开=1 && 泵输入总流量>0)/如果油罐1液位最低，增加油罐1的液位if(液位1<=液位2 && 液位1<=液位3 && 液位1<=液位4 && 液位1<16)进口阀1=1;进口阀2=0;进口阀3=0;进口阀4=0;液位1=液位1+泵输入总流量*系数1; else /如果油罐2液位最低，增加油罐2的液位if(液位2<液位1 && 液位2<=液位3 && 液位2<=液位4 &&am

11、p; 液位2<16)进口阀1=0;进口阀2=1;进口阀3=0;进口阀4=0;液位2=液位2+系数2*泵输入总流量;else/如果油罐3液位最低，增加油罐3的液位if(液位3<液位1 && 液位3<液位2 && 液位3<=液位4 && 液位3<16)进口阀1=0;进口阀2=0;进口阀3=1;进口阀4=0;液位3=液位3+系数3*泵输入总流量;else/如果油罐4液位最低，增加油罐4的液位if(液位4<液位1 && 液位4<液位2 && 液位4<液位3 &&

12、; 液位4<16)进口阀1=0;进口阀2=0;进口阀3=0;进口阀4=1;液位4=液位4+系数4*泵输入总流量;if(泵总关=1 && 泵输出总流量>0)/如果油罐1液位最高，降低油罐1的液位if(液位1>=液位2 && 液位1>=液位3 && 液位1>=液位4 && 液位1>2)出口阀1=1;出口阀2=0;出口阀3=0;出口阀4=0;液位1=液位1-系数1*泵输出总流量;else/如果油罐2液位最高，降低油罐2的液位if(液位2>=液位1 && 液位2>=液位3 &

13、amp;& 液位2>=液位4 && 液位2>2)出口阀1=0;出口阀2=1;出口阀3=0;出口阀4=0;液位2=液位2-系数2*泵输出总流量;else/如果油罐3液位最高，降低油罐3的液位if(液位3>=液位1 && 液位3>=液位2 && 液位3>=液位4 && 液位3>2)出口阀1=0;出口阀2=0;出口阀3=1;出口阀4=0;液位3=液位3-系数3*泵输出总流量;else/如果油罐4液位最高，降低油罐4的液位if(液位4>=液位1 && 液位4>=液位2

14、 && 液位4>=液位3 && 液位4>2)出口阀1=0;出口阀2=0;出口阀3=0;出口阀4=1;液位4=液位4-系数4*泵输出总流量;if(排污阀1=1 | 排污阀2=1 | 排污阀3=1 | 排污阀4=1)/手动排污液位1=液位1-排污阀1*0.1;液位2=液位2-排污阀2*0.1;液位3=液位3-排污阀3*0.1;液位4=液位4-排污阀4*0.1;/界位1=界位1-0.1*排污阀1;/界位2=界位2-0.1*排污阀2;/界位3=界位3-0.1*排污阀3;/界位4=界位4-0.1*排污阀4;/如果液位大于16，关闭相应的进口阀if(液位1>

15、;=16)进口阀1=0;if(液位2>=16)进口阀2=0;if(液位3>=16)进口阀3=0;if(液位4>=16)进口阀4=0;/如果液位小于2，关闭相应出口阀if(液位1<=2)出口阀1=0;if(液位2<=2)出口阀2=0;if(液位3<=2)出口阀3=0;if(液位4<=2)出口阀4=0;if(泵输入总流量=0)进口阀1=0;进口阀2=0;进口阀3=0;进口阀4=0;if(泵输出总流量=0)出口阀1=0;出口阀2=0;出口阀3=0;出口阀4=0;(5)运行总画面三、组态王部分总结组态王是组态王软件是一种通用的工业监控软件，了解并掌握这个软件对

16、我们以后工作会有很大的帮助。在实习过程中，我能体会到与其他组态软件相比，组态王的优势是集过程控制设计、现场操作以及工厂资源管理于一体，将一个企业内部的各种生产系统和应用以及信息交流汇集在一起，实现最优化管理，操作方便，界面美观。通过本次课程设计，我们学会了如何建立一个组态王工程，如何设计界面，如何编写命令语言、以及报警事件、趋势曲线和报表的相关制作，以及与实际设备的简单通信。虽然我知道我所学到的只是冰山一角，但是这给我了一个学习奋斗的方向，使我更加知道前方的路还很漫长。需要学习的东西还有很多。智能仪表部分对于此部分，我们仅做了一些了解，并没能最终实现实验要求，这是我们最遗憾的事情，不过我们对m

17、odbus协议又有了一个更加直观本质的认识。相信对我们日后的学习生活很有很大的帮助。一、MODBUS ASCII和MODBUS RTU通讯协议简介Modbus 协议是应用于电子控制器上的一种通用语言。通过此协议，控制器相互之间、控制器经由网络（例如以太网）和其它设备之间可以通信。此协议定义了一个控制器能认识使用的消息结构,而不管它们是经过何种网络进行通信的。它描述了控制器请求访问其它设备的过程，如果回应来自其它设备的请求，以及怎样侦测错误并记录。它制定了消息域格局和内容的公共格式。两种串行传输模式：RTU 模式和 ASCII 模式。二、MODBUS ASCII编程以及与组态王通信1、变量定义u

18、nsigned char ERR21= " Input LRC ERROR!" /出错时显示字符unsigned char RX32; /单片机接受数据数组unsigned char TX32; /03功能时单片机发送数据数组unsigned char TX632; /06功能时单片机发送数据数组unsigned char Buf10; /存储数据的数组unsigned int flag; / 上位机发送数据标志位unsigned int flag1; /单片机应答数据标志位unsigned int flow; / 流量值unsigned int temperature;

19、/温度值unsigned char LRC; /上位机发送数据校验码unsigned char LRCt; /单片机应答数据校验码2、通过UART中断完成上位机给单片机发送编程思路： 通过UART中断，实现上位机给单片机发送数据，当单片机接受到：，表示上位机要向单片机发送指令，相应标志位置1，当再次发生中断时，就开始接受数据，同时存入RX32的数组里，直到接收到回车换行符，则发送命令结束。此时发送标志位置1，进入应答程序。#pragma vector=USCI_A1_VECTOR_interrupt void USCI_A1_ISR(void) while (!(UCA1IFG & U

20、CTXIFG); / 判断是否发送完毕 if(UCA1RXBUF = ':') /：为起始标志，如果开始，标志位flag置位 flag = 1; if(flag=1) /当标志位flag置位说明发送命令开始，开始接受命令数据 RX0 = ':' if(UCA1RXBUF != 0x0D && UCA1RXBUF != 0x0A ) /只要不是回车换行符，就依次将数据存入接受数组RX中，同时计数变量tempnumb加1 tempnumb+; RXtempnumb = UCA1RXBUF ; if(UCA1RXBUF = 0x0D) /若是回车 te

21、mpnumb+; RXtempnumb = 'D' ; if(UCA1RXBUF = 0x0A) /若是换行 tempnumb+; RXtempnumb = 'A' ; flag=0; /接受标志位清零 flag1=1; /发送标志位置1 TTXX(); /调用发送数据函数 3、单片机通过UART中断向上位机发送应答指令编程思路： 先计算上位机发送数据的校验码，如果和发送的校验码相同，单片机再应答。设置寄存器地址0001，存储流量数据；设置寄存器0002，存储温度数据。然后判断是03号功能还是06号功能，若是03号功能，按照相应的格式发送数据，若是06号功能，按

22、照命令更改数据，并返回应答命令。void TTXX()int i; int j; unsigned int b; unsigned int c; unsigned int d; In_LRC(); /计数上位机发送命令校验码 if(RX8='1') /如果地址为寄存器0001，发送流量数据 shitohex(flow); if(RX8='2') /如果地址位寄存器0002，发送温度数据 shitohex(temperature); if(RX3='0' && RX4='3') /如果是03号功能 if(LRCHi

23、= RXtempnumb-3) &&(LRCLo = RXtempnumb-2) /如果上位机发送校验码正确 for(b=0;b<=4;b+) TXb = RXb; temp = asciitohex(RXtempnumb-4); /计算单片机要发送数据的字节数 TX5 = hextoascii(temp*2)>>4)&0x0F); TX6 = hextoascii(temp*2)&0x0F); for(i=0;i<temp*4;i+=2) TX7+i = hextoascii(Bufi); /要发送的数据 TX8+i = hextoascii(Bufi+1); tempnumt = 7+i; /统计数据长度，用于计算校验码 Out_LRC(); /计算单片机发送数据校验码 TX7+i = LRCtHi; TX8+i = LRCtLo; TX9+i = 0x0D; TX10+i = 0x0A; for(j=0;j<=(10+i);j+) /单片机发送数据 while (!(UCA1I