基于組態(tài)軟件的連續(xù)反應(yīng)罐監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

中文摘要 I 摘要 伴隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展,出現(xiàn)了組態(tài)軟件,這種開(kāi)放、靈活、通用的 控制方式,迅速顯示出強(qiáng)勁的生命力,在各種控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用,市 場(chǎng)份額日益增大。各種基于組態(tài)軟件優(yōu)勢(shì)的控制和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案紛紛出現(xiàn) 和應(yīng)用。本設(shè)計(jì)利用組態(tài)軟件的優(yōu)勢(shì)，按照相關(guān)工藝流程，使用組態(tài)軟件對(duì)連 續(xù)反應(yīng)罐檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。 這次基于組態(tài)軟件的連續(xù)反應(yīng)罐監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，采用了北京亞控科技發(fā)展有限 公司研發(fā)的組態(tài)王 Kingview（6.53）來(lái)完成預(yù)期目標(biāo)：反應(yīng)過(guò)程中現(xiàn)場(chǎng)的各項(xiàng) 數(shù)據(jù)參數(shù)（流量、溫度、液位、PH 值、密度值等）通過(guò)相關(guān)檢測(cè)儀表進(jìn)行采 集，并傳送至可編程控制器 PLC，由 PLC 對(duì)部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行處理，并發(fā)送相關(guān)控 制信號(hào)。同時(shí)經(jīng) PLC 將各項(xiàng)數(shù)據(jù)傳送至計(jì)算機(jī)的組態(tài)軟件。檢測(cè)主界面能良好 的顯示出系統(tǒng)的操作界面，并能方便的切換至數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示、趨勢(shì)曲線(xiàn)和報(bào)警 界面、報(bào)表等界面。本設(shè)計(jì)能夠充分應(yīng)用組態(tài)軟件的顯示屏操作方式，使操作 人員可方便的監(jiān)視和操作硝酸一甲胺生產(chǎn)的運(yùn)行過(guò)程。 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：連續(xù)反應(yīng)罐,監(jiān)測(cè)系統(tǒng),DCS,組態(tài)軟件,組態(tài)王 Abstract II Abstract With the development of computer-controlled technology, the configuration software emerges. This open, flexible and common control mode quickly shows its strong vitality. It has been widely used in a variety of control systems. Also its market share is increasing quickly. All kinds of control and monitoring system designs based advantages of configuration software emerge. And many of them have been applied. This paper applies the advantages of the configuration software. The continuous reaction tank detection system is designed by the configuration software in accordance with the relevant process. The continuous reaction tank monitoring system design applies the software of Kingview(6.53) developed by Beijing Asia control Technology Development Co. Ltd. to accomplish the desired goals. During the reaction, the data parameters of the scene (flow rate, temperature, level, PH value, density, etc.) are collected by related instrumentations. And then the data parameters are transmitted to the programmable controller PLC. Part of the data is manipulated by the PLC, and PLC sends control signals. In the mean time，the data is transferred to configuration software in the computer by the PLC. The main detection interface shows the user interface of the operation system. It can easily switch to real-time data display, trend curves, alarm interfaces, reports, and other interfaces. The mode of operation by the display is an advantage of the configuration software. This design is to the full application of it. Therefore, the operators can easily monitor and operate methylamine nitrate salt production process. Keywords: continuous reaction tank, detection system, DCS, configuration software, Kingview 目 錄 III 目 錄 摘 要I ABSTRACT (英文摘要).II 目 錄.III 第一章 引言.1 1.1 課題相關(guān)背景及意義1 1.2 集散控制系統(tǒng) DCS 2 1.3 組態(tài)軟件.4 1.3.1 組態(tài)軟件的發(fā)展 4 1.3.2 組態(tài)軟件的特點(diǎn) 5 1.3.3 組態(tài)軟件的功能 5 第二章 整體設(shè)計(jì)方案.8 2.1 組態(tài)軟件的選擇8 2.2 方案設(shè)計(jì).9 2.2.1 工藝流程 .9 2.21.2 控制方案 10 第三章 硬件設(shè)備.12 3.1 工控機(jī).12 3.2 可編程序控制器（ PLC） .13 3.3 RS-485 通信接口14 3.4 各參數(shù)檢測(cè)儀表.15 第四章 系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計(jì).16 4.1 監(jiān)測(cè)主界面設(shè)計(jì)17 4.1.1 主界面設(shè)計(jì) 17 4.1.2 定義 IO 設(shè)備.19 4.1.3 變量的定義與管理 .20 目 錄 IV 4.1.4 動(dòng)畫(huà)連接 21 4.2 數(shù)據(jù)報(bào)表.23 4.3 實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線(xiàn).24 4.4 歷史趨勢(shì)曲線(xiàn).25 4.5 實(shí)時(shí)報(bào)警窗口.26 結(jié)論.28 參考文獻(xiàn).29 致謝.30 第一章 引言 - 1 - 第一章第一章 引言引言 1.1 課題相關(guān)背景及意義 進(jìn)入 20 世紀(jì) 90 年代，數(shù)字控制裝置用于化工生產(chǎn)成績(jī)斐然，各級(jí)企業(yè)決 策者對(duì)企業(yè)技術(shù)進(jìn)步、科技興化的認(rèn)識(shí)逐步深化，紛紛購(gòu)買(mǎi)使用單回路調(diào)節(jié)器、 集散控制系統(tǒng) DCS、可編程控制器 PLC 等數(shù)字控制裝置取代落后的模擬控制儀 表。國(guó)內(nèi)研制的單回路調(diào)節(jié)器、DCS、PLC 也逐步應(yīng)用于化工生產(chǎn)裝置。硬件 功能增強(qiáng)，應(yīng)用軟件技術(shù)不斷進(jìn)步，高新技術(shù)強(qiáng)化了化工生產(chǎn)。DCS 應(yīng)得迅速 發(fā)展，使我國(guó)的化工技術(shù)有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，對(duì)企業(yè)安全穩(wěn)定生產(chǎn)、提高產(chǎn)品質(zhì) 量、節(jié)能降耗發(fā)揮了重要作用7。 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展以及計(jì)算機(jī)在工業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，各種軟件 和硬件技術(shù)日益成熟，人們對(duì)工業(yè)自動(dòng)化的要求越來(lái)越高。尤其是工業(yè)自動(dòng)化 水平的迅速提高，要求各種軟件的功能更加強(qiáng)大，可操作性強(qiáng)，易于用戶(hù)學(xué)習(xí) 和使用。組態(tài)軟件正是順應(yīng)形勢(shì)出現(xiàn)的一種實(shí)用軟件，它能夠良好的解決傳統(tǒng) 工業(yè)控制軟件中存在而不能解決的許多問(wèn)題。用戶(hù)可以根據(jù)具體的控制對(duì)象和 控制目的進(jìn)行合理的組態(tài)，以完成符合要求的自動(dòng)化控制工程。 各種基于組態(tài)軟件優(yōu)勢(shì)的控制和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案紛紛出現(xiàn)和應(yīng)用。例如： 北京工業(yè)大學(xué)基于工控組態(tài)軟件的供熱控制系統(tǒng)，基于組態(tài)軟件 MCGS對(duì)北京市某工廠(chǎng)小區(qū)供熱實(shí)時(shí)監(jiān)控的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，該方案做到分支路、 分時(shí)間、分溫度自動(dòng)溫度補(bǔ)償控制，從而大大節(jié)省了能源。并通過(guò)軟件對(duì)外圍 設(shè)備自動(dòng)控制，并利用曲線(xiàn)、報(bào)警顯示和記錄等功能從而提高了系統(tǒng)操作效率 和精確性。 河北理工大學(xué)的馬翠紅等所作基于組態(tài)軟件的加熱爐生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān) 控系統(tǒng) ，給出了一個(gè)中小型軋鋼廠(chǎng)的推鋼式加熱爐生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng) 設(shè)計(jì)方案1。加熱爐使用汽化冷卻的冷卻系統(tǒng)。為了保證生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品, 加熱爐提供的加熱溫度須在要求的溫度范圍內(nèi),過(guò)熱或過(guò)燒現(xiàn)象要避免出現(xiàn), 控 第一章 引言 - 2 - 制燒損率在最低限度; 坯料的加熱溫度從整個(gè)斷面看要均勻一致; 鋼坯在加熱 過(guò)程中可能的氧化燒損應(yīng)最小?；诮M態(tài)軟件的監(jiān)控系統(tǒng)能夠保證提高加熱質(zhì) 量,擴(kuò)大產(chǎn)品產(chǎn)量,減少燃料消耗,自動(dòng)控制加熱爐的燃燒溫度和爐膛的壓力;實(shí)現(xiàn) 自動(dòng)控制汽化冷卻裝置能夠保證安全生產(chǎn); 并對(duì)一些狀態(tài)量進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示和超 限報(bào)警。 1.2 集散控制系統(tǒng) DCS 集散控制系統(tǒng)（Distributed control system）是以微處理器為基礎(chǔ)的對(duì)生產(chǎn) 過(guò)程進(jìn)行集中監(jiān)視、操作、管理和分散控制的集中分散控制系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱(chēng) DCS 系 統(tǒng)。該系統(tǒng)將若干臺(tái)微機(jī)分散應(yīng)用于過(guò)程控制，全部信息通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)由上位 管理計(jì)算機(jī)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化控制，整個(gè)裝置繼承了常規(guī)儀表分散控制和計(jì)算 機(jī)集中控制的優(yōu)點(diǎn)，克服了常規(guī)儀表功能單一，人機(jī)聯(lián)系差以及單臺(tái)微型計(jì)算 機(jī)控制系統(tǒng)危險(xiǎn)性高度集中的缺點(diǎn)，既實(shí)現(xiàn)了在管理、操作和顯示三方面集中， 又實(shí)現(xiàn)了在功能、負(fù)荷和危險(xiǎn)性三方面的分散。DCS 系統(tǒng)在現(xiàn)代化生產(chǎn)過(guò)程控 制中起著重要的作用2。 DCS 具有一系列特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)9： 1、分散性和集中性 DCS 硬件積木化和軟件模塊化是分散性的具體表現(xiàn)。因此可以因地制宜分 散配置系統(tǒng)。DCS 橫向分子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如直接控制層中一臺(tái)過(guò)程控制站可看作 一個(gè)子系統(tǒng)，操作監(jiān)控層中的一臺(tái)操作員站也可看作一個(gè)子系統(tǒng)。 DCS 的集中性是指集中監(jiān)視、集中操作和集中管理。DCS 通信網(wǎng)絡(luò)和分布 式數(shù)據(jù)庫(kù)是集中性的具體表現(xiàn)。用通信我網(wǎng)絡(luò)把物理分散的設(shè)備構(gòu)成統(tǒng)一的整 體，用分散式的數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)的信息集成，進(jìn)而達(dá)到信息共享。 2、自治性和協(xié)調(diào)性 DCS 自治性是指系統(tǒng)中的各臺(tái)計(jì)算機(jī)可以獨(dú)立的工作。DCS 的協(xié)調(diào)性是指 系統(tǒng)中的各臺(tái)計(jì)算機(jī)通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系在一起，相互傳送信息，相互協(xié)調(diào)工作， 以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的總體功能。DCS 的分散與集中、自治與協(xié)調(diào)不是相互對(duì)立，而是 第一章 引言 - 3 - 相互補(bǔ)充。DCS 的分散是指相互協(xié)調(diào)的分散各臺(tái)分散的自主設(shè)備是在統(tǒng)一集中 管理和協(xié)調(diào)下，各自分散獨(dú)立工作，構(gòu)成統(tǒng)一的有機(jī)整體。 3、靈活性和擴(kuò)展性 DCS 硬件采用積木式結(jié)構(gòu)，可靈活地配置小、中、大各類(lèi)系統(tǒng)。另外，還 可根據(jù)企業(yè)的財(cái)力或生產(chǎn)要求，逐步擴(kuò)展系統(tǒng)或升級(jí)。DCS 軟件采用模塊化結(jié) 構(gòu)，提供各類(lèi)功能模塊，可靈活地組態(tài)構(gòu)成簡(jiǎn)單、復(fù)雜各類(lèi)控制系統(tǒng)。另外， 還可以根據(jù)生產(chǎn)工藝流程的改變，隨時(shí)更改控制方案。 4、先進(jìn)性和繼承性 DCS 綜合了“4C”（計(jì)算機(jī)、控制、通信和屏幕顯示）技術(shù)。隨著 “4C”技術(shù)的發(fā)展，DCS 在硬件上采用了先進(jìn)的計(jì)算機(jī)、通信網(wǎng)絡(luò)和顯示屏幕;軟 件上采用了更先進(jìn)的操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)、網(wǎng)路管理和算法語(yǔ)言。當(dāng)出現(xiàn)新型 DCS 時(shí)，新老 DCS 系統(tǒng)之間仍然能相互傳遞信息，這種繼承性使得新老 DCS 可以相互兼容,減少用戶(hù)不必要的損失。 5、可靠性和適應(yīng)性 DCS 的分散性帶來(lái)了系統(tǒng)的危險(xiǎn)分散，提高了系統(tǒng)的可靠性。它采用了一 系列的冗余技術(shù)，如主控制站、IO 板、通信網(wǎng)絡(luò)和電源等均可雙重化，而且 采用來(lái)了熱備份工作方式，自動(dòng)檢查故障，一旦出現(xiàn)故障自動(dòng)切換。 DCS 采用了高興能的電子元器件、先進(jìn)的生產(chǎn)工藝和個(gè)項(xiàng)抗干擾技術(shù)，可 使 DCS 適應(yīng)惡劣的環(huán)境。DCS 設(shè)備的安裝位置可適應(yīng)生產(chǎn)裝置的地理位置， 盡可能滿(mǎn)足生產(chǎn)的它的各項(xiàng)功能可適應(yīng)現(xiàn)代化大生產(chǎn)的控制和管理需求。 6、友好性和新穎性 DCS 為操作人員提供了友好的人機(jī)界面（MMI）。操作員采用彩色 CRT 和交互式圖形畫(huà)面。采用圖形窗口、專(zhuān)用鍵盤(pán)、鼠標(biāo)等，使得操作簡(jiǎn)便。DCS 的新穎性表現(xiàn)在人機(jī)界面，采用動(dòng)態(tài)畫(huà)面、工業(yè)電視、合成語(yǔ)音等多媒體技術(shù)， 圖文并茂、形象直觀，使得操作人員易于操作。 第一章 引言 - 4 - 組態(tài)軟件主要完成 DCS 系統(tǒng)的控制層的軟件和監(jiān)控軟件的組態(tài)功能，安裝 在集散控制系統(tǒng)的工程師站中，是為了將通用的、有普遍適應(yīng)能力的 DCS 系統(tǒng)， 變成一個(gè)針對(duì)某一具體應(yīng)用控制工程的專(zhuān)門(mén) DCS 控制系統(tǒng)。為此，系統(tǒng)要針對(duì) 這一具體應(yīng)用做出一系列定義，例如：硬件配置、數(shù)據(jù)庫(kù)的定義、控制算法程 序的組態(tài)、監(jiān)控軟件的組態(tài)、報(bào)警報(bào)表的組態(tài)，等等。 1.3 組態(tài)軟件 1.3.1組態(tài)軟件的發(fā)展 “組態(tài)”的概念是廣大的生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化技術(shù)人員伴隨著集散型控制系統(tǒng) （Distributed Control System 簡(jiǎn)稱(chēng) DCS）的出現(xiàn)才開(kāi)始有所認(rèn)知的。相比以前的 專(zhuān)用系統(tǒng)，在工業(yè)控制技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用過(guò)程中，PC（包括工控機(jī)）具有 日趨明顯的優(yōu)勢(shì)。這些優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在：各種相關(guān)技術(shù)已日益成熟，PC 技術(shù)仍 然以較快的速度發(fā)展；基于 PC 的控制系統(tǒng)易于被廣大的生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化技術(shù) 人員學(xué)習(xí)和使用，可以容易地得到技術(shù)方面的支持；由 PC 構(gòu)建的工業(yè)控制系 統(tǒng)的擁有成本相對(duì)較低；PC 的軟件資源和硬件資豐富，軟件之間有很強(qiáng)的互操 作性。在 PC 技術(shù)向工業(yè)控制領(lǐng)域的滲透中，組態(tài)軟件占據(jù)著非常特殊而且重 要的地位。 組態(tài)軟件是指一些數(shù)據(jù)采集與過(guò)程控制的專(zhuān)用軟件，它們是在自動(dòng)控制系 統(tǒng)監(jiān)控層一級(jí)的軟件平臺(tái)和開(kāi)發(fā)環(huán)境，使用靈活的組態(tài)方式，為用戶(hù)提供快速 構(gòu)建工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的、通用層次的軟件工具。組態(tài)軟件應(yīng)該能支 持各種工控設(shè)備和常見(jiàn)的通信協(xié)議，并且通常應(yīng)提供分布式數(shù)據(jù)管理和網(wǎng)絡(luò)功 能。對(duì)應(yīng)于原有的 HMI（人機(jī)接口軟件，Human Machine Interface）的概念，組 態(tài)軟件應(yīng)該是一個(gè)使用戶(hù)能快速建立自己的 HMI 的軟件工具，或開(kāi)發(fā)環(huán)境。 在組態(tài)軟件出現(xiàn)之前，工控領(lǐng)域的用戶(hù)通過(guò)手工或委托第三方編寫(xiě) HMI 應(yīng) 用，開(kāi)發(fā)時(shí)間長(zhǎng)，效率低，可靠性差；或者購(gòu)買(mǎi)專(zhuān)用的工控系統(tǒng)，通常是封閉 的系統(tǒng)，選擇余地小，往往不能滿(mǎn)足需求，很難與外界進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，升級(jí)和 功能都受到嚴(yán)重的限制。組態(tài)軟件的出現(xiàn)，把用戶(hù)從這些困境中解脫出來(lái)，可 以利用組態(tài)軟件的功能，構(gòu)建一套最適合自己的應(yīng)用系統(tǒng)。隨著它的快速發(fā)展， 第一章 引言 - 5 - 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、實(shí)時(shí)控制、SCADA、通訊及聯(lián)網(wǎng)、開(kāi)放數(shù)據(jù)接口、對(duì) I/O 設(shè)備的 廣泛支持已經(jīng)成為它的主要內(nèi)容，隨著技術(shù)的發(fā)展，監(jiān)控組態(tài)軟件將會(huì)不斷被 賦予新的內(nèi)容。 1.3.2組態(tài)軟件的特點(diǎn) 組態(tài)控制技術(shù)是計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的結(jié)果，硬件和軟件的開(kāi)發(fā)都有組態(tài)性是 采用組態(tài)控制技術(shù)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)最大的特點(diǎn)，所以提高了系統(tǒng)可靠性和開(kāi) 發(fā)的速率，開(kāi)發(fā)難度卻有所降低。組態(tài)軟件又具有圖形化管理與可視性功能， 為系統(tǒng)維護(hù)和生產(chǎn)管理提供了諸多方便，同時(shí)組態(tài)軟件具有以下特點(diǎn)： 1、延續(xù)性和擴(kuò)展性 通過(guò)通用組態(tài)軟件開(kāi)發(fā)的應(yīng)用程序，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)的硬件設(shè)備系統(tǒng)結(jié)構(gòu)或者用戶(hù) 需求發(fā)生改變時(shí)，不需做出過(guò)多修改就可完成軟件更新和升級(jí)。 2、封裝性 用一種使用戶(hù)容易使用的方法把通用組態(tài)軟件所能實(shí)現(xiàn)的功能都包裝起來(lái)。 對(duì)于用戶(hù)，不需掌握太多的編程語(yǔ)言技術(shù)，就能很好的完成一個(gè)復(fù)雜工程所要 的所有功能。 3、通用性 每個(gè)用戶(hù)的工程實(shí)際情況不同，利用組態(tài)軟件中提供的底層設(shè)備（例如 PLC、智能儀表等）的 IO 驅(qū)動(dòng)器、開(kāi)放式數(shù)據(jù)庫(kù)和界面制作工具，就能完成 一個(gè)具有動(dòng)畫(huà)效果、趨勢(shì)曲線(xiàn)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)處理并存，具有多媒體和 網(wǎng)絡(luò)功能的工程，而不受任何行業(yè)限制。 4、實(shí)時(shí)多任務(wù) 就是多個(gè)任務(wù)可以在同一臺(tái)計(jì)算機(jī)上同時(shí)運(yùn)行，例如：采集與輸出數(shù)據(jù)、 處理數(shù)據(jù)與算法的實(shí)現(xiàn)、圖形顯示以及、實(shí)時(shí)通信、人機(jī)對(duì)話(huà)、存儲(chǔ)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、 檢索管理等可在同一計(jì)算機(jī)上同時(shí)運(yùn)行。 1.3.3組態(tài)軟件的功能 組態(tài)軟件中預(yù)設(shè)置了各種軟件模塊，可以非常容易的實(shí)現(xiàn)和完成監(jiān)控層的 各項(xiàng)功能，并能同時(shí)支持絕大多數(shù)硬件廠(chǎng)家生產(chǎn)的計(jì)算機(jī)和 IO 產(chǎn)品，與高可 靠性的工控計(jì)算機(jī)、流暢的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)相結(jié)合，軟硬件的各種接口可由在控制層 第一章 引言 - 6 - 和管理層提供，進(jìn)行系統(tǒng)的集成。 組態(tài)軟件有以下幾方面功能： 1、良好的界面顯示和組態(tài)功能 工控組態(tài)軟件大多運(yùn)行在 Windows 系統(tǒng)環(huán)境下，充分應(yīng)用了 Windows 系 統(tǒng)的界面美觀且圖形功能完善的優(yōu)點(diǎn)。Windows 系統(tǒng)具有豐富的工具欄、可視 化的風(fēng)格界面。操作人員可方便的進(jìn)入開(kāi)發(fā)界面，不需太多時(shí)間。組態(tài)軟件有 豐富的工況圖庫(kù)和圖形控件，既提供所需的組件，又是界面制作向?qū)АＬ峁┴S 富的動(dòng)畫(huà)連接方式，如閃爍、移動(dòng)等模式，使界面更加生動(dòng)、直觀。提供多樣 的作圖工具，用戶(hù)可制作符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的各種工業(yè)界面，如需修改，可進(jìn)行各 種編輯操作。從而開(kāi)發(fā)人員不需進(jìn)行繁重的界面設(shè)計(jì)。 2、開(kāi)放性良好 當(dāng)今控制系統(tǒng)的主要特點(diǎn)之一是“異構(gòu)”。 眾多系統(tǒng)構(gòu)成的全部軟硬件可能 出自多家公司的產(chǎn)品，是因?yàn)楫?dāng)今社會(huì)化的大生產(chǎn)。開(kāi)放性是指組態(tài)軟件能與 多種通信協(xié)議互聯(lián)，支持多種硬件設(shè)備。組態(tài)軟件應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)上位機(jī)與下位機(jī) 的雙向通信，即向下可以與低層的數(shù)據(jù)采集設(shè)備通信，向上可以與高層的管理 層通信。組態(tài)軟件的好壞，開(kāi)放性是一個(gè)所要衡量的重要指標(biāo)。 3、功能模塊豐富 為了滿(mǎn)足用戶(hù)的現(xiàn)場(chǎng)需求與測(cè)控要求，組態(tài)軟件提供了多樣的控制功能模 塊。利用各種功能模塊，完成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示，產(chǎn)生歷史趨勢(shì)曲線(xiàn)、實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲 線(xiàn)、數(shù)據(jù)報(bào)表、實(shí)時(shí)報(bào)警等功能。這使開(kāi)發(fā)出的系統(tǒng)具有人機(jī)界面良好，操作 簡(jiǎn)便等優(yōu)勢(shì)。 4、數(shù)據(jù)庫(kù)強(qiáng)大 組態(tài)軟件配有的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)功能強(qiáng)大，可存儲(chǔ)或?qū)崟r(shí)打印各種類(lèi)型的數(shù)據(jù)， 如離散型變量、實(shí)數(shù)型變量、整數(shù)型變量等。實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與外部設(shè)備之間的數(shù)據(jù) 相互交換。 5、可編程的高級(jí)命令語(yǔ)言 第一章 引言 - 7 - 組態(tài)軟件有類(lèi)似 C 語(yǔ)言的可編程的高級(jí)命令語(yǔ)言。根據(jù)開(kāi)發(fā)軟件的需要， 用戶(hù)可編撰所需程序，命令語(yǔ)言的運(yùn)行增強(qiáng)了圖形界面的人性化。 6、系統(tǒng)安全防范周密 開(kāi)發(fā)人員可以根據(jù)操作者的不同，編寫(xiě)不同的操作權(quán)限。這樣可以保證整 個(gè)系統(tǒng)不同子系統(tǒng)由不同的操作者監(jiān)控，防止他人進(jìn)行誤操作，有利于安全可 靠地運(yùn)行。 7、仿真功能 為用戶(hù)提供了強(qiáng)大的仿真功能，系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真并行。用戶(hù)在完成部分功 能時(shí)，可及時(shí)運(yùn)行系統(tǒng)仿真，以便修改調(diào)試，從而使開(kāi)發(fā)周期縮短。 第二章 設(shè)計(jì)方案 - 8 - 第二章第二章 整體設(shè)計(jì)方案整體設(shè)計(jì)方案 2.1 組態(tài)軟件的選擇 組態(tài)王（Kingview）軟件是中國(guó)目前規(guī)模最大的工業(yè)自動(dòng)化軟件，它的應(yīng) 用涉及電力、化工、冶金、環(huán)保、水處理、國(guó)屬糧庫(kù)、郵電通訊和食品等各行 業(yè)，同時(shí)作為首家國(guó)產(chǎn)監(jiān)控組態(tài)軟件應(yīng)用于軍工、國(guó)防、航天航空等關(guān)鍵領(lǐng)域， 是國(guó)內(nèi)工業(yè)應(yīng)用最廣泛的組態(tài)軟件 組態(tài)王軟件是一種通用的工業(yè)監(jiān)控軟件，具有豐富功能的 HMISCADA 軟 件，它集過(guò)程控制、現(xiàn)場(chǎng)操作以及工廠(chǎng)資源管理于一體，將一個(gè)企業(yè)的各種生 產(chǎn)的應(yīng)用系統(tǒng)以及交流的信息匯集在一起，通過(guò)組態(tài)控制以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)和信息的 最優(yōu)化管理。組態(tài)王軟件基于 Windows 操作系統(tǒng)，在企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的所有層次，各 個(gè)位置的操作人員都可以及時(shí)獲得監(jiān)控系統(tǒng)所發(fā)送的實(shí)時(shí)信息。組態(tài)王軟件為 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)提供了集成、靈活、易用、高效的開(kāi)發(fā)環(huán)境和廣泛的功能，能夠快速 建立、測(cè)試、部署自動(dòng)化應(yīng)用，連接、傳遞和記錄實(shí)時(shí)信息，使用戶(hù)可以實(shí)時(shí) 查看和控制工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程。采用組態(tài)王軟件進(jìn)行開(kāi)發(fā)工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)工程，可以 極大地增強(qiáng)用戶(hù)生產(chǎn)控制能力，提高工廠(chǎng)的生產(chǎn)力和效率，產(chǎn)品質(zhì)量，減少投 入成本以及原料的消耗8。 組態(tài)王6.536.53的主要有以下幾方面的功能特性： 1、操作界面可視化，圖形用真彩顯示、圖庫(kù)豐富、支持直線(xiàn)、多邊形、 橢圓、漸進(jìn)色、動(dòng)畫(huà)連接等繪畫(huà)功能。擁有豐富的腳本控件、多樣的圖形動(dòng)畫(huà) 連接功能，顯示優(yōu)越的仿真能力和操作靈活性。 2、可保存或打印報(bào)表、報(bào)警等畫(huà)面中的數(shù)據(jù)，便于以后進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分 析。 3、可對(duì)變量進(jìn)行導(dǎo)入導(dǎo)出系統(tǒng)操作，選擇的變量可以從系統(tǒng)導(dǎo)出到選定 文件夾下的Excel表格中，對(duì)變量名稱(chēng)、數(shù)據(jù)類(lèi)型等屬性的進(jìn)行修改更加便，然 后再導(dǎo)入新建的工程中，縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間 。 第二章 設(shè)計(jì)方案 - 9 - 4、采用了強(qiáng)有力的報(bào)警、事件處理系統(tǒng)，可以保存或打印實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)報(bào)表、 歷史數(shù)據(jù)報(bào)表。 5、支持多種外界設(shè)備，例如常見(jiàn)的可編程控制器PLC、智能儀表、板卡等。 6、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)架構(gòu)更新，支持將系統(tǒng)畫(huà)面、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)或歷史數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)庫(kù) 中的數(shù)據(jù)發(fā)布到網(wǎng)頁(yè)上。 7、實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜邏輯操作和決策處理功能，體現(xiàn)強(qiáng)大的腳本語(yǔ)言處理功能。 8、配方處理更加方便。且提供了硬加密和軟授權(quán)兩種授權(quán)方式。 鑒于組態(tài)王軟件具有以上優(yōu)勢(shì)，基于組態(tài)軟件的連續(xù)反應(yīng)罐的檢測(cè)系統(tǒng) 方案選用該軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)。 2.2 方案設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì) 2.2.1 工藝流程 本設(shè)計(jì)方案基本工藝流程是：將一甲胺水溶液和稀硝酸從儲(chǔ)罐中卸料至中 和反應(yīng)罐。反應(yīng)完畢后，將產(chǎn)生的硝酸一甲胺，從中和罐放料至濃縮罐，進(jìn)行 濃縮反應(yīng)。濃縮反應(yīng)完畢后，將硝酸一甲胺放料至儲(chǔ)罐。工藝流程如圖 2-1 所 示。 第二章 設(shè)計(jì)方案 - 10 - 圖 2-1 工藝流程 2.2.2 控制方案 根據(jù)基本工藝流程設(shè)計(jì)如下控制方案： 1、硝酸、一甲胺的放料和中和控制 在開(kāi)始放料前，首先啟動(dòng)冷卻水循環(huán)泵，開(kāi)啟硝酸、一甲胺放料調(diào)節(jié)閥進(jìn) 行放料。硝酸、一甲胺的放料速度采用調(diào)節(jié)閥進(jìn)行控制。開(kāi)始放料時(shí)，調(diào)節(jié)閥 的開(kāi)啟度為最大開(kāi)啟度的二分之一。當(dāng)中和罐的液位達(dá)到設(shè)定液位的十分之久 時(shí)，放料完畢，此時(shí)調(diào)節(jié)閥的開(kāi)啟度為調(diào)節(jié)為最大開(kāi)啟度的六分之一，延時(shí)一 分鐘后，根據(jù)在線(xiàn) PH 計(jì)所采集到的中和罐內(nèi)硝酸甲胺鹽的 PH 值，自動(dòng)對(duì)硝酸 的放料調(diào)節(jié)閥的開(kāi)啟度進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)液位達(dá)到設(shè)定液位時(shí)，硝酸、一甲胺放料 調(diào)節(jié)閥關(guān)閉，中和完成。此時(shí) PH 計(jì)所采集到的中和罐內(nèi)硝酸甲胺鹽的 PH 值如 果在工藝范圍之內(nèi)，中和罐放料閥打開(kāi)進(jìn)行放料，當(dāng)液位下降到設(shè)定液位的三 分之一時(shí)，放料電磁閥關(guān)閉，準(zhǔn)備進(jìn)行下一次中和。 2、濃縮控制 當(dāng)首次中和完畢，真空泵將自行開(kāi)啟，進(jìn)行真空吸料。同時(shí)，濃縮罐加熱 器蒸汽電磁閥開(kāi)啟，進(jìn)行濃縮。在濃縮期間，通過(guò)對(duì)蒸汽電磁閥的控制，溫度 將自動(dòng)控制在 50 至 55 度之間。當(dāng)連續(xù)三次中和放料之后，濃縮罐內(nèi)的物料量 已達(dá)到了設(shè)定值，此時(shí)在濃縮罐進(jìn)行放料之前，中和罐放料閥，無(wú)法開(kāi)啟，限 制中和罐進(jìn)行放料。在中和罐第三次放料五分鐘之后，通過(guò)安裝在自動(dòng)取樣檢 測(cè)裝置上的 PH 計(jì)和密度計(jì)，進(jìn)行自動(dòng)取樣。采集到的 PH 值和密度值此時(shí)如果 在工藝范圍之內(nèi)，如果此時(shí)硝酸甲胺鹽儲(chǔ)罐的液位沒(méi)有達(dá)到設(shè)定液位，濃縮罐 的放料電磁閥開(kāi)啟進(jìn)行放料。 完成控制方案后，確定工藝流程各階段需要檢測(cè)的物理參數(shù)。需要遠(yuǎn)傳的 相關(guān)工藝參數(shù)和數(shù)據(jù)有：硝酸流量、一甲胺流量、中和溫度、中和后 PH 值 、 第二章 設(shè)計(jì)方案 - 11 - 中和罐液位、中和罐冷卻水的開(kāi)關(guān)量、中和罐液位、濃縮罐的真空度、濃縮罐 的溫度、濃縮罐的液位、濃縮的 PH 值、濃縮后密度、儲(chǔ)罐的液位、儲(chǔ)罐的溫 度、一甲胺儲(chǔ)罐的液位、硝酸罐的液位等。 方案設(shè)計(jì)完成后，按照相關(guān)要求，利用組態(tài)王進(jìn)行畫(huà)面組態(tài)和控制組態(tài)。 基于組態(tài)軟件的連續(xù)反應(yīng)罐監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境和運(yùn)行環(huán)境兩個(gè)部分 組成。整個(gè)系統(tǒng)基于面向?qū)ο蟮乃枷脒M(jìn)行分析，以高度模塊化的方式設(shè)計(jì)3。 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境是組態(tài)開(kāi)發(fā)人員用于工作的環(huán)境。系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境由若干個(gè)組 態(tài)程序組成，例如圖形界面組態(tài)程序、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài)程序等。在組態(tài)環(huán)境下， 設(shè)計(jì)并生成系統(tǒng)文件，供開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)調(diào)用。 系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境是指系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，數(shù)據(jù)目標(biāo)應(yīng)用程序裝入計(jì)算機(jī)內(nèi)存后投入 實(shí)時(shí)運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)所提供的運(yùn)行環(huán)境。它由圖形界面運(yùn)行程序、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行 程序等若干程序組成。系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境主要完成數(shù)據(jù)的采集、數(shù)據(jù)傳輸、實(shí)時(shí)數(shù) 據(jù)查詢(xún)、定時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、故障報(bào)警等一系列功能3。 第三章 硬件設(shè)備 - 12 - 第三章第三章 硬件設(shè)備硬件設(shè)備 硝酸甲胺鹽制備工序自動(dòng)化控制采用現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)，設(shè)立中央控制室進(jìn)行 遠(yuǎn)程操作和監(jiān)控。中央控制室內(nèi)安裝工控機(jī)一臺(tái)、可編程控制器一臺(tái)，通過(guò)現(xiàn) 場(chǎng)總線(xiàn)對(duì)工藝現(xiàn)場(chǎng)的各個(gè)工藝參數(shù)和指標(biāo)進(jìn)行采集和分析，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。 3.1 工控機(jī) 工控機(jī)（Industrial Personal ComputerIPC）即基于 PC 總線(xiàn)的工業(yè)電腦。 如圖 3-1 所示。據(jù) 2000 年 IDC 統(tǒng)計(jì)，目前 PC 機(jī)已占到通用計(jì)算機(jī)的 95%以上， 因其價(jià)格低、質(zhì)量高、產(chǎn)量大、軟/硬件資源豐富，已被廣大的工程技術(shù)人員所 熟悉和認(rèn)可，因此工業(yè)電腦得以廣泛普及。工控機(jī)主要組成部分包括工業(yè)機(jī)箱、 無(wú)源底板以及各種匹配的各種板卡等，如 CPU 卡、I/O 卡等。工控機(jī)大都在存 在電磁干擾、灰塵、震動(dòng)、高/低溫等問(wèn)題的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行。為了克服這些惡劣 的條件，工控機(jī)大多采取設(shè)計(jì)有全鋼機(jī)殼、雙正壓風(fēng)扇、機(jī)卡壓條過(guò)濾網(wǎng)等配 件及利用 EMC（electromagnetic compatibility）技術(shù)。 圖 3-1 研華工控機(jī) IPC 有以下特點(diǎn)： 可靠性 工控機(jī)可以在震動(dòng)、粉塵、煙霧、高/低溫、潮濕、電磁干擾等惡 劣環(huán)境下持續(xù)運(yùn)行，并能快速診斷和可維護(hù)性，其平均修復(fù)時(shí)間（Mean Time to Repair）一般僅為 5 分鐘;平均運(yùn)行時(shí)間（MTTF）在 10 萬(wàn)小時(shí)以上，而普通 PC 的平均運(yùn)行時(shí)間僅為 1 萬(wàn)1.5 萬(wàn)小時(shí)。 第三章 硬件設(shè)備 - 13 - 實(shí)時(shí)性 在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，工控機(jī)可以進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，快速響應(yīng)工作狀 況發(fā)生的變化。能及時(shí)進(jìn)行信息采集和輸出調(diào)節(jié)信號(hào)（“看門(mén)狗”功能） ，在 遇險(xiǎn)時(shí)自動(dòng)復(fù)位，使系統(tǒng)能夠及時(shí)恢復(fù)正常運(yùn)行。 擴(kuò)充性 工控機(jī)采用了底板與 CPU 卡整合的結(jié)構(gòu)，可擴(kuò)充到 20 個(gè)板卡，因 此具有完善的信息輸入輸出通道。工控機(jī)能連接工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的各種外部設(shè)備、板 卡，以完成多種任務(wù)。 兼容性 工控機(jī)能同時(shí)利用 ISA 總線(xiàn)與 PCI 總線(xiàn)及 PICMG 所傳輸?shù)馁Y源， 可以在多種操作系統(tǒng)環(huán)境下運(yùn)行。支持多任務(wù)操作系統(tǒng)，多種語(yǔ)言匯編。 3.2 可編程序控制器（ PLC） 圖 3-2 可編程邏輯控制器 PLC 英文全稱(chēng) Programmable Logic Controller，中文全稱(chēng)為可編程邏輯控制 器。如圖 3-2 所示，其定義是：一種專(zhuān)門(mén)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn) 算操作電子系統(tǒng)。PLC 采用一種可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏 輯運(yùn)算、算術(shù)運(yùn)算、順序控制、定時(shí)和計(jì)數(shù)等操作的指令，并通過(guò)數(shù)字式或模 擬式的信息輸入輸出方式，來(lái)控制各種類(lèi)型的機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程。由于傳統(tǒng) 繼電器存在明顯的缺點(diǎn)，可編程控制器作為傳統(tǒng)繼電器的替換產(chǎn)品而出現(xiàn)。隨 著計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)化控制技術(shù)的發(fā)展，使得兩者相結(jié)合而開(kāi)發(fā)出一種適用工 業(yè)環(huán)境的新型通用自動(dòng)控制裝置，即為可編程控制器。近年來(lái)，計(jì)算機(jī)技術(shù)和 微電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)了快速的發(fā)展，計(jì)算機(jī)的眾多功能賦予了可編程控制器?？删?程控制器不僅能實(shí)現(xiàn)邏輯控制，還具有了數(shù)據(jù)處理、網(wǎng)絡(luò)通信等功能。由于它 第三章 硬件設(shè)備 - 14 - 可通過(guò)軟件來(lái)改變控制過(guò)程，而且具有體積小、組裝維護(hù)方便、編程簡(jiǎn)單、可 靠性高、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域，大大推進(jìn) 了機(jī)電一體化的進(jìn)程。 3.3 RS-485通信接口 本節(jié)介紹組態(tài)軟件的通信實(shí)現(xiàn)。整個(gè)站內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)基于 RS-485 總線(xiàn)型結(jié) 構(gòu)，在總線(xiàn)上外掛各智能儀表設(shè)備及監(jiān)控主機(jī)，由主機(jī)監(jiān)控程序統(tǒng)一管理，是 一種典型的主從式、總線(xiàn)型監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括監(jiān)控層、通信層以及現(xiàn)場(chǎng)設(shè) 備層。監(jiān)控層監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境通信層通信端口用戶(hù)協(xié)議現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層各智能儀 表。 工業(yè)環(huán)境下為減少通信用的信號(hào)線(xiàn)，通常使用 EIA 標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)的特點(diǎn)是 采用平衡驅(qū)動(dòng)差分電路，接收器輸入電壓是輸入導(dǎo)線(xiàn)上電壓之差。其中一根導(dǎo) 線(xiàn)上的電壓與令一根導(dǎo)線(xiàn)上的電壓值取反。因此，兩根導(dǎo)線(xiàn)上傳送的電流大小 相同，方向相反。當(dāng)噪聲引入時(shí)，噪聲電壓在兩根導(dǎo)線(xiàn)上以共模方式出現(xiàn)，被 相互抵消。因此，極大地消除了噪聲的影響，提高了信噪比。此外，與削弱噪 聲的原理相似，采用了差分電路也削弱了節(jié)點(diǎn)之間點(diǎn)位的影響。 RS-485 采用一對(duì)平衡驅(qū)動(dòng)差分電路，是半雙工通信方式。當(dāng) RS-485 互聯(lián) 時(shí)，由于某一時(shí)刻只能有一個(gè)站點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)，其他站點(diǎn)只能接收數(shù)據(jù)。因此， 發(fā)送電路用使能信號(hào)控制。兩個(gè)使能端互為反相，才能保證只有一個(gè)站點(diǎn)發(fā)送 數(shù)據(jù)。 RS-485 適用于多占點(diǎn)互聯(lián)，最多可掛接 32 個(gè)站點(diǎn)，經(jīng)中繼器擴(kuò)展，最多 可掛接 128 個(gè)站點(diǎn)。對(duì)于工業(yè)控制應(yīng)用，是非常理想的互聯(lián)方式，因此被工業(yè) 控制界廣泛應(yīng)用。由于 RS-485 可高速（1Mbps）遠(yuǎn)距離（可達(dá) 1200 米）傳送 數(shù)據(jù)，因此在許多智能儀表中被用作現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)接口，并可經(jīng)聯(lián)網(wǎng)后組成集散控 制系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)控制總線(xiàn)。 RS-485 的電氣特性有所改進(jìn)。它采用查分電路輸入信號(hào)電壓，兩線(xiàn)間的電 壓差為+（0.26）V 表示邏輯“1” ；兩線(xiàn)間的電壓差為 -（0.26）V 表 示邏輯“0” 。RS-485 的終端電阻為 120，兩個(gè)終端電阻并聯(lián)后的阻抗為 60 第三章 硬件設(shè)備 - 15 - 。如果終端阻抗等于通信電纜特征阻抗，可使線(xiàn)路的信號(hào)反射減弱或消除。 3.4 各參數(shù)檢測(cè)儀表 相關(guān)工藝參數(shù)選用的檢測(cè)儀表及所在位置 如表 3-1。 表 3-1 檢測(cè)儀表 序號(hào)序號(hào)檢測(cè)項(xiàng)目檢測(cè)項(xiàng)目檢測(cè)儀表檢測(cè)儀表位置位置 1硝酸儲(chǔ)罐罐的液位靜壓式液位計(jì)硝酸儲(chǔ)罐罐 2一甲胺儲(chǔ)罐的液位靜壓式液位計(jì)一甲胺儲(chǔ)罐 3硝酸流量轉(zhuǎn)子流量計(jì)硝酸放料管道 4一甲胺流量轉(zhuǎn)子流量計(jì)一甲胺放料管道 5中和溫度熱電偶溫度計(jì)（康銅）中和罐 6中和后 PH 值BPH-200A 型 PH 計(jì)中和罐 7中和罐液位靜壓式液位計(jì)中和罐 8中和罐冷卻水的開(kāi)關(guān)量電磁閥中和罐 9中和罐液位靜壓式液位計(jì)中和罐 10濃縮罐的真空度彈簧管壓力表濃縮罐 11濃縮罐的溫度熱電偶溫度計(jì)（康銅）濃縮罐 12濃縮罐的液位靜壓式液位計(jì)濃縮罐 13濃縮后的 PH 值BPH-200A 型 PH 計(jì)濃縮罐 14濃縮罐密度靜壓式密度計(jì)濃縮罐 15儲(chǔ)罐的液位靜壓式液位計(jì)硝酸甲胺鹽儲(chǔ)罐 16儲(chǔ)罐的溫度熱電偶溫度計(jì)硝酸甲胺鹽儲(chǔ)罐 第四章 系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計(jì) - 16 - 第四章第四章 系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計(jì)系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計(jì) 連續(xù)反應(yīng)罐監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案完成后，接下來(lái)要用組態(tài)王軟件進(jìn)行組態(tài)。 組態(tài)王軟件結(jié)構(gòu)包括工程管理器、工程瀏覽器和運(yùn)行系統(tǒng)三個(gè)部分。 工程管理器主要用于創(chuàng)建新的工程和管理已有的工程，對(duì)已創(chuàng)建的工程進(jìn) 行搜索、恢復(fù)、查看、添加，以及對(duì)數(shù)據(jù)詞典實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的導(dǎo)入導(dǎo)出等功能。 工程瀏覽器是設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)一個(gè)新舊工程的工具，連續(xù)反應(yīng)罐監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的主界 面在這里進(jìn)行設(shè)計(jì)。它用于創(chuàng)建監(jiān)測(cè)畫(huà)面、配置監(jiān)測(cè)所需的設(shè)備及添加修改相 關(guān)變量、設(shè)置動(dòng)畫(huà)連接屬性、編寫(xiě)命令語(yǔ)言以及設(shè)置運(yùn)行系統(tǒng)的配置等方面。 運(yùn)行系統(tǒng)是工程運(yùn)行界面，從采集設(shè)備中獲取數(shù)據(jù)通信，并依據(jù)工程瀏覽 器的動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)及顯示動(dòng)態(tài)畫(huà)面，實(shí)現(xiàn)人與工程設(shè)備的交互操作。 4.1檢測(cè)主界面設(shè)計(jì) 4.1.1 主界面設(shè)計(jì) 首先打開(kāi)組態(tài)王的工程管理器，新建一個(gè)工程，依次輸入保存路徑、工程 名和工程描述，如圖 4-1。 圖 4-1 新建工程 第四章 系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計(jì) - 17 - 新建工程完畢后，即可進(jìn)入工程瀏覽器，如圖 4-2。選擇左側(cè)大綱項(xiàng)“文 件畫(huà)面” ，雙擊右側(cè)“新建”圖標(biāo)，會(huì)彈出“新畫(huà)面”對(duì)話(huà)框，填充相關(guān)屬性 后，點(diǎn)擊“確定” ，進(jìn)入開(kāi)發(fā)系統(tǒng)。 圖 4-2 工程瀏覽器 在開(kāi)發(fā)系統(tǒng)中，組態(tài)王為用戶(hù)提供矩形、直線(xiàn)、橢圓、扇形、點(diǎn)位圖、多 邊形、文本等基本圖形對(duì)象，還有按鈕、趨勢(shì)曲線(xiàn)窗口、報(bào)警窗口、報(bào)表、圖 庫(kù)等許多復(fù)雜的圖形對(duì)象。組態(tài)王面向?qū)ο蟮木幊碳夹g(shù)，使用戶(hù)可以方便的建 立畫(huà)面的圖形界面。用戶(hù)畫(huà)面組態(tài)可以像搭積木一樣，利用系統(tǒng)提供的圖形對(duì) 象按照相關(guān)要求進(jìn)行組態(tài)。 根據(jù)工藝流程，在開(kāi)發(fā)系統(tǒng)中進(jìn)行畫(huà)面組態(tài)，選擇合適的圖庫(kù)精靈，在反 應(yīng)器附近標(biāo)明名稱(chēng)，以及部分實(shí)時(shí)顯示的變量等。盡量使界面的布局合理、整 齊，檢測(cè)系統(tǒng)主界面如圖 4-3 所示。 第四章 系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計(jì) - 18 - 圖 4-3 檢測(cè)系統(tǒng)主界面 4.1.2 定義 IO 設(shè)備 組態(tài)王使用工程瀏覽器界面來(lái)管理硬件設(shè)備，已配置好的設(shè)備統(tǒng)一列在工 程瀏覽器界面下的設(shè)備分支。組態(tài)王支持的硬件設(shè)備包括可編程控制器（PLC） 、 智能模板、板卡、智能儀表、變頻器等。工程人員可把每一臺(tái)下位機(jī)看作是一 種設(shè)備，不必關(guān)心具體的通信協(xié)議，只需在組態(tài)王的設(shè)備庫(kù)中選擇設(shè)備的類(lèi)型， 然后按照“設(shè)備配置向?qū)А钡奶崾疽徊讲酵瓿砂惭b即可，使驅(qū)動(dòng)程序的配置更 加方便。組態(tài)王的配置方式有串口通信，數(shù)據(jù)采集板、DDE 通信、人機(jī)界面卡、 網(wǎng)絡(luò)模塊、OPC。 PLC 設(shè)備都是通過(guò)計(jì)算機(jī)串口向組態(tài)王傳送數(shù)據(jù)。組態(tài)王提供了一個(gè)仿真 PLC 設(shè)備，用來(lái)模擬實(shí)際設(shè)備向界面程序提供數(shù)據(jù)，供用戶(hù)調(diào)試，這樣可以使 畫(huà)面程序調(diào)試更加方便。我們可以選用仿真 PLC 模擬安裝到計(jì)算機(jī)串口，如圖 4-4 所示。 第四章 系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計(jì) - 19 - 圖 4-4 設(shè)置仿真 PLC 4.1.3 變量的定義與管理 數(shù)據(jù)庫(kù)是聯(lián)系系統(tǒng)上位機(jī)和下位機(jī)的紐帶，所有現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、實(shí) 時(shí)動(dòng)畫(huà)畫(huà)面以及技術(shù)人員發(fā)布的指令到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)去執(zhí)行，都需要實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)為 中心環(huán)節(jié)。數(shù)據(jù)庫(kù)存放的數(shù)據(jù)是當(dāng)前值，包括系統(tǒng)變量和用戶(hù)定義的變量。 變量的基本類(lèi)型有兩類(lèi)：內(nèi)存變量、I/O變量。I/O變量：指可與外部數(shù)據(jù) 設(shè)備采集程序直接進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的變量，這種數(shù)據(jù)交換過(guò)程是動(dòng)態(tài)的、雙向的， 即在組態(tài)王系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，每當(dāng)I/O變量的值改變時(shí)，該值就會(huì)自動(dòng)寫(xiě)入下位機(jī) 或其他應(yīng)用程序。每當(dāng)下位機(jī)或其他應(yīng)用程序的值改變時(shí)，組態(tài)王中的變量值 也會(huì)自動(dòng)更新。所以，那些從下位機(jī)采集來(lái)的數(shù)據(jù)、發(fā)給下位機(jī)的指令，需設(shè) 為I/O變量。內(nèi)存變量：指那些不需要與其他程序交換數(shù)據(jù)，也不需從下位機(jī) 獲得數(shù)據(jù)，只在組態(tài)王內(nèi)部需要的變量，比如計(jì)算過(guò)程中的中間變量。 變量的數(shù)據(jù)類(lèi)型包括：實(shí)數(shù)型變量、離散變量、字符串型變量、整數(shù)變量、 結(jié)構(gòu)變量。變量的基本類(lèi)型是在 “變量屬性”對(duì)話(huà)框填充的，同時(shí)它們的其 它部分屬性在“變量屬性”對(duì)話(huà)框的屬性選項(xiàng)卡中填充，如數(shù)據(jù)類(lèi)型、連接設(shè) 第四章 系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計(jì) - 20 - 備、寄存器、最大（?。┲档?。 “數(shù)據(jù)詞典”項(xiàng)在工程瀏覽器中左邊的目錄樹(shù) 中。點(diǎn)擊選擇，當(dāng)前工程中所定義的變量會(huì)在右側(cè)的內(nèi)容顯示區(qū)中顯示。 “新 建”變量圖標(biāo)在右側(cè)的內(nèi)容顯示區(qū)中，雙擊圖標(biāo)，彈出“定義變量”對(duì)話(huà)框。 組態(tài)王定義的變量屬性包括基本屬性、報(bào)警定義、記錄和安全區(qū)三個(gè)屬性選項(xiàng) 卡。用戶(hù)單擊選項(xiàng)卡頂部的名稱(chēng)標(biāo)簽選擇該屬性卡片，此時(shí)用戶(hù)可以填充該屬 性卡片相應(yīng)的變量屬性。如圖4-5。 圖4-5 定義變量 4.1.4 動(dòng)畫(huà)連接 通過(guò)組態(tài)王開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，技術(shù)人員可以開(kāi)發(fā)靜態(tài)的畫(huà)面，但僅僅是靜態(tài)的畫(huà) 面不足以直觀的反應(yīng)工程現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)往往是動(dòng)態(tài)的。因此只 有用動(dòng)態(tài)的畫(huà)面，才能準(zhǔn)確的顯示數(shù)據(jù)的變化情況。組態(tài)王提供的“動(dòng)畫(huà)連接” 使得數(shù)據(jù)與畫(huà)面的變化聯(lián)系起來(lái)，為工程人員提供了準(zhǔn)確的工業(yè)圖形界面，并 且可由編程的命令語(yǔ)言連接來(lái)增強(qiáng)圖形界面的功能。圖形對(duì)象可以按動(dòng)畫(huà)連接 的要求改變顏色、尺寸、位置、填充百分?jǐn)?shù)等，一個(gè)圖形對(duì)象可以同時(shí)定義多 個(gè)連接。把這些動(dòng)畫(huà)連接組合起來(lái)，動(dòng)畫(huà)效果更加生動(dòng)活潑。如圖 4-6。 第四章 系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計(jì) - 21 - 圖 4-6 動(dòng)畫(huà)連接 檢測(cè)系統(tǒng)主界面的動(dòng)畫(huà)連接設(shè)置完畢后，可以在界面上擊右鍵，點(diǎn)擊“切 換 第四章 系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計(jì) - 22 - 圖 4-7 運(yùn)行中的檢測(cè)系統(tǒng) 到 View” ，觀察運(yùn)行情況，如圖 4-7 所示。 4.2 數(shù)據(jù)報(bào)表 數(shù)據(jù)報(bào)表是生產(chǎn)過(guò)程必不可少的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，它反應(yīng)了生產(chǎn)過(guò)程中的數(shù) 據(jù)變化、運(yùn)行狀態(tài)等狀況，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)記錄、保存統(tǒng)計(jì)。數(shù)據(jù)報(bào)表不僅 能顯示系統(tǒng)實(shí)時(shí)的生產(chǎn)情況，而且能對(duì)長(zhǎng)期的生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)進(jìn)行保存、統(tǒng)計(jì)和 分析。這使得現(xiàn)場(chǎng)管理人員可以及時(shí)掌握和分析工廠(chǎng)生產(chǎn)過(guò)程或故障。 組態(tài)王提供了通用的內(nèi)嵌式報(bào)表系統(tǒng)。工程開(kāi)發(fā)人員可以對(duì)報(bào)表進(jìn)行組態(tài)， 任意設(shè)置報(bào)表格式。組態(tài)王為工程開(kāi)發(fā)人員提供了多種報(bào)表函數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)各 種運(yùn)算例如統(tǒng)計(jì)分析、報(bào)表打印、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等。既可以制作實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)報(bào)表又可 以制作歷史數(shù)據(jù)報(bào)表。工程開(kāi)發(fā)人員還可以制作各種報(bào)表模板，實(shí)現(xiàn)多次使用， 以免重復(fù)工作。 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)報(bào)表用來(lái)顯示檢測(cè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，選擇工具箱中的工具， 在畫(huà)面上繪制實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)報(bào)表窗口,使用 ReportPrint2 函數(shù)實(shí)現(xiàn)報(bào)表的打印功能， 如圖 4-8 為運(yùn)行中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)報(bào)表。 圖 4- 8 實(shí) 時(shí) 數(shù) 據(jù) 報(bào) 表 第四章 系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計(jì) - 23 - 歷史數(shù)據(jù)報(bào)表用來(lái)記錄以往的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，歷史數(shù)據(jù)查詢(xún)可以新建一個(gè)按鈕， 利用組態(tài)王提供的 Report- SetHistData2 函數(shù)，可從組態(tài)王記錄的歷史庫(kù)中按 指定的起始時(shí)間和時(shí)間間隔查詢(xún)指定變量的數(shù)據(jù)，使用 ReportPrint2 函數(shù)實(shí)現(xiàn) 報(bào)表的打印功能，如圖 4-9 為運(yùn)行中的歷史數(shù)據(jù)報(bào)表 圖 4-9 歷史數(shù)據(jù)報(bào)表 4.3 實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線(xiàn) 趨勢(shì)曲線(xiàn)用來(lái)反應(yīng)變量隨時(shí)間的變化情況。在實(shí)時(shí)曲線(xiàn)顯示坐標(biāo)中，X 軸 代表時(shí)間，Y 軸代表變量值。在實(shí)時(shí)曲線(xiàn)中，工程人員可以規(guī)定時(shí)間間距、數(shù) 據(jù)的數(shù)值范圍、網(wǎng)格分辨率、時(shí)間坐標(biāo)數(shù)目等。畫(huà)面程序運(yùn)行時(shí)，實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲 線(xiàn)可以隨時(shí)間卷動(dòng)，以快速反應(yīng)變量與時(shí)間化。 選擇工具箱中的工具，在畫(huà)面上繪制一個(gè)實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線(xiàn)窗口。雙擊 “實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線(xiàn)”對(duì)象，彈出“實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線(xiàn)”設(shè)置窗口，實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線(xiàn)設(shè)置 窗口分為兩個(gè)屬性頁(yè)：曲線(xiàn)定義屬性頁(yè)、標(biāo)識(shí)定義屬性頁(yè)。曲線(xiàn)定義屬性頁(yè)： 第四章 系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計(jì) - 24 - 在此屬性頁(yè)中可以設(shè)置曲線(xiàn)窗口的顯示風(fēng)格和設(shè)置趨勢(shì)曲線(xiàn)中所要顯示的變量。 圖 4-10 為運(yùn)行中的實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線(xiàn)。 圖 4-10 實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線(xiàn) 4.4 歷史趨勢(shì)曲線(xiàn) 組態(tài)王提供三種形式的歷史趨勢(shì)曲線(xiàn)，即從圖庫(kù)管理器中調(diào)用、調(diào)用歷史 趨勢(shì)曲線(xiàn)控件和從工具箱中調(diào)用三種形式。其中以 Active X 控件的形式提供 歷史趨勢(shì)曲線(xiàn)，功能強(qiáng)大，使用簡(jiǎn)單。該控件可以連接到組態(tài)王的歷史數(shù)據(jù)庫(kù)， 也可以從ODBC(開(kāi)放數(shù)據(jù)庫(kù)互連 ) 數(shù)據(jù)源連接到其它數(shù)據(jù)庫(kù)上，如 Access、SQL- Server等。通過(guò)該控件，不但可以實(shí)現(xiàn)歷史曲線(xiàn)的繪制，還可以 實(shí)現(xiàn)ODBC 數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)記錄的曲線(xiàn)繪制。歷史趨勢(shì)曲線(xiàn)在系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)下， 可以實(shí)現(xiàn)曲線(xiàn)在線(xiàn)動(dòng)態(tài)增加、刪除、隱藏、無(wú)級(jí)縮放曲線(xiàn)圖表，動(dòng)態(tài)比較曲線(xiàn)， 保存或打印曲線(xiàn)等功能。該歷史趨勢(shì)曲線(xiàn)控件最多可以添加16條趨勢(shì)曲線(xiàn)。 第四章 系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計(jì) - 25 - 選擇工具箱中的工具，在畫(huà)面中插入通用控件窗口中的“歷史趨勢(shì)曲線(xiàn)” 控件，在畫(huà)面上繪制一個(gè)歷史趨勢(shì)曲線(xiàn)窗口。選中此控件，單擊鼠標(biāo)右鍵在 彈出的下拉菜單中執(zhí)行“控件屬性”命令，彈出控件屬性對(duì)話(huà)框，曲線(xiàn)屬性頁(yè)： 在此屬性頁(yè)中您可以利用“增加”按鈕添加歷史曲線(xiàn)變量，并設(shè)置曲線(xiàn)的采樣 間隔。圖 4-11 為歷史趨勢(shì)曲線(xiàn)。 圖 4-11 歷史趨勢(shì)曲線(xiàn) 4.5 實(shí)時(shí)報(bào)警窗口 為保證工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)安全生產(chǎn)，報(bào)警和事件的產(chǎn)生和記錄是必不可少的，“組 態(tài)王”提供了強(qiáng)有力的報(bào)警和事件系統(tǒng)。利用報(bào)警窗口，操作者不但能及時(shí)查 閱報(bào)警信息，而且可以確認(rèn)報(bào)警、刪除報(bào)警、更改報(bào)警類(lèi)型、事件類(lèi)型、操作 員、報(bào)警優(yōu)先級(jí)、報(bào)警組、站點(diǎn)名和服務(wù)器名等信息。 設(shè)置變量的報(bào)警屬性：在數(shù)據(jù)詞典中選擇“中和溫度”變量，雙擊此變量， 在彈出的“定義變量”對(duì)話(huà)框中。單擊“報(bào)警定義”選項(xiàng)卡，在“報(bào)警限”選 第四章 系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計(jì) - 26 - 項(xiàng)中選擇并填充合理的界限值和報(bào)警文本，如圖4-12所示。其它變量的報(bào)警定義 也是如此。 圖4-12 報(bào)警定義 第四章 系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計(jì) - 27 - 報(bào)警窗口是用來(lái)顯示“組態(tài)王”系統(tǒng)中發(fā)生的報(bào)警和事件信息。報(bào)警窗口 建立過(guò)程如下：選擇工具箱中的工具，在畫(huà)面中繪制一個(gè)報(bào)警窗口，雙擊 “報(bào)警窗口”對(duì)象，彈出報(bào)警窗口配置對(duì)話(huà)框。 報(bào)警窗口分為五個(gè)屬性頁(yè)：通用屬性頁(yè)、列屬性頁(yè)、操作屬性頁(yè)、條件屬 性頁(yè)、顏色和字體屬性頁(yè)。通用屬性頁(yè)：在此屬性頁(yè)中您可以設(shè)置窗口的名稱(chēng)、 窗口的類(lèi)型（實(shí)時(shí)報(bào)警窗口或歷史報(bào)警窗口）、窗口顯示屬性以及日期和時(shí)間 顯示格式等；列屬性頁(yè)：在此屬性頁(yè)中您可以設(shè)置報(bào)警窗中顯示的內(nèi)容，包括： 報(bào)警日期時(shí)間顯示與否、報(bào)警變量名稱(chēng)顯示與否、報(bào)警限值顯示與否、報(bào)警類(lèi) 型顯示與否等等；操作屬性頁(yè)：在此屬性頁(yè)中您可以對(duì)操作者的操作權(quán)限進(jìn)行 設(shè)置。條件屬性頁(yè)：設(shè)置哪些類(lèi)型的報(bào)警或事件發(fā)生時(shí)，才在此報(bào)警窗口中顯 示，并設(shè)置其優(yōu)先級(jí)和報(bào)警組。如圖4-13 是運(yùn)行中的報(bào)警界面： 第四章 系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計(jì) - 28 - 圖4-13 報(bào)警界面 基于組態(tài)王的連續(xù)反應(yīng)罐監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的各界面設(shè)計(jì)完成后，界面之間的連接 可以用設(shè)計(jì)“按鈕”和“菜單”來(lái)實(shí)現(xiàn)。整體設(shè)計(jì)完成之后，還需不斷地運(yùn)行 系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試、修改，直到達(dá)到良好的運(yùn)行效果。 結(jié)論 - 29 - 結(jié)論 組態(tài)軟件是工廠(chǎng)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模自動(dòng)化生產(chǎn)的重要工具，隨著生產(chǎn)自動(dòng)化水平 的提高，越來(lái)越多的廠(chǎng)家開(kāi)始利用組態(tài)軟件。該基于組態(tài)軟件的連續(xù)反應(yīng)罐的 檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)利用組態(tài)王（6.53）完成。 本論文介紹了組態(tài)軟件開(kāi)發(fā)利用背景及意義，集散控制系統(tǒng) DCS 和組態(tài)王 的相關(guān)知識(shí)。根據(jù)工藝流程圖完成了連續(xù)反應(yīng)罐監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的整體方案，選取了 本監(jiān)測(cè)系統(tǒng)相關(guān)的硬件設(shè)備。在組態(tài)王的開(kāi)發(fā)環(huán)境下，設(shè)計(jì)出連續(xù)反應(yīng)罐監(jiān)測(cè) 系統(tǒng)主界面、報(bào)表、趨勢(shì)曲線(xiàn)、報(bào)警等各個(gè)界面。