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1、山东化工职业学院毕业设计（论文）题 目：基于组态王的串级压力监控系统设计 年级专业： 2008级生产过程自动化 学生姓名： 张宵彬 学 号： 200803030073 指导教师： 刘法钦 职 称： 高级讲师 导师单位： 山东化工职业学院 山东化工职业学院自动化系论文完成时间： 2011 年 5 月 1 日摘 要 本文在对组态软件学习的基础上，结合实验室设备及其控制器的类型，应用组态软件(组态王)开发上位机监控系统。根据监控系统的设计方案，开发了用于人机交互的主监控画面和各子系统的监控画面；通过组态王的“设备配置向导”定义外部设备，实现了上位机和下位机(PLC、变频器)之间的通信，并在此基础上，
2、利用数据改变命令语言实现了上位机和PLC间的自定义协议；编写了控制程序，实现了串级压力监控系统的仿真调试。另外，监控系统还具有参数设定功能，报表功能，数据的曲线显示和查询功能。经过仿真调试，设计完成了监控系统自动控制、报表、历史趋势曲线、实时趋势曲线等程序模块的调试，验证了监控系统的可靠性。最后，对组态软件应用于监控系统的设计和开发工作进行了总结和展望。关键词：串级压力监控系统；组态王软件；组态王技术；仿真调试；JBS-GK05过程控制实验装置AbstractBased on configuration software study and combined with lab equipmen
3、t and its application, this paper makes the controller type configuration software (KingView) create PC monitoring system. According to the monitoring system, this paper designed and developed the Lord Monitor screen which is used in man-machine interaction between each subsystem and monitor screen.
4、 The equipment configuration guide of the KingView defines external equipments, so that realizes the communication of upper and lower machine (PLC, frequency converter).On basis of that, the Data Change Command Language realizes user-defined protocol between the computer and PLC , writes control pro
5、grams and realizes the simulation test of the cascade pressure monitoring system. In addition, the monitoring system has the parameter setting function, the reporting function, the curve of data report showing function and the querying function.Through the simulation testing, this paper designs the
6、automatic control process procedures of the monitoring system, the reporting procedures of the monitoring system, the historical trend curves procedures of the monitoring system and the real-time trends curves procedures of the monitoring system, and verifies the reliability of the monitoring system
7、. Finally, the applications of the configuration software in the design and development of the monitoring system is summarized and prospected.Keywords: Cascade Pressure monitoring system, KingView software, KingView technology, Simulation testing, JBS - GK05 process control experiment device目 录1 绪论1
8、.1课题背景- 1 -1.2课题意义- 1 -1.3本设计的主要内容- 1 -2 JBS-GK05型过程控制实验装置2.1 JBS-GK05过程控制实验装置系统组成- 2 -2.1.1 系统组成- 2 -2.1.2 系统特点- 3 -2.2 JBS-GK05过程控制实验装置工艺流程说明- 4 -2.2.1 工艺流程- 4 -2.2.2 技术规格- 5 -3 监控系统的开发设计3.1 开发工具组态王的介绍- 6 -3.1.1 组态王软件的结构- 6 -3.1.2 组态王与外部设备的通讯- 7 -3.1.3 利用组态王开发工程的步骤- 7 -3.2 串级压力监控系统的组成- 7 -3.2.1 监控
9、系统的任务- 7 -3.2.2监控系统的硬件组成- 8 -3.3监控画面- 8 -3.3.1 主控界面- 8 -3.3.2 参数设定界面- 9 -3.3.3 趋势曲线界面- 9 -3.4 数据库变量的定义- 11 -4 监控系统的仿真调试4.1监控系统的仿真通信- 11 -4.2调试系统- 12 -5 总结和展望5.1 本文总结- 13 -5.2 工作展望- 13 -参考文献- 14 -致谢- 15 -1 绪论1.1 课题背景随着科学技术的发展，现代过程工业规模越来越大，复杂程度越来越高，产品的质量要求越来越严格，以及相应的系统安全问题，管理与控制一体化问题等，越来越突出，因此要满足这些要求，
10、解决这些问题，仅靠简单控制系统是不行的，需要引入更为复杂、更为先进的控制系统。由于采用复杂控制系统的装置或对象都是工厂中的重要装置或关键岗位，因此需要予以特别的重视。串级控制系统是所有复杂控制系统中应用最多的一种，当要求被控变量的误差范围很小，简单控制系统不能满足要求时，可考虑采用串级控制系统。 压力控制系统（pressure control systems）以气体或液体管道或容器中的压力作为被控制量的反馈控制系统。在许多生产过程中，保持恒定的压力或一定的真空度常是正常生产的必要条件。很多化学反应需要在恒压下进行，为保持流量不变也常需要控制主压力源的压力恒定，根据不同应用场合，压力控制可采用不
11、同的方式。当控制性能要求不高时，可采用比较简单的控制装置，如压力调节阀等；对性能要求较高或生产过程比较复杂，宜采用压力控制系统。 组态王开发监控系统软件是新型的工业自动控制系统正以标准的工业计算机软、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。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；能实现实时现场监控，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
12、据链接功能。1.2 课题意义应用组态技术，是现代工业控制的必然趋势。本课题的意义在于对组态王软件的学习和应用组态王软件进行开发设计，尤其是对串级控制系统的开发设计。学会应用组态王软件开发串级压力监控系统：设计监控界面，设定参数变量，进行动画连接，实现历史曲线、实时曲线的显示与监控等。1.3 本设计的主要内容(1) 深刻学习组态王软件，对JBS-GK05型过程控制实验装置进行全面的认识，为以后的开发和设计奠定良好的基础。(2) 开发串级压力监控系统。根据系统的功能划分，分别设计开发主监控画面和多个子监控画面；在组态王的“数据词典”中定义外部变量，用于和外部设备的存储器单元相对应，来实时地获取现场
13、的液位值、压力值和完成控制命令的交互；建立动画连接，显示现场设备的运行状况；编写自动控制程序，以实现过程的全自动运行；实现液位和压力历史趋势曲线的显示、存储和查询以及报表的存储、查询。(3) 监控系统的仿真调试。在实验室对监控程序进行系统全面的调试：命令语言程序、报表程序的测试和历史趋势曲线程序的测试。排除调试过程中发现的错误。2 JBS-GK05型过程控制实验装置目前国内的各大院校的过程控制实验装置大多是自己研制的，它们结构较为简单，仅能进行简单的实验，已经远远满足不了现代教育的要求。国内厂家生产的一些实验装置档次和价格都较高且难于讲解使用，还有一些结构过于简单，虽然价格较低，但使用功能较少
14、。我们在广泛研究市场的基础上，巧妙灵活的设计了一种价格适中，功能齐全，适应现代教学的实验台。它不但涵盖了大学本科过程控制方面的实验内容，方便学生动手实验，同时也可用于硕研和博研的各种实验。其中有些设计在同类装置中属于首创，已申请专利。2.1 JBS-GK05过程控制实验装置系统组成2.1.1 系统组成JBS-GK05型过程控制实验装置包括被控对象和控制桌两部分。被控对象由执行器、变送器、上下水槽、水箱、管路有机地组成；控制桌装有控制器、数显表、液晶显示器等，控制器通过通讯电缆与上位机通讯。被控对象的变送器信号和执行器的供电分别通过屏蔽电缆线与控制桌连接的。示意如图2-1： 图2-1 变送器信号
15、连接示意图以上为系统的示意图。变送器信号包括2个液位变送器、2个流量变送器、1个温度变送器和1个压力变送器，这6个变送器均输出4-20mA标准信号；数显表一共6块，分别对6个变送器来的电流信号进行数值的实时显示；控制器包括PLC主机和3个扩展模块，实现对被控对象中变送器信号的采集和输出控制信号；执行器包括2台变频器、2台水泵、1个电动调节阀和1个加热器。具体见说明：被控对象：两水槽液位、水槽2的温度、电机2出水压力、水泵1和水泵2出水流量。检测装置：两个液位变送器，一个压力变送器和一个温度变送器，两个电远传玻璃转子流量计。执行机构：一个电动调节阀，两个变频器及两台水泵, 一个固态继电器。控制系统：西门子小型PLC（S7-200 CPU224主机、模拟量输入模块EM231、模拟两输入输出模块EM235和模拟量输出模块EM232，一条编程通讯电缆），四个典型控制参数（液位、流量、压力、温度），可组成多种控制实验。上位机： 采用组态王6.51开发的人机操作界面，S7-200编程软件。2.1.2 系统特点1、设计巧妙，
