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1、东北大学秦皇岛分校自动化工程系东北大学秦皇岛分校自动化工程系自动控制系统课程设计自动控制系统课程设计基于力控组态软件的锅炉监控系统设计基于力控组态软件的锅炉监控系统设计专业名称自动化班级学号学生姓名指导教师设计时间2011.6.272011.7.81东北大学秦皇岛分校自动化工程系自动控制系统自动控制系统课程设计任务书课程设计任务书专业专业 自动化自动化 班级班级 姓名姓名 设计题目：基于力控组态软件的锅炉监控系统设计设计题目：基于力控组态软件的锅炉监控系统设计 一、设计实验条件一、设计实验条件地 点：自动化系实验室实验设备：PC 机二、设计任务二、设计任务1、根据题目要求进行资料收集及监控方案
2、的设计。 2、利用力控组态软件，完成控制系统软件组态，包括：建立实时数据库；绘制控制主界面；包括数据采集、显示（界面动画等） 、报警组态、数据保存、历史数据查询、报表打印等功能。 3、撰写课程设计说明书三、设计说明书的内容三、设计说明书的内容1、设计题目与设计任务（设计任务书）2、前言（绪论）(设计的目的、意义等)3、主体设计部分4、参考文献5、结束语四、设计时间与设计时间安排四、设计时间与设计时间安排1、设计时间：6 月 27 日7 月 8 日2、设计时间安排： 熟悉课题、收集资料： 3 天（6 月 27 日 6 月 29 日) 具体设计（含上机实验）： 6 天（6 月 30 日 7 月 5
3、 日)编写课程设计说明书： 2 天（7 月 6 日 7 月 7 日)答辩： 1 天（7 月 8 日）2前言前言 随着工业自动化水平的迅速提高和计算机在工业领域的广泛应用，人们对工业自动化的要求越来越高，种类多的控制设备和过程监控装置在工业领域的应用，使得传统的工业控制软件已无法满足用户的各种要求。通用工业自动化组态软件的出现为解决上述实际工程问题提供了一种崭新的方法，因为它能够很好的解决传统工业控制软件存在的种种问题，使用户能根据自己的控制对象和控制目的任意组态，完成最终的自动化控制工程。目前世界上组态软件品种繁多，国外产品有美国 Wonderware 公司的 InTouch、美国 Intel
4、lution 公司的iFIX 等，国内产品有三维力控、组态王、MCGS 等。一般的组态软件都由下列组件构成：图形界面系统、实时数据库系统、第三方程序接口组件、控制功能组件。力控组态软件主要解决的问题：如何与采样、控制设备间进行数据交换；使来自设备的数据与计算机图形画面上的各元素关联起来；处理数据报警及系统报警；存储历史数据并支持历史数据查询；各类报表的生成和打印输出；为使用者提供灵活、多变的组态工具，可以适应不同应用领域的需求；最终生成的应用系统运行稳定可靠；具有与第三方程序的接口，方便数据共享。本文以锅炉对象为例，利用三维力控 PCAuto 组态软件开发了一个小型的监控系统。 1.1.力控组
5、态软件力控组态软件 PCAutoPCAuto1.11.1 软件的认识软件的认识力控监控组态软件 PCAuto 是对现场生产数据进行采集与过程控制的专用软件，是在自动控制系统监控层一级的软件平台，它能同时和国内外各种工业控制厂家的设备进行网络通讯，它可以与高可靠的工控计算机和网络系统结合，便可以达到集中管理和监控的目的，同时还可以方便地向控制层和管理层提供软、硬件的全部接口，来实现与“第三方”的软、硬件系统进行集成。力控监控组态软件 PCAuto 最大的特点是能以灵活多样的“组态方式” 进行系统集成，它提供了良好的用户开发界面和简捷的工程实践方法，用户只要将其预设置的各种软件模块进行简单的“组态
6、” ，便可以非常容易地实现和完成监控层的各项功能，缩短了自动化工程师的系统集成的时间，大大地提高了集3成效率。力控的应用范围广泛、可用于开发石油、化工、半导体、汽车、电力、机械、冶金、交通楼宇自动化、食品、医药、环保等多个行业和领域的工业自动化、过程控制、管理监测、工业现场监测、远程监测/远程诊断、企业管理/资源计划等系统。PCAuto 组态软件具有功能强大的图形开发环境 Draw，采用面向对象的图形技术，创建动画式人-机界面系统及高可靠性快速的图形界面运行系统View，用来运行 Draw 创建图形窗口。先进的分布式实时数据库 DB 是整个应用系统的核心模块，负责整个力控应用系统的实时数据处理
7、、历史数据存储、统计数据处理、报警信息处理、数据服务请求处理及完成与过程的双向通信。1.21.2 软件的使用软件的使用在组态软件中填写一些事先设计的表格，再利用图形功能把被控对象(温度计、压力计、锅炉、趋势曲线、报表、温控曲线等)形象的画出来，通过内部数据连接把被控对象的属性与 I/O 设备的实时数据进行逻辑连接。当由组态软件生成的应用系统投入运行后，与被控对象相连的 I/O 设备数据发生变化会直接带动被控对象的属性变化。2.2.系统功能概述系统功能概述基于力控组态软件的锅炉监控系统的设计主要是充分利用软件的优势，通过对锅炉系统中的三个主要参数，即锅炉水位、炉膛压力、锅炉内温度的控制来实现对锅
8、炉系统的实时监控。具体的控制原则为：当锅炉液位“level”的值高于 90 时，系统产生报警，对应的液位报警灯闪烁红色，同时发出报警声音；当炉膛压力“press” 的值高于 890 时，系统也会报警，对应的压力报警灯闪烁红色，同时发出报警声音；同样，当锅炉内温度“temp”的值高于 90 时，系统也产生报警信息，对应的温度报警灯闪烁红色，同时发出报警声音。其中锅炉水位由仿真 PLC 的常量寄存器控制，炉膛压力和锅炉内温度也分别由仿真 PLC的常量寄存器控制，由于无法准确地建立锅炉水位、炉膛压力、锅炉内温度三者之间的函数关系，在设计时人为设定炉膛压力和锅炉内温度分别随锅炉水位增减情况的不同而有不
9、同的增减量变化。系统的启停则由仿真 PLC 的状态寄存器，即点“run”进行控制，当启动按钮“run”显示绿色时，系统开始运行；当显示红色时，锅炉液位、炉膛压力和锅炉温度复位到初始设定值。系统报警4时，对应的报警灯会闪烁红色。温度过高时，加热设备停止加热，其中是否加热有动画连接实现，加热时加热设备一直闪烁，否则停止闪烁。3.3.系统设计系统设计3.13.1 设计思想设计思想锅炉设备是一个复杂的控制对象，主要的输入变量是负荷、锅炉给水、燃料量、减温水、送风和引风等；主要的输出变量是汽包水位、蒸汽压力、炉膛负压、过剩空气等。因输入变量与输出变量相互关联，如果蒸汽负荷发生变化，必将会引起汽包水位、蒸
10、汽压力和过热蒸汽温度等变化，因此锅炉是一个多输入、多输出且相互关联的控制对象。锅炉对象简图，如图 1 所示。由于条件限制及能力有限，本控制系统将主要控制三个变量：锅炉水位、炉内温度、炉膛压力。在本控制系统的图形界面上具备报警通知及确认、报表组态及打印、历史数据查询与显示等功能。各种报警、报表、趋势都是动画连接的对象，其数据源都可以通过组态来指定。每个画面的内容可以根据实际情况灵活设计。锅炉设备给水量减温水燃料量送风量引风量水位蒸汽温度蒸汽压力过剩空气炉膛负压负荷图 1 锅炉对象简图3.23.2 软件组态设计软件组态设计基于力控 PCAuto 组态软件的设计与实现主要包括以下几个步骤：画面创建、
11、动画连接、I/O 设备设置、创建实时数据库、数据连接。 画面创建根据本系统的特点，设计了锅炉监控系统主界面，数据的采集、保存及查询界面，报警信息，温控曲线四个界面。主界面如图 2 所示，主要包括了系统5开关，锅炉精灵，压力、温度的精灵，报警灯，加热设备和一些控制阀门。图 2 锅炉监控系统主界面数据的采集、保存及查询界面如图 3 所示，说明了系统的实时数据信息，及相关历史数据的查询。主要包含趋势曲线和历史报表。 “历史报表”工具可以方便的实现报表打印功能。6图 3 数据的采集、保存及查询界面报警信息界面如图 4 所示，由报警组态及相关报警设置来完成系统的报警任务。图 4 报警信息界面7温控曲线界
12、面如图 5 所示，主要有温控曲线组件完成，便于更好的实现锅炉内温度的控制与观测。图 5 温控曲线界面 动画连接动画连接是指画面中图形对象与变量或表达式的对应关系。建立了连接后，在监控系统运行时，根据变量或表达式的数据变化，图形对象改变颜色，大小等外观，文本会进行动态刷新。这样就将现场真实的数据放映到计算机的监控画面中，从而达到监控的目的。此控制系统中分别对开关精灵、报警灯、界面切换、加热设备等进行了相关的动画连接。从而可以动态的实现系统的良好控制。具体实现方法如图 6 中各图所示。8(a)开关的相关动画连接(b)报警灯的相关动画连接（以液位报警灯为例，压力、温度报警灯类似）9(c)各界面间切换
13、的相关动画连接（以主控界面为例，其他类似）图 6 动画连接 I/O 设备设置及管理I/O 设备设置是指对包括应用程序的“软件设备”和现场数据采集交换的硬件设备在内的广义上 I/O 设备驱动程序进行配置，使其与组态软件建立通信，构成一个完成的系统。在被监控系统中，分别对锅炉的液位“level” ，入口泵“in_valve” ，出口阀门“out_valve” ，进行了定义，地址的分配，通信方式的选定等操作。在监控系统中建立的仿真 PLC，其实现方法如图 7 所示。图 7 仿真 PLC 的建立配置 I/O 设备的过程在图形开发环境 Draw 的导航器中进行，按照设备安装对话框的提示就可以完成 I/O
14、 设备的配置工作。I/O 设备配置完成后，在导航器中将列出 I/O 设备的设备名称，同时生成的设备名称即可用于数据连接过程。在系统运行时，力控通过内部管理程序自动启动相应的 I/O 驱动程序，I/O 驱动程序负责与 I/O 设备的实时数据交换。 创建实时数据库实时数据库(DB)是整个监控系统的核心。它负责整个系统的实时数据处理和历史数据存储、统计数据处理、报警信息处理、数据服务请求处理，完成与过程数据采集的双向数据通信。在本系统中，经过创建点参数、定义 I/O 设备、数据连接等几个步骤便可以完成数据库的创建。系统中采用的 I/O 设备的数据采集与回送是实时数据库的一个最基本的功能。因为实时数据
15、库系统应用所面10向的监控对象最终还是要落实到具体的硬件设备。力控数据支持的 I/O 设备包括 DCS、可编程控制器(PLC)、智能模块、板卡、智能仪表、控制器、变频器等。数据库与 I/O 设备之间的数据交换方式也相应的有很多种。本系统实时数据库的建立过程如下所示：以“temp”点参数的建立、修改为例，包括基本参数、报警参数、数据连接、历史参数等的设置。11图 8 相关点参数的设置3.33.3 系统功能实现的脚本程序系统功能实现的脚本程序调出程序脚本串口，编写程序如下：(1)进入程序脚本中程序：12(2)程序运行周期执行中程序：13图 9 脚本程序3.43.4 系统相关功能连接与实现系统相关功
16、能连接与实现3.4.1 查询历史报表要连续查询历史报表的数据，需要给报表加入按钮控制对象，给按钮赋予相应动作。其实现步骤与方法：同时选中所需按钮和历史报表，用工具箱中“打成单元”工具，将按钮和历史报表打成单元；双击按钮出现动画连接对话框，选中“触敏动作/左键动作”，在弹出的脚本编辑器中输入脚本程序，点击“确认”和“返回”按钮。按钮功能与其相应的脚本程序：“查询” ：#HisReport.SetTimeSpan(#TimeSpan17.GetTime(),#TimeSpan.GetTime();#HisReport.SetTimeEx(#DateTime.GetTime()“当前时间” ：#HisReport.NowTime()14“前一天” ：#HisReport.OffDay(-1)“后一天” ：
