自动化工程实践报告
自动化工程实践
实践报告
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一. 软件概述
1. 从1993年至今,力控监控组态软件为国家经济建设做出了应有贡献,在石油、石化、化工、国防、铁路(含城铁或地铁)、冶金、煤矿、配电、发电、制药、热网、电信、能源管理、水利、公路交通(含隧道)、机电制造等行业均有力控软件的成功应用,力控监控组态软件已经成为民族工业软件的一棵璀璨明星。 力控监控组态软件的分布式的结构保证了发挥系统最大的效率。力控软件以计算机为基本工具,为实施数据采集、过程监控、生产控制提供了基础平台,它可以和检测、控制设备构成任意复杂的监控系统。在过程监控中发挥了核心作用,可以帮助企业消除信息孤岛,降低运作成本,提高生产效率,加快市场反应速度。 在今天,企业管理者已经不再满足于在办公室内直接监控工业现场,基于网络浏览器的Web 方式正在成为远程监控的主流,作为国产软件中国内最大规模SCADA 系统的WWW 网络应用的软件,力控为满足企业的管控一体化需求提供了完整、可靠的解决方案.
2. 北京三维力控科技有限公司(以下简称力控科技)是专业从事自主知识产权的企业信息化与自动化监控平台研发与服务的高新技术软件企业,是中国知名的工业IT 软件厂商,力控科技的系列自动化软件可以为企业生产信息化提供“管控一体化”的整体解决方案,为企业MES 系统提供核心实时和历史数据“引擎”平台,力控科技很早就深刻地认识到:软件是自动化系统的核心与灵魂,并在自动化系统核心软件领域耕耘10余年,不断的研发新技术、推出新产品,力控科技以成为工业自动化领域中中国的西门子、中国的ABB 为使命。
3. 这次实习所使用的力控6.1监控组态软件就是北京三维力控科技根据当前的自动化技术的发展趋势,总结多年的开发、实践经验和大量的用户需求而设计开发的高端产品,是三维力控全体研发工程师集体智慧的结晶,该产品主要定位于国内高端自动化市场及应用,是企业信息化的有力数据处理平台。
二. 设计
1、假设的工艺过程
工艺设备包括一个油罐,一个进油控制阀门,一个出油控制阀门。用于控制两台阀门的PLC ,有一个开关指示灯。如下图所示:
2、PLC 的逻辑算法:
当进油控制阀门打开时,则开始进油。一旦存储罐即将被注满,进油控制阀门关闭,出油控制阀门打开。一旦存储罐即将被排空,进油控制阀门打开,出油控制阀门关闭。如此反复进行。
3、力控的PLC 仿真驱动
SIMULATOR —力控的PLC 仿真驱动
SIMULATOR 是力控®的PLC 仿真程序,为了适应本例子的要求,内嵌了逻辑算法,并且对数据通道作了约定:
增量寄存器1(模拟输入区)第0通道 对应油罐的液位
PLC1的DI 区域(数字输入区)第0通道 控制油罐的进油控制阀门 PLC1的DI 区域(数字输入区)第1通道 控制油罐的出油控制阀门 PLC1的DO 区域(数字输出区)第0通道 启动/停止PLC 程序的开关
4、工程要完成的目标
(1)创建一幅工艺流程图,图中包括一个油罐,一个进油控制阀门和出油控制阀门,全部使用电磁阀带动气缸阀。
(2)阀门根据开关状态而变色,开时为红色,关时为绿色。
(3)创建实时数据库,并与SIMULATOR 进行数据连接,完成一幅工艺流程图的动态数据及动态棒图显示。
(4)用两个按钮实现启动和停止,启动和停止PLC 程序。
力控中建立新工程过程
一. 首先通过力控的“工程管理器”指定工程的名称和工作的路径,不同的工程一定要放在不同的路径下。
指定工程的名称和路径
启动力控的“工程管理器”
图1-1 按“新增应用”按钮,出现如下对话框:
图1-2 应用名:所新建的工程的名称
路径:新建工程的路径,默认路径为:c:\Program Files\PCAuto 说明:对新建工程的描述文字
点击“确定”按钮,此时在工程管理器中可以看到添加了一个名为test 的工程,然后再点击“开发系统”按钮,进入力控的组态界面。
二、 创建组态界面
进入力控的开发系统后,可以为每个工程建立无限数目的画面,在每个画面上可以组态相互关联的静态或动态图形。这些画面是由力控开发系统提供的丰富的图形对象组成的。开发系统提供了文本、直线、矩形、圆角矩形、圆形、多边形等基本图形对象,同时还提供了增强型按钮、实时\历史趋势曲线、实时\历史报警、实时\历史报表等组件。开发系统还提供了在工程窗口中复制、删除、对齐、打成组等编辑操作,提供对图形对象的颜色、线型、填充属性等操作工具。 力控开发系统提供的上述多种工具和图形,方便用户在组态工程时建立丰富的图形界面。在这个工程中,简单的图形画面建立步骤如下:
第一步:创建新画面
进入开发环境Draw 后,首先需要创建一个新窗口。选择“文件[F]/新建”命令出现“窗口属性”对话框,如下图所示,
输入流程图画面的标题名称,也命名为“储罐液位监控示例”。单击按钮“背景色”,出现调色板,选择其中的一种颜色作为窗口背景色。其它的选项可以使用缺省设置,详见《力控®用户指南》。最后单击“确认”按钮退出对话框。
第二步:创建图形对象
现在,在屏幕上有了一个窗口,还应看见Draw 的工具箱。
如果想要显示网格,激活Draw 菜单命令“查看/网格”。
■ 首先,我们需要在窗口上画一个储罐。从工具箱中选择“选择子图”工具。出现“子图列表”对话框,从中选择一个罐,如下图所示
工具箱
子图列表 ■ 可以修改罐的位置及大小。单击该罐,拖动其边线修改罐的大小。若要移动该罐的位置,只要把光标定位在罐上,拖动鼠标就可以了,如下图所示:
■ 接下来,我们要画出入口阀门。选择工具箱中的“选择子图”工具,
在
“子图列表”对话框中选择符合要求的阀门子图,修改阀门的位置及大小。用相同的方法画出一个出口阀门。
■ 选择工具箱中的“垂直/水平线”工具, 在画面上画两条管线。
■ 修改两条管线的颜色、立体风格和宽度。先选中一条管线,单击鼠标右键, 出现右键菜单。选择“对象属性”菜单项,出现“改变属性”对话框。选择立体风格,宽度改为8,颜色选为灰色。选中另外一条管线,进行同样的修改,如图3-8所示。
■ 选择工具箱中的“文本”工具,在画面上写两个显示液位的字符串:“液位值:”、“######.####”。其中“######.####”用来显示液位值,显示4位小数。再从图库里添加报警灯。
■ 最后,我们要画两个按钮来执行启动和停止PLC 程序的命令。选择工具箱中的“按钮”工具 ,画一个按钮。把按钮挪到合适的位置并调整好它的大小。按钮上有一个标志“Text”(文本)。选定这个按钮,在文本框中输入“开始”,然后单击“确认”。用同样的方法继续画“停止”按钮,完整图如下图所示。
■ 现在,已经完成了“储罐液位监控示例系统”应用程序的图形描述部分的工作。下面还要做几件事。这就是定义I/O设备、创建数据库、制作动画连接和设置I/O驱动程序。数据库是应用程序的核心,动画连接使图形“活动”起来,I/O驱动程序完成与硬件测控设备的数据通讯。
三、定义I/O设备
在力控中,把需要与力控组态软件之间交换数据的设备或者程序都作为IO 设备,IO 设备包括:DDE 、OPC 、PLC 、UPS 、变频器、智能仪表、智能模块、板卡等,这些设备一般通过串口和以太网等方式与上位机交换数据; 只有在定义了IO 设备后,力控才能通过数据库变量和这些IO 设备进行数据交换。在此工程中,IO 设备使用力控仿真PLC 与力控进行通讯。
三. 定义IO 设备的步骤如下:
我们后面要在数据库中定义4个点,但面对的问题是这4个点的过程值(即它们的PV 参数值)从何而来?从前文所描述的力控®结构功能示意图知道,数据库是从I/O Server(即I/O驱动程序)中获取过程数据的,而数据库同时可以与多个I/O Server 进行通讯,一个I/O Server 也可以连接一个或多个设备。所以我们必须要明确这4个点要从哪一个设备获取过程数据时,就需要定义I/O设备。
1. 在Draw 导航器中双击“I/O设备驱动”项使其展开,在展开项目中选择“PLC”项并双击使其展开,然后继续选择厂商名“PLC”并双击使其展开后,选择项目“仪表PLC (Simulator(仪表PLC) )”,如下图所示:
2. 双击 “Simulator(仿真PLC)”出现如下图所示的“I/O设备定义”对话框,在“设备名称”输入框内键入一个人为定义的名称,为了便于记忆,我们输入“PLC1”(大小写都可以)。接下来要设置PLC 的采集参数,即“数据更新周期”和“超时时间”。在“数据更新周期”输入框内键入100毫秒。
提示:一个I/O驱动程序可以连接多个同类型的I/O设备。每个I/O设备中有很多数据项可以与监控系统建立连接,如果对同一个I/O设备中的数据要求不同采集周期,也可以为同一个地址的I/O设备定义多个不同的设备名称,使他们具有不同的采集周期。
例如,一个大的存储罐液位变化非常缓慢, 5到10秒钟更新一次就足够了,而管道内压力的更新周期则要求小于1秒钟。这样,可以创建两个I/O设备:PLC1SLOW ,数据更新周期为5秒,和PLC1FAST ,数据更新周期为1秒。
3. 单击“完成”按钮返回,在“Simulator(仿真
PLC)”项目下面增加了一项
“PLC1”,如图所示。
如果要对I/O设备“PLC1”的配置进行修改,双击项目“PLC1”,会再次出现PLC1的“I/O设备定义”对话框。若要删除I/O设备“PLC1”,用鼠标右键单击项目“PLC1”,在弹出的右键菜单中选择“删除”。
通常情况下,一个I/O设备需要更多的配置,如:通讯端口的配置(波特率、奇偶校验等)、超时时间、所使用的网卡的开关设置等。因为这是一个“仿真”I/O驱动程序,它仿真“梯形图逻辑”和常用I/O驱动程序任务(实际上完全由PC 完成),没有实际的与硬件的物理连接,所以不需要进行更多的配置。
现在要记住,我们创建了一个名为“PLC1”的I/O设备,下面将要介绍如何使用它。
四、 创建实时数据库
数据库DB 是整个应用系统的核心,构建分布式应用系统的基础。它负责整个力控®应用系统的实时数据处理、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。
在数据库中,我们操纵的对象是点(TAG ),实时数据库根据点名字典决定数据库的结构,分配数据库的存储空间。
需要定义一个模拟I/O点,这个点的PV 参数表示存储罐的液位值,把这点的名称定为“LEVEL”。我们还需要一个数字I/O点来分别反映入口阀门的开关状态,当这个点的PV 参数值为0时,表示入口阀门处于关闭状态,PV 参数值为1时,表示入口阀门处于开启状态,我们将这个点的点名定为“IN_VALVE”。同样,要定义一个反映出口阀门开关状态的数字I/O点,命名为“OUT_VALVE”。另外,在假想的PLC 中还有一个开关量来控制整个系统的启动与停止,这个开关量可以由我们在计算机上进行控制,所以我们需要再定义一个数字I/O点,将其命名为“RUN”。
最终的数据库点表是:
1、创建数据库点的步骤:
■ 在Draw 导航器中双击“实时数据库”项使其展开,在展开项目中双击“数据库组态”启动组态程序DBMANAGER (如果没有看到导航器窗口,激活Draw 菜单命令“查看/导航器”)。
■ 启动DBMANAGER 后出现如下图所示的DBMANAGER 主窗口。
■ 单击菜单条的“点”选项选择新建或双击单元格,出现“请指定区域、点类型”向导对话框如下图所示,
■ 然后双击该点类型,出现如下图所示的对话框,在“点名(NAME )”输入框内键入点名“LEVEL”。
其它参数如量程、报警参数等可以采用系统提供的缺省值。单击 “确定”按钮返回,在点名单元格中增加了一个点名“LEVEL”,如下图所示:
■ 按如上所述步骤,创建数字I/O点“IN_VALVE”“OUT_VALVE ”和“RUN” ,创建后的点见下图:
2、数据连接
我们在前面创建了一个名为“PLC1”的I/O设备,而且它连接的正是我们假想的PLC1设备。现在的问题是如何将我们已经创建的4个数据库点与PLC1中的数据项联系起来,以使这4个点的PV 参数值能与I/O设备PLC1进行实时数据交换。这个过程就是建立数据连接的过程。由于数据库可以与多个I/O设备进行数据交换,所以我们必须指定哪些点与哪个I/O的哪个数据项设备建立数据连接。 ■ 双击数据库中点LEVEL 的单元格,选择“数据连接”选项或双击LEVEL 所对的“%IOLINK[I/O连接]”单元格,都会出现如下图所示的对话框:
■ 单击增加按钮,出现SIMULATOR 的数据连接对话框如下图,“内存区”
选择“AI(模拟输入区)”,“通道号”指定为“0”,然后单击“确定”按钮
返回,完成该点数据连接的定义,在点LEVEL 的I/O连接单元格中列出了点LEVEL 的数据连接项。
■ 再为三个数字I/O点建立数据连接。
下表列出了我们刚刚定义的4个数据连接:
当完成数据连接的所有组态后,单击保存按钮并退出DBMANAGER 窗口。
五、 制作动画连接
在前面已经做了很多事情,包括:制作显示画面、创建数据库点,并与I/O设备“PLC1中的过程数据1连接起来。现在我们又要回到开发环境Draw 中,通过制作动画连接使图形在画面上随PLC1数据的变化而活动起来。
1、首行涉及一个概念,“Draw变量”:Draw 变量就是在开发环境Draw 中定义和引用的变量,简称为变量。开发环境Draw 、运行环境View 和数据库DB 都是力控®的基本组成部分。但Draw 和View 主要完成的是人机界面的开发、组态和运行、显示,我们称之为界面系统。实时数据库DB 主要完成过程实时数据的采集(通过I/O Server程序)、实时数据的处理(包括:报警处理、统计处理等)、历史数据处理等。界面系统与数据库系统可以配合使用,也可以单独使用。比如:界面系统完全可以不使用数据库系统的数据,而通过ActiveX 或其它接口从第三方应用程序中获取数据;数据库系统也完全可以不用界面系统来显示画面,它可以通过自身提供的DBCOM 控件与其它应用程序或其它厂商的界面程序通讯。力控®系统之所以设计成这种结构,主要是为了使系统具有更好的开放性和灵活性。
2、建立动画连接
动画连接是将画面中的图形对象与变量之间建立某种关系,当变量的值发生变化时,在画面上图形对象的动画效果动态变化方式体现出来。有了变量之后就可以制作动画连接了。一旦创建了一个图形对象,给它加上动画连接就相当于赋予它“生命”,使它动起来。
动画连接使对象按照变量的值改变其大小、颜色、位置等 。例如,一个泵在工作时是红色,而停止工作时变成绿色。有些动现连接还允许使用逻辑表达式,如:OUT_VALVE==1&&RUN==1表示:OUT_VALVE与RUN 这两个变量的值同时为1时条件成立。又比如,如果希望一个对象在存储罐的液面高于80开始闪烁,这个对象的闪烁的表达式就为“LEVEL>80”.
定义变量和制作动画连接这两件工作可以相互独立在完成。例如,
使用“特
殊功能/定义变量”,可以直接进入定义变量的环境。
下面以所建的工程为例说明建立动画连接的步骤:
从最上面的入口阀门开始定义图形对象的动画连接。
■ 双击入口阀门对象,出现动画连接对话框,如下图所示:
图动画连接
■ 让入口阀门根据一个状态值的变化来改变颜色。选择图中的“颜色相关动作――颜色变化――条件”单击“条件”按钮,弹出如下对话框,如下图所示:
单击“变量选择”按钮,弹出“变量选择”对话框,在点名栏中选择“IN_VALVE”,在右边的参数列表中选择“PV”参数,如下图所示,然后单击“选择”按钮,
在“颜色变化”对话框的“条件表达式”的文本框中就可以看到变量名“IN_VALVE.PV”如下图所示:
■ 在变量“IN_VALVE.PV”后输入“==1”,使最后的表达式为:“IN_VALVE.PV==1”(力控®中的所有名称标识、表达式和脚本程序均不区分大小写) 在这里使用的变量IN_VALVE.PV是个状态值,我们用它代表入口阀门的开关状态。上述表达式如果为真(值为1),则表示入口阀门为开启状态,希望入口阀门变成白色,所以在“值为假时” 选项中将颜色通过调色板选为白色,如下图所示,单击“确认”按钮返回。用同样的方法,再定义出口阀门的颜色变化条件及相关的变量,如下图所示:
■ 处理有关液位值的显示和液位变化的显示,选中存储罐下面的#######.###符号,然后双击鼠标左键,出下出现动画连接对话框,在这里选用“数值输出――模拟”,点击“模拟”按钮,弹出“模拟值输出”对话框,在表达式项内输入“LEVEL.PV”或是点击“变量选择”按钮,出现变量选择对话框,然后选择点名“LEVEL”,在右边的参数列表中选择“PV”参数,点击“选择”按钮,“表达式”项中自动加入了变量名“LEVEL.PV”,如下图所示:
■ 现在,已经把存储罐的液位用数值显示出来了,下面将代表储罐的填充高度也随着液位的变化而变化,这样更形象地显示存储罐的液位变化了。 选中储罐后双击鼠标左键,出下如下图所示的动面连接对话框。
在“表达式”项内键入“LEVEL.PV”。填充颜色为绿色,填充背景颜色为黑色。这样力控将一直监视变量“LEVEL.PV”的值。如果值为100,存储罐将是全满的。如果值为50,将是半满的。然后点击“确认”。
用脚本来完成两个按钮的动作来控制系统的启停。
■ 选中“开始”按钮后双击鼠标左键,出现动画连接对话框,选择“触敏动作/左键动作”按钮。单击“左键动作”按钮,弹出脚本编辑器对话框选择“按下鼠标”事件,在脚本编辑器里输入“RUN.PV=1”;如下图所示,这个设置的意思是当在运行界面按下“开始”按钮后,变量RUN.PV 的值被设成1,相应地PLC1中的程序被启动运行。
■ 同样,下面定义“结束”按钮的动作。在脚本编辑器里输入“RUN.PV=0”;这个设置的意思是,当鼠标按下“停止”按钮后,变量RUN.PV 的值被设成0。设备PLC1中的程序就会停止运行,如下图:
3. 周期执行程序:
三. 运行结论
力控工程初步建立完成,进入运行阶段。首先保存所有组态内容,关闭DBManager(如果没关闭) 。在力控的开发系统(DRAW )中选择“文件\进入运行”菜单命令,进入力控的运行系统。在运行系统中选择“文件\打开”命令,从“选择窗口”选择“储罐液位监控示例”。显示出力控的运行画面,点击“开始”按钮,开始运行PLC1的程序。这时会看见阀门打开,存储罐液位开始上升,一旦存储罐即将被注满,它会自动排放,然后重复以上的过程。可以在任何时候点击“停止”按钮来中止这个过程,如下图所示:
1. 设置趋势图属性
这时可以改变图的属性。选中图形对象,单击鼠标右键,弹出右键菜单。选择“对象属性”,弹出“改变对象属性”对话框,如图。通过这个对话框可以改变趋势图的填充颜色、边线颜色、边线风格等
2. 查看趋势图
在运行期间如果需要查看以前的趋势记录,可以分别建以下几个按钮,
3. 创建专家报表
进入DRAW 菜单命令“工具/专家报表”,出现对话框,选择“专家报表”,然后单击“选择”按钮,万能报表自动加在窗口画面上,此处仅简单制作了一个报表模型,主要说明其功能,用来记录观测结果状态,方便查找过去的某个时间的记录状态。
如图
4. 报警
使用力控报警控件可以在系统运行过程中,及时将控制过程和系统的运行情况通知操作人员。
首先单击工具箱中的“报警记录”工具按钮,然后在窗口中单击,按住鼠标左键进行拖动,调整报警记录大小,松开鼠标,即创建好了一个报警控件。
四. 总结
通过这次实践,我对工控软件有了进一步的理解,同时对理论知识,这次设计也是对知识的实际应用与熟练,通过模拟监控一些现实中的系统,来对力控组态的功能进一步了解,同时也了解到,生活中有些看起来很简单的设备,其实的实现功能以及要求依然是具有一定难度的,这次实验对我来说不仅锻炼了动手能力,也对我的知识是一种巩固,而且对自己是一次不可多得的经历,我相信以后的类似设计,我会做的更好。可以熟悉掌握简单的工程的建立、监测、绘制趋势曲线、报警。对组态有更具体的理解与认识。