1、中文摘要蔗糖生產是廣西的支柱產業之一，發展蔗糖產業對廣西經濟的發展具有重要的意義。甘蔗制糖工藝流程包含以下幾個過程：預處理、提汁、蔗汁清凈、蒸發、煮糖、干燥。其中蒸發過程是制糖環節中很重要的一個環節，直接影響到制糖生產的效率，合理控制蒸發過程中蒸發罐內的各個參數，對制糖工藝來說，是十分有意義的。實現對蒸發罐內各參數的控制，一般由PLC進行控制。而PLC與上位機相連，上位機采用監控組態軟件進行開發.監控軟件運行于Windows98/NT操作系統下，可在界面動態顯示參數的變化，實現對生產過程的動態監控、控制參數的在線修改和數據管理功能。組態軟件通過I/O設備獲得實時數據，對數據進行必要的加工后，一

2、方面以圖形方式直觀地顯示在計算機屏幕上；另一方面按照組態要求和操作人員的指令將控制數據送給I/O設備，對執行機構實施控制或調整控制參數。在監控系統廣泛運用于生產的今天，從開放性、實時性等方面對監控系統提出了更高的要求，本課題的研究對制糖過程中監控系統的設計有一定的指導意義。關鍵詞： 制糖、蒸發、PLC、監控系統、組態軟件、I/O設備AbstractSugar production is one of the pillar industries in Guangxi, The development of sugar industry in Guangxis economic developme

3、nt is of great significance. Sugar cane process includes the following process: Pretreatment of sugar cane, Mention of sugarcane juice, pure sugar cane juice, Sugar evaporation, Boiled sugar cane, Dry sucrose. Which link the sugar evaporation process is a very important aspect of. A direct impact on

4、 the efficiency of sugar production, Reasonable control of evaporation in the evaporation process of the various parameters of the tank, it is very meaningful to the process of sugar refining. To achieve the control of each parameter of evaporation tank, general control by the PLC. The PLC and the P

5、C connected, PC software configuration used to monitor the development. The monitoring software running on Windows98/NT operating system, Dynamic display in the interface parameters change, Realize the dynamic monitoring of the production process, Modify control parameters and data-line management f

6、unctions. Configuration software through the I/O devices to obtain real-time data, the necessary data processing, On the one hand, intuitive and graphically displayed on the computer screen; on the other hand, in accordance with the configuration requirements and the operator's instructions to c

7、ontrol data to the I/O devices, the implementation of institutions to control or adjust the control parameters. Widely used in the production monitoring system today, from the open, real-time monitoring system in terms of a higher demand, the subject of the course of the study on the sugar in the de

8、sign of monitoring systems have a certain significance.Key words: sugar cane sugar, juice evaporation, PLC, control system, configuration software, I / O devices目 錄第一章 緒論11.1 我國的制糖發展11.2 可編程控制器的運用11.3 組態軟件的發展2第二章 制糖蒸發過程42.1 多效蒸發原理52.2 蒸發管理62.2.1 低液面“四定”操作法62.2.2 蒸發查定7第三章 可編程序控制器簡介83.1 PLC概況及發展現狀83.1

9、.1 PLC概況83.1.2 PLC發展現狀83.2 PLC的主要功能103.3 PLC的組成113.4 S7-200系列PLC簡介12第四章 組態軟件134.1國產組態軟件組態王KingView6.5134.2 組態王和下位機的通訊144.3 建立應用程序的一般過程15第五章 監控軟件的設計165.1 組態王與S7-200的通信方式165.2 建立新項目165.3 建立新畫面175.4 使用圖形工具箱185.5 定義外部設備195.6 定義組態王數據變量205.7 建立動畫連接225.7.1 蒸發罐液位動畫連接225.7.2 蒸發罐壓力動畫連接235.7.3 入汁溫度、出汁溫度及糖漿錘度的動

10、畫連接245.8 趨勢曲線245.8.1 設置實時趨勢曲線245.8.2 設置歷史曲線265.9 設置報警窗口285.9.1 設置實時報警窗口285.9.2 設置歷史報警窗口315.10 建立報表325.10.1 設置報表形式325.10.2 設置報表單元格33第六章 結論35參考文獻：36致 謝37第一章 緒論1.1 我國的制糖發展制糖業是工農業緊密結合的產業與其它產業相比有著明顯的特點：一是食糖是典型的季產年銷產品，加工生產周期短，全年進行銷售；二是產量波動大，調控性差。糖料甘蔗和甜菜作為農作物，由于種植生長周期長受自然條件、氣候等因素影響大，其收成、糖分、產量波動幅度大，市場調節周期長；

11、三是食糖供求關系變化較大，食糖市場價格波動幅度大；四是國際食糖市場具有特殊性，發達國家采取高關稅和出口補貼政策，導致國際市場食糖價格多數年份低于平均生產成本，并且在世界農副產品貿易中，食糖價格波動幅度最大。近年來，我國的制糖業已形成集種植、收獲、加工、銷售為一體的完整的產業鏈，是農業產業化程度最高的行業之一。1.2 可編程控制器的運用可編程控制器(PLC)是工業自動化的主導產品,它已經成為現代工業控制的三大支柱之一(機器人、PLC和CAD/CAM)，其可靠性高以及使用方便已廣為工程技術人員所熟知。經過這么多年的發展，可編程控制器已經成為最重要、最可靠、應用場合最廣泛的工業控制微型計算機。可編程

12、控制器充分應用大規模集成電路技術、微電子技術和通訊技術進行工程邏輯控制、過程控制、數據采集與控制、圖形工作站等綜合控制系統。在實際生產中，可編程控制器不僅可以取代以傳統的繼電器和以控制盤為主的順序控制器，而且在各種工業自動生產線和其他自動控制系統方面也獲得日漸廣泛的應用。例如在農業生產中，PLC被用于控制珍稀作物生長的溫度和濕度等外部因素。上世紀80年代至90年代中期是PLC發展最快的一段時期，年增長率一直保持為30-40%。在這時期，PLC在處理模擬量能力、數字運算能力、人機接口能力和網絡能力方面都得到了大幅度的提高。PLC逐漸進入過程控制領域，在某些應用上已經取代了在過程控制領域處于統治地

13、位的DCS系統。1.3 組態軟件的發展新型的工業自動化控制系統正以標準的工業計算機軟、硬件平臺構成的集成系統取代傳統的封閉式系統，具有實用性強、開放性好、易于擴展、經濟、開發周期短等明顯優點。通常可以把這樣的系統劃分為控制層、監控層、管理層三個層次。監控層對下連接控制層，對上連接管理層，它不但實現對現場的實時檢測與控制，且經常在自動控制系統中起上傳下達、組態開發的重要作用。監控層的硬件以工業級的微型計算機他工作站為主，目前更趨向于工業微機。組態軟件指數據采集與過程控制的專用軟件，它們是在自動控制系統監控層一級的軟件平臺他開發環境，能以靈活多樣的組態方式（而不是編程方式）提供良好的用戶開放界面和

14、簡捷的使用方法，其預設置的各種軟件模塊可以非常容易地完成監控層的各項功能，并能同時支持各種硬件廠家的計算機和I/O產品,與高度可靠的工控計算機和網絡系統結合,可向控制層和管理層提供軟、硬件的全部接口，進行系統集成。目前世界上有不少專業廠家（包括專業軟件公司）和硬件/系統廠商生產和提供各種組態軟件產品。組態軟件通常有以下幾方面的功能:1、 強大的畫面顯示組態功能。目前，工控組態軟件大都運行于windows環境下，充分利用windows的圖形功能完備，界面美觀的特點，提供給用戶豐富的作圖工具，可隨心所欲的繪制出各種工業畫面，并可任意編輯，從而將開發人員從繁重的畫面設計中解放出來，豐富的動畫連接方式

15、，如隱含、閃爍、移動等等，使畫面生動、直觀。2、良好的開放性。社會化的大生產，使得系統構成的全部軟硬件不可能出自一家公司的產品，“異構”是當今控制系統的主要特點之一。開放性是指組態軟件能與多種通訊協議互聯，支持多種硬件設備。開放性是商量一個組態軟件好壞的重要指標。組態軟件向下應能與低層的數據采集設備通訊，向上能與管理層通訊，實現上位機和下位機的雙向通訊。3、 豐 富 的功能模塊.提供豐富的控制功能庫，滿足用戶的測控要求和現場要求。利用各種功能模塊，完成實時監控、產生報表、顯示歷史曲線、實時曲線、提供報警等功能，使系統具有良好的人機界面，易于操作.系統既可適用于單機集中式控制，分布式控制，也可以

16、是帶遠程通信能力的遠程測控系統。4、 強大的數據庫。配有實時數據庫，可存儲備種數據，如模擬型，離散型，字符型等，實現與外部設備的數據交換。5、 可編程的命令語言。有可編程的命令語言，使用戶可根據自己的需要編寫程序，增強圖形界面。6、 周密的系統安全防范。對不同的操作者，賦予不同的操作權限，保證整個系統的安全可靠運行。7、 仿真功能。提供強大的仿真功能，使系統并行設計，從而縮短開發周期。第二章 制糖蒸發過程我國是世界上用甘蔗制糖最早的國家之一，已有2000多年的歷史。當前，根據制糖工藝的不同，甘蔗白沙糖可分為硫化糖和碳化糖。碳化糖由于保質期較長，質量較好，價格相對硫化糖較高，目前國內多數糖廠生產

17、的是硫化糖。甘蔗制糖工藝大概分為以下幾個過程：甘蔗的預處理、甘蔗的提汁、蔗汁的清凈、蔗汁的蒸發、煮糖、砂糖的干燥、砂糖過篩、稱重、包裝和成品入庫。工藝流程如下圖11所示。甘蔗原料甘蔗壓榨甘蔗提汁蔗汁的清凈蔗汁的蒸發煮糖砂糖的干燥成品圖 21 蔗糖生產過程蒸發站既是糖廠熱系統的中心, 又是制糖工藝過程的神經中樞, 它不僅擔負著濃縮搪汁的任務, 而且還要利用蒸發過程中生產的汁汽供前后工序使用。蒸發操作控制的重要環節之一, 是要保證蒸發罐內糖汁始終處于穩定的低液面狀態, 以便發揮其最大的蒸發效能大幅度的液面波動, 不但影響蒸發效能, 還會造成蔗糖焦化或者跑糖, 以至于影響整個制糖生產加工能力、產品質

18、量和能源消耗。“ 蒸發系統”在制糖行業被稱為第二鍋爐,所以在整個制糖生產線中起著決定性作用。該系統是以控制蒸發罐為主, 并對制糖生產線的各關鍵工序從菜絲量到糖漿箱的儀表數據采集為輔的控制系統, 該系統采用電容式差壓液位變送器檢測蒸發罐內的液位變化,用氣動薄膜閥來控制各罐的出汁量, 再由上位機與數據采集表組成微機控制與檢測系統, 實現了一至五效和一個煮水罐的液位平衡, 使各罐發揮出了最佳的蒸發效率, 糖汁質量顯著提高, 從而提高了產品的優級品率, 降低了能源消耗。該系統的運用成功, 不僅提高了企業的經濟效益和社會效益, 還減輕了操作工人的勞動強度, 強化了現代化管理手段, 促進了企業職工文化素質

19、的提高, 并為今后制糖生產全過程采用微機監控打下了基礎。2.1 多效蒸發原理糖廠蒸發站是將第一罐產生的二次蒸汽引入第二罐氣鼓作為加熱蒸汽，將第二罐產生的二次蒸汽又引入第三罐汽鼓作為加熱蒸汽，這樣的蒸發稱為多效蒸發。實現多效蒸發的條件是：各罐內的溶液的沸點都要比該罐內的加熱蒸汽的冷凝溫度低，它可以通過控制各罐的壓強來實現，因溶液的沸點是隨壓強而變的。壓強愈小，溶液的沸點也愈低。蒸發罐的效序是按蒸汽流程來排列的，而不是按物料流程排列的。在糖廠中，通常把以透平機或蒸汽機的廢氣作為加熱蒸汽者為第一效，利用第一效的二次蒸汽加熱者為第二效，以此類推。如果第一效的二次蒸汽同時供給兩個蒸發罐使用，則這兩個罐都

20、叫第二效。有的廠的透平機的廢氣滿足不了蒸汽的要求，另要補充一部分來自鍋爐的減壓蒸汽，若將高壓蒸汽直接經過減壓閥降壓使用，則熱能利用不合理。因此在第一效前另設一個蒸發罐用高壓蒸汽加熱，這個蒸發罐就稱為“零效”。零效的二次蒸汽和來自透平的廢氣匯合，作為第一效加熱用。多效蒸發的熱經濟是很高的，也就是說它的耗氣率較低。若第一效是沸點進料，各效過汁的自蒸發及熱損失均略去不計，按1公斤蒸汽蒸發1公斤水來計算，雙效蒸發的耗氣率是0.5；三效蒸發的耗氣率是0.33；四效蒸發的耗氣率是0.25；反過來說，1公斤加熱蒸汽，對于n效蒸發可總共蒸發去n公斤水。現在糖廠蒸發裝置多采用三效、四效、五效，只有少數采用六效。

21、很少見到采用更多效的。如果改進蒸發設備的結構，提高第一效糖汁溫度，減少有效溫度差的損失，也有可能增加效數。2.2 蒸發管理蒸發過程是一個傳熱過程。因此蒸發的管理實際上就是控制和調節能影響熱量傳遞過程的有關因素，如加熱壓力、汁汽抽用量、液面高低、“走糖”、積垢等能影響各效傳熱系數和有效溫度差分配的因素。同時還要注意防止“跑糖”和積垢的防除。 低液面“四定”操作法目前我國糖廠已廣泛采用低液面“四定”操作法。所謂低液面蒸發就是保持各效在沸騰時假液面僅可蓋過管板的最低液面進行蒸發。低液面蒸發可使靜壓損失減少至最低限度，增加傳熱的有效溫度差，發揮最大的蒸發效能。四定就是:第一效加熱蒸汽壓力穩定。要根據入

22、蒸發罐的清汁量及其錘度、溫度、積垢生成情況及要求的糖漿濃度等確定第一效的加熱蒸汽壓力，并保持壓力表讀數穩定，這樣可保持一定得總溫差，得到預計的蒸發強度。真空度穩定。保持蒸發罐真空度的波動不超過1-2厘米汞柱，因為真空度的波動會導致汁氣的體積急劇變化，引起飛濺和走糖損失，蒸發效能也受影響。為保持穩定的真空度，必須注意調節氨管，通常氨管是逐效開大的，開得太小不凝性氣體排除不完全，開得過大則會造成蒸汽的浪費。任何一效真空度如果突然發生變化，經檢查如為汽凝水排除不及時所致，則將汽凝水暫時放街；如為不凝性氣體排除不良所影響，應即重新調節氨管，使真空度恢復正常。液面高度的穩定。要求入料溫度接近罐內糖汁沸點

23、，入料錘度和入料量也應保持一定，在其它條件穩定的情況下，控制各效進料閥這大小，使沸騰時僅有一層薄薄的糖漿掠過頂部管板，即真液面約在加熱管的1/3高度處。各閥門穩定。是指按來汁量開啟第一效汽鼓蒸汽閥及各效入汁閥、不凝氣和汽凝水排除閥之后，不宜經常變動，以免影響蒸發速率，必要調節時也不以暴開暴關，只能作適當的緩慢調節。對于有抽汁汽的蒸發系統，還要求抽取汁汽最穩定，以保證各效的壓力或真空度穩定，減少“走糖”損失，這樣“四定”就發展為“五定”了。 蒸發查定糖廠蒸發查定，一般是查定現有蒸發設備的工作效能，測出各效傳熱系數K，算出各效的有效溫差和蒸發強度等。蒸發傳熱效能的查定應取的數據包括以下各項：1.各

24、效傳熱面積（F）；2.各效加熱蒸汽的壓力（P）、溫度（T）；3.各效汽凝水量（D）、溫度（）；4.各效入、出汁的濃度（°BX）；5.各效抽汁汽情況和各效汁汽壓力（P）；6.清汁的重量(G)、溫度（t。）。查得上述數據后，根據物料衡算、熱量衡算以及傳熱基本方程式算出各效蒸發水量、抽汁汽量、各效傳熱量、有效溫度差、各效傳熱系數和蒸發強度。從查定計算所得的各效有關數值，特別是K和t及U值，與正常的情況對照，分析設備運行的情況，發現熱力利用不合理或傳熱效能差時，即采取針對性的措施進行調整。第三章 可編程序控制器簡介3.1 PLC概況及發展現狀 PLC概況可編程序控制器 (Program Lo

25、gical Controller)，簡稱PLC，是一種專為在工業環境應用而設計的數字運算電子系統，它是以微處理機為基礎，綜合了計算機技術、自動控制技術和通信技術等現代科技而發展起來的一種新型工業自動控制裝置，是當今工業發達國家自動控制的標準設備之一。由于PLC采用了“三機一體化”的綜合技術即集計算機、儀器儀表、電氣控制于一身，具有高可靠性、強抗干擾能力、組合靈活、編程簡單、維修方便和低成本等諸多特點，因而與其它控制器相比它更加適合工業控制環境和市場的要求;再加上PLC發展過程中產品的系列化、產業化和標準化，使之從早期的邏輯控制、順序控制迅速擴展到了連續控制，開始進入批量控制和過程控制領域，并迅

26、速成為工業自動化系統的支柱。目前，PLC在小型化、大型化、大容量、強功能等方面有了質的飛躍。3.1.2 PLC發展現狀現代PLC發展呈現出以下特點:(1)小型PLC產品功能增強、結構優化小型PLC一般是指I/O點數不超過 128的PLC，其CPU模塊和I/0模塊一般集成在一起，采用整體式結構。小型PLC發展比大、中型PLC更快，主要是因為大型PLC在傳統市場中已趨飽和，各PLC廠商紛紛致力于搶奪過去不受重視的低端市場。各PLC制造商，幾乎都有自己的小型化PLC系列產品，例如三菱電機公司的FX2和FX2C系列。它的每條邏輯指令的運算速度甚至比一些大、中型PLC的速度還快。多功能的小型PLC機不再

27、局限于開關量的處理，而且有模擬量處理(PLC回路調節)、人機對話、高速數據處理、運動控制、通信聯網等眾多功能。有的還采用無底板、無機架的結構，主單元輸入和輸出都采用接插件，I/0擴展模塊或擴展單元與主單元分開安裝。大量采用高集成度的專用集成電路使PLC整機所用的元器件大大減少，PLC的小型化日趨明顯。而大型PLC大多采用多CPU結構，不斷向高性能、高速度、大容量方向發展。(2)強化聯網通信能力由于PLC的聯網通信能力與工廠的自動化水平密切相關，而且在同一系統中采用多種控制技術，對于解決復雜的工業控制問題，是一種很有吸引力的方法，因而強化通信能力是近幾年PLC發展的一個重要方面。其趨勢為向高速、

28、多層次大的信息吞吐量、高可靠性及開放式的通信發展。各PLC生產廠商都有其總線標準，如西門子的PROFIBUS、AB的CONTROLNET、DEVICENET及ETHENET等，而同時它們又緊跟現場總線的發展潮流，并開始轉向開放的網絡協議。在其通信接口上可以連接不同的控制設備，分別執行不同的任務。(3)PLC的通信聯網功能使PLC與個人計算機及其它智能控制設備之間可以交換信息，形成一個統一的整體，從而構成“集中管理、分散控制”的分布控制系統。采用微處理芯片將智能擴展到控制系統的各個環節，從傳感器、變送器到I/O模塊、執行器，這樣產生了智能分散系統SDS。現在幾乎所有PLC產品均有通信聯網功能，通

29、過雙絞線、同軸電纜或光纖，信息可以傳到幾十千米遠的地方。在網絡中，個人計算機、圖形工作站、小型機等可以作為監控站或工作站，它們能夠提供屏幕顯示、數據采集、分析處理、記錄保留和回路面板顯示等功能。(4)I/O模塊分散化、智能化由一臺大型控制設備來處理的工作越來越多地由小型控制器組成的網絡來實現或分散到智能I/O設備中。分散型I/O的特點是I/0與PLC模塊不在一個機架或底板上，遠程I/0就地分散安裝。用雙絞線或電纜與CPU高速通信，并且具有自診斷能力。智能型I/O模塊是以微處理器和存儲器為基礎的功能部件，它們本身就是一個小的微型計算機系統，有很強的信息處理能力和控制功能。它們能完成許多PLC本身

30、無法完成的任務，使其功能大大增強，使系統的擴充和更改更為靈活，提高了PLC的適應性和可靠性。現場總線I/O是現在的發展熱點，它是開放的、獨立的、全數字化的。它集檢測、數據處理、通信為一體，與工業計算機(IPC)組合可以組成廉價的DCS系統。它安裝方便，可以大大節約費用。3.2 PLC的主要功能PLC其主要功能如下:(1)數據采集與輸出可實現在線的數據(包括模擬量和數字量)采集和輸出;(2)控制功能包括順序控制、邏輯控制、定時、計數;(3)數據處理功能能進行基本數學運算、邏輯運算、PID運算、比較、濾波等，還可用高級語言編程實現復雜的控制算法;(4)輸入/輸出信號調制功能具有A/D、D/A轉換功

31、能，通過I/O模塊(可遠程進行)完成對模擬量的控制和調節，具有溫度、位置等測量接口;(5)通信、聯網功能現代PLC大多數都采用了通信、網絡技術，有RS232或RS485接口，可進行遠程I/0控制，多臺PLC可彼此間聯網、通信，外部器件與一臺或多臺可編程控制器的信號處理單元之間，實現程序和數據交換，如程序轉移、數據文檔轉移、監視和診斷。在系統構成時，可由一臺計算機與多臺PLC構成“集中管理、分散控制”的分布式控制網絡，以便完成較大規模的復雜控制。通常所說的根據國內外興起的計算機集成生產系統CIMS先進思想，形成新一代SCADA系統 (Supervisory Control And Data Ac

32、quisition)即數據采集與監視控制系統，其現場和遠程也可以采用PLC作現場機;(6)支持人機界面功能通過友好的人機界面向操作者提供監視機器和過程工作必需的信息。允許操作者通過人機界面與其應用程序相互作用，以便作決策和調整，實現工業的分散控制和集中監視管理。(7)編程、調試等大部分PLC支持在線編程和調試，便于發現錯誤，優化程序。可以預見，未來PLC仍將朝著以下方向發展:(1)功能化隨著新技術的采用，功能將進一步強化;(2)模塊化將專用功能集成于一個模塊;(3)集成化實現與IPC、DCS、CNC等的集成;(4)智能化各模塊均帶有自己的CPU，有獨立的處理能力;(5)標準化各公司產品(硬件和

33、軟件)標準化，實現互相兼容;(6)開放化系統體系結構完全開放，實現集散分布式控制。3.3 PLC的組成可編程控制器PC或PLC是一種以微處理器為核心的用于工程自動控制的工業控制機，其本質是一臺工業控制專用計算機。它的軟、硬件配置與計算機極為類似，只不過它比一般計算機具有更強的與工業過程相連接的接口和更直接的適應于控制要求的編程語言。PLC機硬件主要由中央處理單元(CPU)、存貯器、輸入/輸出單元以及編程器、電源和智能輸入/輸出單元等構成。結構如圖4.1所示。圖31 PLC的組成3.4 S7-200系列PLC簡介西門子公司的SIMATIC S7-200系列屬于小型可編程序控制器，可用于代替繼電器

34、的簡單控制場合，也可以用于復雜的自動化控制系統。S7-200系列PLC共有5種基本型號的CPU模塊，即CPU221、CPU222、CPU224、CPU226、CPU226XM，控制點數可以從10點擴展到248點。其中，CPU221無擴展功能，適于用做小點數的微型控制器，CPU222有擴展功能，CPU224是具有較強控制功能的控制器，CPU226和CPU226XM功適用于復雜的中小型控制系統。所有型號的CPU在內部都集成了1個(CPU221、CPU222、CPU224)或2個(CPU226，CPU226XM)通訊口，該通訊口為標準的RS485口，可在三種方式下工作，即PPI方式、MPI方式和自由

35、通訊口方式。另外，S7-200可通過增加EM277模塊接入Profibus-DP網絡，通過CP243-1通訊模塊連入工業以太網，通過CP243-2模塊使其成為AS-i主站。第四章 組態軟件4.1國產組態軟件組態王KingView6.5北京亞控科技發展有限公司是國內最早成立的專業自動化軟件廠家之一，截止到2000年底，“組態王”已在中國內裝機5000套。組態王監控系統軟件是新型的工業自動控制系統正以標準的工業計算機軟、硬件平臺構成的集成系統取代傳統的封閉式系統，它具有適應性強、開放性好、易于擴展、經濟、開發周期短等優點。“組態王”是運行于Microsoft Windows 98/2000/NT中

36、文平臺的全中文界面的組態軟件，采用了多線程、COM組件等新技術，實現了實時多任務，軟件運行穩定可靠。組態王軟件包由工程瀏覽器（TouchExplorer）、工程管理器（ProjManager）和畫面運行系統（TouchVew）三部分組成。在工程瀏覽器中您可以查看工程的各個組成部分，也可以完成構造數據庫、定義外部設備等工作；工程管理器內嵌畫面管理系統，用于新工程的創建和已有工程的管理。畫面的開發和運行由工程瀏覽器調用畫面制作系統 TOUCHMAK 和畫面運行系統 TOUCHVEW 來完成的。TOUCHMAK 是應用程序的開發環境，具有先進完善的圖形生成功能。用戶需要在這個環境中完成設計畫面、動畫

37、連接等工作。數據庫中有多種數據類型，能合理地抽象控制對象的特性；對變量報警、趨勢曲線、過程記錄、安全防范等重要功能都有簡單的操作辦法。TOUCHVEW 是“組態王” 軟件的實時運行環境，在應用工程的開發環境中建立的圖形畫面只有在 TOUCHVEW 中才能運行。TOUCHVEW 從工業控制對象中采集數據，并記錄在實時數據庫中。它還負責把數據的變化用動畫的方式形象地表示出來，同時完成變量報警、操作記錄、趨勢曲線等監視功能，并生成歷史數據文件。4.2 組態王和下位機的通訊“組態王”把第一臺下位機看作是外部設備，在開發過程中可以根據“設備配置向導”的提示一步步完成連接過程。在運行期間，組態王通過驅動程

38、序和這些外部設備交換數據，包括采集數據和發送數據/指令。每一個驅動程序都是一個COM對象，這種方式使通訊程序和組態王構成一個完整的系統，既保證了運行系統的高效率，也使系統能夠達到很大的規模。如圖5-1所示。圖4-1 組態王和下位機的通信結構圖4.3 建立應用程序的一般過程建立應用程序大致可分為以下四個步驟：1.設計圖形界面2.構造數據庫3.建立動畫連接 4.運行和調試需要說明的是，這四個步驟并不是完全獨立的，事實上，這四個部分常常是交錯進行的。在用TOUCHMAK構造應用程序之前，需要仔細規劃好項目，主要考慮三方面問題：圖形 用組態王系統開發的應用程序是以“畫面”為程序單位的，每一個“畫面”對

39、應于程序實際運行時的一個Windows窗口。數據 怎樣用數據描述工控對象的各種屬性？也就是創建一個實時數據庫，用此數據庫中的變量來反映工控對象的各種屬性，比如“電源開關”。您的規劃中可能還要為臨時變量預留空間。 動畫 數據和圖形畫面中的圖素的連接關系是什么？也就是畫面上的圖素以怎樣的動畫來模擬現場設備的運行，以及怎樣讓操作者輸入控制設備的指令。從下一節課開始，將按照以上步驟循序漸進地建立一個新的應用程序。第五章 監控軟件的設計5.1 組態王與S7-200的通信方式本系統上位機與PLC進行通訊采用 PPI(Point-to-Point)通信方式。PPI(Point-to-Point)是西門子專為

40、S7-200系列開發的一個通訊協議，為主/從協議，上位機為主站，S7-200為從站。在該通信方式下，使用PPI電纜將PC機串口和S7-200的通訊口相連，采用串行通訊方式。上位機組態王的設置基本相同，首先使用“設備配置向導”定義外部設備，選擇西門子S7-200系列即PPI通信，并設定如下通信參數:波特率9600bps，數據位8位，停止位l位，偶校驗。將PLC地址設為默認地址2。具體設計將在后面的5.5節具體說明。5.2 建立新項目首先啟動組態王工程瀏覽器。工程瀏覽器運行后，將打開上一次工作后的項目。如果是第一次使用工程瀏覽器，默認的是組態王示例程序所在的目錄。現在將要建立一個新項目，應執行以下

41、操作： 在工程瀏覽器中選擇菜單“工程/新建”，出現“新建工程”對話框。在對話框中輸入工程名稱：制糖過程監控軟件設計,工程路徑自動指定為當前目錄下以工程名稱命名的子目錄。如果需要更改工程路徑，請單擊“瀏覽”按鈕。 單擊“確定”。組態王將在工程路徑下生成初始數據文件。至此，新項目已經可以開始建立了。可以在每一個項目下建立數目不限的畫面，一般的工程會有好幾個畫面，用來表示不同的攻能，如趨線畫面、報警畫面、報表畫面等。可在畫面中填加按鈕，給按鈕設定動畫連接，則可在不同畫面中進行切換。建立新工程如圖5-2所示：圖5-2 建立新工程5.3 建立新畫面在工程瀏覽器中左側的樹形視圖中選擇選擇“畫面”，在右側視

42、圖中雙擊“新建”。工程瀏覽器將運行組態王開發環境TOUCHMAK，彈出如下對話框。在“新畫面”對話框中設置如下圖，在對話框中單擊“確定”。TOUCHMAK 將產生一幅名為“監控中心”的畫面。如圖5-3所示。圖5-3 建立新畫面5.4 使用圖形工具箱 接下來在此畫面中繪制各圖素。繪制圖素的主要工具放置在圖形編輯工具箱內。當畫面打開時，工具箱自動顯示，如果工具箱沒有出現，選擇菜單“工具顯示工具箱”或按F10鍵打開它。工具箱中各種基本工具的使用方法和WINDOWS中“畫筆”很類似。首先繪制監控對象反應罐：在工具箱內單擊文本工具，輸入文字。在調整圖形對象的相對位置時，幾種對齊工具可能經常會用到。首先選

43、中所有需要對齊的圖形對象，然后在工具箱中單擊所需的對齊工具即可。選擇菜單“文件全部存”，保存工作成果。設置的畫面如圖5-4所示.圖5-4 工藝流程畫面5.5 定義外部設備組態王把那些需要與之交換數據的設備或程序都作為外部設備。外部設備包括：下位機（PLC、儀表、板卡等），它們一般通過串行口和上位機交流數據；其他 Windows 應用程序，它們之間一般通過 DDE 交換數據；外部設備還包括網絡上的其他計算機。只有在定義了外部設備之后，組態王才能通過I/O變量和它們交換數據。這里使用西門子 S7-200系列PLC與組態王進行通信,假設S7-200連接在計算機的COM1口。在組態王工程瀏覽器的左側選

44、中“ COM1”，在右側雙擊“新建”，運行“設備配置向導”。選擇“西門子S7-200”的“PPI”項，單擊“下一步”；為外部設備取一個名稱，輸入“PLC1”，單擊“下一步”；為設備選擇連接串口，假設為COM1，單擊“下一步”；填寫設備地址，默認地址2,單擊“下一步”,單擊“完成”。在定義數據庫變量時，只要把IO變量連接到這臺設備上，它就可以和組態王交換數據了。定義外部設備如圖5-5所示.圖 5-5 定義外部設備5.6 定義組態王數據變量數據庫是“組態王軟件”最核心的部分。在TouchVew運行時，工業現場的生產狀況要以動畫的形式反映在屏幕上，操作者在計算機前發布的指令也要迅速送達生產現場，所有

45、這一切都是以實時數據庫為核心，所以說數據庫是聯系上位機和下位機的橋梁。數據庫中變量的集合形象地稱為“數據詞典”，數據詞典記錄了所有用戶可使用的數據變量的詳細信息。數據詞典中存放的是應用工程中定義的變量以及系統變量。變量可以分為基本類型和特殊類型兩大類，基本類型的變量又分為內存變量和I/O變量兩種。“I/O變量”指的是組態王與外部設備或其它應用程序交換的變量。這種數據交換是雙向的、動態的，就是說在組態王系統運行過程中，每當I/0變量的值改變時，該值就會自動寫入外部設備或遠程應用程序;每當外部設備或遠程應用程序中的值改變時組態王系統中的變量值也會自動改變。所以，那些從下位機采集來的數據、發送給下位

46、機的指令，比如反應罐液位、電源開關等變量，都需要設置成“I/O變量”。那些不需要和外部設備或其它應用程序交換，只在組態王內使用的變量，比如計算過程的中間變量，就可以設置成“內存變量”。基本類型的變量也可以按照數據類型分為離散型、實型、整型和字符串型。在制糖監控軟件設計中,需要從下位機采集蒸發罐的加熱溫度、壓力、液位及糖漿的錘度，所以需要在數據庫中定義這五個變量。因為這些數據是通過驅動程序采集到的，所以五個變量的類型都是I/O實型變量。這四個變量分別命名為“蒸發罐液位”、“壓力”、 “入汁溫度”、“出汁溫度” 和“錘度”，定義方法如下：在工程瀏覽器的左側選擇“數據詞典”，在右側雙擊“新建”，彈出

47、“變量屬性”對話框；對話框設置為如圖5-6：設置完成后，單擊“確定”。用類似的方法建立另四個變量“壓力” 、“入汁溫度”、“出汁溫度”和“錘度”。 圖5-6 定義數據變量5.7 建立動畫連接5.7.1 蒸發罐液位動畫連接在畫面上雙擊圖形對象“蒸發罐”，彈出“動畫連接”對話框。單擊“填充”按鈕，彈出“填充連接”對話框，對話框設置如圖5-7所示。單擊“確定”。圖5-7-1 蒸發罐液位動畫連接5.7.2 蒸發罐壓力動畫連接在工具箱中選用文本工具，在“蒸發罐”外面輸入字符串“壓力”。雙擊文本對象“壓力”，彈出“動畫連接”對話框。單擊“模擬值輸出”，彈出“模擬值輸出連接”對話框，對話框設置如圖 5-7-

48、2所示。 圖5-7-2 蒸發罐壓力動畫連接5.7.3 入汁溫度、出汁溫度及糖漿錘度的動畫連接 如上一節5.7.2方法一樣,可對另三個參數入汁溫度、出汁溫度及糖漿錘度進行動畫連接.選擇 TouchMak 菜單“文件全部存”。至此,主界面的動畫連接設置完成.5.8 趨勢曲線 趨勢曲線用來反應數據變量隨時間的變化情況。趨勢曲線有兩種：實時趨勢曲線和歷史趨勢曲線。這兩種曲線外形都類似于坐標紙，X軸代表時間，Y軸代表變量值。所不同的是，在你的畫面程序運行時，實時趨勢曲線隨時間變化自動卷動，以快速反應變量的新變化，但是不能隨時間軸“回卷”，不能查閱變量的歷史數據；歷史趨勢曲線可以完成歷史數據的查看工作，但

49、它不會自動卷動，而需要通過命令語言來輔助實現查閱功能。一個畫面中可定義數量不限的趨勢曲線，在同一個趨勢曲線中最多可同時顯示四個變量的變化情況。 5.8.1 設置實時趨勢曲線激活畫面制作系統TouchMak,在工具箱中選用“實時趨勢曲線”工具，然后在畫面上繪制趨勢曲線，畫面如圖5-8-1；為了讓操作者使用方便，在趨勢曲線的下方需要增加標注，說明各種顏色的曲線所代表的變量。雙擊此實時趨勢曲線對象，彈出“實時趨勢曲線對象”對話框，對話框設置如下圖:圖5-8-1 實時趨勢曲線趨線圖如下所示：5.8.2 設置歷史曲線5.8.2.1 繪制歷史趨勢曲線在工具箱內選擇歷史趨勢曲線工具，在新畫面上繪制歷史趨勢。

50、雙擊趨勢曲線，彈出“歷史趨勢曲線”對話框，對話框包括“曲線定義”和“標識定義”兩部分。曲線定義如圖5-8-2所示；單擊對話框的“確定”按鈕。對使趨勢曲線內能顯示變量的變化情況，你必須先對變量做如下設置：選擇菜單“數據庫/數據詞典”。在“變量定義”對話框中單擊“速覽”。在變量列表中雙擊變量“蒸發罐液位”。單擊“記錄定義”對話框中“數據變化記錄”選擇框，使之有效。單擊“保存”。用同樣的方法使變量“加熱溫度”、“壓力”和“糖漿錘度”的“是否記錄”選項都有效。只有在“變量定義”對話框中使變量的“是否記錄”選項有效時，才能在歷史趨勢曲線中顯示此變量的變化情況，這是因為歷史趨勢曲線中的數據都取自記錄文件，

51、而數據文件只記錄那些“是否記錄”有效的變量。圖5-8-2 歷史趨勢曲線定義.2 為歷史曲線建立控制為了從歷史曲線上能夠查詢到所有時間段的歷史數據，必須通過命令語言來動態改變歷史曲線的時間軸（X軸）的范圍。歷史曲線時間軸的范圍是由歷史曲線的兩個屬性確定的。屬性ChartStart代表時間軸的起始值屬性ChartLength代表時間軸的長度。如果這兩個屬性的值被改變，歷史曲線的時間軸范圍也就被改變了。命令語言是一段類似于C語言的程序，如果能充分利用，將極大的擴充組態王的功能。在本處使用的命令語言僅僅是“命令語言連接”，是動畫連接的一種。在工具箱內選擇按鈕工具，繪制一個按鈕。單擊此按鈕，使之處于選中

52、狀態，選擇菜單“編輯/字符替換”。將“字符串替換”對話框圖中將字符串替換為“<<”。單擊“確定”。同樣的方法，再繪制另一按鈕，標記為“>>”。這兩個按鈕將用來卷動歷史曲線的時間軸。雙擊按鈕“<<”，彈出“動畫連接” 對話框。單擊“彈起時”。在“命令語言”對話框中輸入命令語言程序：history.ChartStart=history.ChartStart-300;單擊“確定”，關閉“命令語言”對話框。單擊“確定”，關閉“動畫連接”對話框。以上設置將使按鈕成為觸敏對象，在畫面程序運行時，單擊此按鈕（當鼠標左鍵彈起時）將執行你輸入的命令語言程序。此程序的目的是使歷

53、史曲線history的ChartStart屬性值減小5分鐘= 300秒用同樣的方法為按鈕“>>”建立“彈起時”命令語言連接，程序為：history.ChartStart=history.ChartStart+300; 調整按鈕的位置，完成后的畫面如下圖：5.9 設置報警窗口報警窗口用以反應變量的不正常變化，組態王自動對需要報警的變量進行監視。當發生報警時，將這些報警事件在報警窗口中顯示出來，其顯示格式在定義報警窗口時確定。報警窗口也有兩種類型：實時報警窗口和歷史報警窗口。實時報警窗口只顯示最近的報警事件，要查閱歷史報警事件只能通過歷史報警窗口。為了分類顯示報警事件，可以把變量劃分到

54、不同的報警組，同時指定報警窗口中顯示所需的報警組。趨勢曲線、報警窗口和報警組都是一類特殊的變量，有變量名和變量屬性等。趨勢曲線、報警窗口的繪制方法和矩形對象相同，移動和縮放方法與一樣。5.9.1 設置實時報警窗口在工具箱中選用報警窗口工具，在畫面上繪制報警窗口，畫面如圖5-9-1（1）；為使報警窗口內能顯示變量的非正常變化，你必須先做如下設置：切換到工程瀏覽器，在左側選擇“報警組”然后雙擊右側的圖標進入“報警組定義”對話框。在“報警組定義”對話框中將“RootNode”修改為“車間”。單擊“確認”，關閉“修改報警組”對話框。單擊“報警組定義”對話框的“確認”按鈕。圖5-9-1（1） 繪制報警窗

55、口在工程瀏覽器的左側選擇“數據詞典”，在右側雙擊變量名“蒸發罐液位”。在“變量屬性”對話框中單擊“報警定義”標簽。將對話框設置如圖圖5-9-1（2）；報警組名已經自動設為“車間”。單擊“確定”，關閉對話框。用同樣的方法定義變量“加熱溫度”、“壓力”和“糖漿錘度”的報警限只有在“變量定義”對話框中定義了變量的報警方式后，才能在報警窗口中顯示此變量。接下來設置報警窗口。雙擊此報警窗口對象，彈出對話框，對話框設置如圖圖5-9-1（3）；各種文本的顏色也可自由設置。圖5-9-1（2） 報警定義變量設置圖5-9-1（3） 實時報警窗口設置運行后，報警窗口如下圖所示：5.9.2 設置歷史報警窗口再新建一幅歷史報警畫面。激活TouchMak程序選擇菜單“文件/新畫面”。設置“新畫面”對話框如下圖所示：在工具箱中選用“報警窗口”工具繪制報警窗口。畫面如圖5-9-2所示；“前”“后”兩個按鈕是用來翻閱歷史報警事件的。圖5-9-2 歷史報警窗口接下來為歷史窗口建立控制，雙擊按鈕“前”，設置“彈起時”命令語言動畫連接：PageUp(反應車間