基于组态王的储油罐液位控制的监控软件系统设计

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1、-毕业设计论文任务书题目储油罐液位控制的监控软件系统设计学生学号专业班级设计论文容及根本要求1.立式储罐直径：17m，储罐高：9m，存储介质：轻质油，罐压力：0.1013MPa，最大输入流量：5 m2/h。2.学习研究液位控制系统的根本原理和应用。研究学习储油罐控制系统。3. 学习现代工业组态软件的应用。4. 设计系统的上位机监控软件，实现储罐的单罐液位的监控。液位控制精度1%。5.软件设计中适当考虑仿真培训容。6.完成相关资料检索和开题报告。7.完成论文的写作和15000 字符以上的英文资料翻译。设计论文起止时间2014 年2 月24 日至2013 年6 月13 日设计论文地点自动化教研室指

2、导教师签名年月日系教研室主任签名年月日学生签名年月日储油罐液位控制的监控软件系统设计摘 要：利用组态王开发的监控软件系统，是新型的工业自动控制系统，它以标准的工业计算机软、硬件平台构成的集成系统取代了传统的封闭式系统。组态王监控软件系统在石油化工生产中起着非常重要的作用。本文针对生产过程中的储油罐液位，设计开发了基于组态王的上位机监控软件系统。该系统利用亚控公司生产的组态王软件实施上位机界面组态，对系统进展实时的操作和监控，在整个原油液位控制过程中不需要下位机。储油罐液位监控软件系统实现上位机直接控制，使用组态王软件设计人机对话界面，完成上下限参数的在线设置，通过在组太王工程浏览器中的命令语言

3、编辑对话框里输入控制程序，并且经过不断地调试运行，实现计算机在线自动监控。在实际的原油生产中，该监控软件系统必须和外部硬件设备连接，通过RS232/485通讯电缆进展计算机与现场设备之间的数据交换，从而实现了对过程控制装置液位的实时数据采集和实时控制。通过分析储油罐液位监控软件系统的设计要求，文章详细阐述了该系统的设计方法和制作流程，并进展了模拟仿真运行，最终到达了液位自动监控。本次设计的重点是组态画面的建立以及命令语言程序的编写，只有准确地完成这两个方面，才能有效地实现液位的自动控制功能。仿真测试结果说明：该系统满足了设计需求，能够按照给定值进展储油罐液位的实时自动监控，具有良好的稳定性。关

4、键词：监控；组态王；液位 The design of Tanklevel control monitoring software systemAbstract: The monitoring software system developed by the Kingview is a new type of industrial automatic control system, which is an integrated system having standard industrial puter software and hardware platform. It has replac

5、ed the traditional closed system. The monitoring software based on the Kingview plays a very important role in the petrochemical industry.In this paper, aiming at the tank level in the production process, the PC monitoring software system based on the kingview has been designed and developed. The sy

6、stem implement the PC interface configuration using the Kingview produced by Bejing Asia control pany. It can plete the real-time operation and monitoring of the system. The oil level control in the whole process does not require the the next crew. The tank level monitoring software system achives t

7、he direct control of the host puter. It pletes the on-line set of the upper and lower parameters using the interactive interface designed by the Kingview. By importing the control program in the mand language editing dialog of the engineering browser of the Kingview, continuously missioning and oper

8、ationing, the system can e true the puter on-line automatic monitoring. In the actual production of the crude oil, the monitoring software system must be connected to the external hardware equipment. Exchanging the data between the puter and the field devices via RS232 / 485 munication cable, the sy

9、stem can achive the real-time data acquisition and control of the level of the process control devices.By analyzing the design requirements of the monitoring software system of the tank level, the article elaborated the system design methods and production processes. After the simulation of the syst

10、em runned, it ultimately reached the liquid level automatic monitoring. The emphasis of the design is to buid the configuration screen and write a mand language program, only these two aspects were pleted, the system could effectively achieve the automatic control function of the level.The simulatio

11、n results show that: the system meets the design requirements. It is also able to plete real-time automatic monitoring of the tank level with the given values. The system has a good stability.Keywords:monitoring; Kingview;level 目 录1 绪论11.1 课题研究的背景及意义11.2 国外研究现状21.3 课题研究的目的51.4 课题研究的容51.5 课题研究的准备工作62

12、 液位监控系统的整体分析72.1 位式控制简介72.1.1 位式控制的概念72.1.2 位式控制与PID控制的区别72.2 液位监控系统的构造分析82.3 液位监控系统的控制方案82.3.1 控制方案的选择82.3.2 控制方案的根本原理82.4 液位控制系统的程序设计93 液位监控系统的硬件选型113.1 液位传感器113.2 数据采集卡123.3 监控主机123.4 继电器133.5 电磁阀143.6 电源143.7 放大电路154 液位监控系统的软件设计164.1 组态软件的介绍164.1.1 组态软件的概念和产生的背景164.1.2 组态软件的特点和功能164.1.3 组态软件现状和使

13、用组态软件的步骤174.1.3.1 组态软件的现状174.1.3.2 使用组态软件的一般步骤174.2 KingviewV6.55概述184.2.1 工程管理器184.2.2 工程浏览器194.2.3 画面运行系统194.3 组态王监控软件系统的设计194.3.1 系统设计任务与要求194.3.2 工程的建立194.2.1 定义外部设备和变量224.2.1.1 定义外部设备224.2.1.2 定义变量224.2.2 画面制作264.2.2.1 主画面的制作264.2.2.2 历史曲线画面的制作304.2.2.3 数据报表画面的制作31动画连接324.2.3.1 主画面的连接334.2.3.2

14、历史曲线画面的连接394.2.3.3 数据报表画面的连接415 系统运行测试445.1 硬件连接和通讯445.2 上位机仿真运行445.2.1 主画面的运行455.2.1.1 自动上升过程455.2.1.2 自动下降过程455.2.1.3 手动操作过程455.2.2 历史曲线画面的运行455.2.3 数据报表画面的运行466 设计结果与分析526.1 设计结果526.2 设计分析527 结论54参考文献55致56. z.-1绪论1.1课题研究的背景及意义我国石油资源丰富，采油炼油企业众多，储油罐是储存油品的重要设备，储油罐液位的准确计量对生产厂库存管理及经济运行影响很大。但国许多反响罐、大型储

15、油罐的液位计量仍采用人工检尺和分析化验的方法，其他参数的测定也没有实行实时动态测量，这样极易引发平安事故，无法为生产操作和管理决策提供准确的依据。每天工作人员必须花费很多时间和工作量去测量油罐中的油品液位，这种方法存在着一系列的问题，如测量精度受环境和人员因素影响很大、管理者劳动强度大、工作效率低、无法实现全天候计量、平安保障性差、存在较严重的环境污染问题等。再加上油品本身易燃易爆的性质和其组成局部会对人体造成伤害，因此在工作过程中存在很大的平安隐患。储油罐液位控制技术其实是在很大程度上削减了这种隐患，给工作带来了更多的便捷与信心。采用计算机自动控制技术，实时监测储油罐液位、流量、压力等参数，

16、可以方便了解生产状况，及时监视、控制容器液位及温度等，保障平安平稳生产。同时这种液位控制系统，不仅大大增强了控制的精度，降低了客观和主观因素所带来的误差，而且还减轻了工作人员的工作任务以及化简了繁琐的工作量。工业生产中，综合运用计算机、PLC西门子、智能仪表、远程I/O模块、变频调速器、智能流量调节阀、压力、流量、液位传感器等可以对石油工业生产中的储油罐液位进展控制。使用MCGS组态软件和STEP7-Micro/WIN软件，编制计算机自动控制系统人机界面和PLC的驱动，采集控制对象的状态，将各控制数据通过人机界面系统输出，可以方便操作者进展观测和控制。也可以按照工业现场的要求来实现实时在线控制

17、、及一些监控过程中数据的改变及数据曲线的记录。经过设计，所得到的计算机监控系统稳定、可靠、效果好，不仅可以进展远程控制，而且具有界面友好、参数在线整定方便等优点。本次毕业设计针对反响罐、大型储油罐液位实时动态测量的需要，将探讨储油罐液位监控系统的设计方法，着重阐述监控软件系统的设计方案、系统功能和实现方法。利用自动监控系统可实现对储油罐进展连续液位、流量的监控，提高系统的管理水平，保障其平安运行。通过以上环节的训练，可以提高学生对自动化监控软件系统的设计与调试能力，使学生加强对监控软件系统的深化理解，从而能够应用通用版及嵌入版MCGS组态软件进展简单的工程设计和仿真运行。本次设计也是一次将理论

18、运用于实际的综合应用，将为学生日后进入工作岗位奠定坚实的根底。1.2国外研究现状随着电子计算机技术和其他高新技术的开展，自动控制技术获得了惊人的成就，已在工业和国民经济各行各业中起着关键作用。自动化水平已成为衡量各行各业现代化水平的一个重要标志。自动控制技术也是21世纪开展最快、影响最大的技术之一。迄今为止，在石油、化工、电力、冶金、轻工、建材、核能等各个领域，都离不开自动控制技术。事实上，自动控制技术就是控制论技术的实际应用，是通过具有一定控制功能的自动控制系统来完成某种控制任务的，它能够保证某个过程按照期望的那样顺利进展。在现代化工业生产过程中，自动控制技术在实现各种最优的技术经济指标、提

19、高经济效益和劳动生产率、改善劳动条件、保护生态环境等方面起着越来越大的作用。而液位是现代工业测量过程中的一个重要参数，人们对流体液位的测量具有悠久的历史。液位控制一般指对某一液位进展控制调节，使其到达所要求的控制精度，液位控制系统是以液位为被控参数的控制系统，它在工业生产的各个领域都有着广泛的应用。尤其是在石油石化行业，对油区储油罐液位的测量与实时监控更是现代自动控制技术应用的重要标志。液位控制系统主要有模拟式和数字式两种。目前液位测量主要是对储油罐中油品的液位、体积和重量等参数进展直接或间接测量。早期液位测量大多采用机械原理，近年来随着电子技术的应用,逐步向机电一体化方向开展，并且开展了许多

20、新的测量原理，在传统原理中也渗透了电子技术及微机技术，构造上和功能上都有很大提高。目前我国的储油罐液位测量技术还比拟落后，储油罐液位测量方法存在较多的问题和弊端，有的虽安装了自动化测量系统，但测量精度普遍不高。假设从国外进口高精度液位仪，价格又太高。因此，分析当前国外储油罐液位测量技术现状与开展趋势，并在此根底上研究出适合我国国情的液位测量技术就显得非常重要。目前国外在液位测量方面采用的技术和产品很多，传统的液位传感器按其采用的测量技术及使用方法分类已多达十余种。 液位控制系统实验装置最初的研发与生产是由德国Amira自动化公司完成的，由于当时该实验装置的价格太高，在国只有少数高校引进了此设备

21、，如工业大学，大学、大学等。现阶段伴随着我国科学技术水平和经济水平的不断提高，国许多企业也能够自主生产该实验装置，如言实公司研制的HDU3000-1型、德瑞特公司研制的RTGK-2型、固高公司研制的GTW型等，它们的特点如下1主要配件均采用工业级过程控制元件，保证系统最高的质量和可靠性。2 实验研究的理想平台，可以方便地构成模拟实际生产系统中的液位系统。3 通过液位传感器对液位进展准确检测，得到实际水位的变化，方便地获得瞬态响应指标，直观反映出控制器的控制效果，准确判断控制性能。当前，常见的液位控制方法多数采用凭人工经历进展的参数整定P、PI、PID或串级控制策略。针对构造简单的液位系统，此种

22、参数整定的方法还能到达预期的效果，一旦被控的液位对象构造复杂、自身机理特殊、各变量间关联耦合严重，常规的参数整定方法在便捷性和稳定性上就无从谈起。针对这种存在着非线性、大滞后、构造复杂等诸多不确定因素的液位控制系统，国许多高校和科研单位研究提出了一些优化的控制方案和有效的控制算法。中南大学的邓秋连等提出了采用RBF-ARX模型对水箱液位系统进展离线动态特性建模的研究。着重讨论了RBF-ARX模型构造的选取、模型参数辨识、RBF参数优化等问题。BF-ARX模型与ARX模型的进一步预测输出比拟的结果证实了BF-ARX模型在非线性系统建模中的优越性。大学的快乐泉等提出了采用一种基于非线性静态反响的解

23、耦方法进展水箱液位系统控制，当系统满足一定条件时，可以寻找到一个输出与等效新输入之间的线性微分方程关系，然后再选择适宜的状态反响形式即可使该非线性系统解耦。经解耦，水箱液位控制系统就可以分解为两个相互独立的单输入单输出线性子系统，对每个子系统可采用PI控制，从而解决了系统的非线性。科技大学的桂梅等采用模糊-神经网络解耦控制技术，实现了对水箱液位系统的解耦以及液位控制。模糊-神经网络解耦技术结合了模糊控制鲁棒性好和神经网络对不确定对象有显著控制效果的特点，具有直接从输入输出数据中提取模糊规那么的能力。工业大学的梅等提出了采用基于T-S模型的模糊PID控制策略，这种策略根据液位变化，通过适用度加权

24、产生PD控制参数，可实现参数的平稳度过。有利于改善系统性能。海事大学的红英等提出了设计一种参数自整定模糊PID控制器，可以实现PID参数的调整，使控制系统的响应速度快，超调量减少，过渡过程时间大大缩短，振荡次数减少，具有较强的鲁棒性和稳定性。XX大学的梁颖杏等提出了用BP网络辨识水箱液位控制系统的方法。采用并联型辨识构造，训练网络采用Levenberg-Marquardt算法和BFGS拟牛顿算法，利用MATLAB软件平台，实现比拟训练仿真，结果说明，采用LM算法和BFGS拟牛顿算法能较好的辨识水箱液位系统。储油罐液位控制系统除了以上硬件装置和控制算法之外，最重要的就是它的监控软件系统。自动监控

25、软件系统是利用计算机技术对生产过程进展集中监视、操作、管理、控制的一种控制技术，实现整个过程的自动监控和管理可以极提高企业自动化水平、降低生产本钱、增加经济效益。先进的监控软件系统对于储油罐运营的正常进展非常重要，一个自动化程度高，功能完善的监控系统可以极提高工作效率，保证油库运营平安、可靠的运行。通过现场变送器，可对目标储油罐的液位进展实时控制管理，监控软件系统能够实现对油罐液位、流量、压力以及环境参数进展远程实时监测、控制、报警、故障诊断和排除功能，它贴合实际情况，并且在实用性、可靠性、技术的先进性和经济性等多个方面都有着许多创新。组态软件是指一些数据采集与过程控制的专用软件，能以灵活多样

26、的组态方式而不是编程方式提供良好的用户开发界面和简捷的使用方法。它们通常有着强大的界面显示组态功能和良好的开放性功能。组态软件产品大约在20世纪80年代中期在国外出现，在中国也有近10年的历史。监控软件系统利用组态王工控组态软件设计，它能充分利用Windows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、数据功能。该软件把每一台下位机看作是一台外部设备，在编程过程中根据设备配置向导的提示一步步完成连接功能。在运行期间，组态王通过驱动程序和外部设备交换数据，包括采集数据和发送数据/指

27、令。监控组态软件最早出现时，HMIHuman Machine Interface，HMI或MMIMan Machine Interface，MMI是其主要的涵，即主要解决人机图像界面问题。随着它的迅速开展，实时数据库、SCADA、通信及网络、开放数据接口、对I/O设备的广泛支持已经成为它的主要容。随着技术的开展，监控组态软件将会不断被赋予新的容，功能也将越来越强。在国，工控组态软件已经得到了蓬勃的开展，技术以趋于成熟并已经成为工业自动化系统的重要组成局部，即根本单元或根本元件。作为自动化通用软件，监控组态软件始终处于承上启下的地位。它的控制品质及数据采集的实时性都可以很好的到达预期目标。正因如

28、此，监控组态软件几乎已经应用于所有的工业信息化工程中了。在一个自动化监控系统中，投入运行的监控组态软件是系统的数据收集处理中心，远程监控中心和数据转发中心，处于运行状态的监控组态软件与各种控制检测设备如PLC、智能仪表、二次仪表等共同构成了快速响应控制中心。控制方案和算法一般在设备上组态并运行，也可以在PC上组态，然后下载到设备中运行。监控组态软件的开展一直呈现多元化，然而据近几年调查显示，国市场仍被几家组态软件占据，如InTouch、FIX等。这些软件在功能完备性、产品包装、市场推广等方面都具一定的优势，但并非尽善尽美。国际上较知名的监控组态软件有：美国Wonderware公司的InTouc

29、h；AB公司的RSView32；Intellution公司的FIX；澳大利亚CIT公司的Citech等。国几家产品也值得一提，诸如亚控的组态王；三维力控科技的ForceControl；华富惠通的开物2000；视拓科技的CoreView。以上这些产品上市至今已经很多年了，但都以自身具有的某些特性占据着自己的市场。在组态软件赖以普及开展的诸多因素中，有技术层面的，也有商业层面的，但制造业的开展带来了对组态软件需求的提升，也决定了组态软件将由过去单纯的组态监控功能，向着更高、更广的层面不断开展。在国外，许多国际组织MIMOSA、SMFPT 、ADEM等，也纷纷通过监控组态软件进展设备监控、故障诊断咨

30、询和技术推广工作，并制定了一些信息交换格式和标准。许多大公司也在他们的产品中参加了互联网功能，如Bentley公司的计算机在线设备运行监测系统DataManager200可以通过网络动态数据交换的方式向远程终端发送设备运行状态信息；著名的NationalInstruments公司也在它的产品LabWindows/CVI以及LabVIEW中参加了网络通讯处理模块，因而可以通过、FTP、E2mail方式在网络围进展监控数据的传送。法国ALARM研究小组对工业生产过程的智能报警和监控系统进展了长期研究，并在多个工程中进展了应用。总之，国外液位控制系统都处于快速开展阶段，其前景也是非常可观的，相信在未

31、来自动化过程控制中，液位控制系统的精度将越来越高，其功能也将更加的丰富和强大。1.3课题研究的目的通过本次储油罐液位监控软件系统研究与设计，应该到达以下目的：1 熟悉并掌握组态软件的使用方法；2掌握了解过程控制理论的根底知识；3培养自主查询资料、搜索信息、动手实践的能力与团队协作精神。1.4课题研究的容立式储罐直径为17m，储罐高9m，存储介质为轻质油，罐压力保持为0.1013MPa，且最大输入流量是5 m2/h。本次研究需要通过应用组态软件设计相应的储油罐液位监控软件系统，实现上位机直接控制。储油罐监控软件系统必须将现场实时液位值呈现在上位机画面上，包括数据形式和曲线形式，通过设定的液位值，

32、计算机可以自动地实现控制阀门的自由开关，最终将原油液位保持在这个值上，且无稳态误差，除此之外，当原油液位到达上下限时，上位机也可以迅速报警，报告给工作人员。当工作人员想要改变原油液位时，只需要在上位机监控画面给定值对话框中输入另一个数字量，上位机就可以在最短的时间将储油罐的实际液位调整至新的给定值，整个操作过程简单快捷，不需要人为操作现场设备，大大提高了工作效率。在此研究期间，必须完成以下任务：1学习研究液位控制系统的根本原理和应用。研究学习储油罐控制系统；2学习现代工业组态软件的应用；3设计系统的上位机监控软件，实现储罐的单罐液位的监控。液位控制精度1%。；4软件设计中适当考虑仿真培训容；5

33、完成相关资料检索和开题报告；6完成论文的写作和15000 字符以上的英文资料翻译；1.5课题研究的准备工作本次储油罐液位控制的监控软件系统需要将系统中的液位进展实时监控，所以应先了解整个监控系统各个环节的构成，以及控制方法。多学习监控组态软件，如组态王的使用，最后将现场设备和上位机连成一个能通信的系统，整个过程中会遇到很多比拟棘手的问题，因此要实现做好充分的准备，充分利用学校图书馆，参考大量优秀文献，模仿实验例子先做一遍，等到能熟练使用各种软件和实验室中的硬件设备后，再着手做本次毕业设计。2液位监控系统的整体分析2.1位式控制简介位式控制的概念目前使用的控制系统中最简单的控制规律就是位式控制，

34、说到位式控制，可以说几乎所有的人都使用过，如家中开关电灯、开关水龙头(尤其是快开、快关水龙头更形象)就是个位式控制的过程，其根本思想和生产过程中使用的位式控制是一样的，即位式控制就是决定一个被控变量的给定值，然后根据实际值与给定值的偏差符号，来决定操作变量两种状态选取的工作过程。简单说位式控制的控制动作就是开和关两种状态的交替。所以又称其为开关控制。位式控制是比例控制的特例，当比例控制的比例度设定为0、比例增益趋近于无穷大时，便成了一个位式控制器了。位式控制系统的应用是很广泛的，如：空气储罐的压力控制、恒温箱、电加热炉的温度控制。在生产过程中实现位式控制是比拟简单的，但凡有上、下限触点的仪表，

35、如电接点压力表、具有继电器触点输出的双金属温度计、显示、记录仪等，都可以用来进展位式控制，再配合上一些中间继电器、电磁阀、电动调节阀等，便可以很方便的构成位式控制系统。位式控制系统构造简单、投资少，不仅可用于广阔中小型企业，就是大型企业也可应用。其特别适合用于延时小、时间常数大的加热对象。位式控制与PID控制的区别前者属于非线性控制系统，控制的物理量只有：开关、通断、有无之差异； 后者属于线性控制系统，控制的物理量是：大小、多少、上下、快慢。PID系统还可以做到无静差。PID控制与位式控制相较而言，位式控制作用不是连续变化的，由它所构成的位式控制系统其被控变量的变化将是一个等幅振荡过程，不可能

36、使被控变量稳定在某一个数值上。而PID构造是连续变化得，比拟稳定，最后能使被控量稳定在一个数值上。PID控制器的优点是控制效果好，抗干扰能力强。现在很多场合都会用到这功能的仪表，他们他具有很好的控制效果，在要求比拟高的场合里，都会用到这款仪表，当然每个工程师设计PID控制的时候，或多或少会有点差异，所以在国，很多厂家的PID的效果，其实还不是很理想。所以有些家往往还是选择价格高的进口仪表。PID控制的表，往往带有自整定功能，当仪表控制效果不理想的时候，仪表就可以把自整定功能翻开，三次震荡后，会到达一个理想的控制效果。PID虽然有很好的效果，但是他有一个缺点，确实跳动太频繁，因为它要到达一个好的

37、控制效果，就必须要频繁的跳动，这样才能防止过冲和稳定。 位式控制器的控制效果往往就比拟低了，他可以控制在一个区间，让设备频繁的跳动，比方很多厂家对控制效果要求不高，就可以采用，因为他们用的是开关阀门，如果跳动太频繁，容易导致阀门的损坏，他们控制在一定的温度围呢，比方温度高于40度翻开，低于30度关掉，这样采用二位是就比拟的合理，采用PID控制就不行了。所以用户选择PID控制器还是选择二位式控制器，就要根据实际的情况来选择，当然，他们的价格也相差很多，普通的二位式控制的表往往价格比拟廉价。用户如果不知道如何的选择，你可以拨打厂家的技术进展咨询。2.2液位监控系统的构造分析实际的储油罐液位监控系统

38、必须是一个负反响闭环控制系统，系统可以将对象测量值实时地传送给控制器，与给定值进展比拟，然后及时做出判断，减小误差，使测量值逐渐接近并到达给定值。上位机数据采集卡电磁阀储油罐液位传感器给定值液位A/D转换测量值根据这一原理，可知液位监控系统的构造框图如图2-1所示：图2-1液位控制系统框图液位传感器通过数据采集卡为上位机提供可用的数据，其中A/D转换是在数据采集卡部执行的，将液位模拟量转化为数字量供上位机直接使用和显示。上位机也可对相应的地址进展赋值，来设定相关参数。2.3液位监控系统的控制方案控制方案的选择不同于传统的PID调节法，本次课题所研究的方法是典型的位式控制，即上位机输入和输出的控

39、制信号均为开关量，只有0”和1。控制方案的根本原理储油罐液位监控软件系统属于软件设计局部，和硬件局部构成了一个整体。在生产现场，硬件设备包括：储油罐、液位传感器、输油管道、泵、电磁阀、电磁继电器、含有A/D和D/A转换的数据采集卡。在生产过程中，液位传感器测量储油罐原油液位，将液位模拟量转换为420mA的电流信号并显示出来。液位传感器与数据采集卡相连接，将420mA的电流信号转换为数字信号送给上位机，上位机监控软件系统会将这个数字量以动画形式展现在监控画面上，可以供工作人员随时观察。同时，上位时机将此液位与事先的给定值进展迅速比拟，如果不一致，那么会给采集卡输出一个开关阀门的命令，此控制命令是

40、数字量，通过数据采集卡驱动电磁继电器，最终控制阀门，使原油液位调整至给定值。采用组态王监控组态软件和现场设备开发储油罐液位自动监控系统的人机界面和硬件设备驱动；可以实现上位机监控系统与外界数据的通信，实现对油罐液位的实时监控，便于操作者进展观测和控制，并且根据系统要现上下限报警，实现远程控制，不需要在现场操作，且可以记录外界系统平安运行时间。外界报警系统可以实时对液位的限值进展报警，包括修改后的上下限报警值，实现了外界系统现场数据与监控室上位机数据的实时交换，到达自动监控的目的，减少了现场工作量。上位机人机界面是可以将系统中各种参数变化呈现在PC机上，并且监控系统可以对硬件设备实时发送信息，进

41、展准确监控，到达高效的自动化控制。如图2-2所示，液位信号由液位变送器LT传送给数据采集卡，作为控制依据，上位机直接作为控制器，处理后经过数据采集卡给电磁阀一个执行命令控制出油管道，来控制原油输出管道的开和闭，从而到达控制液位的目的。储油罐LT数据采集卡上位机继电器进油管道出油管道阀门图 2-2液位控制系统2.4液位控制系统的程序设计储油罐液位监控系统要想实现自动运行，那么必须在上位机中正确地编写应用程序命令语言，系统不断地循环执行程序，就可以实现对液位的自动控制。整个程序控制的设计思路如图2-3所示：开场启动运行测量值=给定值值关闭阀门，液位上升测量值给定值关闭阀门，液位上升翻开阀门，液位下

42、降YYNN输入给定值显示液位完毕图2-3液位控制程序流程图3液位监控系统的硬件选型硬件选型是在对课题进展深入分析，对相关信息进展调查之后所进展的根底性工作，是软件设计实现的前提。硬件的合理选用，对于整个课题的设计至关重要，既要合理、适合，也要经济适用。本设计要实现上位机直接监控，通过数据采集卡收集液位信号反响给上位机来进展控制，从而实现液位保持在给定值附近的自动控制系统。 储油罐液位控制系统的硬件设备包括：液位传感器、数据采集卡、监控主机、继电器、电磁阀、电源。3.1液位传感器液位传感器连接水箱的底部，检测水箱的液位，同时输出420mA的电流信号，提供应上位机作为液位检测信号。液位传感器选择Z

43、W3051LDP双法兰差压式液位计，如图3-1所示。技术参数：输出信号：420MA.DC二线制模拟二线制420mA直流信号上叠加数字信号，图 3-1ZW3051LDP由用户选择线性或开方输出。智能；供电电源：1245VDC；电源影响：0.005%输出量程/V；为防止被测介质直接于变送器的隔离膜片接触提供了一种可靠的测量方法；阻 尼：通常可在0.116秒之间可调，当灌充惰性液或带远传装置时，时间常数会增大；启动时间：2秒，不需预热；工作环境：环境温度 -2993模拟放大器；-2975数字/智能放大器；-2965带显示表头；环境湿度 095%；防护特性：防护能力 IP65；防爆类型：隔爆型 Exd

44、 II BT4-6；本安型 Exia II CT5；静压影响：零位误差：0.5%最大量程限值，对于32MPa在管道压力下通过调零给予校正；电磁辐射影响：0.05%最大量程值，承受辐射频率27500MHz，试验场强3V/m；指示表%：液晶数显 精度0.2%；振动影响：任何方向200Hz振动时，0.05%/g；安装位置：膜片未垂直安装，可能产生小于0.24KPa的零点误差，但可通过调零来修正；重 量：3.9Kg不包括附件。3.2数据采集卡数据采集卡连接液位传感器、上位机和电磁阀，作为外部硬件设备和上位机数据交换的一个媒介，给上位机提供液位信号，给电磁阀发送开关指令。数据采集卡选择国研华公司的PCL

45、818L16路数据采集卡，如图3-2所示。技术参数：16路单端或8路差分模拟量输入图 3-2PCL818L12位A/D转换器，可到达100KHz的采样速率，带DMA的自动通道/增益扫描每个输入通道的增益可编程，乘 0.5，1， 2 ，4或 8板上带有一个1K的采样FIFO先入先出缓冲器和可编程中断软件可选择模拟量输入围VDC双极性：0.625V，1.25V，2.5，5V，10V单极性：01.25V ，02.5 V，05V， 010V功耗：+5V 210mA典型，500mA最大 +12V 20mA (典型) ，100mA最大 -12V 20mA(典型), 40mA (最大)I/O端口：16个连续

46、字节A/D、D/A接口：DB-37尺寸：155mm(L)*100mm(H)3.3监控主机过程控制监控主机和显示器构成整个系统的上位机，运行组态王工程。在液位控制过程中，承受采集卡送来的液位信号，并且实时显示，然后经过部程序判断，给采集卡输入一个执行命令，从而控制电磁阀的关闭。监控主机选择研华公司的IPC-610L工控机，图 3-3IPC-610L如图3-3所示。技术参数：研华工控机4U常规规格： 高支持14槽背板 配置：ATX PFC PS2电源前端可安装3个半高磁盘驱动器，一个3.5FDD 和一个置3.5磁盘驱动器 前置USB接口 前置系统状态监测模块能抗冲击，振荡，并且能在高温下稳定工作可

47、支持：ATX 母板和400W PFC电源 机箱：IPC-610L，4U，19标准上架 处理器：Sockets478 P4 3.06G存：DDR400 1G研华工控机4U标准配置： 硬盘：IDE 160G西数 光驱：DVD光驱 网络：10100M自适应网卡 键盘：有鼠标：有串口：2个RS232串口 USB接口前置2个USB2.0接口 并口：1个SPPEPPECP 工作温度：050储存温度：2060，相对湿度595无冷凝 IPC-610L CPU P4 3.06存1G160gDVD等，配件可选3.4继电器继电器在液位控制回路中充当自动开关，采集卡向继电器输送小电流控制信号，继电器输出大电流信号驱动

48、电磁阀，控制其开关。继电器选择G5V-1 小型、高灵敏度1极信号用继电器，如图4-4所示。技术参数：图 4-4G5V-1宽围的接点开关区域 1mA1A。高灵敏度线圈150mW。塑料密封型，耐环境性能优越。线圈接点间为FCC part68 标准。(1,500V、10160s)3.5电磁阀电磁阀是整个系统的执行器，继电器直接向电磁阀输送开关信号，控制其翻开和关闭，进而控制出油管道流量，调节液位上下。 电磁阀选择Z272-B不锈钢二位二通先导活塞式高压电磁阀，如图4-5所示。技术参数：1.出口型暨航天、军工指定配套用品航天军品。用于船舶重工、石油化工、电力装备、锅炉设备、钢铁、消防图 4-5Z272

49、-B喷淋、电镀涂装、燃气燃油、环保设备、吹灰除尘、实验装备、纺织印染、暖通空调、水处理、工业炉窑、枯燥设备等控制系统。2.通径围:DN01DN503.最高耐压等级:401500kgf/cm 4.阀位形式:常闭、常开5.阀体材料:304不锈钢代号:B316不锈钢特需代号R6.适用流体:气体、液体、蒸汽、油类等7.适用介质的运动粘度：50CStmm /s) ，大于时需定制8.适合的环境温度：-30759.适合的工作温度：-980、-9180特需10.安装方式：建议水平安装，水平安装线圈向上可延长寿命11.膜片材料：型常规密封-PTFE(氟塑料，代号：P)，Cu(紫铜，代号：Cu)；特需VITON(

50、氟橡胶，代号：V)12.电压常规:AC220/AC230/AC240V 50/60Hz，DC24V，允许波动10%，其它电压定制13.电气接口:常规-标准接线盒，防爆-引线式标准长度1.5M、接线盒式14.可配防爆型，防爆等级ExdCT5 Gb(国家级防爆监视站检验合格，证号:81307133.6 电源实际硬件系统中的液位计、电磁阀、继电器都需要外部电源供电，才能保证正常的工作。电源选择欧姆龙公司的S8JX-G03524CD直流电源，如图4-6所示。技术参数：品牌欧姆龙 型号S8JX-G03524CD 类型 AC/DC电源 调制方式 脉冲宽度调制式 图 4-6S8JX-G03524CD晶体管连

51、接 单端式 输入电压 0-240V输出功率 35W 输出电压 24V 工作效率 85%输入电压：交流AC100-240V 50/60HZ3.7 放大电路采集卡输出的开关指令信号是特别微弱的，不能够直接驱动电磁阀，因此必须添加放大电路。控制过程中，放大电路将数据采集卡输出的指令信号放大之后，再输入继电器中，进而驱动电磁阀工作，控制管道流量。放大电路设计如图4-7，4-8所示：图 4-7 共集电极放大电路 图 4-8 放大电路微变等效电路4 液位监控系统的软件设计4.1 组态软件的介绍组态软件的概念和产生的背景组态软件是指一些数据采集与过程控制的专用软件，它们是在自动控制系统监控层一级的软件平台和

52、开发环境，使用灵活的组态方式，为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具。组态软件应该能支持各种工控设备和常见的通信协议，并且通常应提供分布式数据管理和网络功能。对应于原有的HMIHuman Machine Interface，人机接口软件的概念，组态软件应该是一个使用户能快速建立自己的HMI的软件工具或开发环境在工业控制技术的不断开展和应用过程中，PC包括工控机相比以前的专用系统具有的优势日趋明显。这些优势主要表达在：PC技术保持了较快的开展速度，各种相关技术日臻成熟；由PC构建的工业控制系统具有相对较低的拥有本钱；PC的软件资源和硬件资源丰富，软件之间的互操作性强；基

53、于PC的控制系统易于学习和使用，可以容易的得到技术方面的支持。在PC技术向工业控制领域的渗透中，组态软件占据着非常特殊而且重要的地位。组态的英文是Configuration,简单的讲，组态就是用应用软件中提供的工具、方法，完成工程中的某一具体任务的过程。与硬件生产相对照，组态与组装类似。组态软件的特点和功能一般来说，组态软件是数据采集监控系统Supervisory Control and Data Acquisition, SCADA的软件平台工具，是工业应用软件的一个组成局部。它具有丰富的设置工程，使用方式灵活，功能强大。组态软件由早先单一的人机界面向数据处理机方向开展，管理的数据项越来越大

54、，实时数据库事的作用进一步加强。随着组态软件自身以及控制系统的开展，监控组态软件局部地与硬件发生别离，为自动化软件的开展提供了充分发挥作用的舞台。OPCOLE for Process Control的出现，以及现场总线尤其是工业以太网的快速开展，大大简化了异种设备间的互连，降低了开发I/O设备驱动软件的工作量。I/O驱动软件也逐渐向标准化的方向开展。组态软件的主要特点是：1延续性和可扩性。用通用组态软件开发的应用程序，当现场包括硬件设备或系统构造或用户需求发生改变时，不需要很多修改就可方便的完成软件的更新和升级。2封装性易学易用。通用组态软件所能完成的功能都用一种方便用户的方法包装起来，对于用

55、户，不需要掌握太多的编程语言技术甚至不需要编程技术，就能很好地完成一个复杂工程所要求的所有功能。3通用性。每个用户根据工程实际情况，利用通用组态软件提供的底层设备PLC、智能仪表、智能模块、板卡、变频器等的I/O Driver、开放式的数据库和画面制作工具，就能完成一个具有动画效果、实时数据处理、历史数据和曲线并存、具有多媒体功能和网络功能的工程，不受行业限制。目前看到的所有组态软件都能实现如下的类似功能:a.几乎所有运行于32位Windows平台的组态软件都采用类似的资源浏览器的窗口构造，并对工业控制系统中的各种资源设备、标签、画面等进展配置和编辑；b.处理数据报警及系统报警；c.提供多种数

56、据驱动程序；d. 各类报表的生成和打印输出；e.使用脚本语言提供二次开发的功能；f.存储历史数据并支持历史数据的查询等。组态软件现状和使用组态软件的步骤.1组态软件的现状目前应用比拟广泛的国外组态软件有WondWare的InTouch、西门子公司的WinCC、澳大利亚的CiTech、美国Interlution公司的Fix、意大利LogoSystem的LogView等。 这些软件系统主要有数据采集与控制信息发送、报警处理和历史趋势显示与记录功能，但是针对国的需要，这些系统还有明显的弱点：本地化差，虽然局部系统已经汉化，但是中国市场中某些行业规，它们很难满足；价格昂贵，这些系统价格昂贵，很难为国一

57、般应用所承受。同国外系统相比，大局部国产通用系统具有较高的性能价格比，本地化能力较强，如三维科技公司的力控、亚控科技公司的组态王等。但多数产品仍有诸如与MIS集成能力差、GIS功能薄弱、多任务调度能力差、事故追忆和诊断能力缺乏等致命的弱点，要满足企业级和行业部门级大型集中监控管理GIS系统的要求，还需要相当长的时间。.2使用组态软件的一般步骤如何把具体的工程应用在组态王软件中进展完整、严密的开发，使组态软件能够在正常工作，主要包括以下几个典型的组态步骤：1将所有I/O点的参数收集齐全，并填写表格，以备在监控组态软件和PLC上组态时使用。2搞清楚所使用的I/O设备的生产商、种类、型号、使用的通信

58、接口类型，采用的通信协议，以便在定义I/O设备时做出准确选择。3将所有I/O点的I/O标识收集齐全，并填写表格，I/O标识是唯一地确定一个I/O点的关键字，组态软件通过向I/O设备发出I/O标识来请求其对应的数据。在大多数情况下I/O标识是I/O点的地址或位号名称。4根据工艺过程绘制、设计画面构造和画面草图。5按照第一步统计出的表格，建立实时数据库，正确组态各种变量参数。6根据第一步和第二步的统计结果，在实时数据库中建立实时数据库变量与I/O点一对一的对应关系，即定义数据连接。7根据第四步的画面构造和画面草图，组态每一幅静态的操作画面主要是绘图。8将操作画面中的图形对象与实时数据库变量建立动画

59、连接，规定动画属性和幅度。9视用户需求，制作历史曲线，报警显示，以及开发报表系统。之后，还需要加上平安权限设置。10对组态容进展分段和总体调试，视调试情况对软件进展相应修改。11将全部容调试完成以后，对上位软件进展最后完善，让系统投入正式运行。4.2KingviewV6.55概述KingxiewV6.5软件完全基于网络的概念，是一个完全意义上的工业级软件平台，现已广泛应用于化工、电力、国属粮库、邮电通信、环保、水处理、冶金和食品等各个行业，并且作为首家国产监控组态软件应用于国防、航空航天等关键领域。组态王 KingviewV6.5软件是运行于Windows2000/NT4.0(补丁6)/XP简

60、体中文版的中文界面的人机界面软件，采用了多线程、组件等新技术，实现了实时多任务，软件使用方便，功能强大，性能优异，运行稳定，质量可靠。组态王KingviewV6.5软件包括以下三局部组成：a.工程管理器ProjManager ；b.工程浏览器TouchExplorer；c.画面运行系统TouchView。在组态王软件中，用户建立的每一个应用程序为一个工程。在每一个工程的路径下，生成了一些重要的数据文件，这些数据文件不允许直接修改，必须通过工程管理器或工程浏览器来修改。工程管理器对于系统集成商和用户来说，一个系统开发人员可能保存有很多个组态王工程，对于这些工程的集中管理以及新开发工程中的工程备份

61、等都是比拟繁琐的事情。工程管理器是应用程序的管理系统，具有很强的管理功能，主要作用是为用户集中管理本机上的组态王工程。工程管理器的主要功能包括：新建工程、删除工程，搜索指定路径下的所有组态王工程，修改工程属性，工程的备份、恢复，数据词典的导入导出，切换到组态王开发或运行环境等。工程管理器实现了对组态王各种版本工程的集中管理，使用户在进展工程开发和工程的备份、数据词典的管理上方便了许多。工程浏览器工程浏览器是组态王的一个重要组成局部，它将图形画面、命令语言、设备驱动程序、配方、报警、网络等工程元素集中管理，工作人员可以一目了然地查看工程的各个组成局部。工程浏览器简便易学，操作界面和Windows

62、中的资源管理器非常类似，为工程的管理提供了方便高效的手段。组态王开发系统嵌于组态王工程浏览器，又称为画面开发系统，是应用程序的集成开发环境，工程人员在这个环境里进展系统开发。 利用工程管理器界面：单击菜单工具/切换到开发系统命令或工程管理器工具条上的开发按钮或快捷菜单切换到开发系统命令或双击工程信息显示区中显示的工程条目后，进入组态王开发系统即工程浏览器，同时将自动关闭工程管理器。画面运行系统在组态王中，工程浏览器TouchExplorer和画面运行系统TouchView是各自独立的Windows应用程序，均可单独使用。一个工程可以同时被编辑和运行，这对于工程的调试是非常方便的。同时两者又相互依存，在工程浏览器嵌的画面制作开发系统中设计开发的画面应用程序必须在画面运行系统的运行环境中才能运行。 4.3组态王监控软件系统的设计系统设计任务与要求该系统通过二位式控制调节电磁阀的开度，以使