基于PLC的改性沥青生产线上位机监控系统.doc

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1、基于PLC的改性沥青生产线上位机监控系统设计基于PLC的改性沥青生产线上位机监控系统设计电气工程及其自动化 摘 要 本课题主要设计改性沥青生产线的上位机监控系统，根据其生产的工艺要求，设计相关方案，用PC编辑组态界面构成上位机，并设计下位机PLC程序，通过组态软件开发平台与PLC通信，设定修改生产工艺参数，读取相应数据并在上位机监控画面中实时显示动态效果，以监控生产线的正常运行。关键词 改性沥青；上位机；可编程逻辑控制器；监控Design for Monitoring Human Machine Interface of the Modification Bitumen Production

2、Line Control System Based on PLCElectrical Engineering and Automation Abstract: This project mainly designed the monitoring human machine interface system of modification bitumen production line, according to the modification bitumen production requirements, to design a relevant plan, complete the h

3、uman machine interface to constitute host system by PC, then designed the PLC program, adopt configuration software to exchange data with PLC, to set processing techniques parameter, and get the data to show the dynamic effects in the monitoring human machine interface, so as to keep a tag on and co

4、ntrol the production line work correctly. Key words: Modification bitumen；host system；programmable logic controller； monitor and control 30目 录1 引言11.1 课题背景与研究意义11.2 改性沥青生产现状及发展前景11.3 本课题主要研究内容22控制系统的总体方案设计22.1 控制系统工艺流程22.2 PLC控制系统的设计步骤42.3 系统总体方案43 控制系统的硬件设计53.1 泵的选型53.2 传感器的选型53.2.1 传感器选型原则53.2.2 重

5、量传感器的选择53.2.3 液位传感器的选择53.2.4 光电开关传感器的选择63.3 可编程序控制器的选型63.3.1 PLC概述63.3.2 PLC的选型73.3.3 PLC的I/O分配73.4 人机界面的概述及选型83.4.1 组态软件的选型83.4.2 触摸屏概述83.4.3 触摸屏的选型94软件系统的设计与实现94.1软件设计概要94.2上位机组态软件104.2.1 组态软件概述104.2.2 力控软件的组成及特点114.2.3 上位机监控的设计134.2.4 制作工程窗口界面154.2.5 监控系统的I/O设备驱动164.2.6 创建实时数据库174.2.7 动态画面连接194.2

6、.8 动作脚本编程204.3 下位机PLC程序设计214.4 串口通讯224.4.1 PLC通讯功能的概述224.4.2 PLC与力控6.1通讯的实现23 4.4.3 PLC与触摸屏的通讯实现23 结束语24参考文献25附录26致谢301 引言1.1 课题背景与研究意义传统意义上的沥青是由树脂包裹的沥青质分子团组成的胶体物质，它呈现出很强的油质状态（即石油质）。沥青的一个重要特性就是常温下呈现出固体或半固体，但随温度升高极易溶化。这一显著的热敏感性是沥青的最重要的特征，也是其主要弱点。事实上，沥青混合物应能够在全年不同的工作条件下保持其良好的性能。显著的热敏感性妨碍了沥青混合物在高温和低温时呈

7、现出良好的性能，因而必须改进沥青的特性以提高产品性能1。二十多年来，国际国内交通容量增长迅速，重型车辆在其中的比例也不断增长。面对现在和将来的繁重的交通容量，使用传统材料、按传统方法设计的高速公路和机场跑道的沥青路面的寿命将不断降低。为了提高沥青的产品性能，一个可行的方法就是选用某些高分子聚合体改变传统沥青的特性。这种性能优异的添加了橡胶、树脂、高分子聚合物、磨细了的胶粉等改性剂的新型沥青混合物被称为改性沥青。改性沥青的生产工艺过程复杂，工作环境条件差，而改性沥青成品的质量要求较高，因而对改性沥青生产线的自动控制系统提出了较高的要求。本课题研究目的是设计基于PLC的改性沥青生产线上位机监控系统

8、，对改性沥青生产线的生产工序进行自动控制的同时，实现对生产全过程的监控。为适应经济的发展，建设更多、更好的高等级公路势在必行，这无疑对建设工程的设备，尤其是改性沥青设备提出了更高的性能和质量要求。因此，开发性能稳定、操作简单、经济实用、自动化程度高的改性沥青生产线控制系统，对我国的公路建设有较高的工程应用价值。1.2 改性沥青现状及发展状况目前，我国的公路及城市道路建设中普遍使用沥青路面。用沥青铺设的路面是一种无接缝的连续式路面，它以承受力强、无扬尘、防滑、噪音等优越性能在全世界范围内得到了推广应用。在过去公路建设的很多年中，虽然传统材料性能良好，但随着20年来交通容量的不断增加，人类建设更安

9、全、耐久的公路的要求日益迫切，这实际上暴露出传统沥青本质上的局限性：温度敏感性（高温下易软化，低温下易碎裂）；较低的机械性能和弹力性能；易老化；表面状况易出现车辙、龟裂、松散等现象1。由于传统沥青的这些特定缺陷，同时从经济上考虑，公路工程人员，高速公路和机场建设的有关部门都希望采用更好的沥青材料，而改性沥青凭借其优良的性能，完全取代传统沥青成为有效地解决这些问题的最佳方案。改性沥青的使用在欧洲已经有了30年的历史，在中国正大力普及。国内改性沥青生产自动化控制已有10多年的历史，近年来随着高等级公路尤其是高速公路的蓬勃发展，改性沥青技术在我国得到了广泛的应用，但是由于改性沥青生产设备研制的滞后，

10、一定程度上影响了我国改性沥青技术的推广和应用。很多厂商是消化吸收国内外产品的设计思想或是直接购买国外厂家的生产许可证进行生产制造，其售价一般在200300万元，对公路施工部门来说价格较高。因此，研发具有我国自主知识产权的改性沥青生产设备具有极其重要的现实意义。1.3 本课题主要研究内容系统控制流程主要包括程序初始化，检验阀门状态，检验沥青泵状态，分别注入原沥青，打开改性剂插板，注入配方要求的改性剂量，监控混合、研磨、稀释沥青混合物连续生产过程，输出改性沥青。本课题针对改性沥青的研究内容主要包括：(1)查阅文献资料，学习和了解改性沥青的生产工艺与理论知识。(2)结合生产工艺，建立可模拟实际生产的

11、控制过程。(3)完成系统的硬件设计与选型，根据实际的工艺参数选择合理的开关型器件等硬件设备。(4)进行系统上位机设计，下位机PLC控制程序的编写，通过上位机的组态界面来进行现场数据采集，实现监视和控制等功能。2 控制系统的总体方案设计2.1 控制系统工艺流程改性沥青生产线基本的组成部分有：沥青罐（混料罐A，研磨罐B，稀释罐C，成品储存罐D）、料斗设备（改性剂计量斗E、F）、胶体磨、沥青泵、螺旋输送机、称量设备、搅拌设备和辅助设备等。生产线构成如图1所示。图1 改性沥青生产线构成图本系统的具体工艺流程可以概括为：(1) 将两种改性剂分别装入计量斗E、F内，装入数量要大于工艺设定值要求添加的数量。

12、(2) 启动空气压缩机，冷却水泵，A罐立式搅拌器。待空气压缩机气压到0.4Pa后再作下一步动作。(3) 打开1阀门后，启动1沥青泵（当1阀门打不开时，1沥青泵不能启动），向A罐分三步注入基质沥青5700kg。第一步，向A罐注入基质沥青400kg(A-M1)。第二步，启动螺旋输送机，打开9（10）插板门（依配方而定），启动叶片破拱推进器，将改性剂送入A罐，当A罐重量达到5400kg（A-M2）时，进入第三步。第三步，如果E斗，F斗所卸的物料量未达到设定量时，关闭1沥青泵，待改性剂全部注入A罐，关闭9(10#)插板门和叶片破拱推进器。4分钟后关闭螺旋输送机，再次启动1沥青泵，将注入A罐的基质补足，

13、达到罐的总净重，即基质沥青5700kg+改性剂设定值（A-M3），关闭1#沥青泵和1沥青阀门。(4) 打开6阀门，启动胶体磨，打开3阀门，将A罐中的沥青与改性剂的混合物由3阀门流出，通过胶体磨研磨后，经6阀门全部进入B罐后（A罐内重量为0），关闭3阀门，打开4阀门，使B罐中经胶体磨研磨一遍的沥青与改性剂的混合物由4阀门流出，经胶体磨研磨后由6阀门又回B罐。反复循环研磨30-40分钟（时间可调），即成为高浓度改性沥青。(5) 在B罐中的反复循环研磨的同时，打开2阀门，开启1沥青泵，向C罐注入基质沥青5700kg（C-M1）后关闭1沥青泵，关闭2阀门。(6) 当B罐中的沥青与改性剂的混合物经反复研

14、磨已成了高浓度改性沥青，时间已到。打开7阀门，关闭6阀门，将B罐中高浓度的改性沥青由4#阀门流出，经胶体磨通过7阀门注入C罐中，与已注入C罐的5700kg基质沥青充分搅拌15-20分钟（时间可调），稀释均匀，即成为合格的改性沥青（此时C罐内有C-M2）。(7) 当B罐的高浓度改性沥青全部注入C罐，即：C罐中的基质沥青5700kg+B罐中的高浓度改性沥青(5700kg+改性剂设定值)。关闭4阀门，关闭胶体磨，关闭7阀门。(8) 当C罐的基质沥青与高浓度改性沥青经过充分搅拌稀释后成为均匀合格的改性沥青，搅拌时间已到，即开动2沥青泵打开8阀门，把C罐中的改性沥青全部送入D罐后，关闭8阀门和2沥青泵。

15、在通入改性剂的过程中，通过控制插板机打开的时间来控制改性剂的量，从而得到配方不同的改性沥青。而各罐内沥青混合物的重量由于条件限制，改用开关量代替，当重量达到要求重量时，开关闭合，经过PLC计算产生相应动作，实现改性沥青的生产过程。传送设备和称重设备的选择必须能够满足生产现场恶劣的环境，由于沥青具有冷凝性，所以要求系统能够长时间不间断运行。2.2 PLC控制系统的设计步骤PLC控制系统设计的一般步骤如图2所示：图2 PLC控制系统设计步骤示意图2.3 系统总体方案控制系统由称重仪表、可编程控制器、外围执行器件、检测器件以及工业控制计算机等组成。PLC按照工艺参数与流程要求，对沥青、改性剂称重计量

16、、搅拌、研磨及各种泵、搅拌电机、电磁阀进行监测控制，从而实现对改性沥青生产过程的控制，工业控制计算机用于输入或修改各种基础数据和运行参数，显示生产流程，存储统计各种数据、制表打印，实现对生产流程的监控。并且设置“自动”和“手动”两种状态，当现场出现危及人身或设备安全时，可按下急停按钮，实现系统停车。一台PLC可同时对多个物料罐的状态进行实时监测与控制，通过上位机可对各种数据进行查询、打印报表、超时限报警等处理，对各种操作事件、登录事件进行记录，通过权限登录进行相应的操作等。下位机的控制面板采用触摸屏来实现，与DVP-ES系列PLC通过串口进行通讯，既可以实时观测各元件运行状态，也可以代替操作面

17、板实现控制功能。在系统结构及硬件配置上，系统的硬件结构如图3所示：图3 系统硬件结构图3 控制系统的硬件设计3.1 泵的选型泵是将原动机的机械能变为液体能量从而达到抽送液体目的的机器，主要分为离心泵、往复泵、转子泵等。根据本系统要求这里选用深圳索耐泵业有限公司的QBY5气动隔膜泵，它采用压缩空气为动力源，对于各种腐蚀性液体，带颗粒的液体，高粘度、易挥发、易燃、剧毒的液体，均能予以抽光吸尽。3.2 传感器的选型3.2.1 传感器选型原则用传感器首先要考虑传感器所处的实际工作环境，这对正确选用传感器至关重要，它关系到传感器能否正常工作以及它的安全和使用寿命，乃至整个衡器的可靠性和安全性。信号采集作

18、为过程控制系统的前端在整个系统中起着重要的作用。为了对控制系统中的相关参数进行精确测量，一般说来，传感器的选择应当考虑的因素有：灵敏度；精确度；响应特性；线性范围；可靠性等3。此外，在传感器的选择上，除了以上要求外对于安装方式是否经济，维护是否方便和现场是否易于更换部件等问题也要进行相应的考虑。3.2.2 重量传感器的选择重量传感器实际上是一种将重量信号转变为可测量的电信号输出的装置。这里选用北京中航泰隆科技有限公司的TL-602S系列S型压力传感器，该传感器具有精度高，寿命长，维护简单等特点。3.2.3 液位传感器的选择在本系统中液位是很重要的过程变量之一，本系统的原料罐与发酵罐大约在3米以

19、内，所以选择了北京中旺新业电子技术有限公司的ALY液位传感器。它是基于所测液体静压与该液体的高度成比例的原理，采用国外先进的隔离型扩散硅敏感元件的压阻效应，将静压转换为电信号，再经过温度补偿和线性修正，转化成标准电信号。具有抗过载能力强，过压过流保护，反向极性保护，抗干扰能力强等特点。3.2.4 光电开关传感器的选择本系统阀门的开关量检测由光电开关来实现，它是采用光电转换原理控制电路通断使输出信号产生逻辑翻转的一类电器。这里采用了无锡市华阳传感有限公司的HL-S20-N8T0接近开关。3.3 可编程序控制器的选型 3.3.1 PLC概述可编程控制器(Programmable Logic Con

20、troller )是一种数字控制专用电子计算机，它使用了可修改的程序存储器储存指令，执行诸如逻辑、顺序、计时、计数与演算等功能，并通过模拟和数字输入、输出等功能组件，控制各种机械或工作程序。长期以来，PLC一直在各个行业的自动化控制领域得到广泛的使用，为各种各样的自动化设备提供了非常可靠的控制应用。在PLC出现之前，监控系统多采用Visual c+和单片机来实现，整个设计工作繁琐，开发周期长，界面单调，实现功能也较少。随着工业自动化程度的日益提高，可编程控制器(PLC)的使用越来越普遍。PLC使用简单方便，故障率低，对现场环境要求不高，因而倍受青睐。在现在的很多自控系统中，常常选用PLC作为现

21、场控制设备，用于数据采集和输出控制信号；而系统上位机(通常为工控机)利用工控组态软件来完成工业流程及控制参数的显示，实现生产监控和管理等功能。可编程序控制器实质上是一种工业控制专用计算机。PLC主要由中央处理器、存储器、输入单元、输出单元和电源等部分组成，其结构框图如图4所示：图4 PLC组成结构框图CPU是PLC的运算和控制核心，控制其他所有部件的运行。CPU由运算器，控制器和寄存器组成，通过地址总线、数据总线和控制总线与存储器、I/O接口电路连接。存储器是具有记忆功能的半导体电路，用来存放系统程序和用户程序，输入/输出接口是PLC主机与外部设备之间的主要连接组成。3.3.2 PLC的选型在

22、本系统设计过程中不仅要满足现有生产过程的使用要求，还要考虑为以后设备改进留有余地，同时还应考虑系统本身的成本和实验室条件制约。对PLC而言，由于只有逻辑控制，未涉及模拟控制等其它方式(本系统中称重模拟量信号由智能称重仪表处理，PLC只处理开关量)，仅是开关量点数较多。经过分析，从客观条件出发，并考虑到经济性、功能性等原因，选择了小型PLC。在诸如：西门子、三菱、欧姆龙、美国通用电气、台达等众多品牌的PLC中，选择了台达的PLC，这主要是从性价比的角度上去做出的选择，同时也考虑到实验室具体条件。为了保证以后设备的改进的可能性，为今后系统的扩展留有一定的余地，选择了I/O点数较多的DVP-60ES

23、型PLC。产品主要性能4：(1) 控制点数最大允许扩展到128点。(2) 高速的运算速度。(3) 内置3792步RAM，可扩充至16000步。(4) 内置5点A/B相高速计数器。(5) 辅助继电器：1280点；计时器：128点；计数器：148点。(6) 丰富的功能扩展模块。通信接口是PLC实现人机对话、机机对话的通道，通过它PLC可以和编程器、显示器、打印机等外部设备连接，也可以和其他PLC或上位计算机连接，台达DVP-ES系列PLC通常采用编程电缆建立PLC与个人计算机之间的通信，把电缆线的RS-232端连接到PC的通信口，通信端口选用PC上相应的COM口4。 3.3.3 PLC的I/O分配

24、经过对系统的生产工艺和控制要求进行分析，对PLC的输入输出进行合理分配后，得到如表1的I/O分配表：表1 PLC的I/O分配表输入输出X0启动Y01#螺旋输送机X1A-M1信号Y1E斗叶片破拱器X2A-M2信号Y22#螺旋输送机X3A-M3信号Y31#沥青泵X4A空Y42#沥青泵X5C-M1信号Y59#插板机X6C-M2信号Y610#插板机X7C空Y7胶体磨X10E,F允许启动Y101#电磁阀X11配方一Y112#电磁阀X12配方二Y123#电磁阀X14E斗卸料结束Y134#电磁阀X15F斗卸料结束Y14F斗叶片破拱器X16B空Y156#电磁阀X17E-M1信号Y167#电磁阀X201#阀开到

25、位Y178#电磁阀X222#阀开到位Y24A罐搅拌器X243#阀开到位Y26C罐搅拌器X264#阀开到位Y27D罐搅拌器X30F-M1信号X31F-M2信号X326#阀开到位X347#阀开到位X35自动X368#阀开到位X37手动3.4 人机界面的概述及选型3.4.1 组态软件的选型目前工业监控软件的设计己进入采用图形组态软件进行开发的阶段。本系统监控软件采用了三维力控组态软件。三维力控不仅具有强大的图形编辑功能，而且支持多种PLC硬件设备，其通信方式可以很容易实现。工控组态软件是在生产和过程自动化中解决可视化和控制任务的工业技术支撑系统，它提供了适用于工业控制的多种功能模块。三维力控提供的开

26、放界面用于用户解决方案，从而使得将三维力控集成入复杂广泛的自动控制解决方案成为可能。在该项目中，根据现场情况和实际需要设计了实况模拟界面，事件记录界面等。在用图形编辑器设计各界面之前，先要在工程项目的“数据库组态”中定义所需变量的名称和数据类型。人机界面是操作人员和机器设备之间做双向沟通的桥梁，一种用户可以通过自由组合文字、按钮、图形、数字等来处理或监控管理，以应付随时可能变化的信息的多功能显示屏幕5。3.4.2 触摸屏概述在自动化控制中，需要一种人机交互设备实现人与系统的数据和命令的交换。人机界面能取代传统控制面板功能，可节省PLC的I/O端口，按钮开关，数字设定，指示灯等且能随时显示重要信

27、息，以利于操作人员正确掌握机器状况和避免错误，利于维修。在改性沥青生产线控制系统中，选择触摸屏为系统的人机交互设备，主要完成信息的输入、显示功能。系统运行时用户输入的信息主要是各开关量的状态。触摸屏需要将此信息通过串口将它们传送给PLC，经过PLC运算后，对各个泵、电磁阀、搅拌器等发出适当的控制信号，使改性沥青生产线完成运行任务。同时在其运行过程中要监控工作运行中各器件的状态。作为一种特殊的计算机外设，触摸屏是目前最简单、方便、直观的一种人机交互方式。利用这种技术使用者只要用手指轻轻地触摸显示屏上的图符或文字就能实现对计算机操作，大大简化了计算机的输入模式，降低了人机沟通的障碍，让使用者不需具

28、备计算机专业知识，也不必事先接受培训，即可用最直接的方式与机器设备进行互动，使得人人皆可利用接触控制方式来进行输入。使用触摸屏除了可加速输入的速度与效率外，并能吸引更多不具备计算机技能者进行资料交流，提高信息交换的程度，增加有效利用的机会，所以，触摸屏输入方式将会是未来各项信息产品的主流技术之一。为了操作上的方便，人们用触摸屏来代替鼠标或键盘。工作时，必须首先用手指或其它物体触摸安装在显示器前端的触摸屏，然后系统根据手指触摸的图标或菜单位置来定位选择信息输入。触摸屏由触摸检测部件和触摸屏控制器组成；触摸检测部件安装在显示器屏幕前面，用于检测用户触摸位置，接受后送触摸屏控制器；而触摸屏控制器的主

29、要作用是从触摸点检测装置上接收触摸信息，并将它转换成触点坐标，再送给CPU，它同时能接收CPU发来的命令并加以执行。触摸屏是显示器和触摸开关一体型的可编程终端，是新一代高科技人机界面产品。专为PLC应用而设计的触摸屏集主机、输入输出设备于一体，适合在恶劣的工业环境中使用。用它作为人机界面，具有交互性好、可靠性高、编程简单及与PLC连接简便等优点。3.4.3 触摸屏的选型在改性沥青生产线控制系统中，触摸屏主要完成显示、输入功能，对触摸屏的要求不高，有足够的画面数据存储器；有足够的分辨率和显示亮度；有基本的串行通信功能，方便的通信；这样就可以满足基于控制的要求。以此为原则选用台达公司DOP-A系列

30、型号为DOP-A57GSTD 16 Gray的触摸屏。其性能指标如下: 5.7寸STN LCD 8灰阶蓝白色显示屏；ARM9 32-bit CPU；320 * 240像素；4个功能键；1M Flash Memory；128K bytes SRAM；支持USB Host,可外接USB打印机；USB 1.1高速下载模式；3组通讯线路,可同时连接不同的通讯格式；最多支持8国语言画面设计6。4 软件系统的设计与实现4.1软件设计概要系统软件主要包括上位监控软件，下位PLC控制软件，人机界面的编辑等。上位监控主要采用三维力控组态软件编写，力控提供一个完善的人机交互平台，通过这个平台设置系统运行的参数。下

31、位机主要是PLC控制程序的编写，实现控制要求，主要包括模拟量、开关量的输入输出，上位机与下位机的通讯等。人机界面的编辑，主要实现工业控制现场的操作界面，使其能够对各阀门、罐、搅拌器等部件的状态进行监控。其中PLC程序包括主程序和配方子程序。程序一开始，首先检测各罐和阀门是否处于安全状态，在安全运行状态下才进入各阀门及泵的开关信号判断和控制的主程序。在主程序中，先判断各开关的状态，根据这些判断刷新相应的输出。具体而言，它要实现的控制功能有：各罐有顺序的注入沥青或改性剂；各搅拌电机的运行与停止；沥青泵的启停；螺旋输送机、叶片破拱推进器和插板门打开与关闭等。程序工作流程如图5所示。图5 程序工作流程

32、图4.2 上位机组态软件4.2.1 组态软件的概述组态英文是“Configuration”，是用“应用软件”中提供的工具、方法，完成工程中某一具体任务的过程。组态与硬件组装类似，如要组装一台个人计算机，市场上有各种型号的主板、CPU、内存、显卡、硬盘、电源、显示器等，我们购买这些部件拼凑成自己需要的PC。软件中的组态要比硬件的组装有更广阔的空间，要比硬件中的“部件”更多。而且每个“部件”都很灵活，因为软部件都有内部属性，通过改变属性可以改变其规格（如大小、性状、颜色等）。组态软件指一些数据采集与过程控制的专用软件，是面向监控与数据采集（Supervisory Control and Data

33、Acquisition，SCADA）的自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，能以灵活多样的组态方式（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，其预置的各种软件模块可以非常容易地实现和完成监控层的各项功能，并能同时支持各种硬件厂家的计算机和I/O产品，可与工控计算机和网络系统结合，可向控制层和管理层提供软、硬件的全部接口，进行系统集成7。在“组态”概念出现之前，是通过编写程序（如使用BASIC、C、FORTRAN等）来实现某一任务的，编写程序不但工作量大、周期长，而且容易犯错误，不能保证工期。组态软件的出现，解决了这个问题。“组态”的概念是伴随集散型控制系统（Distribu

34、ted Control System简称DCS）的应用产生的，如DCS组态，PLC梯形图组态。在其他行业也有组态的概念，如AutoCAD，PhotoShop，办公软件（PowerPoint）都存在相似的操作，即用软件提供的工具来形成自己的作品，并以数据文件保存作品，而不是执行程序。由于个人计算机的普及和技术的逐渐成熟，如何利用PC进行工业监控，成为工业控制领域的重要研究方向，市场的发展使很多DSC和PLC厂家主动公开通信协议，向“PC”监控完全开放，这不仅降低了监控成本，也使市场空间得以扩大，智能仪器、嵌入式系统和现场总线的出现，更使组态软件成为工业自动化系统中的灵魂。在传统的控制系统中，PL

35、C、DCS、智能仪表或基于PC的工业计算机是参与控制的主角，过程信号的输入和输出必须经由这些硬件设备与现场设备相连，但它们还有不足之处：首先，这些控制设备内部的控制策略修改起来很不方便，有些控制策略在系统运行期间甚至是不允许修改的。其次，这些控制设备的控制能力一般只适用于某些领域，例如DCS过程控制功能较强，但逻辑操作速度不高，而PLC的过程控制算法种类则偏少，这些缺陷严重制约着设备功能的发挥8。这些控制设备与PC间都提供了便利的通讯手段，借助PC上组态软件提供的策略控器的丰富算法，就可以弥补这些设备在运算、控制上的不足，允许发挥其作用。另外，PC设备已经实现了标准化、模块化，这些PC设备在电

36、气性能指标上完全符合工业要求，在可靠性、稳定性等方面都能满足工厂的需要，而且系统在成本、开放性、灵活性、界面等方面的优势日益受到用户的青睐，将给工业控制系统带来巨变。PC上组态软件的组态方式应用灵活，为用户提供了迅速构建工业自动控制系统的监控功能。组态软件能支持各种常用的工控设备和常见的通信协议，并且具备分布式数据管理和网络功能。4.2.2 力控软件的组成及特点力控软件包括：工程管理器、开发系统Draw、人机界面VIEW、实时数据库DB、I/O驱动程序、控制策略、生成器以及各种网络服务组件等。主要的各种组件说明如下：（1）工程管理器(Project Manager)，工程管理器用于创建、删除、

37、备份、恢复、选择当前工程等。（2）开发系统(Draw)，开发系统是一个集成的开发环境，可以创建工程画面、分析曲线、报表生成、定义变量、编制动作脚本等，同时可以配置各种系统参数，启动力控其他程序组件等。我们说的“组态”就在这里完成，开发人员可以在开发环境中完成监控界面的设计、动画连接的定义、数据库的配置等，开发系统管理了力控的多个组件如DB、I/O、HMI、NET等的配置信息。开发系统可以方便的生成各种复杂生动的画面，可以逼真的反映现场设备运行状态。运行系统将开发完的系统进行执行，完成计算机监控的过程。（3）界面运行系统(View)，界面运行系统用来运行由开发系统Draw创建的画面、脚本、动画连

38、接等工程，操作人员通过它来完成监控。（4）实时数据库(DB)，实时数据库是力控软件系统的数据处理核心，构建分布式应用系统的基础。它负责实时数据处理、历史数据存储、统计数据处理、报警处理、数据服务请求处理等。管理器是管理实时数据库的开发环境(Db Manager)，通过Db Manager可以生成实时数据库的基础组态数据，来供运行系统调用。（5）I/O驱动程序(I/O SERVER)，I/O驱动程序负责力控与控制设备的通信。它将I/O设备寄存器中的数据读出后，传送到力控的数据库，然后在界面运行系统的画面上动态显示。对于采用不同协议通信的I/O设备，力控提供具有针对性的I/O驱动程序，实时数据库借

39、助I/O驱动程序对I/O设备执行数据的采集与回送。实时数据库与I/O驱动程序构成服务器/客户结构模式。一台运行实时数据库的计算机通过若干 I/O驱动程序可同时连接任意多台I/O设备。（6）网络通信程序(Net Client/Net Server)，网络通信程序采用TCP/IP通信协议，可利用Intranet/Internet实现不同网络结点与力控的数据通信。（7）通信程序(Port Server)，通信程序支持串口、电台、拨号、移动网络通信。通过力控在两台计算机之间，使用RS-232C接口，可实现一对一(1：1方式)的通信：如果使用RS-485总线，还可实现一对多台计算机(1：N方式)的通信，

40、同时也可以通过电台、MODEM、移动网络的方式进行通信。（8）Web服务器程序(Web Server)，Web服务器程序可为处在世界各地的远程用户实现在台式机或便携机上用标准浏览器实时监控现场生产过程。（9）控制策略生成器(Strategy Builder)，控制策略生成器是面向控制的新一代软件逻辑自动化控制软件，提供包括：变量、数学运算、逻辑功能、程序控制、常规功能、控制回路、数字点处理等在内的十几类基本运算块，内置常规PID、比值控制、开关控制、斜坡控制等丰富的控制算法。同时提供开放的算法接口，可以嵌入用户自己的控制程序。控制策略生成器与力控的其它程序组件可以无缝连接。力控监控组态软件是对

41、现场生产数据进行采集与过程控制的专用软件，最大的特点是能以灵活多样的“组态方式”而不是编程方式来进行系统集成，是在自动控制系统监控层一级的软件平台，它提供了良好的用户开发界面和简捷的工程实现方法，只要将其预置的各种软件模块进行简单的“组态”，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，大大地提高了集成效率。还能同时和国内外各种工业控制厂家的设备进行网络通讯，可以达到集中管理和监控的目的，同时还可以方便的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。力控软件有强大的人机界面编辑功能；丰富的动画连接功能；趋势分析功能；报警与事

42、件管理功能；控件功能；报表系统功能；动态数据交换功能9。4.2.3 上位机监控的设计组态软件通过I/O驱动程序从I/O设备获得实时数据，对数据进行必要处理后，一方面以图形方式直观的显示于计算机屏幕上，实现监视功能；另一方面按照组态要求和操作人的指令将控制数据送给I/O设备执行机构实施控制或调整控制参数，实现控制功能。其数据处理流程如图6所示。图6 力控组态软件的数据处理流程实时数据库是力控的数据服务器，是整个SCADA系统的核心，是组态软件的核心和引擎，I/O数据的连接和采集、历史数据的存储与检索、报警信息处理、数据的运算处理等都是由实时数据库系统来完成的。图形界面系统、I/O驱动程序等组件以

43、实时数据库为核心，通过高效的内部协议相互通讯，共享数据10。根据数据库处理流程，力控组态软件在本系统工程中的组态流程步骤如图7所示：图7 改性沥青生产线组态流程图(1) 收集监控对象的I/O点的参数，填写相关表格，在监控组态软件和PLC上组态时使用。(2) 列出I/O设备的生产商、种类、型号，使用的通信接口类型，采用的通讯协议，在定义I/O设备时使用。(3) 收集所有的I/O点的地址和位号名称、注释，填写表格，在组态数据库时使用。(4) 创建组态界面，根据工艺过程绘制、设计画面结构和画面草图。(5) 定义I/O设备，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I/O设备。I/O设备包括

44、：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I/O设备后，力控才能通过数据库变量和这些I/O设备进行数据交换。(6) 创建实时数据库，根据第(1)步和第(3)步的表格，建立实时数据库，正确组态各种变量参数，在实时数据库中建立变量与I/O点的一一对应关系，即数据连接。(7) 制作静态画面和动态画面连接。根据第(4)步的画面结构和草图，组态每一幅静态的操作画面，将操作画面中的图形对象与实时数据库变量建立动画连接关系，规定动画的属性和幅度。(8) 动作脚本编程，利用开发系统编写动作脚本，可以在运行系统中执行，运

45、行系统通过脚本对变量、函数的操作，便可以完成对现场数据的处理和控制，进行图形化监控。每一段脚本都是与某一个对象或触发事件紧密关联的，动作脚本往往是与监控画面相关的一些控制。(9) 对组态内容进行分段和总体调试。(10) 系统投入运行。4.2.4 制作工程窗口界面力控应用程序主要由窗口构成。各种图形均在窗口上显示。用户窗口是屏幕的一个空间，是一个容器，直接提供给用户使用，在窗口内，创建图形对象并调整画面的布局，组态配置不同的参数以完成不同的功能。在编辑组态界面时，各部件要尽可能接近工业现场的设备外观，在运行状态要不同于静止状态，以最直观的形式来显示现场设备的运行状况，例如在图库里选择罐时要选择带

46、剖面的能够看到罐内液位的罐体，管道在运行时要看到管道内液体流动，指示灯尽可能会闪烁而不是变色。在“开发系统”中，双击“窗口”进入窗口属性，如图8所示，依次创建：登录界面、主控制画面、历史事件界面、报表打印界面等4个窗口。图8 窗口属性 (1)系统登录界面如图9所示，力控开发系统登录界面，可选择登录级别，并且在输入密码正确的情况下进入监控界面。 图9 系统登录界面(2)系统监控主界面如图10所示，此画面显示系统的硬件组成及监控面板，让操作者可以直观的看到改性沥青生产线上各个部件的工作状态。图10 改性沥青生产线工作主界面在WPL soft编程软件里打开调试无误的PLC程序，并置于RUN状态，当拨

47、动“大舜号”控制实验台上相应开关时，上位机系统主界面左下角的控制面板上对应的开关动态显示，并监控其状态。首先打开启动按钮，选择自动或者手动运行模式，在这里选择自动模式。打开自动模式允许开关后，监控界面中A罐的搅拌扇叶开始转动，指示灯闪烁。然后拨动1#阀开关，监控界面中1#阀门和1#沥青泵颜色由灰白变为绿色，二者之间的管道内出现红色流动块，当A-m1信号来到时，1#沥青泵、1#阀门恢复为灰白色，管道内的流动块消失。然后开始运行配方子程序，此时选择配方二，E、F罐在程序设定的时间内打开，如9#插板机打开10秒，10#插板机打开15秒，在插板机打开时，对应的指示灯由灰白变为绿色，插板机打开后，对应的改性剂罐内的叶片破拱推进器动态显示，罐上的指示灯闪烁。当