化工反应车间组态监控系统

项目二项目二 化工反应车间组化工反应车间组态监控系统态监控系统教学提示与教学目标教学提示与教学目标本项目将以建立一个化工反应车间的监控中心为载体，监控中心本项目将以建立一个化工反应车间的监控中心为载体，监控中心从现场采集生产数据，并以动画形式直观地显示在监控画面上；从现场采集生产数据，并以动画形式直观地显示在监控画面上；监控画面还将显示实时和历史趋势曲线并显示报警信息，提供实监控画面还将显示实时和历史趋势曲线并显示报警信息，提供实时显示和历史数据查询的功能，最后完成一个数据统计的报表。时显示和历史数据查询的功能，最后完成一个数据统计的报表。任务任务1 化工反应车间液体混合监化工反应车间液体混合监控设计控设计 一、任务描述一、任务描述 使用组态软件模拟监控化工反应车间液体混合的工作过程，如图2-1-1所示。组态软件模拟过程：原料油罐液位，催化剂罐液位初始值状态均为100，成品油罐液位初始值为0，最大值为100。当打开原料油阀门，原料油罐液位下降，成品油罐液位上升，升降数值相等；同样，催化剂灌液位下降，成品油灌液位上升，升降数值相等，管道产生流动效果。过此任务学习来掌握组态画面水流管道动画效果的使用，掌握画面命令语言在工程中的运用。培养学生组态画面绘制、动画连接设置及简单综合工程设计的能力。二、任务资讯二、任务资讯（一）填充连接 填充连接是使被连接对象的填充物（颜色和填充类型）占整体的百分比随连接表达式的值而变化。建立一个矩形对象，以表示变量“液位”的变化。左图是设计状态，右图是在TouchVew 中的运行状态，如图2-1-2所示。（二）模拟值输出连接 模拟值输出连接是使文本对象的内容在程序运行时被连接表达式的值所取代，如图2-1-5所示。（三）离散值输出连接 离散值输出连接是使文本对象的内容在运行时被连接表达式的指定字符串所取代。例如建立一个文本对象“液位状态”，使其内容在变量“液位”的值小于180 时是“液位正常”，当变量值不小于180 时，文本对象变为“液位过高”。左图是设计状态，右图是在TouchVew 中的运行状态，如图2-1-7 所示。（四）字符串输出连接 字符串输出连接是使画面中文本对象的内容在程序运行时被数据库中的某个字符串变量的值所取代。（五）模拟值输入连接 模拟值输入连接是使被连接对象在运行时为触敏对象，单击此对象或按下指定热键将弹出输入值对话框，用户在对话框中可以输入连接变量的新值，以改变数据库中某个模拟型变量的值。（六）离散值输入连接 离散值输入连接是使被连接对象在运行时为触敏对象，单击此对象后弹出输入值对话框，可在对话框中输入离散值，以改变数据库中某个离散类型变量的值。（七）字符串输入连接 字符串输入连接是使被连接对象在运行时为触敏对象，用户可以在运行时改变数据库中的某个字符串类型变量的值，如图2-1-17 所示。（八）阀门动画设置 1.在画面添加阀门图形，单击菜单“图库/打开图库”左侧选中阀门，右边选择阀门图形，添加到画面上，双击“阀门”图形，弹出该对象的动画连接对话框如图2-1-20 所示。三、任务分析三、任务分析 电动机正反转控制组态监控画面如图2-1-26所示。（五）变量定义五、知识拓展五、知识拓展 1.线属性连接 在“动画连接”对话框中，单击“线属性”按钮，弹出连接对话框。线属性连接是使被连接对象的边框或线的颜色和线型随连接表达式的值而改变。定义这类连接需要同时定义分段点（阀值）和对应的线属性。利用连接表达式的多样性，可以构造出许多很有用的连接。2.填充属性连接 填充属性连接使图形对象的填充颜色和填充类型随连接表达式的值而改变，通过定义一些分段点（包括阀值和对应填充属性），使图形对象的填充属性在一段数值内为指定值。本例为封闭图形对象定义填充属性连接，阀值为0 时填充属性为白色，阀值为100 时为黄色，阀值为200 时为红色。画面程序运行时，当变量“温度”的值在0100 之间时，图形对象为白色；在100200 之间时为黄色，变量值大于200 时，图形对象为红色，如图2-1-41所示。3.文本色连接 文本色连接是使文本对象的颜色随连接表达式的值而改变，通过定义一些分段点（包括颜色和对应数值），使文本颜色在特定数值段内为指定颜色。如定义某分段点，阀值是0，文本色为红色，另一分段点，阀值是100，则当“压力”的值在0100 之间时（包括0），“压力”的文本色为红色，当“压力”的值大于等于100 时，“压力”的文本色为蓝色，如图2-1-43所示。任务任务2 化工反应车间反应罐趋势化工反应车间反应罐趋势曲线监控设计曲线监控设计 一、任务描述一、任务描述 组态王的曲线有实时趋势曲线、历史趋势曲线、温控曲线和X-Y曲线。趋势分析是控制软件必不可少的功能，“组态王”对该功能提供了强有力的支持和简单的控制方法，趋势曲线分实时趋势曲线和历史趋势曲线两种。设计化工反应车间组态监控系统原料油液位、催化剂液位和成品油液位实时和历史趋势曲线，通过此任务来掌握实时趋势曲线和历史趋势曲线在组态工程中的运用，从而提高技术人员在工程中运用趋势曲线提升监控效能的能力。实时趋势曲线监控画面如图2-2-1所示，历史趋势曲线监控画面如图2-2-2所示。二、任务资讯二、任务资讯 1.实时趋势曲线定义 在组态王开发系统中制作画面时，选择菜单“工具实时趋势曲线”项或单击工具箱中的“画实时趋势曲线”按钮，此时鼠标在画面中变为“十”字形，在画面中用鼠标画出一个矩形，实时趋势曲线就在这个矩形中绘出，如图2-2-3 所示。实时趋势曲线对话框如图2-24 所示。标识定义属性卡片对话框如图2-2-5 所示。（二）历史趋势曲线（二）历史趋势曲线 1.历史趋势曲线的种类 第一种是从图库中调用已经定义好各功能按钮的历史趋势曲线，对于这种历史趋势曲线，用户只需要定义几个相关变量，适当调整曲线外观即可完成历史趋势曲线的复杂功能，这种形式使用简单方便；该曲线控件最多可以绘制8 条曲线，但该曲线无法实现曲线打印功能。第二种是调用历史趋势曲线控件，对于这种历史趋势曲线，功能很强大，使用比较简单。通过该控件，不但可以实现组态王历史数据的曲线绘制，还可以实现ODBC 数据库中数据记录的曲线绘制，而且在运行状态下，可以实现在线动态增加/删除曲线、曲线图表的无级缩放、曲线的动态比较、曲线的打印等等。第三种是从工具箱中调用历史趋势曲线，对于这种历史趋势曲线，用户需要对曲线的各个操作按钮进行定义，即建立命令语言连接才能操作历史曲线，对于这种形式，用户使用时自主性较强，能做出个性化的历史趋势曲线；该曲线控件最多可以绘制8 条曲线，该曲线无法实现曲线打印功能。2.与历史趋势曲线有关的其他必配置项（1）定义变量范围 由于历史趋势曲线数值轴显示的数据是以百分比来显示，因此对于要以曲线形式来显示的变量需要特别注意变量的范围。如果变量定义的范围很大，例如999 999+999 999，而实际变化范围很小，例如0.000 1+0.000 1，这样，曲线数据的百分比数值就会很小，在曲线图表上就会出现看不到该变量曲线的情况，关于变量范围的定义如图2-2-6所示。（3）定义历史数据文件的存储目录 在组态王工程浏览器的菜单条上单击“配置”菜单，再从弹出的菜单命令中选择“历史数据记录”命令项，弹出“历史记录配置”对话框，如图2-2-8所示。2.通用历史趋势曲线（1）通用历史趋势曲线的定义 在组态王开发系统中制作画面时，选择菜单“图库/打开图库”项，弹出“图库管理器”，单击“图库管理器”中的“历史曲线”，在图库窗口内用鼠标左键双击历史曲线（如果图库窗口不可见，请按F2 键激活它），然后图库窗口消失，鼠标在画面中变为直角形，鼠标移动到画面上适当位置，单击左键，历史曲线就复制到画面上了，如图2-2-9所示。（2）历史趋势曲线对话框 生成历史趋势曲线对象后，在对象上双击鼠标左键，弹出“历史趋势曲线”对话框。历史趋势曲线对话框由三个属性卡片“曲线定义”、“坐标系”和“操作面板和安全属性”组成，如图2-2-10所示。5.设置历史曲线固有属性 历史曲线控件创建完成后，在控件上单击右键，在弹出的快捷菜单中选择“控件属性”命令，弹出历史曲线控件的固有属性对话框，如图2-2-12 所示。7.运行时修改历史曲线属性 历史曲线属性定义完成后，进入组态王运行系统，运行系统的历史曲线如图2-2-21 所示。三、任务分析三、任务分析（一）能力目标 1.能使用工具箱或菜单绘制实时趋势曲线和历史趋势曲线；2.能进行实时趋势曲线和历史趋势曲线定义、标识定义；3.能创建化工反应车间实时趋势曲线和历史趋势曲线。五、知识拓展五、知识拓展 1.控件种类 组态王本身提供很多内置控件，如列表框、选项按钮、棒图、温控曲线、视频控件等，这些控件只能通过组态王主程序来调用，其他程序无法使用，这些控件的使用主要是通过组态王相应控件函数或与之连接的变量实现的。（1）立体棒图控件 棒图是指用图形的变化表现与之关联的数据的变化的绘图图表。组态王中的棒图图形可以是二维条形图、三维条形图或饼图。（3）PID控件 PID 控件是组态王提供的用于对过程量进行闭环控制的专用控件。通过该控件，用户可以方便的制作PID 控制。任务任务3 化工反应车间反应罐数据化工反应车间反应罐数据报表监控设计报表监控设计 设计化工反应车间组态监控系统原料油液位、催化剂液位和成品油液位实时报表系统，可实时进行数据查询和打印。通过此任务来掌握报表在组态工程中的运用。从而提高技术人员在工程中运用报表功能提升监控效能的能力。如图2-3-1、2-3-2所示。二、任务资讯二、任务资讯进入组态王开发系统，创建一个新的画面，在组态王工具箱按钮中，用鼠标左键单击“报表窗口”按钮，此时，鼠标箭头变为小“+”字形，在画面上需要加入报表的位置按下鼠标左键，并拖动，画出一个矩形，松开鼠标键，报表窗口创建成功，如图2-3-3 所示。2.配置报表窗口的名称及格式套用 组态王中每个报表窗口都要定义一个唯一的标识名，该标识名的定义应该符合组态王的命名规则，标识名字符串的最大长度为31。用鼠标双击报表窗口的灰色部分（表格单元格区域外没有单元格的部分），弹出“报表设计”对话框，如图2-34 所示。该对话框主要设置报表的名称、报表表格的行列数目以及选择套用表格的样式。（二）报表组态 1.认识报表工具箱与快捷菜单 报表创建完成后，呈现出的是一张空表或有套用格式的报表，还要对其进行加工报表组态。报表的组态包括设置报表格式、编辑表格中显示内容等。进行这些操作需通过“报表工具箱”中的工具或单击鼠标右键弹出的快捷菜单来实现，如图2-3-6所示。（三）报表函数 报表在运行系统中单元格中数据的计算、报表的操作等都是通过组态王提供的一整套报表函数实现的。报表函数分为报表内部函数、报表单元格操作函数、报表存取函数、报表历史数据查询函数、统计函数、报表打印函数等。1.报表内部函数 报表内部函数是指只能在报表单元格内使用的函数，有数学函数、字符串函数、统计函数等。其基本上都是来自于组态王的系统函数，使用方法相同，只是函数中的参数发生了变化，减少了用户的学习量，方便学习和使用。2.报表的单元格操作函数 运行系统中，报表单元格是不允许直接输入的，所以要使用函数来操作。单元格操作函数是指可以通过命令语言来对报表单元格的内容进行操作，或从单元格获取数据的函数，这些函数大多只能用在命令语言中。3.存取报表函数 存取报表函数主要用于存储指定报表和打开查阅已存储的报表。用户可利用这些函数保存和查阅历史数据、存档报表。4.报表统计函数（1）Average 函数功能：对指定单元格区域内的单元格进行求平均值运算，结果显示在当前单元格内。使用格式：=Average（单元格区域）（2）Sum 函数功能：将指定单元格区域内的单元格进行求和运算，显示到当前单元格内。单元格区域内出现空字符、字符串等都不会影响求和。使用格式：=Sum（单元格区域）5.报表历史数据查询函数 报表历史数据查询函数将按照用户给定的起止时间和查询间隔，从组态王历史数据库中查询数据，并填写到指定报表上。6.报表打印类函数（1）报表打印函数 报表打印函数根据用户的需要有两种使用方法，一种是执行函数时自动弹出“打印属性”对话框，供用户选择确定后，再打印；另外一种是执行函数后，按照默认的设置直接输出打印，不弹出“打印属性”对话框，适用于报表的自动打印。（2）报表页面设置函数 开发系统中可以通过报表工具箱对报表进行页面设置，运行系统中则需要通过调用页面设置函数来对报表进行设置。页面设置函数的原型为：ReportPageSetup(ReportName)；7.套用报表模板 一般情况下，工程中同一行业的报表基本相同或类似。如果工程人员在每做一个工程时，都需要重新制作一个报表，而其中大部分的工作是重复性的，无疑是增大了工作量和开发周期，特别是比较复杂的报表。而利用已有的报表模板，在其基础上做一些简单的修改，将是一个很好的途径，使工作快速、高效的完成。（四）制作实时数据报表 实时数据报表主要是来显示系统实时变量值的变化情况。除了在表格中实时显示变量的值外，报表还可以按照单元格中设置的函数、公式等实时刷新单元格中的数据。在单元格中显示变量的实时数据一般有两种方法。1.单元格中直接引用变量 在报表的单元格中直接输入“=变量名”，既可在运行时在该单元格中显示该变量的数值，当变量的数据发生变化时，单元格中显示的数值也会被实时刷新。如图2-3-11所示2.使用单元格设置函数 如果单元格中显示的数据来自于不同的变量，或值的类型不固定时，最好使用单元格设置函数。当然，显示同一个变量的值也可以使用这种方法。单元格设置函数有：ReportSetCellValue（）、ReportSetCellString（）、ReportSetCellValue2（）、ReportSetCellString2（）。也可以在数据改变命令语言中使用ReportSetCellString（）函数设置数据，如图2-3-12 所示。这样当系统运行时，用户登录后，用户名就会被自动填充指定单元格中。（五）制作历史数据报表 历史报表记录了以往的生产记录数据，对用户来说是非常重要的。历史报表的制作根据所需数据的不同有不同的制作方法，这里介绍两种常用的方法。1.向报表单元格中实时添加数据 2.使用历史数据查询函数 使用历史数据查询函数从组态王记录的历史库中按指定的起始时间和时间间隔查询指定变量的数据。三、任务分析三、任务分析（一）能力目标 1.能完成实时数据报表和历史数据报表的创建；2.能运用实时报表和历史数据报表函数生成表格及查询；3.会套用报表模板。任务任务4 化工反应车间报警事件监化工反应车间报警事件监控设计控设计“组态王”提供了强有力的报警和事件系统，并且操作方法简单。报警是指当系统中某些量的值超过了所规定的界限时，系统自动产生相应警告信息，表明该量的值已经超限，提醒操作人员。报警允许操作人员应答。事件是指用户对系统的行为、动作。如修改了某个变量的值，用户的登录、注销，站点的启动、退出等。事件不需要操作人员应答。使用组态软件设化工反应车间报警组态工程，设计要求：在化工反应车间组态监控系统，中设置反应罐液位报警。通过此任务来掌握报警和事件在组态工程中的运用。从而提高技术人员在工程中运用报警功能提升监控效能的能力。如图2-4-1所示。二、任务资讯二、任务资讯（一）报警组的定义 往往在监控系统中，为了方便查看、记录和区别，要将变量产生的报警信息归到不同的组中，即使变量的报警信息属于某个规定的报警组。报警组是按树状组织的结构，缺省时只有一个根节点，缺省名为RootNode（可以改成其他名字）。可以通过报警组定义对话框为这个结构加入多个节点和子节点，如图2-4-2所示。组态王中最多可以定义512 个节点的报警组。通过报警组名可以按组处理变量的报警事件，如报警窗口可以按组显示报警事件，记录报警事件也可按组进行，还可以按组对报警事件进行报警确认。（二）定义变量的报警属性 在使用报警功能前，必须先要对变量的报警属性进行定义。组态王的变量中模拟型（包括整型和实型）变量和离散型变量可以定义报警属性，下面一一介绍。1.通用报警属性功能介绍 在组态王工程浏览器“数据库/数据词典”中新建一个变量或选择一个原有变量双击它，在弹出的“定义变量”对话框上选择“报警定义”属性页，如图2-4-6 所示。2.模拟量变量的报警类型 模拟量主要是指整型变量和实型变量，包括内存型和I/O 型的。模拟型变量的报警类型主要有三种：越限报警、偏差报警和变化率报警。对于越限报警和偏差报警可以定义报警延时和报警死区。（1）越限报警 模拟量的值在跨越规定的高低报警限时产生的报警。越限报警的报警限共有四个：低低限、低限、高限、高高限，其原理图如图2-4-7所示。（2）偏差报警 模拟量的值相对目标值上下波动超过指定的变化范围时产生的报警。偏差报警可以分为小偏差和大偏差报警两种。当波动的数值超出大小偏差范围时，分别产生大偏差报警和小偏差报警，其原理图如图2-48 所示。（3）变化率报警 变化率报警是指模拟量的值在一段时间内产生的变化速度超过了指定的数值而产生的报警，即变量变化太快时产生的报警。系统运行过程中，每当变量发生一次变化，系统都会自动计算变量变化的速度，以确定是否产生报警。变化率报警的类型以时间为单位分为三种：%x/秒、%x/分、%x/时。变化率报警的计算公式如下：（变量的当前值 变量上一次变化的值）100）（变量本次变化的时间 变量上次变化的时间）（变量的最大值变量的最小值）（报警类型单位对应的值）（4）报警延时和报警死区 对于越限和偏差报警，可以定义报警死区和报警延时。报警死区的原理图如图2-49所示。3.离散型变量的报警类型 离散量有两种状态：1 和0。离散型变量的报警有三种状态：1 状态报警：变量的值由0变为1 时产生报警；0 状态报警：变量的值由1 变为0 时产生报警；状态变化报警：变量的值由0 变为1 或由1 变为0 时都产生报警。离散量的报警属性定义如图2-411 所示。（三）事件类型及使用方法 事件是不需要用户来应答的。组态王中根据操作对象和方式等的不同，将事件分为以下几类，分别为：操作事件、登录事件、工作站事件和应用程序事件四类。（四）如何记录、显示报警 组态王中提供了多种报警记录和显示的方式，如报警窗、数据库、打印机等。系统提供将产生的报警信息首先保存在一个预定的缓冲区中，报警窗根据定义的条件，从缓冲区中获取符合条件的信息显示。三、任务分析三、任务分析 化工反应车间报警监控画面如图2-4-20所示。水池水位组态监控系统变量定义如图2-4-21所示。五、知识拓展五、知识拓展组态王中报警和事件的处理方法是：当报警和事件发生时，组态王把这些信息存于内存中的缓冲区中，当缓冲区达到指定数目或记录定时时间到时，系统自动将报警和事件信息进行记录。组态王内置控件是组态王提供的、只能在组态王程序内使用的控件。控件是用来执行专门任务的，但不是一个独立的应用程序，通过控件的属性、方法等控制控件的外观和行为，接受输入并提供输出。控件在外观上类似于组合图素，工程人员只需把它放在画面上，然后配置控件的属性，进行相应的函数连接，控件就能完成复杂的功能。当所实现的功能由主程序完成时需要制作很复杂的命令语言，或根本无法完成时，可以采用控件。主程序只需要向控件提供输入，而剩下的复杂工作由控件去完成，主程序无需理睬其过程，只要控件提供所需要的结果输出即可。