自动控制系统课程设计基于组态软件的智能楼宇控制系统设计

自动控制系统课程设计设计题目专业名称班级学号学生姓名指导教师设计时间2011.6.272011.7.8 自动控制系统课程设计任务书专业 自动化 班级 姓名 设计题目：基于组态软件的智能楼宇控制系统设计 一、设计实验条件地 点：自动化系实验室实验设备：PC机二、设计任务1、根据题目要求进行资料收集及监控方案的设计。 2、利用力控组态软件，完成控制系统软件组态，包括：建立实时数据库；绘制控制主界面；包括数据采集、显示（界面动画等）、报警组态、数据保存、历史数据查询、报表打印等功能。 3、撰写课程设计说明书三、设计说明书的内容1、 设计题目与设计任务（设计任务书）2、 前言（绪论）(设计的目的、意义等)3、 主体设计部分4、 参考文献5、 结束语四、设计时间与设计时间安排1、设计时间：6月27日7月8日2、设计时间安排： 熟悉课题、收集资料： 3天（6月27日 6月29日) 具体设计（含上机实验）： 6天（6月30日 7月5日)编写课程设计说明书： 2天（7月6日 7月7日)答辩： 1天（7月8日） 前言 随着工业自动化水平的迅速提高和计算机在工业领域的广泛应用，人们对工业自动化的要求越来越高，种类多的控制设备和过程监控装置在工业领域的应用，使得传统的工业控制软件已无法满足用户的各种要求。通用工业自动化组态软件的出现未解决上述实际工程问题提供了一种崭新的方法，因为它能够很好的解决传统工业控制软件存在的种种问题，使用户能根据自己的控制对象和控制目的任意组态，完成最终的自动化控制工程。目前世界上组态软件品种繁多，国外产品有美国Wonderware公司的InTouch,美国Intellution公司的iFIX等，国内产品有三维力控，组态王，MCGS等。一组态软件基本概述组态软件通常是被用来为工业过程控制，计算机集散控制和实时监测领域进行服务的一种计算机系统软件。大部分的组态软件都具有功能完善、操作简便、可视性好、可维护性强等优点。它一般采用图形化编程结构，真实将现场的运行情况反映在计算机的屏幕上。力控ForceControl6.1 监控软件概述力控Forcecontrol6.1 工业监控组态软件是北京三维力控科技有限公司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自动化软件产品，是力控科技全体 研发工程师集体智慧的结晶，该产品主要定位于国内高端HMI/SCADA 自动化市场及应用，是企业信息化的有力数据处理平台。力控Forcecontrol6.1 产品在数据处理性能、容错能力、界面容器、报表等方面产生了巨大飞跃，力控Forcecontrol6.1 在秉承力控6.0成熟分布式应用技术的基础上，功能更强大，主要特点如下： 1）、互联网时代的骄傲 提供在Internet/Intranet上通过IE浏览器以“瘦”客户端方式来监控工业现场的解决方案；支持通过PDA 掌上终端在Internet实时监控现场的生产数据，支持通过移动GPRS、CDMA、GSM 网络与控制设备或其它远程力控节点通讯； 面向国际化的设计，同步推出英文版和繁体版，保证对多国语言版的快速支持与服务； 力控软件内嵌分布式实时数据库，数据库具备良好的开放性和互连功能，可以与MES、SIS、PIMS 等信息化系统进行基于XML 、OPC、ODBC、OLE DB 等接口方式进行互连，保证生产数据实时地传送到以上系统内。 2）、强大的移动网络 支持通过移动GPRS、CDMA 网络与控制设备或其它远程力控节点通讯,力控移动数据服务器与设备的通讯为并发处理、完全透明的解决方案，消除了一般软件采用虚拟串口方式造成数据传输不稳定的隐患，有效的流量控制机制保证了远程应用中节省通讯费用。 3）、完整的网络冗余及软件容错解决方案 作为民族产业的大型SCADA、DCS 软件，力控软件支持控制设备冗余、控制网络冗余、监控服务器（双机）冗余、监控网络冗余、监控客户端冗余等多种系统冗余方式。 力控软件支持控制设备冗余如SIEMENS 公司的S7400H,GE 的GE9070 系列PLC 的冗余模式，支持普通的232、485、以太网等控制网络的冗余，支持控制硬件的软冗余切换和硬冗余切换。 4）、稳定的通讯处理支持通过RS232、RS422、RS485、电台、电话轮循拨号、以太网、移动GPRS、CDMA、GSM 网络等方式和设备进行通讯。 支持主流的DCS、PLC、DDC、现场总线、智能仪表等1000多种厂家设备的通讯。 支持离线诊断，在开发环境下可以诊断是否正常通讯。支持不同协议的设备在一条通讯链路进行通讯。 支持在大型SCADA 系统中的远程通道冗余通讯。 5）、图形系统主要特点： 方便、灵活的开发环境，提供各种工程、画面模板、可嵌入各种格式（BMP、GIF、JPG、JPEG、CAD 等） 的图片，方便画面制作，大大降低了组态开发的工作量； 强大的分布式报警、事件处理，支持报警、事件网络数据断线存储，恢复功能； 支持操作图元对象的多个图层，通过脚本可灵活控制各图层的显示与隐藏； 强大的ActiveX 控件对象容器，定义了全新的容器接口集，增加了通过脚本对容器对象的直接操作功能，通过脚本可调用对象的方法、属性； 全新的、灵活的报表设计工具：提供丰富的报表操作函数集、支持复杂脚本控制，包括：脚本调用和事件脚本，可以提供报表设计器，可以设计多套报表模板，报表文件格式兼容Excel 工作表文件，支持图表显示自动刷新，可输出多种文件格式：Excel、TXT、PDF、HTML、CSV 等。 6）分布式的结构 力控监控组态软件在软件功能模块的分布式体系结构体现在各个组件程序间的关系上，图形界面系统VIEW 和实时数据库DB 之间是分布式的，力控科技在图形VIEW 级率先提出了数据源的概念，使一个图形界面可同时连接多个不同的机器上的实时数据和数据源，而各个分布式的数据库分别对连接自己的I/O Server进行采集数据和处理，如输入数据的量程变换、流量累积、报警检查，以及PID运算等，这种 体系结构的优越性在于，各组件任务分配更合理，使您的系统实时性更好，稳定性更高。三智能化楼宇的定义什么样的建筑才算是智能化楼宇？目前世界上的对楼宇智能化的提法很多，欧洲、美国、日本、新加坡及国际智能工程学会的提法各有不同，其中，日本的国情与我国较为相近，其提法可以参考，日本电机工业协会楼宇智能化分会把智能化楼宇定义为：综合计算机、信息通信等方面的最先进技术，使建筑物内的电力、空调、照明、防灾、防盗、运输设备等协调工作，实现建筑物自动化（BA）、通信自动化（CA）、办公自动化（OA）、安全保卫自动化系统（SAS）和消防自动化系统（FAS），将这5种功能结合起来的建筑，外加结构化综合布线系统（SCS），结构化综合网络系统（SNS），智能楼宇综合信息管理自动化系统（MAS）组成，就是智能化楼宇。 1）智能楼宇的起源和发展 现代社会对信息的需求量越来越大，信息传递速度也越来越快，二十一世纪是信息化的世纪，目前推动世界经济发展的主要是信息技术、生物技术和新材料技术，而其中信息技术对人们的经济、政治和社会生活影响最大，信息业正逐步成为社会的主要支柱产业，人类社会的进步将依赖于信息技术的发展和应用。 近年来，电子技术（尤其是计算机技术）和网络通信技术的发展，使社会高度信息化，在建筑物内部，应用信息技术、古老的建筑技术和现代的高科技相结合，于是产生楼宇智能化。 楼宇智能化是采用计算机技术对建筑物内的设备进行自动控制，对信息资源进行管理，为用户提供信息服务，它是建筑技术适应现代社会信息化要求的结晶。1984年美国联合科技的UTBS公司在康涅狄格（Connecticut Stste）州哈伏特（Hartford）市将一座金融大厦进行改造并取名City Place（都市大厦），主要是增添了计算机设备、数据通信线路、程控交换机等，使住户可以得到通信、文字处理、电子函件、情报资料检索、行情查询等服务。同时，对大楼的所有空调、给排水、供配电设备、防火、保安设备由计算机进行控制，实现综合自动化、信息化，使大楼的用户获得了经济舒适、高效安全的环境，使大厦功能发生质的飞跃，从而诞生了世界上第一座智能化楼宇。自此以后，世界上楼宇智能化建设走上了高速发展轨道。 2）智能化楼宇的基本要求智能化楼宇的基本要求是，有完整的控制、管理、维护和通信设施，便于进行环境控制、安全管理、监视报警，并有利于提高工作效率，激发人们的创造性。简言之，楼宇智能化的基本要求是：办公设备自动化、智能化，通信系统高性能化，建筑柔性化，建筑管理服务自动化。 楼宇智能化提供的环境应该是一种优越的生活环境和高效率的工作环境：舒适性。使人们在智能化楼宇中生活和工作（包括公共区域），无论是心理上还是生理上均感到舒适，为此，空调、照明、噪音、绿化、自然光及其他环境条件应达到较佳或最佳状态。高效性。提高办公业务、通信、决策方面的工作效率，节省人力、时间、空间、资源、能耗、费用，以及建筑物所属设备系统使用管理的效率。方便性。除了集中管理，易于维护外，还应具有高效的信息服务功能。适应性。对办公组织机构、办公方法和程序的变更以及设备更新的适应性强，当网络功能发生变化和更新时，不妨碍原有系统的使用。安全性。除了要保证生命、财产、建筑物安全外，还要考虑信息的安全性，防止信息网中发生信息泄露和被干扰，特别是防止信息数据被破坏、被篡改，防止黑客入侵。可靠性。选用的设备硬件和软件技术成熟，运行良好，易于维护，当出现故障时能及时修复。 3）智能化楼宇的功能从楼宇智能化的功能角度看，楼宇智能化提供的功能应包括：具有信息处理功能，而且信息范围不只局限于建筑物内，应该能在城市、地区或国家间进行。能对建筑物内照明、电力、暖通、空调、给排水、防灾、防盗、运输设备进行综合自动控制。能实现各种设备运行状态监视和统计记录的设备管理自动化，并实现以安全状态监视为中心的防灾自动化。建筑物内应具有充分的适应性和可扩展性。它的所有功能应能随技术进步和社会需要而发展。 4）智能化楼宇的优越性和普通建筑相比，智能化楼宇的优越性体系那体现在以下几个方面：具有良好的信息接收和反应能力，提高工作效率。提高建筑物的安全、舒适和高效便捷性。具有良好的节能效果。对空调、照明等设备的有效控制，不但提供了舒适的环境，还有显著的节能效果（一般节能达1520%）。节省设备运行维护费用。一方面系统能正常运行，发挥其作用可降低机电系统的维护成本，另一方面由于系统的高度集成，操作和管理也高度集中，人员安排更合理，从而使人工成本降到最底。满足用户对不同环境功能的需求。高薪技术的运用能大大提高工作效率。 四 目的和意义为了早期发现和通报火灾，防止和减少火灾危害，保护人身和财产安全。保卫社会主义现代化建设，防止火灾引起燃烧、爆炸等事故，造成严重的经济损失，甚至危及生命安全。烟雾检测报警装置是能够检测环境中的烟雾浓度并具 有报警功能的仪器。该报警装置是石油化学工业、有气体泄漏可能 的生产工厂及家庭防火防爆必备的仪器。烟雾报警器属于中华人 民共和国强制检定的工作计量器具目录中第46项，它归类于物理化学 计量器具。建筑设计防火规范(GBJ16-87)第10.3.2条明确规定:“散发可燃烟雾、可燃蒸汽的甲类厂房和场所，应设置烟雾浓度检测报警装置”。2003年12月，国家执行新的烟雾探测器标准(GB 15322-2003)可燃烟雾探测器，2004年10月国家颁布可燃烟雾检测报警器规程JJG693-2004，研究新型、性能稳定、准确监测可燃性气 体，并合乎国家相关规定的报警器具有极其重要得意义。目前我国已有许多城市铺设了煤气管道，使用人口约达二亿人，煤气 发生基地及中转站也达几千家。如果这些家用燃气和煤气基地及中转站的 报警率按10% 计算，烟雾检测报警器的需求量就达2000万台以 上。随着全社会对防火防爆及人身安全的重视程度的提高，这个数字会继 续增长。 近十年来，农村的沼气使用也得到了极大的发展。到2006年底，全 国沼气池数量已达近1300万座，这就为检测沼气（主要成分是甲烷）浓 度的仪器提供了市场。可见，烟雾报警器具有十分广阔的市场前景。五软件设计软件组态基于力控ForceControl6.1 组态、软件的设计与实现主要包括以下几个步骤：画面创建，动画连接，I/O设备设置、创建实时数据库、数据连接。创建画面根据本系统的特点，设计了监控室、房间探头、数据给予、数据报表、自动喷淋等界面。主界面主控室房间探头数据给予自动喷淋数据的采集、保存及查询界面如图所示，说明了系统的实时数据信息，及相关历史数据的查询。报警信息界面如图所示，由报警组态及相关报警设置来完成系统的报警任务。动画连接动画连接是指画面中图形对象与变量或表达式对应关系。建立了连接后，在监控系统运行时，根据变量或表达式的数据变化，图形对象改变颜色，大小等外观，文本会进行动态刷新。这样就将现场真实的数据放映到计算机的监控界面中，从而达到监控目的。I/O设备设置及管理I/O设备设置是指对包括应用程序的“软件设备”和现场数据采集交换的硬件设备在内的广义上I/O设备驱动程序进行配置，使其与组态软件建立通信，构成一个完成的系统。在被监控系统中，分别对温度“temp”，光强“lgt“，报警开关“s1”，进行了定义，地址的分配，通信方式的选定等操作。在监控系统中建立的仿真PLC，其实现方法如图所示。配置I/O设备的过程在图形开发环境的导航器中进行，按照设备安装对话的提示就可以完成I/O设备的配置的工作。I/O设备配置完成后，在导航器中将列出I/O设备的设备名称，同时生成的设备名称即可用于数据连接过程。在系统运行时，力控通过内部管理程序自动启动相应的I/O驱动程序，I/O驱动程序负责与I/O设备的实时数据交换。建实时数据库实时数据库是整个监控系统的核心。它负责整个系统的实时数据处理和历史数据的存储、统计数据处理，完成与过程数据采集的双向数据通信。在本系统中，经过创建点参数、定义I/O设备、数据连接等几个步骤便可以完成数据库的创建。系统中采用的I/O设备的数据采集与回送是实时数据库的一个最基本的功能。因为实时数据库系统应用所面向的监控对象最终还是要落实到具体的硬件设备。力控数据支持的I/O设备包括DCS、可编程控制器、智能模块、智能仪表、控制器、变频器等。数据库与I/O设备之间的数据交换方式也相应的有很多种。脚本程序房间探头a1=0;a2=0;a3=0;a4=0;b1=0;b2=0;b3=0;b4=0;c1=0;c2=0;c3=0;c4=0;d1=0;d2=0;d3=0;d4=0;temp1=ntemp1+temp.pv;temp2=ntemp2+temp.pv;temp3=ntemp3+temp.pv;temp4=ntemp4+temp.pv;lgt1=nlgt1+lgt.pv;lgt2=nlgt2+lgt.pv;lgt3=nlgt3+lgt.pv;lgt4=nlgt4+lgt.pv;IF smg1=45 THENa1=1;ELSEa1=0ENDIFIF nhum1=45 THENc1=1;ELSEc1=0;ENDIFIF ntemp1+temp.pv=45 THENd1=1;ELSEENDIFIF smg2=45 THENa2=1;ELSEa2=0; ENDIFIF nhum2=45 THENc2=1;ELSEc2=0;ENDIFIF ntemp2+temp.pv=45 THENd2=1;ELSEd2=0; ENDIFIF smg3=45 THENa3=1;ELSEa3=0; ENDIFIF nhum3=45 THENc3=1;ELSEc3=0; ENDIFIF ntemp3+temp.pv=45 THENd3=1;ELSEd3=0;ENDIFIF smg4=45 THENa4=1;ELSEa4=0; ENDIFIF nhum4=45 THENc4=1;ELSEc4=0;ENDIFIF ntemp4+temp.pv=45 THENd4=1;ELSEd4=0;ENDIF自动喷淋IF b1=1|b2=1|b3=1|b4=1 THENs2.pv=1;ELSEs2.pv=0; ENDIFIF a1=1|c1=1|d1=1|a2=1|c2=1|d2=1|a3=1|c3=1|d3=1|a4=1|c4=1|d4=1 THENs1.pv=1;ELSEs1.pv=0;ENDIF查询历史报表要连续查询历史报表的数据，需要给报表加入按钮控制对象，给按钮赋予相应动作。其实现步骤与方法：同时选中所需按钮和历史报表，用工具箱中“打成单元”工具，将按钮和历史报表打成单元。双击“前一天”按钮出现动画连接对话框；选中“触敏动作/一般动作”，在弹出的脚本编辑器中输入：“this.off-day=this.off-day+1”其他几个按钮的处理方法相同，但脚本程序分别是：“后一天”按钮：“this.off-day=this.off-day-1”;运行显示即可。打印报表自动打印：单机按钮来打印报表：激活Draw菜单命令“特殊功能/动作/数据改变”，进入脚本编辑对话框，在“变量名”内键入系统变量“$Hour”，在编辑器内键入脚本：If($Hour = 6)&($Minute =0)&($Second=3)thenPrint(“Report1.drw”);ENDIF;按照上面的设置，每当时间由上午5点59分59秒变为6点时，报表便会自动打印出来。六结束语利用力控 组态软件设计的水处理系统，可以很好的对液位，压力进行监控。但此次设计知识实现简单的监控功能，对于现场的实时数据的采集和科学的控制策略没有实现。不过通过此次设计了解到力控 组态软件画面制作简单，动画连接方便；利用一些简单的控制语句可以很方便的实现控制组态，而且自带实时数据库是一个高性能、高速度、高吞吐能力、可靠性强、跨网络系统的开放式实时数据库。总之，组态软件具有实时多任务、接口开放、使用灵活、功能多样、运行可靠的特点。监控组态软件投入运行后，操作人员可以在它的支持下完成多项任务：查看生产现场的实时数据及流程画面自动打印各种实时/历史生产报表自动浏览各个实时/历史趋势画面及时得到并处理各种过程报警和系统报警在需要时，认为的干预生产过程，修改生产过程参数和状态与管理部门的计算机联网，为管理部门提供生产实时数据参考文献马国华，监控组态软件及其应用【M】。北京：清华大学出版社，2002.4赵一丁，软件工程基础【M】。北京：北京邮电大学出版社，2006.9