一．本論文研究的背景

如何對一個系統進行有效的管理和應用，而又不必有過多的投入，充分利用現代計算機技術的應用和發展。減小一些硬件的投入，通過軟件實現硬件的功能。這就產生了“組態”這種技術，它充分的利用了計算機技術，又對硬件進行了有效的管理。同時也減小了一些硬件的投入。以這種“組態”技術為依托，人們發明了“組態”軟件。組態軟件構成的網絡可以聯網，它的兼容性比較強，不像專業plc構成的網絡。它與 internet聯網不大容易。組態軟件可以充分利用電腦的資源。

二．本論文完成的工作

在基于kingview組態軟件的供水控制系統上位機監控系統設計的過程中，本論文主要作了以下的工作：

1. 知道了無塔恒壓供水系統的工藝過程和常規電氣控制系統的工作原理。

2. 熟悉了kingview組態軟件的編程環境、編程方法和用kingview組態軟件編寫上位機監控系統程序。

3. 對系統進行了調試和編寫控制系統使用操作說明書。

三．組態軟件的介紹

組態軟件是指一些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和開發環境，使用靈活的組態方式，為用戶提供快速構建工業自動控制系統監控功能的、通用層次的軟件工具。組態軟件應該能支持各種工控設備和常見的通信協議，并且通常應提供分布式數據管理和網絡功能。組態（configuration）意思就是模塊的任意組合，采用組態技術構成的計算機系統在硬件設計上，除采用工業pc機外，系統大量采用各種成熟通用的i/o接口設備和現場設備，基本不再需要單獨進行具體電路設計。這不僅節約了硬件開發時間，更提高了工控系統的可靠性。在軟件設計上由于采用成熟的工控開發的工具軟件，它為用戶提供了多種通用工具模塊，用戶不需要掌握太多的編程語言技術（甚至不需要編程技術），就能很好地完成一個復雜工程所要求的所有功能。

工控組態軟件集成了圖形技術、人機界面技術、數據庫技術、控制技術、網絡與通信技術，使控制系統開發人員不必依靠某種具體的計算機語言，只需通過可視化的組態方式，就可完成監控程序設計，降低了監控程序開發的難度。組態軟件均具有良好的擴展性、兼容性，軟件結構開放，可接受各種形式的數據格式。同時，支持的硬件類型也十分廣泛。工控組態軟件的出現，使得大型工業控制系統的組態編程變得十分得簡單、容易，工程設計人員不用再設計那些復雜的應用程序（如i/o driver等）。工控組態軟件的功能包括數據庫生成、歷史庫生成、圖形生成、報表生成、順序控制功能、連續調節功能。目前有許多工控組態軟件。例如：intouch、fix、citech、wincc、controx（開物）、force control（力控）、組態王。

四．恒壓供水系統介紹

下面以一個三臺泵生活/消防雙恒壓供水系統為例來說明其工藝過程（已做過簡化），它主要是由plc、變頻器、壓力傳感器、水泵斷路器、接觸器、中間繼電器以及水泵等組成。用戶通過控制柜上的指示操作面板上的指示燈、td-200顯示屏及按鈕、轉換開關來了解和控制系統的運行。如圖1-1所示，市網自來水用高低水位控制器eq來控制注水閥yv1，它們自動把水注滿儲水水池，只要水位低于高水位，則自動往水箱內注水。水池的高/低水位信號也接送給plc，作為低水位報警用。通過安裝在出水管網上的遠傳壓力傳感器將壓力信號轉化為4-20ma的標準信號送入plc，經pid運算與給定壓力參數進行比較，得出調節參數，送給變頻器，由變頻器控制水泵轉速，調節系統供水量，使系統的供水管網壓力保持在給定壓力上；當用水量超過一臺泵的供水量時，通過plc控制器加泵。根據用戶用水量的大小來控制工作泵數量的增減及變頻器對水泵的調速，實現恒壓供水。當供水負載變化時，輸入電機的電壓和頻率也隨之變化，這樣就構成了以壓力設定值為基準的閉環控制系統。

為了保證供水的連續性，水位上下限傳感器高低距離不是很大。生活用水和消防用水共六臺泵，其中三臺消防泵，另外三臺是生活泵，平時由三臺生活泵負責生活用水，當消防系統啟動時，生活用水水泵立即停止運行，消防泵立即投入運行，并按設定壓力對消防水泵進行變頻調速。消防系統警報解除后，生活泵再投入運行。

以生活供水這一個系統的電氣控制為例，其電氣控制部分主電路原理圖如圖1-2所示：三臺電機為m1、m2、m3.接觸器km1、km3、km5分別控制m1、m2、m3的工頻運行，接觸器km2、km4、km6分別控制m1、m2、m3的變頻運行，fr1、fr2、fr3分別為三臺水泵電機過載保護用的熱繼電器，qs1、qs2、qs3、qs4分別為變頻器和三臺水泵電機主電路的隔離開關，fu1為主電路的熔斷器，vvvf為簡單的一般變頻器。

五．雙恒壓無塔供水系統原理

① 下位機控制原理

恒壓供水控制系統的基本控制原理是：采用電動機調速裝置與可編程控制器構成控制系統，進行優化控制泵組的調速運行，并自動調整泵組的運行臺數，完成供水壓力的閉環控制，在管網流量變化時達到穩定供水壓力和節約電能的目的。系統的控制目標是泵站總管的出水壓力，系統設定的給水壓力值與反饋的總管壓力實際值進行比較，其差值輸入cpu運算處理后，發出控制指令，控制泵電動機的投運臺數和運行變量泵電動機的轉速，從而達到給水總管壓力穩定在設定的壓力值上。目前自動恒壓供水系統應用的電動機調速裝置均采用交流變頻技術，而系統的控制裝置采用plc控制器，因plc不僅可實現泵組、閥門的邏輯控制，并可完成系統的數字pid調節功能，可對系統中的各種運行參數、控制點的實時監控。如圖1-3為其下位機的控制原理。

② 上位機監控原理

上位機即是我們通常用的計算機，它也可以對系統進行監控，但是要在組態以后，才能對系統進行監控。這是一個數據進行交換的過程。我們要利用組態軟件有數據交換的功能。通過一根電纜，使它與plc進行數據。這樣的情況與才能用組態軟件進行監控系統。并完成系統運行工況的crt畫面顯示、故障報警及打印報表等功能。能夠對系統運行進行操作，具用實時報警、報警記錄和歷史數據記錄功能。自動恒壓供水系統具有標準的通訊接口，可與城市供水系統的上位機聯網，實現城區供水系統的優化控制，為城市供水系統提供了現代化的調度、管理、監控及經濟運行的手段。這樣的監控更加的簡單，人們一看就能夠理解。

六．恒壓供水系統的組態過程

組態王組態過程要經過定義變量、簡單畫面設計、編輯與動畫連接和命令語言程序編寫。下面介紹一下這幾個過程。

① 定義變量

要組態王知道外部設備的狀態，以及能夠輸出控制信號，需要建立相應的變量。根據i/o變量表，我們需要建立3個i/o輸入變量，12個i/o輸出變量。同時也要建立一些相應的內存變量。以便組態王能夠與s7-200進行數據交換。單擊“數據庫”大綱項下面的“數據詞典”成員名，然后在目錄內容顯示區雙擊“新建”圖標，出現“定義變量”窗口。在“基本屬性”頁中輸入變量名“生活/消防控制信號”，變量類型設置為“i/o離散”，連接設備設置為“新i/o設備”，寄存器設置為“i0.0”，數據類型設置為“bit”，讀寫屬性設置為“只讀”，采集頻率設置為“100ms”。如圖1-4所示。

② 簡單畫面的設計、編輯與動畫連接

用戶可以充分利用組態提供的各種繪圖工具、圖庫來制作畫面，使得畫面能夠逼真地反映控制系統的工作狀況，并且可以通過畫面操作控制系統的運行狀況。如圖1-5所示。動畫連接建立了數據中的變量與圖形畫面中的圖素之間的關系。只有建立了動畫連接，才能將數據中的變量信息反映到圖形畫面中來，或者從圖形畫面控制這變量。

③ 命令語言程序編寫

組態王需要在運行時根據現場設備的情況來進行監控。同時給下位機寫入運行參數。具體的控制要求如下，我們根據控制要求編寫應用程序。對總數為六臺泵的生活/消防雙恒壓供水系統的基本要求是：

（1）生活供水時系統低恒壓值運行，消防供水時系統高恒壓值運行，生活用水時用生活管道，消防用水時用消防管道，兩種供水方式走不一樣的管道；

（2）生活/消防各使用三臺泵，并根據各自的需要設定壓力，采取“先開先停”的原則接入和退出；

（3）在用水量小的情況下，如果一臺泵連續運行時間超過設定的切換時間，則要切換到下一臺泵，即系統具有“倒泵功能”，避免某一臺泵工作時間過長；

（4）三臺泵在啟動時要有軟啟動功能；

（5）要有完善的報警功能；

（6）對泵的操作要有手動控制功能。手動只在應急或調試時臨時使用;

（7）如果水位低于下限，則打開開水閥，使市網水管的水流入水箱，對水箱進行注水;

（8）水位上升到上限，則關閉開水閥;

（9）水位從上限下降到下限之前，開水閥不工作;

（10）采用組態王設計的監控程序能顯示和設定系統工作狀態、參數，能對系統進行操作，具有實時報警記錄和歷史數據記錄功能。

根據這寫出的應用程序如下圖1-6所示。

經過這幾個步驟，基本上完成了系統組態，但要對其進行調試。在組態王運行系統里，仔細觀察各個信號是否正常，如果有不正常的情況出現，分析可能存在的原因，如果變量設置錯誤，對象參數設置錯誤，動畫連接錯誤，表達式錯誤，命令語言錯誤等。通過“畫面-退出 ”菜單項，可以退出組態王運行系統，同時也可以通過“系統設置”退出系統。回到工程瀏覽器或者組態王開發系統，做出相應的修改后再次進入組態王運行系統進行觀察，這需要反復多次才能使得系統工作完全正常。

七．總結

本論文完成了用組態王軟件對恒壓供水系統上位機監控的功能。它實現了恒壓供水系統的自動監控，能顯示和設定系統工作狀態和參數，能對系統運行進行操作，具有實時報警、報警記錄和歷史數據記錄功能。可以說大大提高了自動化水平。可以很好的服務于人們的日常生活。

但本論文組態的恒壓供水系統也存在一些不足，不能隨便開啟任一臺水泵，這要通過編寫程序來實現。由于本人水平有限，沒有編寫出這些程序。它只是監控哪一臺水泵起動了。

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