滴灌施肥控制系统设计

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滴灌施肥如何控制肥料浓度推荐度：
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摘要

滴灌施肥装置控制系统设计

[摘要]随着生产和科技的发展，针对滴灌施肥控制系统中的实际情况，本设计采用基于软件King View 6.53的监控系统，结合传感器技术、PLC技术和微机监测技术构建计算机监控系统。随着现代控制技术的发展，本设计以PC机作为上位机，实时监控液位、流量、压力及各种肥的浓度等被控量的信息状态，不但可以使用户实时了解被控量，而且可以很方便的下达控制指令。在滴灌施肥过程中通过上位PC机的实时监控程序对施肥过程中的状态参数（如EC/PH值、流量、液位、实时曲线等）进行实时显示，对数据进行保存和处理，并且能够按照用户设置的施肥程序实时自动的控制施肥液浓度、施肥量和施肥时间等参数，执行精确的施肥过程，提高农产品的产量和品质。

本设计使用的King View 6.53软件以及其所带的控件构成的系统能够完成数据的采集，监测，实时控制等功能，同时完成数据保存、查看以及报警功能等等，实现趋势分析、显示。本设计完全能实现滴灌施肥控制系统中监测与控制，能够满足用户的需求。

关键词：滴灌施肥自动控制组态软件可编程控制器

Abstract

Fertigation device control system design

Abstract: with the development of production and technology, in view of the actual situation in the control system of drip fertigation, the design of the monitoring system software based on King View 6.53, construction of computer monitoring system combined with the sensor technology, PLC technology and computer monitoring technology. With the development of modern control technology, the design of the PC machine as the position machine, real-time monitoring of liquid level, flow, pressure and concentration of various fertilizer amount charged state information, not only can the user real-time understanding of the controlled quantity, but also can make control instruction is very convenient. Through the upper PC real-time monitoring program of state parameters in the process of fertilization in drip irrigation and fertilization process (such as EC/ pH, flow, level, real-time curve) for real-time display, preservation and processing of the data, and the parameters can be set by the user application program of real-time automatic control of fertilizer solution concentration, amount of fertilizer and fertilization time, perform fertilization process accurately, improve the yield and quality of farm products. System design using King View 6.53 software and control the belt can complete the data collection, monitoring, real-time control functions, at the same time, data save, view and alarm functions and so on, trend analysis, display. This design can fully and control to realize monitoring of drip fertigation control system, to meet the needs of users.

Keywords: programmable controller automatic control configuration software of drip fertigation

第一章绪论 .......................................................... 1 1. 1 研究背景 ........................................................ 1 1.2 滴灌施肥的国内外发展概况 ......................................... 1 1.3 课题研究的研究内容及研究意义 ..................................... 2 第二章滴灌施肥控制系统总体方案设计 ............................... - 4 - 2.1灌溉施肥系统总方案设计 ........................................ - 4 - 2.2滴灌施肥监控系统的一般结构 .................................... - 5 - 2.2.1集中式计算机监控系统 ..................................... - 5 - 2.2.2分布式计算机监控系统 ..................................... - 6 - 2.3 监控系统的总体方案 ............................................ - 9 - 2.4 控制系统方案设计原则 ......................................... - 10 - 第三章硬件设备选用及PLC编程 .................................... - 11 - 3.1 主要硬件设备选用 ............................................. - 11 - 3.1.1 S7-200系列CPU226及EM231简介 .......................... - 11 - 3.1.2 AB变频器 ............................................... - 12 - 3.1.3大连海峰超声波流量计 .................................... - 13 - 3.2 PLC编程 ..................................................... - 14 - 第四章组态王软件介绍 ............................................ - 34 - 4.1 组态王特点 ................................................... - 34 - 4.2 组态王软件的组成概述 ......................................... - 39 - 4.3 用组态王建立应用程序项目的一般过程 ........................... - 40 - 第五章滴灌施肥监控系统程序的开发与设计 .......................... - 42 - 5.1 组态软件的界面设计 ........................................... - 42 - 5.1.1主画面 .................................................. - 42 - 5.1.2用户配置画面 ............................................ - 42 - 5.1.3报警画面 ................................................ - 43 - 5.1.4参数修改画面 ............................................ - 43 - 5.1.5历史曲线画面 ............................................ - 44 - 5.1.6历史数据报表画面 ........................................ - 44 - 5.2 程序的开发与编写 ............................................. - 47 - 总结 ............................................................. - 52 - 参考文献 ......................................................... - 53 - 致谢 ............................................................. - 54 -

III

第一章绪论

在滴灌施肥系统的运作过程中，只有做到各参量的准确把握与控制，才能保障农作物能够健康生长的基本要求，达到提高农作产量的目的。这也是运用科学技术实现科学种田的重要体现。因此在监控系统中，使其正常运转对农业生产具有重要意义。本设计针对滴灌施肥控制过程中的现场实际情况，进行上位机监控和管理下位机精确执行，保证了整个系统的精确稳定运作。

1. 1 研究背景

我国是一个水资源严重短缺的国家，干旱是制约我国农业发展的主要因素之一。在我国，水的有效利用率只有30％一40％，喷灌、滴灌等先进的节水灌溉占总灌溉面积的比例还很小，大多数地区仍沿用地面灌溉。发展节水灌溉，提高农业生产力的潜力很大。除水分外，养分缺乏以及水、肥二者供应的不同步性，是制约我国农业生产发展经常遇到的问题滴灌施肥可有效地调节作物水分和养分的供应，在我国具有巨大的应用前景。尤其在西北和华北地区，由于这一地区占我国国土面积的52．2％，耕地面积约占全国的30％，采用滴灌施肥技术，不仅可节约该地区宝贵的水资源，而且可使原来一些采用常规灌水施肥方法不适宜种植的土地，如荒地、甚至沙漠种植变为现实。

滴灌施肥技术的应用有利于实现“三个根本改变”，一是有利于根本改变传统农业用水方式，大幅度提高水资源利用率；二是有利于根本改变农业生产方式，提高农业综合生产能力；三是有利于根本改变传统农业结构，大力促进生态环境保护和建设，最终实现农产品竞争力增强、农业增效和农民增收的目的。

1.2 滴灌施肥的国内外发展概况

20世纪60年代，以色列人创造了滴灌技术，并建成了世界上第一个滴灌系统。这一系统由不同口径的塑料管组成，灌溉水和溶于水中的化肥从水源被直接输送到作物根部，呈点滴状缓缓而均匀地滴灌到作物根区的土壤中。滴灌使农业灌溉技术发生了根本性变化，标志着农业灌溉由粗放走向高度集约化和科学化，基本实现了按需供水、肥，成为灌溉技术的一项重大突破。而滴灌施肥是在滴水灌溉技术的基础上发展起来的。滴灌施肥加入的肥料，在发展初期多是由固体肥料如(NH)，SO、KCI等溶解而来。

中国灌溉施肥技术的发展始于1974年。近30年来，随着微灌技术的推广应用，灌溉施肥技术不断发展，大体经历了以下3个阶段:

第一阶段(1974一1980年):引进滴灌设备，并进行国产设备研制与生产，开展微

第一章绪论

灌应用试验。1980年我国第一代成套滴灌设备研制生产成功。

第二阶段(1981一1996年):引进国外先进工艺技术，设备国产规模化生产基础逐渐形成。微灌技术由应用试点到较大面积推广，微灌试验研究取得了丰硕成果，在部分微灌试验研究中开始进行灌溉施肥内容的研究。

第三阶段(1996 年至今):灌溉施肥的理论及应用技术日趋被重视，技术研讨和技术培训大量开展，灌溉施肥技术大面积推广。至2001年，全国微灌面积达26.7万公顷，居世界第三位。其中，灌溉施肥面积约6.7万公顷。

我国滴灌施肥技术的发展相对来讲比较落后，先前更多地是引进外国的相关技术，同时在不断的学习和研究适合自己本地区的滴灌施肥系统，经过近二十多年的发展，已经拥有相关的技术成果。我们知道施肥与灌水相结合能使有限的肥料发挥最大的增产效益，而且可以节水省肥，降低生产成本。另外，灌溉施肥还有操作简单，易于实行自动化控制的特点，在一定条件下可用含盐水灌溉。因此，结合当前地区的农业生产条件，我们本着上述的原则和目的，进行了滴灌施肥系统的研究和开发。

1.3 课题研究的研究内容及研究意义

我们所进行的滴灌施肥系统的研究是以PC机为上位机进行实时监控滴灌施肥系统中的各状态参量，如EC/PH值、流量、液位、压力、实时曲线等进行实时显示，能够进行数据保存和处理，并且能够按照用户设置的施肥程序实时控制施肥液浓度、施肥量和施肥时间等参数，执行精确的施肥过程。同时可编程控制器为下位机，以可编程控制器（PLC）作为现场控制器，对滴灌施肥过程进行控制。PLC负责采集传感器信号，输出控制指令，控制执行机构运行，对施肥液浓度、施肥量和施肥时间等参数进行控制，执行精确的施肥过程。通过PLC与上位机PC机的通信，按照用户设置的施肥程序和EC/PH值适时监控，对施肥液浓度、施肥量和施肥时间等参数进行控制，准确适时地把肥料养分直接注入滴灌管道中，连同灌溉水一起适时适量地施给作物，提高农产品的产量和品质。

结合国内监控系统的特点，以及本设计的现有的条件，确定此次设计的主要内容分如下：

(1) 监测系统的总体设计

计算机监测与管理系统主要有连续及顺序控制系统一SCADA (Supervisory Control And Date Acquisition).集散型控制系统一。DCS(Distributed Control System)、分布式控制系统一IPC+PLC系统 (工业计算机+可编程序控制器)及总线式控制系统。

根据滴灌施肥监控系统中要求，拟采用分布式控制系统一IPC+PLC系统。该系统设计的基本原则是：实时监控、动态管理、功能丰富、使用方便、效果良好、稳

第一章绪论

定可靠。

(2)监测系统软件设计

根据实际需要，选取合适的监控软件，实现监视泵站状态和运行参数检测、接收故障报警信息、数据库查询、趋势曲线显示、报表统计和打印功能等。

随着国民经济的飞速发展，对农业生产也提出了更高的要求。对现有的农业生产设备进行改造和试验，更有利于农业生产的目的。在此次设计的监控系统中，对监控和管理进行改造和完善，向先进的监控管理方向发展，以达到减员增效，提高管理水平及经济效益的目的。

本系统提高了监测参数的精确性和可靠性，有利于提高工作效率、工作质量及管理水平。系统的实施将会保证监控系统的运行可靠性，提高生产效率，保证滴灌施肥中的各参量的相对稳定性，提高经济效益。因此，此次设计的实现，对农业生产过程中的各项管理与发展都有着重要的意义。

1.4本课题拟解决的主要问题

本课题主要研究的是是以PC机为上位机进行实时监控滴灌施肥系统中的各状态参量，如EC/PH值、流量、液位、压力、实时曲线等进行实时显示，能够进行数据保存和处理，并且能够按照用户设置的施肥程序实时控制施肥液浓度、施肥量和施肥时间等参数，执行精确的施肥过程。因此拟解决的主要问题如下：

1）可编程控制器为上位机，以可编程控制器（PLC）作为现场控制器，对滴灌施肥过程进行控制。

2）PLC负责采集传感器信号，输出控制指令，控制执行机构运行，对施肥液浓度、施肥量和施肥时间等参数进行控制，执行精确的施肥过程。

通过PLC与PC机的通信，按照用户设置的施肥程序和EC/PH值适时监控，对施肥液浓度、施肥量和施肥时间等参数进行控制，准确适时地把肥料养分直接注入滴灌管道中，连同灌溉水一起适时适量地施给作物，提高农产品的产量和品质。

第二章滴灌施肥控制系统总体方案设计

2.1灌溉施肥系统总方案设计

图2-1 系统总体方案图

监控系统是在控制台（即PC）实现对各设备的监测、控制功能，实现监视参量状态和运行参数、接收故障报警信息、通过智能终端设备下达控制信号，并具有报表统计和打印功能等。

1. 数据采集功能:

能动态采集下列信号：EC/PH值，流量，液位、压力等数据 2. 状态数据的处理与分析 *能对采集数据进行存储； *能对监控参数进行趋势分析； *能对监控参数进行趋势预报。 3. 报警功能

对监控参数能实施报警功能，能进行记录 (包括发生时间、监测参数数据，相关参数数据等)，自动生成异常状态数据库。

4.集中显示功能

主要设备的运行状态显示: *工艺流程的动态显示；

*主要参数的历史曲线及趋势显示； *相关参数的历史曲线及趋势显示； *历史数据及特种记录显示。 5. 存储功能

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第二章滴灌施肥控制系统总体方案设计

*各种监控参数的动态存储； *各种监控参数的异常动态存储。 6. 数据查询功能

*各种监控参数的历史数据； *各种监控参数的曲线及趋势； *异常状态查询。 7.报表及打印功能

*各种监控参数的报表自动生成； *各种监控参数的的指定区段数据打印； *各种监控参数的报表打印 *异常状态及控制行为的报表打印。控制系统原理图如图2-2所示

图2-2 系统原理图

2.2滴灌施肥监控系统的一般结构

计算机监控系统的体系结构从大的方面来看，主要分成两种:集中式和分布式。 2.2.1集中式计算机监控系统

集中式式早期的应用形式，主要用在数据采集和监督上。它是用以 STD总线或者PC总线为基础的工业控制计算机来进行数据采集和监督报警。图2-3为以工业控制计算机为基础的测控系统结构框图。它是在工业控制计算机内插入若干块IO卡件

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第二章滴灌施肥控制系统总体方案设计

(如:AI卡一A/D数据采集卡，DI卡一开关量输入卡、IO卡一开关量输出卡等)、在机箱外通过信号条理单元将来自现场的测温热电阻、压力传感器等物理信号转换成电压或者电流信号，然后送入A/I数据采集卡，由计算机完成数据采集工作，其他信号如电压、电流、功率、转速、各种开关状态的输入也通过同样的方法实现。需要控制时，由计算机通过IO卡件输出控制信号，通过功率驱动电路驱动后送到被控对象。

从图中可以看出，由于工业控制计算机和信号调理单元都集中在控制室内，而且所有工作主要集中在一台计算机中，所以集中式系统存在以下缺点:

①量信号电缆要从现场引进控制室，且这些电缆中传送的大多数是非电量的物理信号或者微弱的电信号，故抗干扰能力差、误差大、电缆成本高、安装维护不方便。

②由于数据采集、控制、图形画面显示等所有工作都由一台计算机完成，CPU主板负荷重，可靠性要求高，一旦CPU主板出现错误，整个系统瘫痪。由于采用总线式总线接口出现故障，则整个系统不能正常工作。

③工程化水平低，大多数系统由研制单位作为研究成果提供，不能保证质量，系统无开放性，系统可扩展性和可维护性差。 2.2.2分布式计算机监控系统

集中式监控系统存在的问题，使得它的应用受到了很大的局限性，随着微电子技术、通信技术的发展，在工业控制领域推出了集散控制系统 (DCS)，集散控制系统就是集中显示操作、分散采集控制。它将整个系统的目标和任务按一定方式分配给若干个子系统，各个子系统都由各自的计算机来控制或管理，而子系统之间可以有信息交换。

2. 传统的DCS及应用

图2-4是以传统集散控制系统 (DCS)为基础的分布式监控系统框图，系统分为成三级结构。分布式监控系统是分布着若干台功能独立的采集控制站，分别负责各种数据采集，或者对变电所、主机、泵站辅机等进行现场控制。这些采集控制站利用屏蔽、总线式双绞线互连起来，可以相互或者与上一级网络进行数字通信，从而可以协调工作。第二级监督控制级设置在泵站控制室内，完成现场监测，控制功能的管理。可以设置采集控制操作站、系统管理操作站，各操作站功能独立又能互为备用。它对第一级现场采集的所有数据进行处理、分析、存储、报表;完成所有控制指令的收集和发布:以各种方式 (如流程图、趋势图、模拟图等)表达整个泵站的运行状态和数据，进行机组等设备的启动准备工作;收集和分析机组启动数据。对系统的功能组态、流程图的制作、控制模型修改等工作也是在这一级的操作站上完成的。第三级管理级是泵站管理单位的计算机网络。它接受监督控制级送来的各种实时数据或者历史数据，以便各部门的管理人员都可以随时观察泵站的运行状态。可以对

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第二章滴灌施肥控制系统总体方案设计

管理单位所有的事务进行管理。还能上一级管理部门发送各种数据或接受上一级管理部门的命令和指示。

图2-3 以工业控制计算机为基础的测控系统结构框图

图2-4 以集散控制系统 (DCS)为基础的分布式测控系统结构框图

与集中式监控系统相比，集散系统有以下优点：

1.采集控制站就地安装在泵站现场，测点到采集控制站之间的距离很短，采集

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第二章滴灌施肥控制系统总体方案设计

控制站到控制室采用数字通信，故抗干扰能力强、误差小、电缆成本低、安装维护方便。

2.各采集控制站功能独立，即使某一采集控制站失效，只影响局部功能，故障范围不会扩大。另外，在控制室的监控操作站退出运行时，各采集控制站仍然能够继续工作。

3.系统采用模块结构、根据用户的要求，系统规模可以灵活变动，系统操作画面、操作方式由用户自己定义。

4.成熟的软件、硬件技术。商品化的硬件和监控软件的质量有着可循的标准和开放性，服务质量有保证。

5.系统可靠性高。通信网络的冗余技术、采集控制站中的主控制卡的冗余技术、I/O卡件的冗余技术等使得系统具有很高的可靠性和容错能力。

2.现代DCS新方向——以PLC为基础的DCS及其应用

DCS是从诠释榨汁工业发展加来的大系统概念产品，随着技术的发展，它已经成为一种普遍使用的系统模式。除传统的DCS产品外出现了以PLC为采集控制站的集散控制系统和以工业控制计算机 (IPC)作为采集控制站的集散控制系统。

可编程控制器 (PLC)具有结构紧凑、模块化、编程方便、使用灵活和耐恶劣环境等优点，广泛用于离散控制场合。近年来，PLC技术迅速发展，不断增加PLC模拟控制和监视管理功能，采用DCS系统的分级分散体系结构，将应用范围扩展到连续过程控制和批量过程控制。从而形成了以PLC为基础的分散型控制系统。在PLC为基础的DCS中，控制站由各类PLC控制器组成。通常控制站包括一个主机箱和儿个I/O机箱。为了增加模拟量控制功能，一般在主机箱内增加一块特殊功能的CPU板，用于完成PID控制算法。

监控级为具有监视和操作功能的显示操作站 (OPS)，通常选用工业PC机。监控级通信采用专用的工业局域网 (ILAN) 。

PLC为基础的DCS系统适用于批量控制过程和开关量点数较多的连续控制过程，其性能价格比优于传统的DCS系统。但是PLC控制器的模拟控制功能块没有仪表型DCS丰富，这就对系统的软件编制人员提出了较高的要求。

图2-5是以PLC为基础的分布式测控系统结构框图。由于PLC本身的局限性，可以将一些测量水位、水压、电量的智能仪表通过 RS-485总线连接起来后，连接到控制室内的监控操作站上去，在利用商品化的监控软件提供的编程能力，将这些数据传送到监控系统中去。

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第二章滴灌施肥控制系统总体方案设计

图2-5 以PLC为基础的泵站分布式测控系统结构图

2.3 监控系统的总体方案

如前所述，计算机监测与管理系统主要有连续及顺序控制系统——SCADA (Supervisory Control And Date Acquisition)、集散型控制系统——DCS(Distributed Control System)、分布式控制系统——IPC+PLC系统 (工业计算机+可编程序控制器)及总线式控制系统。

根据滴灌施肥监控系统的要求，拟采用分布式控制系统——IPC+PLC系统。根据设计的任务和要求, 上位机所要完成的功能主要包括：人机交互界面，数据通讯模块，输入输出处理三大部分。

1 人机界面要实现控制量的输入（到下位机），控制过程状态变量的采集，显示和保存（时实曲线、历史曲线、数据库操作等），数据处理结果的输出打印（打印功能）。

2 数据的传输主要依靠通讯协议来完成，在软件中是最重要的部分。上位机与PLC采用RS---232串口通讯协议，上位机每隔一段时间就要完成一次数据采集过程（主要是容器的液位值和离子浓度的监视等）。允许操作者通过软件设定控制参数，改变控制状态。也就是，执行控制信号、在线实时调节输出幅值，并将检测到的液位的过程值发送到上位机。

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第二章滴灌施肥控制系统总体方案设计

3 输入输出处理是指上位机通过通讯端口把采集到的原始数进行处理，以用户可以读懂的形势表现出来，采集到的数据先通过数据库保存，同时用图形或列表等比较直观的形势显示在用户面前。

过程数据处理的结果就是在整个试验过程中控制量和反馈结果的集合，通过上位机保存到数据库中，我们就是通过分析这些数据的变化规律达到学习和理解过程控制的内在实质。即完成控制规律的与参数设定、控制算法运算、控制信号输出、实时准确的控制执行机构的动作。

其主要优点是: 可实现分级控制: 可靠性高、组网方便;

编程方便、开发周期短、维护方便: 可灵活方便地实现系统内配置和调整;

能与现场信号直接相连，易于实现机电一体化; 易于实现 “集中管理、分散控制”功能。

系统的基本原则是:实时监控、动态管理;功能丰富，使用方便;效果良好，稳定可靠。

其中计算机采用普通PC模拟，可编程控制器((PLC)采用三菱fx-32系列，硬件可靠，稳定性好。监控软件采用组态王，该系统可以方便地构造需要的“人性化的操作界面”，具有强大的控件扩展功能，可靠性高，扩展性好，使用方便。接口采用PC/PPI串口通信方式，以实现可编程控制器与远程 I/0连接。系统具有良好的可靠性、兼容性。

2.4 控制系统方案设计原则

该系统设计的基本原则是： 1 实时监控 2 动态管理 3 功能丰富 4 使用方便 5 效果良好 6 稳定可靠

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第三章硬件设备选用及PLC编程

3.1 主要硬件设备选用

可编程控制器（PLC）选用国际大公司西门子厂家的S7-200系列的CPU226，模拟量采集模块采用西门子200系列EM231，变频器选择AB公司的设备，流量计选用大连海峰的可通信超声波流量计。现就主要设备做简单介绍。 3.1.1 S7-200系列CPU226及EM231简介

CPU外形如图3-1所示：

图3-1 西门子200系列CPU

S7-200 是一种小型的可编程序控制器，适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。因此S7-200系列具有极高的性能/价格比。

S7-200系列出色表现在以下几个方面： 1）极高的可靠性。 2）极丰富的指令集。 3）易于掌握。 4）便捷的操作。

5）丰富的内置集成功能。 6）实时特性。 7）强劲的通讯能力。 8）丰富的扩展模块。

CPU 226本机集成24输入/16输出共40个数字量I/O 点。可连接7个扩展模块，最大扩展至248路数字量I/O 点或35路模拟量I/O 点。13K字节程序和数据存储空间。6个独立的30kHz高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出，具有PID控制器。2个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。

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第三章硬件设备选用及PLC编程

I/O端子排可很容易地整体拆卸。用于较高要求的控制系统，具有更多的输入/输出点，更强的模块扩展能力，更快的运行速度和功能更强的内部集成特殊功能。可完全适应于一些复杂的中小型控制系统。

编程软件：S7-200的编程软件经历了9个大的版本，目前最新的支持Win7的软件是 Step7 Microwin4.0 Sp9[1]，西门子对于购买S7-200的用户免费提供编程软件。 3.1.2 AB变频器

AB变频器提供一种对电源、控制和操作员界面的灵活封装，用于满足空间、灵活性和可靠性要求，并提供丰富的作用，允许用户对大多数应用很容易地对变频器进行组态。具有灵活性、节省空间和使用方便等特点。它是机械工具、风扇、泵、传送带和物流处理系统等应用场合进行速度控制的经济有效的选择。 1.AB变频器分析

*集成的PID控制器可自动调整输出频率，调节过程变量

*三个可编程的跳变频率段防止了变频器在共振频率中连续运行，避免机械损坏 *可选的风扇/泵类曲线针对离心风扇和泵类负载提供降电压模式

*独特的休眠作用在系统需求降低到预先设定标准时，自动关闭机器；当系统需求增加时，自动起动机器

*针对某些无人看管运行环境，系统断电而后恢复时，变频器将自动重起运行 *Freeze/Fire和Purge等特定输入，可直接连接到消防等紧急安全系统 *集成到变频器中的RS485通讯

*内置的Modbus RTU和Johnson Metasys N2协议为可选参数，不需要额外的软件和硬件支持驱动串行接口(DSI)通讯模块和附件

*使用DriveExplorer和DriveTools可方便地用于编程、监视和控制变频器 *成套变频器满足UL标准，增强了安装的灵活性，允许变频器直接安装在开关柜中 *成套变频器断路器和接触器旁路设备只需简单的装配就可以通过组合操作员面板、控制器、通讯和预先装配的功率选件进行起动

*成套变频器旁路接触器提供三对接触器接点，当变频器处于旁路模式时，可以测试变频器的作用和隔离变频器 2.AB变频器调试

*PowerFlex70 人机接口模块（ HIMS ）的状态二极管（ LED ）和多种语言的夜晶显示屏（ LCD ）都能为用户的应用程序提供灵活的、性价比高的选择；

*多种语言液晶显示屏人机接口模块提供一个 S.M.A.R.T 启动特性；一个可迅速和容易地为用户提供一系列最通用编程参数的启动实用程序；不用深入地了解参数结构就可以变频器进行简单的设置；

*优化的用于全世界标准的全球性电压设定值，允许在世界上任何地方快速设定； *PC 化工具如 DriveExplorer TM 有助于编程、监控和故障诊断；

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第三章硬件设备选用及PLC编程

3.1.3大连海峰超声波流量计

单线路板结构的 TDS-100 型超声波流量计使用了最新的著名国际半导体厂商生产的元器件，例如美国国家半导体公司、TI、MaxiM、Philips、Winbond、Xilinx 等，生产的超大规模集成电路设计而成。硬件数目少，低电压工作，多脉冲发射，低功耗，高可靠性，抗干扰，适用性好。优化的智能信号自适应处理，用户无需任何电路调整，就像使用万用表一样方便简单。先进的电路设计、器件选用、优秀的硬件设计加上中文用户界面友好的软件设计，使新版的 TDS-100 系列超声波流量计成为国内目前最先进、当之无愧的第一名牌产品。

本手册针对第七版 TDS-100 系列超声波流量计编写，对该系列固定式、盘装式和便携式机型的功能、安装及操作进行了详细的介绍。TDS-100 的特点TDS-100 型流量计是基于微处理器技术，自身完备的流量测量仪表，与其它常规类型流量计或其它超声波流量计相比，除具有高精度、高可靠性、高性能、低价格的显著特点外，还具有下列更多的优点。

* 0.5%线性度、0.2%重复性 * 中英文双语窗口化操作 * 低电压多脉冲平衡发射、接收 * 抗干扰设计、变频器环境正常工作 * 内置热量测量/热量计

* 5 路 12 位精度模拟 4-20mA 输入 * 2 路可编程开关量输出 * 非导电/特殊介质测量 * 正向/负向/净累积器 * 压铸铝外壳（固定式标准型） * RS-232 接口，完善的通讯/联网协议 * 内置定量/批量控制器 * 1 路可编程模拟 4-20mA 输出

* 可作为完善的流量/热量 RTU 远程终端 * 内置上电断电记录器 * 内置流量日月年累计器 * 内置数据记录

* 可选择中外常用通用流量单位 * 0.5 秒基本测量周期 * 频率信号输出

* 可选 AC220 交流/直流供电 * 介质识别功能

* 内部 32 位浮点数据处理

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第三章硬件设备选用及PLC编程

* 40 皮秒时差测量分辨率

在设计上，TDS-100 型超声波流量机采用了世界上最先进的集成电路及微处理器智能控制，实现了生产过程中元器件参数无调整化，生产工艺既简单又可靠，产品一致性好，保证每一台出厂的机器都达到最佳性能、最好工作状态。

工作原理，当超声波束在液体中传播时，液体的流动将使传播时间产生微小变化，其传播时间的变化正比于液体的流速，其关系符合下面表达式：V=ΔTMD×sin 2θ Tup ? Tdown下游传感器流向TdownTup其中为声束与液体流动方向的夹角为声束在液体的直线传播次数MD为管道内径Tup为声束在正方向上的传播时间Tdown为声束在逆方向上的传播时间ΔT=Tup–Tdownθ。典型用途： 1. 水、污水、海水 2. 给水和排水

3. 发电厂(核电、火力和水力) 4. 热力、供暖、供热 5. 冶金、矿山 6. 石油、化工 7. 食品和医药 8.船体制造和维护行业 9.节能监测、节水管理 10.造纸和制浆行业 11.泄漏检测

12.流量巡检、流量跟踪和采集 13.热量测量、热量平衡

14.流量、热量化管理、监控网络系统

3.2 PLC编程

因为选用的流量计是带通信功能的超声波流量计，而且通信协议选择工业上常用的MODBUS协议，故需要编写通信程序来读取流量计的数据。PLC的通信程序如下： 1主程序： TITLE=程序注释 Network 1 // 网络标题 // 网络注释：首次扫描：

// 七出（SBR_3）：口一，TDS100等模块初始化 LD SM0.1 CALL SBR3

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第三章硬件设备选用及PLC编程

MOVB 0, VB3500 MOVB 16#0, VB3501 MOVB 16#0, VB3502 MOVB 16#1, VB3503 Network 2

// I2.0 ：TDS100等模块上电成功后，延时 LD I2.0 AN V3500.0 TON T37, +30 Network 3

// T37,延时后，M3.5首次通信，置一

// M0.2，延时后，触发，进入循环 LD T37 S M0.2, 1 S V3500.0, 1 S M3.0, 1 S M3.5, 1 R T37, 1 Network 4

// M1.4,TDS100错误代码接收完成 LD M1.4 A M3.5 O M1.1 O M1.2 CALL SBR9 Network 5

// M9.0---M9.5,TDS100 模块首次通信成功 // M2.0---M2.7,7017 模块首次通信成功 // M0.6,7024名称读完，开始读TDS100 // T40,通信超时 LD M9.0 A M3.5 LD M9.1 A M3.5 OLD LD M9.2

15 - -

第三章硬件设备选用及PLC编程

A M3.5 OLD LD M9.3 A M3.5 OLD LD M9.4 A M3.5 OLD LD M9.5 A M3.5 OLD O M2.0 O M2.1 O M2.2 O M2.3 O M2.4 O M2.5 O M2.6 O M2.7 O M0.2 O M0.6 O T40 CALL SBR13 Network 6

// M10.0---M10.5,TDS100 模块首次通信失败 // VB1900,发送次数计数，发送次数未到三次 LD M10.0 A M3.5 LD M10.1 A M3.5 OLD

LD M10.2 A M3.5 OLD

LD M10.3 A M3.5

16 - -

第三章硬件设备选用及PLC编程

OLD

LD M10.4 A M3.5 OLD

LD M10.5 A M3.5 OLD O M4.0 O M4.1 O M4.2 O M4.3 O M4.4 O M4.5 O M4.6 O M4.7 O M1.7 AB<> VB1900, 0 CALL SBR5 Network 7

// M10.0---M10.5,TDS100 模块首次通信失败

// VB1900,发送次数计数，发送次数到三次，发送下一条指令 LD M10.0 A M3.5 LD M10.1 A M3.5 OLD

LD M10.2 A M3.5 OLD

LD M10.3 A M3.5 OLD

LD M10.4 A M3.5 OLD

LD M10.5

17 - -

第三章硬件设备选用及PLC编程

A M3.5 OLD O M4.0 O M4.1 O M4.2 O M4.3 O M4.4 O M4.5 O M4.6 O M4.7 AB= VB1900, 0 CALL SBR13 Network 8

// M5.2,JIA_YI子程序调用完 //

// M8.4，TDS100模块数据通信标识 LD M5.2 A M3.5 CALL SBR6 Network 9

// TDS100错误代码接收完成 M1.4

// TDS100 瞬时，正累积流量接收完成 M1.5 // TDS100 今天累积流量接收完成 M1.6 LD M1.4 A M8.4 O M1.0 O M1.3 O M1.5 O M1.6 CALL SBR11 Network 10

// T36 口零空闲，启动

// T38 所有模块一次通信完成，启动 LD M20.0 O T36 O M12.0

18 - -

第三章硬件设备选用及PLC编程

O M12.1 O M12.2 O M12.3 O M12.4 O M12.5 O M12.6 O M12.7 O M10.6 O M9.6 LD M11.0 O M11.1 O M11.2 O M11.3 O M11.4 O M11.5 O M11.6 O M11.7 AB= VB1900, 0 OLD

CALL SBR13 Network 11

// TDS100 错误代码指令发送 LD M14.0 O M14.1 O M14.2 O M14.3 O M14.4 O M14.5 AB= VB1900, 0 LD M13.0 O M13.1 O M13.2 O M13.3 O M13.4 O M13.5 OLD

19 - 第三章硬件设备选用及PLC编程

S M3.6, 1 R M3.0, 6 R M3.7, 1 CALL SBR8 MOVB 3, VB1900 Network 12

// TDS100 错误代码；瞬时流量，正累积流量；今天，本月累积流量指令发送 // 发送次数未到三次 LD M14.0 O M14.1 O M14.2 O M14.3 O M14.4 O M14.5 O M16.0 O M16.1 O M16.2 O M16.3 O M16.4 O M16.5 O M18.0 O M18.1 O M18.2 O M18.3 O M18.4 O M18.5 AB<> VB1900, 0 CALL SBR8 Network 13

// TDS100 瞬时流量，正累积流量指令发送 LD M16.0 O M16.1 O M16.2 O M16.3 O M16.4 O M16.5

20 - -

第三章硬件设备选用及PLC编程

AB= VB1900, 0 LD M15.0 O M15.1 O M15.2 O M15.3 O M15.4 O M15.5 OLD

S M3.7, 1 R M3.0, 7 CALL SBR8 MOVB 3, VB1900 Network 14

// TDS100 今天，本月累积流量指令发送 LD M18.0 O M18.1 O M18.2 O M18.3 O M18.4 O M18.5 AB= VB1900, 0 LD M17.0 O M17.1 O M17.2 O M17.3 O M17.4 O M17.5 OLD

S M3.4, 1 R M3.5, 3 R M3.0, 4 CALL SBR13 MOVB 3, VB1900 Network 15 // T40 超时 LD M6.6

21 - -

第三章硬件设备选用及PLC编程

TON T40, +10 Network 16 LDN SM0.7 EU

R SM130.0, 1 DTCH 25 DTCH 11 Network 17

// RUN运行状态时口0 为自由口。 LD SM0.7 = SM30.0 Network 18

// SM30.0，置一，选择自有端口协议。若置零，选择PPI/从站模式。 // M8.1,PLC读完所有模块数据后，将标志位置零。（M8.1置零）。 // SBR_0，端口零初始化。

// M3.0---M3.7置零，禁止端口1工作，启动端口0。 LD SM0.0 A M8.1 LPS

R M3.0, 8 DTCH 25 DTCH 26 DTCH 11 AENO

R M8.1, 1 LPP

MOVB 16#1, VB3502 Network 19

// 端口0 发送器忙时，置1 LDB= VB3502, 1 AN SM4.5 R M3.0, 8 R T36, 1 R Q1.6, 1 MOVB 16#0, VB3501 MOVB 16#0, VB3502

22 - -

第三章硬件设备选用及PLC编程

DTCH 25 DTCH 26 DTCH 11 Network 20

// 端口0 发送器空闲时，置0

// T36置一后，端口零空闲（此端口空闲，延时后） // 禁止端口0工作。 LD SM4.5 AB= VB3502, 16#0 AB= VB3501, 16#0 TON T36, 50 Network 21

// T36 延时到采集空闲状态，端口1开始工作 // SM30.0置零，PPI/从站模式（禁止自由口工作） // M8.1,一次循环结束. LD T36 S Q1.6, 1 S M3.2, 1 R M3.0, 2 R M3.3, 5 S M8.4, 1 R T36, 1 MOVB 16#1, VB3501 DTCH 8 DTCH 9 DTCH 10 2.初始化程序 TITLE= Network 1 Network 2

// 初始化，将M寄存器置零 LD SM0.0 R M0.0, 8 R M1.0, 8 R M2.0, 8 R M3.0, 8

23 - -

第三章硬件设备选用及PLC编程

R M4.0, 8 R M5.0, 8 R M6.0, 8 R M7.0, 8 R M8.0, 8 R M9.0, 8 R M10.0, 8 R M11.0, 8 R M12.0, 8 Network 3 LD SM0.0 R M13.0, 8 R M14.0, 8 R M15.0, 8 R M16.0, 8 R M17.0, 8 R M18.0, 8 R T37, 3 R M20.0, 8 Network 4 Network 5

// 各模块接收字符计数，赋初值 // VB788,TDS100 错误代码 // VB789,TDS100 瞬时，累积流量 // VB790,TDS100 今天，本月累积流量 // VB1900,指令发送计数 LD SM0.0

MOVB 16#09, SMB130 MOVB 14, VB788 MOVB 50, VB789 MOVB 42, VB790 MOVB 3, VB1900 MOVB 1, VB1920 MOVW +0, VW2986 MOVW +0, VW2980 ENI

24 - -

第三章硬件设备选用及PLC编程

Network 6

// VB2022,TDS100 个数 LD SM0.0 MOVW +0, VW2020 MOVB 1, VB2022 ENI Network 7

// TDS100 错误代码指令 LD SM0.0 MOVB 17, VB2000 MOVB 16#3A, VB2001 MOVD 16#30333030, VD2004 MOVD 16#34373030, VD2008 MOVW 16#3031, VW2012 MOVW 16#0D0A, VW2016 Network 8

// TDS100 瞬时，正累积，指令 LD SM0.0 MOVB 17, VB2050 MOVB 16#3A, VB2051 MOVD 16#30333030, VD2054 MOVD 16#30303030, VD2058 MOVW 16#3041, VW2062 MOVW 16#0D0A, VW2066 Network 9

// TDS100 今天，本月累积指令 LD SM0.0 MOVB 17, VB2080 MOVB 16#3A, VB2081 MOVD 16#30333030, VD2084 MOVD 16#38383030, VD2088 MOVW 16#3038, VW2092 MOVW 16#0D0A, VW2096 Network 10 LD SM0.0 S M0.1, 1

25 - 第三章硬件设备选用及PLC编程

3. 接收数据子程序 Network 1 // TDS100 数据 LD M3.4 O M3.6 O M3.7 AN M3.0 AN M3.1 INCB VB2110 INCD VD903 MOVB SMB2, *VD903 4.地址选择子程序 TITLE= Network 1 // TDS100 LD M3.4

MOVW VW2986, VW2020 AENO LPS

R M0.6, 1 R M2.0, 8 R M4.0, 8 R M9.0, 8 R M10.0, 6 R M0.7, 1 R M1.7, 1 R M5.2, 1 R M0.2, 1 AB<= VB2021, VB2022 CALL SBR5 LPP

MOVB 3, VB1900 Network 2

// TDS100 模块通信完 LD M3.4

26 - 第三章硬件设备选用及PLC编程

AN M3.0 AN M3.1

AB> VB2021, VB2022 MOVW +0, VW2986 MOVW +0, VW2020 S M8.4, 1 R M3.0, 2 S M3.2, 1 R M3.3, 5 Network 3

// TDS100 模块1校验字符 LDB= VB2021, 1 MOVB 16#39, VB2014 MOVB 16#35, VB2015 MOVW 16#3230, VW2002 Network 4

// TDS100 模块2校验字符 LDB= VB2021, 2 MOVB 16#39, VB2014 MOVB 16#34, VB2015 MOVW 16#3231, VW2002 Network 5

// TDS100 模块3校验字符 LDB= VB2021, 3 MOVB 16#39, VB2014 MOVB 16#33, VB2015 MOVW 16#3232, VW2002 Network 6

// TDS100 模块4校验字符 LDB= VB2021, 4 MOVB 16#39, VB2014 MOVB 16#32, VB2015 MOVW 16#3233, VW2002 Network 7

// TDS100 模块5校验字符 LDB= VB2021, 5

27 -

第三章硬件设备选用及PLC编程

MOVB 16#39, VB2014 MOVB 16#31, VB2015 MOVW 16#3234, VW2002 Network 8

// TDS100 模块6校验字符 LDB= VB2021, 6 MOVB 16#39, VB2014 MOVB 16#30, VB2015 MOVW 16#3235, VW2002 Network 9 Network 10

5.接收数据后判断子程序 TITLE=模块首次通信接收后判断 Network 1

// TDS100 1 V2981.2 ------V2981.7 模块首次通信状态 LDN M3.0 AN M3.1 A M3.4 LPS

AB= VB2021, 1 LPS

AW= VW2113, 16#3230 S M9.0, 1 LPP

AW<> VW2113, 16#3230 S M10.0, 1 LPP

R M1.4, 1 Network 2 // TDS100 2 LDN M3.0 AN M3.1 AB= VB2021, 2 A M3.4 LPS

AW= VW2113, 16#3231

28 - -

第三章硬件设备选用及PLC编程

S M9.1, 1 LPP

AW<> VW2113, 16#3231 S M10.1, 1 Network 3 // TDS100 3 LDN M3.0 AN M3.1 AB= VB2021, 3 A M3.4 LPS

AW= VW2113, 16#3232 S M9.2, 1 LPP

AW<> VW2113, 16#3232 S M10.2, 1 Network 4 // TDS100 4 LDN M3.0 AN M3.1 AB= VB2021, 4 A M3.4 LPS

AW= VW2113, 16#3233 S M9.3, 1 LPP

AW<> VW2113, 16#3233 S M10.3, 1 Network 5 // TDS100 5 LDN M3.0 AN M3.1 AB= VB2021, 5 A M3.4 LPS

AW= VW2113, 16#3234

29 - 第三章硬件设备选用及PLC编程

S M9.4, 1 LPP

AW<> VW2113, 16#3234 S M10.4, 1 Network 6 // TDS100 6 LDN M3.0 AN M3.1 AB= VB2021, 6 A M3.4 LPS

AW= VW2113, 16#3235 S M9.5, 1 LPP

AW<> VW2113, 16#3235 S M10.5, 1 Network 7 Network 8 Network 9 Network 10 6.接收头字符子程序 TITLE= Network 1 LD SM0.0 ATCH INT13, 11 MOVB 10, SMB35 Network 2

// TDS100 错误代码 LD M3.4 AN M3.0 AN M3.1 MOVB 0, VB2110 MOVD &VB2110, VD903 CALL SBR4 ATCH INT20, 25 Network 3

30 - 第三章硬件设备选用及PLC编程

// TDS100 瞬时，正累积 LD M3.6 AN M3.0 AN M3.1 MOVB 0, VB2110 MOVD &VB2110, VD903 CALL SBR4 ATCH INT21, 25 Network 4

// TDS100 今天，本月 LD M3.7 AN M3.0 AN M3.1 MOVB 0, VB2110 MOVD &VB2110, VD903 CALL SBR4 ATCH INT22, 25 Network 5 Network 6 Network 7 Network 8 Network 9 Network 10 7.发送指令子程序

TITLE=SM4.6,口1闲时发送数据 // // // Network 1 // TDS100 错误代码 LD M3.4 AN M3.6 AN M3.7 AB<> VB1900, 0 A SM4.6 AB= VB1920, 1

31 - 第三章硬件设备选用及PLC编程

XMT VB2000, 1 DECB VB1900 DECB VB1920 Network 2

// TDS100 瞬时，正累积 LDN M3.7 AN M3.4 A M3.6 AB<> VB1900, 0 A SM4.6 AB= VB1920, 1 XMT VB2050, 1 DECB VB1920 DECB VB1900 Network 3

// TDS100 今天，本月 LDN M3.6 AN M3.4 A M3.7 AB<> VB1900, 0 A SM4.6 AB= VB1920, 1 XMT VB2080, 1 DECB VB1900 DECB VB1920 Network 4 LD SM0.0 LPS

ATCH INT15, 26 AENO

S M6.6, 1 LRD

MOVB 100, SMB35 LPP

ATCH INT13, 11 8.接收字符子程序

32 -

第三章硬件设备选用及PLC编程

Network 1 // 超时时 LD SM0.0 ATCH INT12, 25 MOVB 10, SMB35 ATCH INT12, 11

33 - -

第四章组态王软件介绍

4.1 组态王特点

组态王开发监控系统软件，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传统的封闭式系统

它具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等优点。通常可以把这样的系统划分为控制层、监控层、管理层三个层次结构。其中监控层对下连接控制层，对上连接管理层，它不但实现对现场的实时监测与控制，且在自动控制系统中完成上传下达、组态开发的重要作用。尤其考虑三方面问题：画面、数据、动画。通过对监控系统要求及实现功能的分析，采用组态王对监控系统进行设计。组态软件也为试验者提供了可视化监控画面，有利于试验者实时现场监控。而且，它能充分利用Windows的图形编辑功能，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、数据链接功能

使用组态王软件开发具有以下几个特点:

1.实验全部用软件来实现,只需利用现有的计算机就可完成自动控制系统课程的实验,从而大大减少购置仪器的经费。

2.该系统是中文界面,具有人机界面友好、结果可视化的优点。对用户而言,操作简单易学且编程简单,参数输入与修改灵活,具有多次或重复仿真运行的控制能力,可以实时地显示参数变化前后系统的特性曲线,能很直观地显示控制系统的实时趋势曲线,这些很强的交互能力使其在自动控制系统的实验中可以发挥理想的效果。

在采用组态王开发系统编制应用程序过程中要考虑以下三个方面: 1.图形,是用抽象的图形画面来模拟实际的工业现场和相应的工控设备。 2.数据,就是创建一个具体的数据库,并用此数据库中的变量描述工控对象的各种属性,比如水位、流量等。

3.连接,就是画面上的图素以怎样的动画来模拟现场设备的运行,以及怎样让操作者输入控制设备的指令。

组态王6.53完全基于网络的它使采用PC机开发的系统工程比以往使用专用机开发的工业控制系统更有通用性，大大减少了工控软件开发者的重复性工作，并可运用PC机丰富的软件资源进行二次开发。概念，支持真正客户一服务器模式和 Internet/Internet浏览器技术，并且是一种可伸缩的柔性结构，根据网络规模大小，可以将不同站点设计成 I/O服务器、报警服务器、数据服务器、登录服务器、校时服务器、客户机等，在系统扩展和变化时，有着极大的灵活性。组态王6.53设计成全冗余结构，在五个层面上提供了冗余:10通道冗余、双设备冗余、双网冗余、双机

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第四章组态王软件介绍

冗余、双系统冗余。

组态王6.53设计成一个完全意义上的软件平台，允许用户进行功能扩展和发挥，它是一个ActiveX容器，无须编程即可将第三方控件直接连入组态王中:组态王6.5不仅是OPC客户还是OPC服务器，可向任意支持OPC客户的软件提供数据;组态王6.5中的报警信息可直接输出到带ODBC接口的数据库中，象Access. SQL Server等:我们还提供了一套动态连接库，允许用户用VB、VC直接访问组态王的数据库，构筑功能更加强大的工控系统。

组态王6.53设计了报表系统和图库系统。可与Excel相媲美的内嵌式报表，功能强大，使用方便;所有图库全部更新，具有动态改变图形外观的动画精灵:图形系统增加了无限色和过渡色;通讯系统中增加在线连接、故障诊断、远程拨号以及许多实用的辅助工具。

组态王 6.53已达到或超过国外高档进口软件几乎所有的功能，而且在许多方面更加适合中国用户的特点和需求。如，累计算法，多段线性化、内嵌式报表、远程拨号、动画连接向导、特殊动画效果等。

组态王的主要功能如下: 1.基本人机界面功能

组态王作为一种应用软件，有很好的人机界[ft]，为用户提供了丰富的快速应用设计的工具，便利的集成开发环境。

2.强大通讯功能

“组态王”把每一台与之通讯的设备看作是外部设备，目前能连接PLC、智能仪表、板卡、模块、变频器等几百种外部设备，为实现和外部设备的通讯，组态王内置了大量设备的驱动作为组态王与外部设备的通讯接口。如下图所示，在运行期间，组态王就可通过驱动接口和外部设备交换数据，包括采集数据和发送数据指令。

组态王的大部分驱动程序采用组件 (COM)技术，这种方式使驱动和组态王构成一个完整的系统，即保证了运行系统的高效率，也使系统有很强的扩展性。

组态王与I/O设备之间的数据交换采用以下五种方式:串行通讯方式、DDE方式、板卡方式、网络节点方式、人机接口卡方式。

1.串行通讯方式

这是组态王与I/0设备之间最常用的一种数据交换方式。串行通讯方式使用“组态王计算机”的串口，I/O设备通过RS-232串行通讯电缆连接到“组态王计算机”的串口。可以同时与多个I/O设备连接。组态下最多可与32个串口设备相连。

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第四章组态王软件介绍

图4-1 计算机与外部设备通讯

2. DDE方式

DDE(动态数据交换)是Windows的一个标准的传输协议。通过DDE方式任何I/O设备都可以与“组态王计算机”进行数据交换。在此方式下，DDE服务程序可以采用自己方式与I/0设备进行数据交换，DDE服务程序与 “组态王”采用标准DDE协议进行通讯。

3.板卡方式

板卡类设备直接插在 “组态王计算机”的扩展槽内，“组态王计算机”通过访问板卡的I/O地址直接与其进行数据交换。

4.网络节点方式

I/0设备作为一个网络节点与“组态王计算机”进行数据交换。I/O设备与“组态王计算机”之间通过TCP/IP的网络连接。采用此方式的I/O设备多数为其它计算机。

5.人机接口卡方式

某些J家的可编程控制器((PLC)在与计算机进行数据交换时，要求在计算机中安装一个特殊的人机接口的板卡，板卡与可编程控制器((PLC)之间采用专门的通讯协议进行通讯。“组态王计算机”通过人机接口卡实现与I/O设备之间的数据交换。人机接口卡和连接电缆由PLC生产厂家提供。使用人机接口卡可以与一个PLC连接，也可以与一个PLC的网络连接。

此外，组态王还提供驱动程序开发软件包，用户可使用此软件包编制自己系统所需的驱动程序。

组态王对通讯程序做了多种优化处理，尽量使通讯瓶颈对系统的影响最小，同时保证数据传递的及时和准确。优化措施包括:

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第四章组态王软件介绍

*需求驱动的通讯方式

组态王对全部通讯过程采取动态管理的方法，只有在数据被上位机需要时进行采集。对于那些暂时不需要更新的数据则尽可能减少通讯。大大缓解速率慢的矛盾。

*需求合并

组态王把对一个设备的多种请求(动画显示、历史数据记录、报表生成等)尽可能的合并，一次采集将满足多个功能模块的需求。

*打包处理

大多数的下位机都支持多个数据一次采集完成。组态王充分利用了这个特性，对于提供这种通讯功能的一下位机，给态王将尽可能地把需要采集的变量进行优化组合，在一次采集过程中得到大量有效数据，有效减少了通讯的次数。

*故障诊断与恢复

在工业现场中，由于通讯故障而引起的损失可能是非常巨大的，为了将这种损失降为最小，组态王精心优化了通讯故障的诊断机制，可以在极短的时间 ((1-2个采集周期)内报告故障的发生，并诊断出出现故障的下位机，非常有助于现场工程师及时排除险情。

组态王的自动恢复功能是指:当下位机被更换或恢复运行后，不需要现场工程师对软件系统作任何干预，组态王通过短时间的尝试后，可以自动恢复与下位机的通讯。自动恢复功能对于保障系统可靠运行是非常必要的。

当一台下位机发生故障时，组态王会自动优化通讯链，使与其下位机之间的通讯几乎不受影响，保证了通讯的高效率。

*先进的报警和事件管理

完善的 “监控和数据采集系统”应当能检测到非正常状态的发生，并将报警信息按照正确的顺序登录到数据库，并且不能丢失任何数据，以便事后对它进行分析。组态王是通过报警和事件这两种情形通知操作人员过程的活动情况。组态王的事件驱动的报警方式和紧凑高效的结构使得报警信息可以被完整地记录，即使突然发生大量的报警也不会遗漏。

报警是过程状态出现问题时发生的警告，同时要求操作人员做出响应。组态王报警系统具有方便、灵活、可靠、易于扩展的特点，提供多种报警管理功能，包括:基于事件的报警、报警分组管理、报警优先级、报警过滤、新增死区和延时概念等功能，以及通过网络的过程报警管理。

6.广泛的数据获取和处理

一般地，工业现场的设备构成的控制网络负责完成自动控制的功能，保证工厂的运行，但它难于让工厂操作和管理人员看到生产过程的实际运行状况。组态王能够将数据从不同的数据源取过来，并直观、形象地显示出来，供操作和管理人员操作和分析。在组态王的开放结构中，系统可以与广泛的数据源交换数据，如IO驱动程序、ODBC数据库、OPC服务器、动态数据交换 (DDE)、ActiveX控件等，同时可以

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第四章组态王软件介绍

将数据以趋势、报表等形式显示出来。

7.强大的网络和冗余功能

组态王基于网络的概念，可运行在基于TCP / IP网络协议的网上，使用户能够实现上、下位机以及更高层次的厂级连网，另外，随着网络的无限蔓延，组态王每一台数据采集站从工业现场采集的数据，可以被网络上的所有其他站点直接访问，使数据在任何时间、任何地点畅通无阻。同时支持分布式网络报警、分布式历史数据库等，功能强大，稳定可靠。

组态王的网络是一种基于分布式处理的柔性结构。在一个分布的系统上，可以将整个应用程序分配给多个服务器，可以提高项目的整体容量并改善系统的性能。

在单主机、单网络或单设备系统中，机器或设备出现检修或故障时，整个系统都将停止运行，给生产造成损失。组态王充分考虑到现场的各种需要，提供多重冗余手段，用户可自由选择多重冗余方式来构造自己的可靠系统。

组态王提供五种冗余方式:I/0通讯冗余、I/0设备冗余、计算机冗余、系统冗余和网络冗余。

*I/0通讯冗余

I/0通讯冗余是指控制系统中主机与外部设备之间建立两条连接通道。在单通道系统中，外部设备与主机之间的通讯线路一旦出现故障，将中断数据采集。采用I/0通讯冗余后，系统中主机与外部设备之间有两条物理通道.通讯时若主通道出现故障，从通道将连通，保证了数据采集的连续性和完整性。正常工作时仅使用主通道与外部设备通讯，这样可以减少外部设备的通讯负担。当主通道通讯出现为断时，组态王会自动切换到从通道工作，当主通道恢复通讯时，组态王又自动切换到主通道，从通道将自动停止通讯，系统恢复到正常状态。

* I/0设备冗余

I/O设备冗余是指控制系统中有两台冗余的外部设备，在单设备系统中，外部设备一旦出现故障，将中断数据采集。采用I/0设备冗余，主机可以同时对两台外部设备进行控制。通讯时，若主设备出现故障，从设备将继续采集数据，保证了数据采集的连续性和完整性。正常工作时主设备采集数据并将数据传给组态王，进行正常通讯;当主设备通讯出现中断时，作为冗余的从设备将自动启动，与组态王进行通讯;当主设备恢复通讯时，从设备将自动停止通讯，将通讯的主动权交给主设备，系统恢复正常状态。

*计算机冗余

计算机冗余是指控制系统中监控主机的冗余，是为了保证系统的稳定进行而增加的功能。在单一主机系统中，当主机需要检修或出现故障时，整个系统都将停止运行。为避免这一情形，用户可以采用计算机冗余，即在系统中增加备用从机。当系统正常工作时，主从机都启动，但从机并不采集实时数据，而是通过网络从主机获取实时数据，同时负责对主机的监听。在主机停机后，从机采集数据并完全取代

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第四章组态王软件介绍

主机的功能。主机恢复运行后，从机停止数据采集，系统恢复正常状况。

*系统冗余

系统冗余是在双机冗余的基础上实现的，不需要更改任何硬件设置，是指控制系统中客户端(Netview)与监控主机构成的系统的冗余在单系统中，当主机需要检修或出现故障时，客户端将不能获取主机的数据，在这种情形下，系统将会利用双系统冗余功能。当系统正常工作时，客户端 (Netview)从主机上获取数据，在主机停机后，客户端 (Netview)将从从机获取数据。主机恢复运行后，客户端 (Netview)自动切换为从主机获取数据，系统恢复到正常状况。

*网络冗余

在单一网络系统中，当网络出现故障时，整个系统都将停止运行。为了避免这一情形，用户可以采用双网络冗余的方法事配置网络。双网络冗余是指控制系统中实现两条物理网络连接(即每台计算机有两块网卡)，系统可以通过两条网络进行网络通讯，保证系统的稳定、安全运行。

8.组态王组态和编程

组态王可读取PLC监测到的设备运行状态、模拟量采样数据等信息，根据这些实时数据，在屏幕上动态显示各个储运流程情况、包括各个控制设备的运行情况等。一旦发现故障报警信息，系统即显示明显报警画面，向PLC发出相应动作指令，保存并记忆故障发生的时间、方位和原因等原始数据，还可根据客户需求保存历史数据、定时、实时打印数据。

组态王软件可将过程或生产中发生的事件清楚地记录、显示出来，完成参数设定、操作控制和动态画面监视的功能。它显示当前状态并按顺序记录，所记录的数据可以全部或有选择地简要显示，亦可编辑、输出。可结合用户程序进行信急处理、测量值处理和报表打印。运行时，它具有很强的实时性。

4.2 组态王软件的组成概述

1.工程管理器

工程管理器主要用于组态王工程的管理，如新建工程、搜索工程、工程的备份、工程的恢复、变量的导入导出、定义工程的属性等。

2.工程浏览器

工程浏览器是 “组态王”软件的核心部分和管理开发系统，它将画面制作系统中已设计的图形画面、命令语台、设备驱动程序管理、配方管理、数据报告等工程资源进行集中理理，并在一个窗口中进行树形结构排列，这种功能与Windows操作系统中的资源管理器的功能相似。

3.组态王画面开发系统

组态王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中完成

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第四章组态王软件介绍

界面的设计、动画连接的定义等画面开发系统具有先进完善的图形生成功能;数据库中有多种数据类型，能合理地抽象控制对象的特性，对数据的报警、趋势曲线、过程记录、安全防范等重要功能有简单的操作办法。利用组态王丰富的图库，用户可以大大减少设计界面的时间，从整体上提高工控软件的效率。

4.画面运行系统TOUCHVEW

TOUCHVEW是组态王软件的实时运行环境，用于显示画面开发系统中建立的动画图形画面，并负责数据库与I/0服务程序 (数据采集组件)的数据交换。它通过实时数据库管理从一组工业控制对象采集到的各种数据，并把数据的变化用动画的方式形象地表示出来，同时完成报警、历史记录、趋势曲线等监视功能，并可生成历史数据文件。

5.信息窗口

“组态王信息窗口”是一个独立的Windows应用程序，用来记录、显示组态王开发和运行系统在运行时的状态信息。信息窗口中显示的信息可以作为一个文件存于指定的目录中或是用打印机打印出来，供用户查阅。当工程浏览器、‘TouchVew, I/0设备等启动时，一般会自动启动信息窗口。

4.3 用组态王建立应用程序项目的一般过程

1.制作图形画面

用户可以为侮个应用程序建立数目不限的画面，在每个画面上生成互相关联的静态或动态图形对象。组态王提供类型丰富的绘图工具，还提供按钮、实时趋势曲线、历史趋势曲线、报警窗口等复杂的图形对象。

组态王采用面向对象的编程技术，使用户可以方便地建立画面的图形界面。用户构图时可以象搭积木那样利用系统提供的图形对象完成画面的生成。

2.构造数据库 ①数据库的作用

数据库是 “组态王”最核心的部分。在TOUCHVEW运行时，工业现场的生产状况要以动画的形式反映在屏幕上，操作者在计算机前发布的指令也要迅速送达生产现场，所有这一切都是以实时数据库为中介环节，所以说数据库是联系上位机和下位机的桥梁。

数据库中变量的集合形象地称为 “数据词典”，数据词典记录了所有用户可使用的数据变量的详细信息。在组态王软件中数据库分为:有实时数据库和历史数据。

②数据词典中变量的类型

数据库中存放的是您制作应用工厂时定义的变量以及系统预定义的变量。变量可以分为基本类型和特殊类型两大类。基本类型的变量又分为“内存变量”和 \变量”两类。

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第四章组态王软件介绍

“ I/0变量”指的是需要 “组态王”和其它应用程序 (包括I/0服务程序)交换数据的变量。这种数据交换是双向的、动态的，就是说;在 “组态王”系统运行过程中，每当1/0变量的值改变时，该值就会自动写入远程应用程序，每当远程应用程序中的值改变时，“组态王”系统中的变量值也会自动更新。所以，那些从下位机采集来的数据、发送给下位机的指令，比如 “循环水位”、 “水泵开关”、“清水水池水温”、“水压”，“电流”， “电压”，“功率”等变量，都需要设置成 I/0变量”。那些不需要和其它应用程序交换、只在 “组态王”内需要的变量，比如计算过程的中间变量，就可以设置成 “内存变量”。基本类型的变量也可以按照数据类型分为离散型、模拟型、长整数型和字符串型。

内存离散变量、I//0离散变量:类似一般程序设计语言中的布尔 (BOOL)变量，只有0、1两种取值，用于表示一些开关量。

内存实型变量、I/0实型变量:类似一般程序设计语言中的浮点型变量，用于表示浮点数据，取值范围10E-38一10E+38，有效值7位。

内存整数变量、I/0整数变量:类似一般程序设计语言中的有符号长整数型变量，用于表示带符号的整型数据，取值范围 -2147483648-2147483647。

内存字符串型变量、1/0字符串型变量:类似一般程序设计语言中的字符串变量，可用于记录一些有特定含义的字符串，如名称，密码等，该类型变量可以进行比较运算和赋值运算。

特殊变量类型有报警窗口变量、报警组变量、历史趋势曲线变量、时间变量四种。这几种特殊类型的变量正是体现了 “组态王”系统面向工控软件、自动生成人机接口的特色。

3.定义动画连接

动画连接是指在画面的图形对象与数据库的数据变量之间建立一种关系，当变量的值改变时，在画面上以图形对象的动画效果表示出来:或者由软件使用者通过图形对象改变数据变量的值。组态王提供了21种动画连接方式。一个图形对象可以同时定义多个连接，组合成复杂的效果，以便满足实际中任意的动画显示需要。

4.运行和调试

在组态王软件的实时运行环境TOUCHVEW中，运行和调试在画面制作系统中建立的动画图形画面。

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第五章滴灌施肥监控系统程序的设计与开发

第五章滴灌施肥监控系统程序的开发与设计