PDF《基于组态王和 ADAM5510 的分布式监控系统》

第七届工业仪表与自动化学术会议

1 基于组态王和 ADAM5510 的分布式监控系统 Kingview and ADAM5510 Based Distributed Monitoring System 彭道刚 杨平徐春梅 (上海电力学院信息与控制技术系,上海 200090) 摘要:针对一个小型过程控制实验装置,设计开发了基于组态王和 ADAM5510 的分布式监控系统.

系统上位监控软件 采用组态王,采用研华的 ADAM5510 可编程控制器进行现场数据的采集.该系统实现了对过程控制装置的温度、压力、 流量、液位等四大热工参数的实时数据采集和装置锅炉温度、锅炉液位的实时控制.该系统具有一定的实用性. 关键词:组态王 监控系统 分布式 过程控制 中图分类号:TP311.1 文献标识码:A Abstract:Kingview and ADAM5510 based distributed monitoring system is designed for a small sized pilot process control facility. Monitoring software for the host computer of the system is Kingview and field data acquisition is performed with ADAM5510 PC-based PLC from Adventech. Providing real-time data acquisition of four process parameters such as temperature, pressure, flow and level in the process control facility, and offerring real-time control of temperature and level of the boiler in the facility, this system has a certain practical value. Keywords:Kingview Monitoring system Distributed Process control

0 引言 监控组态软件自

20 世纪

80 年代初诞生至今,已有

20 多年的发展历史.随着计算机技术发展的日新月异, 围绕工控计算机的自动化集成系统新产品、新技术的推陈出新,监控组态软件将会扮演越来越重要的角色.当前,世界上的组态软件种类繁多,但在我国市场上还是国外组态软件占据了大部分的市场,如Wonderware 公司 的InTouch、Intellution 公司的 iFIX 等,而国产组态软件要属北京亚控的组态王(Kingview)在市场上独占熬头 了. 组态王是一个具有易用性、开放性和集成能力的通用组态软件.应用组态王可以使工程师把主要精力放在 控制对象上,而不是形形色色的通信协议、复杂的图形处理、枯燥的数字统计,只需要进行填表式操作即可生 成一个监控和数据采集系统.它可以在整个生产企业内部将各种系统和应用集成在一起,实现企业综合自动化 的目标. 本文所设计的分布式监控系统其上位机的监控部分选用组态王,主要利用它的编程简单、界面美观友好, 且支持许多常用的硬件设备,包括各主要厂家的 PLC、智能模块、智能仪表、板卡和变频器等.下位机采用研 华的 ADAM5510 分布式数据采集控制器,通过串口通信方式实现上位机和 ADAM5510 之间准确而实时的数据 信息交换.

1 系统设计 本系统主要是对一个小型的 EFPT 过程控制实验装置的温度、压力、流量、液位等多个 I/O 点的数据进行实 时采集和监控.其中上位采用装有组态王的工控机,下位采用研华科技的 ADAM5510 分布式数据采集控制器. 系统结构如图

1 所示.本系统充分利用了组态王较好的人机 界面功能和 ADAM5510 稳定可靠的特点来实现了一个小型 的分布式监控系统.同时,本系统采用的模块化结构可以对 检测和控制的 I/O 数很容易地进行扩展,其扩展功能支持的 监控点数可达数千个点之多,能够满足实际工业生产过程监 控系统的扩展需要;

同时 ADAM5510 带有一个 RS485 接口 和一个 RS232 接口, 可以很方便地与监控系统的其他设备进 行相互连接和通信. 1.1 EFPT 过程控制实验装置 EFPT 过程控制实验装置由控制对象及过程控制的操作台两部分组成.它利用工业生产中实际使用的传感 器、执行机构等工业元件,在一个微型锅炉系统上实现过程控制.它可以利用智能仪表、集散系统、PLC 等进 行控制,也可以利用 RS485 总线或工业现场总线,结合组态软件,实现与上位机的通信,构成多种形式的监控, 实现过程控制自动化和过程管理现代化. 该实验装置主要有以下几个特点:① 被控量包含了温度、压力、流量、液位四大热工参数;

② 执行器中 既有仪表类执行器,又有交流变频器、加热控制器、加热器等电力拖动类执行器;

③ 含有一个微型的锅炉,可 真实可靠地、直观地模拟工业过程;

④ 上位机通过工业总线可对装置进行实时监测和控制. 1.2 ADAM5510 分布式数据采集控制器 ADAM5510 是基于 PC 且可独立完成数据采集与控制的可编程控制器.ADAM5510 它具有结构紧凑、具备 EFPT 过程控制 实验装置 锅炉液位 锅炉温度 进水流量 进水压力 液位控制 温度控制 ADAM5510 分布式数据 采集控制器 RS232/RS485 上位工控机 (组态王) 图1 监控系统结构图 …… …… 第七届工业仪表与自动化学术会议

2 智能化处理单元的优点,具备通用编程功能,可用于信号的程控放大、模拟 I/O、数字 I/O 及通信参数的设定. ADAM5510 具有以下

4 个特点. 1.2.1 模拟开放式 PC 环境 ADAM5510 类似于一台紧凑式计算机,包括 80188CPU、FLASH ROM、SRAM、COM

1、COM2 及一个编 程端口,内置的 ROM-DOS 操作系统,兼容 MS-DOS 操作系统,可以通过 BORLAND C 或C++等高级语言编 译应用程序. 编写的程序可以通过编程口下载到 ADAM5510 的ROM 空间, 供程序运行. 任何程序在下载之前, 应转化为 ADAM5510 兼容性代码,下载使用程序内附通信程序. 1.2.2 内置 RS232/485 通信口 为实现 ADAM5510 和其他软件通信,ADAM5510 提供了两个串行通信口:COM1 为RS232 方式;

COM2 为RS485 方式.系统一般使用在稳定性要求较高的场合. 1.2.3 完整的 I/O 模块及库函数支持 ADAM5510 采用模块化系统接口,由主机和 I/O 模块组成,由完整的 I/O 模块供用户选择,为用户存取数 据提供了最大方便. 为便于 I/O 模块的拆装, ADAM5510 采纳了底板结构. 所有 ADAM 模块均支持 10~30 VDC 电压输出和继电器输出;

所有模拟量模块均提供

16 位分辨率. 1.2.4 可编程设定输入范围 ADAM5510 随机提供了完整的 C 语言库函数.用户用 C 语言在 MSC6.0 和Borlandc2.0 环境下可方便地调 用这些子程序,来执行 ADAM5510 的所有 I/O 功能. 1.3 组态王和 ADAM5510 的通信 为实现组态王和 ADAM5510 的通信,北京亚控公司制定了一套标准的 ModbusRTU 通信协议库, 并结合 ADAM5510 提供的系列库函数,用户在编程时,可以通过对这些库中指定函数的调用,方便地实现组态王和 ADAM5510 的COM1(RS232)或COM2(RS485)通信口通过 Modbus RTU 协议通信,实现数据的采集及输出控制 功能. 上位工控机和 ADAM5510 的通信连接线有以下两种: ① ADAM5510 编程口(Proj)和计算机 RS232 串口之间使用 RS232 直连线:2-

2、3-

3、5-5;

② ADAM5510 的COM1 (RS232) 或COM2 (RS485) 和计算机 RS232 串口连接, 包括 COM1 (RS232) 口和计算机 RS232 串口之间使用 RS232 对调线:2-

3、3-

2、5-5;

COM2(RS485)可以通过 RS485/232 信 号转换模块接到计算机 RS232 串口上.

2 系统实现 在上位监控计算机中,通过组态王的工程浏览器完成外部设备定义、数据库的构造等工作.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,操作也是非常的简单方便.在组态王的画面开发系统中完成界 面的设计、动画连接的定义、控制算法的实现等. 本系统中,上位组态王包含了主界面系统、实时曲线、历史曲线、实时数据、锅炉温度控制、锅炉液位控 制、报警等七个主画面窗口.其中主界面如图

2 所示,图中展示了 EFPT 过程控制装置的构造,包括水箱、电 动阀门、流量转换器、锅炉、压力计、抽水泵、水冷却装置、水槽等.同时,在图中还可以清楚的了解到锅炉 温度、锅炉液位、夹套温度、水箱液位、进水流量转换器、出 水流量转换器、 进水阀门开度和出水阀门开度等实时数据的信 息. 上位水箱 水箱液位 000.00 mm 47.15 % 进水电动阀门开度 N1 VC1 91.56 % N2 出水电动阀门开度 VC2 出水流量转换器 44.71 % 进水流量转换器 26.99 % 锅炉液位 197.38 风向水温 50.00 ℃ mm 图2上位机主界面 图3所示的是锅炉液位的实时控制窗口界面,锅炉液位控制画面中可以获得锅炉液位、给定液位和进水阀 门的开度指令等实时变化曲线,同时显示锅炉液位、给定液位、液位偏差的实时数值,以及设置锅炉液位的 PID 控制器参数值,即设置比例系数 Kp、微分时间 Td、积分时间 Ti 的数值. 此外,锅炉温度控制画面主要是实现对锅炉温度的实时控制.画面中可以看到给定温度、锅炉温度、夹套 温度和温度偏差

4 个变量的实时数据,以及给定温度和锅炉温度的实时变化趋势曲线,同时,还可以设置温度 的PID 控制参数. 在实时数据显示画面中记录了由组态王从 EFPT 过程控制装置上采集到的实时数据,包括出水阀门、进水 图3液位实时控制窗口界面 第七届工业仪表与自动化学术会议

3 阀门、夹套温度、水箱液位、进水流量、出水流量、锅炉液位和锅炉温度等八个变量的实时值. 历史趋势曲线共显示了锅炉液位、锅炉温度、夹套温度、进水执行器开度输出、出水执行器开度输出和锅 炉温度输出

6 个变量的历史变化情况.同时,可以拖动按键,查看一段时间内的模拟量变化情况,或者通过输 入起始时间和时间长度来具体指定所要查看变量数据的历史记录. 报警窗口用以反应变量的不正常变化,组态王自动对需要报警的变量进行监视.当发生报警时,将这些报 警事件在报警窗口中显示出来.报警窗口有两种类型:实时报警窗口和历史报警窗口.实时报警窗口主要是对 实时采集的一些数据进行高值和低值报警等,便于即时提醒操作人员进行相关的报警措施,要查阅历史报警事 件只能通过历史报警窗口.

3 结束语 论文针对一个过程控制实验装置,设计开发了基于组态王和 ADAM5510 的分布式监控系统.实现了对该装 置的温度、压力、流量、液位等主要参数的数据采集和实时控制.主要实现了对锅炉温度、液位、流量、阀门 开度等参数的实时数据采集、显示、分析,趋势曲线的显示、报警等功能,同时,利用 PID 的控制规律,分别 对锅炉温度和锅炉液位进行实时控制且达到了良好的控制效果. 该分布式监控系统具有一定的实用性和通用性, 可以推广到工业生产过程的其他监控系统中. 参考文献

1 徐江华, 孙荣, 邵惠鹤. 基于 ADAM5510 的PID 参数自整定系统[J]. 自动化仪表, 2003, 24(1): 9-11.

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3 彭道刚, 杨平, 徐春梅, 等. 基于 VC++的数据采集监控系统设计[C]. 第六届工业仪表与自动化学术会议论文集, 2005: 122-125.

4 陈冠玲. 工控组态软件与其它软件数据交换的三种方式[J]. 计算机测量与控制, 2002, 10(11): 754-764.

5 邵新华, 金元郁, 吕学芳. 基于组态软件与 VB 的实时监控系统[J]. 控制工程, 2003, 10(5): 339-459. 收稿日期:2006-03-17. 第一作者彭道刚,男,1977 年生,2004 年毕业于华北电力大学控制理论与控制工程专业,获硕士学位,讲师;

主要从事智能控制、故障诊断等 方面的研究.