【文章內(nèi)容簡介】 最基本也是最重要的要求。由于計算機監(jiān)測控制系統(tǒng)的運行環(huán)境一般都相對惡劣，而且計算機監(jiān)測控制系統(tǒng)往往負(fù)擔(dān)著重要的任務(wù)，它一旦出現(xiàn)故障，將造成整個被監(jiān)控過程的混亂，引起嚴(yán)重的后果，由此造成的經(jīng)濟(jì)損失和對人們生活帶來的不便往往遠(yuǎn)非計算機監(jiān)測控制系統(tǒng)本身的造價所能比擬的。對計算機監(jiān)控系統(tǒng)來說，特別對于泵站，可靠性是最重要的。計算機要能長期連續(xù)工作，要有較強的抗干擾能力和自檢、自恢復(fù)功能。為了提高可靠性，要從硬件和軟件兩方面采取措施。在硬件方面，微 機要選擇較高的配置和可靠性較高的操作系統(tǒng)，盡量采用標(biāo)準(zhǔn)化的功能模塊，尤其對接口的可靠性要給予特別的重視。軟件方面，也要有一個合理的結(jié)構(gòu)，按模塊化的要求設(shè)計程序，在可靠性要求特別高的場合，可采用雙機或雙重化系統(tǒng)。 技術(shù)上的先進(jìn)性。 計算機監(jiān)測控制是一個綜合性、交叉性強的技術(shù)領(lǐng)域，它綜合了計算機技術(shù)、自動控制、信息處理和通信、檢測技術(shù)以及生產(chǎn)過程和管理方面的知識，其技術(shù)先進(jìn)性概括來說體現(xiàn)在硬件設(shè)備、軟件平臺和工具、信息處理和控制策略這三個方面。計算機監(jiān)測控制系統(tǒng)設(shè)計的一個原則應(yīng)當(dāng)是不盲目追求新技術(shù)，而在技術(shù) 成熟的前提下盡量采用先進(jìn)的技術(shù)。一方而，先進(jìn)的技術(shù)可以獲得更好的監(jiān)測控制效果，從而可能獲得更高的經(jīng)濟(jì)效益，因此在保證可靠性和經(jīng)濟(jì)上允許的前提下，應(yīng)盡可能采用先進(jìn)的技術(shù) 。第二，計算機技術(shù)發(fā)展十分迅速，硬件和軟件更新?lián)Q代的周期越來越短，采用先進(jìn)的技術(shù)意味著延長系統(tǒng)的生命期限 :第三，計算機監(jiān)測控制系統(tǒng)大多作為整套生產(chǎn)設(shè)備的一部分出現(xiàn)，而高技術(shù)含量往往又體現(xiàn)在控制系統(tǒng)上，先進(jìn)技術(shù)的采用可以大大提高整套設(shè)備的附加值，帶來客觀的經(jīng)濟(jì)和社會效益。 使用上的方便性 這包括三方面的含義 :其一，是操作上方便。盡可能降低對操 作人員的專業(yè)技術(shù)知識的要求，使他們在較短的時間內(nèi)或通過說明書能掌握和熟悉操作使用。操作的內(nèi)容盡可能簡單明了，操作的順序清晰簡明，便于記憶。其二，是排錯上方便 .硬件的排列和安裝合理，配有明顯的指示或信號顯示，并配有查錯、診斷、故障報警程序，在故障出現(xiàn)時能及時對它定 武漢科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 7 位并排除。其三，是維護(hù)上方便。應(yīng)盡量采用標(biāo)準(zhǔn)零部件，便于硬件的更換。 實時性。 計算機自動監(jiān)控系統(tǒng)對各種信息的采集和處理要滿足實時性的要求，對現(xiàn)場各種狀態(tài)變化要及時響應(yīng)。為了滿足實時性的要求，計算機必須有足夠高的時鐘頻率，性能優(yōu)良的操作系統(tǒng)，豐 富的函數(shù)指令以及合理的監(jiān)控系統(tǒng)布局等。 良好的適應(yīng)性和可移植性。 微機要能適應(yīng)各種運行情況，當(dāng)系統(tǒng)運行情況發(fā)生變化時，要求通過簡單的操作或改變某些標(biāo)志和參數(shù)值就能適應(yīng)。同時，一個成熟的計算機監(jiān)控系統(tǒng)不僅在所采用泵站能實現(xiàn)監(jiān)控并體現(xiàn)良好的工作特性，在做少量的軟、硬件修改后，就能適用于其它的泵站，這將給設(shè)計者和用戶帶來很大的方便，節(jié)約資金縮短投運周期。 可擴充性。 一個泵站監(jiān)控系統(tǒng)的功能隨著泵站本身可能的分期裝機發(fā)展及排水系統(tǒng)的發(fā)展勢必要有一些改進(jìn)的提高，這就要求計算機系統(tǒng)能盡可能的進(jìn)行功能擴充。因此， 系統(tǒng)應(yīng)具有良好的開放性能，硬件配置要留有擴充的余地 。軟件要便于修改和增刪，具有通用性。 靈活方便的人機聯(lián)系功能。 泵站是在運行人員的監(jiān)護(hù)下工作的監(jiān)控系統(tǒng)必須隨時向運行人員提供反映設(shè)備運行工控的信息，同時又能隨時接受運行人員的各種命令。一個好的監(jiān)控系統(tǒng)必須具備靈活方便的人機聯(lián)系功能，面向?qū)ο蟮娜藱C接口，操作維護(hù)也應(yīng)簡單易行。 泵站監(jiān)控系統(tǒng)的總體方案 如前所述，泵站計算機監(jiān)控系統(tǒng)主要由早期的單級繼電器控制系統(tǒng)、集散型控制系統(tǒng)和基于現(xiàn)場總線技術(shù)的 PLC網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，根據(jù)羅家路泵站的工藝特點和要求 ，羅家路泵站的自動化改造采用基于現(xiàn)場總線技術(shù)的 PLC網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。 結(jié)合設(shè)計要求和特點，監(jiān)控系統(tǒng)的很大一部分功能主要依靠組態(tài)軟件來實現(xiàn)，本設(shè)計將選用優(yōu)秀的組態(tài)軟件來實現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)的下列功能（這也是本設(shè)計的重點）： (1) 泵站工作 過程的動態(tài)可視化控制； (2)生產(chǎn)過程中生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集和管理； (3)生產(chǎn)過程監(jiān)控報警； (4)變量歸檔 功能； (5)建立和 PLC的連接并模擬運行 。 武漢科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 8 3 計算機監(jiān)控組態(tài)軟件 計算機監(jiān)控組態(tài)軟件介紹 計算機監(jiān)控系統(tǒng)的計算機操作系統(tǒng)使用最常見的 Windows XP系統(tǒng)，這里不再多做介紹。下面主要介紹計算機監(jiān)控組態(tài)軟件。 組態(tài)軟件的組成 組態(tài)軟件是指一些數(shù)據(jù)采集與過程控制的專用軟件，他們是在自動控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級的軟件平臺和開發(fā)環(huán)境。使用靈活的組態(tài)方式，為用戶提供快捷構(gòu)建工業(yè)自動控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的通用層次的軟件工具。 組態(tài)軟件通常由圖形組態(tài)軟件，數(shù)據(jù)變量管理組件，設(shè)備管理組件，系統(tǒng)設(shè)置組件與其他組件構(gòu)成。不同的組態(tài)軟件各種組件的表現(xiàn)形式不同，但其基本功能作用是相同的。 圖形組態(tài)組件 圖形組態(tài)組件也稱為畫面開發(fā)系統(tǒng)，借助畫面開發(fā)系統(tǒng)，可以完成工業(yè)現(xiàn)場生 產(chǎn)過程的各種工藝過程人機界面的圖形組態(tài)。 2 、數(shù)據(jù)變量管理組件 數(shù)據(jù)變量管理組件也稱為實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。實時數(shù)據(jù)庫是組態(tài)軟件中更為重要的一個組件。借助畫面開發(fā)系統(tǒng)，可以完成工業(yè)現(xiàn)場生產(chǎn)的過程的各種工藝過程人機界面的組態(tài)圖形。 設(shè)備管理組件 設(shè)備管理組件完成組態(tài)軟件與相關(guān)下層控制設(shè)備的通信組態(tài)設(shè)備，如與 PLC，智能儀表，各種數(shù)據(jù)采集板卡的連接等。設(shè)備管理組件同樣是組態(tài)軟件中必不可少的組成部分。 系統(tǒng)設(shè)置組件 系統(tǒng)設(shè)置組件通常完成系統(tǒng)運行過程中的相關(guān)設(shè)置，如系統(tǒng)啟動畫面設(shè)置，用戶設(shè)置，密碼設(shè)置等功能。 其他組件 其他組件包括網(wǎng)絡(luò)設(shè)置，第三方接口程序設(shè)計等，不同的組態(tài)軟件有著不同的特殊配置。 組態(tài)軟件的功能 常見的組態(tài)軟件一般都有以下基本功能： 數(shù)據(jù)采集功能 大多數(shù)組態(tài)軟件提供多種數(shù)據(jù)采集程序，用戶可以進(jìn)行應(yīng)用配置。相關(guān)驅(qū)動程序由組態(tài)軟件開發(fā)商提供，或者由用戶按照某種組態(tài)軟件的“接口規(guī)范”編寫。 武漢科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 9 腳本語言編寫功能 腳本語言是擴充組態(tài)系統(tǒng)功能的重要手段。大多數(shù)組態(tài)軟件提供了腳本語言的支持。具體的實現(xiàn)方式可分為三種：一是內(nèi)置的類 C/Basic語言：二是采用微軟公司的 VB的編程語言：三是 有少數(shù)組態(tài)軟件采用面向?qū)ο蟮哪_本語言。 組態(tài)環(huán)境的擴展功能 擴展功能是指組態(tài)軟件提供了在不改變原有系統(tǒng)的情況下，向系統(tǒng)內(nèi)增加新功能的能力，這種增加的功能來自組態(tài)軟件來自組態(tài)軟件開發(fā)商，第三方軟件提供商或者用戶自身開發(fā)。增加功能最常用的是 ActiveX組件的應(yīng)用，目前部分組態(tài)軟件能提供完備的ActiveX組件引入功能，并實現(xiàn)引入對象在腳本語言中訪問。 組態(tài)軟件的開放性功能 隨著管理信息系統(tǒng)和計算機集成制造系統(tǒng)的普及，生產(chǎn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的應(yīng)用已經(jīng)不僅僅局限于數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控。在生產(chǎn)制造過程中，需要現(xiàn)場的大量數(shù)據(jù) 進(jìn)行流程分析和過程控制，以實現(xiàn)對生產(chǎn)流程的調(diào)整和優(yōu)化?，F(xiàn)有的組態(tài)軟件對大部分這些方面需求還只能以報表的形式提供，或者通過開放式數(shù)據(jù)庫連接技術(shù)將數(shù)據(jù)導(dǎo)出到外部數(shù)據(jù)庫，以供其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)的調(diào)用。可以預(yù)見，組態(tài)軟件與管理信息系統(tǒng)或領(lǐng)導(dǎo)信息的集成必將更加緊密，并很可能以實現(xiàn)數(shù)據(jù)分析與決策功能的模塊形式在組態(tài)軟件中出現(xiàn)。 對 Inter的支持功能 現(xiàn)代企業(yè)的生產(chǎn)已經(jīng)趨于國際化，分布式的生產(chǎn)方式。 Inter將是實現(xiàn)分布式生產(chǎn)的基礎(chǔ)。組態(tài)軟件能否從原有的局域網(wǎng)運行方式跨越到支持 Inter，是擺在所有組態(tài)軟件開發(fā)商面前的一個重要課題。 組態(tài)軟件的控制功能 伴隨著以工業(yè) PC為核心的自動控制技術(shù)的日趨完善和工程技術(shù)人員使用組態(tài)軟件水平的不斷提高，用戶對組態(tài)軟件的要求已不像過去那樣主要側(cè)重于畫面，而是要考慮一些是指性的應(yīng)用功能，如軟 PLC功能，先進(jìn)性過程控制策略等。 組態(tài)軟件的選擇 國內(nèi)外流行的組態(tài)軟件 當(dāng)今國內(nèi)外流行的組態(tài)軟件主要有以下幾種： 1 InTouch 組態(tài)軟件 在 20 世紀(jì) 80 年代末初，基于 的 InTouch 組他軟件給工業(yè)自動化監(jiān)控系統(tǒng)帶來了升級， InTouch 組態(tài)軟件提供了豐富的圖庫，早期的 InTouch 組態(tài)軟件采用動態(tài)數(shù)據(jù)交換方式與驅(qū)動程序通信，性能較差，最新的 版已經(jīng)完全基于 32 位的 Windows 平臺，并且提供了 OPC 支持， 組態(tài)軟件 美國 Intellution 公司一 FIX 組態(tài)軟件起家， 1995 年被愛默生集團(tuán)收購，成為愛默生集團(tuán)的全資子公司， 軟件提供工控人員熟悉的概念和操作界面，并提供完備的武漢科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 10 驅(qū)動程序。 組態(tài)軟件 Cit 公司的 Citech 組態(tài)軟件具有簡潔的操作方式，但其操 作方式更多的是面向程序員，而不是工控用戶。 Citech 的組態(tài)軟件腳本語言并非是面向?qū)ο蟮?，而是類似?C 語言。 4. WinCC 組態(tài)軟件 德國西門子的 WinCC 組態(tài)軟件也是一套完備的組態(tài)開發(fā)環(huán)境，西門子公司提供類C 語言的腳本，包括一個調(diào)試環(huán)境。 WinCC 組態(tài)軟件內(nèi)嵌 OPC 支持，并可對分布式系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)。 組態(tài)王軟件是國家第一家較有影響力的組態(tài)軟件開發(fā)公司產(chǎn)品。組態(tài)軟件提供了資源管理器式的操作界面，并提供了以漢字作為關(guān)鍵字的腳本語言支持。組態(tài)軟件也提供多種硬件驅(qū)動程序。 組態(tài)軟件的 選擇 西門子公司 (Siemens)的工業(yè)組態(tài)軟件 WinCC(Windows Control Center)為開發(fā)適合現(xiàn)代化控制要求的系統(tǒng)提供了一個方便可靠、開放性好、功能強大的軟件平臺。 WinCC是采用了最新的 32 位技術(shù)的過程監(jiān)控的軟件，具有良好的開放性和靈活性。無論是單用戶系統(tǒng)，還是多用戶系統(tǒng)， WinCC 均是較好的選擇 。 WinCC 監(jiān)控軟件提供了友好的操作界面，用戶可根據(jù)需要形成操作畫面、監(jiān)控畫面、報警畫面、實時趨勢曲線、歷史趨勢曲線和打印報表等，因而在各行各業(yè)得到廣泛的應(yīng)用 [6]。 基于 WinCC 的以上優(yōu) 點， 本設(shè)計選擇 WinCC 組態(tài)軟件來完成。 WinCC 組態(tài)軟件簡要介紹 工業(yè)組態(tài)軟件 Simatic WinCC 是德國西門子公司和微軟共同開發(fā)的軟件系統(tǒng)，是世界上第一個集成的人機界面 (HMI)軟件系統(tǒng)，是結(jié)合西門子在過程自動化領(lǐng)域中的先進(jìn)技術(shù)和微機軟件強大功能的產(chǎn)物 [6]。它真實地將工廠控制軟件集成到過程自動化中。WinCC 將 Windows NT 應(yīng)用程序的現(xiàn)代體系結(jié)構(gòu)和使用方便的圖形設(shè)計程序集合在一起，可以很方便地生成人機界面，建立完整的過程監(jiān)控解決方案。各系統(tǒng)集成商還可以用 WinCC 作為其系統(tǒng)的 擴展基礎(chǔ)，通過開放接口開發(fā)自己的應(yīng)用軟件。 WinCC Microsoft SQL Server 2021(WinCC 以前版本采用 Sybase)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行生產(chǎn)數(shù)據(jù)的歸檔，同時具有 Web 瀏覽器功能，可使經(jīng)理、廠長在辦公室內(nèi)看到生產(chǎn)流程的動態(tài)畫面，從而更好地調(diào)度指揮生產(chǎn)，是工業(yè)企業(yè)中 MES 和 ERP 系統(tǒng)首選的生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)平臺軟件。 WinCC 的系統(tǒng)構(gòu)成 WinCC 基本系統(tǒng)是很多應(yīng)用程序的核心，它包含以下九大部件 [7]： 武漢科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 11 1) 變量管理器 變量管理器 (tag management)管理 WinCC 中所使用的外部變量、內(nèi)部變量和通訊驅(qū)動程序。 2) 圖形編輯器 圖形編輯器 (graphics designer)用于設(shè)計各種圖形畫面并使其動態(tài)化。在 WinCC 的圖形編輯器中用戶將在組態(tài)模式中用各種工具和對象生成圖形畫面，可以用包含在對象和樣式選項板中的眾多的圖形對象來創(chuàng)建過程畫面，可以通過動作編程將動態(tài)添加到單個圖形對象上，向?qū)峁┝俗詣由傻膭討B(tài)支持并將他們鏈接到對象，用戶同時可以在庫中存儲自己編程的圖形對象。 3) 報警記錄 報警記錄 (alarm logging)負(fù)責(zé)采集和歸檔報警消息。 4) 變量歸檔 變 量歸檔 (tag logging)負(fù)責(zé)處理測量值，并長期存儲所記錄的過程值。 5) 報表編輯器 報表編輯器 (report designer)提供許多標(biāo)準(zhǔn)的報表，也可以設(shè)計各種格式的報表，并可按照預(yù)定的時間進(jìn)行打印。 6) 全局腳本 全局腳本 (global script)是系統(tǒng)設(shè)計人員用 ANSIC 及 Visual Basic 編寫的代碼，以滿足項目的需要。 7) 文本庫 文本庫 (text library)編輯不同語言版本下的文本消息。 8) 用戶管理器 用戶管理器 (user administrator)用來分配、管理和監(jiān)控用戶對組態(tài)和運 行系統(tǒng)的訪問權(quán)限。 9) 交叉引用表 交叉引用表 (crossreference)負(fù)責(zé)搜索在畫面、函數(shù)、歸檔和消息中所使用的變量函數(shù)、 OLE 對象和 ActiveX 控件 [8]。 WinCC 的性能特點 WinCC 的性能特點如下： 1) WinCC 基于 最新發(fā)展的軟件技術(shù)，與 Microsfot 的密切合作能保證用戶獲得將來不斷更新的技術(shù)。 2) 包括所有的 SCADA功能在內(nèi)的客戶機 /服務(wù)器系統(tǒng) :即使最基本的 WinCC系統(tǒng)仍能提供生成