高压氧舱治疗监控系统设计报告

高压氧舱治疗监控系统设计 西南石油大学 电子工艺 目录 第一章 实习报告绪论 ............................................................................................ 1 1.1 实习的目的与意义 .......................................................................................... 1 1.2 实习任务与内容 ............................................................................................. 1 1.3实习任务完成步骤 .............................................................................................. 1 第二章 基础设计报告 ......................................................................................... 2 2.1设计题目 ............................................................................................................... 2 2.2工艺流程 ............................................................................................................... 2 2.3设计任务 ................................................................................................................. 2 2.4 I/O点收集及表单 ......................................................................................... 3 2.5制作工程画面 ........................................................................................................ 4 2.6创建实时数据库 ................................................................................................ 8 2.7建立动画连接 ..................................................................................................... 9 2.8运行及调试 .......................................................................................................... 14 2.9作品展示 ............................................................................................................. 15 第三章提高设计报告 .......................................................................................... 18 3.1设计题目 ............................................................................................................. 18 3.2工艺流程 ............................................................................................................. 18 3.3设计任务 ............................................................................................................. 18 1 西南石油大学 电子工艺实习报告 3.4 I/O点收集及表单 ......................................................................................... 19 3.5制作报警、报表、趋势曲线工程画面 ..................................................... 20 3.6创建实时数据库 .............................................................................................. 23 3.7报警制作详细过程 ............................................................................................ 24 3.8作品展示 ............................................................................................................. 26 第四章 提高设计报告任务说明书 ............................................................. 28 4.1小组成员及学号 ................................................................................................. 28 4.2本人任务详细说明 ......................................................................................... 28 第五章 实习心得 .................................................................................................. 29 2 西南石油大学 电子工艺实习报告 第一章 实习报告绪论 1.1 实习的目的与意义 电子工艺实习是自动化专业教学中一项重要的实践性环节。它是在学 生学完《自动控制》、《计算机控制技术》等专业课后通过实习使理论结合实 际，以达到巩固专业知识、提高动手能力的目标。需要我们积极投入，通过 实习进一步了解、掌握控制系统工程实现的各个有关环节和设计方法，能熟 练运用组态软件对控制系统进行组态。 1.2 实习任务与内容 本次实习的任务是学习使用工业控制软件——力控forcecontrol 6.1，并且会利用这个软件做一些工程的画面组态。可以利用生动的动画，再现生产过程的一个大致过程。并且可以通过对画面的操作，实现对生产过程的控制。 1. 掌握控制系统的设计原则和实现步骤。 2. 掌握监控组态软件基础知识和基本设计步骤。 3. 参照《计算机控制技术》等理论课中所介绍的控制系统设计方法来完成实 习中给定人物的设计，要求确定系统的性质，构成方式，控制算法等，对 系统的硬件部分如控制器、现场设备、执行机构进行概要设计，对系统监 控部分进行详细设计 4. 利用监控组态软件实现控制系统软件部分的各种功能，要求组态界面能形 象的反映出控制系统的工艺流程，并同时具有报警，报表，显示历史趋势 曲线等功能 5. 完成实习报告。 1.3实习任务完成步骤 1. 通过理论教学并结合学生动手设计一个简单的水位控制系统来熟悉力控forcecontrol 6.1组态软件。 2.确定设计题目，按控制系统的设计原则给出控制系统的总体，要求有控制算法、硬件部分关键设备的选型，软件的功能描述 3.总体方案通过后，依照总体方案利用力控组态软件实现控制系统软件部分的各种功能。 3 西南石油大学 电子工艺实习报告 第二章 基础设计报告 2.1设计题目 基础设计的题目为:储存罐液位监控系统。 2.2工艺流程 工艺设备包括一个储存罐，一个进液控制阀门，一个出液控制阀门。用于控制两台阀门的PLC，如下图所示: 2-2工艺设备 按下“开始”按钮，进液阀门打开，液体经进液管道流进储罐，储罐液位慢 慢升高。当液位高于90时，进液阀门关闭，出液阀门打开，液体经出液管 道流出，储罐液位慢慢降低，当液位低于50时，出液阀门关闭，进液阀门 打开，液体经进液管道注入，如此反复进行，使储罐液位维持在50到90 之间变化。当液位低于低限值50时，高级报警;当液位值高于90时，高级 报警。 2.3设计任务 首先熟悉力控组态软件。根据教学视频和实验指导书的相关内容熟悉力控组 态软件的开发界面、相关模块的作用。 以“储存罐液位控制系统”为题目完成一个简单控制系统的开发，设计一个 液位值为75，上下波动范围为5的液位监控系统，完成如下内容: ?. I/O点收集及表单。 4 西南石油大学 电子工艺实习报告 ?. 制作工程画面。工程画面在同一窗口里边应当包括工程主画面、专家报表、实时曲线、历史曲线和报警提示信息栏。画面布置紧凑美观。 ?. 创建实时数据库。创建工程实时数据库，在创建的实时数据库里边建立工程中需要用到的各类数据点。 ?. 建立动画连接。将各数据点与工程中对应的设备关联起来，建立动画连接。 ?. 运行设计的系统，找出缺陷，调试以达到设计要求。 2.4 I/O点收集及表单 2.4.1总体 总体设计方案 类别 配置情况 系统性质 直接数字控制 系统结构 IPC控制 硬件 PC机 软件 力控Forcecontrol 6.1 2.4.2监控画面设计 监控画面设计 报警 实时报警 显示实施过程报警和报警确认 历史报警 查询报警记录 趋势 实时趋势 变量的实时数据和时间变化的关系 曲线 总貌画面 位号 位号说明 当前值工程单 位 报警状态 查询单元 设置切换按钮，显示同一单元数据 总貌 组画面 位号 过程值 目标值 输出值 方式选择 手动/自动方式 2.4.3力控点表 FORCECONTEOL DB点表(数字量) 序I/O位号说明 正常状信号类是否需要I/O类 5 西南石油大学 电子工艺实习报告 号 名称 态 型 累计运行型 时间 1 In_value 入口阀门状启动 干接点 是 输入 态 2 Out_value 出口阀门状启动 干接点 是 输出 态 FORCECONTEOL DB点表(模拟量) 序I/O位说明 单位 信号量程 报警 I/O类号 号名类型 型 称 1 level 液位m 模拟上限:下限:上限:下限:输入 值 量 100 10 90 50 2.5制作工程画面 2.5.1工程管理器的使用 1)启动力控的“工程管理器”组态软件 ; 2)点击“新增应用”按钮，添加应用名，点击“确定”按钮，然后再点击 “开发系统”按钮，进入力控的组态开发界面; 2.5.2创建组态界面 1)进入开发环境Draw后，创建一个新窗口。在工程项目栏里右键单击窗口 选择“新近窗口”，在窗口名字中输入“储罐液位控制”，单击“确认”按钮; 2)在力控组态软件的工具栏“工具箱”和“选择图元”里边找到“阀门”、 “管道”和“储液罐”，置于开发界面中，调整各图元大小和颜色。 6 西南石油大学 电子工艺实习报告 3)右键单击管道调出管道属性设置，将管道设置为后置图元，调整各图元位置组建基本工程画面如下图所示。 4)在工具箱中选择“文本”，在开发界面中添加两个文本，并分别录入“液位值”和“###.####”。再在工具箱中点击“增强型按钮”在开发界面中添加两个按钮，分别右键单击按钮选择对象属性设置按钮新字符和字体颜色如图所示，最后再调整各个图元位置。 创建按钮 组态主画面主图 2.5.3定义I/O设备 1)在Draw导航器的工程项目中双击“I/O设备组态”项使其展开，在展开项目中选择“力控”项并双击使其展开，再在其中选择仿真驱动并使其展开，双击选择项目“Simulator(仿真)”，弹出“设备配置”对话框，在“设备名称”中输入框内键入“plc”，设备描述为“仿真plc”。 7 西南石油大学 电子工艺实习报告 2)单击“完成”按钮返回，在“Simulator(仿真PLC)”项目下面增加了一项“plc”; 2.5.4实时趋势曲线的生成 在“工具箱”中选择“常用组件”，在其中单击“趋势曲线”，则在“液位监控系统”窗口中添加了一个趋势曲线表格。 8 西南石油大学 电子工艺实习报告 2.5.5报表及报警组态画面的生成 报表完成:点击“工具栏”选择“常用组件”，单击“专家报表”则在原窗口中添加了一个报表，双击该报表，弹出报表设置向导，保持默认设置，点击下一步，直到第三步，设置报表类型为“自定义报表”设置参数，之后步骤中，全部保持默认设置，直到完成。设置查询:按选择“工具箱”中的按钮，在“TEXT”中输入“查询”。 9 西南石油大学 电子工艺实习报告 查询时间设置 报警画面的生成 2.6创建实时数据库 1)在Draw导航器中双击“实时数据库”项使其展开，在展开项中双击“数据库组态”启动组态程序DBMANAGER; 2)启动DBMANAGER，单击菜单条中的“点”选项选择新建或双击单元格，出现“请指定区域、点类型”; a)点击“模拟I/O点”在“基本参数”中输入点名“level”，点说明“储存罐液位”;“报警参数选”项下进行如图1-6(a)的设置;在“数据连接”中点击“增加”按钮，选择地址为“5”的“常量寄存器”;最后点击确定，这样就创建了一个点名为“level”的实时数据库。 10 西南石油大学 电子工艺实习报告 图2-6(a)报警参数设置 b) 同理，点击“数字I/O点”输入点名“in_valve”，点说明“入口阀门状态”，在“数据连接”中点击“增加”按钮，选择地址为“0”的“常量寄存器”; c) 同理，点击“数字I/O点”输入点名“out_valve”，点说明“出口阀门状态”，在“数据连接”中点击“增加”按钮，选择地址为“1”的“常量寄存器”; d) 点击“模拟I/O点”输入点名“run”，点说明“控制状态”，在“数据连接”中点击“增加”按钮，选择地址为“1”的“状态控制”。完成后如图1-6(b)所示: 图2-6(b)实时数据库 2.7建立动画连接 2.7.1阀门动画建立 11 西南石油大学 电子工艺实习报告 a)双击入口阀门对象，出现如图1-7-1(a)动画连接对话框，点击选择“in_valve.pv” 图2-7-1(a)入口阀门向导 b)双击出口阀门对象，出现如图1-7-1(b)动画连接对话框，点击选择“out_valve.pv” 图2-7-1(b)出口阀门向导 2.7.2液位动画建立 双击“罐”图，弹出图1-7-2所示对话框，在表达式一栏填入液位变量“level.PV”。点击“确定”按钮，此时灌的液位会随level的值变化。 图2-7-2罐向导 2.7.3按钮动作的建立 a) 在“开始”按钮上双击鼠标，在弹出的对话框中点击左键动作，弹出“脚本编辑器”，在脚本编辑器中添加代码，如图1-7-3。 12 西南石油大学 电子工艺实习报告 图2-7-3动画连接画面 双击左键动作，在“按下鼠标”栏中输入“run.pv=1;”如下图所示: 图2-7-3(a)“开始”脚本编辑图 b) 同理，在“停止”按钮的脚本编辑器中输入如图 图2-7-3(b)“停止”脚本编辑图 c)同理在“查询”按钮的 “脚本编辑器”，在脚本编辑器中添加代码，如图2-7-3(c)所示 13 西南石油大学 电子工艺实习报告 图2-7-3(c)“查询”按钮脚本编辑 2.7.4液位值动画的建立 选中储罐下面的“###.####”符号，双击鼠标左键，出现动画连接对话框，选择“数值输出—模拟”，弹出“模拟值输出”对话框，点击“”按钮，选择如图2-7-4所示: 图2-7-4液位值动画连接 2.7.5实时趋势曲线动画的建立 在窗口中双击已经添加好的实时趋势曲线表格，弹出属性对话框，点击 出现如图2-7-5(a)的对话框，选择“level.pv”;点击“选择”之后自动返回，对话框下半部分的设置如图2-7-5(b)所示; 14 西南石油大学 电子工艺实习报告 图2-7-5(a)实时曲线变量选择 2-7-5(b)实时曲线添加设置 点，将储存罐的液位值添加到实时曲线中显示，完成之后的情况如图2-7-5(c)所示: 15 西南石油大学 电子工艺实习报告 图2-7-5(c)添加完成的实时曲线 2.7.6应用程序动作的建立 打开应用程序脚本编辑页面，在“程序运行周期执行”中输入以下程序: IF run.pv==1 THEN IF biaozhi==1 THEN in_valve.pv=1; out_valve.pv=0; level.pv=level.pv+1; ENDIF IF level.pv>=101 THEN biaozhi=0; ENDIF IF biaozhi==0 THEN in_valve.pv=0; out_valve.pv=1; level.pv=level.pv-1; ENDIF IF level.pv<=5 THEN biaozhi=1; ENDIF ENDIF IF run.pv==0 THEN in_valve.pv=0; out_valve.pv=0; ENDIF curve1.pv=rand(100); 按下编译按钮，编译成功后退出脚本编辑画面。 2.8运行及调试 力控工程监理完成之后，进入调试运行阶段。首先保存所有组态内容，点击 “全部调试”，然后在选择“文件”中的“进入运行”，得到如图1-8-1画面: 16 西南石油大学 电子工艺实习报告 图2-8-1运行界面图 选择“文件”中的“打开”按钮选择想运行工程，如图1-8-2所示: 图2-8-2运行选择 2.9作品展示 点击“开始”按钮，储存罐液位监控系统运行状态如图——所示 17 西南石油大学 电子工艺实习报告 运行界面 报警查询 趋势曲线 18 西南石油大学 电子工艺实习报告 报表查询 19 西南石油大学 电子工艺实习报告 第三章提高设计报告 3.1设计题目 基础设计的题目为:高压氧舱治疗监控系统。 3.2工艺流程 工艺设备包括一个高压舱体，一个湿度传感器，一个压力传感器，一个氧浓度传 一个加湿器，一个热交换器，一个氧气罐，一个引风电动机，一个入风控感器， 制开关，一个出风控制开关，一个泄压控制阀，一个进水控制阀，一个氧气进气阀，一个氧气出气阀及用于控制各阀门的PLC。 按下开始按钮，泵启动，将空气打进高压舱，此时压力传感器监测到压力的增大变化，湿度和氧浓度都略有上升，当压力传感器监测到压力达到3个大气压303Kpa时，泵关闭，氧气罐出气阀打开，氧浓度上升，压力略有上升,当压力高于320Kpa时，泄压阀门打开，当压力下降到3个大气压时关闭。在此期间，氧浓度不断上升，当氧浓度上升到50%时，氧气罐出气阀关闭，通风阀门打开，引风机启动，开始通风。通风过程中，氧浓度下降，压力也随之下降。当氧浓度下降到23%时，引风机停止，通风阀门关闭。与此同时，泵再次启动，重复之前的过程。若想终止整个过程，则按下停止按钮，所有电机和阀门都关闭。 3.3设计任务 首先更进一步熟悉力控组态软件。根据上一章的学习从而应用力控组态软件 的开发界面、相关模块来设计专题。 以“高压氧舱治疗监控系统”为题目完成一个控制系统的开发，完成如下内 容: ?. I/O点收集及表单。 ?. 制作工程画面。工程画面在同一窗口里边应当包括工程主画面、专家报 表、实时曲线、历史曲线和报警提示信息栏。画面布置紧凑美观。 ?. 创建实时数据库。创建工程实时数据库，在创建的实时数据库里边建立 工程中需要用到的各类数据点。 ?. 建立动画连接。将各数据点与工程中对应的设备关联起来，建立动画连 接。 ?. 运行设计的系统，找出缺陷，调试以达到设计要求。 3.4 I/O点收集及表单 3.4.1总体设计方案 表3-4-1总体设计方案 总体设计方案 20 西南石油大学 电子工艺实习报告 类别 配置情况 系统性质 直接数字控制 系统结构 IPC控制 硬件 PC机 软件 力控Forcecontrol 6.1 3.4.2监控画面设计 表3-4-2监控画面设计 监控画面设计 报警 实时报警 显示实施过程报警和报警确认 历史报警 查询报警记录 趋势 实时趋势 变量的实时数据和时间变化的关系曲 线 总貌画面 位号 位号说明 当前值工程单位 报警状态 查询单元 设置切换按钮，显示同一单元数据总貌 组画面 位号 过程值 目标值 输出值 方式选择 手动/自动方式 3.4.3力控点表 表3-4-3(a)FORCECONTEOL DB点表(数字量) 序号 I/O位号名称 说明 正常状态 信号类型 是否需要累I/O类型 计运行时间 1 yqf1 氧气罐出口阀门 启动 干接点 是 输出 2 gycf 高压舱出口阀门 启动 干接点 是 输出 3 beng 泵 启动 干接点 是 输入 4 yqfj1 氧气罐进口阀门 启动 干接点 是 输入 5 gycgnf 供暖阀门 启动 干接点 是 输入 6 run1 供暖 控制状态 干接点 是 —— 7 run2 加湿 控制状态 干接点 是 —— 8 run3 通风 控制状态 干接点 是 —— 9 famen 1 通风阀门1 启动 干接点 是 输入 21 西南石油大学 电子工艺实习报告 10 Famen2 通风阀门2 启动 干接点 是 输出 11 mada 马达 启动 干接点 是 输入 12 jsq 加湿器 启动 干接点 是 输入 13 run4 加压 控制状态 干接点 是 —— 14 run5 供氧 控制状态 干接点 是 —— 15 run6 安全开关 控制状态 干接点 是 —— 图3-4-3(b)FORCECONTEOL DB点表(模拟量) 序I/O位号名说明 单位 信号类报警 I/O类型 号 称 型 1 level1 氧气罐1容量 立方米 模拟量 上限:90 下限:50 输入 2 gycwendu 高压舱温度 摄氏度 模拟量 上限: 下限:- 输入 3 gycshidu 高压舱湿度 % 模拟量 上限: 下限:- 输入 4 gycynd 高压舱氧气浓度 % 模拟量 上限:49 下限:- 输入 5 gycyl 高压舱压力 Kpa 模拟量 上限:下限:- 输入 318 3.5制作报警、报表、趋势曲线工程画面 3.5.1工程管理器的使用 1)启动力控的“工程管理器”组态软件 ; 2)点击“新增应用”按钮，添加应用名，点击“确定”按钮，然后再点击 “开发系统”按钮，进入力控的组态开发界面; 3.5.2创建组态界面 1)报表组态画面制作: 在新建的报警窗口中找到“工具箱”，打开“常用组建”中的“专家报表”选项，按照第一章步骤完成，如下: 22 西南石油大学 电子工艺实习报告 2)趋势曲线组态画面制作: 同样，在新建的报警窗口中找到“工具箱”，打开“常用组建”中的“趋势曲线”选项，按照第一章步骤完成，如下: 3.5.3定义I/O设备 1)在Draw导航器工程项目中双击“I/O设备组态”项使其展开，在展开项 23 西南石油大学 电子工艺实习报告 目中选择“力控”项并双击使其展开，再在其中选择仿真驱动并使其展开， 双击选择项目“Simulator(仿真)”，弹出“设备配置”对话框，在“设备名 称”中输入框内键入“plc”，设备描述为“仿真plc”， 单击“完成”按钮 返回，在“Simulator(仿真PLC)”项目下面增加了一项“plc”; 3.5.4其余功能按钮的制作 选择“工具箱”中的按钮，在“TEXT”中输入“xxx”。例如在报表窗口中利用按钮，在“TEXT”中输入“主窗口”。再左键双击选择动画连接中的窗口显示，选择目标窗口的名字，最后按“确认”即可。 3.6创建实时数据库 1)在Draw导航器中双击“实时数据库”项使其展开，在展开项中双击“数 据库组态”启动组态程序DBMANAGER; 2)启动DBMANAGER，单击菜单条中的“点”选项选择新建或双击单元格， 出现“请指定区域、点类型”; a)点击“模拟I/O点”在“基本参数”中输入点名“level1”，点说明“储 24 西南石油大学 电子工艺实习报告 存罐液位”;“报警参数选”项下进行如图3-6(a)的设置;在“数据连接” 中点击“增加”按钮，选择地址为“0”的“常量寄存器”;最后点击确定， 这样就创建了一个点名为“level1”的实时数据库。 图3-6(a)报警参数设置 B)同理，改变寄存器地址得到整个系统的实时数据库如下: 3.7报警制作详细过程 3.7.1报警窗口制作 a) 在新建的报警窗口中找到“工具箱”，打开“常用组建”中的“报警”选项， 25 西南石油大学 电子工艺实习报告 a)再在“基本图元中”利用按钮添加“主窗口”“报表”“趋势曲线” c) 打开数据库组态，双击所需报警的模拟量，选择报警参数: 3.7.2报警动画制作 a)双击“主窗口”文本，弹出动画连接窗口，选择“窗口显示”，再选主窗口，按确定，即可实现从“报警”窗口跳至“主窗口”的动画连接。 26 西南石油大学 电子工艺实习报告 b)在系统配置中选择“报警配置”中的“报警设置”，选择 “标准报警声音”，确定即可完成整个报警制作。另外，还可选择“弹出提示框”，以便演示。 3.8作品展示 加压过程 吸氧过程 27 西南石油大学 电子工艺实习报告 报警过程 28 西南石油大学 电子工艺实习报告 第四章 提高设计报告任务说明书 4.1小组成员及学号 4.2本人任务详细说明 1)趋势曲线的制作; 2)报警的制作; 3)报表的制作; 第五章 实习心得 29 西南石油大学 电子工艺实习报告 通过本次实习对力控软件有了了解，并可以完成简单制作。知道了计算机控制系统通常可以分为设备层、控制层、监控层、管理层四个层次结构，构成另一个分布式的工业网络控制系统。其中设备层负责将物理信号转换成数字或者标准的模拟信号，控制层完成对现场工艺过程的实时监测与控制，监控层通过对多个控制设备的集中管理，来完成监控生产运行过程的目的。管理层实现对生产数据进行管理、统计和查询。 力控监控组态软件是对现场生产数据进行采集与过程控制的专用软件，最大的特点是能以灵活多样的“组态方式”而不是编程方式来进行系统集成，它提供了良好的用户开发界面和简捷的工程实现方法，只要将其预设值的各种软件模块进行简单的“组态”，便可以非常容易地实现和完成监控层的各项功能，缩短了自动化工程师的系统集成时间，大大地提高了集成效率。 参考文献: [1] [2] 30