组态软件课程设计指导书楼宇.docx
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组态软件课程设计指导书楼宇
组态软件课程设计指导书
指导教师:
张少辉
电气电子工程系
一、课程设计名称
组态软件课程设计
二、课程设计题目
污水处理系统的组态软件监控设计
三、时间
一周(30课时)
四、指导书适用范围
楼宇专业
五、课程设计目的:
1.进一步巩固和融会贯通所学的组态软件知识。
2.培养学生查找帮助和资料的能力。
3.掌握程序设计的方法。
4.熟悉编写和调试大型监控程序的过程和方法。
5.掌握书写程设计开发文档的能力(书写课程设计报告)。
六、课程设计的任务和要求:
1.构建一个能够进行污水处理系统监控软件的程序。
2.完成需求分析、组态软件编写和调试。
3.提交的监控程序要求有正规界面,能够运行(电子版)。
4.课程设计结束,学生应完成3000字以上的课程设计报告。
课程设计说明书应包括:
1)封面;
2)目录;
3)摘要、关键词;
4)正文:
(1)课程设计任务;
(2)需求分析和规划;
(3)总体设计(包含几大功能模块)与结构框图
(4)详细设计与关键模块流程图;
(5)调试与测试报告;
(6)软件操作说明书;
5)课程设计与实践小结。
(课程设计完成了哪些功能,还有哪些地方需要改进,及通过一周的课程设计有何收获,调试程序的体会等)
七、时间安排
上午下午
第一周
第一天教师布置及讲解任务学生根据任务要求查阅相关资料
第二天进行总体设计,设计程序模块
第三天进行详细设计,分析程序功能,设计程序模块。
第四天整体调试与功能测试,撰写课程设计报告。
第五天整体调试与功能测试,撰写课程设计报告。
第五天撰写课程设计总结、整理上缴资料。
八、课程设计成绩评定
根据程序设计文档和答辩的情况以及课程设计平时表现进行综合评定。
1、考勤占总分的20%
1/3时间缺课,两次玩与设计无关的内容按不及格处理。
2次迟到或早退按一次旷课处理,一次旷课考核成绩下一个等级,谈天2次考核成绩下一个等级,玩与设计无关内容一次考核成绩下一个等级。
考勤由副班长统计,上报指导教师。
2、课程设计文档及程序占总分的40%。
3、答辩占总分的40%,将根据答辩的情况以及课程设计文档对上述成绩进行调整。
第一章组态王简介
1.1组态王安装
“组态王”软件存于一张光盘上。
光盘上的安装程序Install.exe程序会自动运行,启动组态王安装过程向导。
安装完“组态王”之后,在系统“开始”菜单“程序”中生成名称为“组态王6.5”的程序组。
该程序组中包括三个文件夹和四个文件的快捷方式,内容如下:
◆组态王6.5:
组态王工程管理器程序(ProjManager)的快捷方式,用于新建工程、工程管理等;
◆工程浏览器:
组态王单个工程管理程序的快捷方式,内嵌组态王画面开发系统(TouchExplorer),即组态王开发系统;
◆运行系统:
组态王运行系统程序(TouchVew)的快捷方式。
工程浏览器(TouchExplorer)和运行系统(TouchVew)是各自独立的Windows应用程序,均可单独使用;两者又相互依存,在工程浏览器的画面开发系统中设计开发的画面应用程序必须在画面运行系统(TouchVew)运行环境中才能运行;
◆信息窗口:
组态王信息窗口程序(KingMess)的快捷方式;
◆帮助:
组态王帮助文档的快捷方式;
◆电子手册:
组态王用户手册电子文档的快捷方式;
◆安装工具\安装新驱动:
安装新驱动工具文件的快捷方式;
◆组态王文档\组态王帮助:
组态王帮助文件快捷方式;
◆组态王文档\组态王IO驱动帮助:
组态王IO驱动程序帮助文件快捷方式;
◆组态王文档\使用手册电子版:
组态王使用手册电子版文件快捷方式;
1.2组态王各部分组成
1.2.1工程管理器
工程管理器的主要功能包括:
新建工程、删除工程,搜索指定路径下的所有组态王工程,修改工程属性,工程的备份、恢复,数据词典的导入导出,切换到组态王开发或运行环境等。
工程管理器实现了对组态王各种版本工程的集中管理,更使用户在进行工程开发和工程的备份、数据词典的管理上方便了许多。
如图1.2.1所示。
1.2.2工程浏览器
工程浏览器是组态王的一个重要组成部分,它将图形画面、命令语言、设备驱动程序、配方、报警、网络等工程元素集中管理,工程人员可以一目了然地查看工程的各个组成部分。
组态王工程浏览器的结构如图1.2.2所示。
图1.2.2工程浏览器
1.2.3数据库
数据库是“组态王”最核心的部分。
在组态王运行时,工业现场的生产状况要以动画的形式反映在屏幕上,同时工程人员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,数据库是联系上位机和下位机的桥梁。
在数据库中存放的是变量的当前值,变量包括系统变量和用户定义的变量。
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。
1.2.4设备管理
组态王的设备管理结构列出已配置的与组态王通讯的各种I/O设备名,每个设备名实际上是具体设备的逻辑名称(简称逻辑设备名,以此区别I/O设备生产厂家提供的实际设备名),每一个逻辑设备名对应一个相应的驱动程序,以此与实际设备相对应。
组态王的设备管理增加了驱动设备的配置向导,工程人员只要按照配置向导的提示进行相应的参数设置,选择I/O设备的生产厂家、设备名称、通讯方式,指定设备的逻辑名称和通讯地址,则组态王自动完成驱动程序的启动和通信,不再需要工程人员人工进行。
1.2.5组态王运行系统
“组态王”软件包由工程管理器ProjectManage、工程浏览器TouchExplorer和画面运行系统TouchVew三部分组成。
其中工程浏览器内嵌组态王画面制作开发系统,生成人机界面工程。
画面制作开发系统中设计开发的画面工程在TouchVew运行环境中运行。
TouchExplorer和TouchView各自独立,一个工程可以同时被编辑和运行,这对于工程的调试是非常方便的。
1.3特别功能介绍
1.3.1趋势
组态王的实时数据和历史数据除了在画面中以值输出的方式和以报表形式显示外,还可以曲线形式显示。
组态王的曲线有趋势曲线、温控曲线和X-Y曲线。
趋势分析是控制软件必不可少的功能,“组态王”对该功能提供了强有力的支持和简单的控制方法。
趋势曲线有实时趋势曲线和历史趋势曲线两种。
曲线外形类似于坐标纸,X轴代表时间,Y轴代表变量值。
对于实时趋势曲线最多可显示四条曲线;而历史趋势曲线最多可显示十六条曲线,而一个画面中可定义数量不限的趋势曲线(实时趋势曲线或历史趋势曲线)。
在趋势曲线中工程人员可以规定时间间距,数据的数值范围,网格分辨率,时间坐标数目,数值坐标数目,以及绘制曲线的“笔”的颜色属性。
画面程序运行时,实时趋势曲线可以自动卷动,以快速反应变量随时间的变化;历史趋势曲线不能自动卷动,它一般与功能按钮一起工作,共同完成历史数据的查看工作。
这些按钮可以完成翻页、设定时间参数、启动/停止记录、打印曲线图等复杂功能。
1.3.2报警
报警是指当系统中某些量的值超过了所规定的界限时,系统自动产生相应警告信息,表明该量的值已经超限,提醒操作人员。
如炼油厂的油品储罐,如果往罐中输油时,如果没有规定油位的上限,系统就产生不了报警,无法有效提醒操作人员,则有可能会造成“冒罐”,形成危险。
有了报警,就可以提示操作人员注意。
报警允许操作人员应答。
事件是指用户对系统的行为、动作。
如修改了某个变量值,用户的登录、注销,站点的启动、退出等。
事件不需要操作人员应答。
1.3.3命令语言类型
组态王中命令语言是一种在语法上类似C语言的程序,工程人员可以利用这些程序来增强应用程序的灵活性、处理一些算法和操作等。
命令语言都是靠事件触发执行的,如定时、数据的变化、键盘键的按下、鼠标的点击等。
根据事件和功能的不同,包括应用程序命令语言、热键命令语言、事件命令语言、数据改变命令语言、自定义函数命令语言、动画连接命令语言和画面命令语言等。
具有完备的词法语法查错功能和丰富的运算符、数学函数、字符串函数、控件函数、SQL函数和系统函数。
各种命令语言通过“命令语言编辑器”编辑输入,在“组态王”运行系统中被编译执行。
第二章组态软件开发步骤
建立新组态王工程的一般过程是:
1.设计图形界面(定义画面);2.定义设备;3.构造数据库(定义变量);4.建立动画连接;5.运行和调试。
需要说明的是,这五个步骤并不是完全独立的,事实上,这四个部分常常是交错进行的。
在用组态王画面开发系统编制工程时,要依照此过程考虑三个方面:
图形用户希望怎样的图形画面?
也就是怎样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。
数据怎样用数据来描述工控对象的各种属性?
也就是创建一个具体的数据库,此数据库中的变量反映了工控对象的各种属性,比如温度,压力等。
连接数据和图形画面中的图素的连接关系是什么?
也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。
2.1新建工程
要建立新的组态王工程,请首先为工程指定工作目录(或称“工程路径”)。
“组态王”用工作目录标识工程,不同的工程应置于不同的目录。
工作目录下的文件由“组态王”自动管理。
启动“组态王”工程管理器(ProjManager),选择菜单“文件\新建工程”或单击“新建”按钮,弹出欢迎使用向导。
2.2创建组态画面
进入组态王开发系统后,就可以为每个工程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。
这些画面都是由“组态王”提供的类型丰富的图形对象组成的。
系统为用户提供了矩形(圆角矩形)、直线、椭圆(圆)、扇形(圆弧)、点位图、多边形(多边线)、文本等基本图形对象,及按钮、趋势曲线窗口、报警窗口、报表等复杂的图形对象。
提供了对图形对象在窗口内任意移动、缩放、改变形状、复制、删除、对齐等编辑操作,全面支持键盘、鼠标绘图,并可提供对图形对象的颜色、线型、填充属性进行改变的操作工具。
“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。
用户构图时可以像搭积木那样利用系统提供的图形对象完成画面的生成。
同时支持画面之间的图形对象拷贝,可重复使用以前的开发结果。
2.3定义IO设备
定义IO设备包括指定设备驱动,地址,逻辑名等关键参数。
选择工程浏览器左侧大纲项“设备\COM1”,在工程浏览器右侧用鼠标左键双击“新建”图标,运行“设备配置向导”,选择“PLC”的“莫迪康”“ModBus(以太网)”。
2.4构造数据库
数据库是“组态王”软件的核心部分,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。
在TouchVew运行时,它含有全部数据变量的当前值。
变量在画面制作系统组态王画面开发系统中定义,定义时要指定变量名和变量类型,某些类型的变量还需要一些附加信息。
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。
2.5建立动画连接
定义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:
属性变化
线属性变化、填充属性变化、文本色变化
位置与大小变化
填充、缩放、旋转、水平移动、垂直移动
值输出
模拟值输出、离散值输出、字符串输出
值输入
模拟值输入、离散值输入、字符串输入
特殊
闪烁、隐含
滑动杆输入
水平、垂直
命令语言
按下时、弹起时、按住时
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。
2.6运行和调试
组态王工程已经初步建立起来,进入到运行和调试阶段。
在组态王开发系统中选择“文件\切换到View”菜单命令,进入组态王运行系统。
在运行系统中选择“画面\打开”命令,从“打开画面”窗口选择“Test”画面。
第三章组态过程范例
本章通过一个范例,详细地介绍组态过程。
这里只讲解具体操作步骤,不考虑详细的理由,以及其他描述。
如果需要详细了解,则请参考程序中的组态王文档《组态王帮助》。
课程设计说明书应包括:
1)封面;2)目录;3)摘要、关键词;4)正文,正文中应包括以下内容:
(1)课程设计任务;说明本次实训任务和目的。
(2)需求分析和规划;要尽可能详细说明整个项目的各种需求,并且进行初步规划。
(3)总体设计(包含几大功能模块)与结构框图;
(4)详细设计与关键模块流程图;
(5)调试与测试报告;说明调试过程中遇到的问题和解决方式。
给出功能测试报告。
(6)软件操作说明书;说明软件的使用方法。
下面给出部分范例:
3.1摘要范例
本文介绍了自来水厂净化系统网络结构,对系统中的网络配置进行了说明,并详述了水厂净化系统的几个主要控制单元的功能,并通过组态软件水厂里的自来水净化系统进行了仿真处理。
水处理领域是为创造饮、用水源,对自来水、生活污水、工业废水进行净化,对为此所需的所有水资源进行处理和管理的领域。
通过对从水源地流入的水进行药品投入、过滤等净水过程,使其成为生活用水、工业用水的水处理工程。
利用水运用系统、水处理控制系统、分散型工程控制系统、远程监控系统等和利用臭氧化处理设备、生物学活性炭进行高度净水处理等的高度化、广域化所需设备,来对其进行自来水净化处理。
本文中所做的主要工作如下:
(1)介绍了水厂净化系统画面背景及组态软件系统的一般原理
(2)阐述整个个性化页面生成系统的系统结构及工作原理;分析了系统实现中的特殊性、难点和重点。
(3)设计实现用户安全登陆、用户数据采集、个性化页面动态生成等程序模块;实现组态软件动画页面。
(4)分析并解决实现中的若干技术问题;如手、自动系统运行方式和监控室人性化设计等等
建立完整的数据报表,进行测试并分析结
关键词:
实时数据库、模拟设备、脚本程序、水厂净化系统
3.2总体设计部分总框图
PLC的梯形图
PLC的I/O接线图
PLC
实时数据库
自来水处理仿真系统
封面
水质沉淀
加药系统
组态
杀菌除臭
自来水净化总框图
污泥处理
历史数据曲线
实时数据曲线
切换按钮设置
报警设置
3.3封面的设计范例
3.4自来水净化系统监控窗口设计范例
3.5自来水净化总的系统工作流程范例
1)把水引进净化池中利用静置法使水中大颗粒杂质如泥沙等因重力下降自然沉淀。
2)加入明矾(KAl(SO4)2˙12H2O)等凝聚剂除去颗粒较小的悬浮颗粒,明矾是可溶于水的铝盐,铝离子与水反应形成胶状氢氧化铝,会吸附悬浮的泥沙颗粒,形成较大颗粒而沉淀。
然后进入反应池,加药。
3)经过沉淀和凝聚处理的水经过虹吸滤池所。
水在虹吸滤池中要经过四层净化。
从无烟煤(吸附杂质)到石英沙(细腻),再到小鹅卵石,最后流过大鹅卵石再排出。
除去水中固体杂质。
4)水中的氯气浓度达到0.2-10ppm时具有杀菌的效果,所以在水中通入氯气作用是抑制或破坏细菌中的酵素的活性使酵素失去活性导致细菌死亡。
臭氧也有相同的杀菌作用,但作用后会产生氧气较无异味产生,不过使用臭氧的成本较高。
5)将水通过盛有活性炭的过滤床,可除去不良气味,活性炭即碳粉接触面积大,利用同类互溶的原理,可吸附水中少量的有机物质(含有碳元素)有机物质多半有味道,所以去除有机物质便可以除臭。
6)当各池中有杂质排出时要污泥初步浓缩后,由污泥泵送板框压滤机脱水处理。
经脱水后的干污泥外运深埋处置,或送锅炉房焚烧。
再把处理过的水排入江河。
7)处理完毕的水最后可以排出,送入各家各户。
第四章需求分析的产生
需求分析可以大致分成客户需求分析和系统需求分析两部分,在组态软件实训中,由于大家都是单独完成本次实训,可以将这两种需求分析完全结合进行。
客户需求分析可以按照以下几个方面理解并尽量给出答案。
1本次实训所产生的监控软件从客户方角度都有哪些功能要求?
2上面的要求如何进行分类,进行分类并整理。
3如何判断要求的重要性?
按“非常重要”“重要”“一般”三种进行分类。
4如果有超出开发能力的需求如何处理?
系统需求分析可以按照以下几个方面理解并尽量给出答案。
1客户需求分析得出的功能以何种方式实现?
2整个实训项目包含哪些功能,无法包含的如何处理?
3按照自己的思路将各种功能归纳成几个组态软件产生的模块。
附录:
一系统总体需求表格范例
物理环境
问题
答案
设备在哪里起作用
分一个地点或多个地点
有环境上的限制吗,如温度、湿度、磁场
接口
问题
答案
有从其它系统获得数据吗
需要向其它系统提供数据吗
是否存在预定义的数据格式
是否存在预定媒介用来保存数据
用户/人力因素
问题
答案
谁将使用该系统
用户的种类是哪些
用户的水平分布情况
每一种用户需要的培训是什么
怎样使用户易于理解该系统
怎样使用户不错误地使用该系统
功能
问题
答案
系统用来干什么
系统在什么时候用
操作模式有哪些
什么时候系统会被怎样的更改或增强
有速度、反应时间上的限制吗
文档
问题
答案
需要多少文档
在线文档,还是需要装订好的
确认需要给不同的用户类型的不同的文档吗
数据
问题
答案
输入/输出数据的格式是否已经被定义
输入/输出数据经常性如何
输入/输出数据的周期性如何(有规律性)
计算数据的精度
数据流量大吗
数据会在系统中保存一段时间吗
资源
问题
答案
什么材料或人或其它资源会在系统构建、使用、或维护中用到
开发人员需要什么样的技巧
系统需要多少物理上的空间
对电力、热能、或空调的需求是什么
存在预先定义的开发时间表
存在总投资额的限制吗,多少?
安全
问题
答案
访问系统需要得到控制吗?
一个用户的数据需要和另一个用户的数据需要独立起来吗
程序在操作系统需要与其它程序独立开来
系统备份的周期?
需要把备份放在不同的地方吗
需要防止火灾,水灾或盗窃吗
质量保证
问题
答案
对可用性,可维护性和其它需求的定义是怎样的
需要演示系统吗
系统需要侦测隔离错误吗
系统停机后的的重启时间的间隔是多少
系统修改的同时会增强系统吗
系统从一个地方移到另一个地方困难吗
可以测量系统资源使用与反应时间吗
二常用的功能测试方法
功能测试就是对产品的各功能进行验证,根据功能测试用例,逐项测试,检查产品是否达到用户要求的功能。
常用的测试方法如下:
1.页面链接检查:
每一个链接是否都有对应的页面,并且页面之间切换正确。
2.相关性检查:
删除/增加一项会不会对其他项产生影响,如果产生影响,这些影响是否都正确。
3.检查按钮的功能是否正确:
如update,cancel,delete,save等功能是否正确。
4.字符串长度检查:
输入超出需求所说明的字符串长度的内容,看系统是否检查字符串长度,会不会出错.
5.字符类型检查:
在应该输入指定类型的内容的地方输入其他类型的内容(如在应该输入整型的地方输入其他字符类型),看系统是否检查字符类型,会否报错.
6.标点符号检查:
输入内容包括各种标点符号,特别是空格,各种引号,回车键.看系统处理是否正确.
7.中文字符处理:
在可以输入中文的系统输入中文,看会否出现乱码或出错.
8.检查带出信息的完整性:
在查看信息和update信息时,查看所填写的信息是不是全部带出.,带出信息和添加的是否一致
9.信息重复:
在一些需要命名,且名字应该唯一的信息输入重复的名字或ID,看系统有没有处理,会否报错,重名包括是否区分大小写,以及在输入内容的前后输入空格,系统是否作出正确处理.
10.检查删除功能:
在一些可以一次删除多个信息的地方,不选择任何信息,按”delete”,看系统如何处理,会否出错;然后选择一个和多个信息,进行删除,看是否正确处理.
11.检查添加和修改是否一致:
检查添加和修改信息的要求是否一致,例如添加要求必填的项,修改也应该必填;添加规定为整型的项,修改也必须为整型.
12.检查修改重名:
修改时把不能重名的项改为已存在的内容,看会否处理,报错.同时,也要注意,会不会报和自己重名的错.
13.重复提交表单:
一条已经成功提交的纪录,back后再提交,看看系统是否做了处理。
14.检查多次使用back键的情况:
在有back的地方,back,回到原来页面,再back,重复多次,看会否出错.
15.search检查:
在有search功能的地方输入系统存在和不存在的内容,看search结果是否正确.如果可以输入多个search条件,可以同时添加合理和不合理的条件,看系统处理是否正确.
16.输入信息位置:
注意在光标停留的地方输入信息时,光标和所输入的信息会否跳到别的地方.
17.上传下载文件检查:
上传下载文件的功能是否实现,上传文件是否能打开。
对上传文件的格式有何规定,系统是否有解释信息,并检查系统是否能够做到。
18.必填项检查:
应该填写的项没有填写时系统是否都做了处理,对必填项是否有提示信息,如在必填项前加*
19.快捷键检查:
是否支持常用快捷键,如Ctrl+CCtrl+VBackspace等,对一些不允许输入信息的字段,如选人,选日期对快捷方式是否也做了限制。
20.回车键检查:
在输入结束后直接按回车键,看系统处理如何,会否报错.
三污水处理工艺
3.1关键工艺环节设计
3.1.1印染废水色度处理
印染废水中的色度指标是一项关键参数。
色度去除可采用生化或物化工艺。
印染厂使用染料品种主要有分散染料和直接染料,使用PVA和淀粉浆料。
本方案采用“活性污泥吸附-兼氧池处理-加药混凝气浮物化处理”方案。
为降低废水处理成本费用,我们可在印染厂现场设计相应药剂生产车间。
3.1.2PVA的处理
由于加工的布料中含有PVA,最终进入废水,导致废水可生化性差。
PVA是一种水溶性高分子有机物,不能被混凝剂物化去除,亦很难被微生物生化处理。
资料报道的多种处理方法,大都处理费用高。
经实验室实验,曝气产生泡沫后做加药物化处理,可将含PVA1‰的印染废水COD去除率做到80%左右。
本方案设计工艺中考虑采用“曝气泡沫脱除-活性污泥吸附-兼氧水解提高B/C比-加药气浮”工艺。
曝气池产生的泡沫用行走式刮泥机刮入PVA储沫池内,形成絮体后送锅炉房焚烧。
3.1.3生化处理工艺选择
印染厂废水COD高达2500mg/L,B/C不高。
本方案废水处理工艺未采用初沉池,改用A/B法处理工艺。
A段采用活性污泥工艺,悬挂部分组合填料以提高工艺运行的稳定性。
活性污泥由污泥泵回流,保
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