一．本論文研究的背景 如何對(duì)一個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行有效的管理和應(yīng)用，而又不必有過多的投入，充分利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展。減小一些硬件的投入，通過軟件實(shí)現(xiàn)硬件的功能。這就產(chǎn)生了“組態(tài)”這種技術(shù)，它充分的利用了計(jì)算機(jī)技術(shù)，又對(duì)硬件進(jìn)行了有效的管理。同時(shí)也減小了一些硬件的投入。以這種“組態(tài)”技術(shù)為依托，人們發(fā)明了“組態(tài)”軟件。組態(tài)軟件構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)可以聯(lián)網(wǎng)，它的兼容性比較強(qiáng)，不像專業(yè)PLC構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)。它與 internet聯(lián)網(wǎng)不大容易。組態(tài)軟件可以充分利用電腦的資源。 二．本論文完成的工作 在基于kingview組態(tài)軟件的供水控制系統(tǒng)上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過程中，本論文主要作了以下的工作： 1. 知道了無塔恒壓供水系統(tǒng)的工藝過程和常規(guī)電氣控制系統(tǒng)的工作原理。 2. 熟悉了Kingview組態(tài)軟件的編程環(huán)境、編程方法和用Kingview組態(tài)軟件編寫上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)程序。 3. 對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了調(diào)試和編寫控制系統(tǒng)使用操作說明書。 三．組態(tài)軟件的介紹 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，它們是在自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級(jí)的軟件平臺(tái)和開發(fā)環(huán)境，使用靈活的組態(tài)方式，為用戶提供快速構(gòu)建工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的、通用層次的軟件工具。組態(tài)軟件應(yīng)該能支持各種工控設(shè)備和常見的通信協(xié)議，并且通常應(yīng)提供分布式數(shù)據(jù)管理和網(wǎng)絡(luò)功能。組態(tài)（configuration）意思就是模塊的任意組合，采用組態(tài)技術(shù)構(gòu)成的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在硬件設(shè)計(jì)上，除采用工業(yè)PC機(jī)外，系統(tǒng)大量采用各種成熟通用的I/O接口設(shè)備和現(xiàn)場設(shè)備，基本不再需要單獨(dú)進(jìn)行具體電路設(shè)計(jì)。這不僅節(jié)約了硬件開發(fā)時(shí)間，更提高了工控系統(tǒng)的可靠性。在軟件設(shè)計(jì)上由于采用成熟的工控開發(fā)的工具軟件，它為用戶提供了多種通用工具模塊，用戶不需要掌握太多的編程語言技術(shù)（甚至不需要編程技術(shù)），就能很好地完成一個(gè)復(fù)雜工程所要求的所有功能。 工控組態(tài)軟件集成了圖形技術(shù)、人機(jī)界面技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)，使控制系統(tǒng)開發(fā)人員不必依靠某種具體的計(jì)算機(jī)語言，只需通過可視化的組態(tài)方式，就可完成監(jiān)控程序設(shè)計(jì)，降低了監(jiān)控程序開發(fā)的難度。組態(tài)軟件均具有良好的擴(kuò)展性、兼容性，軟件結(jié)構(gòu)開放，可接受各種形式的數(shù)據(jù)格式。同時(shí)，支持的硬件類型也十分廣泛[1]。工控組態(tài)軟件的出現(xiàn)，使得大型工業(yè)控制系統(tǒng)的組態(tài)編程變得十分得簡單、容易，工程設(shè)計(jì)人員不用再設(shè)計(jì)那些復(fù)雜的應(yīng)用程序（如I/O driver等）。工控組態(tài)軟件的功能包括數(shù)據(jù)庫生成、歷史庫生成、圖形生成、報(bào)表生成、順序控制功能、連續(xù)調(diào)節(jié)功能。目前有許多工控組態(tài)軟件。例如：Intouch、Fix、Citech、WinCC、Controx（開物）、Force control（力控）、組態(tài)王。 四．恒壓供水系統(tǒng)介紹 下面以一個(gè)三臺(tái)泵生活/消防雙恒壓供水系統(tǒng)為例來說明其工藝過程（已做過簡化），它主要是由PLC、變頻器、壓力傳感器、水泵斷路器、接觸器、中間繼電器以及水泵等組成。用戶通過控制柜上的指示操作面板上的指示燈、TD-200顯示屏及按鈕、轉(zhuǎn)換開關(guān)來了解和控制系統(tǒng)的運(yùn)行。如圖1-1所示，市網(wǎng)自來水用高低水位控制器EQ來控制注水閥YV1，它們自動(dòng)把水注滿儲(chǔ)水水池，只要水位低于高水位，則自動(dòng)往水箱內(nèi)注水。水池的高/低水位信號(hào)也接送給PLC，作為低水位報(bào)警用。通過安裝在出水管網(wǎng)上的遠(yuǎn)傳壓力傳感器將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)化為4-20mA的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)送入PLC，經(jīng)PID運(yùn)算與給定壓力參數(shù)進(jìn)行比較，得出調(diào)節(jié)參數(shù)，送給變頻器，由變頻器控制水泵轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)系統(tǒng)供水量，使系統(tǒng)的供水管網(wǎng)壓力保持在給定壓力上；當(dāng)用水量超過一臺(tái)泵的供水量時(shí)，通過PLC控制器加泵。根據(jù)用戶用水量的大小來控制工作泵數(shù)量的增減及變頻器對(duì)水泵的調(diào)速，實(shí)現(xiàn)恒壓供水。當(dāng)供水負(fù)載變化時(shí)，輸入電機(jī)的電壓和頻率也隨之變化，這樣就構(gòu)成了以壓力設(shè)定值為基準(zhǔn)的閉環(huán)控制系統(tǒng)[2]。 為了保證供水的連續(xù)性，水位上下限傳感器高低距離不是很大。生活用水和消防用水共六臺(tái)泵，其中三臺(tái)消防泵，另外三臺(tái)是生活泵，平時(shí)由三臺(tái)生活泵負(fù)責(zé)生活用水，當(dāng)消防系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，生活用水水泵立即停止運(yùn)行，消防泵立即投入運(yùn)行，并按設(shè)定壓力對(duì)消防水泵進(jìn)行變頻調(diào)速。消防系統(tǒng)警報(bào)解除后，生活泵再投入運(yùn)行。 以生活供水這一個(gè)系統(tǒng)的電氣控制為例，其電氣控制部分主電路原理圖如圖1-2所示：三臺(tái)電機(jī)為M1、M2、M3.接觸器KM1、KM3、KM5分別控制M1、M2、M3的工頻運(yùn)行，接觸器KM2、KM4、KM6分別控制M1、M2、M3的變頻運(yùn)行，F(xiàn)R1、FR2、FR3分別為三臺(tái)水泵電機(jī)過載保護(hù)用的熱繼電器，QS1、QS2、QS3、QS4分別為變頻器和三臺(tái)水泵電機(jī)主電路的隔離開關(guān)，F(xiàn)U1為主電路的熔斷器，VVVF為簡單的一般變頻器。 五．雙恒壓無塔供水系統(tǒng)原理 ① 下位機(jī)控制原理 恒壓供水控制系統(tǒng)的基本控制原理是：采用電動(dòng)機(jī)調(diào)速裝置與可編程控制器構(gòu)成控制系統(tǒng)，進(jìn)行優(yōu)化控制泵組的調(diào)速運(yùn)行，并自動(dòng)調(diào)整泵組的運(yùn)行臺(tái)數(shù)，完成供水壓力的閉環(huán)控制，在管網(wǎng)流量變化時(shí)達(dá)到穩(wěn)定供水壓力和節(jié)約電能的目的。系統(tǒng)的控制目標(biāo)是泵站總管的出水壓力，系統(tǒng)設(shè)定的給水壓力值與反饋的總管壓力實(shí)際值進(jìn)行比較，其差值輸入CPU運(yùn)算處理后，發(fā)出控制指令，控制泵電動(dòng)機(jī)的投運(yùn)臺(tái)數(shù)和運(yùn)行變量泵電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到給水總管壓力穩(wěn)定在設(shè)定的壓力值上。目前自動(dòng)恒壓供水系統(tǒng)應(yīng)用的電動(dòng)機(jī)調(diào)速裝置均采用交流變頻技術(shù)，而系統(tǒng)的控制裝置采用PLC控制器，因PLC不僅可實(shí)現(xiàn)泵組、閥門的邏輯控制，并可完成系統(tǒng)的數(shù)字PID調(diào)節(jié)功能，可對(duì)系統(tǒng)中的各種運(yùn)行參數(shù)、控制點(diǎn)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。如圖1-3為其下位機(jī)的控制原理。 ② 上位機(jī)監(jiān)控原理 上位機(jī)即是我們通常用的計(jì)算機(jī)，它也可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，但是要在組態(tài)以后，才能對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。這是一個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行交換的過程。我們要利用組態(tài)軟件有數(shù)據(jù)交換的功能。通過一根電纜，使它與PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)。這樣的情況與才能用組態(tài)軟件進(jìn)行監(jiān)控系統(tǒng)。并完成系統(tǒng)運(yùn)行工況的CRT畫面顯示、故障報(bào)警及打印報(bào)表等功能。能夠?qū)ο到y(tǒng)運(yùn)行進(jìn)行操作，具用實(shí)時(shí)報(bào)警、報(bào)警記錄和歷史數(shù)據(jù)記錄功能。自動(dòng)恒壓供水系統(tǒng)具有標(biāo)準(zhǔn)的通訊接口，可與城市供水系統(tǒng)的上位機(jī)聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)城區(qū)供水系統(tǒng)的優(yōu)化控制，為城市供水系統(tǒng)提供了現(xiàn)代化的調(diào)度、管理、監(jiān)控及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的手段。這樣的監(jiān)控更加的簡單，人們一看就能夠理解。 六．恒壓供水系統(tǒng)的組態(tài)過程 組態(tài)王組態(tài)過程要經(jīng)過定義變量、簡單畫面設(shè)計(jì)、編輯與動(dòng)畫連接和命令語言程序編寫。下面介紹一下這幾個(gè)過程。 ① 定義變量 要組態(tài)王知道外部設(shè)備的狀態(tài)，以及能夠輸出控制信號(hào)，需要建立相應(yīng)的變量。根據(jù)I/O變量表，我們需要建立3個(gè)I/O輸入變量，12個(gè)I/O輸出變量。同時(shí)也要建立一些相應(yīng)的內(nèi)存變量。以便組態(tài)王能夠與S7-200進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。單擊“數(shù)據(jù)庫”大綱項(xiàng)下面的“數(shù)據(jù)詞典”成員名，然后在目錄內(nèi)容顯示區(qū)雙擊“新建”圖標(biāo)，出現(xiàn)“定義變量”窗口。在“基本屬性”頁中輸入變量名“生活/消防控制信號(hào)”，變量類型設(shè)置為“I/O離散”，連接設(shè)備設(shè)置為“新I/O設(shè)備”，寄存器設(shè)置為“I0.0”，數(shù)據(jù)類型設(shè)置為“bit”,讀寫屬性設(shè)置為“只讀”，采集頻率設(shè)置為“100ms”。如圖1-4所示。 ② 簡單畫面的設(shè)計(jì)、編輯與動(dòng)畫連接 用戶可以充分利用組態(tài)提供的各種繪圖工具、圖庫來制作畫面，使得畫面能夠逼真地反映控制系統(tǒng)的工作狀況，并且可以通過畫面操作控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀況。如圖1-5所示。動(dòng)畫連接建立了數(shù)據(jù)中的變量與圖形畫面中的圖素之間的關(guān)系。只有建立了動(dòng)畫連接，才能將數(shù)據(jù)中的變量信息反映到圖形畫面中來，或者從圖形畫面控制這變量。 ③ 命令語言程序編寫 組態(tài)王需要在運(yùn)行時(shí)根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備的情況來進(jìn)行監(jiān)控。同時(shí)給下位機(jī)寫入運(yùn)行參數(shù)。具體的控制要求如下,我們根據(jù)控制要求編寫應(yīng)用程序。對(duì)總數(shù)為六臺(tái)泵的生活/消防雙恒壓供水系統(tǒng)的基本要求是： （1）生活供水時(shí)系統(tǒng)低恒壓值運(yùn)行，消防供水時(shí)系統(tǒng)高恒壓值運(yùn)行，生活用水時(shí)用生活管道，消防用水時(shí)用消防管道，兩種供水方式走不一樣的管道； （2）生活/消防各使用三臺(tái)泵，并根據(jù)各自的需要設(shè)定壓力，采取“先開先停”的原則接入和退出； （3）在用水量小的情況下，如果一臺(tái)泵連續(xù)運(yùn)行時(shí)間超過設(shè)定的切換時(shí)間，則要切換到下一臺(tái)泵，即系統(tǒng)具有“倒泵功能”，避免某一臺(tái)泵工作時(shí)間過長； （4）三臺(tái)泵在啟動(dòng)時(shí)要有軟啟動(dòng)功能； （5）要有完善的報(bào)警功能； （6）對(duì)泵的操作要有手動(dòng)控制功能。手動(dòng)只在應(yīng)急或調(diào)試時(shí)臨時(shí)使用; （7）如果水位低于下限，則打開開水閥，使市網(wǎng)水管的水流入水箱，對(duì)水箱進(jìn)行注水; （8）水位上升到上限，則關(guān)閉開水閥; （9）水位從上限下降到下限之前，開水閥不工作; （10）采用組態(tài)王設(shè)計(jì)的監(jiān)控程序能顯示和設(shè)定系統(tǒng)工作狀態(tài)、參數(shù)，能對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行操作，具有實(shí)時(shí)報(bào)警記錄和歷史數(shù)據(jù)記錄功能。 根據(jù)這寫出的應(yīng)用程序如下圖1-6所示。 經(jīng)過這幾個(gè)步驟，基本上完成了系統(tǒng)組態(tài)，但要對(duì)其進(jìn)行調(diào)試。在組態(tài)王運(yùn)行系統(tǒng)里，仔細(xì)觀察各個(gè)信號(hào)是否正常，如果有不正常的情況出現(xiàn)，分析可能存在的原因，如果變量設(shè)置錯(cuò)誤，對(duì)象參數(shù)設(shè)置錯(cuò)誤，動(dòng)畫連接錯(cuò)誤，表達(dá)式錯(cuò)誤，命令語言錯(cuò)誤等。通過“畫面-退出 ”菜單項(xiàng)，可以退出組態(tài)王運(yùn)行系統(tǒng)，同時(shí)也可以通過“系統(tǒng)設(shè)置”退出系統(tǒng)。回到工程瀏覽器或者組態(tài)王開發(fā)系統(tǒng)，做出相應(yīng)的修改后再次進(jìn)入組態(tài)王運(yùn)行系統(tǒng)進(jìn)行觀察，這需要反復(fù)多次才能使得系統(tǒng)工作完全正常。 七．總結(jié) 本論文完成了用組態(tài)王軟件對(duì)恒壓供水系統(tǒng)上位機(jī)監(jiān)控的功能。它實(shí)現(xiàn)了恒壓供水系統(tǒng)的自動(dòng)監(jiān)控，能顯示和設(shè)定系統(tǒng)工作狀態(tài)和參數(shù)，能對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)行操作，具有實(shí)時(shí)報(bào)警、報(bào)警記錄和歷史數(shù)據(jù)記錄功能?？梢哉f大大提高了自動(dòng)化水平。可以很好的服務(wù)于人們的日常生活。 但本論文組態(tài)的恒壓供水系統(tǒng)也存在一些不足，不能隨便開啟任一臺(tái)水泵，這要通過編寫程序來實(shí)現(xiàn)。由于本人水平有限，沒有編寫出這些程序。它只是監(jiān)控哪一臺(tái)水泵起動(dòng)了。