基于mcgs的以太网远程数据采集系统

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第一章引言1.1课程设计目的本次课程设计的主要目的，是让我们掌握工业生产过程中热工参数等数据采集系统的设计方法和热工过程中诸如温度、压力、流量、液位等参数的测量方法，以及工业以太网、数据采集系统结构、信号的获取、通信、远程数据采集模块及组态软件应用方法。这次课程设计主要是培养我们独立分析和解决问题的工作能，以及综合运用所学知识进行实际工程设计的基本技能，查阅图书资料、产品手册和各种工具书的能力，工程绘图能力，初步编写技术报告的能力。1.2课程设计内容本次课程设计的内容是以实验室热工自动化过程控制实验装置（型号：THJDL－1）为研究对象，选用研华公司ADAM-6000系列以太网I/O模块和MCGS组态软件，设计远程数据采集系统，完成实验装置中流量、压力、液位、温度四大热工参数的采集。最终要达到的目的是通过这套系统，实现热工参数的远程采集。1.3本人所参与的工作我在这次课程设计中担任的是组长，工作涉及到每一个方面，包括安排组员的任务，协调组员之间的工作内容等。另外我收集了很多资料、最后的报告撰写我也参与了很大一部分的工作。在MCGS软件的组态过程中，我与刘柳进行了很多的合作。在实验室软件组态与接线过程中我也花费了相当多的精力，因为在这里我们遇到的问题是最多的，我们没有专门人员指导，所有的实验步骤都是我们自己摸索的，而且我们的实验老是不成功，软件与硬件不能通讯，我也联系了老师介绍给我们的技术员，但是问题依然没有得到彻底解决。最后在我们组的共同努力下我们设计的数据采集系统终于采集到了有效的数据。我也在这次设计过程中学习到了很多的新的有用的知识，在以后的工作中都是相当宝贵的。36 第二章热工实验装置简介2.1热工自动化过程控制实验装置2.1.1对象系统的结构及组成“THJDL-1型热工自动化过程控制实验装置”是热工自动化控制实验的对象系统，实验系统的流程如图1所示。实验对象系统包含有：不锈钢储水箱；上水箱为有机玻璃圆筒型水箱；下水箱为不锈钢锅炉汽包；三相4.5kW电加热锅炉（由不锈钢锅炉内胆加温筒和封闭式外循环不锈钢冷却锅炉夹套构成）和铝塑盘管组成[1]。图1实验系统流程图系统动力系统有三套：一套由三相（380V交流）不锈钢磁力驱动泵、电动调节阀、直流电磁阀、涡轮流量计等组成；一套由三相不锈钢磁力驱动泵（220V变频）；另一套由三相不锈钢磁力驱动泵（220V变频）、涡轮流量计等组成。整套对象系统完全由不锈钢材料制造，包括对象框架、管道、底板，甚至小到每一颗紧固螺钉。2.1.2主要特点与性能1）被调参数囊括了流量、压力、液位、温度四大热工参数。2）36 系统除了改变调节器的设定值作阶跃扰动外，还可在对象中通过电磁阀和手操作阀制造各种扰动。1）一个被调参数可用不同动力源、不同的执行器、不同的工艺线路下可演变成多种调节回路，以利于讨论、比较各种调节方案的优劣。2）能进行多变量控制系统及特定过程控制系统实验。3）能够完成锅炉汽包虚假水位特性实验以及分段过热控制系统实验。6）输入电压：三相五线制380V±10%50Hz。7）工作环境：环境温度范围为-5℃～＋40℃相对湿度＜85%（25℃）海拔＜4000m。2.2.系统组成2.2.1对象系统中的各类检测变送及执行装置2.2.1.1.检测装置及其规格1）扩散硅压力变送器两只：分别检测上水箱、锅炉汽包液位涡轮流量计三只：分别检测两条动力支路及盘管出水口的流量。2）Pt100热电阻温度传感器六只：分别用来检测锅炉内胆、锅炉夹套、盘管（三只）及上水箱出水口水温。3）执行器：包含电磁阀、电动调节阀各一个。4）三相380V不锈钢磁力驱动泵、三相220V不锈钢磁力驱动泵（2台）以及三相电加热管。2.2.1.2.组态软件上位机软件采用MCGS组态软件。该组态软件是一套基于Windows平台的，用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统，可运行于MicrosoftWindows98/NT/2000/XP等操作系统。组态王采用了多线程、COM+组件等新技术，能实现实时多任务，运行稳定可靠[2]。所有实验均包括组态王实时数据库组态、图形动画、报表、曲线、报警组态、设备通讯组态等实验。在整个课程设计过程中，这个软件为我们提供了解决实际工程问题的完整方案和开发平台，能够完成现场数据采集的功能。比起其他软件，MCGS简单易学，比较好操作。由于我们需要在短时间内完成课程设计，MCGS组态软件比较适合我们，这也是我们选择它的原因。36 第三章数据采集系统总体方案设计3.1数据采集系统简介数据采集系统是结合基于计算机或者其他专用测试平台的测量软硬件产品来实现灵活的、用户自定义的测量系统。通常，必须在数据采集设备采集之前调制传感器信号,包括对其进行增益或衰减和隔离,放大,滤波等.对待某些传感器，还需要提供激励信号。一般说来，数据采集系统由传感器、信号调理电路、数据采集电路三部分组成，最后送入微机系统中，如图2所示。图2数据采集系统的基本组成实际的数据采集系统往往需要同时测量多种物理量（多参数测量）或同一种物理量的多个测量点（多点巡回测量）。因此，多路模拟输人通道更具有普遍性。按照系统中数据采集电路是各路共用一个还是每路各用一个，多路模拟输人通道可分为集中采集式（简称集中式）和分散采集式（简称分布式）两大类型[3]。3.1.1集中采集式(集中式)集中采集式多路模拟输人通道的典型结构有分时采集型和同步采集型两种，分别如图3(a)和(b)所示。图3集中式数据采集系统的典型结构36 3.1.2分散采集式(分布式)分散采集式的特点是每一路信号一般都有一个S/H和A/D，因而也不再需要模拟多路切换器MUX。每一个S/H和A/D只对本路模拟信号进行数字转换即数据采集，采集的数据按一定顺序或随机地输人计算机，根据采集系统中计算机控制结构的差异可以分为单机采集系统和网络式采集系统，如图4(a)和(b)所示。(a)分布式单机数据采集结构(b)网络式数据采集结构图4分布式数据采集系统的典型结构数据采集系统起始于20世纪50年代，1956年美国首先研究了用在军事上的测试系统，目标是测试中不依靠相关的测试文件，由非熟练人员进行操作，并且测试任务是由测试设备高速自动控制完成的。由于该种数据采集测试系统具有高速性和一定的灵活性，可以满足众多传统方法不能完成的数据采集和测试任务，因而得到了初步的认可。大约在60年代后期，国外就有成套的数据采集设备产品进入市场，此阶段的数据采集设备和系统多属于专用的系统。20世纪70年代中后期，随着微型机的发展，诞生了采集器、仪表同计算机溶为一体的数据采集系统。由于这种数据采集系统的性能优良，超过了传统的自动检测仪表和专用数据采集系统，因此获得了惊人的发展。从70年代起，36 数据采集系统发展过程中逐渐分为两类，一类是实验室数据采集系统，另一类是工业现场数据采集系统。就使用的总线而言，实验室数据采集系统多采用并行总线，工业现场数据采集系统多采用串行数据总线。20世纪80年代随着计算机的普及应用，数据采集系统得到了极大的发展，开始出现了通用的数据采集与自动测试系统。该阶段的数据采集系统主要有两类，一类以仪器仪表和采集器、通用接口总线和计算机等构成。例如：国际标准ICE625(GPIB)接口总线系统就是一个典型的代表。这类系统主要用于实验室，在工业生产现场也有一定的应用。第二类以数据采集卡、标准总线和计算机构成，例如：STD总线系统是这一类的典型代表。这种接口系统采用积木式结构，把相应的接口卡装在专用的机箱内，然后由一台计算机控制。第二类系统在工业现场应用较多。这两种系统中，如果采集测试任务改变，只需将新的仪用电缆接入系统，或将新卡再添加到专用的机箱即可完成硬件平台重建，显然，这种系统比专用系统灵活得多。20世纪80年代后期，数据采集系统发生了极大的变化，工业计算机、单片机和大规模集成电路的组合，用软件管理，使系统的成本降低，体积减小，功能成倍增加，数据处理能力大大加强。20世纪90年代至今，在国际上技术先进的国家，数据采集技术已经在军事、航空电子设备及宇航技术、工业等领域被广泛应用。由于集成电路制造技术的不断提高，出现了高性能、高可靠性的单片数据采集系统（DAS）。目前有的DAS产品精度已达16位，采集速度每秒达到几十万次以上。数据采集技术已经成为一种专门的技术，在工业领域得到了广泛的应用。该阶段数据采集系统采用更先进的模块式结构，根据不同的应用要求，通过简单的增加和更改模块，并结合系统编程，就可扩展或修改系统，迅速地组成一个新的系统。该阶段并行总线数据采集系统向高速、模块化和即插即用方向发展，典型系统有VXI总线系统，PCI、PXI总线系统等，数据位已达到32位总线宽度，采样频率可以达到100MSps。由于采用了高密度，屏蔽型，针孔式的连接器和卡式模块，可以充分保证其稳定性及可靠性，但其昂贵的价格是阻碍它在自动化领域普及的一个重要因素。但是，并行总线系统在军事等领域取得了成功的应用。串行总线数据采集系统向分布式系统结构和智能化方向发展，可靠性不断提高。数据采集系统物理层通信，由于采用RS485、双绞线、电力载波、无线和光纤，36 所以其技术得到了不断发展和完善。其在工业现场数据采集和控制等众多领域得到了广泛的应用。由于目前局域网技术的发展，一个工厂管理层局域网，车间层的局域网和底层的设备网已经可以有效地连接在一起，可以有效地把多台数据采集设备联在一起，以实现生产环节的在线实时数据采集与监控。3.2工业以太网的简介随着计算机技术的发展。越来越多的大型工业生产建立了工业监控以太网。从而形成了统一的传输平台，为很多生产系统提供数据传输的高速公路，是对原有系统很好的改造。现场总线的出现，对于实现面向设备的自动化系统起到了巨大的推动作用，但现场总线这类专用实时通信网络具有成本高，速度低和支持应用有限等缺陷，再加上总线通信协议的多样性，使得不同总线产品不能互相互连，互用和互操作等，因而现场总线工业网络的进一步发展受到了极大的限制。随着以太网技术的发展，特别是高速以太网的出现使得以太网能够克服了自己本身的缺陷，进入工业领域成为工业以太网,因而使得人们可以用以太网设备去代替昂贵的工业网络设备[4]。随着以太网技术的高速发展及它的80%的市场占有率和现场总线的明显缺陷，促使工控领域的各大厂商纷纷研发出适合自己工控产品且兼容性强的工业以太网。其中应用最为广泛的工业以太网之一是德国西门子公司研发的SIMATICNET工业以太网。SIMATICNET工业以太网主要体系结构是由网络硬件，网络部件，拓扑结构，通行处理器和SIMATICNET软件等部分组成。工业以太网以其特有的低成本，高实效，高扩展性及高智能的魅力，吸引着越来越多的制造业的厂商。一方面如此众多的厂商研制和开发工业以太网技术，如果不加以统一分规范，象现场总线的情况一样，标准众多，兼容性差，继而影响到工业以太网的发展。正是如此，国际社会已经开始着手制定一个工业以太网标准。3.3基于以太网的数据采集系统简介生产和科研领域对测试的要求越来越高，所需测试和处理的数据量也越来越巨大，有时需要多个测试仪器同时进行测试，各测试仪器之间又需要进行数据交换；而且测试领域也越来越广泛，有些现场不适合工作人员亲临，这时就需要通过网络进行控制。以太网技术在数据采集处理系统中的应用如图5所示。36 …….模拟信号工业以太网图5以太网技术在数据采集处理系统中的应用与工业现场应用比较多的现场总线比较，以太网最大的特点是开发性好、成本低。通过把复杂的TCP/IP协议封装而提供各种网络测试技术，使网络测试的开发变得不再复杂[5]。同时，由于网络测试带来巨大效益，使网络测试在测试自动化领域得到广泛应用。以太网作为分布式测试的一个网络方案，其潜力无疑是巨大的。3.4系统硬件配置及组成原理3.4.1硬件组成系统硬件组成在第四章4.1至4.2有详细介绍，这里不再多做介绍。3.4.2系统软件上位机采用MCGS组态软件，该组态软件是一套基于Windows平台的，用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统，可运行于MicrosoftWindows98/NT/2000/XP等操作系统。MCGS采用了多线程、COM+组件等新技术，能实现实时多任务，运行稳定可靠。所有实验均包括组态王实时数据库组态、图形动画、报表、曲线、报警组态、设备通讯组态等实验。3.4.3系统特点ADAM-6000系列是一款以太网数据采集模块，它能够实现所有的I/O、数据采集和网络功能。ADAM-6000模块除支持TCP/IP（用于数据连通性的协议）中的通用工业Modbus/TCP协议外，还支持以太网UDP协议。通过使用UDP/IP协议，ADAM-6000I/O模块能够同时将一个I/O数据流发送到8个以太网节点。另外研华还提供用于Modebus/TCP的OPCServer，用于连接ADAM-6000I/O数据和OPCHMI/SCADA软件。36 3.5数据采集系统设计根据数据采集系统的发展历史和在实际应用，数据采集系统一般可分为基于常规仪表的数据采集系统、基于计算机的数据采集系统、基于Labview的数据采集系统设计、基于单片机的数据采集系统设计、基于以太网的远程数据采集等，下面重点介绍后面三种数据采集系统。3.5.1基于Labview的数据采集系统设计Labview是虚拟仪器领域中最具有代表性的图形化编程开发平台，是目前国际上首推并应用最广的数据采集和控制开发环境之一，主要应用于仪器控制、数据采集、数据分析、数据显示等领域，并适用于多种不同的操作系统平台。与传统程序语言不同，Labview采用强大的图形化语言(G语言)编程，面向测试工程师而非专业程序员，编程非常方便，人机交互界面直观友好，具有强大的数据可视化分析和仪器控制能力等特点。使用Labview开发环境，用户可以创建32位的编译程序，从而为常规的数据采集、测试、测量等任务提供了更快的运行速度[6]。Labview是真正的编译器，用户可以创建独立的可执行文件，能够脱离开发环境而单独运行。本设计基于第三方数据采集LabJackU12卡及仪器开发软件LabVIEW开发出了一套性价比较高的数据采集系统。对外围接口电路进行了简单的设计，平台可用于实验室的研究开发用。系统的原理框图如图6所示。图6系统的原理框图3.5.2基于单片机的数据采集系统设计系统以AT89C51单片机为CPU控制单元的核心[7]，同时还包括了数据采集、数据存储、数据通信、断电保护时钟、LCD显示和键盘操作等多种功能单元如图7所示。36 ………….………….流场串行通信图7AT89C51单片机数据系统示意图3.5.3基于以太网的远程数据采集系统设计该方案采用研华公司的ADAM-6000系列模块，通过以太网与MCGS组态软件通讯，在MCGS里面正确组态即可采集实验对象的各项参数，所需设置全在MCGS软件里面完成。上位机装有MCGS组态软件，各模块通过思科16口交换机将信号输入上位机如图8所示。图8基于以太网的远程数据采集系统图在以上三个方案中，最后我们选择的是基于以太网的数据采集系统，因为这套系统在实验室有现成模块，而且对于MCGS组态软件我们小组的成员都有一些了解。另外，通过以太网通讯也是现在的大方向，在这里面我们可以学到很多东西。36 第四章以太网数据采集系统设计4.1系统结构概述我们设计的基于以太网的数据采集系统整体结构如图9所示，在实验装置上安装热电偶热电阻测温或者测压仪器，通过三个数据采集模块输入交换机中，最后交换机通过双绞线将数据送到PC机中，PC中装有我们需要的MCGS工业控制软件，通过PC机的组态软件我们就可以数据的采集了。图9基于以太网的数据采集系统整体结构而完成这套系统所需要的主要硬件配置具体如表1所示。4.2.研华ADAM-6000I/O模块研华ADAM-6000系列是一款以太网数据采集模块，它能够实现所有的I/O、数据采集和网络功能。ADAM-6000模块除支持TCP/IP（用于数据连通性的协议）中的通用工业Modbus/TCP协议外，还支持以太网UDP协议。通过使用UDP/IP协议，ADAM-6000I/O模块能够同时将一个I/O数据流发送到8个以太网节点。另外研华还提供用于Modebus/TCP的OPCServer，用于连接ADAM-6000I/O数据和OPCHMI/SCADA软件，如表1所示。36 表1数据采集系统硬件产品名称内容计量单位采集模块ADAM-6000ADAM-6015基于以太网的7路热电阻输入模块1块ADAM-6018基于以太网的8路热电偶输入模块1块ADAM-6024基于以太网的12路通用输入/输出模块1块交换机思科16口（3COM）华硕1台4.3热电偶模块ADAM-6015ADAM-6015是一个7频的RTD输入组件，接受宽范围的RTD感应器类型,包括Pt100，Pt1000，Ni50，Ni508和Balco500系列。允许多种输入范围的一个组件,为低成本高效益提供了解决方案。最重要的是，当感应器电线出现故障的时候，ADAM-6015支持打开警告操作员的配线诊断功能。它明确地针对建筑物和工厂温度进行监听。主要参数如表2所示。表2ADAM-6015模块参数设备类型热电阻输入模块功能概述I/O类型:7路热电阻、10/100 Based-T以太网、支持多通道/多范围、Pt 100/1000,Ni& Balco 500、专门线路烧坏检测功能4.4热电阻模块ADAM-6018ADAM-6018是8频的热电偶输入组件，在今天的工业自动化市场中最盛行温度感应器。除了8T/C之外的输入引导,ADAM-6018也被装备8数传输出引导，如附加的警报输出或纯粹的输出。至少,ADAM-6018带外部的喧嚣受到的影响，对于在ADAM-6018组件和领域感应器之间的配线。这特别的配线机制为非常环境和设备监听申请的热电偶测量提高准确性和可信度。主要参数如表3所示。36 表3ADAM-6018模块参数设备类型带DO的热电偶输入模块功能概述I/O类型:8路热电偶/8DO、支持多通道,多范围、容错与过压保护、2500V的光隔离4.5通用模块ADAM-6024ADAM-6024是一款通用I/O模块，用于整合各种类型的信号。一个模块中包含了如下6AI/2AO/2DI/2DO。接受的模拟信号类型是世界通用的。由于是通用的数字量模块,使其能够成为完整有效的I/O解决方案。主要参数如表4所示。表4ADAM-6024模块参数设备类型通用输入/输出模块功能概述路差分通道、16位有效分辨率、隔离电压:2,000 VDC、采样速率:1采样点/秒36 第五章组态软件与界面设计5.1组态软件5.1.1MCGS简介本课程设计是采用MCGS全中文工控组态软件进行组态的。MCGS(MonitorandControlGeneratedSystem，通用监控系统)是一套用于快速构造和生成计算机监控系统的组态软件，它能够在基于Microsoft的各种32位Windows平台上运行，通过对现场数据的采集处理，以动画显示、报警处理、流程控制和报表输出等多种方式向用户提供解决实际工程问题的方案，它充分利用了Windows图形功能完备、界面一致性好、易学易用的特点，比以往使用专用机开发的工业控制系统更具有通用性，在自动化领域有着更广泛的应用。5.1.2MCGS特点及基本功能MCGS的主要特点和基本功能如下：a.简单灵活的可视化操作界面。b.实时性强、良好的并行处理性能。c.丰富、生动的多媒体画面。d.开放式结构，广泛的数据获取和强大的数据处理功能。e.完善的安全机制。f.强大的网络功能。g.多样化的报警功能。h.实时数据库为用户分部组态提供极大方便。i.支持多种硬件设备，实现“设备无关”。j.方便控制复杂的运行流程。k.良好的可维护性和可扩充性。l.用数据库来管理数据存储，系统可靠性高。m.设立对象元件库，组态工作简单方便。n.实现对工控系统的分布式控制和管理。总之，MCGS组态软件功能强大，操作简单，易学易用，普通工程人员经过短时间的培训就能迅速掌握多数工程项目的设计和运行操作。同时使用MCGS组态软件能够避开复杂的计算机软、硬件问题，集中精力去解决工程问题本身，根据工程作业的需要和特点，组态配置出高性能、高可靠性和高度专业化的工业控制监控系统。5.1.3MCGS的构成MCGS系统包括组态环境和运行环境两个部分。36 用户的所有组态配置过程都在组态环境中进行，组态环境相当于一套完整的工具软件，它帮助用户设计和构造自己的应用系统。用户组态生成的结果是一个数据库文件，称为组态结果数据库。运行环境是一个独立的运行系统，它按照组态结果数据库中用户指定的方式进行各种处理，完成用户组态设计的目标和功能。运行环境本身没有任何意义，必须与组态结果数据库一起作为一个整体，才能构成用户应用系统。一旦组态工作完成，运行环境和组态结果数据库就可以离开组态环境而独立运行在监控计算机上。组态结果数据库完成了MCGS系统从组态环境向运行环境的过渡，它们之间的关系如图10所示。图10组态环境与运行环境关系图由MCGS生成的用户应用系统，其结构由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略五个部分构成，如图11所示。图11用户应用系统窗口是屏幕中的一块空间，是一个“容器”，直接提供给用户使用。在窗口内，用户可以放置不同的构件，创建图形对象并调整画面的布局，组态配置不同的参数以完成不同的功能。在MCGS的单机版中，每个应用系统只能有一个主控窗口和一个设备窗口，但可以有多个用户窗口和多个运行策略，实时数据库中也可以有多个数据对象。MCGS用主控窗口、设备窗口和用户窗口来构成一个应用系统的人机交互图形界面，组态配置各种不同类型和功能的对象或构件，同时可以对实时数据进行可视化处理。36 5.2监控软件通讯组态软件与采集模块的通讯是很关键的一步，这直接影响到能不能采集到我们需要的数据。在线路链接又分为两个层面，即物理层面和网络层面的链接，下面分别说明。5.2.1物理线路的连接本实验通讯线路采用用普通双绞线，另外用到的思科16口交换机是用来同时连接三块采集模块的，从上位机通过双绞线与交换机连接，交换机分出三根线分别与三个模块接上，模块通过普通导线与热电偶或者转换器送出的信号相连，并且分别供电即可在物理层面上完成连接。5.2.2网络层面的连接网络连接分为6步，下面分别介绍：1.在进行网络连接的第一步是要安装研华ADAM-6000系列的驱动程序，这个在研华官方网站上下载安装上就好。打开驱动程序，提示连接失败，找不到模块，见到的画面如图12示。图12系统驱动程序界面36 2.由于没有设置IP，所以会有第一步的情况，点击确定后在点击搜索模块按钮，出现如下画面，我们在里面设置好IP地址，这需要和上位机的IP地址相匹配，如图13所示。图13置IP地址界面3.设置好IP地址后点击Apply按钮，就会进入搜寻界面，并且会要求输入模块密码，默认是00000000，如图14所示。36 图14搜寻模块界面4.如上设置后点击确定即可进入模块的配置了，一般来说，一个模块会有很多通道，如图15所示为ADAM-6018模块。图156018模块配置界面5．经过以上的步骤，数据采集模块已经和MCGS连上，MCGS组态软件里面的IP地址与模块驱动的IP地址设置是一样的，如图16所示。36 图16模块与软件已连接上界面6.为了测试是否已经正确连接，可以在MCGS组态软件里面测试。打开设备组态窗口的父设备属性，在设备测试里面输入任意字符，点击发送，显示成功，则说明已经连接正确了，如图17所示。36 图17模块测试界面5.3系统组态设计5.3.1工程建立进入MCGS组态环境后，执行“文件”菜单中的“新建工程”命令，创建一个名为“基于以太网数据采集系统.MCG”的新工程。由于尚未进行组态操作，新工程只是一个“空壳”，一个包含五个基本组成部分的结构框架，接下来要逐步在框架中配置不同的功能部件，构造完成特定任务的应用系统。36 5.3.2构造实时数据库实时数据库是MCGS系统的核心，也是应用系统的数据处理中心，系统各部分均以实时数据库为数据公用区，进行数据交换、数据处理和实现数据的可视化处理。在本设计中，实时数据库的对象有以下内容：液位对象：上水箱液位，锅炉汽包液位，液位组；流量对象：左侧动力线流量，右侧动力线流量，盘管出口流量，流量组；温度对象：锅炉内胆温度，锅炉夹套温度，盘管温度1，盘管温度2，盘管温度3.上水箱出口水温，温度组；下面以数据对象“上水箱液位”为例，介绍一下定义数据对象的步骤：[1].单击工作台中的“实时数据库”窗口标签，进入实时数据库窗口页。[2].单击“新增对象”按钮，在窗口的数据对象列表中，增加新的数据对象，系统缺省定义的名称为“Data1”、“Data2”、“Data3”等（多次点击该按钮，则可增加多个数据对象）。[3].选中对象，按“对象属性”按钮，或双击选中对象，则打开“数据对象属性设置”窗口。[4].将对象名称改为：上水箱液位；对象类型选择：数值型；单击“确认”。按照此步骤，根据上面列表，设置其他10个数据对象。定义组对象与定义其他数据对象略有不同，需要对组对象成员进行选择。[1].在数据对象列表中，双击“液位组”，打开“数据对象属性设置”窗口。[2].选择“组对象成员”标签，在左边数据对象列表中选择“上水箱液位”，点击“增加”按钮，数据对象“上水箱液位”被添加到右边的“组对象成员列表”中。按照同样的方法将“锅炉汽包液位”添加到组对象成员中。其他组的定义也同理。[3].单击“存盘属性”标签，在“数据对象值的存盘”选择框中，选择：定时存盘，并将存盘周期设为：5秒。[4].单击“确认”，组对象设置完毕。最后实时数据库如图18所示。36 图18对象组建界面5.3.3构造工程画面[1].在“用户窗口”中单击“新建窗口”按钮，建立“窗口0”。[2].选中“窗口0”，单击“窗口属性”，进入“用户窗口属性设置”。[3].将窗口名称改为：系统概要图及实时数据显示；窗口标题改为：系统概要图及实时数据显示；窗口位置选中“最大化显示”，其它不变，单击“确认”。[4].在“用户窗口”中，选中“系统概要图及实时数据显示”，点击右键，选择下拉菜单中的“设置为启动窗口”选项，将该窗口设置为运行时自动加载的窗口。[5].选中“体统概要图及实时数据显示”窗口图标，单击“动画组态”，进入动画组态窗口，开始编辑画面。单击工具条中的“工具箱”按钮，打开绘图工具箱。依次绘出上水箱，锅炉，盘管，涡轮流量计1，2，3及流动块等主要部件，最后生成的画面如图19所示。36 图19组建工程界面5.3.4画面数据显示为了能够准确地了解系统中个数据对象的实时数据，我们可以通过设置标签的“显示输出”属性显示其值，具体操作如下：[1].单击“工具箱”中的“标签”图标，绘制11个标签，调整大小位置，将其放在个变量下面。下面以上水箱水位设置为例：[2].双击上水箱水位标签进行属性设置，参数设置如下：①.输入文字：上水箱水位②.文字颜色：黑色③.框图填充颜色：没有填充④.框图边线颜色：没有边线[3].双击“上水箱水位”下面的标签，进入动画组态属性设置窗口。将：①.填充颜色设置为：白色②.边线颜色设置为：黑色[4].在输入输出连接域中，选中“显示输出”选项，在组态属性设置窗口中则会出现“显示输出”标签[5]单击“显示输出”标签，设置显示输出属性。参数设置如下：①.表达式：上水箱液位；②.输出值类型：数值量输出；③.输出格式：向中对齐；④.整数位数：0；⑤.小数位数：1。[6].单击“确认”，水罐1水量显示标签制作完毕。其他显示标签与此类似；最后的效果图如图20所示。36 图20标签制作界面5.3.5设备连接MCGS组态软件提供了大量的工控领域常用的设备驱动程序。在本设计中，用到的设备是研华公司的ADAM-6000系列的热电阻模块和通用模块。由于在进行组态时并没有把现场的模块连接好，所以通常先将模拟设备驱动，观察数据的变化，进行检验，最后进行调试时再将模拟设备改成实际的设备。模拟设备是供用户调试工程的虚拟的设备。该构件可以产生标准的正弦波，方波，三角波，锯齿波信号。其幅值和周期都可以任意设置。通过模拟设备的连接，可以使动画不需要手动操作，自动运行起来。下面详细介绍模拟设备的添加及属性设置：[1].双击“设备工具箱”中的“模拟设备”，模拟设备被添加到设备组态窗口中。[2].双击“设备0-[模拟设备]”，进入模拟设备属性设置窗口。[3].点击通道连接标签，进入通道连接设置。[4].选中通道0对应数据对象输入框，输入“锅炉夹套温度TT2”或单击鼠标右键，弹出数据对象列表后，选择“锅炉夹套温度TT2”；[5].选中通道1对应数据对象输入框，输入“锅炉内胆温度TT1”。[6].选中通道2对应数据对象输入框，输入“锅炉汽包液位”。[7].选中通道3对应数据对象输入框，输入“盘管出口流量”。[8].选中通道4对应数据对象输入框，输入“盘管温度TT3”。36 [9].选中通道5对应数据对象输入框，输入“盘管温度TT4”。[10].选中通道6对应数据对象输入框，输入“盘管温度TT5”。[11].选中通道7对应数据对象输入框，输入“上水箱出口温度”。[12].选中通道8对应数据对象输入框，输入“上水箱液位”。[13].选中通道9对应数据对象输入框，输入“右侧动力线流量”。[14].选中通道10对应数据对象输入框，输入“左侧动力线流量”。如图21所示。[15].进入“设备调试”属性页，即可看到通道值中数据在变化。[16].按“确认”按钮，完成设备属性设置。图21设备属性设置界面5.3.6实时数据报表报表输出最终效果图如图22所示。36 图22实时报表最终效果界面包括：②.1个标题：系统数据报表显示。②.3个标签：液位数据、温度数据、流量数据。③.3个报表：液位数据报表、温度数据报表、流量数据报表。用到的构件：自由表格下面以建立液位数据报表为例，具体步骤如下：[1].在“用户窗口”中，新建一个窗口，窗口名称、窗口标题均设置为“实时数据报表”。[2].双击“实时数据报表”窗口，进入动画组态。[3].按照效果图，使用“标签”，制作：一个标题：系统数据报表显示；三个注释：液位数据、温度数据、流量数据；[4].选取“工具箱”中的“自由表格”图标，在桌面适当位置，绘制一个表格。[5].双击表格进入编辑状态。改变单元格大小的方法同微软的Excel表格的编辑方法。即：把鼠标指针移到A与B或1与2之间，当鼠标指针呈分隔线形状时，拖动鼠标至所需大小即可。[6].保持编辑状态，绘制一个两行两列的表格。[7].在：36 ①.A列的两个单元格中分别输入：上水箱水位，锅炉汽包液位。②.B列的两个单元格中均输入：1|0，表示输出的数据有1位小数，无空格。在B列中，选中上水箱水位对应的单元格，单击右键。从弹出的下拉菜单中选取“连接”项[9].再次单击右键，弹出数据对象列表，双击数据对象“上水箱水位”，B列1行单元格所显示的数值即为“上水箱水位”的数据。[10].按照上述操作，将B列的2行与数据对象：锅炉汽包液位建立连接。如图：[11].进入“主控窗口”中，单击“菜单组态”，增加一名为“实时数据报表”的菜单，菜单操作为：打开实时数据报表。按“F5”进入运行环境后，单击菜单项中的“实时数据报表”，即可打开“实时数据报表显示”窗口。5.3.7历史数据报表历史数据报表通常用于从历史数据库中提取数据记录，并以一定的格式显示历史数据。本设计中将采用动画构件中的“历史表格”构件绘制历史数据报表。绘制的步骤和实时数据报表类似，这里不再叙述，最后的效果图如图23所示。5.3.8实时数据曲线实时曲线构件是用曲线显示一个或多个数据对象数值的动画图形，象笔绘记录仪一样实时记录数据对象值的变化情况。具体制作步骤如下：[1].进入用户窗口，新建一实时数据曲线窗口，双击进入“实时数据曲线”组态窗口。[2].用标签绘制名为流量组、温度组、液位组的三个标签，调整位置，单击“工具箱”中的“实时曲线”图标，绘制三个实时曲线，并调整大小。[3].双击第一条曲线，弹出“实时曲线构件属性设置”窗口，设置：36 图23历史报表最终界面①.在基本属性页中，Y轴主划线设为：5；其它不变。②.在标注属性页中，时间单位设为：秒钟；小数位数设为：1；最大值设为：1000；其它不变。③.在画笔属性页中，将：a.曲线1对应的表达式设为：左侧动力线流量；颜色为：黑色；b.曲线2对应的表达式设为：右侧动力线流量；颜色为：蓝色。c.曲线3对应的表达式设为：盘管出口流量；颜色为：红色。[4].点击“确认”即可。其他两个实时数据曲线依次设置，参数根据各个曲线而定。效果图如图24所示。这时，在运行环境中单击“实时数据曲线”菜单，就可看到实时曲线。双击曲线可以将其放大。5.3.9历史数据曲线历史曲线构件实现了历史数据的曲线浏览功能。运行时，历史曲线构件能够根据需要画出相应历史数据的趋势效果图。历史曲线主要用于事后查看数据和状态变化趋势和总结规律。制作步骤如下：36 图24实时曲线最终界面[1].进入用户窗口，新建一历史数据曲线窗口，双击进入“历史数据曲线”组态窗口。在“历史数据曲线”窗口中，使用标签构件在历史报表下方制作四个个标签，输入文字：历史曲线、流量组、温度组、液位组，并调整大小和位置。[2].在标签下方，使用“工具箱”中的“历史曲线”构件，绘制三个一定大小的历史曲线图形。[3].双击第一个曲线，弹出“历史曲线构件属性设置”窗口，进行如下设置：在基本属性页中，将：①.曲线名称设为：流量历史曲线。②.Y轴主划线设为：5。③.背景颜色设为：白色。④.在存盘数据属性页中，存盘数据来源选择组对象对应的存盘数据，并在下拉菜单中选择：；流量组。⑤.在曲线标识页中：a.选中曲线1，曲线内容设为：左侧动力线流量；曲线颜色设为：黑色；小数位数设为：1；最大值设为：1000；实时刷新设为：左侧动力线流量；其它不变。b.选中曲线2，曲线内容设为：右侧动力线流量；曲线颜色设为：蓝色；小数位数设为：1；最大值设为：1000；实时刷新设为：右侧动力线流量。36 c.选中曲线3，曲线内容设为：盘管出口流量；曲线颜色设为：红色；小数位数设为：1；最大值设为：1000；实时刷新设为：盘管出口流量。⑥.在高级属性页中，选中：a.运行时显示曲线翻页操作按钮；b.运行时显示曲线放大操作按钮；c.运行时显示曲线信息显示窗口；d.运行时自动刷新；e.将刷新周期设为：1秒；f.并选择在60秒后自动恢复刷新状态。其他的两个历史曲线设置类似。效果图如图25所示。图25历史曲线最终界面5.4实现的效果经过上面的几个步骤，我们的组态软件在与数据采集模块正确通讯后将实现以下功能，具体分点介绍如下。[1].系统概要图下的实时数据显示，如图26所示。36 图26系统概要图[2].实时数据报表，如图27所示。图27实时数据报表36 [3].历史数据报表，如图28所示。图28历史数据报表[4]实时数据曲线，如图29所示。图29实时数据曲线36 [5]历史数据曲线，如图30所示。图30历史数据曲线36 第六章结束语6.1实验结果基于以太网(虚拟仪器)数据采集系统设计这个课程设计最终达到的效果就是通过我们设计的一套系统，远程采集流量、压力、液位、温度等一些热工数据并将这些数据在计算机中接收。这个系统具有很现实的意义，以为在热工数据的采集过程中，由于现场可能存在高温高压等恶劣的环境，数据的采集常常遇到一些困难，采用这套系统之后就有效的解决了这一问题，并且直接可将数据送入计算机中进行处理，省去不少的人力物力。6.2实验心得本次热工过程控制系统课程设计让我们受益匪浅，我们在收获知识的同时，还收获了阅历，收获了成熟，在此过程中，我们通过查找大量资料，请教老师，以及不懈的努力，不仅培养了独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。更重要的是，在设计过程中，我们学会了很多学习的方法。而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。 不管怎样，这些都是一种锻炼，一种知识的积累，能力的提高。完全可以把这个当作基础东西，只有掌握了这些最基础的，才可以更进一步，取得更好的成绩。很少有人会一步登天吧。永不言弃才是最重要的。而且，这对于我们的将来也有很大的帮助。以后，不管有多苦，我想我们都能变苦为乐，找寻有趣的事情，发现其中珍贵的事情。与队友的合作更是一件快乐的事情，只有彼此都付出，彼此都努力维护才能将作品做的更加完美。而团队合作也是当今社会最提倡的。基于以太网(虚拟仪器)数据采集系统设计虽然结束了，也留下了很多遗憾，因为由于时间的紧缺，并没有做到最好，但是，最起码我们没有放弃，相信以后我们会以更加积极地态度对待我们的学习、对待我们的生活。这次课程设计趣味性强，不仅锻炼能力，而且可以学到很多东西，在与老师和同学的交流过程中，互动学习，将知识融会贯通。老师提出的将虚拟设计改成实践操作设计的设计方法非常的好，这种课程设计的模式很实用，比起以前的虚拟设计，更好的锻炼了我们的动手操作能力和对一些硬件模块的熟悉程度。36 这次课程设计历时二个星期多左右，通过这两个星期的学习，发现了自己的很多不足，自己知识的很多漏洞，看到了自己的实践经验还是比较缺乏，理论联系实际的能力还急需提高。这次的课程设计也让我看到了团队的力量，我认为我们的工作是一个团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。刚开始的时候，大家就分配好了各自的任务，大家有的分析题目找方案，有的查询相关资料，有的积极进行试验，并且经常聚在一起讨论各个方案的可行性。在课程设计中只有一个人知道原理是远远不够的，必须让每个人都知道，否则一个人的错误，就有可能导致整个工作失败。团结协作是我们成功的一项非常重要的保证。而这次设计也正好锻炼我们这一点，这也是非常宝贵的。在这个过程中，我也曾经因为实践经验的缺乏失落过，也曾经实验成功而热情高涨。生活就是这样，汗水预示着结果也见证着收获。虽然这只是一次的简单的课程设计，可是平心而论，也耗费了我们不少的心血。通过这次课程设计，我想说：为完成这次课程设计我们确实很辛苦，但苦中仍有乐，和团队人员这十几天的一起工作的日子，让我们有说有笑，相互帮助，配合默契，多少人间欢乐在这里洒下，大学里一年的相处还赶不上这十来天的实习，我感觉我和同学们之间的距离更加近了。对我而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。让我知道了学无止境的道理。我们每一个人永远不能满足于现有的成就，人生就像在爬山，一座山峰的后面还有更高的山峰在等着你。挫折是一份财富，经历是一份拥有。这次课程设计必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆！ 参考文献[1]魏克新．自动控制综合应用技术[M]．北京：机械工业出版社，2007．36 [2]北京昆仑通态自动化软件公司．MCGS参考手册[M]．北京：北京昆仑通态自动化软件公司出版社，2005．[3]王学伟，王彦硕等．基于以太网的数据采集及监控系统的数据通信研究[J]．北京化工大学学报(自然科学版)，2006年02期p43-45．[4]薛迎成，何坚强．工控机及组态控制技术原理与应用[M]．北京：中国电力出版社，2007．[5]张宇，许东来等．基于工业以太网远程数据采集系统的设计[J]．微型计算机信息，2006年第22卷9-2期p4-6．[6] 阳宪惠．工业数据通讯与控制网络[M]．北京：清华大学出版社，2003．[7] 王毅峰，温希东．基于CAN总线的数据采集模块的设计[J]．微型机算机信息，2005年第21卷11-2期p58-60．36