新型DCS系统图形和控制组态软件的研究与开发

论文摘要

集散控制系统,主要用于实现对生产过程的计算机控制和管理,它融合了计算机、通信、自动控制、CRT显示等众多领域的先进技术,在电力、机械、石油、化工等行业都有广泛的应用。组态软件是集散控制系统中用户开发和操作的平台,用于实现自定义信号采集、监控画面和信息处理等配置,是系统的重要组成部分。因此,课题具有重要的研究和应用价值。作为山东省科技厅科研项目《基于工业以太网与现场总线技术的新型控制系统》的一部分,课题主要实现了组态软件的监控画面组态运行系统和控制算法组态系统。首先分析了整个集散控制系统的功能要求和实现机制,给出了软件设计架构和网络分布结构,然后重点介绍了监控画面组态运行系统和控制算法组态系统的实现,对系统的设计模式、数据结构及相关算法处理等方面做了详细的论述。论文的主要工作有:从具体功能和技术实现角度对组态软件进行分析,划分成各个相对独立的模块,建立起组态软件的设计架构和分布式网络结构。确定软件开发模型为螺旋模型,用C++语言实现,以Windows2000为开发平台,Microsoft Visual Studio 6.0为开发工具。介绍了整个组态软件系统的数据流实现机制,实现了数据点接口和实时数据通信接口设计,是监控画面组态运行系统和控制算法组态系统与其它系统信息交互的关键。实现了监控画面组态运行系统,主要完成工艺流程画面的组态和实时监控功能。根据对常用工业图形的分析,抽象出支持的基本图元类,采用面向对象方法设计实现。利用工厂模式实现图元创建机制,给出了图元属性编辑、旋转操作等功能具体设计。同时提供用户自定义图元接口,并实现图库支持自定义图元的重复使用,用以实现更加生动灵活的监控画面。分析了图元动画实现机制,完成了图元动画效果设计。实现了控制算法组态系统,主要完成集散控制系统中主控卡运行控制算法的图形化组态功能。系统采用IEC61131-3标准中功能块图语言实现控制算法组态。结合图论相关知识,抽象出控制算法图形信息向数据信息转化问题的数学模型,并且利用改进的Johnson算法和有向图拓扑排序算法解决了此问题。根据数学模型中对图形信息的要求,设计实现了系统中的功能块类、连线类和回路类。介绍了与主控卡之间的通信机制及其实现。系统创新性的提出基于SQL数据库文件的控制算法参数在线整定。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究背景及意义
• 1.2 组态软件的现状及发展趋势
• 1.2.1 国内外组态软件现状
• 1.2.2 组态软件的发展趋势
• 1.3 课题研究的任务与内容
• 第二章 组态软件系统分析与开发设计
• 2.1 组态软件整体架构设计
• 2.1.1 集散控制系统体系结构
• 2.1.2 组态软件模块设计
• 2.1.3 组态软件整体架构
• 2.1.4 组态软件分布式架构方式
• 2.2 开发平台及开发工具选择
• 第三章 组态软件模块数据接口设计
• 3.1 数据点通信接口设计
• 3.1.1 数据点通信接口设计分析
• 3.1.2 数据点通信接口代码实现
• 3.2 实时数据通信接口设计
• 3.2.1 实时数据通信接口设计分析
• 3.2.2 实时数据通信接口代码实现
• 第四章 监控画面组态运行系统的设计与实现
• 4.1 监控画面组态系统编辑环境设计
• 4.1.1 图形文件的无级缩放显示
• 4.1.2 界面的无闪烁设计
• 4.2 图元的设计与实现
• 4.2.1 图元的分类
• 4.2.2 图元的类定义设计
• 4.2.3 图元的创建
• 4.2.4 图元的属性编辑
• 4.2.5 图元的典型操作
• 4.2.6 图元实现的机制
• 4.3 图库的实现
• 4.3.1 组合图元实现
• 4.3.2 控件图元实现
• 4.3.3 图库与编辑系统的交互
• 4.4 图元动画属性的实现
• 4.4.1 图元支持的动画属性
• 4.4.2 百分比填充动画实现
• 4.4.3 滑杆输入动画实现
• 4.4.4 流动动画的实现
• 4.5 ACTIVEX控件图元
• 4.5.1 ActiveX技术概述
• 4.5.2 实时趋势曲线的实现
• 4.5.3 滑杆控件的实现
• 第五章 控制算法组态系统的设计与实现
• 5.1 控制算法组态概述
• 5.1.1 DCS系统中控制软件功能概述
• 5.1.2 组态软件中控制组态的功能
• 5.2 控制算法的图论模型
• 5.2.1 问题的引入
• 5.2.2 图论基本概念
• 5.2.3 建立模型
• 5.2.4 消除有向图环路
• 5.2.5 有向无环图的拓扑排序
• 5.2.6 结论
• 5.3 控制组态类设计
• 5.3.1 功能块类
• 5.3.2 连线类
• 5.3.3 回路类
• 5.3.4 调试文本类
• 5.4 组态数据文件下载
• 5.4.1 数据通信格式
• 5.4.2 数据下载实现
• 5.5 在线调试
• 5.5.1 整体设计
• 5.5.2 控制算法及模块参数全局统一的实现
• 第六章 组态软件在水箱液位控制系统中的应用
• 6.1 水箱液位调节控制系统概述
• 6.2 系统组态
• 6.3 系统运行
• 第七章 结论及展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间的研究成果
• 学位论文评阅及答辩情况表