广西大学电气工程学院过程控制实验室 2015年4月6日
0
说明：
建立新力控工程的一般过程是：（1）设计图形界面（定义画面）
（2）定义设备，也就是组态硬件，以便可以构造数据库。
（3）构造数据库（定义变量），就是建立上位计算机和下位控制器或DA&C模块的通讯。
（4）建立动画连接，就是让获得的数据在屏幕上形象生动地显示出来。（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。在用力控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。
按照上述设计思想，本课程的实验是用三个子实验来完成一个工程建立。
实验一、实验二将要求掌握ForceControl监控组态软件的功能、体系结构，包括：界面开发系统(Draw)和运行系统。学会在界面开发系统中完成创建工程画面、分析曲线、报表生成、定义变量、编制动作脚本、动画连接定义、数据库组态、I/O设备组态等。结合双容水箱液位监控系统，在运行系统中设计完整的监控系统。
实验三完成力控组态软件与A3000高级过程控制装置的连接，利用实验一、实验二所设计好的水箱液位监控组态界面，实现液位的采集和数据处理、报表及趋势显示等。
1
实验一 熟悉图形开发环境
一、实验目的
1、熟悉力控组态软件开发环境
2、初步掌握实时数据库的创建、组态与使用3、利用仿真驱动程序进行实时数据库的组态二、实验设备
计算机(安装力控组态软件) 三、实验内容1 建立新工程
打开ForceControl，进入工程管理器界面，点击 “新建”图标如图1.1(a)，弹出图1.1(b)示的对话框，点击“新建”按钮建项目名称为“双容水箱液位监控系统”的工程，默认生成路径。
(a)
(b)
图1.1 建立新工程操作
建立好工程后，点击工具栏中的“开发”按钮，进入开发环境（Draw）。
2
2 设备连接及数据库组态
2.1 定义外部设备及数据连接项
在ForceControl中，把需要与监控组态软件之间交换数据的设备或程序都作为I/O设备，包括：智能仪表、PLC、只能模块、OPC、DDE、变频器等，这些设备一般通过串口或以太网等方式与上位机交换数据；定义了I/O设备，才能保证ForceControl数据库与这些I/O设备的数据交换。
本实验要求完成ForceControl仿真设备和福建百特智能仪表设备连接，故将它们分别介绍如下。
（1） ForceControl仿真设备的建立与连接
(a) (b)
图1.2仿真连接的建立
打开开发环境Draw的工程项目导航栏如图1.2(a)所示，双击“I/O设备组态”项出现IoManager如图1.2(b)所示对话框，在展开的项目中选择“力控”项双击展开，在展开的菜单中选“驱动仿真”项双击，就会弹出“Simulator（仿真）”项，双击选择，弹出Simulator的设备配置框如图1.3示，填入小于8字符的设备名称，描述可缺省，下边的采集方式中，更新周期依I/O设备而定，不同设备，配以适合的采集周期。超时时间按系统要求而定。设备地址必填。通信方式在仿真驱动中可以不做选择。单击“完成”，见有名为“Simulate”、描述为“仿真驱动”的设备被添加到了IoManager右边的窗口中。仿真设备建立成功，关闭IoManager回到Draw环境。如需改动，则双击生成的设备连接便可以修改。
设备连接需要用到数据库中的点参数，故将其在下一小节阐述。
3
图1.3 设备配置对话框
（2） 福建百特智能仪表设备的建立与连接
基本步骤与仿真设备建立时大体一致，只在选择I/O设备时换做“智能仪表”项，选择“福建百特”中的“百特系列”，进行设备配置。如图1.4示。配置后，单击“完成”，IoManager中百特设备被添入。
(a)
(b)
图1.4 百特仪表的设备配置
2.2 数据库组态
在数据库组态前，先要对工艺流程进行准确的分析，选出控制点和监测点排列给出，
以方便进行数据库组态。本系统中所用到的控制变量及检测变量选列于表1.1中。
4
表 1.1数据库变量表
上水箱液位变量上水箱液位误差LT101e_ku下水箱液位变量下水箱液位误差LT102e_kd上水箱入口流量下水箱入口流量FT101FT201上水箱出口流量下水箱出口流量FT102FT202控制阀的控制度控制阀的真实开度FV101FV101R
依据上表进行数据库组态，其余用到的变量可根据实际情况要求定义成中间变量、间接变量或中间窗口变量。
中间变量的作用范围为整个应用程序，可以被任意窗口引用，它是一种中间临时变量，没有自己的数据源，因而适用于在整个应用程序中为全局性变量、需要全局引用的计算保存临时结果，而不能保存历史趋势。
窗口中间变量的作用域仅限于应用程序的一个窗口，在一个窗口内创建的窗口中间变量，在其他的窗口是不可引用的，它没有自己的数据源，通常用于在一个窗口内保存临时结果。
将数据库组态详细阐述如下：
（1） 在工程项目导航栏中选择“数据库组态”启动DbManager（如果没有出现导航栏，激活Draw菜单命令“查看/工程项目导航栏”）。
图1.5 DbManager窗口
（2）启动DbManager后出现如图1.5示的DbManager主窗口。单击菜单条的“点”选项选择新建或双击单元格，出现“请指定区域、点类型”向导对话框选择“模拟I/O点”，然后双击该点类型，出现图1.6示对话框，在“点名（NAME）”
输入“LT101”。按图1.6进行配置，单击“确定”返回，在点名单元格中便增加了一个点名为“LT101”,点说明为“上水箱液位”的点。
5
图1.6 点的建立
依此法，建立所有的模拟点和数字点，建立后的数据库变量如图1.7所示。
图1.7 建立好的数据库点及其I/O连接和历史参数
（3） I/O连接、历史参数及报警参数配置
数据库组态完成后，前面建立一个名为“Simulate”和一个“百特仪表”的设备。现在的问题是如何将创建好的数据库点与这两个设备中的数据项连接起来以使这些点的PV值能给入当前数据，这就是上一小节遗留的数据连接工作。具体完成操作如下：
双击DbManager中“%IOLINK[I/O连接]”,弹出图1.8(a)所示对话框，选择数据连接项，然后在“设备”里选择“Simulate”，单击 “增加”按钮，出现图1.8(b)所示对话框：
6
（a） (b)
图1.8数据连接
寄存器地址，设置成0x0000，寄存器地址有唯一性，不能与其他同类型寄存器数据的地址重复。最大值和最小值的设置依据水位信号的量程而定，为0-40cm。配置完成后点击“确认”按钮完成设置。在PV参数一行会显示“红色勾号”并有连接信息，说明连接成功。以此法，将所有需要连接的点进行数据连接。
对需要进行历史参数保存的点进行历史参数的配置。点击DbManager中的“%HIS[历史参数]”，依旧是1.8(a)图，但要点击“历史参数”选项，如图1.9。
图1.9 历史参数连接
对于需要配置的点，可以选择数据变化保存或数据定时保存，这里选择以变化率为1.00%的精度进行数据变化保存，单击确定后可以看出点LT101的PV值已经建立了历史数据连接。依此法建立其他点的历史参数。
历史参数是很有用的，它直接关系到实时曲线和历史曲线能否正常连接，所以必须将其配置好。
报警参数配置主要用于监控组态软件的报警功能，包含超限、偏差、变化率三种报警触发方式，其他时间参数由工艺决定。具体做法是，将“报警参数”下 “报警开关（ALMENAB）”选中，将欲选择的报警触发方式及限制配置好即可。以便与报警控件相关联。
7
如图1.10所示。
图1.10 报警参数设置
8
实验二 监控系统的组态画面
一、实验目的
1、进一步熟悉监控组态软件图形开发环境和运用环境的使用
2、依据仿真驱动程序创建组态实时数据库、建立实时趋势、历史趋势，X-Y曲线，历史报表、掌握复杂对象的组态和脚本语言的运用方法3、设计液位控制工程的监控组态界面二、实验设备
计算机(安装力控组态软件)三、实验内容
完成了数据库组态及I/O连接后，重新回到开发环境Draw中来，进行画面的组态。所有的监控组态软件系统，必不可缺的画面有：工艺流程图、趋势曲线（实时曲线、历史曲线）、报表、报警、仪表盘等。在做组态画面时，这些都要进行组态。
ForceControl的对象有很多类型，诸如：普通图元、复合组件、后台组件、标准
ActiveX控件以及智能单元对象。进行画面组态前，ForceControl开发环境Draw中关于图形对象的一些基本概念必须熟悉。在我们进行画面组态工作时，这些对象中的大多细节都会用到。进行工程开发画面组态流程如下。2.1 依据工艺流程和控制方案建立流程图画面
在开发系统窗口Draw中，双击工程窗口中树形菜单中的窗口项，弹出对话框，如图2.1所示，建立名“工程界面”的窗口，属性默认，背景色自己给定，保存。建立好之后会在 “工程项目”树形菜单“窗口”下拉菜单显示新建窗口名，并将图形绘画开发窗口呈现给用户，在此开始进行画面组态。
图2.1 窗口新建示步骤
根据具体的工艺流程，给出双容水箱液位监控系统的控制方块图如图2.2所示。
图2.2 双容水箱液位监控系统方块图
9
依此图，在“工程界面”窗口中命令操作区的“选择图库”项选择合适的图元诸如，泵、化工单元、储罐、管道等等，若无满意的图元，可在“工具箱”寻找或手动绘制，如：按钮、多边形、立体管道、文本等。所有需要的图元具备后，将它们按设计好的流程图“搭建组装”起来，并在细微处加以修饰润色，构成完
整的工艺流程画面，这是良好人机接口的重要部分。所有在画面组态区域中出现的对象，我们都可以通过属性修改方法对它们的属性（如对象名、背景色、填充色、图层、显示风格等）进行修改，达到满意效果。画面组态的过程如图2.3所示。运行的组态画面如图2.4所示。
在一个窗口中的所有对象可以通过选择“工程项目”工具栏查看，点击“窗口”将其展开，选择要查看的窗口双击，再单击展开，所有其包含的对象及其命名都显示出来。这对于要对对象进行操作时很有用，例如对趋势曲线的操作。
(a)
10
(b)
图2.3 组态画面的建立
图2.4 运行后的组态画面
2.2 趋势曲线画面的组态
（1） 实时监控曲线画面组态
依然是在开发系统Draw环境下，与建立“工程界面”方法一致，只在窗口命名时命做
11
“实时监控曲线”，保存窗口。在“实时监控曲线”窗口中，打开“工程项目”栏，双击在下方的“复合组件”选项便打开包含有windows控件、曲线、曲线模板、报表、报警、事件等内容的库。选择“曲线”，“精灵图库”便打开了，拖动“趋势曲线”至组态窗口中，模板便完成了，如图2.5所示。
图2.5 实时曲线模板的建立
接下来是对趋势曲线的属性配置。双击曲线模板，弹出“属性”对话框，自上而下配置，“曲线类型”栏选择“实时趋势”，“数据源”栏选择“系统”。“曲线”中的“画笔”栏，在“名称”栏填入“上水箱液位曲线”，后点击“变量”
栏边上的“？”可进行数据库变量及其点参数的选择，也可以手动填写。“低/高限”以实际情况配置，曲线属性依个人而定。“时间”栏需要注意的是，可进行配置的只有“显示格式”、“时间长度”以及“采样间隔”。 由于是“实时曲线”，所以不能对“开始时间”进行配置。配置完毕后点击“增加”按钮，曲线添入上方空栏中，单击下方“确定”保存设置，如欲修改，可再双击曲线模板，重新进行配置。实时曲线属性配置参见图2.6所示。对实时趋势曲线窗口进行修饰润色后得到图2.7所示的实时监控曲线画面。
图 2.6 实时曲线属性配置
12
图2.7运行中的实时趋势监控曲线
（2） 历史监控曲线画面组态
仿照实时曲线的建立方法步骤建立历史曲线，不同处在于，“曲线类型”栏选择“历史趋势”而“时间”选项中的“开始时间”可选而且必须设置，它直接关系到历史趋势的存储起始时间。其余选项参见“实时趋势”的设置。配置好的历史趋势曲线监控画面如图2.8所示。
图2.8 运行中的历史趋势监控曲线
值得注意的是，无论是“历史趋势”还是“实时趋势”，所加变量一定要完成了历史参数的连接，否则“历史趋势”不会呈现任何曲线，“实时趋势”的曲线也只能显示当前时刻开始的曲线，一旦发生窗口切换或关闭后重开便不再存在了。2.3 报表组态
报表，是监控组态软件中重要的组成部分之一。一般有历史报表和专家报表之分。ForceControl的专家报表是技术成熟，功能强大的报表组态工具。能够解决实际开发过程中的图表、报表显示、输入、打印输出等问题的最理想的解决方案。采用专家报表可以极大的减少报表开发工作量，改善报表的人机界面，提高组态效率。可以更快的进行编辑。专家报表提供类似Excel的电子表格功能，可实现形式更为复杂的报表格式，它的目的是提供一个方便、灵活、高效的报表设计系统。将报表组态步骤详述如下：
首当注意的是，如果需要报表中显示数据的历史记录值，在进行报表组态前要检查数据库组态中的相关点参数是否连接了“历史连接”，这一点我们在前述章节有所提及。
然后，在开发系统Draw下建立“专家报表窗口”在窗口“工具箱”或“工程项目”中找到“组件”下属的“专家报表”，拖到开发窗口中。如图2.9所示。
13
图2.9 专家报表窗口
双击表格，弹出报表的“属性”设置对话框，我们选择建立“力控数据库报表向导”，单击下一步，将“表格外观”、“报表制定”、“时间设置”基本属性依工程要求设置好，最后到“选择数据源变量”一步时，将要在报表中显示的数据变量添加进去并依数据的重要性给以排序，单击完成便设置成功了，具体做法参见图2.10(a)、(b)。
组态完毕后并运行起来的专家报表如图2.11所示。该表中设有三个显示变量，为日报表，表中的“-9999.00”表示无效数据，是系统默认值，可更改。
(a)
(b)
图2.10 报表属性设置
14
图2.11 运行中的专家报表
2.4 报警窗口的建立与设置
报警，也是监控组态软件的不可缺少的部分，利用报警功能可以显示现场出现的问题及故障等，提示操作人员引以注意或检修。ForceControl提供三种报警控件的组态方法，并且具有语音报警功能。这里以一例进行详述如下：
首先，要实现报警功能，必须将相关数据点参数在数据库组态时进行“报警参数设置”，这一点前面已经提及，这里不再赘述。其次，在开发系统Draw中建立报警窗口，并在“工具箱”中找到“复合组件”中的 “报警”组件拖出，双击弹出属性配置对话框，将其配置完毕后，确定关闭。如图2.12(a)示，运行中的报警控件见图2.12(b)。
(a)
15
(b)
图2.12 报警控件配置及运行效果
2.5 动画连接
ForceControl是面向对象的监控组态软件，所以，每一个对象的动作都与相应的变量、函数或脚本关联，每一个变量、函数或脚本也必须关联相应的对象。所以要想实现
ForceControl监控组态软件的动画效果，必需要将数据库组态或变量、脚本与对象关联上。工程界面窗口的组态画面完成后，我们要对其中对象进行动画的连接。在本设计中要实现动画功能是：
（1）初始进入窗口时，系统呈手动状态，操作人员可进行手动开/关泵、调节阀、对仪表参数整定、M/A/CAS切换、控制回路切换以及组态画面上方一排按钮中的所有功能。
（2）打开水泵开关及调节阀后，可以实现管道中流体流动、水位依流量大小做增减填充、观察实时/历史趋势曲线、报表操作、观察事件及报警。
图2.13 动画连接对话框
（3）投入自动或串级控制后，可以将水位维持在给定值的允许误差范围内。依据上述的动作要求，依次将要求有动画的对象进行动画连接。动画连接的方法有两种，一是在“属性”窗口中选择，一种是双击对象后自动产生对话框，两种方法是一致的都会弹出图2.13所示的动画连接对话框。图中划分了五个区域，分别为“鼠标相关动作”、“颜色相关动作”、“尺寸旋转移动”、“数值输入显示”
及 “杂项”，这些动画类别本设计中大都有用到，这里举例介绍：（1） “鼠标相关动作”，包含“拖动”（下分垂直、水平拖动）和“触敏动作”（下分窗口显示、左键动作、右键动作、信息提示）。“拖动”连接使对象的位置与变量数值相连接，在系统运行时，当对象被鼠标选中或拖动时，动作触发； “触敏动作”则是系统运行时点击或将鼠标放置在对象上，动作触发。以“垂直拖动”和左键动作为例。
垂直拖动：首先要确定拖动距离，以像素表示，可以画一条参考竖线，上下两端点作为拖动的首末端，在工具箱状态区域中记下其长度及坐标。其次选取或建立拖动对象，使对象与参考端对齐放置。再次，单击“动画连接”对话框中“垂直”弹出图2.14所示对话框，将变量关联，并配以拖动的数值参数（上述记下的长度和坐标）。单击确定完成。
16
图2.14 垂直拖动的连接对话框
左键动作：选取对象（这里选择一个“增强型按钮”）并双击，弹出“动画连接”对话框，单击“左键动作”弹出鼠标动作的“脚本编辑器”，“脚本编辑器”中一次为“按下鼠标”、“鼠标按着周期执行”以及“释放鼠标”，依据此按钮的作用选取合适的执行条件，这里为“按下鼠标”。如图2.15示，在按下鼠标中输入语句“#Report.SetTimePar(-1);”点击工具栏中的“编译”动作，如果脚本
图2.15 鼠标动作脚本编辑器
语句正确，则会在 “按下鼠标”前显示一个“红勾号”这样就完成了“左键动作”的连接。该键完成时间设置的功能。
（2） “颜色相关动作”，包含“颜色变化”和“百分比填充”，可使图形对象的线色、填充色、文本颜色等属性随着变量或表达式的值的变化而变化。根据变化条件的不同，颜色变化分为边线、实体/文本、条件和闪烁动画连接4种。其中边线、实体/文本动画连接的为模拟量，条件和闪烁动画连接的为开关量。以“闪烁”和“垂直填充”为例。
图2.16 闪烁动画配置对话框
闪烁：确定对象（这里为一段文本），双击产生“动画连接”对话框，选择“闪烁”，弹出“闪烁”配置对话框，添加变量“FLAG”，并配置好属性及闪烁频率，单击确定完成。如图2.16所示。
垂直填充：首先，创建用于垂直填充连接的图形对象（这里为一个水箱），双击该对象进入“动画连接”。其次，选择“百分比填充/垂直”弹出图2.17所示对话框，填入变量名“LT102.PV”，配置好填充最值、参考点及填充背景色，单击确定完成。
17
图2.17 垂直百分比填充配置对话框
（3） “数值输入显示”，包含“数值输入”和“数值输出”，二者均下分为“模拟量”、“开关量”、“字符串”，通常关联着使用，即输入的同时可以显示出输入的内容。以一个PID仪表的参数给定界面为例，如图2.18(a)所示。具体操作：双击文本，产生“动画连接”对话框，点击“模拟”弹出图2.18(b)所示对话框，关联好变量，在“带提示”选相处打勾号，运行时单击对象会出现2.18(c)所示的软键盘，只需鼠标操作，而无需在用真正的键盘，方便了输入。
(a) (b) (c)
图2.18 数值输入的动画连接
（4） “杂项”，包含“一般动作”、“隐藏”、“禁止”和“流动属性”。以“流动属性”为例。
建立一个对象，这里为一段管道，双击对象弹出“动画连接”对话框，选择 “流动属性”弹出图2.19示的对话框，在“条件”处填入流动条件，可以是变量，可以是表达式。“流体外观”、“流动速度”、“流动方向”中内容用户拟定。单击“确定”完成连接。
图2.19 流动属性动画配置
2.6 动作脚本
ForceControl提供了一个类Basic语言的编程工具，称为脚本编程器。ForceControl的动作脚本类型包括对象动作脚本和命令动作脚本，而所有的动作脚本都是由事件驱动的。
18
不同类型的动作脚本决定在何处以何种方式加入控制。
（1） 对象动作脚本
执行动作与图形对象直接相关的脚本，称作对象动作脚本。对象动作脚本分为触敏性动作脚本和一般性动作脚本。
触敏性动作脚本在图形对象被点击（左键）时执行；一般性动作脚本在图形对象所在窗口被打开期间执行。
应用程序加入对象脚本的方法：双击选中的图形对象，在“动画连接”对话框中选择“触敏动作/左键动作”或“杂项/一般性动作”。
（2） 命令动作脚本
命令动作脚本用于创建窗口、应用程序、数据改变、按键和条件等动作脚本。
进入脚本编辑器的途径很多，通常在“工程项目”栏中的“动作”项中选择合适的动作脚本。对脚本的实例见图2.20所示。
（3） 脚本语言
动作脚本语言是ForceControl开发系统Draw提供的一种自行约定的内嵌式的类似Basic和C的程序语言。
图2.20 脚本编程器
19
实验三 工程实例：水箱液位监控系统投运
一、实验目的
1、调试并运行液位控制工程的监控组态系统2、学生掌握组态软件在工程上的使用方法二、实验设备
1、A3000－FS现场总线型过程控制现场系统 4套2、A3000－CS上位控制系统 4套3、连接导线一套三、实验内容
完成A3000高级过程控制设备与力控组态软件的连接，利用力控与百特仪表（亚当模块）连接实现液位的采集和数据处理、报表及趋势显示。1、系统连接
（1）在A3000-FS上，打开手动调节阀JV201、JV205，调节中、下水箱闸板开度（可以稍微大一些），其余阀门关闭。
（2）在A3000-CS上，将电磁流量计（FT102）连到控制器AI0输入端，中水箱液位（LT102）、下水箱液位（LT103）连到控制器AI1、AI2输入端，电动调节阀（FV101）连到控制器AO0端。
（3）打开A3000电源。在A3000-FS上，启动右边水泵。
（4）启动计算机组态软件，运行实验一、二完成的组态界面。启动控制器，设置各项参数，将控制器的“手动－自动”切换开关置相应的位置。
2、监控软件投运
软件监控要完成以下要求：（1）实时曲线（2）操作记录
液位高、低限报警记录，记录中显示报警时间、报警限值（可自定）、报警值及报警的具体描述。
（3）历史记录（4）报表记录
实验开始后，每10分钟记录一组数据。四、实验要求
依据液位控制工程的监控系统的工程基本要求，利用实验一、二设计的人机监控界面；实现监控计算机与控制器的通信；显示实时趋势、历史趋势，X-Y曲线，历史报表。五、实验结果提交
根据该实验的具体内容写出实验报告,具体内容包括：实验目的，实验设备，自己设计的实验步骤，监控系统监控界面，变量定义及脚本程序清单、实验收获等内容。
20
因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容