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1、1 绪论 背景介绍 随着工业自动化水平的迅速提高 计算机在工业领域的广泛应用 人们对工业自 动化的要求越来越高 种类繁多的控制设备和过程监控设备和过程控制装置在工 业领域的应用 使得传统的工业控制软件已无法满足用户的各种要求 MCGS工 控组态软件的出现为解决一些实际工程问题提供了一种崭新的方法 因为它能够 就很好的解决传统工业控制软件存在的种种问题 使用户能根据自己的控制对象 和控制目的任意组态 完成最终的自动化控制工程 MCGS全中文工业自动化控制组态软件 简称MCGS工控组态软件或MCGS 是 一套 32 位工控组态软件 可稳定运行于Windouws95 98 Me NT 2000 等多
2、种操 作系统 集动画显示 流程控制 数据采集 设备控制与输出 网络数据传输 双机热备 工程报表 数据与曲线等诸多强大功能于一身 并支持国内外众多数 据采集与输出设备 广泛应用于石油 电力 化工 钢铁 矿山 冶金 机械 纺织 航天 建筑 材料 制冷 交通 通讯 食品 制造与加工业 水处理 环保 智能楼宇 实验室等多种工程领域 它的主要特点有 1 延续性和可 扩充性 使用 MCGS工控组态软件开发的应用程序 当现场 包括硬件设备或系 统结构 或用户需求发生改变时 不需作很多修改而方便地完成软件的更新和升 级 2 封装性 易学易用 MCGS 工控软件所能完成的功能都用一种方便 用户使用的方法包装起来
3、 对于用户 不需要掌握太多的编程语言技术 甚至不 需要编程技术 就能很好的完成一个复杂工程所要求的所有功能 3 通用 性和可扩充性 每个用户根据工程实际情况 利用 MCGS工控组态软件提供的底 层设备 PLC 智能仪表 智能模块 饭卡 变频器等 的设备驱动 开放式的 数据库和画面制作工具 就能完成一个具有动画效果 实时数据处理 历史数据 和曲线并存 具有网络功能的工程 不受行业限制 混合液体设计概述 水流量标准装置是被广泛用作液体流量仪表实验和检定的装置 尤其对于流量计 的制造企业 有大量的仪表检定工作和新产品研制过程中的实验工作 需要流量 标准装置完成 一套高效 可靠的水流量标准装置对科研和
4、生产活动具有重要的 意义 传统的流量标准装置检定系统使用人工或半自动操作 操作流程复杂 检定过程中的数据手工记录 检定结果手工计算 采样时间的同步不易控制 还 存在速度慢 效率低 出错率高等问题 限制了劳动生产率的提高 针对流量 标准装置检定系统存在的以上问题 本课题主要完成了以下具有一定创新意义的 工作 1 将静态质量法 称重法 和标准表法综合在一套流量标准装置中 综合 利用两种方法各自的优点 提高了检定效率 2 本课题开发的流量计检定系统 采用 MCGS工控组态软件 通过编程实现了流量装置检定 流量计检定 数据存 储 历史数据查询 报表打印等功能 3 本计算机控制系统具有人机界面友好 便于
5、操作人员使用的特点 控制系统的操作步骤严格遵照相应检定规程的要求 几乎不需要操作人员的参与 便能自动完成流量计的检定 4 具有采用标准表 法和称重法检定速度式流量计和浮子流量计的功能 并且可以实现标准表的在线 检定 5 本课题采用 MCGS组态软件开发了一种智能型浮子流量计的标定系统 通过在天津大学流量实验室得到的实验数据 证明本课题研究的水流量标准装置 计算机控制系统具有稳定可靠 检定效率高 准确度高的特点 并且具有一定的 通用性和广泛的实用价值 2 MCGS组态软件介绍 以工控 PC 机为主控上位机 利用人机接口的智能软件包 MCGS组态软件在PC 机上建立工控的对象 完成对多台PLC 下
6、位机 的控制 由于上位机只需要完成 对监控信息的收集和处理而不需要对设备的运行进行具体控制 上下位机处理同 时进行 可以以最少的人员配备对远程监控的管理 提供较为直观 清晰 准确 的现场状态信息 进而为维修和错误诊断提供多方面可能性 减少维修人员路上 往返时间 整体提高远程监控系统的运行速度 现代远程监控技术采取的是实时在线监控方式 它借助于计算机网络和通信技 术 通过安装在现场各种监控设备以及软件实现监控者在异地对现场工业设备的 实时监控 诊断与控制 当系统运行时 现场的下位机需要安排有人值守 这样 实际上并没有实现真正意义上远程监控 为解决这一问题 文中通过开发相关的 程序 配合必要的硬件
7、设施来实现远程监控 完全可以通过网络来监控现场的运 行 MCGS工控组态软件 MCGS Monitor and Control Generated System 监视与控制通用系统 是北京昆仑 通态自动化软件科技有限公司研发的一套基于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 主要完成现场数据的采集与监测 前端数据的处理与控制 可运行于Microsoft Windows 95 98 Me NT 2000 xp 等 操作系统 MCGS是一套基于Windows 操作系统可用来快速构造和生成上位机监控系统的 组态软件包 它为用户提供了从设备驱动 数据采集到数据处理 流
8、程控制 动 画显示 报表输出等解决实际工程问题的完整方案和操作工具 MCGS组态软件 具有多任务 多线程功能 其系统框架采用VC 编程 通过 OLE技术向用户提 供 VB编程接口 提供丰富的设备驱动构件 动画构件 策略构件 用户可随时 方便地扩展系统的功能 主要特点如下 1 丰富的设备驱动程序 通过Active DLL把设备驱动挂接在系统中 配置简 单 速度快 可靠性高 2 强大的网络功能 MCGS强大的网络功能可把TCP IP网 485 422 423 网 Modem 网结合在一起构成大型的监控系统和管理系统 3 开放的 OLE接口 MCGS以 OLE自动化技术为基础的开放式扩充接口允许 用
9、户使用 VB来快速编制各种设备驱动构件 动画构件和各种策略构件 通过 OLE 接口 用户可以方便地定制自己特定的系统 系统结构图 参见图1 用户窗口主控窗口运行策略 实时数据库 图 MCGS体系结构图 MCGS组态软件系统包括组态环境和运行环境两大部分 用户所有组态配置过程 都是在组态环境中进行的 用户组态后可生成一个 组态结果数据库 文件 MCGS运行环境是一个独立的运行系统 它能按照 组态结果数据库 中的组态 方式进行各种处理 完成用户组态设计的目标和功能 MCGS系统整体框图 图 MCGS系统整体框图 组态软件五大组成部分 MCGS组态软件建立的工程由主控窗口 设备窗口 用户窗口 实时数
10、据库和运 行策略五部分都成 每一部分分别进行组态操作 完成不同的工作 具有不同的 多任务多线程 建动画 构建动画动画显示 报警组态 设计报表 连接设备 实时 数据 库 现场控制 报警输出 报表打印 设备输出 流程控制 组态 软件 核心 实时 数据 库 构建动画 流程控制 组态 组态环境运行环境 特性 主控窗口 是工程的主窗口或主框架 在主控窗口中可以放置一个设备窗口和多 个用户窗口 负责调度和管理这些窗口的打开或关闭 主要的组态操作包括 定 义工程名称 编制工程名单 设计封面图形 确定自动启动的窗口 设定动画刷 新周期 指定数据库存盘文件名称及存盘时间等 设备窗口 是连接和驱动外部设备的工作环
11、境 在本窗口内配置数据采集与控制 输出设备 注册设备驱动程序 定义连接与驱动设备用的数据变量 用户窗口 本窗口主要用于设置工程中的人机交互界面 诸如 生成各种动画显 示画面 报警输出 数据与曲线图表等 实时数据库 是工程各部分的数据交换与处理中心 它将 MCGS工程的各个部分 连接成有机的整体 在本窗口内定义不同的类型和名称的变量 作为数据采集 处理 输出控制 动画连接及设备驱动的对象 运行策略 本窗口主要完成工程运行流程的控制 包括编写控制程序 if then 脚本程序 选用各种功能构件 如 数据提取 定时器 配方操作 多媒体输 出等 图 MCGS组态软件组成 PLC的发展历程 1969 年
12、 美国数字设备公司 DEC 研制出第一台PLC 在美国通用汽车自动 装配线上试用 获得了成功 这种新型的工业控制装置以其简单易懂 操作方便 可靠性高 通用灵活 体积小 使用寿命长等一系列优点 很快地在美国其他工 业领域推广应用 到1971 年 已经成功地应用于食品饮料冶金造纸等工业 由于 PLC同时提高了功能和柔性度 使其应用迅速增长 并普及到许多其它离散 零件制造工业领域 随后又扩展到与批量生产和连续生产过程有关的工业领域 随着 CIMS 计算机集成制造系统 的发展 PLC当前还被人们应用于工厂通信网络 柔性制造系统 工业机器人到大型分散型控制系统 之中 与其它智能控制器和 MCGS工控组态
13、软件 主控窗口设备窗口 用户窗口 实时数据库运行策略 菜单设计 设置工程属 性 添 加 工 程 设 备 连 接 设 备 变 量 注 册 设 备 驱 动 创 建 动 画 显 示 设 置 报 警 窗 口 人 机 交 互 界 面 定义数据变 量 编 写控 制流 程 使 用功 能构 件 计算机系统一起成为计算机综合控制系统中的重要组成部分 特别是单元级和工 作站级 这一新型工业控制装置的出现 也受到了世界其他国家的高度重视 1971 日本 从美国引进了这项新技术 很快研制出了日本第一台PLC 1973 年 西欧国家也 研制出它们的第一台PLC 我国从 1974 年开始研制 于 1977 年开始工业应用
14、 我国可编程控制器的引进 应用 研制 生产是伴随着改革开放开始的 最初是 在引进设备中大量使用了可编程控制器 接下来在各种企业的生产设备及产品中 不断扩大了 PLC的应用 目前 我国自己已可以生产中小型可编程控制器 上海 东屋电气有限公司生产的CF系列 杭州机床电器厂生产的DKK及 D系列 大连 组合机床研究所生产的S系列 苏州电子计算机厂生产的YZ系列等多种产品已 具备了一定的规模并在工业产品中获得了应用 此外 无锡华光公司 上海乡岛 公司等中外合资企业也是我国比较著名的PLC生产厂家 可以预期 随着我国现 代化进程的深入 PLC在我国将有更广阔的应用天地 PLC与 MCGS通讯要求 基于
15、MCGS嵌入组态软件容量小 速度快 成本低 真正嵌入 稳定性高 功能 强大 通讯方便 操作简便 支持多种设备 有助于建造完整的解决方案的特点 所以选择其与 PLC进行通讯连接 MCGS一般通过上位机的串行口和PLC上的编程口建立物理上的通讯连接 从而 达到操作 PLC的目的 而在 MCGS组态软件设置方面需先进行 设备组态 设 备组态方法是先调用MCGS串口通讯父设备构件 再找到三菱FX 232子设备构 件 并挂接在串口父设备下 对串口父设备需打开其属性窗口 在基本属性中设 置好设备名称 初始工作状态 最小采样周期 串口端口号 通讯波特率 数据 位位数 停此位位数 数据校验方式等 而对于三菱F
16、X 232子设备 要先打开 其属性窗口 设置好基本属性中的设备名称 初始工作状态 最小采集周期 同 父设备 然后根据 MCGS与 系列 PLC之间两种不同的通讯方式 再进行后 面的设置 如果使用MCGS提供的 read 和 write 设备命令直接访问PLC 无需进 一步设置 而如果要通过MCGS循环采样方式自动周期性地访问PLC 则必须还 要对设备增加通道 建立通道连接 把PLC中相关继电器 X Y M 和寄存器 D 与 MCGS实时数据库中变量建立一一对应关系 确定操作方式 读或写或读写 并且 MCGS嵌入版系统与 PLC联系的媒介设备窗口专门用来放置不同类型和功能 的设备构件 实现对外部设备的操作和控制 设备窗口通过设备构件把外部设备 的数据采集进来 送入实时数据库 或把实时数据库中的数据输出到外部设备 一个应用系统只有一个设备窗口 运行时 系统自动打开设备窗口 管理和调度 所有设备构件正常工作 并在后立运行 注意 对用户来说 设备窗口在运 行时是不可见的 3 PLC系统软件设计 I 0 地址分配 系统的 I O 分配如下图所示 输入 输出单元输入 输出点 启动 表输入 输出
