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1、题题 目：目：MCGSMCGS 组态软件与组态软件与 PLCPLC S7-200S7-200 在自来水厂的应用在自来水厂的应用第一章第一章 绪论绪论1.11.1 本课题的研究意义本课题的研究意义MCGS(Monitor and Control Generated System)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 Microsoft Windows 95/98/Me/NT/2000 等操作系统。MCGS 为用户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、实时和历史数据处理、报警和安全机制、流程控制、动画显示、趋势曲线
2、和报表输出以及企业监控网络等功能。使用 MCGS，用户无须具备计算机编程的知识，就可以在短时间内轻而易举地完成一个运行稳定，功能成熟，维护量小并且具备专业水准的计算机监控系统的开发工作。良好的体系结构，合理的程序设计，周到的用户理念 MCGS 成功的度过开发期，也使北京昆仑通态快速的成为工控行业的佼佼者。与众不同、个性独特。MCGS具有操作简便、可视性好、可维护性强、高性能、高可靠性等突出特点。利用“组态软件”设计PLC的仿真控制对象是指在计算机上运行事先编写好的“组态软件”应用程序,用软件来代替硬件(被控对象)的工作,借助于计算机的屏幕来观察控制的过程及结果。 “组态软件”可以通过RS232
3、C接口与PLC之间进行通信,并监控PLC的所有的存储器、控制器及I/O接口的状态,以变量值的形式传输到计算机上,供上位机使用、处理。利用“组态软件”设计,可以仿真多种PLC控制对象,还可同时全真模拟多个被控对象。仿真的被控对象不仅可以接受多种由PLC发出的控制信号,如逻辑开关信号,继电器控制信号,脉冲信号和各种数值信号等。亦可向PLC发出各种命令信号,如逻辑开关控制信号,继电器开关信号,中断信号,位置信号等。还可与PLC之间进行各种状态数据的传输,从而反映出PLC与被控对象(软件仿真的被控对象)与控制结果之间的关系。编辑好程序之后, “组态软件”即可接受PLC发出的控制信号,并按照程序的算法以
4、动画、数值、文字、标尺等形式在计算机屏幕上反映出PLC的控制过程及结果。PLC 的应用领域目前，PLC 在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。开关量的逻辑控制这是 PLC 最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、大学毕业设计说明书1电镀流水线等。模拟量控制在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控
5、制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的 A/D 转换及 D/A 转换。PLC 厂家都生产配套的 A/D 和 D/A 转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。运动控制 PLC 可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量 I/O 模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。PID 调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型 PLC 都有 PID 模块，目前许多小型 PLC 也具有此功能模块。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。数据处理现代 PLC 具有数学运算（含矩阵运算、函数
6、运算、逻辑运算） 、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。通信及联网 PLC 通信含 PLC 间的通信及PLC 与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各 PLC 厂商都十分重视 PLC 的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的 PLC都具有通信接口，通信非常方便。在本次选题中，所使用的 PLC 可编程控制器是西门子的 S7-200 可编程控制器，并用 V4.0 STEP 7 MicroWIN S
7、P3 PLC 编程软件。组态软件使用是 MCGS 5.10 通用版。在实验室中组态软件和 V4.0 STEP 7 MicroWIN SP3 编程软件的通信接口都已经连接好。在设计时只需对这两个程序内部进行调试就可以实现正常的通信。1.21.2 国内外研究状况及发展前景国内外研究状况及发展前景近些年，随着国民经济的快速发展，利用 PLC 技术在各个领域实现生产运行的自动控制得到了广泛的应用。北京昆仑通态的 MCGS 组态软件凭借其优越的性能一跃成为工控行业中的姣姣者。PLC 最开始是取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。所以开关量的
8、逻辑控制这是 PLC 最基本、最广泛的应用领域。现在 PLC 可以实现的功能越来越强，无论是模拟量的控制，还是实现运动控制。大型的 PLC 还配备了 PID 模块。在以后的工控行业中起到了举足轻重的作用。北京昆仑通态的 MCGS 组态软件具有操作简便、可视性好、可维护性强、高性能、高可靠性等突出特点。其全中文、可视化、面向窗口的组态开发界面，在国内使其的到了广泛的应用。现在已经开发出 MCGS6.2 通用版，MCGS6.2 网络版，MCGS6.8 嵌入版。能够完成现场数据采集、实时和历史数据处理、报警和安全机制、流程控制、动画显示、趋势曲线和报表输出以及企业监控网络等功能。与国外相比，MCGS
9、 组态大学毕业设计说明书2软件有很多不足的地方。但随着 MCGS 组态软件功能的不断完善和发展，它将在工控等领域得到了逐步的推广和应用，显示出特有的优势和强大的生命力。1.31.3 本课题的系统设计思想及研究的主要本课题的系统设计思想及研究的主要内容内容1.3.11.3.1 系统设计思想系统设计思想根据研究内容，系统设计分为两个部分：硬件部分和软件部分。硬件部分设计的主要内容是完成 S7-200 可编程控制器与开关量给定及指示的线路连接。软件部分设计是本次设计的主要部分。首先在 MCGS 组态软件中,编写出自来水厂监控的主界面,并编写出自来水厂的控制界面。然后把组态软件各个模型与 PLC 中的
10、输入和输出量对应好。最后在实验台上的 S7-200 可编程控制器的开关量给定及指示硬件接线连接好，就可以监控了。因此,软件设计的主要工作内容有两个：1） 根据系统设计的要求完成自来水厂的监控界面和控制界面的编写；2） 把界面和 PLC 程序两者的通信调节好。1.3.21.3.2 研究的主要内容研究的主要内容本课题研究内容主要包括以下几个部分:1. 现场监控单元。由于PLC稳定，抗千扰能力强，我们采用西门子的S7-200作为下位机，对不同的控制对象，我们采用了不同的控制方案。现场监控软件是采用T西门子公司提供STEP7一MICro/w1N32软件来进行编程和其他的相关处理，该系统监控软件功能强大
11、、用户界面友好。2. 监控软件。以MCGS组态软件作为监控软件，其核心内容包括数据的采集和处理、用户操作方式等，集中体现在系统的人机输入、输出功能，自来水厂的实时数据、实时曲线、查询部分历史数据和其历史趋势，给定被控制对象的相关参数等。3. 自来水厂监控系统的实验实现场运行调试。为了测试在实际系统下，该系统的运行效果，我们对该自动监控系统进行了现场调试，在实际环境中的运行表明，该系统灵活、稳定、可靠，控制效果良好。在本设计中主要以 MCGS 组态软件为主，对应的 PLC 程序可以做出相应的修改。但MCGS 是一个以前没有接触过的软件，所以对 MCGS 熟悉需要一个过程。在组态环境中建立自来水厂
12、的整体监控界面，和控制界面，在设备窗口中设置父设备和西门子 S7-200设备，并在这两个设备中设置好连接通道，使其能和实物通信顺利。其中所要解决的主要问题是：1）组态监控界面和控制界面的动态连接问题。大学毕业设计说明书32）组态软件和 S7-200 可编程控制器的通信问题。第二章第二章 系统总体方案设计系统总体方案设计2.12.1 方案设计方案设计本系统所研究的自来水厂监控系统采用一台PC机作为上位机，根据自来水厂生产工艺流程和现场生产要求，把自来水厂分为四个分站：取水泵房分站、沉淀刮泥分站、过滤反冲洗分站、加氯分站。其中图2-1表示的是自来水厂的生产工艺总流程图。所以通过连接多台西门子的PL
13、C（主要模块：CPU224XP）构成一个监测与控制系统。现场监控单元实现对被控参数的监控，对应被控参数传感器将检测到的被控对象的实际参数如水位、含氯量、水质、流量等，由调理电路放大后，经过隔离电路和留D转换后上传到现场监控单元，上位机和下位机中的通信采用PPI 协议。其中上位机主要完成对现场监控单元的自动化监控，智能决策，历史资料统计分析，图像显示，报警等功能;调理电路是把通过各个被控参数传感器检测到的各个参数的微弱信号，整个自来水厂的监控系统的硬件结构如图2-2所示。取水 泵房 分站图 2-1 自来水厂工艺总流程图水源沉淀 刮泥 分站过滤 反冲洗 分站加氯 分站氯瓶用户用水加药房PC 组态
14、软件大学毕业设计说明书4S7- 200（PL C）接 口 电 路光电 隔离模 拟 传 感 器调 理 电 路水位水压水泵等调节阀图 2-2 监控系统的框架图整个监控系统工作过程如下:上位机经过初始化程序后就向PLC发出启动信号，启动PLC 及其被控的机构，同时准备接收PLC发送来的信号和数据。水位水压等等传感器将采集到的信号经调理电路放大，光电隔离消除干扰后，送入A/D转换电路（这一步由于现有的实验环境无法实现，而没有进行研究测试）。送入PLC，由PLC向上位机传递测量的数据信息、设备信息、运行状态等信息，并根据PLC的程序自动控制设备的运行。MCGS 5.1 软件系统包括组态环境和运行环境两个
15、部分。组态环境相当于一套完整的工具软件，帮助用户设计和构造自己的应用系统。运行环境则按照组态环境中构造的组态工程，以用户指定的方式运行，并进行各种处理，完成用户组态设计的目标和功能。组态环境和运行环境的联系如图 2-2 所示。图 2-3 组态环境和运行环境的联系MCGS 组态软件由“MCGS 组态环境”和“MCGS 运行环境”两个系统组成。两部分互相独立，又紧密相关。在自来水厂的应用中，MCGS 运行环境监控 PLC S7-200 收集的数据，现场监控和控制运行状态，在界面中动态显示并可以进行报警显示和报警报表的输出。组态环境通过组态软件核心和实时数据库，利用多任务多线程通道来编辑运行环境的界
16、面，主要来构建动态画面和流程控制。图 2-3 是组态环境和动态环境的功能和联系图。图 2-4 组态环境和动态环境的功能和联系本系统的设计思路是根据自来水厂的工艺流程图，利用 MCGS 组态软件编辑出监控和控制界面。在主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略五部中定义对应的属性，使每一部分分别进行组态操作，完成不同的工作，具有不同的特性。图2-4 表示 MCGS 工控组态软件的各个窗口属性。组态环境：组态环境：组态生成应用系统运行环境：运行环境：解释执行组态结果组态结果 数据库主控窗口主控窗口设备窗口设备窗口用户窗口用户窗口实时数据库实时数据库运行策略运行策略MCGS 工控组态软件工控组态软件自来水厂菜单自来水厂菜单 设计，设置其设计，设置其 工程属性，设工程属性，设 定其存盘结构定其存盘结构添加自来水厂添加自来水厂 需要的工程设需要的工程设 备，连接设备备，连接设备 变量变量创建自来水厂创建自来水厂 动画显示，设动画显示，设 置其报警窗口，置其报警窗口， 人机交互界面人机交互界面定义自来水厂定义自来水厂 数据变量数据变量编写自来水厂编写自
