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1、综 合 实 验 报 告实 验 名 称 自动控制系统综合实验 题 目单容水箱液位定值控制系统指 导 教 师 王巧玲 设计起止日期 2013年1月7日1月18日系 别 自动化学院控制工程系 专 业 学生姓名 班级/学号 成 绩 目录第一章MCGS简介1一、MCGS组态软件的系统构成11、MCGS组态软件的整体结构12、MCGS组态软件的五大组成部分1二、MCGS组态软件的工作方式21、MCGS如何与设备进行通讯22、MCGS如何产生动画效果23、MCGS如何实施远程多机监控24、如何对工程运行流程实施有效控制2三 MCGS组态软件的一般组态过程2工程项目系统分析2工程立项搭建框架3设计菜单基本体系
2、3制作动画显示画面4编写控制流程程序4完善菜单按钮功能4编写程序调试工程4第二章综合实验纲要6一、综合实验的目的6二、综合实验的基本要求6三、实验前的准备及安全操作规程6安全操作规程6四、综合实验内容要求7硬件系统设计7软硬件测试7数据I/O及通信设计7监控组态界面设计7控制算法设计8系统调试和完善8撰写设计报告8第三章单容水箱液位定值控制系统9概况9实验所需设备以及所需软件9要求9实验原理9第四章实验设计10一、实时数据库的设计10二、添加设备10三、添加运行策略11四、添加用户窗口12主窗口属性13五、设计主页面14添加设定值SV、测量值PV以及输出值OP的动态条显示14添加变量设定栏15
3、添加变量显示栏16添加手自动按钮16添加历史曲线按钮17添加实时曲线显示17六、历史曲线页面18第五章实验结果19一、PID调试过程19二、PID参数确定19三、加扰动、测性能20第六章总结20第七章参考资料文献2023第一章 MCGS简介一、MCGS组态软件的系统构成1、MCGS组态软件的整体结构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 Windows95/98/NT/2000/XP等操作系统。MCGS 软件为用户提供了解决实际工程问题的完整方
4、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、趋势曲线和报表输出以及企业监控网络等功能。MCGS组态软件由“MCGS组态环境”和“MCGS运行环境”两个系统组成。MCGS组态环境是生成用户应用系统的工作环境，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。用户可以在组态环境中完成动画设计、设备连接、编写控制流程、编写工程打印报表等组态工作。组态生成的结果是一个数据库文件，成为组态结果数据库，此工程必须存放在MCGS子目录WORK下。MCGS运行环境是用户应用系统的运行环境，是一个独立运
5、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。2、MCGS组态软件的五大组成部分MCGS组态软件所建立的工程由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略五部分组成，每一部分分别进行组态操作，完成不同的工作。主控窗口：MCGS的主控窗口是组态工程的主窗口，是所有设备窗口和用户窗口的父窗口，可以设置一个设备窗口和多个用户窗口，负责这些窗口的管理和调度，并调度用户策略的运行。主要的
6、组态操作包括：定义工程的名称，编制工程菜单，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：设备窗口是MCGS系统的重要组成部分，是连接和驱动外部设备的工作环境。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，使系统能够从外部设备中读取数据并控制外部设备的工作状态，实现对液位系统的实时控制。用户窗口：本窗口主要用于设置工程中人机交互的界面，是由用户来定义的，可以是一个或多个用户窗口组合而成的，它的显示和关闭由各种策略构件和菜单命令来控制。用户窗口相当于一个“容器”，用来放置图元、图符和动画构件等各种图形对
7、象，通过对图形对象的组态设置，建立与实时数据库的连接，来完成图形、界面的设计工作。实时数据库：是工程各个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类型和名称的变量，变为数据采集、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。如编写控制程序（脚本程序），选用各种功能构件等。二、 MCGS组态软件的工作方式1、MCGS如何与设备进行通讯：MCGS通过设备驱动程序与外部设备进行数据交换。包括数据采集和发送设备指令。设备驱动程序是由VB、VC程序设计语言编写的DLL（动态连接库）文件，设备驱动程序中包含符合各种设备通
8、讯协议的处理程序，将设备运行状态的特征数据采集进来或发送出去。MCGS负责在运行环境中调用相应的设备驱动程序，将数据传送到工程中的各个部分，完成整个系统的通讯过程。每个驱动程序独占一个线程，达到互不干扰的目的。2、MCGS如何产生动画效果：MCGS为每一种基本图形元素定义了不同的动画属性，如：一个长方形的动画属性有可见度，大小变化，水平移动等，每一种动画属性都会产生一定的动画效果。所谓动画属性，实际上是反映图形大小、颜色、位置、可见度、闪烁性等状态的特征参数。然而，我们在组态环境中生成的画面都是静止的，如何在工程运行中产生动画效果呢？方法是：图形的每一种动画属性中都有一个“表达式”设定栏，在该
9、栏中设定一个与图形状态相联系的数据变量，连接到实时数据库中，以此建立相应的对应关系，MCGS称之为动画连接。详细情况请参阅MCGS用户指南。3、MCGS如何实施远程多机监控：MCGS提供了一套完善的网络机制，可通过TCP/IP网、Modem网和串口网将多台计算机连接在一起，构成分布式网络监控系统，实现网络间的实时数据同步、历史数据同步和网络事件的快速传递。同时，可利用MCGS提供的网络功能，在工作站上直接对服务器中的数据库进行读写操作。分布式网络监控系统的每一台计算机都要安装一套MCGS工控组态软件。MCGS把各种网络形式，以父设备构件和子设备构件的形式，供用户调用，并进行工作状态、端口号、工
10、作站地址等属性参数的设置。4、如何对工程运行流程实施有效控制：MCGS开辟了专用的运行策略窗口，建立用户运行策略。MCGS提供了丰富的功能构件，供用户选用，通过构件配置和属性设置两项组态操作，生成各种功能模块（称为用户策略），使系统能够按照设定的顺序和条件，操作实时数据库，实现对动画窗口的任意切换，控制系统的运行流程和设备的工作状态。所有的操作均采用面向对象的直观方式，避免了烦琐的编程工作。三 MCGS组态软件的一般组态过程工程项目系统分析：分析工程项目的系统构成、技术要求和工艺流程，弄清系统的控制流程和监控对象的特征，明确监控要求和动画显示方式，分析工程中的设备采集及输出通道与软件中实时数据
11、库变量的对应关系，分清哪些变量是要求与设备连接的，哪些变量是软件内部用来传递数据及动画显示的。工程立项搭建框架：MCGS 称为建立新工程。主要内容包括：定义工程名称、封面窗口名称和启动窗口（封面窗口退出后接着显示的窗口）名称，指定存盘数据库文件的名称以及存盘数据库，设定动画刷新的周期。经过此步操作，即在MCGS 组态环境中，建立了由五部分组成的工程结构框架。封面窗口和启动窗口也可等到建立了用户窗口后，再行建立。如图1-1所示新建立工程，工程需存放在MCGS子目录WORK的目录下，否则工程无法运行。图1-1建立新工程设计菜单基本体系：为了对系统运行的状态及工作流程进行有效地调度和控制，通常要在主
12、控窗口内编制菜单。编制菜单分两步进行，第一步首先搭建菜单的框架，第二步再对各级菜单命令进行功能组态。在组态过程中，可根据实际需要，随时对菜单的内容进行增加或删除，不断完善工程的菜单。图1-2 菜单设计制作动画显示画面：动画制作分为静态图形设计和动态属性设置两个过程。前一部分类似于画画，用户通过MCGS 组态软件中提供的基本图形元素及动画构件库，在用户窗口内 组合成各种复杂的画面。后一部分则设置图形的动画属性，与实时数据库中定义的变量建立相关性的连接关系，作为动画图形的驱动源。点击工具，在下拉选项卡中选择对象元件库管理，即可打开基本图形元素库，根据系统需要的设备图形来添加组态，如下图所示： 图1
13、-3 对象元件库编写控制流程程序：在运行策略窗口内，从策略构件箱中，选择所需功能策略构件，构成各种功能模块（称为策略块），由这些模块实现各种人机交互操作。MCGS 还为用户提供了编程用的功能构件（称之为脚本程序功能构件），使用简单的编程语言，编写工程控制程序。完善菜单按钮功能：包括对菜单命令、监控器件、操作按钮的功能组态；实现历史数据、实时数据、各种曲线、数据报表、报警信息输出等功能；建立工程安全机制等。编写程序调试工程：利用调试程序产生的模拟数据，检查动画显示和控制流程是否正确。连接设备驱动程序：选定与设备相匹配的设备构件，连接设备通道，确定数据变量的数据处理方式，完成设备属性的设置。此项操
14、作在设备窗口内进行。点击工具，在下拉选项卡中选择设备构件管理，选择所需的通讯设备，如图3-4所示. 图1-4 设备构件 图1-5 设备组态窗口工程完工综合测试：最后测试工程各部分的工作情况，完成整个工程的组态工作，实施工程交接。注意：以上步骤只是按照组态工程的一般思路列出的。在实际组态中，有些过程是交织在一起进行的，用户可根据工程的实际需要和自己的习惯，调整步骤的先后顺序，而并有严格的限制与规定。第二章 综合实验纲要一、综合实验的目的自动控制系统综合实验是在完成了自控理论，检测技术与仪表，过程控制系统等课程后的一次综合训练。要求同学在给定的时间内利用前期学过的知识和技术在过程控制实验室的现有设备上，基于mcgs组态软件或step7、wincc组态软件设计一个监控系统，完成相应参数的控制。在设计工作中，学会查阅资料、设计、调试、分析、撰写报告等，达到综合能力培养的目的。二、综合实验的基本要求1.学生应根据项目的内容和要求，明确设计任务，拟定设计方案与进度计划，运用所学的专业知识，进行算法设计、硬件系统设计、软件系统设计、创新方法或功能设计，完成系统的硬件系统的连接与调试
