基于PLC的流量監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于PLC的流量監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

上海申弘閥門有限公司

1 選題背景

本畢業(yè)設(shè)計(jì)課題來自實(shí)驗(yàn)室建設(shè)。目的是利用PLC來實(shí)現(xiàn)過程控制。目前，PLC使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡單控制到更復(fù)雜的自動化控制。上海申弘閥門有限公司主營閥門有：減壓閥(氣體減壓閥,可調(diào)式減壓閥,波紋管減壓閥,活塞式減壓閥,蒸汽減壓閥,先導(dǎo)式減壓閥,空氣減壓閥,氮?dú)鉁p壓閥,水用減壓閥,自力式減壓閥,比例減壓閥)、安全閥、保溫閥、低溫閥、球閥、截止閥、閘閥、止回閥、蝶閥、過濾器、放料閥、隔膜閥、旋塞閥、柱塞閥、平衡閥、調(diào)節(jié)閥、疏水閥、管夾閥、排污閥、排氣閥、排泥閥、氣動閥門、電動閥門、高壓閥門、中壓閥門、低壓閥門、水力控制閥、真空閥門、襯膠閥門、襯氟閥門。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動檢測，自動化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機(jī)床、機(jī)械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護(hù)設(shè)備等等。PLC通過模擬量I/O模塊，實(shí)現(xiàn)模擬量與數(shù)字量之間的 A/D、D/A轉(zhuǎn)換，并對模擬量進(jìn)行閉環(huán)PID控制。用MCGS組態(tài)軟件組態(tài)配置工業(yè)控制監(jiān)控系統(tǒng)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控。

2 方案論證

本畢業(yè)設(shè)計(jì)原理是利用擴(kuò)展模塊EM235（AI4/AQ1*12位）進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，然后把采集到的數(shù)據(jù)利用程序進(jìn)行工程量轉(zhuǎn)換，給定量與輸入量相減得出偏換，送到執(zhí)行器，從而構(gòu)成的是單閉環(huán)控制。

采用增量式PID，具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）增量算法控制誤動作影響小。（2）增量算法控制易于實(shí)現(xiàn)手動/自動無擾動切換。（3）不產(chǎn)生積分失控，易獲得較好的調(diào)節(jié)品質(zhì)。在實(shí)際應(yīng)用中，在以步進(jìn)電機(jī)或多圈電位器作執(zhí)行器件的系統(tǒng)中，則采用增量式PID算法。

MCGS即"監(jiān)視與控制通用系統(tǒng)"，英文全稱為Monitor and Control Generated System。MCGS是為工業(yè)過程控制和實(shí)時監(jiān)測領(lǐng)域服務(wù)的通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件，具有功能完善、操作簡便、可視性好、可維護(hù)性強(qiáng)的突出特點(diǎn)。MCGS工控組態(tài)軟件是一套32位工控組態(tài)軟件，集流程控制、數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制與輸出數(shù)據(jù)與曲線等諸多強(qiáng)大功能于一身，廣泛應(yīng)用于石油、電力、化工、鋼鐵、礦山、冶金、機(jī)械等

3 開發(fā)設(shè)計(jì)過程

3.1 總體分析

學(xué)習(xí)了PLC的硬件系統(tǒng)、指令系統(tǒng)和編程方法以后，對設(shè)計(jì)一個較大的PLC系統(tǒng)時，要全面考慮許多因素，不管所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)的大小，要按照下列設(shè)計(jì)步驟進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)。如圖1：

3.2 工藝過程              

隨著PLC功能的不斷提高和完善，PLC幾乎可以完成工業(yè)控制領(lǐng)域的所有任務(wù)，但PLC還有它的應(yīng)用場合：工業(yè)環(huán)境較差，而對安全性、可靠性要求較高，系統(tǒng)工藝復(fù)雜，輸入/輸出以開關(guān)量為主的工業(yè)自控系統(tǒng)或裝置，它對模擬量的處理能力也很強(qiáng)。所以在很多情況下，也可取代工業(yè)控制計(jì)算機(jī)作為主控制器，來完成復(fù)雜的工業(yè)自動控制任務(wù)。

控制對象及控制裝置選定后，還要進(jìn)一步確定PLC的控制范圍。一般來說，能夠反映生產(chǎn)過程的運(yùn)行情況，能夠用傳感器進(jìn)行直接測量的參數(shù)，控制邏輯復(fù)雜的部分都由PLC完成。另外，對主要控制對象還要加上手動控制功能。針對此次的控制任務(wù)，是利用PLC對液體流量（模擬量）進(jìn)行控制。要求把管道中水流控制在一定的速度，要求用增量式PID控制算法進(jìn)行控制。如圖2所示：

3.3 系統(tǒng)控制要求

1、要求用PLC編寫程序，采用單閉環(huán)控制，來控制電動調(diào)節(jié)閥開度，以達(dá)到控制管道內(nèi)液體流量的目的。

2、用PLC編寫程序，采用單回路控制，以采集的流量為反饋信號，與給定值進(jìn)行比較，以達(dá)到控制液體流量的目的。

3、用MCGS組態(tài)軟件對設(shè)計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)，對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控。

3.4 系統(tǒng)的I/O點(diǎn)及地址分配

輸入/輸出信號在PLC接線端子上的地址分配是進(jìn)行PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。對軟件設(shè)計(jì)來說，I/O地址分配以后才可進(jìn)行編程；對控制柜及PLC的外圍接線來說，只有I/O地址確定以后，才可以繪制電氣接線圖、裝配圖，分配地址時，要注意負(fù)載類型。

控制系統(tǒng)的輸入/輸出信號的名稱、代碼及地址編號如下表所示：

符號	地址	備注
Kz	M0.0	控制方式
Ee	VD136	偏差
e_1	VD140	偏差前值
e_2	VD144	偏差前前值
Mnp	VD148	比例值
Mni	VD152	積分值
Mnd	VD156	微分值
dMn	VD160	PID增量
Mn_1	VD164	輸出前值
Mn	VD168	輸出值
Kc	VD172	比例系數(shù)
Ti	VD176	積分時間常數(shù)
Td	VD180	微分時間常數(shù)
Ts	VD184	采樣周期
Pvn	VD200	測量值
Spn	VD208	給定值
max	VW220	測量值大值

                                       表1  地址分配

3.5  PLC系統(tǒng)的選型

選擇PLC一方面要注意容量，另一方面什么公司的。從上面的分析可以知道，系統(tǒng)需要模擬量輸入點(diǎn)一個，模擬量輸出點(diǎn)一個?？梢赃x用西門子公司S7-200 CPU222PLC（8入/6繼電器輸出）一臺，特點(diǎn)：體積小巧，全面功能，適應(yīng)于中小機(jī)器設(shè)備的控制，適用于各行各業(yè)，各種場合中的檢測、監(jiān)測及控制的自動化。強(qiáng)大功能使其無論在獨(dú)立運(yùn)行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能。因此S7－200系列具有*的性能/價格比，*的可靠性，極豐富的指令集 ，易于掌握，便捷的操作，豐富的內(nèi)置集成功能，強(qiáng)勁的通訊能力，豐富的擴(kuò)展模塊。在加上一臺擴(kuò)展模塊EM235（4AI/1AO）。這樣的配置。

3.6 需要考慮的其它問題

1、保護(hù)措施；

2、系統(tǒng)保直流電源的容量；

3、電源方面的抗干擾措施；

4、輸出方面的護(hù)措施。

3.7 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

3.7.1數(shù)字PID控制算法

在連續(xù)-時間控制系統(tǒng)中，PID控制器應(yīng)用得非常廣泛。其設(shè)計(jì)技術(shù)成熟，以來形成了典型的結(jié)構(gòu)，參數(shù)整定方便，結(jié)構(gòu)更改靈活，能滿足一般的控制要求。 數(shù)字PID控制比連續(xù)PID控制更為*，因?yàn)橛?jì)算機(jī)程序的靈活性，很容易克服連續(xù)PID控制中存在的問題，經(jīng)修正而得到更完善的數(shù)字PID算法。連續(xù)一時間PID控制系統(tǒng)如4所示。圖4中，D（s）為控制器。在PID控制系統(tǒng)中，D（s）完成PID控制規(guī)律，稱為PID控制器。

 PID控制器是一種線性控制器，用輸出量y（t）和給定量r（t）之間的誤差的時間函數(shù)。e(t)=r(t)-y(t) 的比例，積分，微分的線性組合，構(gòu)成控制量u（t），稱為比例（Proportional）積分（Integrating）微分（Differentiation）控制，簡稱PID控制。實(shí)際應(yīng)用中，可以根據(jù)受控對象的特性和控制的性能要求，靈活地采用不同的控制組合，構(gòu)成
比例（P）控制器        式中    KP——比例放大系數(shù)；TI——積分時間；  TD——微分時間。

    控制作用:比例控制能迅速反應(yīng)誤差，從而減小穩(wěn)態(tài)誤差。但是，比例控制不能消除穩(wěn)態(tài)誤差。比例放大系數(shù)的加大，會引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定。積分控制的作用是，只要系統(tǒng)有誤差存在，積分控制器就不斷地積累，輸出控制量，以消除誤差。因而，只要有足夠的時間，積分控制將能*消除誤差，使系統(tǒng)誤差為零，從而消除穩(wěn)態(tài)誤差。積分作用太強(qiáng)會使系統(tǒng)超調(diào)加大，甚至使系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩。微分控制可以減小超調(diào)量，克服振蕩，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性提高，同時加快系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)速度，減小調(diào)整時間，從而改善系統(tǒng)的動態(tài)性能。應(yīng)用PID控制，必須適當(dāng)?shù)卣{(diào)整比例放大系數(shù)KP，積分時間TI和微分時間TD，使整個控制系統(tǒng)得到良好的性能

數(shù)字PID控制算法:在電子數(shù)字計(jì)算機(jī)直接數(shù)字控制系統(tǒng)中，PID控制器是通過計(jì)算機(jī)PID控制算法程序?qū)崿F(xiàn)的。計(jì)算機(jī)直接數(shù)字控制系統(tǒng)大多數(shù)是采樣-數(shù)據(jù)控制系統(tǒng)。進(jìn)入計(jì)算機(jī)的連續(xù)-時間信號,必須經(jīng)過采樣和整量化后，變成數(shù)字量，方能進(jìn)入計(jì)算機(jī)的存貯器和寄存器，而在數(shù)字計(jì)算機(jī)中的計(jì)算和處理，不論是積分還是微分，只能用數(shù)值計(jì)算去逼近。在數(shù)字計(jì)算機(jī)中，PID控制規(guī)律的實(shí)現(xiàn)，也必須用數(shù)值逼近的方法。當(dāng)采樣周期相當(dāng)短時，用求和代替積分，用差商代替微商，使PID算法離散化，將描述連續(xù)-時間PID算法的微分方程，變?yōu)槊枋鲭x散-時間PID算法的差分方程。

增量式PID控制算法:當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要的不是控制量的值，而是控制量的增量（例如去驅(qū)動步進(jìn)電動機(jī)）時，需要用PID的“增量算法”。

由位置算法求出上式已看不出是PID的表達(dá)式了，也看不出P、I、D作用的直接關(guān)系，只表示了各次誤差量對控制作用的影響。從式中看出，數(shù)字增量式PID算法，只要貯存近的三個誤差采樣值e（k）、e（k-1）、e（k-2）就足夠了。

增量式PID控制的優(yōu)點(diǎn)與不足：

優(yōu)點(diǎn): 1、增量算法控制誤動作影響小。

2、增量算法控制易于實(shí)現(xiàn)手動/自動無擾動切換。

  3、不產(chǎn)生積分失控，易獲得較好的調(diào)節(jié)品質(zhì)。

缺點(diǎn)：1、積分截?cái)嘈?yīng)大，有靜態(tài)誤差。

  2、溢出影響大在實(shí)際應(yīng)用中，在以步進(jìn)電機(jī)或多圈電位器作執(zhí)行器件的系統(tǒng)中，則采用增量式算法。

圖6  增量式PID控制算法流程圖

3.7.2 回路輸入/輸出量的工程量轉(zhuǎn)換

一個回路具有兩個輸入量，即給定值和過程變量。給定值通常為一固定值。過程變量受回路輸出的影響并反映了控制的效果。給定值和過程變量都是實(shí)際的工程量，其幅度、范圍和測量單位都會不同。在實(shí)施PID算法之前，必須將這些值轉(zhuǎn)換為歸一化純量、浮點(diǎn)數(shù)的格式，即：將實(shí)數(shù)格式的工程實(shí)際值轉(zhuǎn)換為[0.0，1]間的無量剛相對值（稱為歸一化格式）。

用下式來將給定值或過程變量歸一化：

                       Rnorm=（Rraw/Span+E）

式中：Rnom為工程實(shí)際值的歸一化值；Rraw為工程實(shí)際值的實(shí)數(shù)形式，未歸一化處理；E對于單極性值，取0；對于雙極性值，取0.5；Span為大允許值減去小允許值，通常?。?2000（對于單極性），64000（對于雙極性）。

將回路控制輸出轉(zhuǎn)換為按工程量標(biāo)定的整數(shù)值。

    回路控制的輸出，相對于被控對象來說，為一個控制量。注意：回路控制輸出為在[0.0，1.0]范圍內(nèi)的歸一化實(shí)數(shù)格式，它必須先轉(zhuǎn)換為16位按工程量標(biāo)定的值后方可用于驅(qū)動實(shí)際裝置。這一轉(zhuǎn)換實(shí)際上為歸一過程的逆過程。*步是用下式將回路輸出轉(zhuǎn)換為按工程量標(biāo)定的實(shí)數(shù)格式：

                        Rscal=(Mn-E)*Span

式中：Rscal為已按工程量標(biāo)定的實(shí)數(shù)格式的回路輸出；Mn為歸一化格式的回路輸出；E對于單極性模擬量，取為0.0；對雙極性模擬量，取為0.5；Span為大允許值減去小允許值，通常?。?2000（單極性），64000（雙極性）



3.7.3 程序流程圖 

本程序分為三部分：主程序、子程序、中斷程序。邏輯運(yùn)算放在主程序。系統(tǒng)初始化的一些工作放在初始化子程序中完成，這樣節(jié)省掃描時間。利用定時器中斷實(shí)現(xiàn)PID控制的定時采樣及輸出部分。

3.8 MCGS組態(tài)軟件對系統(tǒng)的組態(tài)過程

計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，為工業(yè)自動化開辟了廣闊的發(fā)展空間，用戶可以方便快捷地組建的監(jiān)控系統(tǒng)，并且通過采用遠(yuǎn)程監(jiān)控及診斷、雙機(jī)熱備等技術(shù)，使系統(tǒng)更加安全可靠，在這方面，MCGS工控組態(tài)軟件提供強(qiáng)有力的軟件支持。

MCGS全中文工業(yè)自動化控制組態(tài)軟件（以下簡稱MCGS工控組態(tài)軟件或MCGS）為用戶建立全新的過程測控系統(tǒng)提供了一整套解決方案。MCGS工控組態(tài)軟件是一套32位工控組態(tài)軟件，集動畫顯示、流程控制、數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制與輸出、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸、雙機(jī)熱備、工程報(bào)表、數(shù)據(jù)與曲線等諸多強(qiáng)大功能于一身，并支持國內(nèi)外眾多數(shù)據(jù)采集與輸出設(shè)備，廣泛應(yīng)用于石油、電力、化工、鋼鐵、礦山、冶金、機(jī)械、紡織、航天、建筑、材料、制冷、交通、通訊、食品、制造與加工業(yè)、水處理、環(huán)保、智能樓宇、實(shí)驗(yàn)室等多種工程領(lǐng)域。 

MCGSWW服務(wù)器版本，集工業(yè)現(xiàn)場的集散控制和各類歷史、實(shí)時數(shù)據(jù)及相關(guān)曲線的WWW發(fā)布于一體，可以解決整個企業(yè)的Internet/Intranet方案，也可以非常方便的與您已有的企業(yè)網(wǎng)絡(luò)相銜接，讓您從具體的技術(shù)環(huán)節(jié)和繁雜的數(shù)據(jù)堆中脫身，隨時隨地掌握工業(yè)現(xiàn)場與企業(yè)運(yùn)營狀態(tài)，了解所需的各項(xiàng)信息，大幅度提高工作效率，實(shí)現(xiàn)成功決策。 

MCGS即"監(jiān)視與控制通用系統(tǒng)"，英文全稱為Monitor and Control Generated System。MCGS是為工業(yè)過程控制和實(shí)時監(jiān)測領(lǐng)域服務(wù)的通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件，具有功能完善、操作簡便、可視性好、可維護(hù)性強(qiáng)的突出特點(diǎn)。

3.8.1 MCGS工控組態(tài)軟件的功能和特點(diǎn)

1、概念簡單，易于理解和使用。普通工程人員經(jīng)過短時間的培訓(xùn)就能正確掌握、快速完成多數(shù)簡單工程項(xiàng)目的監(jiān)控程序設(shè)計(jì)和運(yùn)行操作。用戶可避開復(fù)雜的計(jì)算機(jī)軟硬件問題，集中精力解決工程本身的問題，按照系統(tǒng)的規(guī)定，組態(tài)配置出高性能、高可靠性、高度專業(yè)化的上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。

2、功能齊全，便于方案設(shè)計(jì)。MCGS為解決工程監(jiān)控問題提供了豐富多樣的手段，從設(shè)備驅(qū)動（數(shù)據(jù)采集）到數(shù)據(jù)處理、報(bào)警處理、流程控制、動畫顯示、報(bào)表輸出、曲線顯示等各個環(huán)節(jié)，均有豐富的功能組件和常用圖形庫可供選用，用戶只需根據(jù)工程作業(yè)的需要和特點(diǎn)，進(jìn)行方案設(shè)計(jì)和組態(tài)配置，即可生成用戶應(yīng)用軟件系統(tǒng)。

3、實(shí)時性與并行處理。MCGS充分利用了Windows操作平臺的多任務(wù)、按優(yōu)先級分時操作的功能，使PC機(jī)廣泛應(yīng)用于工程測控領(lǐng)域成為可能。工程作業(yè)中，大量的數(shù)據(jù)和信息需要及時收集，即時處理，在計(jì)算機(jī)測控技術(shù)領(lǐng)域稱其為實(shí)時性任務(wù)關(guān)鍵任務(wù)，如數(shù)據(jù)采集、設(shè)備驅(qū)動和異常處理等。另外許多工作則是非實(shí)時性的，或稱為非時間關(guān)鍵任務(wù)，如畫面顯示，可在主機(jī)運(yùn)行周期時間內(nèi)插空進(jìn)行。而像打印數(shù)據(jù)一類的工作，可運(yùn)行于后臺，稱為脫機(jī)作業(yè)。MCGS是真正的32位系統(tǒng)，可同時運(yùn)行于Microsoft Windows95，98和Microsoft Windows NT平臺，以線程為單位進(jìn)行分時并行處理。

4、建立實(shí)時數(shù)據(jù)庫，便于用戶分步組態(tài)，保證系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行。MCGS組態(tài)軟件由主控窗口、設(shè)備窗口、用戶窗口、實(shí)時數(shù)據(jù)庫和運(yùn)行策略五部分構(gòu)成。其中的“實(shí)時數(shù)據(jù)庫”是整個系統(tǒng)的核心。在生成用戶應(yīng)用系統(tǒng)時，每一部分均可分別進(jìn)行組態(tài)配置，獨(dú)立建造，互不相干；而在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，各個部分都通過實(shí)時數(shù)據(jù)庫交換數(shù)據(jù)，形成互相關(guān)聯(lián)的整體。實(shí)時數(shù)據(jù)庫是一個數(shù)據(jù)處理中心，是系統(tǒng)各個部分及其各種功能性構(gòu)件的公用數(shù)據(jù)區(qū)。各個部件獨(dú)立地向?qū)崟r數(shù)據(jù)庫輸入和輸出數(shù)據(jù)，并完成自己的差錯控制。

5、設(shè)立“設(shè)備工具箱”，針對外部設(shè)備的特征，用戶從中選擇某種“構(gòu)件”，設(shè)置于設(shè)備窗口內(nèi)，賦予相關(guān)的屬性，建立系統(tǒng)與外部設(shè)備的連接關(guān)系，即可實(shí)現(xiàn)對該種設(shè)備的驅(qū)動和控制。不同的設(shè)備對應(yīng)于不同的構(gòu)件，所有的設(shè)備構(gòu)件均通過實(shí)時數(shù)據(jù)庫建立，而建立時又是相互獨(dú)立的，即對某一構(gòu)件的操作或改動，不影響其它構(gòu)件和整個系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，從這一意義上講，MCGS是一個“設(shè)備無關(guān)”的系統(tǒng)，用戶不必因外部設(shè)備局部改動，而影響整個系統(tǒng)。

6、“面向窗口”的設(shè)計(jì)方法，增加了可視性和可操作性。以窗口為單位，構(gòu)造用戶運(yùn)行系統(tǒng)的圖形界面，使得MCGS的組態(tài)工作既簡單直觀，又靈活多變。用戶可以使用系統(tǒng)的缺省構(gòu)架，也可以根據(jù)需要自己組態(tài)配置，生成各種類型和風(fēng)格的圖形界面，包括DOS風(fēng)格的圖形界面、標(biāo)準(zhǔn)Windows風(fēng)格的圖形界面以及帶有動畫效果的工具條和狀態(tài)條。

7、利用豐富的“動畫組態(tài)”功能，快速構(gòu)造各種復(fù)雜生動的動態(tài)畫面。以圖象、圖符、數(shù)據(jù)、曲線等多種形式，為操作員及時提供系統(tǒng)運(yùn)行中的的狀態(tài)、品質(zhì)及異常報(bào)警等有關(guān)信息。用變化大小、改變顏色、明暗閃爍、移動翻轉(zhuǎn)等多種手段，增強(qiáng)畫面的動態(tài)顯示效果。圖元、圖符對象定義相應(yīng)的狀態(tài)屬性，即可實(shí)現(xiàn)動畫效果。同時，MCGS為用戶提供了豐富的動畫構(gòu)件，模擬工程控制與實(shí)時監(jiān)測作業(yè)中常用的物理器件的動作和功能。每個動畫構(gòu)件都對應(yīng)一個特定的動畫功能。如：實(shí)時曲線構(gòu)件、歷史曲線構(gòu)件、報(bào)警顯示構(gòu)件、自由表格構(gòu)件等。

8、引入“運(yùn)行策略”的概念。復(fù)雜的工程作業(yè)，運(yùn)行流程都是多分支的。用傳統(tǒng)的編程方法實(shí)現(xiàn)，既繁瑣又容易出錯。MCGS開辟了“策略窗口”，用戶可以選用系統(tǒng)提供的各種條件和功能的“策略構(gòu)件”，用圖形化的方法構(gòu)造多分支的應(yīng)用程序，實(shí)現(xiàn)自由、地控制運(yùn)行流程，按照設(shè)定的條件和順序，操作外部設(shè)備，控制窗口的打開或關(guān)閉，與實(shí)時數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。同時，也可以由用戶創(chuàng)建新的策略構(gòu)件，擴(kuò)展系統(tǒng)的功能。

9、MCGS系統(tǒng)由五大功能部件組成，主要的功能部件以構(gòu)件的形式來構(gòu)造。不同的構(gòu)件有著不同的功能，且各自獨(dú)立。三種基本類型的構(gòu)件（設(shè)備構(gòu)件、動畫構(gòu)件、策略構(gòu)件）完成了MCGS系統(tǒng)三大部分（設(shè)備驅(qū)動、動畫顯示和流程控制）的所有工作。用戶也可以根據(jù)需要，定制特定類型構(gòu)件，使MCGS系統(tǒng)的功能得到擴(kuò)充。這種充分利用“面向?qū)ο?rdquo;的技術(shù)，大大提高了系統(tǒng)的可維護(hù)性和可擴(kuò)充性。

10、支持OLE Automation技術(shù)。MCGS允許用戶在Visual Basic中操作MCGS中的對象，提供了一套開放的可擴(kuò)充接口，用戶可根據(jù)自己的需要用VB編制特定的功能構(gòu)件來擴(kuò)充系統(tǒng)的功能。

11、MCGS中數(shù)據(jù)的存儲不再使用普通的文件，而是用數(shù)據(jù)庫來管理一切。組態(tài)時，系統(tǒng)生成的組態(tài)結(jié)果是一個數(shù)據(jù)庫；運(yùn)行時，數(shù)據(jù)對象、報(bào)警信息的存儲也是一個數(shù)據(jù)庫。利用數(shù)據(jù)庫來保存數(shù)據(jù)和處理數(shù)據(jù)，提高了系統(tǒng)的可靠性和運(yùn)行效率，同時，也使其它應(yīng)用軟件系統(tǒng)能直接處理數(shù)據(jù)庫中的存盤數(shù)據(jù)。

12、設(shè)立“對象元件庫”，解決了組態(tài)結(jié)果的積累和重新利用問題。所謂對象元件庫，實(shí)際上是分類存儲各種組態(tài)對象的圖庫。組態(tài)時，可把制作完好的對象（包括圖形對象，窗口對象，策略對象，以至位圖文件等等）以元件的形式存入圖庫中，也可把元件庫中的各種對象取出，直接為當(dāng)前的工程所用。隨著工作的積累，對象元件庫將日益擴(kuò)大和豐富，組態(tài)工作將會變得越來越簡單方便。

13、提供對網(wǎng)絡(luò)的支持。考慮到工控系統(tǒng)今后的發(fā)展趨勢，MCGS充分運(yùn)用現(xiàn)今發(fā)展的DCCW(Distributed Computer Cooperator Work)技術(shù)，即分布式計(jì)算機(jī)協(xié)同工作方式，來使分散在不同現(xiàn)場之間的采集系統(tǒng)和工作站之間協(xié)同工作。通過MCGS，不同的工作站之間可以實(shí)時交換數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對工控系統(tǒng)的分布式控制和管理。



3.8.2 MCGS工程的五大部分

MCGS組態(tài)軟件所建立的工程由主控窗口、設(shè)備窗口、用戶窗口、實(shí)時數(shù)據(jù)庫和運(yùn)行策略五部分構(gòu)成，每一部分分別進(jìn)行組態(tài)操作，完成不同的工作，具有不同的特性。

1、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個設(shè)備窗口和多個用戶窗口，負(fù)責(zé)調(diào)度和管理這些窗口的打開或關(guān)閉。主要的組態(tài)操作包括：定義工程的名稱，編制工程菜單，設(shè)計(jì)封面圖形，確定自動啟動的窗口，設(shè)定動畫刷新周期，數(shù)據(jù)庫存盤文件名稱及存盤時間等。

2、設(shè)備窗口：是連接和驅(qū)動外部設(shè)備的工作環(huán)境。在本窗口內(nèi)配置數(shù)據(jù)采集與控制輸出設(shè)備，注冊設(shè)備驅(qū)動程序，定義連接與驅(qū)動設(shè)備用的數(shù)據(jù)變量。

3、用戶窗口：本窗口主要用于設(shè)置工程中人機(jī)交互的界面，諸如：生成各種動畫顯示畫面、報(bào)警輸出、數(shù)據(jù)與曲線圖表等。

4、實(shí)時數(shù)據(jù)庫：是工程各個部分的數(shù)據(jù)交換與處理中心，它將MCGS工程的各個部分連接成有機(jī)的整體。在本窗口內(nèi)定義不同類型和名稱的變量，作為數(shù)據(jù)采集、處理、輸出控制、動畫連接及設(shè)備驅(qū)動的對象。

5、運(yùn)行策略：本窗口主要完成工程運(yùn)行流程的控制。包括編寫控制程序（if…then腳本程序），選用各種功能構(gòu)件，如：數(shù)據(jù)提取、歷史曲線、定時器、配方操作、多媒體輸出等。

3.8.3 MCGS組態(tài)過程

使用MCGS完成一個實(shí)際的應(yīng)用系統(tǒng)，首先必須在MCGS的組態(tài)環(huán)境下進(jìn)行系統(tǒng)的組態(tài)生成工作，然后將系統(tǒng)放在MCGS的運(yùn)行環(huán)境下運(yùn)行。本章逐步介紹在MCGS組態(tài)環(huán)境下構(gòu)造一個用戶應(yīng)用系統(tǒng)的過程，以便對MCGS系統(tǒng)的組態(tài)過程有一個全面的了解和認(rèn)識。

3.8.3.1 工程整體規(guī)劃

在實(shí)際工程項(xiàng)目中，使用MCGS構(gòu)造應(yīng)用系統(tǒng)之前，應(yīng)進(jìn)行工程的整體規(guī)劃，保證項(xiàng)目的順利實(shí)施。

對工程設(shè)計(jì)人員來說，首先要了解整個工程的系統(tǒng)構(gòu)成和工藝流程，弄清測控對象的特征，明確主要的監(jiān)控要求和技術(shù)要求等問題。在此基礎(chǔ)上，擬定組建工程的總體規(guī)劃和設(shè)想，主要包括系統(tǒng)應(yīng)實(shí)現(xiàn)哪些功能，控制流程如何實(shí)現(xiàn)，需要什么樣的用戶窗口界面，實(shí)現(xiàn)何種動畫效果以及如何在實(shí)時數(shù)據(jù)庫中定義數(shù)據(jù)變量等環(huán)節(jié)，同時還要分析工程中設(shè)備的采集及輸出通道與實(shí)時數(shù)據(jù)庫中定義的變量的對應(yīng)關(guān)系，分清哪些變量是要求與設(shè)備連接的，哪些變量是軟件內(nèi)部用來傳遞數(shù)據(jù)及用于實(shí)現(xiàn)動畫顯示的等問題。作好工程的整體規(guī)劃，在項(xiàng)目的組態(tài)過程中能夠盡量避免一些無謂的勞動，快速有效地完成工程項(xiàng)目。

 

3.8.3.2 工程建立

MCGS中用“工程”來表示組態(tài)生成的應(yīng)用系統(tǒng)，創(chuàng)建一個新工程就是創(chuàng)建一個新的用戶應(yīng)用系統(tǒng)，打開工程就是打開一個已經(jīng)存在的應(yīng)用系統(tǒng)。工程文件的命名規(guī)則和Windows系統(tǒng)相同，MCGS自動給工程文件名加上后綴“.mcg”。

保存新工程時，可以隨意更換工程文件的名稱。缺省情況下，所有的工程文件都存放在MCGS安裝目錄下的Work子目錄里，用戶也可以根據(jù)自身需要存放工程文件的目錄。

3.8.3.3 構(gòu)造實(shí)時數(shù)據(jù)庫

實(shí)時數(shù)據(jù)庫是MCGS系統(tǒng)的核心，也是應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理中心，系統(tǒng)各部分均以實(shí)時數(shù)據(jù)庫為數(shù)據(jù)公用區(qū)，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換、數(shù)據(jù)處理和實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可視化處理。定義數(shù)據(jù)對象的過程，就是構(gòu)造實(shí)時數(shù)據(jù)庫的過程。

定義數(shù)據(jù)對象時，在組態(tài)環(huán)境工作臺窗口中，選擇“實(shí)時數(shù)據(jù)庫”標(biāo)簽，進(jìn)入實(shí)時數(shù)據(jù)庫窗口頁，顯示已定義的數(shù)據(jù)對象，置增加一個新的對象時，可在該處選定數(shù)據(jù)對象，鼠標(biāo)單擊“新增對象”按鈕，則在選中的對象之后增加一個新的數(shù)據(jù)對象；如不位置，則在對象表的后增加一個新的數(shù)據(jù)對象。新增對象的名稱以選中的對象名稱為基準(zhǔn)，按字符遞增的順序由系統(tǒng)缺省確定。對于新建工程，定義的數(shù)據(jù)對象。缺省名稱為Data1。需要注意的是，數(shù)據(jù)對象的名稱中不能帶有空格，否則會影響對此數(shù)據(jù)對象存盤數(shù)據(jù)的讀取。數(shù)據(jù)對象屬性設(shè)置

MCGS把數(shù)據(jù)對象的屬性封裝在對象內(nèi)部，作為一個整體，由實(shí)時數(shù)據(jù)庫統(tǒng)一管理。對象的屬性包括基本屬性、存盤屬性和報(bào)警屬性?；緦傩詣t包含對象的名稱、類型、初值、界限（大?。┲?、工程單位和對象內(nèi)容注釋等項(xiàng)內(nèi)容。

表2  定義變量

符號	地址	備注
Kz	M0.0	控制方式
Ee	VD136	偏差
e_1	VD140	偏差前值
e_2	VD144	偏差前前值
Mnp	VD148	比例值
Mni	VD152	積分值
Mnd	VD156	微分值
dMn	VD160	PID增量
Mn_1	VD164	輸出前值
Mn	VD168	輸出值
Kc	VD172	比例系數(shù)
Ti	VD176	積分時間常數(shù)
Td	VD180	微分時間常數(shù)
Ts	VD184	采樣周期
Pvn	VD200	測量值
Spn	VD208	給定值
max	VW220	測量值大值

   圖13  實(shí)時數(shù)據(jù)庫窗口

在“實(shí)時數(shù)據(jù)庫”窗口頁中，可以象在Windows95的文件操作窗口中一樣，能夠以大圖標(biāo)、小圖標(biāo)、列表、詳細(xì)資料四種方式顯示實(shí)時數(shù)據(jù)庫中已定義的數(shù)據(jù)對象，可以選擇按名稱的順序或按類型順序來顯示數(shù)據(jù)對象，也可以剪切、拷貝、粘貼的數(shù)據(jù)對象，還可以直接修改數(shù)據(jù)對象的名稱。

為了快速生成多個相同類型的數(shù)據(jù)對象，可以選擇“成組增加”按鈕，彈出“成組增加數(shù)據(jù)對象”對話框，一次定義多個數(shù)據(jù)對象，如上圖所示。成組增加的數(shù)據(jù)對象，名稱由主體名稱和索引代碼兩部分組成。其中，“對象名稱”一欄，代表該組對象名稱的主體部分，而“起始索引值”則代表*個成員的索引代碼，其它數(shù)據(jù)對象的主體名稱相同，索引代碼依次遞增。成組增加的數(shù)據(jù)對象，其他特性如數(shù)據(jù)類型、工程單位、大小值等都是一致的。

3.8.3.4 組態(tài)用戶窗口

1、創(chuàng)建用戶窗口

選擇組態(tài)環(huán)境工作臺中的用戶窗口頁，所有的用戶窗口均位于該窗口頁內(nèi)，如圖14所示：

圖14  用戶窗口

按“新建窗口”按鈕，或執(zhí)行菜單中的“插入”→“用戶窗口”命令，即可創(chuàng)建一個新的用戶窗口，以圖標(biāo)形式顯示。開始時，新建的用戶窗口只是一個空窗口，用戶可以根據(jù)需要設(shè)置窗口的屬性和在窗口內(nèi)放置圖形對象。

2、設(shè)置用戶窗口屬性

選擇待定義的用戶窗口圖標(biāo)，點(diǎn)鼠標(biāo)右鍵選擇屬性，也可以單擊工作臺窗口中的“窗口屬性”按鈕，或者單擊工具條中的“顯示屬性”按鈕 ，或者操作快捷鍵“Alt+Enter”，彈出“用戶窗口屬性設(shè)置”對話框，按所列款項(xiàng)設(shè)置有關(guān)屬性。

用戶窗口的屬性包括基本屬性、擴(kuò)充屬性和腳本控制（啟動腳本、循環(huán)腳本、退出腳本），由用戶選擇設(shè)置。窗口的基本屬性包括窗口名稱、顯示標(biāo)題、背景顏色、窗口位置、窗口邊界、窗口內(nèi)容注釋等項(xiàng)內(nèi)容。

窗口的擴(kuò)充屬性包括窗口的外觀、位置坐標(biāo)和視區(qū)大小等項(xiàng)內(nèi)容。窗口的視區(qū)是指實(shí)際可用的區(qū)域，與屏幕上所見的區(qū)域可以不同，當(dāng)選擇視區(qū)大于可見區(qū)時，窗口側(cè)邊附加滾動條，操作滾動條可以瀏覽窗口內(nèi)所有的圖形對象。

腳本控制包括啟動腳本，循環(huán)腳本和退出腳本，啟動腳本在用戶窗口打開時，循環(huán)腳本是在窗口打開期間以的間隔循環(huán)執(zhí)行，退出腳本則是在用戶窗口關(guān)閉時執(zhí)行。

3、創(chuàng)建圖形對象

MCGS提供了三類圖形對象供用戶選用， 即圖元對象、圖符對象和動畫構(gòu)件。這些圖形對象位于常用符號工具箱和動畫工具箱內(nèi)，用戶從工具箱中選擇所需要的圖形對象，配置在用戶窗口內(nèi)，可以創(chuàng)建各種復(fù)雜的圖形。

4、編輯圖形對象

圖形對象創(chuàng)建完成后，要對圖形對象進(jìn)行各種編輯工作，如：改變圖形的顏色和大小，調(diào)整圖形的位置和排列形式，圖形的旋轉(zhuǎn)及組合分解等項(xiàng)操作，MCGS提供了完善的編輯工具，使用戶能快速制作各種復(fù)雜的圖形界面，以圖形方式表示外部物理對象。

5、定義動畫連接

定義動畫連接，實(shí)際上是將用戶窗口內(nèi)創(chuàng)建的圖形對象與實(shí)時數(shù)據(jù)庫中定義的數(shù)據(jù)對象建立對應(yīng)連接關(guān)系，通過對圖形對象在不同的數(shù)值區(qū)間內(nèi)設(shè)置不同的狀態(tài)屬性（如顏色、大小、位置移動、可見度、閃爍效果等），用數(shù)據(jù)對象的值的變化來驅(qū)動圖形對象的狀態(tài)改變，使系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，產(chǎn)生形象逼真的動畫效果。因此，動畫連接過程就歸結(jié)為對圖形對象的狀態(tài)屬性設(shè)置的過程。

6、圖元圖符對象連接

在MCGS中，每個圖元、圖符對象都可以實(shí)現(xiàn)11種動畫連接方式?？梢岳眠@些圖元、圖符對象來制作實(shí)際工程所需的圖形對象，然后再建立起與數(shù)據(jù)對象的對應(yīng)關(guān)系，定義圖形對象的一種或多種動畫連接方式，實(shí)現(xiàn)特定的動畫功能。

7、動畫構(gòu)件連接

為了簡化用戶程序設(shè)計(jì)工作量，MCGS將工程控制與實(shí)時監(jiān)測作業(yè)中常用的物理器件，如按鈕、操作桿、顯示儀表和曲線表盤等，制成獨(dú)立的圖形存儲于圖庫中，供用戶調(diào)用，這些能實(shí)現(xiàn)不同動畫功能的圖形稱為動畫構(gòu)件。

在組態(tài)時，只需要建立動畫構(gòu)件與實(shí)時數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)對象的對應(yīng)關(guān)系，就能完成動畫構(gòu)件的連接，如對實(shí)時曲線構(gòu)件，需要指明該構(gòu)件運(yùn)行時記錄哪個數(shù)據(jù)對象的變化曲線；對報(bào)警顯示構(gòu)件，需要指明該構(gòu)件運(yùn)行時顯示哪個數(shù)據(jù)對象的報(bào)警信息。

電動閥單閉環(huán)液位控制窗口如圖15：

圖15  電動閥單閉環(huán)液位控制窗口

 

電動閥單閉環(huán)液位控制歷史曲線窗口如圖17： 

圖17  電動閥單閉環(huán)液位控制歷史曲線窗口

電動閥單閉環(huán)液位控制歷史數(shù)據(jù)窗口如圖18：

圖18 電動閥單閉環(huán)液位控制歷史數(shù)據(jù)窗口

3.8.3.5 組態(tài)主控窗口

主控窗口是用戶應(yīng)用系統(tǒng)的主窗口，也是應(yīng)用系統(tǒng)的主框架，展現(xiàn)工程的總體外觀。主控窗口提供菜單命令，響應(yīng)用戶的操作。主控窗口負(fù)責(zé)調(diào)度設(shè)備窗口的工作、管理用戶窗口的打開和關(guān)閉、驅(qū)動動畫圖形和調(diào)度用戶策略的運(yùn)行等工作。主控窗口組態(tài)包括菜單設(shè)計(jì)和主控窗口中系統(tǒng)屬性的設(shè)置。

1、系統(tǒng)菜單設(shè)計(jì)

對于一個新建的工程，MCGS提供了一套缺省菜單，用戶也可以根據(jù)需要設(shè)計(jì)自己的菜單。

2、主控窗口屬性設(shè)置

選中“主控窗口”圖標(biāo)，鼠標(biāo)單擊“工作臺”窗口中的“系統(tǒng)屬性”按鈕，或者單擊工具條中的“顯示屬性”按鈕，或者選擇“編輯”菜單中的“屬性”菜單項(xiàng)，顯示“主控窗口屬性設(shè)置”對話框。分為下列五種屬性，按頁設(shè)置。

3.8.3.6 組態(tài)設(shè)備窗口

設(shè)備窗口是MCGS系統(tǒng)與作為測控對象的外部設(shè)備建立的后臺作業(yè)環(huán)境，負(fù)責(zé)驅(qū)動外部設(shè)備，控制外部設(shè)備的工作狀態(tài)。系統(tǒng)通過設(shè)備與數(shù)據(jù)之間的通道，把外部設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)采集進(jìn)來，送入實(shí)時數(shù)據(jù)庫，供系統(tǒng)其它部分調(diào)用，并且把實(shí)時數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)輸出到外部設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對外部設(shè)備的操作與控制。

MCGS為用戶提供了多種類型的“設(shè)備構(gòu)件”，作為系統(tǒng)與外部設(shè)備進(jìn)行的媒介。進(jìn)入設(shè)備窗口，從設(shè)備構(gòu)件工具箱里選擇相應(yīng)的構(gòu)件，配置到窗口內(nèi)，建立接口與通道的連接關(guān)系，設(shè)置相關(guān)的屬性，即完成了設(shè)備窗口的組態(tài)工作。

運(yùn)行時，應(yīng)用系統(tǒng)自動裝載設(shè)備窗口及其含有的設(shè)備構(gòu)件，并在后臺獨(dú)立運(yùn)行。對用戶來說，設(shè)備窗口是不可見的。

1、選擇設(shè)備構(gòu)件

在工作臺的“設(shè)備窗口”頁中：鼠標(biāo)雙擊設(shè)備窗口圖標(biāo)（或選中窗口圖標(biāo)，單擊“設(shè)備組態(tài)”按鈕），彈出設(shè)備組態(tài)窗口；選擇工具條中的“工具箱”按鈕，彈出設(shè)備工具箱；鼠標(biāo)雙擊設(shè)備工具箱里的設(shè)備構(gòu)件，或選中設(shè)備構(gòu)件，鼠標(biāo)移到設(shè)備窗口內(nèi)，單擊，則可將其選到窗口內(nèi)。

設(shè)備工具箱內(nèi)包含有MCGS目前支持的所有硬件設(shè)備，對系統(tǒng)不支持的硬件設(shè)備，需要預(yù)先定制相應(yīng)的設(shè)備構(gòu)件，才能對其進(jìn)行操作。MCGS將不斷增加新的設(shè)備構(gòu)件，以提供對更多硬件設(shè)備的支持。

我所選的設(shè)備為：

設(shè)備0[口通訊父設(shè)備]、設(shè)備1[西門子S7-200PPI]

2、設(shè)置設(shè)備構(gòu)件屬性

選中設(shè)備構(gòu)件，單擊工具條中的“屬性”按鈕或選擇“編輯”菜單中的“屬性”命令，或者鼠標(biāo)雙擊設(shè)備構(gòu)件，彈出所選設(shè)備構(gòu)件的“屬性設(shè)置”對話框，進(jìn)入“基本屬性”窗口頁，按所列項(xiàng)目設(shè)定。

不同的設(shè)備構(gòu)件有不同的屬性，一般都包括如下三項(xiàng)：設(shè)備名稱、輸入輸出（I/O）端口地址、數(shù)據(jù)采集周期。系統(tǒng)各個部分對設(shè)備構(gòu)件的操作是以設(shè)備名為基準(zhǔn)的，因此各個設(shè)備構(gòu)件不能重名。與硬件相關(guān)的參數(shù)必須正確設(shè)置，否則系統(tǒng)不能正常工作

圖25  設(shè)備0屬性窗口

設(shè)備1屬性設(shè)置：

圖26  設(shè)備1基本屬性窗口

3、設(shè)備通道連接

把輸入輸出裝置讀取數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)的通道稱為設(shè)備通道，建立設(shè)備通道和實(shí)時數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)對象的對應(yīng)關(guān)系的過程稱為通道連接。建立通道連接的目的是通過設(shè)備構(gòu)件，確定采集進(jìn)來的數(shù)據(jù)送入實(shí)時數(shù)據(jù)庫的什么地方，或從實(shí)時數(shù)據(jù)庫中什么地方取用數(shù)據(jù)。

在屬性設(shè)置對話框內(nèi)，選擇“通道連接和設(shè)置”窗口頁，按表中所列款項(xiàng)設(shè)置。

 

圖27  設(shè)備1通道連接窗口

3.8.3.7 組態(tài)運(yùn)行策略

運(yùn)行策略是指對監(jiān)控系運(yùn)行流程進(jìn)行控制的方法和條件，它能夠?qū)ο到y(tǒng)執(zhí)行某項(xiàng)操作和實(shí)現(xiàn)某種功能進(jìn)行有條件的約束。運(yùn)行策略由多個復(fù)雜的功能模塊組成，稱為“策略塊”，用來完成對系統(tǒng)運(yùn)行流程的自由控制，使系統(tǒng)能按照設(shè)定的順序和條件，進(jìn)行操作實(shí)時數(shù)據(jù)庫，控制用戶窗口的打開、關(guān)閉以及控制設(shè)備構(gòu)件的工作狀態(tài)等一系列工作，從而實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)工作過程的控制及有序的調(diào)度管理。

用戶可以根據(jù)需要來創(chuàng)建和組態(tài)運(yùn)行策略。

1、創(chuàng)建運(yùn)行策略

每建立一個新工程，系統(tǒng)都自動創(chuàng)建三個固定的策略塊：啟動策略、循環(huán)策略和退出策略，它們分別在啟動時、運(yùn)行過程中和退出前由系統(tǒng)自動調(diào)度運(yùn)行。

2、設(shè)置策略屬性

進(jìn)入運(yùn)行策略窗口頁，選擇某一策略塊，單擊“策略屬性”按鈕，或按工具條中的“顯示屬性”按鈕，即可彈出“策略塊屬性設(shè)置”對話框，設(shè)置的項(xiàng)目主要是策略名稱和策略內(nèi)容注釋。其中的“循環(huán)時間”一欄，是專為循環(huán)策略塊設(shè)置循環(huán)時間用的。

3、組態(tài)策略內(nèi)容

無論是用戶創(chuàng)建的策略塊還是系統(tǒng)固有的三個策略塊，創(chuàng)建時只是一個有名無實(shí)的空架子，要使其成為獨(dú)立的實(shí)體，被系統(tǒng)其他部分調(diào)用，必須對其進(jìn)行組態(tài)操作，策略塊所要完成的功能。

每一個策略塊都具有多項(xiàng)功能，每一項(xiàng)功能的實(shí)現(xiàn)，都以特定的條件為前提。MCGS把“條件—功能”結(jié)合成一體，構(gòu)成策略塊中的一行，稱為策略行，策略塊由多個策略行構(gòu)成。策略塊的組態(tài)操作包括：

創(chuàng)建策略行：組態(tài)操作的*步是創(chuàng)建策略行，目的是先為策略塊搭建結(jié)構(gòu)框架。用鼠標(biāo)單擊窗口上端工具條中的“新增策略行”按鈕（），或單擊鼠標(biāo)右鍵在彈出右鍵菜單中選擇“新增策略行菜單”，或直接按下快捷鍵“Ctrl+I”，增加一個空的策略行。一個策略塊中多可創(chuàng)建1000個策略行。

配置策略構(gòu)件：每個策略行都由兩種類型的構(gòu)件串接而成，前端為條件構(gòu)件，后端為策略構(gòu)件。一個策略行中只能有一個策略構(gòu)件，但可以有多個條件構(gòu)件。在MCGS的“策略工具箱”中，為用戶提供了多種常用的策略構(gòu)件，用戶從工具箱中選擇所需的條件構(gòu)件和策略構(gòu)件，配置在策略行相應(yīng)的位置上。

設(shè)置策略構(gòu)件屬性：鼠標(biāo)雙擊策略構(gòu)件；或者單擊策略構(gòu)件，按工具條中的“屬性按鈕”，彈出該策略構(gòu)件的屬性設(shè)置對話框。不同的策略構(gòu)件，屬性設(shè)置的內(nèi)容不同。

3.8.3.8 組態(tài)結(jié)果檢查

要保證組態(tài)生成的應(yīng)用系統(tǒng)能夠正確運(yùn)行，必須保證組態(tài)結(jié)果準(zhǔn)確無誤。 MCGS提供了多種措施來檢查組態(tài)結(jié)果的正確性，希望密切注意系統(tǒng)提示的錯誤信息，養(yǎng)成及時發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的習(xí)慣。

1、隨時檢查

各種對象的屬在組態(tài)過程中，不可避免地會產(chǎn)生各種錯誤，錯誤的組態(tài)會導(dǎo)致各種無法預(yù)料的結(jié)果，性設(shè)置，是組態(tài)配置的重要環(huán)節(jié)，其正確與否，直接關(guān)系到系統(tǒng)的正常運(yùn)行。為此，MCGS大多數(shù)屬性設(shè)置窗口中都設(shè)有“檢查(C)”按鈕，用于對組態(tài)結(jié)果的正確性進(jìn)行檢查。每當(dāng)用戶完成一個對象的屬性設(shè)置后，可使用該按鈕，及時進(jìn)行檢查，如有錯誤，系統(tǒng)會提示相關(guān)的信息。這種隨時檢查措施，使用戶能及時發(fā)現(xiàn)錯誤，并且容易查找出錯誤的原因，迅速糾正。

2、存盤檢查

在完成用戶窗口、設(shè)備窗口、運(yùn)行策略和系統(tǒng)菜單的組態(tài)配置后，一般都要對組態(tài)結(jié)果進(jìn)行存盤處理。存盤時，MCGS自動對組態(tài)的結(jié)果進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)錯誤，系統(tǒng)會提示相關(guān)的信息。

3、統(tǒng)一檢查

全部組態(tài)工作完成后，應(yīng)對整個工程文件進(jìn)行統(tǒng)一檢查。關(guān)閉除工作臺窗口以外的其它窗口，鼠標(biāo)單擊工具條右側(cè)的“組態(tài)檢查”按鈕，或執(zhí)行“文件”菜單中的“組態(tài)結(jié)果檢查”命令，即開始對整個工程文件進(jìn)行組態(tài)結(jié)果正確性檢查。

4、工程測試

新建工程在MCGS組態(tài)環(huán)境中完成（或部分完成）組態(tài)配置后，應(yīng)當(dāng)轉(zhuǎn)入MCGS運(yùn)行環(huán)境，通過試運(yùn)行，進(jìn)行綜合性測試檢查。鼠標(biāo)單擊工具條中的“進(jìn)入運(yùn)行環(huán)境”按鈕，或操作快捷鍵F5，或執(zhí)行“文件”菜單中的“進(jìn)入運(yùn)行環(huán)境”命令，即可進(jìn)入MCGS運(yùn)行環(huán)境，啟動當(dāng)前正在組態(tài)的工程，對于要實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行測試。在組態(tài)過程中，可隨時進(jìn)入運(yùn)行環(huán)境，完成一部分測試一部分，發(fā)現(xiàn)錯誤及時修改。

3.8.3.9 MCGS安全機(jī)制

MCGS系統(tǒng)的操作權(quán)限機(jī)制和Windows NT類似，采用用戶組和用戶的概念來進(jìn)行操作權(quán)限的控制。在MCGS中可以定義多個用戶組，每個用戶組中可以包含多個用戶，同一個用戶可以隸屬于多個用戶組。操作權(quán)限的分配是以用戶組為單位來進(jìn)行的，即某種功能的操作哪些用戶組有權(quán)限，而某個用戶能否對這個功能進(jìn)行操作取決于該用戶所在的用戶組是否具備對應(yīng)的操作權(quán)限。

MCGS系統(tǒng)按用戶組來分配操作權(quán)限的機(jī)制，使用戶能方便地建立各種多層次的安全機(jī)制。如：實(shí)際應(yīng)用中的安全機(jī)制一般要劃分為操作員組、技術(shù)員組、負(fù)責(zé)人組。操作員組的成員一般只能進(jìn)行簡單的日常操作；技術(shù)員組負(fù)責(zé)工藝參數(shù)等功能的設(shè)置；負(fù)責(zé)人組能對重要的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析；各組的權(quán)限各自獨(dú)立，但某用戶可能因工作需要，能進(jìn)行所有操作，則只需把該用戶同時設(shè)為隸屬于三個用戶組即可。

1、定義用戶和用戶組

在MCGS組態(tài)環(huán)境中，選取“工具”菜單中的“用戶權(quán)限管理”菜單項(xiàng)，在MCGS中，固定有一個名為“管理員組”的用戶組和一個名為“負(fù)責(zé)人”的用戶，它們的名稱不能修改。管理員組中的用戶有權(quán)利在運(yùn)行時管理所有的權(quán)限分配工作，管理員組的這些特性是由MCGS系統(tǒng)決定的，其它所有用戶組都沒有這些權(quán)利。

在用戶管理器窗口中，上半部分為已建用戶的用戶名列表，下半部分為已建用戶組的列表。當(dāng)用鼠標(biāo)激活用戶名列表時，在窗口底部顯示的按鈕是“新增用戶”、“復(fù)制用戶”、“刪除用戶”等對用戶操作的按鈕；當(dāng)用鼠標(biāo)激活用戶組名列表時，在窗口底部顯示的按鈕是“新增用戶組”、“刪除用戶組”等對用戶組操作的按鈕。按新增用戶按鈕，彈出如下用戶屬性設(shè)置窗口，在該窗口中，用戶對應(yīng)的密碼要輸入兩遍，用戶所隸屬的用戶組在下面的列表框中選擇（注意：一個用戶可以隸屬于多個用戶組）。當(dāng)在用戶管理器窗口中按“屬性”按鈕時，彈出同樣的窗口，可以修改用戶密碼和所屬的用戶組，但不能夠修改用戶名。

單擊新增用戶按鈕，可以添加新的用戶名，選中一個用戶時，點(diǎn)擊屬性或雙擊該用戶，會出現(xiàn)用戶屬性設(shè)置窗口

2、系統(tǒng)權(quán)限設(shè)置

為了更好的保證工程運(yùn)行的安全、穩(wěn)定可靠，防止與工程系統(tǒng)無關(guān)的人員進(jìn)入或退出工程系統(tǒng)，MCGS系統(tǒng)提供了對工程運(yùn)行時進(jìn)入和退出工程的權(quán)限管理。

3、操作權(quán)限設(shè)置

MCGS操作權(quán)限的組態(tài)非常簡單，當(dāng)對應(yīng)的動畫功能可以設(shè)置操作權(quán)*，在屬性設(shè)置窗口頁中都有對應(yīng)的“權(quán)限”按鈕，作為缺省設(shè)置，能對某項(xiàng)功能進(jìn)行操作的為所有用戶，即：如果不進(jìn)行權(quán)限組態(tài)，則權(quán)限機(jī)制不起作用，所有用戶都能對其進(jìn)行操作。在用戶權(quán)限設(shè)置窗口中，把對應(yīng)的用戶組選中（方框內(nèi)打勾表示選中），則該組內(nèi)的所有用戶都能對該項(xiàng)工作進(jìn)行操作。注意：一個操作權(quán)限可以配置多個用戶組。

3、工程安全管理

使用MCGS工具菜單中工程安全管理菜單項(xiàng)的功能可以實(shí)現(xiàn)對工程（組態(tài)所得的結(jié)果）進(jìn)行各種保護(hù)工作。該菜單項(xiàng)包括：工程密碼設(shè)置；鎖定軟件狗；工程運(yùn)行期限設(shè)置。

工程密碼：給正在組態(tài)或已完成的工程設(shè)置密碼，可以保護(hù)該工程不被其它人打開使用或修改。當(dāng)使用MCGS來打開這些工程時，首先彈出輸入框

 

要求輸入工程的密碼，如密碼不正確則不能打開該工程，從而起到保護(hù)勞動成果的作用。

鎖定軟件狗：鎖定軟件狗可以把組態(tài)好的工程和軟件狗鎖定在一起，運(yùn)行時，離開所鎖定的軟件狗，該工程就不能正常運(yùn)行。隨MCGS一起提供的軟件狗都有一個*的序列號，鎖定后的工程在其它任何MCGS系統(tǒng)中都無法正常運(yùn)行，充分保護(hù)的權(quán)利。

設(shè)置工程運(yùn)行期限：為了方便的利益得到及時的回報(bào)，MCGS提供了設(shè)置工程運(yùn)行期限的功能，到一定的時間后，如得不到應(yīng)得的回報(bào)，則可通過多級密碼控制系統(tǒng)的運(yùn)行或停止。

MCGS工程試用期限的限制是和本系統(tǒng)的軟件狗配合使用的，簡單地改變計(jì)算機(jī)的時鐘改變不了本功能的實(shí)現(xiàn)。“設(shè)置密碼”按鈕用來設(shè)置進(jìn)入本窗口的密碼。有時候，MCGS組態(tài)環(huán)境和工程必須一起交給終用戶，該密碼可用來保護(hù)本窗口中的設(shè)置，卻又不影響終用戶使用MCGS系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)

 

  [1].《MCGS工控組態(tài)軟件》  北京昆侖通態(tài)公司

 

[2].《可編程序控制器教程》溫照方 主編  北京理工大學(xué)出版社

 

[3].《可編程序控制器入門教程》鐘肇新 主編華南理工大學(xué)出版社

 

[4].《過程控制及儀表》  邵裕森 主編 上海交通大學(xué)出版社

 

[5].《組態(tài)軟件MCGS在鍋爐液位控制中的應(yīng)用》  馬兵智、孫志毅、趙志成

 

[6].《MCGS組態(tài)軟件在電廠油區(qū)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的應(yīng)用》 

附錄A

MAIN主程序：

      LD     SM0.1

CALL   initiate

LD     SM0.0

CALL   sift

LDB=   SMB8, 16#19               //檢查EM235擴(kuò)展模塊是否存在

R      M0.1, 1

NOT

S      M0.1, 1

LDB=   SMB9, 16#00               //檢查EM235擴(kuò)展模塊是否錯誤

R      M0.2, 1

NOT

AB=    SMB9, 16#04

S      M0.2, 1

LD     M0.1

O      M0.2

JMP    0

LDW=   sy, +1                      //單閉環(huán)手動輸出

AN     kz

DTCH   10

MOVR   u1, AC0

/R     100.0, AC0

*R     25600.0, AC0

ROUND  AC0, AC0

DTI    AC0, AC0

+I     +6400, AC0

MOVW   AC0, AQW0

LDW=   sy, +2                      //串級手動輸出

AN     kz

DTCH   10

MOVR   u2, AC0

/R     100.0, AC0

*R     25600.0, AC0

ROUND  AC0, AC0

DTI    AC0, AC0

+I     +6400, AC0

MOVW   AC0, AQW0

LD     kz                           //自動控制 

ENI

LDW=   sy, +0

R      kz, 1

LD     kz

EU

ATCH   INT_0, 10

LD     kz

ED

DTCH   10

LBL    0

Initiate初始化子程序：

      LD     SM0.0                        //實(shí)驗(yàn)初始化

MOVW   +0, sy

LD     SM0.0                        //中斷

MOVB   100, SMB34

ATCH   INT_0, 10

LD     SM0.0                         //pv1濾波初始化

MOVW   +0, VW0                     //計(jì)數(shù)器清零

MOVW   +128, VW2                   //預(yù)置采樣次數(shù)

MOVD   +0, VD10                     //當(dāng)前采樣值清零

MOVD   +0, VD14                     //當(dāng)前采樣和清零

MOVD   +0, VD18                     //平均值清零

LD     SM0.0                         ////pv2濾波初始化

MOVW   +0, VW30                    //計(jì)數(shù)器清零

MOVW   +128, VW32                  //預(yù)置采樣次數(shù)

MOVD   +0, VD40                     //當(dāng)前采樣值清零

MOVD   +0, VD44                     //當(dāng)前采樣和清零

MOVD   +0, VD48                     //平均值清零

Sift濾波子程序： 

      LD     SM0.0

MOVW   AIW0, VW12                  //放置模擬量輸入值

LDW>=  VW12, +0                     //檢查輸入信號

MOVW   +0, VW10                    //把輸入值轉(zhuǎn)換為雙字

NOT                            //VD10=模擬量輸入值（當(dāng)前采樣值）

MOVW   16#FFFF, VW10

      LD     SM0.0

+D     VD10, VD14                   //把當(dāng)前采樣值加到采樣和中

INCW   VW0                         //采樣計(jì)數(shù)器值加一

LDW>=  VW0, VW2                    //若達(dá)到采樣次數(shù)把采樣和VD1VD18中

MOVD   VD14, VD18

ENCO   VW2, AC1                    //計(jì)算移位數(shù)

SRD    VD18, AC1               //用移位數(shù)實(shí)現(xiàn)除法，求采樣平均值

MOVD   +0, VD14                    //重新初始化，即采樣和清零

MOVW   +0, VW0                     //采樣計(jì)數(shù)器清零

DTR    VD18, VD18                   // 模擬量輸入平均值=VW20

      -R     6000.0, VD18

/R     26000.0, VD18

MOVR   dih1, pv1

*R     VD18, pv1

LD     SM0.0

MOVW   AIW2, VW42                  //放置模擬量輸入值

LDW>=  VW42, +0                     //檢查輸入信號

MOVW   +0, VW40                     //把輸入值轉(zhuǎn)換為雙字

NOT                            //VD40=模擬量輸入值（當(dāng)前采樣值）

MOVW   16#FFFF, VW40

LD     SM0.0

+D     VD40, VD44                   //把當(dāng)前采樣值加到采樣和中

INCW   VW30                         //采樣計(jì)數(shù)器值加一

LDW>=  VW30, VW32 //若達(dá)到采樣次數(shù)把采樣和VD44復(fù)制到VD48中

MOVD   VD44, VD48

ENCO   VW32, AC1                   //計(jì)算移位數(shù)

SRD    VD48, AC1               //用移位數(shù)實(shí)現(xiàn)除法，求采樣平均值

MOVD   +0, VD44                     //重新初始化，即采樣和清零

MOVW   +0, VW30                    //采樣計(jì)數(shù)器清零

DTR    VD48, VD48                  // 模擬量輸入平均值=VW50

-R     6000.0, VD48

/R     26000.0, VD48

MOVR   dih2, pv2

*R     VD48, pv2

pid0單閉環(huán)子程序：

      LD     SM0.0

MOVR   e1_1, e1_2

MOVR   e1, e1_1

LD     SM0.0                          //求e1

MOVR   sv1, AC0

-R     pv1, AC0

MOVR   AC0, e1

LD     SM0.0                          //求p1

MOVR   e1, AC0

-R     e1_1, AC0

*R     kc1, AC0

MOVR   AC0, p1

LD     SM0.0                          //求i1

MOVR   e1, AC0

*R     ts, AC0

*R     kc1, AC0

/R     ti1, AC0

MOVR   AC0, i1

LD     SM0.0                            //求d1

MOVR   e1, AC0

-R     e1_1, AC0

-R     e1_1, AC0

+R     e1_2, AC0

*R     td1, AC0

*R     kc1, AC0

/R     ts, AC0

MOVR   AC0, d1

LD     SM0.0                               //求det_u1

MOVR   p1, AC0

+R     i1, AC0

+R     d1, AC0

MOVR   AC0, det_u1

LD     SM0.0                               //求u1

MOVR   u1, u1_1

MOVR   u1_1, AC0

LDW=   sy, +1

+R     det_u1, AC0

LDR>=  AC0, 100.0

MOVR   100.0, AC0

LDR<=  AC0, 0.0

MOVR   0.0, AC0

LD     SM0.0

MOVR   AC0, u1

LD     SM0.0                                //轉(zhuǎn)換輸出

MOVR   u1, AC0

/R     100.0, AC0

*R     25600.0, AC0

ROUND  AC0, AC0

DTI    AC0, AC0

+I     +6400, AC0

MOVW   AC0, AQW0

INT_0中斷子程序：

      LD     SM0.0

MOVR   ts, AC0

*R     10.0, AC0

ROUND  AC0, AC0

DTI    AC0, AC0

MOVW   AC0, tim

LD     SM0.0

INCW   times

LDW<=  times, tim

JMP    0

LDW>=  times, tim

MOVW   +0, times

LDW=   sy, +1                         //調(diào)單閉環(huán)子程序

CALL   pid0

LDW=   sy, +2                         //調(diào)串級子程序

CALL   pid1

LBL    0

 

附錄B

 

功率損耗
+5V DC(從I/O總線)	30mA
從L+	60mA(帶輸出20mA)
L+電壓范圍，第2級或DC傳感器供電	20.4～28.8
LED指示器	24V DC狀態(tài)  亮=*，滅=無24V DC電源
模擬量輸入特性
模擬量輸入點(diǎn)數(shù)	4
隔離(現(xiàn)場與邏輯電路間)	無
輸入類型	差分輸入
輸入范圍  電壓(單極性)  電壓(雙極性)  電流	0～10V，0～5V，  0～1V，0～500mV,  0～100mV,0～50mV  ±10V，±5V，±2.5V，  ±1V，±500mV,  ±250mV,±100mV  ±50mV,±25mV  0～20mA
輸入分辨率  電壓(單極性)  電壓(雙極性)  電流	12.5μV(0～50mV)  25μV(0～100mV)  125μV(0～500mV)  250μV(0～1V)  1.25mV(0～5V)  2.5mV(0～10V)  12.5μV(±25mV)  25μV(±50mV)  50μV(±100mV)  125μV(±250mV)  250μV(±500mV)  500μV(±1V)  1.25mV(±2.5V)  2.5mV(±5V)  5mV(±10V)  5μA(0～10mA時)
模數(shù)轉(zhuǎn)換時間	＜250μs
模擬量輸入響應(yīng)	1.5ms～95%
共模抑制	40dB,DC to 60Hz  EM 235
共模電壓	信號電壓+共模電壓(必須小于等于12V)
數(shù)據(jù)字格式  單極性，全量程范圍 -32000～+32000  雙極性，全量程范圍 0～32000	-32000～+320000  0～32000
輸入阻抗	大于等于10MΩ
輸入濾波器衰減	-3db@3.1KHz
大輸入電壓	30V DC
大輸入電流	32mA
分辨率	12位A/D轉(zhuǎn)換器
模擬量輸出特性
模擬量輸出點(diǎn)數(shù)	1
隔離(現(xiàn)場側(cè)到邏輯線路)	無
信號范圍  電壓輸出  電注輸出	±10V  0 到 20mA
數(shù)據(jù)字格式  電壓  電流	-32000～+32000  0～+32000
分辨率，滿量程  電壓  電流	12位  11位
精度  壞情況，0～55℃  電壓輸出  電流輸出	滿量程的±2%  滿量程的±2%
典型值，25℃  電壓輸出  電流輸出	滿量程的±0.5%  滿量程的±0.5%
設(shè)置時間  電壓輸出  電流輸出	100μs  2mS
大驅(qū)動@24V用戶電源  電壓輸出  電流輸出	小 5000Ω  大500Ω

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