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1、基于MCGS的热处理炉温度监控系统组态设计学 院：现代科技学院 学 号：2008100650专业班级：自动化08-01指导老师： 姓 名： 日 期： 2012年1月13日目 录1)设计任务和目的-22)监控系统分析和总体设计-23）系统的IO点表-34）监控界面设计说明-35）定义数据对象-56）运行策略程序及说明-97）控制算法实现程序及说明-118）安全策略设计及说明-159）总结-17课设任务和目的本课程设计要求在修完监控系统程序设计技术课程后，运用工业监控系统组态软件（MCGS），结合一个自动控制系统，完成该控制系统的上位机监控系统组态设计。使学生掌握监控软件的设计和编程方法，得到计算
2、机监控系统程序设计与调试，以及编写设计技术文件的初步训练。为从事计算机控制方面的工作打下一定基础。监控系统分析和总体设计工程分析：在开始组态工程之前，先对该工程进行剖析，以便从整体上把握工程的结构、流程、需实现的功能及如何实现这些功能。工程框架：1 2个用户窗口：温度控制、数据显示2 4个主菜单：系统管理、数据显示、历史数据、报警数据3 4个子菜单：登录用户、退出登录、用户管理、修改密码4 5个策略：启动策略、退出策略、循环策略、报警数据、历史数据数据对象： 图形制作：温度控制窗口l 给水、调节阀、出水阀、水罐、报警指示灯：由对象元件库引入l 管道：通过流动块构件实现l 水罐水量控制：通过滑动
3、输入器实现l 水量的显示：通过旋转仪表、标签构件实现l 报警实时显示：通过报警显示构件实现l 动态修改报警限值：通过输入框构件实现2 数据显示窗口l 实时数据：通过自由表格构件实现l 历史数据：通过历史表格构件实现l 实时曲线：通过实时曲线构件实现l 历史曲线：通过历史曲线构件实现流程控制：通过循环策略中的脚本程序策略块实现安全机制：对工程进行加密系统的IO点表变量名类型初值注释系统启停开关0反应系统运行/停止的数据对象放气阀开关0缓解压力的开关变量供气阀数值5燃气供给的数值变量给水阀数值5添加冷水的数值变量温度数值20锅炉内水的温度值压力数值0.1锅炉内压力液位数值0.8锅炉内水位运行状态字
4、符正常运行状态为正常或报警锅炉组包含温度 、压力和液位监控界面设计说明建立画面1）在用户窗口建立新窗口并命名为“热处理炉温度监控”2）编辑画面选中“热处理炉温度监控系统”窗口图标，单击“动画组态”，进入动画组态窗口，开始编辑画面。制作文字框图1 单击工具条中的“工具箱”按钮，打开绘图工具箱。2 选择“工具箱”内的“标签”按钮，鼠标的光标呈“十字”形，在窗口顶端中心位置拖拽鼠标，根据需要拉出一个一定大小的矩形。3 在光标闪烁位置输入文字“热处理炉温度监控系统”，按回车键或在窗口任意位置用鼠标点击一下，文字输入完毕。4 如果需要修改输入文字，则单击已输入的文字，然后敲回车键就可以进行编辑，也可以单
5、击鼠标右键，弹出下拉菜单，选择“改字符”。5 选中文字框，作如下设置：点击（填充色）按钮，设定文字框的背景颜色为：没有填充；点击（线色）按钮，设置文字框的边线颜色为：没有边线。点击（字符字体）按钮，设置文字字体为：宋体；字型为：粗体；大小为：26点击（字符颜色）按钮，将文字颜色设为：蓝色。制作1 单击绘图工具箱中的（插入元件）图标，弹出对象元件管理对话框，如图：2 从“储藏罐”类中选取罐53。3 从“阀”和“泵”类中分别选取2个阀58、1个阀53。4 将储藏罐、阀、泵调整为适当大小，放到适当位置，参照效果图。5 选中工具箱内的流动块动画构件图标，鼠标的光标呈“十”字形，移动鼠标至窗口的预定位置
6、，点击一下鼠标左键，移动鼠标，在鼠标光标后形成一道虚线，拖动一定距离后，点击鼠标左键，生成一段流动块。再拖动鼠标（可沿原来方向，也可垂直原来方向），生成下一段流动块。6 当用户想结束绘制时，双击鼠标左键即可。7 当用户想修改流动块时，选中流动块（流动块周围出现选中标志：白色小方块），鼠标指针指向小方块，按住左键不放，拖动鼠标，即可调整流动块的形状。8 使用工具箱中的图标，分别对阀，罐进行文字注释。依次为：给水阀、热处理炉、放气阀、给水阀。9 选择“文件”菜单中的“保存窗口”选项，保存画面。整体画面最后生成的画面如下图所示：定义数据对象实时数据库是MCGS工程的数据交换和数据处理中心。数据对象是
7、构成实时数据库的基本单元，建立实时数据库的过程也就是定义数据对象的过程。定义数据对象的内容主要包括：1)指定数据变量的名称、类型、初始值和数值范围2)确定与数据变量存盘相关的参数，如存盘的周期、存盘的时间范围和保存期限等。在开始定义之前，我们先对所有数据对象进行分析。在本样例工程中需要用到以下数据对象：具体的变量定义方法和前面水位控制系统及机械手控制系统类似，这里就不多讲。动画连接由图形对象搭制而成的图形画面是静止不动的，需要对这些图形对象进行动画设计，真实地描述外界对象的状态变化，达到过程实时监控的目的。MCGS实现图形动画设计的主要方法是将用户窗口中图形对象与实时数据库中的数据对象建立相关
8、性连接，并设置相应的动画属性。在系统运行过程中，图形对象的外观和状态特征，由数据对象的实时采集值驱动，从而实现了图形的动画效果。本样例中需要制作动画效果的部分包括：1阀门的启停。2水流效果。按钮的开停及指示灯的变化1 按钮的动画连接：双击“运行”，弹出“属性设置”窗口，单击“操作属性”选项卡，显示该页，如图所示。选中“数据对象值操作”。单击第1个下拉列表的“”按钮，弹出按钮动作下拉菜单，单击“按1松0”。单击第2个下拉列表的“？”按钮，弹出当前用户定义的所有数据对象列表，选择SB1参数。其他五个按钮 。用同样的方法建立复位按钮与对应变量之间的动画连接。单击“保存”按钮。 2 指示灯的动画连接：
9、双击启动指示灯，弹出“单元属性设置”窗口。单击“动画连接”选项卡，进入该页，如图所示。单击“三维圆球”，出现“？”和“”按钮。单击“”按钮，弹出“动画组态属性设置”窗口。单击“属性设置”选项卡，进入该页，如图所示。单击“可见度”选项卡，进入该页，如图所示。在“表达式”一栏，单击“？”按钮，弹出当前用户定义的所以数据对象列表，双击“HL1”（也可在这一栏直接输入文字：启动）。在“当表达式非零时”一栏，选择“对应图符可见”，如图所示。 单击“确认”按钮，退出“可见度”设置页。 单击“确认”按钮，退出“单元属性设置”窗口，结束启动指示灯的动画连接。单击“保存”按钮。按照前面的步骤，依次对其它指示灯进
10、行设置。分别做好六个指示灯的连接。 水泵、阀门的启停水泵、阀门的启停动画效果是通过设置连接类型对应的数据对象实现的。设置步骤如下：1 双击水泵，弹出单元属性设置窗口。2 选中“数据对象”标签中的“按钮输入”，右端出现浏览按钮。3 单击浏览按钮，双击数据对象列表中的“水泵”。4 使用同样的方法将“填充颜色”对应的数据对象设置为“水泵”。如图：5 单击“确认”，水泵的启停效果设置完毕。调节阀的启停效果同理。只需在数据对象标签页中，将“按钮输入”、“填充颜色”的数据对象均设置为：调节阀。出水阀的启停效果，需在数据对象标签页中，将“按钮输入”、“可见度”的数据对象均设置为：出水阀。水流效果水流效果是通
11、过设置流动块构件的属性实现的。实现步骤如下：1 双击水泵右侧的流动块，弹出流动块构件属性设置窗口。2 在流动属性页中，进行如下设置：表达式：水泵=1；选择当表达式非零时，流块开始流动。水罐1右侧流动块及水罐2右侧流动块的制作方法与此相同，只需将表达式相应改为：调节阀=1，出水阀=1即可。至此动画连接已完成，按F5或点击工具条中图标，进入运行环境，看一下组态后的结果。前面“2.4.1 建立画面”一节中，我们已将“水位控制”窗口设置为启动窗口，所以在运行时，系统自动运行该窗口。运行策略程序及说明定时器的使用。单击屏幕左上角的工作台图标，弹出“工作台”窗口。单击“运行策略”选项卡，进入“运行策略”页
12、，如图所示。选中“循环策略”，单击右侧“策略属性”按钮，弹出“策略属性设置”窗口，如图所示。在“定时循序执行，循环时间ms”一栏，填入200。单击“确认”按钮。选中“循环策略”，单击右侧“策略属性”按钮，弹出“策略组态：循环策略”窗口。单击“工具箱”按钮，弹出“策略工具箱”，如图所示。在工具栏找到“新增策略行”按钮，单击，在循环策略窗口出现了一个新策略，如图所示。在“策略工具箱”选中“定时器”，光标变为小手形状。单击新增策略行末端的方块，定时器被加到该策略，如图所示。定时器的功能分为，启停功能：在需要的时候被启动，在需要的时候被停止。计时功能：启动后进行计时。计时时间设定功能，即可以根据需要设
13、定时计时。状态报告功能：即是否到设定时间。复位功能，即在需要的时候重新开始记时。对定时器属性设置。双击新增策略行末端的定时器方块，出现定时器属性设置。如图所示。在“设定值”栏填入：10，代表设定时间为10s。在“当前值”栏，填入：ZHV3。或单击对应“？”按钮，在弹出的变量列表中双击“ZHV3”。至此，“计时时间”变量值将代表定时器计时时间的当前值。在“计时条件”一栏，直接或操作“？”按钮填入：ZHV2=1。在“复位条件”一栏，填入：ZHV2=0。代表该变量为1时，定时器复位。在“计时状态”一栏，直接或操作“？”按钮填入：ZHV1。则计时时间超过设定时间时，“时间到”变量将为1，否则为0。在“
14、内容注释”一栏，填入：定时器。单击“确认”按钮，退出定时器属性设置。保存。控制算法实现程序及说明 回到组态环境,进入循环策略组态窗口,如图所示。单击工具栏“新增策略行”按钮，在定时器下增加一行新策略。选中策略工具箱的“脚本程序”，光标变为手形。单击新增策略行末端的小方块，脚本程序被加到该策略。双击“脚本程序”策略行末端的方块。出现脚本程序编辑窗口。输入如下的程序清单。程序清单如下：水位变化动画效果IF Y2=0 THEN 进料阀开水=水+0.5IF 水80 THEN水=80ENDIFENDIFIF 水=70 then上限液位器报警X3=1ELSEX3=0ENDIFIF Y4=0 THEN 泻放
15、阀开水=水-0.5IF 水0 THEN水=0ENDIFENDIFIF 水100 THEN压力=100ENDIFENDIFIF Y1=0 THEN压力=压力-0.5IF 压力=80 THENX4=1ELSEX4=0ENDIF温度控制IF Y5=0 THEN温度=温度+0.5IF 温度100 THEN温度=100ENDIFIF 温度=80 THENX2=1ENDIF动作控制IF SB2=1 THEN 按下停止按钮,所以阀断开Y1=1Y2=1Y3=1Y4=1Y5=1ENDIFIF SB1=1 THEN 按下启动按钮IF JIEDUAN=0 THEN 如果是第1阶段,则 IF X1=0 AND X2=
16、0 AND X4=0 THENY1=0 排气,压力开始下降Y2=0 进料,液位开始上升ENDIFIF X3=1 THEN 液位升到上限Y1=1 停止排气Y2=1 停止进料ZHV2=1 启动定时器ENDIFIF ZHV1=1 THEN 时间到Y3=0 进氮气,压力开始上升ENDIFIF X4=1 THEN 压力升到给定值Y3=1 停止进氮气JIEDUAN=1 进入第2阶段ZHV2=0 清零并停止定时器ENDIFENDIFIF JIEDUAN=1 THEN 处于第二阶段时IF X2=0 THENY5=0 加热,温度开始上升ENDIFIF X2=1 THEN 温度升到设定值Y5=1 停止加热ZHV2
17、=1 启动定时器JIEDUAN=2 进入第3个阶段ENDIFENDIF温度=温度-0.1IF JIEDUAN=2 THEN 处于第三个阶段IF ZHV1=1 THENZHV2=0 清零并停止定时器Y1=0 排气,压力开始下降Y4=0 IF 温度=80 THEN X2=0 放料,液位开始下降ENDIFIF X4=0 THEN Y1=1 压力降到设定值以下,停止排气IF X1=0 THEN Y4=1 液位降到下限以下,停止放料IF Y1=1 AND Y4=1 THEN JIEDUAN=0 从新进入第1阶段ENDIFENDIF安全策略设计及说明定义用户和用户组：1 选择工具菜单中的“用户权限管理”，
18、打开用户管理器。缺省定义的用户、用户组为：负责人、管理员组。2 点击用户组列表，进入用户组编辑状态。3 点击“新增用户组”按钮，弹出用户组属性设置对话框。进行如下设置：用户组名称：操作员组用户组描述：成员仅能进行操作4 单击“确认”，回到用户管理器窗口。5 点击用户列表域，点击“新增用户”按钮，弹出用户属性设置对话框。参数设置如下：用户名称：张工用户描述：操作员用户密码：123确认密码：123隶属用户组：操作员组6 单击“确认”，回到用户管理器窗口。7 再次进入用户组编辑状态，双击“操作员组”，在用户组成员中选择“张工”。8 点击“确认”，再点击“退出”，退出用户管理器。系统权限管理：1 进入
19、主控窗口，选中“主控窗口”图标，点击“系统属性”按钮，进入主控窗口属性设置对话框。2 在基本属性页中，点击“权限设置”按钮。在许可用户组拥有此权限列表中，选择“管理员组”，确认，返回主控窗口属性设置对话框。3 在下方的选择框中选择“进入登录，退出不登录”，点击“确认”，系统权限设置完毕。操作权限管理：1 进入系统控制窗口，双击一层呼叫按钮，进入按钮构件属性设置对话框。2 点击下部的“权限”按钮，进入用户权限设置对话框。3 选中“管理员组”，确认，退出。其他按钮对应的属性设置同上。运行时进行权限管理：运行时进行权限管理是通过编写脚本程序实现的。用到的函数包括：登录用户：!LogOn( )退出登录
20、：!LogOff( )用户管理：!Editusers( )修改密码：!ChangePassword( )下面介绍一下实现的具体步骤：1 在主控窗口中的系统管理菜单下，添加4个子菜单：登录用户、退出登录、用户管理、修改密码。2 双击登录用户子菜单，进入菜单属性设置对话框，在脚本程序属性页编辑区域中输入 !LogOn( )点击“确认”，退出。3 按照上述步骤，在退出登录的菜单脚本程序编辑区中输入 !LogOff( ) ，在进行用户管理的菜单脚本程序中输入 !Editusers( ) ，在修改密码的菜单脚本程序中输入 !ChangePassword( ) 。组态完毕。进入运行环境，即可进行相应的操作
21、。保护工程文件：为了保护工程开发人员的劳动成果和利益，MCGS组态软件提供了工程运行“安全性”保护措施。包括：工程密码设置锁定软件狗工程运行期限设置本样例仅介绍第一种：工程密码设置。另外两种请参见安全机制一章中相关内容。具体操作步骤：1 回到MCGS工作台，选择工具菜单“工程安全管理”中的“工程密码设置”选项，如图：这时将弹出修改工程密码对话框，如图：在新密码、确认新密码输入框内输入123。单击“确认”，工程密码设置完毕总 结本次课设仅仅是对工业现场进行了仿真，只是实现了基本的控制要求。系统的手调阀的开度并不能很准确的调节液位。工业上实际系统的模型更复杂，有些方法在实际运行中可能会产生意想不到的事情，这需要在以后的工作和学习中作进一步的研究。
