液体混合控制系统设计.docx

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1、摘要“组态”的概念是伴随着集散型限制系统（DiStribUted Contro1. System简 称DCS）的出现才起先被广阔的生产过程自动化技术人员所熟知的。在工业限制 技术不断发展和应用的过程中，PC（包括工控机）相比以前的专用系统具有的优势 日趋明显。这些优势主要体现在:PC技术保持了较快的发展速度，各种相关技术 已经成熟;由PC构建的工业限制系统具有相对较低的拥有成本;PC的软件资源和 硬件资源丰富，软件之间的互操作性强;基于PC的限制系统易于学习和运用，可 以简洁地得到技术方面的支持。在PC技术向工业限制领域的渗透中，组态软件 占据着特别特别而且重要的地位。通用工业自动化组态软件的

2、出现为解决上述实际工程问题供应了一种崭新 的方法，因为它能够很好地解决传统工业限制软件存在的种种问题，运用户能依 据自己的限制对象和限制目的的随意组态，完成最终的自动化限制工程。组态软件是有专业性的。一种组态软件只能适合某种领域的应用。组态的概 念最早出现在工业计算机限制中，如:DCS（集散限制系统）组态、P1.C（可编程限制 器）梯形图组态;人机界面生成软件就叫工控组态软件。在其他行业也有组态的概 念，如AUtOCAD, PhOtOShoP等。不同之处在于，工业限制中形成的组态结果 是用在实时监控的，利用现场监控完成工业工程的调控。关键词：工业组态；自动化；P1.C限制；实时监控1 MCGS

3、 简介11.1 MCGS组态软件的系统构成11.1.1 MCGS组态软件的整体结构11.1.2 MCGS工程的五大部分11.2 MCGS组态软件的工作方式21.2.1 MCGS如何与设备进行通讯21.2.2 MCGS如何产生动画效果21.2.3 MCGS如何实施远程多机监控31.2.4 如何对工程运行流程实施有效限制31.3 MCGS嵌入版概述41.3.1 MCGS嵌入版组态软件的主要功能41.3.2 MCGS嵌入版组态软件的主要特点62 P1.C简介72.1 P1.C的介绍72.2 P1.C的工作原理83 液体混合监控系统设计83.1 限制要求83.2 I/O安排表93.3 程序设计103.

4、4 液体混合装置人机界面设计133.4.1 建立工程133.4.2 定义数据对象143.4.3 界面设计153.4.4 设备连接153.4.5 设备调试164 P1.C程序模拟运行结果17总结19参考文献201 MCGS简介MCGS （Monitor and Contro1. Generated System,通用监控系统）是一套 基于MiCroSOft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 9598MeNT2000 等操作系统。MCGS为用户供应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

5、和平安机制、流程限制、动画显示、趋 势曲线和报表输出以与企业监控网络等功能。它充分利用了 Windows图形功能 完备、界面一样性好、易学易用的特点，比以往运用专用机开发的工业限制系统 更具有通用性，在自动化领域有着更广泛的应用。1.1 MCGS组态软件的系统构成1.1.1 MCGS组态软件的整体结构MCGS组态软件（以下简称MCGS）由“MCGS组态环境”和aMCGS 运行环境”两个系统组成。两部分相互独立，又紧密相关。MCGS组态环境是生成用户应用系统的工作环境，它由可执行程序 McgsSet.exe支持,其存放于MCGS书目的Program子书目中。用户在MCGS 组态环境中完成动画设计

6、、设备连接、编写限制流程、编制工程打印报表等全部 组态工作后，生成扩展名为.mcg的工程文件，又称为组态结果数据库，其与 MCGS运行环境一起，构成了用户应用系统，统称为“工程” o1.1.2 MCGS工程的五大部分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构成，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，

7、指定数据库存盘文件名称与存盘时间等。2、设备窗口：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 集与限制输出设备，注册设备驱动程序，定义连接与驱动设备用的数据变量。3、用户窗口：本窗口主要用于设置工程中人机交互的界面，诸如：生成各 种动画显示画面报警输出、数据与曲线图表等。4、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，作为数 据采集、处理、输出限制、动画连接与设备驱动的对象。5、运行策略：本窗口主要完成工程运行流程的限制。包括编写限制程序 （ifthen脚本程序），选用各种功能构件，如：数据提取、历

8、史曲线、定时器、 配方操作、多媒体输出等。1.2 MCGS组态软件的工作方式1.2.1 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o包括数据采集和发送设 备指令。设备驱动程序是由VB程序设计语言编写的D1.1. （动态连接库）文件， 设备驱动程序中包含符合各种设备通讯协议的处理程序，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。1.2.2 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：

9、一个长方形的动 画属性有可见度，大小变更，水平移动等，每一种动画属性都会产生肯定的动画 效果。所谓动画属性，事实上是反映图形大小、颜色、位置、可见度、闪耀性等 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，在该栏中设定一个与图形态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。当工业现场中测控对象的状 态（如：储油罐的液面高度等）发生变更时，通过设备驱动程序将变更的数据采 集到实时数据库的变量中，该变量是与动画属性相关的变量，数值的变更，使图 形的

10、状态产生相应的变更（如大小变更）。现场的数据是连续被采集进来的，这 样就会产生逼真的动画效果（如储油罐的液面的上升和降低）。用户也可编写程 序来限制动画界面，以达到满足的效果。1.2.3 MCGS如何实施远程多机监控MCGS供应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，构成分布式网络测控系统，实现网络间的实时数据 同步、历史数据同步和网络事务的快速传递。同时，可利用MCGS供应的网络 功能，在工作站上干脆对服务器中的数据库进行读写操作。分布式网络测控系统 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

11、备构件的形式，供用户调用，并进行工作状态、端口号、工 作站地址等属性参数的设置。1.2.4 如何对工程运行流程实施有效限制MCGS开拓了专用的“运行策略”窗口，建立用户运行策略。MCGS供应 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”），使系统能够依据设定的依次和条件，操作 实时数据库，实现对动画窗口的随意切换，限制系统的运行流程和设备的工作状 态。全部的操作均采纳面对对象的直观方式，避开了烦琐的编程工作。1.3 MCGS嵌入版概述1.3.1 MCGS嵌入版组态软件的主要功能简洁敏捷的可视化操作界面。MCGS嵌入版采纳全中文、可视化、

12、面对窗 口的开发界面，符合中国人的运用习惯和要求。以窗口为单位，构造用户运行系 统的图形界面，使得MCGS嵌入版的组态工作既简洁直观，又敏捷多变。实时 性强、有良好的并行处理性能。MCGS嵌入版是真正的32位系统，充分利用了 32位WindoWSCE操作平台的多任务、按优先级分时操作的功能，以线程为单 位对在工程作业中实时性强的关键任务和实时性不强的非关键任务进行分时并 行处理，使嵌入式PC机广泛应用于工程测控领域成为可能。例如，MCGS嵌入版在处理数据采集、设备驱动和异样处理等关键任务时, 可在主机运行周期时间内插空进行象打印数据一类的非关键性工作，实现并行处 理。丰富、生动的多媒体画面。M

13、CGS嵌入版以图像、图符、报表、曲线等多种 形式，为操作员与时供应系统运行中的状态、品质与异样报警等相关信息；用大 小变更、颜色变更、明暗闪耀、移动翻转等多种手段，增加画面的动态显示效果; 对图元、图符对象定义相应的状态属性，实现动画效果。MCGS嵌入版还为用户 供应了丰富的动画构件，每个动画构件都对应一个特定的动画功能。完善的平安 机制。MCGS嵌入版供应了良好的平安机制，可以为多个不同级别用户设定不同 的操作权限。此外，MCGS嵌入版还供应了工程密码功能，以爱护组态开发者的 成果。强大的网络功能。MCGS嵌入版具有强大的网络通讯功能，支持串口通讯、 Modem串口通讯、以太网TCP/IP通

14、讯，不仅可以便利快捷的实现远程数据传 输，还可以与网络版相结合通过Web阅读功能，在整个企业范围内阅读监测到 全部生产信息，实现设备管理和企业管理的集成。多样化的报警功能。MCGS嵌入版供应多种不同的报警方式，具有丰富的报警类型，便利用户 进行报警设置，并且系统能够实时显示报警信息，对报警数据进行应答，为工业 现场平安牢靠地生产运行供应有力的保障。实时数据库为用户分步组态供应极大 便利。MCGS嵌入版由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略 五个部分构成，其中实时数据库是一个数据处理中心，是系统各个部分与其各种 功能性构件的公用数据区，是整个系统的核心。各个部件独立地向实时数据库输

15、 入和输出数据，并完成自己的差错限制。在生成用户应用系统时，每一部分均可 分别进行组态配置，独立建立，互不相干。支持多种硬件设备，实现“设备无关” OMCGS嵌入版针对外部设备的特征，设立设备工具箱，定义多种设备构件, 建立系统与外部设备的连接关系，给予相关的属性，实现对外部设备的驱动和限 制。用户在设备工具箱中可便利选择各种设备构件。不同的设备对应不同的构件, 全部的设备构件均通过实时数据库建立联系，而建立时又是相互独立的，即对某 一构件的操作或改动，不影响其它构件和整个系统的结构，因此MCGS嵌入版 是一个“设备无关”的系统，用户不必担忧因外部设备的局部改动，而影响整个 系统。便利限制困难

16、的运行流程。MCGS嵌入版开拓了 “运行策略”窗口，用户 可以选用系统供应的各种条件和功能的策略构件，用图形化的方法和简洁的类 BaSiC语言构造多分支的应用程序，依据设定的条件和依次，操作外部设备，限 制窗口的打开或关闭，与实时数据库进行数据交换，实现自由、精确地限制运行 流程，同时也可以由用户创建新的策略构件，扩展系统的功能。良好的可维护性。MCGS嵌入版系统由五大功能模块组成，主要的功能模块以构件的形式来 构造，不同的构件有着不同的功能，且各自独立。三种基本类型的构件（设备构 件、动画构件、策略构件）完成了 MCGS嵌入版系统的三大部分（设备驱动、 动画显示和流程限制）的全部工作。用自建

17、文件系统来管理数据存储，系统牢靠 性更高。由于MCGS嵌入版不再运用ACCESS数据库来存储数据，而是运用了 自建的文件系统来管理数据存储，所以与MCGS通用版相比，MCGS嵌入版的 牢靠性更高，在异样掉电的状况下也不会丢失数据。设立对象元件库，组态工作 简洁便利。对象元件库，事实上是分类存储各种组态对象的图库。组态时，可把 制作完好的对象（包括图形对象、窗口对象、策略对象以至位图文件等）以元件 的形式存入图库中，也可把元件库中的各种对象取出，干脆为当前的工程所用， 随着工作的积累，对象元件库将日益扩大和丰富。这样解决了组态结果的积累和 重新利用问题。组态工作将会变得越来越简洁便利。总之，MC

18、GS嵌入版组态软 件具有强大的功能，并且操作简洁，易学易用，一般工程人员经过短时间的培训 就能快速驾驭多数工程项目的设计和运行操作。同时运用MCGS嵌入版组态软 件能够避开困难的嵌入版计算机软、硬件问题，而将精力集中于解决工程问题本 身，依据工程作业的须要和特点，组态配置出高性能、高牢靠性和高度专业化的 工业限制监控系统。1.3.2 MCGS嵌入版组态软件的主要特点容量小：整个系统最低配置只须要微小的存贮空间，可以便利的运用DOC 等存贮设备；速度快：系统的时间限制精度高，可以便利地完成各种高速采集系 统，满足实时限制系统要求；成本低：运用嵌入式计算机，大大降低设备成本； 真正嵌入：运行于嵌入

19、式实时多任务操作系统；稳定性高：无风扇，内置看门狗, 上电重启时间短，可在各种恶劣环境下稳定长时间运行；功能强大：供应中断处 理，定时扫描精度可达到毫秒级，供应对计算机串口，内存，端口的访问。并可 以依据须要敏捷组态；通讯便利：内置串行通讯功能、以太网通讯功能、GPRS 通讯功能、Web阅读功能和Modem远程诊断功能，可以便利地实现与各种设 备进行数据交换、远程采集和Web阅读；操作简便：MCGS嵌入版采纳的组态 环境，继承了 MCGS通用版与网络版简洁易学的优点，组态操作既简洁直观， 又敏捷多变；支持多种设备：供应了全部常用的硬件设备的驱动；有助于建立完 整的解决方案。MCGS嵌入版组态环

20、境运行于具备良好人机界面的Windows操作系统上， 具备与北京昆仑通态公司已经推出的通用版本组态软件和网络版组态软件相同 的组态环境界面，可有效帮助用户建立从嵌入式设备，现场监控工作站到企业生 产监控信息网在内的完整解决方案；并有助于用户开发的项目在这三个层次上的 平滑迁移。2 P1.C简介2.1 P1.C的介绍早期的可编程限制器称作可编程逻辑限制器(PrOgrammabIe 1.ogic Contro1.1.er),它主要用来代替继电器实现逻辑限制。随着技术的发展，这种采纳 微型计算机技术的工业限制装置的功能已经大大超过了逻辑限制的范围，因此， 今日这种装置称作可编程限制器，简称PC。但是

21、为了避开与个人计算机 (PerSona1.COmPUter)的简称混淆，所以将可编程序限制器简称P1.C,自1966 年美国数据设备公司(DEC)研制出现，现行美国，日本，德国的可编程序限制 器质量优良，功能强大。2.2 P1.C的工作原理P1.C采纳循环扫描的工作方式，在P1.C中用户程序按先后依次存放，CPU 从第一条指令起先执行程序，直到遇到结束符后又返回第一条，如此周而复始不 断循环。P1.C的扫描过程分为内部处理、通信操作、程序输入处理、程序执行、 程序输出几个阶段。全过程扫描一次所需的时间称为扫描周期。当P1.C处于停 状态时，只进行内部处理和通信操作服务等内容。在P1.C处于运行

22、状态时，从 内部处理、通信操作、程序输入、程序执行、程序输出，始终循环扫描工作。3液体混合监控系统设计3.1 限制要求将液体A和液体B按肯定比例混合，液体多少都由计量泵限制。计量泵每一个冲程泵出的液体体积固定不变，可以采纳计数器计冲程的次数。混合容器中有个 下限位开关，未被液体沉没时为ON状态。要求实现：(1)按下启动按钮后，两台计量泵同时工作；(2)当每台达到预置的冲程数时，对应的计量泵关闭；(3)搅拌电动机旋转起先搅拌，5s后停止搅拌；(4)打开放料阀，放出液体；(5)至下限位时，经IoS后容器放空，关闭放料阀，一个工作周期结束，紧 接着起先下个工作循环。3.2 I/O安排表表3-1I/O

23、输入安排表种类信号输入名称 启动SB1.冲程按钮SB4搅拌按钮SB2放料按钮SB3地址10.010.110.210.3表3-2I/O输出安排表种类输出信号名称 阀阀门A阀门B搅拌电机放料地址Q0.3Q0.0Q0.1Q0.2依据限制要求编写如下限制程序:Network 2MOOQOONetwork 4Network 9MOIT 37tonNetwork 1 0T 385010e1. ms10.2Q.3Q0.3Network 1110.3)Network 12M0.3Mo.3Network 13M0.3T 38TONNetwork 14T 38M0.4M0.4100- PT100 ms图3.1限制

24、程序将以上程序下载到P1.C中，使P1.C正常运行。然后退出编程界面，但使P1.C接 着运行。3.3 液体混合装置人机界面设计3.3.1 建立工程进入组态环境之后，单击“用户窗口”，“新建窗口”，则新建一个窗口。， 此时界面如图3.2所示：图3.2 MCGS组态环境选中窗口 O之后，单击“窗口属性”，进入“用户窗口属性设置”。将窗 口名称改写成为“液体监控系统”；窗口标题改为：“液体监控系统”；窗口 位置选中“随意位置”，则如图3.2的窗口所示，单击“确认”。整本届性I扩无反性I后动的本彳JSKJPf1.本I 运出骷1本f 口名竹？ I涧5位昆急TO指, 目标Sa 族位品含衰自姿才至育I=JK

25、J替注群目走义面口，运彳亍日寸可见 口首呈P-, 二位早b任意拉方攵1.展大化显示L诙6BH宾条L底台B状杰条L屏幕中I旬显示禽口由安G可空方1.回定出C对诘框3力C走也无标题栏/注g I确认UI取H肖g帮耿IfcU图3.3窗口属性设置3.3.2 定义数据对象返回图3.1所示界面1、单击工作台中的“实时数据库”窗口标签，进入实时数据库窗口页。2、单击“新增对象”按钮，在窗口的数据对象列表中，增加新的数据对象, 系统缺省定义的名称为“Dat”、“Dat”、“Dat”等（多次点击该按钮，则可 增加多个数据对象）。3、选中对象，按“对象属性”按钮，或双击选中对象，则打开“数据对象 属性设置”窗口。4

26、、以南北红灯为例：将对象名称改为；对象类型选择“开关型”；在对象 内容注释输入框内输入：“南北红灯”，单击“确认”。3.3.3 界面设计工程效果图如图3、4所示:图3.4液体混合装置系统效果图3.3.4 设备连接1、在工作台“设备窗口”中双击“设备窗口”图标进入。点击工具条中的 “工具箱”图标，打开“设备工具箱”。单击“设备工具箱”中的“设备管理” 按钮。2、将通用串口父设备和西门子_S7200PPI设备添加到选定设备窗口中，点 击确认。通过设备管理窗口将这两个设备添加到设备组态窗口。3、设备组态完成后，双击“通用串口父设备0”进入通用串口父设备属性 编辑界面，对其基本属性进行设置。4、返回设

27、备组态窗口，双击“设备0【西门子S5200PPI ”进入设 备属性设置窗口，首先依据下图所示对其基本属性进行设置。5、基本属性设置完之后，单击“设置内部属性”,此时内部属性后面会出 现一个选项按钮，单击此按钮，对内部属性进行设置。点击增加通道按钮。6、选择Q寄存器，通道数量改为6,则可以增加八个输出通道，操作方式 选择读写单击确认则通道属性。7、单击确认，然后对通道进行设置，通道类型前面填入对应的数据对象。3.3.5 设备调试1、单击设备调试选项卡，在调试之前确保P1.C处于正常运行状态。设备屋性设置：&0基本属性I通道连接诊备调法J数据处理I通道号对应数据对象逋道值通道类型00通讯状态z1.

28、10只读IooO.020只读K)OOj30只读1000.240只读IooO.350只读IOOo.460只读Iooo.570只读IOOo.680只读IoOo.790读写Q(WO.010Q1.1读写QOOO.111Q21读写QOOO.2检查的 I确认Cn I 取消I帮助(H)此时通讯状态显示为O则表示通讯正常，假如显示其它数据则表示通讯状态 不正常，须要接着进行调试，直至达到图3.5中的通讯状态栏显示为0.则人机界面设置完成。点击“进入运行环境”按钮，即可进入监控运行界面, 如图3.3所示。此系统可以对液体混合装置的工作状态进行时时监控，以便与时发觉工作时 出现的故障。4 PIC程序模拟运行结果运

29、行结果如下图*7 OSmP) S(V) ES(C) P1.C 显示(D)转助(H)程序块（0.OMt It It A It ft 1 ，鱼 n 食 R A 1OIoUU 0 1.DNI NALD10.0 MD. 0 MD 46 M3 7Network 3 1.D0 12 3 4 5 6 70 1 2 3 4 5ORGANIZAnONJ1.DCK JlIH TLE-PRGRAM CaMHEHTS BEGINNetwork 1 / Netvork Tit / Network ComentRMO4Network 21.DMD0QO0ISMB 28 I )ISMB 29 I )图4.1模拟运行结果总结

30、此次实训历经了三个星期的时间，实训的目的就是要培育我们自己的动手实 践实力，娴熟驾驭MCGS组态软件的运用，通过对液位限制系统的设计与液体 混合监控系统的设计，基本驾驭了 MCGS的运用，并在此基础上又进一步了解 了 P1.C,培育学生综合运用所学学问,发觉,提出,分析和解决实际问题,熬炼实践 实力的重要环节,是对学生实际工作实力的详细训练和考察过程。通过三个星期的努力，最终可以自己独立完成一个项目的设计，这无疑是对 自己实践实力的一个较大提高。当然这离不开的老师的帮助，实训只是我们自己 实践的一个起先，要较好的驾驭一门技术就必须要踏踏实实的去自己实践，只有 运用到实践中的学问才是有用的。我们要不断在实践中巩固理论学问，用学问武 装自己，提高自身价值。参考文献1吴中俊、黄永红.可编程序限制器原理与应用.北京:机械工业出版社，20032王永华.现代电气限制与P1.C应用技术.北京：北京航空航天高校出版社， 20033张万忠、刘明芹.电器与P1.C限制技术.北京：化学工业出版社，20034吴作明.工控组态软件与P1.C应用技术.北京：北京航天航空高校出版社， 2007.15汪志锋.工控组态软件,电子工业出版社，2007