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1、封面作者： PanHongliang仅供个人学习目录1 绪论 41.1 加热炉温度掌握的背景及讨论状况41.2 本课题主要讨论内容 5 2 掌握系统的总方案设计 52.1 概述 52.2 掌握方式确定 62.3 检测元件和执行机构的挑选 62.4 掌握算法的挑选和运算 7 2.4.1掌握算法的挑选 7 2.4.2参数的运算 93 系统硬件设计 103.1 温度串级掌握系统主、副回路的设计103.2 基于下位机 PLC 的掌握设计 11 3.2.1可编程掌握器的概述11 3.2.2可编程掌握器的系统结构 12 3.2.3PLC 的硬件及软件 143.2.4 下位机 PLC 的设计过程 153.2
2、.5 PLC 与上位机 MCGS 组态软件 、执行机构之间的通信接线 174 系统软件设计 174.1 概述 174.2 组态软件设计 184.2.1 MCGS 组态软件的概述 184.2.2 MCGS 组态软件的系统构成 184.2.3 组态软件 MCGS 5.5 通用版的介绍 204.2.4 系统主控画面的设计214.3 PLC 软件的程序设计 235 结论 26参考文献 28致谢 291绪论1.1 加热炉温度掌握的背景及讨论状况随着我国国民经济的快速进展，加热炉的应用越来越广泛；加热炉是工业企业重要的动力设备，其任务是供应合格稳固的蒸汽或热水，以满意负荷的需要；它也是一个复杂的掌握对象，
3、影响加热炉温度恒定的因素很多，因此对加热炉进行掌握是工业过程的一个重要而且困难的问题；在传统掌握方式中，加热炉的电气掌握系统普遍采纳继电器掌握技术，由于采纳固定接线的硬件实现规律掌握，致使掌握系统存在很多缺点，如掌握系统的体积增大，耗电多，效率不高且易出故障，不能保证正常的工业生产等；近年来随着运算机掌握技术的进展，并且各企业重视节源效益，对加热炉生产工艺的不断完善和优化，加热炉生产自动化掌握水平也相应提高和不断深化；传统继电器掌握技术逐步被基于运算机技术而产生的PLC 掌握技术所取代；而PLC 本身优异的性能使基于 PLC 掌握的温度掌握系统变的经济、高效、稳固且保护便利；这种温度掌握系统对
4、改造传统的继电器掌握系统有普遍性意义；国际上对加热炉的优化掌握开头于70 岁月，我国从 80 岁月才开头对这方面进行讨论；在钢铁领域，以前人们对加热炉优化掌握讨论主要集中在钢坯的升温过程的数学模型，炉温优化设定及燃烧掌握；近年来智能掌握技术正逐步被应用到加热炉温度掌握中；目前面对节能降耗，提高轧制产品质量和产量设计的加热炉工程掌握运算机系统已广泛应用于现代冶金企业的加热炉生产掌握中；实现加热炉的自动化能够提高加热炉运行的安全性、经济性和劳动生产率、改善劳动条件、削减运行人员；设计一套完善可行的加热炉温度掌握系统有其庞大的经济价值、环保意义；本课题通过对加热炉进行模型辨识，建立典型加热炉温度串级
5、掌握系统的数学模型；使用 PLC 实现掌握系统的设计；应用 MCGS 组态软件，完成上位机的监控界面的设计 1；1.2 本课题主要讨论内容本设计从工业生产的实际需求动身，给出加热炉温度掌握的整体方案，该设计的重点放在 PLC掌握的加热炉温度串级掌握的方案设计上；温度掌握是加热炉掌握的关键，本设计用文献法、归纳分析法、总结法等，对PLC掌握的加热炉温度串级掌握系统各模组的指标进行初步分析，编写并优化掌握PLC程序，建立串级掌握系统的数学模型，设计出掌握系统，并依据过程掌握基本内 容及其掌握策略，对加热炉进行模型辨识，建立典型加热炉温度串级掌握系统的数学模型；使用 PLC实现掌握系统的设计；应用
6、MCGS组态软件完成 PLC掌握的加热炉温度串级掌握系统设计；2掌握系统的总方案设计2.1 概述在生产过程中，一些复杂的环节往往需要进行串级掌握，串级掌握就是具有双回路的掌握；串级掌握系统就其主回路来看是一个定值掌握系统，而副回路就为一个随动系统；以加热炉串级掌握系统为例，在掌握过程中，副回路起着对炉出口温度的“粗调”作用，而主回路就完成对炉出口温度的“细调”任务；与单回路掌握系统相比，串级掌握系统多用了一个测量变送器与一个掌握器，增加的投资并不多，但掌握成效却有显著提高；其缘由是在串级掌握系统中增加了一个包含二次扰动的副回路，使系统改善了被控过程的动态特性，提高了系统的工作频率；对二次干扰有
7、很强的克服才能；提高了对一次扰动的克服才能和对回路参数变化的自适应才能 2；在加热炉自动掌握系统中，除了应用基于反馈掌握原理而设计的各种调剂器系统外，运算机技术的应用也越来越普及；由于PLC 具有高牢靠性、易于实现等优点，而在工业领域得到广泛应用；系统的工作及构建原理图如图 2-1 所示：f 2f 3f1X1X2主 调节 器副 调节 器y2调剂阀炉膛管壁物料+-+-y1副测量变送器主测量变送器图 2-1 加热炉串级系统框图2.2 掌握方式确定自动掌握方式一般有两种：即开环掌握方式和闭环掌握方式；开环掌握是指掌握装置与被控对象之间只有按次序工作，没有反向联系的掌握过程，依据这种方式组成的系统称为
8、开环掌握系统，其特点是系统的输出量不会对系统的掌握作用发生影响、没有自动修正或补偿的才能；闭环掌握系统刚好相反，就是被控对象与掌握装置之间是有反馈的；这种掌握方式能够检测输出、运算误差并用以订正误差，其输出会通过某种途径变换后反馈给输入端以备对下一次输出结果的调整；因此，闭环掌握方式的输出误差较小；综上所述，本设计定采纳闭环掌握方式；2.3 检测元件和执行机构的挑选(1) 检测元件的挑选被控参数以及其他一些参数、变量的检测和将测量信号传送至掌握器是掌握系统设计中重要的一个环；对被控参数快速、精确的测量是实现高性能掌握的重要前提；检测设备主要是依据被检测参数的性质与系统设计的总体考虑来打算；被检
9、测参数性质的不同、精确度要求、响应速度要求的不同以及对掌握性能的要求的不同都影响检测元件的挑选，要从工艺的合理性、经济性加以考虑；其挑选一般具有以下原就： 尽可能的挑选测量误差小的测量元件； 尽可能的挑选快速响应的测量元件； 挑选翻遍安装的测量元件； 考虑经济以及检测元件的精确度等；本系统需要两个温度传感器：一个安装在炉膛内，另一个安装在出口处；依据检测精度和测量范畴以及以上原就等，选用铂热电阻Pt100 为温度传感器，挑选 JC100G为温度变送器 3；(2) 执行机构的挑选由于本设计应用的是电阻丝加热炉，采纳的是220V 沟通电源作为电阻丝的供应电源，而执行机构主要是用来依据需要来调剂电阻
10、丝上的电压从而达到掌握加热炉温度的目的；因此对于执行机构的挑选选用相对应的MJYD JL20 型单相沟通模块；2.4 掌握算法的挑选和运算2.4.1 掌握算法的挑选掌握算法即所谓的运算机掌握，就是依据规定的算法进行掌握，因此，掌握算法的正确与否直接影响掌握系统的品质，甚至打算整个系统的成败；在工业掌握中，很多掌握过程机理复杂、滞后掌握对象具有变结构、时变等特点；相应的，每个掌握系统都有一个特定的掌握规律；因此每一个掌握系统都有一套与此掌握规律相对应的掌握算法；所谓调剂器参数的整定，就是挑选合适的比例带积分时间和微分时间，使 自动调剂系统工作在正确的状态；调剂器PID参数的整定方法主要有：理论建
11、模法、工程整定法；理论建模法主要依据系统的数学模型，用掌握论的稳固判 据，求得满意工艺运行的调剂器参数，这种方法的缺点是需要知道或能够求出 掌握对象的数学模型，它要用到掌握理论和数学方面的有关学问，比较复杂， 不易为人们所把握，而且理论方法求得的数学模型与被控对象的真实模型仍有 肯定差距；工程整定法有体会试凑法、衰减曲线法、临界比例度法等；经过大量整定实践证明，工程整定法行之有效，故得到了广泛应用；衡量掌握系统工作优劣的依据是掌握系统的性能指标，这里我们给出一个指标：1 /4 衰减曲线或 3/4衰减率，如图 2-2所示： a为第一个波峰的高度， b为其次个波峰的高度： 1/4 衰减曲线为：其次
12、个波峰的高度 / 第一个波峰的高度为 b / a = l/4 ；衰减率为 ab / a =3/44；ab图2-2 1/4 衰减曲线示意图对于反应较快的对象，例如：加热炉给水流量、管道压力、炉膛负压等， 要严格看出 l/4 衰减曲线或 s=3/4衰减率是困难的，这时，往往只能定性的识别， 以波动次数为准，对于要求衰减率为 3/4 的系统，一般以向上波动二次，向下波动一到二次为宜；如过程的数学模型比较复杂或无法精确建模时，可依据何种掌握规律适用于何种过程特性与工艺要求来挑选，各种掌握算法的掌握特点介绍如下：(1) 比例掌握规律 P：采纳 P 掌握规律能较快的克服扰动的影响，使系统稳固下来，但有余差
13、；它适用于掌握通道滞后较小、负荷变化不大、掌握要求不 高、被控参数答应在肯定的范畴内有余差的场合；(2) 比例积分掌握规律 PI：在工程上比例积分掌握规律是应用最为广泛的一种掌握规律；积分能排除余差，它适用于掌握通道滞后较小、负荷变化不大、被控参数不答应有余差的场合；(3) 比例微分掌握规律 PD：微分具有超前作用，对于具有容量滞后的掌握通道，引入微分掌握规律对于改善系统的动态性能指标，有显著的成效；因此， 对于掌握通道的时间常数或容量滞后较大的场合，为了提高系统的稳固性，减 小动态偏差等可选用比例微分掌握规律；(4) 比例积分微分掌握规律 PID： PID 掌握规律是一种较抱负的掌握规律，他
14、在比例的基础上引入积分可以排除余差，再加入微分作用，又能提高系统的稳 定性；它适用于掌握通道时间常数或容量滞后较大、掌握要求较高的场合；应当强调，掌握规律要依据过程特性和工艺要求来选取，决不能说PID 掌握规律具有较好的掌握性能，不分场合均可选用，假如这样，就会给其它工作增加复杂性，并带来参数整定的困难；当采纳PID 掌握器仍达不到工艺要求的掌握品质时，就需要考虑其它的掌握方案；综上所述，本设计中副回路的掌握不要求特殊精确应采纳P 算法，主回路的负荷不大但要求相对较精确，又考虑到复杂程度、简便易于操作等方面所以应采纳 PI 算法；2.4.2 参数的运算在本设计的系统中，主要是掌握加热炉出口处水
15、的温度，使其始终保护在某一恒定的值；综合考虑就本设计以加热炉为例为被控对象，以加热炉出口水温为被控参数，以炉膛内水温为副被控参数，以加热电压为掌握参数，以PLC为掌握器构成炉温度串级掌握系统，实现加热炉水温的定值掌握；(1) 闭环掌握系统的方框图PLC 闭环掌握系统方框图如2-3 所示，设定好 PIP参数，运行 PIP掌握程序，就能求出输出的掌握值，实现过程的串级掌握；(2) PID 算法在过程掌握系统中， PID 调剂器的输入输出关系为：=+ 1/n +/+M2-1式2-1中：误差信号，是调剂器的输出信号，是调剂器的比例系数，Ti 和TD 分别是积分时间常数和微分时间常数，M 是偏移量，式中
16、等号右边的前三项分别为比例、积分、微分部分；它们分别与误差、误差的积分和微分成正比，假如取其中的一项或两项就可以组成 P、PI 或 PD 调剂器；基于 PLC 的闭环掌握系统如图 2-3 所示，虚线部分在PLC 内，图中的、均为第 n 次采样时的数字量，、为模拟量，假设采样周期为TS 系统开头运行的时刻 t=0，用矩形积分近似积分，用差分近似微分，将式2-1离散化，第 n 次采样时掌握器的输出为：=+KI+KD （ n 1） +M2-2式2-2中的 KI= ， KD= 分别是积分系数和微分系数 5 ；CVnMVnMVtSVnPIP 调剂器D/A执行机构被控对象PVnPVtA/D测量元件图 2-
17、3PLC 闭环系统方框图3 系统硬件设计3.1 温度串级掌握系统主、副回路的设计系统具有 2 个调剂器和 2 个闭合回路， 2 个调剂器分别设置在主、副回路中，设在主回路的调剂器称主调剂器，设在副回路的调剂器称为副调剂器；两个调剂器串联连接，主调剂器的输出作为副回路的给定量，副调剂器的输出去掌握执行元件；主调剂器按主参数的测量值与给定值的偏差进行工作的调剂器，其输出作为副调剂器的给定值；选用PID 或 PI 掌握规律，由 PLC 可编程掌握器实现；副调剂器按副参数的测量值与主调剂器输出的偏差进行工作的调剂器，其输出直接掌握执行机构；副调剂器选P 掌握规律，也由 PLC 可编程掌握器实现；加热炉
18、的串级掌握系统示意图，如图3-1 所示：T1CT1T热物料T2TT2 C燃料加热炉当进口波动温度大，可设为副回路冷物料图 3-1 加热炉串级掌握系统示意图串级掌握系统的主回路是一个定值掌握系统；对于主参数的挑选和主回路的设计，基本上可以依据单回路掌握系统的设计原就进行；该系统中挑选加热炉夹套温度为主参数；副参数的挑选应使副回路的时间常数小，这样可使等效过程的时间常数大大减小，提高响应速度，改善系统的掌握品质；该串级掌握系统用来掌握加热炉夹套的温度，以加热炉内胆温度为副对象，时间常数小，符合副回路挑选的超前、快速、反应灵敏等要求 6；3.2 基于下位机 PLC 的掌握设计3.2.1 可编程掌握器
19、的概述可编程掌握器是以微处理器为基础，综合运算机技术、自动掌握技术和通信技术而进展起来的一种通用的工业自动掌握装置；它具有体积小、功能强、程序设计简洁、敏捷通用、保护便利等优点，特殊是它的高牢靠性和较强的恶劣工业环境适应才能更得到用户的好评；它将传统的继电器掌握技术和现代运算机信息处理技术的优点结合起来，成为工业自动化领域中最重要、应用最多的掌握设备；随着电子技术的高速进展，它将传统的“硬”接线程序掌握方式改换为储备程序掌握方式，即通过事先编制好并存于程序储备器中的用户程序来完成掌握功能，而掌握要求转变时，只需要修改储备器中的用户程序的部分语句即 可；如图 3-2 可编程掌握器掌握系统框图；可
20、编程掌握器以其牢靠性高、抗干扰才能强、组合敏捷、编程简洁、保护便利等特殊优势被日趋广泛地应用于国民经济的各个掌握领域；图 3-2 可编程掌握器掌握系统框图3.2.2 可编程掌握器的系统结构PLC 的实质就是工业掌握运算机，属于过程掌握运算机的一个分支；可编程掌握器的主机由中心微处理器 CPU、储备器 RAM 、EPROM、E2ROM、输入/输出INPUT/OUTPUT 模块、外设 I/O 接口、 I/O 通道接口、编程器及电源部分等组成 7；PLC 硬件组成及 PLC 系统结构分别如图 3-1 和图 3-2 所示；对于整体式 PLC 主要部件都在同一机壳内，对于PLC 为模块式的机型，各功能单
21、元可独立封装，构成模块，各模块通过框架或连接电缆组合在一起；编程器是可编程掌握器的外围设备；PLC 内的各部分或模块间均通过总线进行信息交换；总线依据其功能可分为电源总线、掌握总线、地址总线和数据总线；依据实际应用中的工艺要求，配备不同的外部设备，可构成不同的掌握功能的PLC 掌握系统；常用的外围设备通常有编程器、盒式磁带机、打印机、EPROM 写入器等； PLC 也可以通过通信接口或通信模块实现 PLC 与 PLC 之间、 PLC 与上位机之间的数据通信，构成 PLC 工业掌握局域网或集散掌握系统2；CPUEPROMRAM扩展储备器总线输入模块输出模块I/O 接口通信接口用户输入 设备用户输
22、出 设备外部设备运算机或其它 PLC图 3-3 PLC 硬件构成从结构上分， PLC 分为固定式和组合式 模块式 两种；固定式 PLC 包括CPU 板、 I/O 板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不行拆卸的整体；模块式 PLC 包括 CPU 模块、 I/O 模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以依据肯定规章组合配置8；CPU 的构成：CPU 是 PLC 的核心，起神经中枢的作用，每套PLC 至少有一个 CPU，它按 PLC 的系统程序赐予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和 PLC 内部电路
23、的工作状态和编程过程中的语法错误等；进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的掌握信号，去指挥有关的掌握电路；在使用者看来，不必要具体分析 CPU 的内部电路，但对各部分的工作机制仍是应有足够的懂得； CPU 的掌握器掌握 CPU 工作，由它读取指令、说明指令及执行指令；但工作节奏由震荡信号掌握；运算器用于进行数字或规律运算，在掌握器指挥下工作；寄存器参加运算，并储备运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作；图 3-4 PLC 系统构成CPU 速度和内存容量是 PLC 的重要参数，它们打算着PLC 的工作速度，I/O 数量及软件容量等，因此限制着掌握规模；
24、I/O 模块：PLC 与电气回路的接口，是通过输入输出部分I/O 完成的； I/O 模块集成了PLC 的 I/O 电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态；输入模块将电信号变换成数字信号进入 PLC 系统，输出模块相反； I/O 分为开关量输入 DI ，开关量输出 DO ，模拟量输入 AI ，模拟量输出 AO 等模块；常用的 I/O 分类：开关量：按电压水平分，有220VAC 、110VAC 、24VDC ，按隔离方式分， 有继电器隔离和晶体管隔离；模拟量：按信号类型分，有电流型4-20mA,0-20mA 、电压型 0-10V,0-5V,-10-10V等，按精度分，有 12
25、bit,14bit,16bit 等；电源模块：PLC 电源用于为 PLC 各模块的集成电路供应工作电源；同时，有的仍为输入电路 供应 24V 的 工作 电 源；电 源 输入 类型有： 沟通电源 220VAC 或110VAC ，直流电源 常用的为 24VDC ；3.2.3 PLC 的硬件及软件(1) PLC 的硬件PLC 掌握器本身的硬件采纳积木式结构；PLC 的模块组为总线模板框式结构，基本框架 CPU 母板上装有 CPU 模板，其它槽位装有 I/O 模板；假如I/O 模板多时，可由 CPU 母板经 I/O 扩展电缆连接I/O 扩展母板，在其上装I/O 模板；另一种方法是配备远程I/O 从站等
26、；这些都说明白 PLC 厂家将硬件各部件均向用户开发，便于用户选用，配置成规模不等的PLC，而且这种硬件配置的开放性为制造商、分销商代理商、系统集成商、最终用户带来很多便利； PLC 内的 I/O 模板，除一般的DI/DO 、AD/DA模板外，仍进展了一系列特殊功能的I/O 模板，这为 PLC 用于各行各业打开了出路，如用于条形码识别的 ASCII/BASIC模板，用于反馈掌握的 PID 模板，用于运行掌握、机械加工的高速计数模板、单轴位置掌握模板、双轴位置掌握模板、凸轮定位器模 板、射频识别接口模板等，这在以后仍会有很大进展；另外在输入、输出的相关元件、强干扰场合的输入、输出电隔离、地隔离等
27、方面也会更加完善；PLC 中的 CPU 与储备器协作，完成掌握功能；它与DCS 系统处理温度、压力、流量等参数的系统不同，采纳快速的巡回扫描周期，一般为0.10.2s，更快的就选用 50ms 或更小的扫描周期；(2) PLC 的软件为了替代继电器完成掌握策略，使用户等完成类似继电器线路的掌握系统 梯形图，而编制了一套掌握算法功能块 或子程序 ，称为指令系统，固化在存贮器 ROM 中，用户在编制应用程序时可以调用；指令系统大致可以分为两类，即基本指令和扩展指令；细分一般PLC 的指令系统有 :基本指令、定时器 / 计数器指令、移位指令、传送指令、比较指令、转换指令、BCD 运算指令、二进制运算指
28、令、增量 /减量指令等，这些指令多是类似汇编语言；另外PLC 仍提高了充分的计时器、计数器、内部继电器、寄存器及存贮区等内部资源，为编程带来极大便利；3.2.4 下位机 PLC 的设计过程随着电气技术的进展， PLC 技术成为了从事电气技术人员的必不行少的技能之一；日本三菱公司是生产高低压电器的国际知名企业，可编程序掌握器也是该公司的主导产品；其中 FX2N 系列是 FX 系列 PLC 家族中最先进的系列；由于 FX2N 系列具备如下特点：最大范畴的包涵了标准特点、程式执行更快、全面补充了通信功能、适合世界各国不同的电源以及满意单个需要的大量特殊功能模块，它可以为工厂自动化应用供应最大的敏捷性
29、和掌握才能；开发了各个范畴的特殊功能模块以满意不同的需要- 模拟 I/O，高速计数器；在本设计中，我们就选用FX2N 来实现掌握，主要完成对炉温的采样工作；FX2N 系列 PLC 适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及掌握的自动化；FX2N 系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂掌握功能；因此 FX2N 系列具有极高的性能 /价格比；(1) 系统掌握主电路及 I/O 点数分析：由掌握要求得到其主电路如图 3-5 所示：图 3-5 系统掌握主电路本系统需要用到的输入点有现场启动按钮、停止按钮、紧急退出按钮、全开行程开关、近炉体行程开关和远炉体行程开关 5 个；输出点有电磁
30、阀 F1- F8、电机正转和电机反转 10 个；在此本系统中我们选用 CPU：A1SHCPC 这种型号作为载体来实现对加热炉取样的掌握；输入输出现场启动按钮X0电磁阀 F1Y1全开行程开关 X5近 炉体 行 程 开 关X1远 炉体 行 程 开 关X2电磁阀 F2Y2X3电磁阀 F3Y3X4电磁阀 F4Y4电机正转Y11电机反转Y12表 3-1 I/O 端子安排表X3紧急退出按钮X5电磁阀F5Y5停止按钮X6电磁阀F6Y6电磁阀电磁阀F7F8Y7Y10图 3-6 I/O 端子接线图(2) 系统 I/O 端子安排及 I/O 接线图：系统 I/O 端子安排：在熟识系统工艺和掌握要求后，第一要安排好输
31、入/输出信号与 PLC I/O 端子的对应关系，即 I/O 端子安排表，本设计中I/O 端子安排如上表 3-1；PLC 的 I/O 接线图：依据 I/O 端子安排清单 或 I/O 安排表，画出 PLC 的 I/O 端子接线图，如上图 3-6 所示；3.2.5 PLC 与上位机 MCGS 组态软件 、执行机构之间的通信接线PLC 与上位机、执行机构之间的通信接线，如图 3-7 所示；在单绞线连接时即半双工传送方式， RS485/ 422 UN1T 中 SDA 与 RDA 短接， SDB 与 RDB 短接， RDA 与 RDB 之间要接 100 欧左右的电阻； FX 系列PLC 支持无协议的 RS
32、232 和 RS485 通信协议两种通信方式， PLC 的默认设置是只支持 RS232 通信，所以要使用 RS485 通信协议，必需事先用 RS232即 PLC 的编程口 通信，设置寄存器 PLC D8120 寄存器，所以必需具有编程电缆 1 条；图 3-7 通信接线4 系统软件设计4.1 概述温度串级掌握系统软件设计分为两个部分，组态软件设计和PLC 软件设计；目前中国市场上的组态软件产品按厂商划分大致可以分为三类，即国外专业软件厂商供应的产品，国内外硬件或系统厂商供应的产品，以及国内自行开 发的国产化产品；从近几年的调查结果来看，国内组态软件市场大部分份额仍 被国外几家组态软件占据，如：
33、FIX 、inTouch 等；而这些“洋软件”除了在功能完备性、产品包装、市场推广等方面具有肯定优势外，并非全部方面尽善尽 美；国产化的组态软件产品也正在成为市场上的一支生力军，近年来已有肯定影响力的产品有组态王、 Synall 、MCGS、人工、 ControlX 、虎翼、力控等；国内有不少单位，如一些高校、讨论所、公司，甚至一些个人正在积极地搞组态软件产品的开发；国产化的组态软件具有较强的价格竞争优势，但总的来讲， 由于资金来源缺乏，软件工程的组织薄弱，因此软件商品化的程度仍比较差；目前国产化组态软件主要使用于一些小型的非重要性的工程应用中 4；4.2 组态软件设计在开头组态工程之前，先对
34、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；4.2.1 MCGS 组态软件的概述MCGS 组态软件是一套用于快速构造和生成运算机监控系统的组态软件， 它能够在基于 Microsoft 各种 32 位 Windows 平台上运行，通过对现场数据的采集处理，以动画显示、报警处理、流程掌握、实时曲线、历史曲线和报表输出等多种方式向用户供应解决实际工程问题的方案，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，比以往使用专用机开发的工业控制系统更具有通用性，在自动化领域有着更广泛的应用9；MCGS 即“监视与掌握通用系统”，为工业过程掌握和
35、实时监测领域服务的通用运算机系统软件，具有功能完善、操作简便、可视性好、可保护性强的突出特点 6；4.2.2 MCGS 组态软件的系统构成(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“ MCGS 运行环境”两个系统组成，两部分相互独立，又紧密相关；如图4-1 所示：多线程动态环境运行环境构建动画动画显示流程掌握报警组态实时数据库组态软件核心现场掌握实时数据库报警输出设计报表报表打印设备连接设备输出图 4-1 MCGS 的整体结构MCGS 组态环境是生成用户应用系统的工作环境，MCGS 运行环境是用户应用系统的运行环境，都可执行程序Mcg
36、sSet.exe 支持，其存放于MCGS 目录的 Program子目录中，运行环境中完成对工程的掌握工作；(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；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，负责调度和治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，指定数据库存盘文件名称及存盘时间等；设备窗口：是连接和驱动外部设备的工作环境；在本窗口
37、内配置数据采集与掌握输出设备，注册设备驱动程序，定义连接与驱动设备用的数据变量；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；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、输出掌握、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掌握；包括编写掌握程序MGGS 工控组态软件主控窗口设备窗口用户窗口实时数据库运行策略if then脚本程序 ，选用各种功能构件，如：数据提取、历史曲线、定时器、配方操作、多媒体输出等；菜单
38、设计添加工程设创建动画显定义数据变编写掌握流设置工程属性设定存盘结备连接设备变量示设置报警窗口量程使用功能结构件构注册设备驱动人机交互画面图 4-2 MCGS 工程的五大部分4.2.3 组态软件 MCGS 5.5 通用版的介绍本设计中选用 MCGS5.5 通用版作为上位机的远程掌握设计；MCGS5.5 通用版无论在界面的友好性、内部功能的强大性、系统的可扩充性、用户的使用性以及设计理念上都有一个质的飞跃，是国内组态软件行业划时代的产品，必将带领国内的组态软件上一个新的台阶；MCGS 5.5 通用版组态软件是一套基于 Windows 95 和 Windows NT 平台或更高版本 、用于快速构造
39、和生成上位机监控系统的组态软件系统，它供应了从数据采集到数据处理、报警处理、流程掌握、动画显示、报表输出等解决实际工程问题的完整方案 ；4.2.4 系统主控画面的设计在 MCGS 中，所建立的每一个应用称为一个工程；每个工程必需在一个独立的目录下，不同的工程不能共用一个目录；在每一个工程的路径下，生成了 一些重要的数据文件，这些数据文件不答应直接修改的工程建立；(1) 鼠标单击文件菜单中“新建工程”选项，假如MCGS 安装在 D：盘根目录下，就会在D：下自动生成新建工程，默认的工程名为： “新建工程 X.MCG ” X 表示新建工程的次序号，如： 0、1、2 等；(2) 挑选文件菜单中的“工程
40、另存为”菜单项，弹出文件储存窗口；(3) 在文件名一栏内输入“加热炉温度取样分析监控系统”，点击“储存” 按钮，工程创建完毕；画面的建立：1在“用户窗口”中单击“新建窗口”按钮，建立“窗口0”； 2选中“窗口 0”，单击“窗口属性”，进入“用户窗口属性设置”；(3) 将窗口名称改为：加热炉温度取样分析监控系统；窗口标题改为加热炉温度取样分析监控系统；窗口位置选中“最大化显示”，其它不变，单击“确认” 10；(4) 在“用户窗口”中，选中“加热炉温度取样分析监控系统”，点击右键，挑选下拉菜单中的“设置为启动窗口”选项，将该窗口设置为运行时自动加载的窗口；使用工具箱和对象元件库：选中“加热炉温度取
41、样分析监控系统”窗口图标，单击“动画组态”，进入动画组态窗口，开头编辑画面；接下来在此画面中绘制各种图素；绘制图素的主要工具放置在工具箱内；当画面打开时，工具箱自动显示；如工具箱没有显现，击工具条中的“工具箱”按钮，即可打开绘图工具箱；挑选“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，依据需要拉出一个肯定大小的矩形；在光标闪耀位置输入文字“加热炉温度取样分析监控系统”，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；假如要转变文字框的背景颜色、边线颜色、字体和文字颜色，先选中文字框，然后在工具栏内分别点击填充色 按钮、 线色按钮、字符字体 按钮、字符颜色
42、 按钮，对文字框进行必要的修改；挑选工具箱“插入元件”，打开“对象元件库”使用对象元件库降低了工程人员设计界面的难度，用户更加集中精力于保护数据库和增强软件内部的规律掌握，缩短开发周期；同时用对象元件库开发的软件将具有统一的外观；在对象元件库中挑选不同的图素，在画面上分别做出阀门、管道、压力表、取样杆、分析仪、按钮和指示灯等；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包括：指定数据变量的名称、类型、初始值和数值范畴确定与数据变量存盘相关的参数，如存盘的周期、存盘的时间范畴
43、和储存期限等；动画的连接：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点，由数据对象的实时采集值驱动，从而实现了图形的动画成效；设备的连接：MCGS 组态软件供应了大量的工控领域常用的设备驱动程序；本系统的设备连接过程如下：1在工作台“设备窗口”中双击“设备窗口”图标进入； 2点击工具条中的“工具箱”图标，打开“设备工具箱”；(3) 单击“设备工具箱”中
44、的“设备治理”按钮，在可选设备列表中，双击“ PLC 设备”，在下方显现 PLC 设备图标；(4) 在显现的 PLC 设备图标中，双击“三菱 FX 232AW ”，即可将“三菱 FX232AW ”添加到右测选定设备列表中；(5) 将设备治理中的“通用串口父设备”和“三菱FX232AW ”拖曳到设备窗口中即可如图 4-3 所示：图 4-3 设备连接窗口(6) 双击“设备 0 三菱 FX232AW ”，弹出设备属性设置对话框，在此进行设备通道的连接；编写掌握流程：用户脚本程序是由用户编制的、用来完成特定操作和处理的程序，脚本程 序的编程语法特别类似于一般的Basic 语言，但在概念和使用上更简洁直观， 力求做到使大多数一般用户都能正确、快速地把握和使用；本系统中对取样杆的动作我们选用脚本程序来掌握，通过电机的正反转来掌握取样机的前进及后退；脚本程序如下所示：IF电机 1 =1THEN IFgan=120THENgan=gan+1.5