毕业设计（论文）-基于MCGS组态软件开发水位控制系统.doc

毕业设计(论文)题 目：基于mcgs组态软件开发水位控制系统学生姓名： xxx 学 号： 200905280114 班 级：xxxxxxxxxxxx指导教师： xx 完成日期： 2011-10-5 信息处理与控制工兰州石化职业技术学院毕业论文毕业设计任务书设计（论文）题 目基于mcgs组态软件开发水位控制系统选题时间2011-8-25完成时间2011-10-5论文（设计）字数26700关键词组态技术,双储液罐水位控制,监控系统设计（论文）题目的来源、理论和实际意义： 计算机技术和网络技术的飞速发展，为工业自动化开辟了广阔的发展空间，用户可以方便组建优质高效的监控系统，并且通过采用远程监控机诊断、双机热备等先进技术，使系统更加安全可靠，在这方面，mcgs工控组态软件将为你提供请有力的软件支持。组态技术是计算机综合发展的结果，是技术成熟化的标志。由于组态技术的介入，计算机控制系统的应用速度大大加快了。采用组态控制技术的计算机控制系统最大的特点是从硬件设计到软件开发都具有组态性，因此系统的可靠性和开发速度提高了，开发难度却下降了。随着国内工业生产技术的进步以及自动化技术的发展，人们对自动化监控系统的需求越来越大，要求越来越高。一方面要求界面简单明了、易于操作、数据采集实时性好以及高可靠监控性、同时还要求开发周期短，系统便于更改、扩充、升级。工控组态软件正是符合这些要求而在工业领域得到广泛应用。设计（论文）的主要内容： 本论文研究的背景双储液罐水位控制系统介绍被控对象由上、下两个储液罐组成，上、下水位和温度分辨经2个压力变送器和温度变送器检测后，通过安装在出水管网上的远传压力传感器将压力信号转化为42ma的标准信号送入plc，经pid运算与给定压力参数进行比较，得出调节参数，送给变频器，由变频器控制水泵转速，调节系统供水量，使系统的供水管网压力保持在给定压力上；当用水量超过一台泵的供水量时，通过plc控制器加泵，根据用户用水量的大小来控制工作泵数量的增减及变频器对水泵的调速，实现恒压供水，当供水负载变化时，输入电机的电压和频率也随之变化，这样就构成了以压力设定值为基准的闭环控制系统。学生签字： xxx 指导教师签字： 系负责人签字：指导教师评语：成绩：指导教师签字: 年 月 日答辩答辩意见：答辩组签名： 年 月 日 摘 要计算机技术和网罗技术的飞速发展，为工业自动化开辟了广阔的发展空间，用户可以方便快捷地组建优质高效的监控系统，并且通过采用远程监控机诊断，双极热备等先进技术，使系统更加安全可靠，在这方面，mcgs工控组态软件将为您提供强有力的软件支持。组态技术是计算机控制技术综合发展的结果，是技术成熟化的标志。由于组态技术的介入，计算机控制系统的应用速度大大加快了，采用组态控制技术的计算机控制系统最大的特点是从硬件设计到软件开发都具有组态性，因此系统的可靠性和开发速度提高了，开发难度却下降了，随着国内工业生产技术的进步以及自动化技术的发展，人们对自动化监控系统的需求越来越大，要求越来越高。一方面要求界面简单明了、宜于操作、数据采集实时性好以及高可靠监控性，同时还要求开发周期短，系统便于更改、扩充、升级、工控组态软件正是符合这些要求而早工业领域的到广泛应用。本文对组态技术进行论文一些研究，对其发展概况进行论文比较全面的了解，利用组态软件对双储液罐水位控制系统进行监控系统设计。关键词：组态技术,双储液罐水位控制,监控系统目录前 言3第一章 引言11.1组态软件控制方案11.2组态软件简介11.3组态软件的系统构成及其简介31.3.1结构以使用软件的工作阶段划分31.3.2结构按照成员构成划分31.4组态软件的功能现在的状况及将来的发展趋势51.4.1总的发展趋势51.4.2推动组态软件发展的动力51.4.3 用户对组态软件的需求变化51.4.5 影响组态软件发展的因素61.4.6 未来技术走势6第二章 基于mcgs组态软件开发水位控制系统简介82.1 mcgs概述82.1.1特点及组成82.1.2 运用mcgs 5.1 建立运行程序的一般过程92.1.2.1启动mcgs组态环境，建立工程项目。92.1.2.2进行设备配置。92.1.2.3构造数据库。92.1.2.4制作图形画面。92.1.2.5在主控窗口建立新工程。92.1.2.6定义动画链接。92.1.2.7运行与调试。92.2水箱水位控制系统的设备组成92.2.1 属性设置102.2.2 设备命令102.2.3 设备命令的实现方法112.2.4 设备调试11第三章 双储液罐水位控制系统的硬件组成及设备的选择123.1水箱对象123.1.1 水箱123.1.2 水泵、调节阀及出水阀123.2水位、温度检测与控制设备123.2.1水位传感器123.2.2温度变送器133.2.3 配电器及接触器133.2.4 稳压电源及电加热器133.3 i/o接口设备133.4 接线端子板143.5计算机14第四章 基于mcgs组态软件开发水位控制系统的设计154.1 建立工程154.2定义变量164.2.1 变量分配164.2.2 变量定义步骤164.2.3设备与变量连接184.3 画面的设计和编辑214.3.1 建立画面214.3.2 编辑画面224.3.3 动画连接244.4水位对象的控制274.4.1水罐对象特征274.4.2控制程序编写274.5报警显示284.5.1组对象的定义284.5.2报警属性的定义284.5.3实时报警294.5.4历史报警294.5.5报警极限值的修改314.5.6 报警提示324.6曲线显示334.6.1实时曲线334.6.2 历史曲线334.7控制程序的编写34第五章 程序调试运行及安全机制365.1模拟调试365.2在线调试365.3安全机制365.3.1建立安全机制的必要性365.3.2 如何建立安全机制37结 论41致 谢43参考文献441前 言随着工业自动化水平的迅速提高，计算机在工业领域的广泛应用，人们对工业自动化的的要求越来越高，种类繁多的控制设备和过程监控装置在工业领域的应用，使得传统的工业控制软件已无法满足用户的各种需求。在开发传统的工业控制软件时，当工业被控对象一旦有变动，就必须修改其控制系统的源程序，导致其开发周期长；己开发成功的工控软件又由于每个控制项目的不同而使其重复使用率很低，导致它的价格非常昂贵；在修改工控软件的源程序时，倘若原来的编程人员因工作变动而离去时，则必须同其他人员或新手进行源程序的修改，因而更是相当困难，通用工业自动化组态软件的出现为解决上述实际工程问题提供了一种崭新的方法，因为它能够很好地解决传统工业控制软件存在的种种问题，使用户能根据自己的控制对象和控制目的任意组态，完成最终的自动化控制工程，组态控制技术作为计算机控制技术发展的产物，其先进性和实用性已经被工业现场的广大技术人员认可并得到广泛应用。组态软件适用于许多工业领域，因为其功能强大而倍受青睐。本论文研究的背景双储液罐水位控制系统介绍被控对象由上、下两个储液罐组成，上、下水位和温度分辨经2个压力变送器和温度变送器检测后，通过安装在出水管网上的远传压力传感器将压力信号转化为42ma的标准信号送入plc，经pid运算与给定压力参数进行比较，得出调节参数，送给变频器，由变频器控制水泵转速，调节系统供水量，使系统的供水管网压力保持在给定压力上；当用水量超过一台泵的供水量时，通过plc控制器加泵，根据用户用水量的大小来控制工作泵数量的增减及变频器对水泵的调速，实现恒压供水，当供水负载变化时，输入电机的电压和频率也随之变化，这样就构成了以压力设定值为基准的闭环控制系统。组态软件的介绍 组态软件是指一些数据采集与过程控制的专用软件，它们是在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，使用灵活的组态方式，为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具，组态软件应该能支持各种工控设备和常见的通信协议，并且通常应提供分布式数据管理和网络功能，组态（ configuration）意思就是模块的任意组合，采用组态技术构成的计算机系统在硬件设计上，除采用工业pc机外，系统大量采用各种成熟通用的i/o接口设备和现场设备，基本不再需要单独进行具体电路设计，这不仅节约了硬件开发时间，更提高了工控系统的可靠性，在软件设计上由于采用成熟的工控开发的工具软件，它为用户提供了多种通用工具模块，用户不需要掌握太多编程语言技术（甚至不需要编程技术），就能很好地完成一个复杂工程所要求的所有功能，工控组态软件集成了图形技术、人机界面技术、数据库技术、控制技术、网络与通信技术，使控制系统开发人员不必依靠某种具体的计算机语言，只需通过可现视化的组态方式，就可完成监控程序设计，降低了监控程序开发的难度，组态软件均具有良好的扩展性、兼容性、软件结构开放，可接受各种形式数据格式，同时，支持的硬件类型也十分广泛1。工控组态软件的出现，使得大型工业控制系统的组态编程变得十分得简单、容易，工程设计人员不用再设计那些复杂的应用程序（如i/o driver等）。工控组态软件的功能包括数据库生成、历史库生成、图形生成、报表生成、顺序控制功能、连续调节功能，目前有许多工控组态软件。兰州石化职业技术学院毕业论文第一章 引言1.1组态软件控制方案 在工业生产中，大多数过程是非线性程度不高的过程，可以当作线性过程处理。要控制好极端非线性过程，则相当困难，在过程控制教学中，对三个相互连通的不规则形状水箱水位进行测控处理并分析，就属于极端非线性控制。该系统传统的开发手段是采用单片机等控制设备设计，但如果采用组态软件开发该系统则可以实现多次开发、适时采集监控等功能，该测控系统主要有两种设计途径：一是采用vb、vc等可视化工具从低层开发；二是利用工控组态软件进行二次开发，但由于vb、vc开发难度大，开发周期长，因此大多工程项目的开发都采用工控组态软件来实现。1.2组态软件简介 随着工业自动化水平的迅速提高，计算机在工业领域的广泛应用，人们对工业自动化的要求越来越高，种类繁多的控制设备和过程监控装置在工业领域的应用，使得传统的工业控制软件已无法满足用户的各种需求，在开发传统的工业控制软件时，当工业被控对象一旦有变动，就必须修改其控制系统的源程序，导致其开发周期长，已开发成功的工控软件又由于每个控制项目的不同而使其重复使用率很低，导致它的价格非常昂贵；在修改工控软件的源程序时，倘若原来的编程人员因工作变动而离去时，则必须同其他人员或新手进行源程序的修改，因而更是相当困难，通用工业自动化组态软件的出现为解决上述实际工程问题提供了一种崭新的方法，因为它能够很好地解决传统工业控制软件存在的种种问题，使用户根据自己的控制对象和控制目的的任意组态，完成最终的自动化控制工程。在使用工控软件中，我们经常提到组态一词，组态英文是“configuration”，其意义究竟是什么呢？简单的讲，组态就是用应用软件中提供的工具、方法、完成工程中某一具体任务的过程。与硬件生产组对照，组态与组装类似，如要组装一台电脑，事先提供了各种型号的主板、机箱、电源、cpu、显示器、硬盘、光驱等，我们的工作就是用这些部件拼凑成自己需要的电脑。当然软件中的组态要比硬件的组装有更大的发挥空间，因为它一般要比硬件中的“部件”更多，而且每个“部件”都很灵活，因为软部件都有内部属性，通过改变属性可以改变其规格（大小、性状、颜色等）。组态（configuration）为模块化任意组合。通用组态软件主要特点有（1）延续性和可扩充性。用通用组态软件开发的应用程序，当现场（包括硬件设备或系统结构或用户需求发生改变时，不需作很多修改和方便地完成软件的更新和升级；（2）封装性（易学易用），通用组态软件所能完成的功能都用一种方便用户使用的方法包装起来，对于用户，不需掌握太多的编程语言技术（甚至不需要 编程技术），就能很好地完成一个复杂工程所要求的所有功能；（3）通用性，每个用户根据工程实际情况，利用通用组态软件提供的底层设备（pic、智能仪表、 智能模块、板卡、变频器等）的i/o driver、开放式的数据库和画面制作工具，就能完成一个具有动画效果、实时数据处理、历史数据和曲线并存、具有多媒体功能和网络功能的工程，不受行业限制。组态软件是有专业的。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控制中。如dcs（集散控制系统）组态，pic（可编程控制器）梯形图组态，人机界面生成软件就叫工程组态软件，其实在其他行业也有组态的概念，人们只是不这么叫而己，如autocad，photoshop，办公软件（powerpoint）都存在相似的操作，即用软件提供的工具来形成自己的作品，并以数据文件保存作品，而不是执行程序，组态形成的数据只有其制造工具或其他专用工具才能识别，但是不同之处在于，工业控制中形成的组态结果是用在实时监控的。组态工具的解释引擎，要根据这些组态结果实时运行。从表面上看，组态工具的运行程序就是执行自己特定的任务。最早开发的通用组态软件是dos环境下的组态软件，其特点是具有简单的人机界面（mmi）、图库、绘图工具箱等基本功能，其最突出的特点是图形功能有了很大的增强，它具有应用时间长、用户界面不理想、不支持或不免费支持国内普遍使用的硬件设备、组态软件本身费用和组态软件培训费用高昂等因素，这些也正是国内通用组态软件在国内不能广泛应用的原因，随着国内计臬机水平和工业自动化程度的不断提高，通用组态软件的市场需求日益增大。近年来，一些技术力量雄厚的高科技公司相继开发出了适合国内使用的通用组态软件。1.3组态软件的系统构成及其简介1.3.1结构以使用软件的工作阶段划分也可以说是按照系统环境划分，从总体上讲，组态软件是由两大部分构成的；系统开发环境：是自动化工程设计工程师为实施其控制方案，在组态软件的支持下进行应用程序的系统生成工作所必须依赖的工作环境。通过建立一系列用户数据文件，生成最终目的图形目标应用系统，供系统运行环境运行时使用。系统开发环境由若干个组态程序组成，如图形界面组态程序、实时数据库组态程序等。系统运行环境：在系统运行环境下，目标应用程序被装入计算机内存并投入实时运行。系统运行环境由若干个运行程序组成，如图形界面运行程序、实时数据库运行程序等。1.3.2结构按照成员构成划分组态软件因为其功能强大，而每个功能相对来说又具有一定的独立怕，因此其组成形式是一个集成软件平台，由若干程序组件构成。其中必备的典型组件包括：应用程序管理器应用程序管理器是提供应用程序的搜索、备份、解压器、建立新应用等功能的专用管理工具。在自动化工程设计工程师应用组态软件进行工程设计时，经常会遇到下面一些烦恼：经常要进行组态数据的备份；经常需要引用以往成功应用项目中的部分组态成果（如画面）：经常需要迅速了解计算机中保存了哪些应用项目。虽然这些要求可以用手工方式实现，但效率低下，极易出错。有了应用程序管理器的支持，这些操作将变得非常简单。图开界面开发程序是自动化工程设计工程师为实施其控制方案，在图形编辑工具的支持下进行图形系统生成工作所依赖的开发环境。通过建立一系列用户数据文件，生成最终的图形目标应用系统，供图形运行环境运行时使用。图形界面运行程序在系统运行环境下。图形目标应用系统被图形界面运行程序装入计算机内存并投入实时运行。实时数据库系统组态程序实时数据库系统运行程序在系统运行环境下，目标实时数据库及其应用系统被实时数据库系统运行程序装入计算机内存并执行预定的各种数据计算数据处理任务。历史数据的查询、检索、报警的管理都是在实时数据库系统运行程序中完成的。i/o驱动程序是组态软件中必不可少的组成部分，用于和i/o设备通讯，互相交换数据，dde和opcclient是两个通用的标准i/o驱动程序，用来和支持dde标准和opc标准的i/o设备通讯。多数组态软件的dde驱动程序被整合在实时数据库系统或图形系统中，而opcclient则多数单独存在。扩展可选组件包括：通用数据库接口（odbc接口）组态程序通用数据库接口（odbc接口）运行程序策略（控制方案）编辑组态程序编译生成的目标策略代码即可以与图形界面同在一台计算机上运行，也可以下装（download）到目标设备（如pc/104、windows ce系统等pc-based设备）上运行。策略运行程序组态的策略目标系统被装入计算机内存并执行预定的各种数据计算、数据处理任务，同时完成与实时数据库的数据交换。实用通讯程序组件实用通讯程序极大地增强了组态软件的功能，可以实现与第三方程序的数据交换，是组态软件价值的主要表现之一。通讯实用程序具有以下功能：可以实现操作站的双机冗余热备用；实现数据的远程访问和传送；通讯实用程序可以使用以太网、rs232、pstn等多种通讯介质或网络实现其功能，实用通讯程序组件可以划分为server和client两种类型，server是数据提供方，client是数据访问方，一但server和client建立起了连接，二者间就可以实现数据的双向传送。1.4组态软件的功能现在的状况及将来的发展趋势1.4.1总的发展趋势组态软件是工业应用软件的一个组成部分，其发展受到很多因素的制约。归根结底，应用的带动对其发展起着最为关键的推动作用。未来的传感器、数据采集装置、控制器的智能化程序越来越高，实时数据浏览和管理的需求日益高涨，有的买主甚至要求在自己的办公室里监督定货的制造过程。有的装置直接内嵌“web servet”，通过以太网就可以直接访问过程实时数据。即使这样，也不能认为不再需要组态软件了。用户要求的多样化，决定了不可能有哪一种产品囊括全部用户的所有要求，直接用户对监控系统人机界面的需求不可能固定为单一的模式，因此直接用户的监控系统是始终需要“组态”和“定制”的，这就导致组态软件不可能退出市场，因为需求是存在的。类似opc这样的组织的出现，以及现场总线、尤其是工业以太网的快速发展，大大简化了异种设备间互连、开发i/o设备驱动软件的工作量，i/o驱动软件也逐渐会朝标准化的方向发展。1.4.2推动组态软件发展的动力需求是推动其发展的第一动力，市场会逐步扩大。组态软件市场的崛起一方面为最终用户节省了系统投资，另外也为用户解决了实际问题。现在用户购买组态软件虽然也需要一定的投资，但是和以前相比，投资额得到了大大降低。使用组态软件，用户可以做到“花了少量的钱，办成了大事情”。中国的现代化建设正处于上升期，新项目的上马，基础设施的改造大量需要组态软件，另一方面，传统产业的改造、原有系统的升级和扩容也需要组态软件的支撑。社会信息化的加速是组态软件市场增长的强大推动力。随着经济发展水平的提升，信息化社会将为组态软件带来更多的市场机会。1.4.3 用户对组态软件的需求变化专用系统所占比例日益提高。组态软件的灵活程度和使用效率是一对矛盾，虽然组态软件提供了很多灵活的技术手段，但是在多数情况下，用户只使用其中的一小部分，而使用方法的复杂化又给用户熟悉和掌握软件带来的很多不必要的麻烦。这也是现在仍然有很多用户还在自己用vb编写自动化监控系统的主要原因。在有些应用领域，自动监控的目标及其特性比较单一（或可枚举，或可通过某种模板自主定义、添加、删除、编辑）且数量较多，用户希望自动生成大部分自动监控系统，例如在电梯自动监控、动力设备监控、铁路信号监控等应用系统。这种应用系统具有一些“傻瓜”型软件的特征，用户只需用组态软件做一些系统硬件及其参数的配置，就可以自动生成某种特定模式的自动监控系统，如果用户对自动生成的监控系统的图形界面不满意，还可以进行任意修改和编辑，这样既满足了用户对简便性的要求，又同时配备比较寒冷的编辑工具。组态软件应该向更多的应用领域拓展和渗透。目前的组态软件均产生于过程工业自动化，很多功能没有考虑其他应用领域的需求。例如，化验分析（色谱仪、红外仪等，包括在线分析）、虚拟仪器（例如lahview的口号是the software is the instrument）、测试（如测井、机械性能试验、碰撞试验等的数据记录与回放等）、信号处理（如记录和显示轮船的航行数据：雷达信号、gps数据、舵角、风速等）、这些领域大量地使用实时数据处理软件，而且需要人机界面，但是由于现有组态软件为这些应用领域考虑得太少，不能充分满足系统的要求，因而目前这些领域仍然是专用软件占统治地位。随着计算机技术的飞速发展，组态软件应该更多地总结这些领域的需求，设计出符合应用要求的开发工具，更好地满足这些行业对软件的需求，进一步减少这些行业在自动测试，数据分析方面的软件成本，提高系统的开放程度。1.4.5 影响组态软件发展的因素软件质量是影响产品发展的主要因素。在竞争不断加剧的今天，企业规模、科研开发的投入量、质量体系建设情况等对组态软件的质量影响甚大。1.4.6 未来技术走势很多新的技术将不断地被应用到组态软件当中，组态软件装机总量的提高会促进在某些专业领域专用版软件的诞生，市场被自动地细分了。为此，一种称为“软总线”的技术将被广泛采用。在这种体系结构下，应用软件以中间件或插件的方式被“安装”在总线上，并支持热插拔和即插即用，这样做的优点是：所有插件遵从统一标准，插件的专用性强，每个插件开发人员之间不需要协调，一个插件出现故障不会影响其他插件的运行。xml技术将被组态软件厂商善加利用，来改变现有的体系结构，它的推广也将改变现有组态软件的某些使用模式，满足更为灵活的应用需求。第 43 页 共 44 页兰州石化职业技术学院毕业论文第二章 基于mcgs组态软件开发水位控制系统简介在工业生产中，大多数过程是非线性的，对于非线性程度不高的过程，可以当作线性过程处理，要控制好极端非线性过程，则相当困难。在过程控制教学中，对三个相互通的不规则形状水箱水位进行测控处理并分析，就属于极端非线性控制。该系统传统的开发手段是采用单片机等控制设备设计，但如果采用组态软件开发该系统则可以实现多次开发、适时采集监控等功能，该测控系统主要有两种设计途径：一是采用vb、vc开发难度大，开发周期长，因此大多工程项目的开发都采用工控组态软件来实现.2.1 mcgs概述2.1.1特点及组成mcgs 5.1（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/me/nt/2000等操作系统。mcgs提供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 5.1软件系统包括组态环境和运行环境两个部分、组态环境相当于一套完整的工具软件，帮助用户设计和构造自己的应用系统，运行环境则按照组态环境中构造的组态工程，以用户指定的方式运行，并进行各种处理，完成用户组态设计的目标和功能。两部分互相独立，又紧密相关，如图1所示。图1- 1 mcgs软件系统结构图2.1.2 运用mcgs 5.1 建立运行程序的一般过程2.1.2.1启动mcgs组态环境，建立工程项目。2.1.2.2进行设备配置。设备配置的目的是实现上下位机通讯，即实现计算机与智能仪表之间的连接。通过设备窗口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。2.1.2.3构造数据库。在实时数据库窗口建立新的数据库文件。要求与设备要求的数据库一致。该窗口定义不同类型和名称的变量，作为数据采集、处理、输出控制、动画连接及设备驱动的对象。2.1.2.4制作图形画面。在用户窗口实现，主要用于设置工程中人机交互的界面，诸如：生成水位变化的动画显示画面、报警输出、数据与曲线图表等。2.1.2.5在主控窗口建立新工程。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与关闭。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。2.1.2.6定义动画链接。动画链接是将动画与数据库变量建立联系，当数据库变量发生改变时动画就可以表现出来。即当水箱中水位发生变化时，动画可以适时显示。2.1.2.7运行与调试。当以上步骤完成以后，先进行组态检查通过后就可以进入运行环境调试。2.2水箱水位控制系统的设备组成双储液罐水位控制系统由上位机和智能调节仪两部分组成。上位机由四个画面组成。实时数据采集，历史数据记录，运行劝画，通讯状态组成。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dll（动态连接库）文件，设备驱动程序中包括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，设备关系如图1-2所示。下位机由宇光ai-88智能课代表构成，实现对水位数据的采集和控制。宇光智能仪表是利用rs232/rs485和上位机进行通讯的人工智能工业调节器,该设备构件用于mcgs操作和通过串行i=1读写仪表的数据。根据实际应用的需要来正确设置仪表的各项参数，也可通过本构件的设备命令设置仪表的部分参数。2.2.1 属性设置要使mcgs能正确操作宇光智能仪表，先设置该构件的属性：sv值方式，不设置sv值表示只读sv值，自动设置sv值表示写sv。op值方式，不设置op值表示只读op值，自动设置op值表示写p。设置数据的小数点位置，必须和宇光仪表的小数点位置参数一致，因宇光仪表在通讯过程中传递的数据不带小数点，上位机通过此参数设置值来确定数据的大小。2.2.2 设备命令宇光智能仪表可通过设备命令实现其全部通讯功能，其命令格式如下l8：read(cmd, pv, sv, op, dat):读取仪表的pv值，sv值，op值，dat值，cmd为命令代号，pv为存储读取的pv值的变量，sv为存储读取的sv值的变量，op为存储读取的op值的变量，dat为存储读取的dat值的变量，dat值的含义由cmd的值决定。write(cmd, dat):写仪表的dat值命令，cmd为命令代号，dat为写入的数据，dat值的含义由cmd的值决定 。cmd的值需要根据试验结果进行标定和修正。cmd的值包括：sv/step(上限报警)、hial(给定值/程序段)、loai(下限报警)、dhal(正偏差报警)、dial(负偏差报警)、df(回差)、ctrl(控制方式)、m50(保持参数)、p(速率参数)、t(滞后参数)、cti(控制周期)、sn(输入规格)、dip(小数点位置）、dil（下限显示值）dih(上限显示值）、cjc(冷端补偿）、sc（传感器修正）、op1(输出方式）、（op1输出下限）、oph（输出上限）、cf(系统功能选择）、baud(波特率/程序运行控制字）addr（通讯地址）d1（数字滤波）、run（运行参数）、loc（参数封锁）等。2.2.3 设备命令的实现方法u mcgs运行策略的设备操作构件实现，具体操作如下：u 在运行策略中新建一个用户策略u 在策略工具箱中选取设备操作构件u 在设备操作构件的属性页先取执行指定设备命令u 在其后的输入框中输入设备命令，即在脚本程序中执行如下函数实现setdevice(devname,devop,cmdstr)：按照设备名字对设备进行操作2.2.4 设备调试设备调试在“ 设备调试”属性页中进行，以检查和测试模块是否正常工作，在进行调试前，要先接好模块电源和串行通信线，吧模块地址、波特率和各种参数设置正确、addr参数必须和模块地址一致，打开主机即可调试。（注意：对通信状态进行调试时，通道值一列显示设备通信状态，0表示成功，1表示失败）兰州石化职业技术学院毕业论文第三章 双储液罐水位控制系统的硬件组成及设备的选择3.1水箱对象水箱由水罐、水泵、调节阀、出水阀及部分组成。3.1.1 水箱水箱是 储藏水的容器，假定水箱高3m，上限为2.6m，下线为.5m。3.1.2 水泵、调节阀及出水阀水箱里面的水是靠水泵从水源抽水而来的。水泵采用单相泵（带电容），正常时额定电压为220v（电源电压不得低于10%，以免烧毁电机）调节阀是生产过程自动调节系统中的重要环节之一。他以电源为动力接受统一的标准信号010ma或420ma.dc，将此转为与输入信号相对应的上下位移，自动的操纵阀门，改变阀门的开启程度，从而达到对工业介质流量、压力、温度和液位等参数的自动调节。因而广泛应用于化工、石油、冶金、电站和轻纺等工业生产过程的自动调节和远程控制。出水阀采用ansi class1502500lb出水阀，工作温度600的石油、化工、火力电站等各种工况的管路上，切断或接通介质。适用介质为：水、油品、蒸汽等。操作方式有：手动、齿轮传动、电动、气动等。3.2水位、温度检测与控制设备3.2.1水位传感器为了监控水箱的水位，必须依靠一定的检测设备第微毫水箱水位这个重要参数进行检测。在这里选用st2001gp4bm1b2型扩散硅压力传感器，量程为29.4kpa，当水位为3m。输出电流为20ma.当水位为om时，输出电流为4ma。3.2.2温度变送器为了监控水箱的温度。必须依靠一定的检测设备对水箱温度这个重要参数进行检测。在这里采用kzw系列温度变送器kzw系列温度变送器简介：用途：kzw系列温度变送器采用先进的集成电路模块技术组成，可与热电偶温度传感器（或热电阻温度传感器）配合，使mv(或电阻）信号变成标准的电流或电压信号进行传输。可广泛适用于电力、石油、建材、科研等行业的温度测量。3.2.3 配电器及接触器配电器：作用是为水位传感器提供24v电源，同时将水位传感器与计算机接口进行了电气隔离，提高了系统的可靠性，配电器的型号为dfp2100。接触器：由于plc的输出触点容量较小（电流小于2a），一般不能用于直接控制交大功率的电气设备，故需要外加接触器，以便能够对水泵进行控制，这里选用cz183.2.4 稳压电源及电加热器稳压电源为配电器、水位传感器、智能模块、接触器提供24v工作电源，稳压电源的型号为dfy3110，最大输出电流为10a。40型直流接触器，其触头额定电压为440v，额定电流为40a，吸引线圈电压为24v。电加热器：因为要对水的温度进行控制，要以通过电加热器的通断进行控制，这里采用散热式电热器。3.3 i/o接口设备显然系统有4路模拟量输入（ai），4路开关输出（do）。可以选用研样pcl818l多功能板卡作为i/o接口设备。pcl818l简介：pcl818l是为ibm或其他兼容计算机设计的一款高性能、高速多功能数据采集卡。pcl818l具备所有数据采集卡的功能，pcl818l板卡在全部增益下最高可达到100ks/s高速采样率。pcl818l具有16路单端输入和双极性输pcl818l具有2路12位双缓冲模拟输出，16路数字输入和16路数字输出，1个通用定时/计数器。3.4 接线端子板plc8i8l接口卡安装在计算机箱内的isa扩展槽上，为便于对象与plc8i8l板卡之间接线，板卡生产厂提供了相应的接线子板，端子板可安装在机箱外适当处。do通道选用几点输出端子板pcld-9318，ai通道可选用pcld-780-880端子板。3.5计算机工业控制计算机（ipc）及配套的显示器、打印机等。mcgs组态软件，导线，外用表、螺丝刀等工具。兰州石化职业技术学院毕业论文第四章 基于mcgs组态软件开发水位控制系统的设计4.1 建立工程(1)开机后，首先双击桌面mcgs组态环境图标，进入组态环境，出现图5.1所示画面。屏幕中间为工作台。(2)单击文件菜单，弹出下拉菜单，单击新建工程，如图4-1所示。图4- 1mcgs组态环境(3)单击文件菜单，弹出下拉菜单，单击工程另存为，弹出文件保存窗口，如图4-2所示。图4- 2保存窗口(4)在文件名一栏内输入工程名双储液罐水位控制系统，单击保存按钮，工程建立完毕。4.2定义变量4.2.1 变量分配变量定义即数据对象定义钱需要对系统进行分析，确定需要的变量。本系统至少有9个变量，见表4-4表4- 4 变量分配表4.2.2 变量定义步骤(1) 单击工作台中的实时数据库选项卡，进入实时数据库窗口页，如图4-5所示。窗口中列出了已有的变量名称。其中一部分为系统内不建立的数据对象。讲表4-5中定义的数据对象添加进去。图4- 5实时数据库(2) 单击工作台右侧新增对象按钮，在数据对象列表中立即出现了一个新的数据对象。如图4-6所示。图4- 6新增数据对象选中该数据对象，单击右侧对象属性按钮或直接双击数据对象，弹出数据对象属性窗口，如图4-7所示。图4- 7数据对象属性设置窗口将对象名称改为：液位1；对象初值改为：0；对象类型改为：数值型；对象内容注释栏填入水罐1水位，ai通道，adso,0-12m，0-5v。单击确定按钮。重复25,定义其他7个数据对象，对象初值应设为无效状态。单击保存按钮。4.2.3设备与变量连接设备驱动程序安装步骤：a.单击工作台中的：“设备窗口”选项卡，进入“设备窗口页”。b.单击右侧“设备组态”图标或双击“设备窗口”图标，弹出设备窗口。c.单击“工具箱”图标，弹出“设备工具箱”窗口。d.单击“设备管理”按钮，弹出“设备管理”窗口。e.在左侧“可选设备”列表中，双击“板卡”，弹出板卡列表。f.双击“研祥板卡”。g.双击“pcl-818l”。h.双击“研祥pcl-818l”，右侧“设定设备”列表中出现“研祥pcl-818l”，单击“确定”按钮。i.在右侧“设备工具箱”列表中双击“研祥-pcl-818l”，设备被添加到左侧设备组态窗口中，出现“设备-o-研祥-pcl-818l”。j.单击”保存“按钮。设备属性设置步骤a.双击左侧“设备窗口”的“设备o-研祥-pcl-818l”，进入“设备属性设置”窗口，如图4-8所示。图4- 8pcl-818l 基本属性设置b.根据实际情况设置“基本属性”页，单击“确定”按钮。其中“i/o基地址16进制”：与板卡上地址跳线开关的设置有关，出厂设置为300h。“ad输入量程”：可选10v,5v,或2.5v。本系统压力变送器输出05v，所以选5v。“ad输入量程范围”：可选10或5，选5的含义是：输入电压为-5（最小）时，对应a/d转换值为-5：输入电压为+5（最大）时对应a/d转换值为5。c.按图4-9、4-10设置“通道连接”页，将9个变量和板卡进行连接。单击“确定”按钮。图4- 9模拟量输入通道连接 图4- 10开关量输出通道连接d.进入“数据处理”页，双击序号“*00”（如图4-11所示），弹出“通道处理设置”对话框，如图4-12所示。图4- 11 数据处理窗口 图4-12 数据处理方式选择窗口e.单击“工程转换”，弹出“工程量转换”窗口，如图4-13所示。图4-13工程量转换参数输入窗口f.按图4-13进行设置，单击“确定”按钮。这样设置的含义是：o通道即液位i通道ad转换结果为o时，对应液位为0m；为5时对应液位为12m。用同样的方法对液位2做工程转换。注意工程最大值应设为9。g.用同样的方法在“数据处理”页设置通道1、2、3（液位2、温度1、温度2）将工程量最大值改为9、100、100，其余不变。h.连接水位对象和板卡，接通压力变送器等对象的电源，进入“设备调试”页。i.对水泵、调节阀、出水阀等通道进行设置1和清0操作，可开到水泵、调节阀、出水阀在相应动作，随动作进行，通道0和通道1中的数据随液位变化。如果动作和液位显示结果正确，表明设备连接成功。j.断开水位对象电源。4.3 画面的设计和编辑4.3.1 建立画面单击屏幕上左上角的工作台图标，弹出“工作台”窗口。 单击“用户窗口”选项卡，进入“用户窗口”页。单击右侧“新建窗口”按钮“窗口0”图标，如图4-14所示。图4- 14新建用户窗口 单击“窗口属性”按钮，弹出“用户属性设置”窗口，如图4-15所示。图4- 15设置用户窗口的属性在“基本属性”页的“窗口名称”栏内填入“双储液罐水位监控画面”，“窗口位置”选最大化显示“，其他不变。单击确定”按钮，关闭窗口。观察“工作台”的“用户窗口”，“窗口0”图标已变为“双储液罐水位监控画面”，如图4-16所示。选中“双储液罐水位监控画面”,单击右键，弹出下拉菜单，选中“设置为启动窗口”，当mcgs运行时，将自动加载该窗口。单击“保存”按钮。图4- 16设置后的用户窗口图标4.3.2 编辑画面进入画面编辑环境。利用“标签”（文字）工具写入文字“双储液罐水位监控系统”，调整大小及位置。利用“元件”从”储存罐“中选择罐20，画罐1，调整大小及位置。利用“元件”具从”储存罐“中选择罐14画罐2，调整大小及位置。利用“插入元件”工具从“泵”中选择水泵12，画水泵，调整大小及位置。利用“插入元件”工具从“阀门”中选择阀6和阀33，画4个阀，调整大小和位置。利用“插入元件”工具从“传感器”中选择传感器4和传感器11，调整大小和位置。利用“流动块”工具在水泵、罐1、调节阀、罐2、出水阀之间画流动块。利用“插入元件”工具从“马达”中选择马达2画2个马达（表示电加热器）调整大小和位置。利用“文字”工具写入“罐1”、“罐2”、“水泵”、“上进水阀”、“上出水阀”、“下进水阀”、“下出水阀”、“温度变送器1”、“温度变送器2”、“压力变送器1”、“压力变送器2”、“点加热器1”、“电加热器2”，对画面进行注释。保存。画完后如图4-17所示：图4- 17双储液罐水位监控系统画面图4.3.3 动画连接液位的模拟输入：a.水位监控窗口。b.“工具箱”中的“滑动输入器”图标，鼠标呈“十”字形，在罐2的右边按住左键拖动出一个滑动块。c.图5.17调整位置及大小。d.滑动块，弹出属性设置窗口，按照如下参数进行设置：* 在“基本属性”页中，滑块指向：指向左（上）。* 在“刻度与标注属性”页中，主划线数目：5。* 在“操作属性”页中，对应数据对象名称：液位1：滑块最右（下）边时对应值：12。* 其他不变。e.作好的滑动块右边写文字标签“液位1输入”。f.样的方法制作液位2、温度1、温度2的滑动和标签，注意“操作属性”页中，对应数据对象名称：液位2、温度1、温度2：滑块最右（下）边时对应值：9、100、100。液位实时显示动画效果的制作：利用“标签”工具在罐1旁边写如文字“*”调整大小及位置。双击文字“*”，调整大小及位置。在“基本属性”页选择“显示输出”。在“显示输出”页设置表达式1：液位1：输出值类型：数值量输出：小数位数：2，其余不变。这样设置后，系统运行时，文字“*”将显示液位1的实际值。用同样的方法在罐2旁写入文字“*”。与液位2显示动画连接。存盘，进入运行环境。发现两个文字标签都显示0.将光标移至液位1滑动输入的指针处，光标变成手形，按住鼠标向右移动指针，液位显示随之发生变化。用这种方法可以人为模拟液位变化。液位升降动画效果制作在水位监控画面中双击罐1，弹出属性设置窗口，进入“动画连接”页如图4-18所示。图4- 18对水罐进行动画连接选中“折线”，有段出现的。单击进入属性设置窗口。在“大小变化”页按图4-19进行属性设置。图4- 19缩放链接d.单击“确认”按钮，完成罐1设置。e.用同样的方法建立罐2与液位2之间的动画连接。注意设置参数，表达式：液位2 ：最大变化百分比对应表达式的值：9.f.单击“保存”按钮。g.进入允许环境，拖动液位滑动器指针，可观察到水罐水位的升降变化的动画效果。水泵、阀门的启停效果：双击水泵，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4-20所示。在“图元名”列，出现3个矩形，两个连接类型为“按钮输入”，两个为“可见度”。他们实际上是水泵上的两个小矩形，一个红色，一个绿色，但在醉态环境，只能看见一个红色的。这两个矩形每个都进行按钮动做连接和可见度连接。 图4- 20对水泵进行动画连接选中第一个“矩形”右端出现“？”和“”按钮。单击“”按钮，弹出“动画组态属性设置”窗口。在“属性设置”页若观察到“填充颜色”为红色，则： 在“按钮动作”页，选中“数值对象操作”：并填入：取反、水泵。