毕业设计（论文）-基于PLC的空气压缩机的监控系统设计.doc

编号 淮安信息职业技术学院淮安信息职业技术学院 毕毕业业论论文文 题 目 基于 PLC 的空气压缩机的监 控系统设计 学生姓名 学 号 系 部电气工程系 专 业机电一体化技术 班 级 指导教师 顾问教师 二一三年十月 摘 要 摘摘 要要 本设计主要是要研究恒压供气控制系统的硬件电路、恒压变频供气的控制 方法、开发基于 MCGS 组态软件的监控界面。整个系统是用 PLC 进行控制， MCGS 组态软件进行监控。PLC 主要控制空压机的启动和停止，MCGS 用于读 取压力，以便人们随时了解系统信息，进行调整。整个系统自动化水平比较高， 大大减少了人力物力，而且对于压力的变化能很快的做出反应，调节压力。该 系统结构简单、成本、性能稳定，而且功能齐全，非常适合应用和推广。 关键词关键词：MCGS组态软件 PLC 空气压缩机 A Abstractbstract This design is mainly needs to study the constant pressure air feed control systems hardware circuit, the constant pressure frequency conversion air feed control method, the development based on the MCGS configuration softwares monitoring contact surface. The overall system is carries on the control with PLC, the MCGS configuration software carries on the monitoring. The PLC primary control air compressors start and the stop, MCGS uses in reading the pressure, so that we momentarily can understand the system message, makes the adjustment. The overall system automation level is quite high, reduced the manpower and resources greatly, moreover can very quick make the response regarding the pressure change, the adjustment pressure. This system structure is simple, cost, stable property, moreover the function is complete, very suitable to apply and the promotion. Keywords: MCGS configuration software PLC Air compressor 目 录 II 目目 录录 摘摘 要要.I ABSTRACT .II 第一章第一章 绪论绪论.1 1.1 空气压缩机的发展与现状.1 1.2 本课题研究的目的与意义.1 1.3 本课题的任务.2 第二章第二章 供气方案的设计供气方案的设计.3 2.1 恒压供气方法的设计.3 2.2 电气原理图.4 2.3 元器件的选型.4 第三章第三章 控制方案的选择控制方案的选择.8 3.1 控制方案的选择.8 3.2 PLC 的发展过程 .8 3.3 PLC 的发展趋势 .8 3.4 PLC 的主要特点 .9 3.5 PLC 的组成 .9 3.6 系统方框图.10 3.7 外部接线图.11 3.8 PLC 型号的选择 .12 3.9 PLCI/O 点的分配.12 3.10 系统梯形图.14 第四章第四章 组态界面的设计组态界面的设计.20 4.1 组态软件简介.20 4.2 系统组态.21 4.3 主要功能的实现.21 4.4 监控界面的设计.22 4.4.1 新建工程.22 4.4.2 流程画面的建立.22 4.4.3 定义数据对象.24 4.4.4 运行策略.25 4.4.5 MCGS 与 PLC 的连接.25 第五章第五章 总结与展望总结与展望.28 致致 谢谢.29 参考文献参考文献.30 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 0 第一章第一章 绪论绪论 1.11.1 空气压缩机的发展与现状空气压缩机的发展与现状 随着微型计算机技术和自动控制技术的不断进步与发展，许多领域中都引 入了计算机自动检测与控制技术。在煤矿中甚至许多有风动机械的企业，因工 作性质的需要，都离不开空气压缩机。 目前空气压缩机的种类很多，按工作原理可分为容积式压缩机,往复式压缩 机,离心式压缩机,容积式压缩机的工作原理是压缩气体的体积，使单位体积内气 体分子的密度增加以提高压缩空气的压力；离心式压缩机的工作原理是提高气 体分子的运动速度，使气体分子具有的动能转化为气体的压力能，从而提高压 缩空气的压力；往复式压缩机(也称活塞式压缩机)的工作原理是直接压缩气体,当 气体达到一定压力后排出。目前主要用的是活塞式压缩机，活塞式压缩机主要 是向大容量、高压力、低噪声、高效率、高可靠性等方向发展；不断开发变工 况条件下运行的新型气阀，提高气阀寿命。 随着活塞式空气压缩机因为易损件多、体积大、噪声大、震动大、不稳定 及存在危险性等缺点，于一九三六年在瑞典开发出第一台双螺杆式空气压缩机。 但是随着螺杆压缩机的广泛应用，问题也都暴露出来，主要表现为：压力上不 去，适合于八公斤以下，排气量也上不去，最大的机头到现在为止也只有 35 立 方，轴承寿命短，而且需要有专用设备来调整间隙，不稳定性，力无法平衡， 螺杆不能被平衡，噪声及震动不太令人满意。所以，大排气量的离心式空气压 缩机，小排气量的滑片式压缩机，1960 年在法国成功开发出单螺杆式的压缩机。 中国也同样强烈渴望这种高档压缩机，于一九九三年成功开发第一代产品， 经过七年的实验，于 2000 年注册成立“正力精工”并实行批量生产，并于当年 “正力精工”接受国家的创新基金开发国防用无油单螺杆空气压缩机的任务， 并于 2004 年通过验收而转入试用阶段。并于当年成为国家火炬计划的执行单位， 同年还承担独家编制“螺杆式空压机”国家标准。并被国家首推为“煤矿井下 用空压机” 。 现在在产品设计上，应用热力学、动力学理论，通过综合模拟预测压缩机 在实际工况下的性能；强化压缩机的机电一体化，采用计算自动控制，实现优 化节能运行和联机运行。各种新型工质的压缩机仍然是研究的热门，其市场会 在一定滞后时间后得到发展。目前最热门的应当是 CO2 压缩机了，特别是跨临 界循环。各种类型，包括活塞、滑片以及螺杆等的 CO2 压缩机均在研发与应用 中。 第一章 绪论 1 1.21.2 本课题研究的目的与意义本课题研究的目的与意义 回顾工业生产过程和发展历程，在 20 世纪 40 年代前后，大多数工业生产 过程均处于手工操作状态。当时人们主要凭经验由工人控制生产，生产过程中 的关键参数靠人工观察，生产过程靠人工去执行，生产效率很低。而如今科学 技术有了飞速的发展，在短短的几十年中，生产过程有了深远的变革，自动化 水平也在不断进步，实现了全车间，全厂，甚至全企业无人或很少人参与操作 管理，实现了过程控制的最优化与现代化的集中调度管理相结合的方式。 随着技术的发展，我国许多企业存在着严重的设备老化的问题，有大量设 备面临着淘汰。而同时，在国内企业中又普遍存在着资金不足，很难进行大规 模的设备更新换代。因此，如何利用现有设备，并对其进行合理的技术改造， 使其发挥最大的作用，产生最大的效益，是我们所面临的一个急待解决的重要 问题。 现代化的煤矿，要求空气压缩机的装置有较高的自动化水平，采用微机控 制是空压机发展的必然趋势，它可以减轻操作人员的劳动强度，对空压机的可 靠安全运行起到保证和促进作用。按照煤矿安全规程的有关要求，空压机 必须具有四保护，即超压、超温、断油、断水保护装置，煤矿迫切需要一整套 较完善、灵敏可靠的检测保护装置。我们以某煤矿的 5 台空气压缩机为研究对 象，研究基于 MCGS 组态软件的空气压缩机监控系统设计，主要设计内容是设 计恒压供气控制系统的硬件电路、研究恒压变频供气的控制方法、开发基于 MCGS 组态软件的监控界面、完成系统监控调试。其中主要监控的空压机运行 参数有温度、压力，流量以及供电参数等。 1.31.3 本课题的任务本课题的任务 1、设计恒压供气控制系统的硬件电路 2、研究恒压变频供气的控制方法 3、开发基于 MCGS 组态软件的监控界面 4、完成系统监控调试 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 2 第二章第二章 供气方案的设计供气方案的设计 2.12.1 恒压供气方法的设计恒压供气方法的设计 我们可以把罐压力作为控制对象，压力变送器 YB 将储气罐的压力 P 转变 为电信号送给 PID 智能调节器，与压力设定值 P0 作比较，并根据差值的大小按 既定的 PID 控制模式进行运算，产生控制信号送变频调速器 VVVF，通过变频 器控制电机的工作频率与转速，从而使实际压力 P 始终接近设定压力 P0。具体 控制流程图如图 2-1 所示。 图 2-1 恒压供气控制系统流程图 由于本次设计是采用 5 台空气压缩机为研究对象，当所需要的压力不是 很大，其中一台空压机能满足的时候就采用上述方法。当一台空压机不能满 足需要就由 PLC 调节，再启动第 2 台空压机，再不能满足就启动第 3 台， 以此类推。相反的，当开启多台空压机时压力太大，按上述方法调节其中一 台时，调到最小还不能达到所需要的压力，就关闭其中一台空压机，在用上 述方法调节其中几台，还不能满足再关闭其中一台，直到达到需要的压力。 第二章 供气方案的设计 3 2.22.2 电气原理图电气原理图 图 2-2 电气原理图 2.32.3 元器件的选型元器件的选型 (1) 变频器 因为选用 LS-10 型固定式螺杆压缩机电机型号：LS286TSC-4，功率 22kW，频率 50Hz，额定电压 380V，额定电流 42A，4 极，转速 1470r/min，我 们选用一台“台达牌”VFD300B43A 型变频器。因为 LS-10 型空压机是一种大转 动惯量负载，因此选用加大一级变频器(30kW)。选用一台“台达牌”VFD300B43A 型变频器。 变频器的主要参数： 输出：最大适用电机输出功率 30kW，输出额定容量 45.7kVA，输出额定电 流 60A，输出频率范围 0.10400Hz，过载能力为额定输出电流的 150%，运行 60s，最大输出电压对应输入电源。 输入：3 相，380460V AC，50/60Hz，电压容许变动范围10%，频率容许 变动范围5%。输入电流 60A，采用强迫风冷。 该变频器的主要特点： 采用了新一代电力元件 IGBT 作为驱动交流电动机的核心元件，应用高 速微处理器实现正弦波脉宽调制(SPWM)技术，具有无传感器矢量控制及电压/频 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 4 率(V/f)控制 配有 RS-485 接口，可与计算机联结，构成计算机监控、群控系统 自动转矩补偿 禁止电机反转 自动调整加减速时间 带过载(过热保护) (2) PID 智能控制器 兰利牌 PID 智能控制器一个，型号：AL808，采用先进的 PID 调节算法,PID 自整定及分段输出功率限制功能,具备无超调及无欠调的优良控制特性。 AL808 系列仪表功能强大，具有组态灵活、适应性广的特点，适合温度、 压力、流量、液位、湿度的精确控制。 AL809 系列工业调节器是专门针对执行 器为电动调节阀门的应用场合设计的仪表，输出为开关动作，可直接控制电动 调节阀电机的正转反转。 输入信号：可编程多种热电偶、热电阻、mV 级标准信号的输入，还可以扩 充输入信号 测量精度：0.2FS1 个字 采样速度：125 毫秒 控制算法：可编程采用 ON/OFF 或 PID 调节算法,具有 PID 自整定功能 输出方式：模块化输出支持 SSR 电压、线性电流（电压） 、继电器触点开关、 可控硅单相过零触发输出、可控硅三相过零模块 报警方式：有上限、下限、上偏差及下偏差等多种报警模式及上电免除报 警等功能 通讯功能：RS-485 或 RS-232 曲线数目：1 条,具有分段输出功率限制功能 曲线长度：可选 4 段、8 段、16 段或 30 段 程序循环次数：1-200 次式连续运行 面板尺寸：可选 9696mm,4896mm,9648mm 等面板尺寸规格 电源：100 to 240V AC 50/60Hz，24V AC/DC 50/60Hz 工作环境：工作温度：0 to 50，相对湿度85% 变频器接线图如下： 第二章 供气方案的设计 5 图 2-3 变频器接线图 (3) 压力变送器 压力变送器一个，型号：DG1300-BZ-A-2-2，量程:01Mpa，输出 420mA 的模拟信号，精确度 0.5%FS。 该智能型压力变送器选用国际著名公司压力传感器组件，经过高可靠性的 微控制器及高精度温度补偿，将被测介质的绝对压力或表压力的压力信号转换 成 420mADC 标准信号叠加 HART 数字信号，实现远程操控，支持现场总线 基于现场控制的技术升级。高质量的传感器、精湛的封装技术以及完善的装配 工艺确保了该产品的优异质量和最佳性能，该产品能最大限度的满足客户的需 要，适用于与各种测量控制设备配套使用。 防爆标志：隔爆型 d，dCT6 技术性能参数指标： 测量介质：与 316 不锈钢兼容的各种液体、气体或蒸汽 测量范围：表压 0-0.1MPa 至 0250MPa 过载压力：2 倍满量程或 300MPa(取较小值) 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 6 输出信号：420mADC 叠加 HART 数字信号 供电电压：1345VDC 介质温度：-40+85 环境温度：-20+85 储存温度：-40+90 相对湿度：95(40) 准 确 度：0.1 级(包括非线性、重复性及迟滞在内的综合误差) 温度漂移：16 位计算机自适应进行温度补偿精度可达到 0.01FS (4) 接触器 接触器选用 CJXl 系列，该系列交流接触器是九十年代最新产品。本系列产 品为交流 50Hz 或 60Hz，额定绝缘电压为 690-1000V，在 AC-3 使用类别下额定 工作电压为 380V 时的额定工作电流为 9A-400A。主要供远距离接通及分断电路 之用，适用于控制交流电动机的起动、停止及反转，本产品是引进德国西门子 公司制造技术的产品符合 IEC947，VDE0660，GBl4048 等标准。 结构特点：接触器为双断点触头的直动式运动机构，具有三对常开主触头， 辅助触头可有二常开，二常闭。接触器触头支持件与衔铁采用弹性锁扣联结， 消除了薄弱环节。动作机构灵活，手动检查方便，结构设计紧凑，可防止外界 杂物及灰尘落入活动部位。接线端都有防盖，人手不能直接接触带电部位。接 触器外形尺寸小巧，安装面积小。安装方式可用导轨安装，也可用螺钉坚固， 与其它同类产品相比，操作频率和控制容量更高。产品安全、可靠性好，为国 际先进的接触器机种。 (5) 继电器 结构和动作原理： 继电器采用 JK-1 型壳体，将 DZJ-200 机芯装入壳体中，具有透明的壳罩可 以清楚观察到继电器的内部结构。继电器系电磁式继电器，当交流电压通过整 流块加在线圈两端时，衔铁向闭合位置运动，此时动合触点闭合，动断触点断 开，断开电源时，衔铁在接触片的压力作用下，返回到原始状态，动合触点断 开，动断触点闭合。 动作电压：不大于额定电压的 80%，不小于额定电压的 30% 返回电压：不小于额定电压的 5% 动作时间：在额定电压下不大于 0.05s 第二章 供气方案的设计 7 第三章第三章 控制方案的选择控制方案的选择 3.13.1 控制方案的选择控制方案的选择 （1）机械控制方案 机械控制方案用来实现单一功能的循环，功能较弱。对工作环境的选择无 特殊要求，但是保证其长期运行的难度大，它的损耗很大，虽然其价格便宜， 但是长期运作又会使得亏价跟高。需较多的硬件部分，这将会增大控制系统的 安装接线工作量，且会增大控制系统的故障率。 （2）可编程序控制器控制方案 可编程序控制器是以微处理器为基础的新型工业控制装置，已成为当代工 自动化的主要支柱之一。近年其推广应用在我国得到了迅猛发展，其应用领域 包括：1）开关量逻辑控制，2）运动控制，3）闭环过程控制，4）数据处理， 5）通信联网。 因为空气压缩机控制系统的程序步数较多，若采取机械控制方案，则需较 多的硬件部分，这将会增大控制系统的安装接线工作量，且会增大控制系统的 故障率，修改也不方便；若采用单片机控制方案，则需为控制系统制作印制电 路板和许多输入输出接口电路，延长设计制作周期。此外，单片机控制系统 对环境要求较高，不太适于在工作环境相对较差的工业企业使用。综上所述， 空气压缩机对控制系统的各项要求，包括控制系统的特性和优缺点，使用环境 等等，对三种控制方案进行综合考虑和比较，本人认为空气压缩机的控制方案 应排除采用机械控制和单片机控制这两种方案，而应采用可编程序控制器 （PLC）来控制。 3.23.2 PLCPLC 的发展过程的发展过程 虽然 PLC 问世时间不长，但是随着微处理器的出现，大规模，超大规模集 成电路技术的迅速发展和数据通讯技术的不断进步，PLC 也迅速发展，其发展过 程大致可分三个阶段： 早期的 PLC（60 年代末70 年代中期） 中期的 PLC（70 年代末80 年代中期） 近期的 PLC（80 年代中、后期至今） 3.33.3 PLCPLC 的发展趋势的发展趋势 （1）可编程控制技术的标准化 （2）大型计算机特点的集成 （3）系统的开放性和兼容性 （4）通用性和专业化的结合 （5）可编程控制技术的智能化 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 8 （6）可靠性与冗余 3.43.4 PLCPLC 的主要特点的主要特点 （1）可靠性高 （2）丰富的 I/O 接口模块 （3）采用模块化结构 （4）编程简单易学 （5）安装简单维修方便 3.53.5 PLCPLC 的组成的组成 PLC 的硬件主要由中央处理器（CPU） 、存储器、输入单元、输出单元、通 信接口、扩展接口电源等部分组成。其中，CPU 是 PLC 的核心，输入单元与输出 单元是连接现场输入/输出设备与 CPU 之间的接口电路，通信接口用于与编程器、 上位计算机等外设连接。下面对 PLC 主要组成各部分进行简单介绍。 （1）中央处理单元（CPU） 同一般的微机一样，CPU 是 PLC 的核心。PLC 中所配置的 CPU 随机型不 同而不同，常用有三类：通用微处理器（如 Z80、8086、80286 等） 、单片微处 理器（如 8031、8096 等）和位片式微处理器(如 AMD29W 等)。小型 PLC 大多 采用 8 位通用微处理器和单片微处理器；中型 PLC 大多采用 16 位通用微处理器 或单片微处理器；大型 PLC 大多采用高速位片式微处理器。 （2）存储器 存储器主要有两种：一种是可读/写操作的随机存储器 RAM，另一种是只读 存储器 ROM、PROM、EPROM 和 EEPROM。在 PLC 中，存储器主要用于存放 系统程序、用户程序及工作数据。 （3）输入/输出单元 输入/输出单元通常也称 I/O 单元或 I/O 模块，是 PLC 与工业生产现场之间 的连接部件。 PLC 通过输入接口可以检测被控对象的各种数据，以这些数据作 为 PLC 对被控制对象进行控制的依据；同时 PLC 又通过输出接口将处理结果送 给被控制对象，以实现控制目的。 （4）通信接口 PLC 配有各种通信接口，这些通信接口一般都带有通信处理器。PLC 通过 这些通信接口可与监视器、打印机、其它 PLC、计算机等设备实现通信。PLC 与打印机连接，可将过程信息、系统参数等输出打印；与监视器连接，可将控 制过程图像显示出来；与其它 PLC 连接，可组成多机系统或连成网络，实现更 大规模控制。与计算机连接，可组成多级分布式控制系统，实现控制与管理相 结合。 （5）智能接口模块 第三章 控制方案的选择 9 智能接口模块是一独立的计算机系统，它有自己的 CPU、系统程序、存储 器以及与 PLC 系统总线相连的接口。它作为 PLC 系统的一个模块，通过总线与 PLC 相连，进行数据交换，并在 PLC 的协调管理下独立地进行工作。 （6）编程装置 编程装置的作用是编辑、调试、输入用户程序，也可在线监控 PLC 内部状 态和参数，与 PLC 进行人机对话。它是开发、应用、维护 PLC 不可缺少的工具。 编程装置可以是专用编程器，也可以是配有专用编程软件包的通用计算机系统。 专用编程器是由 PLC 厂家生产，专供该厂家生产的某些 PLC 产品使用，它主要 由键盘、显示器和外存储器接插口等部件组成。专用编程器有简易编程器和智 能编程器两类。 (7)电源 PLC 配有开关电源，以供内部电路使用。与普通电源相比，PLC 电源的稳 定性好、抗干扰能力强。对电网提供的电源稳定度要求不高，一般允许电源电 压在其额定值15%的范围内波动。许多 PLC 还向外提供直流 24V 稳压电源，用 于对外部传感器供电。 （8）其它外部设备 除了以上所述的部件和设备外，PLC 还有许多外部设备，如 EPROM 写入 器、外存储器、人/机接口装置等。 3.63.6 系统方框图系统方框图 1、系统的方框流程图如下： 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 10 图 3-1 系统方框图 3.73.7 外部接线图外部接线图 第三章 控制方案的选择 11 图 3-2 系统外部接线图 3.83.8 PLCPLC 型号的选择型号的选择 该系统以开关量输入为主，输入输出总点数小于 16，又因为继电器输出模 块具有价格低，使用电压范围广，寿命短，响应时间较长等特点，故选用继电 器输出模块。综合以上及该控制系统的设计要求可知该系统采用 FX2N-16MR- 001（8 点输入，8 点输出，继电器输出）即可满足要求。由于 PLC 输入点不够， 我选用了 FX2N-16EX 型输入扩展模块。 3.93.9 PLCI/OPLCI/O 点的分配点的分配 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 12 表 3.1 I/O 点分配 继电器控制名称及代符继电器控制名称及代符 X1 M1 手动开关 MK1 X22 M2 启动 MQ2 X2 M2 手动开关 MK2 X23 M3 启动 MQ3 X3 M3 手动开关 MK3 X24 M4 启动 MQ4 X4 M4 手动开关 MK4 X25 M5 启动 MQ5 X5 M5 手动开关 MK5 X26 故障报警 MB X10 程序起动 ZQA X31 M1 停止 MT1 X11 程序停止 ZTA X32 M2 停止 MT2 X12 压力低 DB X33 M3 停止 MT3 X13 压力高 GB X34 M4 停止 MT4 X21 M1 启动 MQ1 X35 M5 停止 MT5 第三章 控制方案的选择 13 3.103.10 系统梯形图系统梯形图 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 14 第三章 控制方案的选择 15 图 3-3 系统梯形图（低压运行） 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 16 以上几段梯形图是在低压的时候运行的，通过 X10 和 X11 来启动和停止程 序，当检测达到低压下限时，产生信号，使 PLC 内部辅助继电器工作，停止以 被停止电机的下顺序电机。当扫描到压力上限时，产生信号，使 PLC 内部辅助 继电器工作启动已被启动的电机的下一顺序电机。在压力上限或压力下限时， DIFU 指令又未使下一顺序电机改变原状态，那么 TIM09 将以 0.5S 为周期产生一 个脉冲信号启动或停止循环中的在下一顺序电机，直到某一顺序电机的原状态 被改变。TIM10 将以 300S 为一个扫描周期，巡查压力是否在设定值之间，是否 将产生一个脉冲信号促使 TIM09、TIM11 继续启动或停止电机。然后再以 300S 为一个扫描周期巡查压力变化，确保压力控制在所要求的范围内，以保持压力 的稳定。 第三章 控制方案的选择 17 图 3-4 系统梯形图（高压运行） 以上几段梯形图是在高压的时候运行的，当检测达到低压下限时，产生信 号，使 PLC 内部辅助继电器工作，停止以被停止电机的下顺序电机。当扫描到 压力上限时，产生信号，使 PLC 内部辅助继电器工作启动已被启动的电机的下 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 18 一顺序电机。在压力上限或压力下限时，DIFU 指令又未使下一顺序电机改变原 状态，那么 TIM11 将以 0.5S 为周期产生一个脉冲信号启动或停止循环中的在下 一顺序电机，直到某一顺序电机的原状态被改变。TIM12 将以 300S 为一个扫描 周期，巡查压力是否在设定值之间，是否将产生一个脉冲信号促使 TIM11 继续 启动或停止电机。然后再以 300S 为一个扫描周期巡查压力变化，确保压力控制 在所要求的范围内，以保持压力的稳定。 第四章 组态界面的设计 19 第四章第四章 组态界面的设计组态界面的设计 4.14.1 组态软件简介组态软件简介 MCGS 全中文工业自动化控制组态软件（以下简称 MCGS 工控组态软件或 MCGS）为用户建立全新的过程测控系统提供了一整套解决方案。MCGS 工控组态 软件是一套 32 位工控组态软件，可稳定运行于 Windows95/98/NT 操作系统，集 动画显示、流程控制、数据采集、设备控制与输出、网络数据传输、双机热备、 工程报表、数据与曲线等诸多强大功能于一身，并支持国内外众多数据采集与 输出设备，广泛应用于石油、电力、化工、钢铁、矿山、冶金、机械、纺织、 航天、建筑、材料、制冷、交通、通讯、食品、制造与加工业、水处理、环保、 智能楼宇、实验室等多种工程领域。 MCGSWW 服务器版本，集工业现场的集散控制和各类历史、实时数据及相关 曲线的 WWW 发布于一体，可以解决整个企业的 Internet/Intranet 方案，也可 以非常方便的与您已有的企业网络相衔接，让您从具体的技术环节和繁杂的数 据堆中脱身，随时随地掌握工业现场与企业运营状态，了解所需的各项信息， 大幅度提高工作效率，实现成功决策。 MCGS 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。为用户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、曲线和报表输出、企业监控网络以及高性能、高可靠性、低成本的嵌入 系统等功能。使用 MCGS，用户无须了解计算机编程的知识，就可以轻易完成一 个稳定，成熟，具备专业水准的计算机监控系统。 与国内外同类产品相比，MCGS 5.1 版组态软件具有以下特点：全中文可视 化组态开发界面，真正的 32 位程序，可运行于等多种操作系统。经过长期现场 实际运行的考验，系统稳定可靠。庞大的标准图形库、完备的绘图工具集以及 丰富的多媒体支持，使您能够快速地开发出漂亮、生动的工程画面。支持目前 绝大多数硬件设备，同时可以方便地定制设备驱动。 强大的网络功能，支持 TCP/IP、Modem、485/422/232 等多种网络体系结构。 良好的可扩充性，可通过 OPC、DDE、ODBC、ActiveX 等机制，方便地 扩展 MCGS 组态软件的功能。与其他组态软件、MIS 系统或自行开发的软件连接。 使用 WWW 网络版组态软件能够方便地实现设备管理与企业管理的集成。在整个 企业范围内，使用 IE 浏览器就可以方便的浏览到实时的和历史的生产信息。 MCGS 嵌入式组态软件，可快速高效的开发嵌入式系统，提供高性能、高可靠性、 低成本的全面嵌入式解决方案。MCGS 5.1 全中文工控组态软件包括以下产品： MCGS 5.1 通用版组态软件； MCGS 5.1 WWW 网络版组态软件；MCGS 5.1 嵌入式 组态软件。 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 20 4.24.2 系统组态系统组态 MCGS 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）主控窗口组态主控窗口是应用系统的父窗口和主框架。通过对系统菜 单和系统参数的定义和设置来调度与管理运行系统，反映出应用工程的总体概 貌。 （2）用户窗口组态主要用于设置工程中的人机交互界面，用户窗口中的监 控画面由静态和动态画面两部分组成。本工程组态的用户窗口有主控界面、参 数设置、曲线图、数据打印、远程控制等。 （3）实时数据库组态实时数据库是 MCGS 的核心，工程各个部分均以实时 数据库为公用区交换数据，实现各个部分协调动作。按照系统设计的实际需要， 本工程定义和设置了数值型、组对象三类数据对象，共约 200 点。 （4）设备构件组态设备窗口是连接和驱动外部设备的工作环境。计算机串 行口是计算机和其它设备通讯时最常用的一种通讯接口，一个串行口可以挂接 多个通讯设备，为适应计算机串行口的多种操作方式，MCGS 组态软件采用在串 口通讯父设备下挂接多个通讯子设备的处理机制。本工程设备窗口组态时的几 点说明：首先，现场智能设备上的口地址跳线要和相应设备构件属性中模块地 址设置一致；其次，所有通讯子设备构件的初始工作状态设置为停止；第三， 在通道连接属性页中，把所有未使用的通道的周期设置为 0。 （5）运行策略组态本窗口主要完成工程运行流程的控制。根据实际系统的 控制算法及要完成的特定流程和操作处理，在 MCGS“运行策略”窗口中对“循 环策略 ” 、 “用户策略” 、 “报警策略”等分别进行组态和设置。如对循环策略的 组态是利用策略工具箱中的脚本程序构件，用类 Basic 语言的命令编写设备启 停、 报警限值在线设置、开机自检、电机转子旋转动画等处理程序，同时设 置策略行条件属性；报警策略用来实现对不同类型报警（如温度、断水等）的 语音提示， 语音文件中的压力、励磁电流、汉语发音由中科大讯飞信息科技公 司“InterPhonicCN 语音合成系统”产生，报警效果如真人发音；用户策略主要 用存盘数据提取、Exce 报表输出构件产生各种报表及故障诊断信息，以供操作 人员查询、打印及分析之用。 4.34.3 主要功能的实现主要功能的实现 主要功能的实现 MCGS 运行环境是独立的运行系统 ，按照组态环境中用户 指定的方式进行各种处理，完成用户组态设计的目标和功能。 （1）该监控系统根据操作人员不同，设定不同的使用权限，有效地保证了 系统操作的安全性。 第四章 组态界面的设计 21 （2）系统参数实时监测及显示本系统通过 MCGS 组态软件实现了对空压机 运行所有参数的实时监控，使得各空压机当前的流量、供电参数、监控温度、 监控压力等直观动态的显示在同一画面上，便于监控生产，实现了生产过程的 实时管理和系统的可视化 。 （3）参量超限报警及故障诊断本工程对空压机系统的供电主电流、励磁电 流、一级缸排气温度 、二级缸排气温度、油温、风包温度、冷却水温、一级缸 压力、二级缸压力、油压、断水等参量都设置了超限报警，运行过程中一旦参 量值超限，组态软件可实现分类语音报警和动态画面提示，并可将报警信息存 入报警信息数据库，供事后统计分析。针对每个设置有报警属性的参量，在组 态时都给出了报警原因分析，因此，利用报警信息数据库可以生成故障专家诊 断信息，以供现场人员检修时参考。按照规程 ,空压机系统的不同参量的报警 限值因季节而异，为适应这种状况，用循环策略实现了报警限值的在线设置。 （4）存盘数据处理利用 MCGS 组态软件设置的历史报表、历史曲线以图表 或曲线形式给出空压机关键参数在历史任意时刻的运行状态及变化趋势，以备 现场操控人员查询、分析之用。由存盘数据提取和 Excel 报表输出构件制作的 班报表、日报表、月报表，可定期打印上报，克服了以前人工记录数据的繁琐 与随意性。 （5）远程控制空压机的启停及状态监控由下位机 PLC 编程实现，通过现 场控制柜上转换开关的切换，空压机可工作于单台手动和自动编组运行控制两 种方式。通过设备构件的组态，可方便地在上位机实现空压机组的远程手动与 自动编组运行控制 。 4.44.4 监控界面的设计监控界面的设计 .1 新建工程新建工程 鼠标双击“Mcgs 组态环境”图标，进入 MCGS 组态环境。在菜单“文件”中 选择“新建工程”菜单项，如果 MCGS 安装在 D：根目录下，则会在 D：MCGSWORK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 新建工程的顺序号，如：0、1、2 等)。 您可以在菜单“文件”中选择“工程另存为”选项，把新建工程存为，存 在你想存的位置。这样工程建立完毕。 .2 流程画面的建立流程画面的建立 按“新建窗口”按钮，或执行菜单中的“插入”“用户窗口”命令，即 可创建一个新的用户窗口，以图标形式显示，如“窗口 0” ，我们可以改成自 己需要的名称。开始时，新建的用户窗口只是一个空窗口，用户可以根据需要 设置窗口的属性和在窗口内放置图形对象。窗口如下图： 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 22 图 4-1 新建工程窗口 选中刚创建的用户窗口，单击“动画组态” ，进入动画制作窗口。单击工具 条中的“工具箱”按钮，则打开动画工具箱，图标对应于选择器，用于在编辑 图形时选取用户窗口中指定的图形对象；图标用于打开和关闭常用图符工具箱， 常用图符工具箱包括 27 种常用的图符对象。根据需要，选择相应的模块，建立 一个整体的系统，如下图： 图 4-2 系统整体示意图 第四章 组态界面的设计 23 再另外建个实时数据用户窗口，用于建立实时数据、历史数据、实时曲线、 历史曲线等模块。这样一个基本的用户窗口就创建完成。 .3 定义数据对象定义数据对象 实时数据库是 MCGS 工程的数据交换和数据处理中心。数据变量是构成实 时数据库的基本单元，建立实时数据库的过程也即是定义数据变量的过程。定 义数据变量的内容主要包括：指定数据变量的名称、类型、初始值和数值范围， 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。下面介绍监控系统数据变量的定义步骤。鼠标点击工作台的“实时数据库”窗 口标签，进入实时数据库窗口页。按“新增对象” 按钮，在窗口的数据变量列表 中，增加新的数据变量，多次按该按钮，则增加多个数据变量，系统缺省定义 的名称为“Data1”、 “Data2”、 “Data3”等选中变量，按“对象属性”按钮或双击选中变 量，则打开对象属性设置窗口。指定名称类型：在窗口的数据变量列表中，用 户将系统定义的缺省名称改为用户定义的名称，并指定类型，在注释栏中输入 变量注释文字。本系统中要定义的数据变量如下图所示，以“压力