基于MCGS的水塔水位仿真实验平台设计.doc

基于MCGS的水塔水位仿真实验平台设计苗荣霞 齐立坤西安工业大学电子信息工程学院，陕西 西安 未央区 710021摘 要:为了介绍MCGS仿真和演示实验平台的开发过程及其在PLC教学中的作用，提出了利用组态软件MCGS的动画设计、图形绘制、运行策略等功能设计水塔水位的仿真实验平台。通过组态软件设计的仿真程序平台,可以直观、逼真地显示PLC动态控制过程,克服了传统实验人机界面差等缺点，大大提高PLC实验的教学水平和教学效果。关键词:MCGS; PLC;水塔水位；实验教学中图分类号:TN9文献标识码:ADevelopment of Simulating System of water tower water level Experiment Based on Configuration Software MCGSMIAO Rong-Xia QI Li-KunThe Electronic Information Engineering College of Xian Technological University, Wei yang, Xian, Shan xi, 710021Abstract: The paper introduces the simulation and experimental demonstration platform and the using of PLC in teaching based on how to design the water tower water level relying on the configuration software MCGSS function, such as animation design, graphics, operation strategy and so on . The configuration software design of simulation platform can show the control process intuitively and realistically and overcome the disadvantage of the poor Man-machine interface to greatly improve the PLC experiment teaching level and teaching effect.Keywords: MCGS;PLC; water tower water level ;Teaching experiment1引言在现代工业自动化四大支柱中位居首位应用深广度上，还没有任意一种控制设备能与PLC相媲美,随着计算机科学技术的进步,特别是计算机控制技术的发展,各行各业对PLC技术人员的需求量急剧上升，对于还在学校的自动化、电气工程专业学生来说掌握好PLC技术已可刻不容缓，从而要更加重视PLC的学习。PLC教学实验需要解决的关键问题是PLC的控制对象。PLC的传统控制对象是实物模型,但食物模型一般存在成本高、难维护、种类少等不足。实验装置通常包括PLC与相关的实验操作面板。实验模块上包括了按钮和指示灯,实验时按下相关的按钮,起动PLC中的程序,同时模块上对应指示灯表示PLC对控制对象的控制情况,这种用指示灯模拟显示PLC控制对象,与实物模型相比成本低,但存在人机界面、可视性差、结果观察不直观等缺点。利用组态软件制作出动画形式直观逼真地显示控制对象的PLC动态控制过程,既可以克服实物模型的缺点,又可利用有限的设备结合多样化的程序丰富学生的实验课内容,提高本课程的理论与实验教学水平和教学效果，提高学生对PLC实验的兴趣和理解,更好的掌握所学的内容。组态程序具有成本低、维护方便、灵活多样、形象直观等优点。2 MCGS 软件介绍MCGS 是用于快速构造和生成计算机监控系统的组态软件。它能够在基于 Microsoft 的各种 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、流程控制和报表输出等多种方式向用户提供解决实际工程问题的方案,在自动化领域有着广泛的应用。MCGS嵌入式体系结构分为组态环境、模拟运行环境和运行环境3部分。组态环境和模拟运行环境相当于一套完整的工具软件，可以在PC 机上运行。用户可根据实际需要裁减其中内容。它帮助用户设计和构造自己的组态工程并进行功能测试。由MCGS嵌入版生成的用户应用系统，其结构由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略5个部分构成，如图1所示：图1 MCGS的组成图 Figure 1 MCGS components3 系统构成利用MCGS组态软件设计PLC仿真控制对象,是指在计算机上运行事先编写好的MCGS仿真程序,用软件提供的图形动画来代替硬件(被控对象)的工作,借助计算机屏幕观察控制过程与结果。仿真PLC控制对象的实验系统结构如图2所示：PLC上位机检测输入操作台命令控制对象下位机下位机图2 系统结构图 Figure 2 System structure diagram4水塔水位控制仿真实验平台的设计水塔水位控制是PLC实验中典型示例之一,本文以该实验为例来说明利用MCGS组态软件进行PLC实验仿真实验平台设计的的基本方法。本设计主要包括以下四个部分：监控界面的设计、运行策略、通讯设计、运行和调试。4.1 监控界面的设计将MCGS组态软件用于PLC实验教学可通过电脑动画显示,监控实验的动态过程,使其具有直观性、灵活性和参与性。(1) 仿真画面。为了能够形象生动地表示真实的被控对象,仿真人机界面需要通过绘制逼真的平面或立体图形来展现。在MCGS组态平台上,进入用户窗口的动画组态,即进入监控界面制作窗口。图3为水塔水位控制的仿真画面图3 水塔水位控制仿真画面 Figure 3 Water tower control simulation screen（2）建立数据库数据库是MCGS软件的核心部分,实验项目要以动画的形式反映在屏幕上,操作者在计算机前发布的指令也要迅速送到实验PLC 上,所有这一切都是以实时数据库为中介环节,所以说数据库是联系上位机和下位机的桥梁。在组态软件中建立一个工程, 在导航器的实时数据库中根据控制系统输入输出信号的数量建立相应的变量如表一，并为每个变量定义一个名称,确定变量的类型,只要把I/O 变量连结到前面定义的外部设备上,就可以和组态软件开发的仿真系统交换数据了。表1 数据对象定义表 Table 1 Data object definition table对象名称类型 注释调节阀开关型 控制调节阀的“打开”、“关闭”的变量出水阀 开关型 控制出水阀的“打开”、“关闭”的变量水泵开关型 控制水泵的“打开”、“关闭”的变量液位1数值型 控制1号水罐水位的变化液位2液位1上限液位1下限液位2上限液位2下限液位组 数值型 控制1号水罐水位的变化 数值型 运行环境下设定水罐1的上限报警值 数值型 运行环境下设定水罐1的下限报警值 数值型 运行环境下设定水罐2的上限报警值 数值型 运行环境下设定水罐2的上限报警值 组对象 用于历史数据、历史曲线、报表输出等功能构架（3）动画链接仿真界面设计完成后,还需要动态显示PLC控制过程,需要对这些图形对象进行动画设计,形象生动的展示被控对象的变化过程,达到过程实时监控的目的。在MCGS组态软件中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。动画链接设计窗口如图4所示：图4 动画链接设计窗口 Figure 4 Animation link design window 4.2 运行策略运行策略是组态软件MCGS为用户提供的一个比较高级的开发平台。在这一平台中,MCGS中包括了大量的运行策略构件,比如脚本程序、窗口操作、存盘数据浏览和定时计数操作等。通过运行策略这一平台,可以编写与设计界面有关的动画程序或是编写与现场控制参数有关的数据处理控制程序,还可以利用其提供的定时器构件实现现场需要的定时操作,打开关闭各种窗口及策略等。水塔水位设计的脚本程序如下：IF 液位19 THEN 水泵=1 ELSE 水泵=0 ENDIF IF 液位21 and 液位29 THEN 调节阀=1 ELSE 调节阀=0 ENDIF4.3 通讯设计设备构件是MCGS系统对外部设备实施设备驱动的中间媒介，通过建立的数据通道，在实时数据库与测控对象之间，实现数据交换，达到对外部设备的工作状态进行实时检测与控制的目的。MCGS系统内部设立有“设备工具箱”，工具箱内提供了与常用硬件设备相匹配的设备构件。在设备窗口内配置设备构件的操作方法是： 1.选择工作台窗口中的“设备窗口”标签，进入设备窗口页。 2.鼠标双击设备窗口图标或单击“设备组态”按钮，打开设备组态窗口。3.在设备组态窗口中单击右键或单击工具箱按钮，单击打开设备工具箱，见图5。图5 设备工具箱 Figure 5 Equipment toolbox4.双击设备工具箱中的串口通讯父设备，便完成了将其添加到设备组态窗口，用同样的方法可将西门子S7-200PPI添加到设备组态窗口。4.4运行和调试工程初步建立起来后, 进入到运行和调试阶段。在组态软件开发系统中选择“文件 切换到 View”菜单命令, 进入MCGS运行系统。在运行系统中选择“画面 打开”命令, 从“打开画面”窗口选择“T e s t ”画面。显示出组态软件运行系统画面,即可看到矩形框和文本在动态变化，如图7所示。图7 运行调试结果 Figure 7 The results of the debugging5 结论基于MCGS组态软件的PLC实验教学,充分体现了MCGS组态软件的强大数据处理和图形表现能力与强抗干扰能力的完美结合,是PLC实验教学方式的一种探索、一种改革、一种进步。PLC以及组态软件就可以完成整个教学实验系统的开发,这样就解决了各高校开展PLC实验课题难或无法开展PLC实验课题的问题，与传统的实验方法相比,基于组态软件的PLC控制系统仿真实现的优点在于:实验经费少、实验设备简单、实验条件容易满足、安全系数高!实验现象直观、提高学生学习兴趣等。参考文献：1MCGS参考手册.北京昆仑通态自动化软件科技有限公司DB /CD .2005, 2.2陈建明，王亭岭，孙标.电气控制与PLC应用.北京：电子工业出版社，2010.3田小军,邹 武.教学实验控制面板的研制与应用J.实验室研究与探索, 2003, 22(2): 82-84.TIAN Xiao-jun,ZHOU Wu. The development and application of the J. Laboratory of research and exploration of the teaching experiment of the control panel, 2003, 22(2): 82-84.4张万忠.可编程控制器应用技术M.化学出版社，2002.5 王兆义.小型可编程控制器实用技术M .北京:机械工业出版社, 2002.6贾贵礼.组态软件控制技术M. 北京理工大学出版社，2002.7 袁云龙.基于组态软件的PLC控制系统仿真实现J.自动化仪表, 2006(5): 57-58.YUAN Yun-long. Realization of configuration software of control system simulation based on PLCJAutomation Instrument，2006(5): 57-588高钦和.可编程控制器应用技术与设计实例.北京：