仪表自动化实验装置设计(流量)

1、摘要本项目是对仪表自动化实验装置设计与制作的研究，项目中设备全部 采用工业屮实际的元器件，因此和工业屮的电气控制系统是完全一致的， 可以让我们更好的进行理实一体的学习。实验设备口j以检测流量、温度、 液位、压力等四大热工参数，并且可以进行液位的测量与控制、压力的测 量与控制、流量的测量与控制、温度的测量与控制等。本文给出了整套系统电气原理与接线图，以基于智能仪表的流量控制 系统为例介绍了控制过程与控制原理。选择了硬件与接线，并编写mcgs 组态软件程序实现对智能仪表的监控。最后具体介绍了了实验操作的步骤, 通过整机联调，实现对系统参数的整定，达到了预期控制的效果。关键词：仪表门动化，实验装置，

2、控制系统，mcgs,流量abstractthis project is on the instrument design and production of automated experimental device study projects in the actual equipment used in all industrial components, so the electrical and industrial control system is exactly the same, allowing us to better management of the real one

3、 to lcani. laboratory equipment can detect flow, temperature, level, pressure and other four thermal parameters, and can be liquid level measurement and control, pressure measurement and control, flow measurement and control, temperature measurement and control.in this paper, the entire system elect

4、rical schematic and wiring diagrams, flow-based intelligent instrument control system as an example of the control process and control theory choose the hardware and wiring, and write mcgs configuration software program for intelligent instrument control. finally, specific description of the experim

5、ental operation of the steps, through the whole fbi, to achieve the tuning of system parameters to achieve the desired control effect.key words： instrument automation, test equipment, control systems,mcgs, flow目录摘要abstract第一章绪论41. 1选题背景412仪表装置研究目的及意义413木课题研究的内容5第二章仪表装置控制系统简介62.1过程控制系统简介62.2基于组态软件的仪表

6、装置系统方案简介72. 2. 1 一般计算机测控系统组成72. 2. 2基于组态软件的仪表口动化监控系统方案8第三章仪表装置硬件设计93. 1工艺流程图93. 2硬件组成介绍103. 3监控系统硬件组成结构图103. 4描述基于上润仪表的控制系统搭建113. 4. 1基于上润仪表的控制系统搭建113.4.1选择执行器113. 3. 3流量传感器原理与特性13第四章 监控系统软件设计164. 1mcgs组态软件简介164. 1. 1mcgs组态软件的功能和特点164. 1. 2mcgs组态软件的系统构成184. 2基于mcgs的监控界面设计194. 3mcgs 组态21第五章 监控系统的组态实现

7、与调试235.1流量监控系统上位机与仪表通讯235. 2控制算法设计245.2. 1pid算法简介245. 2. 2p1d参数整定255. 3实验实例26第六章总结28参考文献29pfj" 乍昔误！未定义书签。致谢30第一章绪论1.1选题背景随着现代科技进步，自动化得到了越来越广泛的应用，自动化水平已成 为衡量各行各业现代化水平的一个重要标志。为了保证生产过程安全、可 靠的运行，要随时对生产过程中使用的仪表进行维护和校准。传统的将生产 过程中使用的仪表拿回实验室进行校准的方法已不能满足生产的要求，取 而代之的是在现场直接对仪表进行校准。口动化检测仪表是自控系统中关 键的子系统之一。一

8、般的自动化检测仪表主要由三个部分组成:传感器, 利用各种信号检测被测模拟量;变送器，将传感器所测量的模拟信号转变 为420 ma的电流信号，并送到可编程序控制器(plc)中;显示器，将测量 结果直观地显示出来，捉供结果。这三个部分有机地结合在一起，缺少其屮 的任何一部分，则不能称为完整的仪表。自动化检测仪表以其测量精确、显 示清晰、操作简单等特点,在工业生产屮得到了广泛的应用，而且自动化检 测仪表内部具有与微机的接口，更是自动化控制系统中重要的部分,被称为 自动化控制系统的眼睛。1.2仪表装置研究目的及意义为了准确地检测岀生产过程中的各个有关参数，如压力、温度、流量 及液位等等。检测这些参数的

9、技术工具称为检测仪表。用来将这些参数转 换为一定的便于传送的信号(电信号或气压信号)的仪表通常称为传感器。 当传感器的输岀为单元组合仪表屮规定的标准信号时，通常称为变送器。在现代工业生产过程中，仪表口动化技术止在为实现各种最优的技术 经济指标、提高经济效益和劳动生产率、改善劳动条件、保护生态环境等 方面起着越來越大的作用。仪表自动化实验装置的目的是让同学了解和掌 握典型的过程检测和控制仪表的工作原理与工作性能，并能根据生产过程 的特点和控制要求，选用适当的自动化仪表和适当的控制策略。如何设计 出一套适合于教学的、先进的、高效的、功能齐全的、经济性好的仪表口 动化实验装置是b前从事仪农自动化教学

10、人员和工程技术人员急需解决的 一个问题。仪表在测量和控制技术小不能单独发挥作用，它必须与装置技术-起 才能起作用。对于装置的大型化、复杂化以及对产品品质的要求越来越高 的趋势，仪表的作用和意义主要体现在以下儿个方面：1使控制过程均匀变化，操作简单化，有利于产品品质的提高；2. 有助于提高设备效率，减少建设费用，并使操作安全化；3. 提升企业安全率，降低故障发生率，减少维修费用，延长装置寿命;4. 能够降低操作人员、原材料等原因对生产的影响，进而提高生产效 率；5改善操作环境，防止安全事故的发生。1.3本课题研究的内容设计完成控制对彖，并设计完成控制柜，包描电气原理图和接线图等, 然后选择以下其

11、屮一种控制系统阐述自己设计系统的控制原理与控制过 程，并说明实验的步骤以及参数整定的方法。基于智能仪表的流量控制系 统（执行器：电动调节阀）。以上部分需要完成的工作包括：（1）熟悉过程控制系统的特点和所研究的被控对象与被控变量。（2）掌握智能仪表的使用与接线方法。（3）掌握无纸记录仪、流量积算仪的使用与接线方法。（4）掌握基本的控制算法。（5）汇总仪表口动化实验装置的工程设计图纸。（6）整机联调。第二章仪表装置控制系统简介2.1过程控制系统简介以表征牛产过程的参量为被控制量使之接近给定值或保持在给定范围 内的自动控制系统称为过程控制系统。这里过程是指在生产装置或设备中 进行的物质和能量的相互作

12、用和转换过程。表征过程的主要参量有温度、 压力、流量、液位、成分、浓度等。通过对过程参量的控制，可使生产过 程中产品的产量增加、质量提高和能耗减少。一般的过程控制系统通常采 用反馈控制的形式，这是过程控制的主要方式。给定值图2. 1过程控制系统框图过程控制在石油、化工、电力、冶金等部门有广泛的应用。20世纪50 年代，过程控制主要用于使生产过程中的一些参量保持不变，从而保证产 量和质量稳定。60年代，随着各种组合仪表和巡回检测装置的出现，过程 控制已开始过渡到集中监视、操作和控制。70年代，出现了过程控制最优 化与管理调度自动化相结合的多级计算机控制系统。80年代，过程控制系 统开始与过程信息

13、系统相结合，具有更多的功能。随着人们物质生活水平的提高以及市场竞争的日益激烈，产品的质量 和功能也向更高的档次发展，制造产品的工艺过程变得越来越复杂，为满 足优质、高产、低消耗，以及安全生产、保护环境等要求，做为工业自动 化重要分支的过程控制的任务也愈来愈繁重。在现代工业控制中，过程控制技术是一历史较为久远的分支。在世纪 3()年代就已有应用。过程控制技术发展至今天，在控制方式上经历了从人 工控制到自动控制两个发展时期。在自动控制时期内，过程控制系统又经 历了三个发展阶段，它们是：分散控制阶段，集中控制阶段和集散控制阶 段。几i年来，工业过程控制取得了惊人的发展，无论是在大规模的结构 复杂的工

14、业生产过程中，还是在传统工业过程改造中，过程控制技术对于 提高产品质量以及节省能源等均起着十分重要的作用。目前，过程控制止朝高级阶段发展，不论是从过程控制的历史和现状 看，述是从过程控制发展的必要性、可能性来看，过程控制是朝综合化、 智能化方向发展，即计算机集成制造系统（cims）：以智能控制理论为基础, 以计算机及网络为主要手段，对金业的经营、计划、调度、管理和控制全 面综合，实现从原料进库到产品出厂的自动化、整个生产系统信息管理的 最优化。2. 2基于组态软件的仪表装置系统方案简介2. 2.1 一般计算机测控系统组成组态控制技术是一种计算机控制技术。利用组态控制技术构成的计算 机测控系统与

15、-般计算机测控系统在结构上没有本质上的区别，它们都出 被控对象、传感器、i/o接口、计算机和执行机构几部分组成，如图2.2所 示。i/o接口场数 现参图2. 2 一般计算机控制系统的结构组成传感器的作用是对被控对象的各个参数进行检测。通过传感器，计算 机能“感知”生产进行的情况，将参数在显示器上显示。并根据参数实际 数值与设定数值发偏差，按照一定的控制算法发出命令，控制执行机构的 动作，从而完成控制任务。如水箱水位控制系统屮计算机通过水位传感器 测知水位的高低和是否越限，将这情况在显示器上显示出來，并根据水位 的高低控制给水阀门的关闭或打开，实现水位测量与控制的目的。传感器、执行机构一般置于生

16、产现场，和被控对彖在一起，也叫现场 设备。采用组态软件技术的系统，计算机一般置于控制室。如果把计算机比喻成系统的大脑，传感器就相当于它的眼卩青，执行器 就是手和脚。计算机只能接受数字信号（电压、电流），计算机和传感器及 执行器需要i/o接口设备來进行信号的转换与联系，因此i/o设备是沟通 计算机和现场设备的桥梁。i/o接口里只要的部件常常用来将模拟量转换 成数字量的a/d转换器、将数字量转换成模拟量的d/a转换器，对开关量 进行信号隔离的光电隔离器等。i/o设备可安装在计算机里（如各种i/o板 卡）、计算机外控制室里（如带通信接口的智能仪表），也可安装在现场（如智能传感变送器、i/o模块）基于

17、组态软件的仪表口动化监控系统方案。2. 2. 2基于组态软件的仪表自动化监控系统方案主要由装有mcgs的上位机通过rs232c或rs485与仪表通讯，仪表 对被控变量（液位、温度、流量、压力）进行控制。液位：执行器是电动调节阀，变送器是压力传感器，4-20ma信号。 通过压力传感器的4-20ma电流信号来控制电动调节阀的开口大小，从而 控制液位的高低达到动态的平衡。温度：执行器是单相可控硅移相调压器，温度传感器是ptiooo通过 温度传感器pt100对液体温度进行监控，对单项可控硅移相调压器的参数 进行改变就可以对液体的温度进行调整以及对监控温度的设定。流量：执行器是电动调节阀，变送器是涡轮流

18、量计，频率信号由流量 积算仪转换成4-20ma信号。涡轮流量计通过对涡轮旋转的次数进行计数, 将频率信号转换成流量积算仪可以识别的4-20ma电流信号对电动调节阀 进行控制，从而调节流量。压力：执行器是电动调节阀，变送器是压力传感器：4-20ma信号。 通过压力传感器对液体的压力进行监控，将4-20ma信号传送到电动调节 阀控制阀的开口大小，从而进行自动化监控。第三章仪表装置硬件设计3.1工艺流程图丿下水间1下水m4手动流量 控» '下水m2上水m1图3. 1仪表自动化实验装置设计与制作压力控制：首先上电，将手动阀1、手动流量控制阀1、手动流量控制 阀2、下水阀1和下水阀2打

19、开，通过上位机进行压力设定，并设置智能 pid调节仪中p、i、d等相关参数，由压力变送器采集管道压力大小信息 并传送至智能pid调节仪，控制电动调节阀开度的大小来控制管道压力的 大小。液位控制：首先上电，将总阀、手动阀2、上水阀1、下水阀1和下水 阀2打开，然后对智能pid调节仪进行液位参数设置，通过对参数的设置 来设置报警位置，由液位变送器进行监测并控制电磁阀的通断来控制液位 的稳定；或者将手动阀1、手动流量控制阀1、手动流量控制阀2、下水阀 1和下水阀2打开，然后对智能pid调节仪进行液位参数设置，通过对参 数的设置来设置报警位置，由液位变送器进行监测并控制电动调节阀开口 的大小來控制液位

20、的平衡。流量控制：首先上电，将总阀、手动阀1、手动流量控制阀1、手动流 量控制阀2、下水阀1和下水阀2打开，然后对智能pid调节仪进行流量 参数的设置，通过流量传感器进行检测并控制电动调节阀开口的大小来控 制液体的流量。温度控制：首先上电，将总阀和上水阀2打开，关闭下水阀3和下水 阀4,将换热器中注入适量的水，然后将总阀关闭，把卜水阀4打开少许开度，让水缓慢流通。然后断开转换开关给电热管供电、给调节器供电。 通过对智能pid调节仪进行温度的参数设置控制液体的温度。3. 2硬件组成介绍该仪表自动化试验装置的机械部分由以下器件组成#水槽、2#水槽、 换热器、储水箱、流程柜、上水管和下水管。通过该机

21、械部分可以完成液 体的上水、排水和循环。该仪表自动化试验装置的自动装置部分由以下器件组成：执行器：电动调节阀，可以通过对智能pid调节仪对流量或者液位参 数的设置，能够通过改变阀口人小对液体的流量和液位的高度进行控制、 单相可控硅移相调压器，可以对换热器内的换热管进行加热控制，通过水 泵与上下水管的管路循环，来进行温度的控制。变送器：pt100 （可以对换热器内的温度进行监控并传递给智能pid 调节仪）、涡轮流量计和流量积算仪（涡轮流量计将涡轮的频率信号转换成 电信号传动到流量积算仪进行对流量的监控）、压力变送器（可以将液体的 高度通过压力变送器传送到智能pid调节仪，从而分析压力，对液位等条

22、 件进行控制）、液位变送器（可以将液位信号传送到智能pid调节仪对液 位进行监测，控制）。控制器：上润仪表（通过上润仪表进行对液位、流量、温度等因素进 行参数设置）、无纸记录仪（通过无纸记录仪可以将液位的高度，流量的大 小，温度的高低这些抽象的数据转换成具体的曲线图，便于师生进行检测, 学习；述可以实现报警、参数修改、历史曲线、实时报表、历史报表、安 全机制等）具体的硬件器件选型，见附录。3. 3监控系统硬件组成结构图现场丿去图3.2监控系统硬件组成结构图监控层：监控层pc机实现对生产设备的监控、故障报警、统计、调 度等功能。控制层：该层主要完成上润仪表与监控层pc机之间的信息传送，通 过串行

23、通讯向监控层传送数据和接受监控层控制指令。现场层：主要功能是连接现场设备，如传感器、执行机构、开关设备 等，完成现场设备控制及设备间连锁控制。设备生产工艺控制程序存储在 上润仪表中，所有现场设备都由上润仪表指挥管理。3.4描述基于上润仪表的控制系统搭建3.4.1基于上润仪表的控制系统搭建流昆图3.3上润仪表控制系统的方块图根据图3.3所示一路信号通过电磁流量计转变成为420ma的电流信 号传入流量比值器屮，然后在传入上润仪表，上润仪表对这路信号进行记 录；另一路信号通过涡轮流量计再经流量计算仪转变为420ma的电流信 号，传入上润仪表，上润仪表对这路信号也进行记录并和上-路信号比较, 首先两路

24、信号所传达的流量比值不变，如果电磁流量计所传达的电流信号 发生变化，那么涡轮流量计所传达的信号也耍与z相对应的发生变化。上 润仪表然后通过电动调节阀对两路流量进行调节，进而使两路流量比值始 终不变。3. 4. 1选择执行器38i0l系列直行程电子式电动执行器是以220v交流单相电源做为驱 动电源，接受来自调节器控制信号（dc420ma或dc15v）,实现预定 直线往复运动的新型执行器。本系列执行器被用作调节阀的执行机构时， 儿乎具备了调节阀本身所要求的各种动作变换功能以及阀开度信号功能和 手动功能。传动部分控制器外部接线配线孔输出轴开合螺母 行程标尺图34执行器外观开度检测部分聂位开关手动瑚图

25、3.5执行器剖视图图3.6执行器结构示意图木执行器主要由以卜几部分组成；控制器：接受来自调节器的dc4 20ma或dc1 5v信号，控制执行器 按预定模式工作。传动机构：把电机的旋转运动变成动力输出轴的直线往复运动，实现调节阀的开关和调节功能。开度检测机构：将输出轴的直线运动位移（阀芯的开度）经齿条、齿 轮反馈给电位器，由电位器转换成电信号再反馈给控制器，当来口调节器 的输入信号和阀芯的开度信号之差为零吋，电机将停止工作。联结机构：通过支架将执行器和被控阀门联结，并曲开合螺母将执行 器输出轴和阀杆连接，开合螺母上带有指针，支架上有标尺，可指示输出 轴（或阀杆）的位移手动机构：本执行器还设计有手

26、动机构，在断电情况下，根据需要可 由手动操作来完成调节阀的开、关和调节功能。它的内部接线如图3. 7所示：播示灯>正反动作选择晰佑号动作选择lsi下限位开关ls2上限位开关m-电动机ls2 o一右橙灰tp-电机内温度开关pt电位器l-扼流圈c-电容器调整电位器内部接线插座输入信号选择 (dc4 20ma sjcdc! 5v)愉入 ft* 电zo o o - nn 位输入信号_| dc4 20mafljtdc1 5v输出信号oc4-20ma （接受缩负裁电阻500 g以下）火线电源ac22ov对外接线端子图3. 7执行器内部接线示意图止反动作状态设定：“止动作状态”将开关1向右拨on （通

27、），将开 关2向左拨off（断）（随着输入信号增大，输出轴向下端运动（关闭阀芯）, 随着输入信号减小，输出轴向上升运动（开启阀芯）。“反动作状态” 将开关2向右拨on （通），将开关1向左拨off（断）（随着输入信号增大, 输出轴向上升运动（开启阀芯），随着输入信号减小，输出轴向下端运动 （关闭阀芯）。3. 3. 3流量传感器原理与特性1. 涡轮流量计涡轮流量传感器是一种流量测量仪表，用于测量充满于封闭管道中连 续流过的液体的体积流量。当被测流体流经传感器时，传感器内的叶轮借 助于流体的动能而产生旋转，周期性地改变磁电感应转换系统中的磁阻值, 使通过线圈的磁通量周期性地发生变化而产生电脉冲信号

28、。在一定的流量 范围下，叶轮转速与流体流量成正比，即电脉冲数量与流量成正比。该脉 冲信号经放大器放大后送至二次仪表进行流量和总量的显示或积算。在测 量范围内，传感器的输岀脉冲总数与流过传感器的体积总量成正比，其比 值称为仪表常数，以e （次/l）表示。每台传感器都经过实际标定测得仪 表常数值。当测出脉冲信号的频率/和某一段时间内的脉冲总数n后，分 别除以仪表常数g （次/l）便可求得瞬时流量q （l/s）和累积流量q （l）。 即：9 二 eq=n/e它的基本结构如图3.8所示：图3.8涡轮流量传感器结构示意图2流量积算仪wp系晞可编程自动补偿流量积算控制仪，适用于各种液体、蒸汽、 天然气、一

29、般气体等的测量。它采用单片微处理器控制，使仪表的系统稳 定性、可靠性及安全性都大为提高。它具有多种输入信号功能，可满足各 种不同一次仪表要求的补偿方式。编程简单，容易掌握，功能齐全，通用 性好，能进行压力、温度的口动补偿。各通道输入信号类型可通过内部参 数设定自由更改。它具有极宽的显示范围，可显示整五位各参数实时测量值（0-99999 字），可显示整八位流量累积测量值（0-99999999字），可精确到小数点后 三位（0.001）进行累积,即共一个字（0-99999999.999字），可设定仪 表内部参数使最大累积值达到99999999.99* 100o流量积算仪的功能有：（1）可对质量流量或

30、体积流量自动进行测量和累积。（2）可对标准体积流量自动进行测量和累积。（3）口j同时显示瞬间流量测量值及流量累积值（累积值单位可任意 设定）。（4）可切换显示瞬时流量测量值、流量（差压、频率）测量值、差 压测量值、压力补偿测量值、测量补偿测量值及频率测量值。（5）可设定流量小信号切除功能（瞬时流量小于设定值时流量不累 积）。（6）可设定流量小信号补偿功能（瞬时流量小于设定值时按设定值 累积）。（7）可设定流量定量控制功能（流量累积值大于或小于设定值时输 出控制信号）。（8）可设定瞬时流量上、卜限报警功能。（9）可自动进行温度、压力补偿。（10）可编程选择多种传感器类型。.5北羽，?35h3.s

31、0 .svch 1c xa2 苕® (?) ® ® omm m w mat 60图39流量计算仪面板示意图3. 智能自整定pid调节控制仪上润wp系列智能自整定pid调节控制仪，采用先进的微处理器进行智 能控制，可根据被控对象口动演算出最佳调节参数。具有多种输入信号切 换功能和双屏数码、双屏数码+双光柱二种显示型式。可选择多种串行通讯 接口，并可实现多机通讯。可适用于众多行业高精度的调节控制系统。各 输入/输出回路间均采用光电隔离，具有良好的抗干扰性和稳定性。它的输入信号是:热电阻ptl00> ptloo.k 650、cui00；标准电流 010ma、（42

32、0）ma（输入电阻w250q）；标准电压一05v、（15）v、 mv（输入阻抗2250kq）；远传压力电阻（30350）；热电偶一 b.s.k.e.j.t.wreo调节、输岀方式：标准电流dc 0-10ma （负载电阻w750q ） ； dc （4 20）ma （负载电阻w500q）；标准电压dc05v （负载电阻2250kq）； dc（15）v （负载电阻2250kq）；开关量输出继电器触点；触点容量 ac220v/3a（阻性负载）；dc24v/5a邙r性负载）；可控硅调节信号一scr （过零触发脉冲）输;lh 400v/0.5a,可触发可控硅400v/100a；固态继电器 调节信号一ssr

33、输出（524）v/30mao主屏副屏（显示测昴值pv）-（显示目标值sv）参数选择键-5678：<dt5880a/m报蚤指示灯1报蜀指示灯2-功能指示灯-控制输出指示灯-复位键amwp-90设定值减少键设定值増加键图3. 10智能自整定pid调节控制仪示意图第四章监控系统软件设计4. 1mcgs组态软件简介4. 1. 1mcgs组态软件的功能和特点mcgs组态软件的功能和特点mcgs即“监视与控制通用系统”，英 文全称为 monitor and control generated system mcgs 是为工业过程控制 和实时监测领域服务的通用计算机系统软件，具有功能完善、操作简便、

34、可视性好、可维护性强的突出特点。mcgs工控组态软件的功能和特点可归纳如下：1概念简单，易于理解和使用。普通工程人员经过短时间的培训就能 止确掌握、快速完成多数简单工程项目的监控程序设计和运行操作。用户 可避开复杂的计算机软硕件问题，集屮精力解决工程本身的问题，按照系 统的规定，组态配置出高性能、高可靠性、高度专业化的上位机监控系统。2. 功能齐全，便于方案设计。mcgs为解决工程监控问题提供了丰富 多样的手段，从设备驱动（数据采集）到数据处理、报警处理、流程控制、 动画显示、报表输出、曲线显示等各个环节，均有丰富的功能组件和常用 图形库可供选用，用户只需根据工程作业的需要和特点，进行方案设计

35、和 组态配置，即可生成用户应用软件系统。3. 实吋性与并行处理。mcgs充分利用了 windows操作平台的多任 务、按优先级分时操作的功能，使pc机广泛应用于工程测控领域成为口j 能。工程作业中，大量的数据和信息需耍及时收集，即时处理，在计算机 测控技术领域称英为实时性任务关键任务，如数据采集、设备驱动和异常 处理等。另外许多工作则是非实时性的，或称为非时间关键任务，如画面 显示，可在主机运行周期吋间内插空进行。而像打印数据一类的工作，可 运行于后台，称为脱机作业。mcgs是真正的32位系统，可同时运行于 microsoft windows95, 98 和 microsoft windows

36、 nt 平台，以线程为单位进 行分时并行处理。4. 建立实时数据库，便于用户分步组态，保证系统安全可靠运行。 mcgs组态软件由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实吋数据库和运行策 略五部分构成。其中的“实时数据库”是整个系统的核心。在生成用户应 用系统时，每一部分均可分别进行组态配置，独立建造，互不相干；而在 系统运行过程屮，各个部分都通过实时数据库交换数据，形成互相关联的 整体。实时数据库是一个数据处理中心，是系统各个部分及其各种功能性 构件的公用数据区。各个部件独立地向实时数据库输入和输出数据，并完 成自己的差错控制。5. 设立“设备工具箱”，针对外部设备的特征，用户从中选择某种“构 件”，

37、设置于设备窗口内，赋予相关的屈性，建立系统与外部设备的连接 关系，即可实现对该种设备的驭动和控制。不同的设备对应于不同的构件, 所有的设备构件均通过实吋数据库建立联系，而建立吋又是相互独立的， 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，从这一 意义上讲，mcgs是一个“设备无关”的系统，用户不必因外部设备局部 改动，而影响整个系统。6“面向窗口”的设计方法，增加了可视性和可操作性。以窗口为单 位，构造用户运行系统的图形界面，使得mcgs的组态工作既简单直观， 又灵活多变。用户可以使用系统的缺省构架，也可以根据需耍口己组态配 置，生成各种类型和风格的图形界而，包括dos风格的图形

38、界而、标准 windows风格的图形界面以及带有动画效果的工具条和状态条。7.利用丰富的“动画组态”功能，快速构造各种复杂生动的动态应面。 以图象、图符、数据、曲线等多种形式，为操作员及时提供系统运行中的 的状态、品质及异常报警等有关信息。用变化大小、改变颜色、明暗闪烁、 移动翻转等多种手段，增强间而的动态显示效果。图元、图符对象定义相 应的状态属性，即可实现动画效果。同时，mcgs为用户提供了丰富的动 画构件，模拟工程控制与实吋监测作业屮常用的物理器件的动作和功能。 每个动画构件都对应一个特定的动画功能。如：实时曲线构件、历史曲线 构件、报警显示构件、口由表格构件等。8引入“运行策略”的概念

39、。复杂的工程作业，运行流程都是多分支 的。用传统的编程方法实现，既繁琐乂容易出错。mcgs开辟了 “策略窗 口”，用户可以选用系统提供的各种条件和功能的“策略构件”，用图形化 的方法构造多分支的应用程序，实现自由、精确地控制运行流程，按照设 定的条件和顺序，操作外部设备，控制窗口的打开或关闭，与实时数据库 进行数据交换。同时，也可以由用户创建新的策略构件，扩展系统的功能。9.mcgs系统由五大功能部件组成，主要的功能部件以构件的形式来 构造。不同的构件有着不同的功能，且各自独立。三种基木类型的构件（设 备构件、动画构件、策略构件）完成了 mcgs系统三大部分（设备驱动、 动画显示和流程控制）的

40、所有工作。用户也可以根据需要，定制特定类型 构件，使mcgs系统的功能得到扩充。这种充分利用“而向对彖”的技术, 大大提高了系统的可维护性和可扩充性。10支持ole automation技术。mcgs允许用户在visual basic屮操作 mcgs中的对象，提供了一套开放的可扩充接口，用户可根据自己的需要 用vb编制特:定的功能构件来扩充系统的功能。11.mcgs屮数据的存储不再使用普通的文件，而是用数据库来管理一 切。组态时，系统生成的组态结果是一个数据库；运行时，数据对象、报 警信息的存储也是一个数据库。利用数据库来保存数据和处理数据，提高 了系统的口j靠性和运行效率，同时，也使其它应用

41、软件系统能直接处理数 据库中的存盘数据。12设立“对彖元件库”，解决了组态结果的积累和重新利用问题。所 谓对彖元件库，实际上是分类存储各种组态对彖的图库。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，直接为当前 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，组态工作 将会变得越来越简单方便。13.提供对网络的支持。考虑到工控系统今后的发展趋势，mcgs充分 运用现今发展的 dccw（distributed computer cooperator work）技术，即分布式计算机协同工作方式，来使

42、分散在不同现场z间的采集系统和工作站 z间i办同工作。通过mcgs,不同的工作站z间可以实时交换数据，实现 对工控系统的分布式控制和管理。4. 1. 2mcgs组态软件的系统构成mcgs组态软件fttmcgs组态环境，和“mcgs运行环境，俩个系统组 成。两部分互相独立，又紧密相关。它的整体结构如图4所示：多任务、多限程l运行环境构建动画流程控制报警组态设计报表实时数据库连接设备组态软件核心实 时 数 据 库现场检测报警输出报表打印设备输出动画显示图4. 1 mcgs的结构图mcgs组态环境是生成用户应用系统的工作环境，由可执行程序 mcgsset.exe支持，其存放于mcgs 口录的prog

43、ram子口录屮。用户在mcgs 组态环境屮完成动画设计、设备连接、编写控制流程、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，乂称为组态结果数据 库，其与mcgs运行环境一起，构成了用户应用系统，统称为“工程”。 mcgs运行坏境是用户应用系统的运行坏境，由可执行程序mcgsrun.exe 支持，其存放于mcgs 口录的program子口录屮。在运行环境屮完成对工 程的控制工作。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 吋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

44、主控窗口小可以放置一个 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i田i刷新周期，指定数据库存盘文件名称及存盘吋 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。3. 用户窗口：本窗口主耍用丁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屮心，它将mcgs 工程的各个部分连接成有机的整体。在木窗口内定义不同

45、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彖。5. 运行策略：本窗口主要完成工程运行流程的控制。包括编写控制程 序（ifthen脚木程序），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。4. 2基于mcgs的监控界面设计1 上位机上位机是指：人可以直接发出操控命令的计算机，一般是pc,屏幕上 显示各种温度信号变化。下位机是宜接控制设备获取设备状况的的计算机, 上位机发岀的命令首先给下位机，下位机再根据此命令解释成相应时序信 号直接控制相应设备。下位机不时读取设备状态数据（一般模拟量），转化 成数字信号反馈给上位机。简言z如此，真实情况

46、千茅万别不离其宗。在 概念上控制者和捉供服务者是上位机，被控制者和被服务者是下位机也可 以理解为主机和从机的关系。上位机即是我们通常用的计算机，它可以对 系统进行监控，但是要在组态以后，才能对系统进行监控。这是一个数据 进行交换的过程，我们要利用组态软件有数据交换的功能，这样的情况才 能用组态软件进行监控系统，并完成系统运行工况的crt画面显示，故障 报警及打印表等功能。能够对系统运行进行操作。具用实时报警，报警记 录和历史数据记录功能。组态软件流量比值系统具有标准的通讯接i i,可 与供水系统的上位机联网。实现供水系统的优化控制，为供水系统捉供了 现代化的调整，管理，监控及经济运行的收手段。

47、2.基于mcgs的监控界面装有mcgs组态软件的上位机可以实现报警、参数修改、历史曲线、 实吋曲线、实吋报表、历史报表、安全机制等，监控系统结构图如图4.2 所示。实时曲线 丿力史曲线 实时报表 历史报表 实时控制 参数修改 安全机制 报警图4. 2监控系统结构图在mcgs组态软件中，报警处理是对系统产生报警信号后实施的处理 方法与步骤，报警的产生、通知和存储由实时数据库自动完成。报警显示 主要是显示报警的主要参数，而报警动作响应则根据需要在报警策略中组 态完成。组态吋，可以利用报警显示构件来制作报警显示窗口。在实际工程设计中常将设备采集进來的数据进行报表处理。所谓报表 就是根据实际需耍按一定

48、的格式将统计分析后的数据记录显示和打卬出 来。这些报表可以是实时数据报表（通常用来屏幕显示）、丿力史报表（日报 表、刀报表、年报表等，可以显示也可以打印）。数据报表是对生产过程中 系统监控对象的状态的综合记录和规律总结。实际工程设计中不仅需要报表输出，也需要一些运行曲线來作为数据 的杳询和分析。在mcgs组态软件中，为用户提供了实时曲线和历史曲线 两大构件。实时曲线是用曲线显示一个或多个数据对彖的数值动画图形， 它就像绘图仪和记录仪一样，可以实时的记录数据对彖值的变化。对于不 同的数据对象，可以采用不同的颜色与线型来描述，同吋述可以对显示窗 口的横、纵坐标刻度进行定义。历史曲线构件时借助于已有

49、的数据库中的 数据实现曲线的输出。它与实时曲线不同，需要显示的数据变量必须以组 对象出现，也可以来自英他数据库屮的数据。安全机制是对组态后的工程 源文件、运行文件行使权限的一种设置。包抓“用户权限管理”、“工程安 全管理”两大项，“用户权限管理”是针对使用者设置的一套安全机制，“工 程安全机制”是针对开发者设置的一套安全机制，统称安全机制。控制面板主要包括了：水泵、手动阀、涡轮流量计、水槽等控制器件, 其屮也包含了数据库、报警装置等。其原理为：一路流量通过电磁流量计 转变成为420ma的电流信号传入流量比值器中，然后在传入上润仪表， 上润仪表对这路信号进行记录；另一路流量通过涡轮流量计再经流量

50、计算 仪转变为420ma的电流信号，传入上润仪表，上润仪表对这路信号也进 行记录并和上一路信号比较，首先两路信号所传达的流量比值不变，如杲 电磁流量计所传达的电流信号发生变化，那么涡轮流量计所传达的信号也 要与之相对应的发牛变化。上润仪表然后通过电动调节阀对两路流量进行调节，进而使两路流量比值始终不变。图4.3 mcgs比值监控图液位176921液位22615(水泵1调节阀1出水阀1实时数据和历史数据反应了流量比值的运行曲线和采集时间，具体的 数值和图像如图4.4所示。采集时间液位1液位21/0 6046：962771/0 2113( 9268i/o 9801 18801/0 8183：.69

51、09历史曲线10.08.0实时曲线图4.4数据图报警系统在比值控制系统屮具有很大的作用，它吋刻监控着系统的运 行，具体的数据，如图4.5所示。序号报警对叢报警开始报警结束报警类型报警值报警険值报曹应答内容注祥2包位«t1ift11121718192021222324252627282930313215位位位程位位ftfift包位ftfift11-13 00:13:0511-1300:13:1011-13 00:13:1511-13 00:13:2011-13 00:13:2411-21 07:38:3111-21 07:38:3611-21 07:38:4111-21 07:38:4

52、611-21 07:38:5011-21 07:38:5611-21 07:39:0111-21 07:39:0711-21 07:39:1111-21 07:39:1711-21 07:39:2111-21 07:39:2611-21 07:39:3111-13 00:13:08下限报暫0.62水粒水了11-1300:13:12上用报督9.69水sin水巳达上限11-13 00:13:18下限根曹0.32水水了11-13 00:13:22上程报*9.89水«£«水已达上隈11-13 00:13:27下限报曹1.92水m汝水了11-21 07:38:34下限根曹0

53、.52水童1没水了11-21 07:38:38上限报警9.69水«£«水已达上隈11-21 07:38:440.3211-21 07：38：48上阳报警9.79水it里的水巳这上1811-21 07:38:53下限报曹1.92水没水了11-21 07:38:589.99水繼里的水巳达上限11-21 07:39:04下阳根彎1.62水童1没水了11-21 07:39:09上限报曹10.09水it里的水已达上限11-21 07:39:14下091.22水没水了11-21 07:39:19上用报督10.09水tfsn水巳达上限11-21 07:39:24下限报警0.92

54、水*1浚水了11-21 07:39:28上ib报*9.29水峨里的水已达上限11-21 07:39:34下限报曹0.72水m没水了11-21 07:39:38 上眼根警11-21 07:39:4111-2107:39:44下限报警11-21 07:39:4611-2107:39:48上用报曹11-21 07:39:5111-2107:39:53下限根警11-21 07:39:5611-2107:39:58上限报警11-21 07:40:0011-2107:40:03下用报暫11-21 07:40:0711-2107:40:09上用根警11-21 07:40:1111-2107:40:14下限报

55、警11-21 07：40：1711-2107：40：19上甲报會11-21 07:40:2111-2107：40：24下阳报警11-21 07:40:2611-2107:40:28上眼报警11-21 07:40:3111-2107:40:34下 jp 报警11-21 07:40:3611-2107:40:38上阳报警11-21 07:40:4111-2107:40:44下限报警9.50.49.70.39.810.01.19.10.89.30.592929292929z9水if里的水已达上隈 水hi段水了水鍛里的水已达上限水童1股水了水銭里的水已达上覘 水虑1段水了水it里的水已达上限 水jti没水了水it里的水巳达上限 水童1没水了水农里的水已达上限 水m段水了水it里的水巳达上限 水hi股水了图4.5报警数据4. 3mcgs 组态工程项目系统分析：分析工程项目的系统构成、技术要求和工艺流程, 弄清系统的控制流程和监控对象的特征，明确监控要求和动画显示方式， 分析工程屮的设备采集及输出通道与软件屮实时数据库变量的对应关系， 分清哪孚变量是要求与设备连接的，哪些变量是软件内部用来传递数拯及 动应显示的。工程立项搭建框架：mcgs称为建立新工程。主要内容包括：定义工 程名称、封面窗口名称和