液体混合控制系统设计

摘要“组态”的概念是随着着集散型控制系统(DistributedControlSystem简称DCS)的出现才开始被广大的生产过程自动化技术人员所熟知的。在工业控制技术不停发展和应用的过程中，PC(涉及工控机)相比以前的专用系统含有的优势日趋明显。这些优势重要体现在:PC技术保持了较快的发展速度，多个有关技术已经成熟;由PC构建的工业控制系统含有相对较低的拥有成本;PC的软件资源和硬件资源丰富，软件之间的互操作性强;基于PC的控制系统易于学习和使用，能够容易地得到技术方面的支持。在PC技术向工业控制领域的渗入中，组态软件占据着非常特殊并且重要的地位。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办法，由于它能够较好地解决传统工业控制软件存在的种种问题，使顾客能根据自己的控制对象和控制目的的任意组态，完毕最后的自动化控制工程。组态软件是有专业性的。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、PLC(可编程控制器)梯形图组态;人机界面生成软件就叫工控组态软件。在其它行业也有组态的概念，如AutoCAD，PhotoShop等。不同之处在于，工业控制中形成的组态成果是用在实时监控的，运用现场监控完毕工业工程的调控。核心词：工业组态；自动化；PLC控制；实时监控目录TOC\o"1-3"\h\u220791MCGS介绍 1248491.1MCGS组态软件的系统构成 1254921.1.1MCGS组态软件的整体构造 1206251.1.2MCGS工程的五大部分 1214331.2MCGS组态软件的工作方式 2135291.2.1MCGS如何与设备进行通讯 2140501.2.2MCGS如何产生动画效果 2207311.2.3MCGS如何实施远程多机监控 3124831.2.4如何对工程运行流程实施有效控制 369441.3MCGS嵌入版概述 3171821.3.1MCGS嵌入版组态软件的重要功效 3187691.3.2MCGS嵌入版组态软件的重要特点 5250572PLC介绍 7260272.1PLC的介绍 7176752.2PLC的工作原理 7115523液体混合监控系统设计 833.1控制规定 8217983.2I/O分派表 8209193.3程序设计 9307293.3液体混合装置人机界面设计 1252993.3.1建立工程 1294113.3.2定义数据对象 13173043.3.3界面设计 14139483.3.4设备连接 14313183.3.5设备调试 15310124plc程序模拟运行成果 1632218总结 173012参考文献 181MCGS介绍MCGS(MonitorandControlGeneratedSystem，通用监控系统)是一套基于Microsoft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MicrosoftWindows95/98/Me/NT/等操作系统。MCGS为顾客提供理解决实际工程问题的完整方案和开发平台，能够完毕现场数据采集、实时和历史数据解决、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公司监控网络等功效。它充足运用了Windows图形功效完备、界面一致性好、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含有通用性，在自动化领域有着更广泛的应用。MCGS组态软件的系统构成MCGS组态软件的整体构造MCGS组态软件（下列简称MCGS）由“MCGS组态环境”和“MCGS运行环境”两个系统构成。两部分互相独立，又紧密有关。MCGS组态环境是生成顾客应用系统的工作环境，它由可执行程序McgsSet.exe支持，其寄存于MCGS目录的Program子目录中。顾客在MCGS组态环境中完毕动画设计、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的工程文献，又称为组态成果数据库，其与MCGS运行环境一起，构成了顾客应用系统，统称为“工程”。1.1.2MCGS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、顾客窗口、实时数据库和运行方略五部分构成，每一部分分别进行组态操作，完毕不同的工作，含有不同的特性。1、主控窗口：是工程的主窗口或主框架。在主控窗口中能够放置一种设备窗口和多个顾客窗口，负责调度和管理这些窗口的打开或关闭。重要的组态操作涉及：定义工程的名称，编制工程菜单，设计封面图形，拟定自动启动的窗口，设定动画刷新周期，指定数据库存盘文献名称及存盘时间等。2、设备窗口：是连接和驱动外部设备的工作环境。在本窗口内配备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、顾客窗口：本窗口重要用于设立工程中人机交互的界面，诸如：生成多个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解决中心，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、解决、输出控制、动画连接及设备驱动的对象。5、

运行方略：本窗口重要完毕工程运行流程的控制。涉及编写控制程序（if…then脚本程序），选用多个功效构件，如：数据提取、历史曲线、定时器、配方操作、多媒体输出等。1.2MCGS组态软件的工作方式1.2.1MCGS如何与设备进行通讯MCGS通过设备驱动程序与外部设备进行数据交换。涉及数据采集和发送设备指令。设备驱动程序是由VB程序设计语言编写的DLL（动态连接库）文献，设备驱动程序中包含符合多个设备通讯合同的解决程序，将设备运行状态的特性数据采集进来或发送出去。MCGS负责在运行环境中调用对应的设备驱动程序，将数据传送到工程中各个部分，完毕整个系统的通讯过程。每个驱动程序独占一种线程，达成互不干扰的目的。1.2.2MCGS如何产生动画效果MCGS为每一种基本图形元素定义了不同的动画属性，如：一种长方形的动画属性有可见度，大小变化，水平移动等，每一种动画属性都会产生一定的动画效果。所谓动画属性，事实上是反映图形大小、颜色、位置、可见度、闪烁性等状态的特性参数。然而，我们在组态环境中生成的画面都是静止的，如何在工程运行中产生动画效果呢？办法是：图形的每一种动画属性中都有一种“体现式”设定栏，在该栏中设定一种与图形状态相联系的数据变量，连接到实时数据库中，以此建立对应的对应关系，MCGS称之为动画连接。当工业现场中测控对象的状态（如：储油罐的液面高度等）发生变化时，通过设备驱动程序将变化的数据采集到实时数据库的变量中，该变量是与动画属性有关的变量，数值的变化，使图形的状态产生对应的变化（如大小变化）。现场的数据是持续被采集进来的，这样就会产生逼真的动画效果（如储油罐的液面的升高和减少）。顾客也可编写程序来控制动画界面，以达成满意的效果。1.2.3MCGS如何实施远程多机监控MCGS提供了一套完善的网络机制，可通过TCP/IP网、Modem网和串口网将多台计算机连接在一起，构成分布式网络测控系统，实现网络间的实时数据同时、历史数据同时和网络事件的快速传递。同时，可运用MCGS提供的网络功效，在工作站上直接对服务器中的数据库进行读写操作。分布式网络测控系统的每一台计算机都要安装一套MCGS工控组态软件。MCGS把多个网络形式，以父设备构件和子设备构件的形式，供顾客调用，并进行工作状态、端标语、工作站地址等属性参数的设立。1.2.4如何对工程运行流程实施有效控制MCGS开辟了专用的“运行方略”窗口，建立顾客运行方略。MCGS提供了丰富的功效构件，供顾客选用，通过构件配备和属性设立两项组态操作，生成多个功效模块（称为“顾客方略”），使系统能够按照设定的次序和条件，操作实时数据库，实现对动画窗口的任意切换，控制系统的运行流程和设备的工作状态。全部的操作均采用面对对象的直观方式，避免了烦琐的编程工作。1.3MCGS嵌入版概述1.3.1MCGS嵌入版组态软件的重要功效简朴灵活的可视化操作界面。MCGS嵌入版采用全中文、可视化、面对窗口的开发界面，符合中国人的使用习惯和规定。以窗口为单位，构造顾客运行系统的图形界面，使得MCGS嵌入版的组态工作既简朴直观，又灵活多变。实时性强、有良好的并行解决性能。MCGS嵌入版是真正的32位系统，充足运用了32位WindowsCE操作平台的多任务、按优先级分时操作的功效，以线程为单位对在工程作业中实时性强的核心任务和实时性不强的非核心任务进行分时并行解决，使嵌入式PC机广泛应用于工程测控领域成为可能。例如，MCGS嵌入版在解决数据采集、设备驱动和异常解决等核心任务时，可在主机运行周期时间内插空进行象打印数据一类的非核心性工作，实现并行解决。丰富、生动的多媒体画面。MCGS嵌入版以图像、图符、报表、曲线等多个形式，为操作员及时提供系统运行中的状态、品质及异常报警等有关信息；用大小变化、颜色变化、明暗闪烁、移动翻转等多个手段，增强画面的动态显示效果；对图元、图符对象定义对应的状态属性，实现动画效果。MCGS嵌入版还为顾客提供了丰富的动画构件，每个动画构件都对应一种特定的动画功效。完善的安全机制。MCGS嵌入版提供了良好的安全机制，可觉得多个不同级别顾客设定不同的操作权限。另外，MCGS嵌入版还提供了工程密码功效，以保护组态开发者的成果。强大的网络功效。MCGS嵌入版含有强大的网络通讯功效，支持串口通讯、Modem串口通讯、以太网TCP/IP通讯，不仅能够方便快捷的实现远程数据传输，还能够与网络版相结合通过Web浏览功效，在整个公司范畴内浏览监测到全部生产信息，实现设备管理和公司管理的集成。多样化的报警功效。MCGS嵌入版提供多个不同的报警方式，含有丰富的报警类型，方便顾客进行报警设立，并且系统能够实时显示报警信息，对报警数据进行应答，为工业现场安全可靠地生产运行提供有力的保障。实时数据库为顾客分步组态提供极大方便。MCGS嵌入版由主控窗口、设备窗口、顾客窗口、实时数据库和运行方略五个部分构成，其中实时数据库是一种数据解决中心，是系统各个部分及其多个功效性构件的公用数据区，是整个系统的核心。各个部件独立地向实时数据库输入和输出数据，并完毕自己的差错控制。在生成顾客应用系统时，每一部分均可分别进行组态配备，独立建造，互不相干。支持多个硬件设备，实现“设备无关”。MCGS嵌入版针对外部设备的特性，设立设备工具箱，定义多个设备构件，建立系统与外部设备的连接关系，赋予有关的属性，实现对外部设备的驱动和控制。顾客在设备工具箱中可方便选择多个设备构件。不同的设备对应不同的构件，全部的设备构件均通过实时数据库建立联系，而建立时又是互相独立的，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构造，因此MCGS嵌入版是一种“设备无关”的系统，顾客不必紧张因外部设备的局部改动，而影响整个系统。方便控制复杂的运行流程。MCGS嵌入版开辟了“运行方略”窗口，顾客能够选用系统提供的多个条件和功效的方略构件，用图形化的办法和简朴的类Basic语言构造多分支的应用程序，按照设定的条件和次序，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，实现自由、精确地控制运行流程，同时也能够由顾客创立新的方略构件，扩展系统的功效。良好的可维护性。MCGS嵌入版系统由五大功效模块构成，重要的功效模块以构件的形式来构造，不同的构件有着不同的功效，且各自独立。三种基本类型的构件（设备构件、动画构件、方略构件）完毕了MCGS嵌入版系统的三大部分（设备驱动、动画显示和流程控制）的全部工作。用自建文献系统来管理数据存储，系统可靠性更高。由于MCGS嵌入版不再使用ACCESS数据库来存储数据，而是使用了自建的文献系统来管理数据存储，因此与MCGS通用版相比，MCGS嵌入版的可靠性更高，在异常掉电的状况下也不会丢失数据。设立对象元件库，组态工作简朴方便。对象元件库，事实上是分类存储多个组态对象的图库。组态时，可把制作完好的对象（涉及图形对象、窗口对象、方略对象以至位图文献等）以元件的形式存入图库中，也可把元件库中的多个对象取出，直接为现在的工程所用，随着工作的积累，对象元件库将日益扩大和丰富。这样解决了组态成果的积累和重新运用问题。组态工作将会变得越来越简朴方便。总之，MCGS嵌入版组态软件含有强大的功效，并且操作简朴，易学易用，普通工程人员通过短时间的培训就能快速掌握多数工程项目的设计和运行操作。同时使用MCGS嵌入版组态软件能够避开复杂的嵌入版计算机软、硬件问题，而将精力集中于解决工程问题本身，根据工程作业的需要和特点，组态配备出高性能、高可靠性和高度专业化的工业控制监控系统。1.3.2MCGS嵌入版组态软件的重要特点容量小：整个系统最低配备只需要极小的存贮空间，能够方便的使用DOC等存贮设备；速度快：系统的时间控制精度高，能够方便地完毕多个高速采集系统，满足实时控制系统规定；成本低：使用嵌入式计算机，大大减少设备成本；真正嵌入：运行于嵌入式实时多任务操作系统；稳定性高：无电扇，内置看门狗，上电重启时间短，可在多个恶劣环境下稳定长时间运行；功效强大：提供中断解决，定时扫描精度可达成毫秒级，提供对计算机串口，内存，端口的访问。并能够根据需要灵活组态；通讯方便：内置串行通讯功效、以太网通讯功效、GPRS通讯功效、Web浏览功效和Modem远程诊疗功效，能够方便地实现与多个设备进行数据交换、远程采集和Web浏览；操作简便：MCGS嵌入版采用的组态环境，继承了MCGS通用版与网络版简朴易学的优点，组态操作既简朴直观，又灵活多变；支持多个设备：提供了全部惯用的硬件设备的驱动；有助于建造完整的解决方案。MCGS嵌入版组态环境运行于含有良好人机界面的Windows操作系统上，含有与北京昆仑通态公司已经推出的通用版本组态软件和网络版组态软件相似的组态环境界面，可有效协助顾客建造从嵌入式设备，现场监控工作站到公司生产监控信息网在内的完整解决方案；并有助于顾客开发的项目在这三个层次上的平滑迁移。2PLC介绍2.1PLC的介绍早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(ProgrammableLogicController)，它重要用来替代继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种采用微型计算机技术的工业控制装置的功效已经大大超出了逻辑控制的范畴，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机(PersonalComputer)的简称混淆，因此将可编程序控制器简称PLC,自1966年美国数据设备公司（DEC）研制出现，现行美国，日本，德国的可编程序控制器质量优良，功效强大。2.2PLC的工作原理PLC采用循环扫描的工作方式，在PLC中顾客程序按先后次序寄存，CPU从第一条指令开始执行程序，直到碰到结束符后又返回第一条，如此周而复始不停循环。PLC的扫描过程分为内部解决、通信操作、程序输入解决、程序执行、程序输出几个阶段。全过程扫描一次所需的时间称为扫描周期。当PLC处在停状态时，只进行内部解决和通信操作服务等内容。在PLC处在运行状态时，从内部解决、通信操作、程序输入、程序执行、程序输出，始终循环扫描工作。3液体混合监控系统设计3.1控制规定将液体A和液体B按一定比例混合，液体多少都由计量泵控制。计量泵每一种冲程泵出的液体体积固定不变，能够采用计数器计冲程的次数。混合容器中有个下限位开关，未被液体沉没时为ON状态。规定实现：（1）按下启动按钮后，两台计量泵同时工作；（2）当每台达成预置的冲程数时，对应的计量泵关闭；（3）搅拌电动机旋转开始搅拌，5s后停止搅拌；（4）打开放料阀，放出液体；（5）至下限位时，经10s后容器放空，关闭放料阀，一种工作周期结束，紧接着开始下个工作循环。3.2I/O分派表表3-1I/O输入分派表种类信号输入名称启动SB1搅拌按钮SB2放料按钮SB3冲程按钮SB4地址I0.0I0.1I0.2I0.3表3-2I/O输出分派表种类输出信号名称阀门A阀门B搅拌电机放料阀地址Q0.0Q0.1Q0.2Q0.33.3程序设计根据控制规定编写以下控制程序：图3.1控制程序将以上程序下载到PLC中，使PLC正常运行。然后退出编程界面，但使PLC继续运行。3.3液体混合装置人机界面设计3.3.1建立工程进入组态环境之后，单击“顾客窗口”，“新建窗口”,则新建一种窗口0，此时界面如图3.2所示：图3.2MCGS组态环境选中窗口0之后，单击“窗口属性”，进入“顾客窗口属性设立”。将窗口名称改写成为“液体监控系统”；窗口标题改为：“液体监控系统”；窗口位置选中“任意位置”，则如图3.2的窗口所示，单击“确认”。图3.3窗口属性设立3.3.2定义数据对象返回图3.1所示界面1、单击工作台中的“实时数据库”窗口标签，进入实时数据库窗口页。2、单击“新增对象”按钮，在窗口的数据对象列表中，增加新的数据对象，系统缺省定义的名称为“Dat”、“Dat”、“Dat”等（多次点击该按钮，则可增加多个数据对象）。3、选中对象，按“对象属性”按钮，或双击选中对象，则打开“数据对象属性设立”窗口。4、以南北红灯为例：将对象名称改为；对象类型选择“开关型”；在对象内容注释输入框内输入：“南北红灯”，单击“确认”。3.3.3界面设计工程效果图如图3、4所示：图3.4液体混合装置系统效果图3.3.4设备连接1、在工作台“设备窗口”中双击“设备窗口”图标进入。点击工具条中的“工具箱”图标，打开“设备工具箱”。单击“设备工具箱”中的“设备管理”按钮。2、将通用串口父设备和西门子_S7200PPI设备添加到选定设备窗口中，点击确认。通过设备管理窗口将这两个设备添加到设备组态窗口。3、设备组态完毕后，双击“通用串口父设备0”进入通用串口父设备属性编辑界面，对其基本属性进行设立。4、返回设备组态窗口，双击“设备0—【西门子S5—200PPI】”进入设备属性设立窗口，首先按照下图所示对其基本属性进行设立。5、基本属性