毕业设计（论文）基于组态软件的双储液罐水位控制系统监控系统设计.doc

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1、摘 要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，用户可以方便快捷地组建优质高效的监控系统，并且通过采用远程监控及诊断、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

2、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在工业领域得到广泛应用。本文对组态技术进行了一些研究，对其发展概况进行了比较全面的了解。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： 组态软件;双储液罐水位控制;监控系统目 录摘 要前 言第一章 双储液罐水位控制系统控制方案1.1 采用组态软件控制方案1.2 组态软件简介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1.3.2. 结构按照成员构成划分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

3、展趋势1.4.2. 组态软件功能的变迁1.4.3. 推动组态软件发展的动力1.4.4. 用户对组态软件的需求变化1.4.5. 影响组态软件发展的因素1.4.6. 未来技术走势1.4.7. 国际化及入世的影响第二章 基于MCGS组态软件开发水位控制系统简介2.1 MCGS 5.1概述 2.1.1 特点及组成 2.1.2 运用MCGS 5.1建立运行程序的一般过程2.2水箱水位控制系统的设备组成 2.2.1 属性设置 2.2.2 设备命令 2.2.3 设备命令的实现方法 2.2.4 设备调试2.3采用MCGS开发双储液罐水位控制系统结语第三章 双储液罐水位控制系统硬件组成及设备的选择3.1水箱对象

4、 3.1.1水箱 3.1.2. 水泵 3.1.3调节阀 3.1.4出水阀3.2水位、温度检测与控制设备 3.2.1 水位传感器 3.2.2温度变送器 3.2.3.配电器 3.2.4稳压电源 3.2.5接触器 3.2.6电加热器3.3 I/O 接口设备3.4 接线端子板 3.4.1 PCLD9138端子板简介 3.4.2 PCLD-880研华螺丝端子板简介3.5计算机第四章 双储液罐水位控制系统主电路及设备连接4.1系统组成 4.1.1系统组成 4.1.2罐上检测及控制元件名称及作用4.2系统信号流向4.3控制电路 4.3.1控制要求及控制电路 4.3.2自动控制策略4.4硬件连接第五章 基于M

5、CGS组态软件开发水位控制系统的设计5.1建立工程5.2定义变量 5.2.1变量分配 5.2.2变量定义步骤 5.5.3设备与变量连接5.3 画面的设计和编辑 5.3.1建立画面 5.3.2 编辑画面 5.3.3动画连接5.4水位对象的控制 5.4.1水罐对象特征 5.4.2控制程序编写5.5 报警显示 5.51组对象的定义 5.5.2报警属性的定义 5.5.3实时报警 5.5.4 历史报警 5.5.5报警极限值的修改 5.5.6 报警提示5.6曲线显示 5.6.1实时曲线 5.6.2历史曲线5.7 控制程序的编写第六章 程序调试运行及安全机制6.1 模拟调试6.2 在线调试6.3安全机制 6

6、.3.1建立安全机制的必要性 6.3.2 如何建立安全机制总结参考文献致谢 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

7、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。一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4-20mA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

8、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。二组态软件的介绍 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

9、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。 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，只需通过可视化的组态方式，

10、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，可接受各种形式的数据格式。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。第一章 双储液罐水位控制系统控制方案1.1 采用组态软件控制方案 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

11、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

12、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，使用户能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“Configura

13、tion”,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。 与硬件生产相对照，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（如大小、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

14、现场（包括硬件设备或系统结构）或用户需求发生改变时，不需作很多修改而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（PLC、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。 组态软件是有专业性的。一种组态软件

15、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。其实在其他行业也有组态的概念，人们只是不这么叫而已。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

16、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。随着Windows的广泛应用，Windows环境下的组态软件成为主流。与DOS环境下的组态软件成为主流。与DOS环境下的组态软件相比，其最突出的特点是图形功能有了很大的增强。国外许多优秀通用组态软件是在英文状态下开发的，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。随着国内计算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

17、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在组态软件中，通过组态生成的一个目标应用项目在计算机硬盘中占据唯一的物理空间（逻辑空间），可以用唯一的一个名称来标识，就被称为一个应用程序。在同一计算机中可以存储多个应用程序，组态软件通过应用程序的名称来访问其组态内容，打开其组态内容进行修改或将其应用程序装入计算机内存投入实时运行。组态软件的结构划分有多种标准，这里以使用软件的工作阶段和软件体系的成员构成两种标准讨论其体系结构。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

18、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。组态软件支持在线组态技术，即在不退出系统运行环境的情况下可以直接进入组态环境并修改组态，使修改后的组态直接生效。自动化工程设计工程师最先接触的一定是系统开发环境，通过一定工作量的系统组态和调试，

19、最终将目标应用程序在系统运行环境投入实时运行，完成一个工程项目。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性，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、解压缩、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

20、管理器的支持，这些操作将变得非常简单。图形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有的组态软件只在图形开发环境中增加了简单的数据管理功能，因而不具备完整的实时数据库系统。目前比较先进的组态软件（如力控等）都有独立的实时数据库组件，以提高系统的实时性，增强处理能力。实时数据库系统组态程序是建立实时数据库的组态工具，可以定义实时

21、数据库的结构、数据来源、数据连接、数据类型及相关的各种参数。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OPC Client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OPC Client则多数单独存在。扩展可选组件包括：通用数据库接口

22、（ODBC接口）组态程序通用数据库接口组件用来完成组态软件的实时数据库与通用数据库（如Oracle、Sybase、Foxpro、DB2、Infomix、SQL Server等）的互联，实现双向数据交换，通用数据库既可以读取实时数据，也可以读取历史数据；实时数据库也可以从通用数据库实时地读入数据。通用数据库接口（ODBC接口）组态环境用于指定要交换的通用数据库的数据库结构、字段名称及属性、时间区段、采样周期、字段与实时数据库数据的对应关系等。通用数据库接口（ODBC接口）运行程序已组态的通用数据库连接被装入计算机内存，按照预先指定的采样周期，对规定时间区段按照组态的数据库结构建立起通用数据库和实

23、时数据库间的数据连接。策略（控制方案）编辑组态程序策略编辑/生成组件是以PC为中心实现低成本监控的核心软件，具有很强的逻辑、算术运算能力和丰富的控制算法。策略编辑/生成组件以IEC-1131-3标准为使用者提供标准的编程环境，共有4种编程方式：梯形图、结构化编程语言、指令助记符、模块化功能块。使用者一般都习惯于使用模块化功能块，根据控制方案进行组态，结束后系统将保存组态内容并对组态内容进行语法检查、编译。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

24、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：1.可以实现操作站的双机冗余热备用；2.实现数据的远程访问和传送；3.通讯实用程序可以使用以太网、RS485、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

25、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、控制器的智能化程度越来越高，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 Server”，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

26、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. 组态软件功能的变迁 由单一的人机界面朝数据处理机方向发展，管理的数据量越来越大。最早的组态软件用来支撑自动化系统的硬件。那时侯，硬件系统如果没有组态软件的支撑就很难发挥作用，甚至不能正常工作。现在的情况有了很大改观。一方面软件部分地与硬件发生分离，大部分自动化系统的硬件和软件现在不是由同一个厂商提供，这样就为自动化软件的发展提供了可

27、以充分发挥作用的舞台。 实时数据库的作用将进一步加强。实时数据库存储和检索的是连续变化的过程数据，它的发展离不开高性能计算机和大容量硬盘，现在越来越多的用户通过实时数据库来分析生产情况、汇总和统计生产数据，作为指挥、决策的依据。 在最终用户的眼里，组态软件在一个自动化系统中发挥的作用逐渐增大，甚至有的系统就根本不能缺少组态软件。这其中的主要原因是软件的功能强大，用户也存在普遍的需求，广大用户在厂家强大的宣传攻势面前逐渐认清了软件的价值所在。 1.4.3. 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

28、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。 1.4.4. 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

29、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，又同时配备比较完善的编辑工具

30、。 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LabView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

31、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。 嵌入式应用进一步发展，在过去的十年间，工业PC及其相关的数据采集、监控系统硬件的销售额一直保持高额增长。工业PC的成长是因为软件开发工具丰富，比较容易上手，而用户接受工业PC的主要原因是一次性硬件成本得到了降低，但是后续的维护和升级费用明显高昂，经常带来一些间接损失。商品化嵌入式组态软件可以有效地解决工业PC监控系统的工作效率、维护和升级等问题，彻底摆脱个人行为的束缚，使工业PC监控系统大踏步走入自动化系统高端市场。 1.4

32、.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

33、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。 1.4.7. 国际化及入世的影响 长期以来，中国的组态软件市场都是由国外的产品占主角，中国本土的组态软件进入国际市场还有很长的路要走，需要具有综合优势。中国的工程公司、自动化设备生产商在国际市场取得优势对组态软件进入国际市场也具有一定的推动作用。相信民族组态软件的崛起是迟早的事情。 与其他软件产品相比，组态软件和IT类软件不同，有自己的特殊性，具有系统的概念，使用范围也不是很广，面临的国际竞争没有其他类似办公软件或操作系统那样激烈，因此中国的本土软件很容易崛起。但是毕竟我们是跟在国外产品的后面发

34、展起来的，要想全面超过国外的竞争对手，就必须坚持走好自己的道路，尽量减少效仿，突出特色，以客户需求为中心，积极创新。只有这样，本土的软件才能够具有稳固的根基。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

35、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。组态软件国外有美国的FIX系列产品，澳大利亚的WIZCON，国内有组态王、MCGS、世纪星、开物等。国内软件开发比较晚，但吸取了其他组态软件的优点。采用了最先进的设计理念，所以可以与国外的组态软件相媲美，同时在价格上是国外软件的1318。其中北京昆仑公司的MCGS就是重要的组态软件之一，该软件曾开发上海东方明珠电视塔消防控制系统、北京西客站灯光电源控制系统、北京中央电视台消防供水系统等著名工程。 2.1 MCGS 5.1概述2.1.1 特点及组成MCGS 5.1

36、(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 Windows 9598MeNT2000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，

37、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 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(1) 启动McGs组态环境，建立工程项目。 (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。 (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。 (4) 制作图形画面，在用户

38、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。 (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，设定动画刷新周期，指定数据库存盘文件名称及存盘时间等。 (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。 (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.

39、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，运行动画，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，设备驱动程序中包含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进来或发送出去。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2所示。下位机由宇光AI-808智能仪表构成，实现对水位数据的采集和控制。宇光一智能仪表是利用RS232RS485和上位机

40、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=I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。图2 上下位机组成结构图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 ： (1) 仪表的地址，必须和仪表Addr参数设置一致。 (2) 用于设置仪表的输入范围。 (3) 设置仪表的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。 (4) 设置仪表的OP值方式，不设置OP值表示只读OP值，自动设置OP值表示写OP。 (5)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

41、一致， 因字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

42、进行标定和修正。 Cmd的值包括：SVSteP(上限报警)、HlAL(给定值程序段)、LoAI (下限报警)、dHAL(正偏差报警)、dl AI (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)、dlL(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)、(oPl 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

43、.2.3 设备命令的实现方法 MCGS运行策略的设备操作构件实现，具体操作如下： (1) 在运行策略中新建一个用户策略； (2) 在策略工具箱中选取设备操作构件； (3) 在设备操作构件的属性页选取执行指定设备命令，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讯线，把模块地址、波特率和各种参数设置正确、Addr参数必须和模块地址一致， 串口号、波特率、数据位位数

44、、停止位位数、校验方式必须和父设备的设置一致， 打开主机即可调试。(注意：对通讯状态通道调试时， 通道值一列显示设备通讯状态，0表示通讯成功，1表示通讯失败。对模拟量输入通道调试时，通道值一列显示模拟量输入通道的实际测量值。对模拟量输出通道调试时，通道值一列输入要输出的值。) 2.3采用MCGS开发双储液罐水位控制系统结语采用MCGS开发双储液罐水位控制系统，是模拟现代工业生产过程中对液位进行测量、控制，观察其变化特性，研究过程控制规律的试验系统，具有过程控制的动态过程一般特点(大惯量、大延时、非线性)。经过长期实验， 运行稳定，数据采集准确可靠，为理论分析过程控制实验的实现奠定了基础。第三章

45、 双储液罐水位控制系统的硬件组成及设备的选择 3.1水箱对象对象由水罐、水泵、调节阀、出水阀几部分组成。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，下限为0.5m。3.1.2. 水泵 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%，一面烧毁电机）3.1.3调节阀采用ZAZP电动阀，ZAZP电动精小型单座、套筒调节阀是DKZ型电动单元组合仪表中的执行单元，它是生产过程自动调节系统中的重要环节之一。它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，自动地操纵阀门

46、，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。本系列产品有标准型、波纹管密封型、夹套保温型等多种品种。产品公称压力等级有PN1.6、4.0、6.4MPa；公称通径范围DN20400。3.1.4出水阀采用ANSI Class 1502500Lb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ST-2001GP4BM1B2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0m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：一、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、