基于PLC的流量監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)
上海申弘閥門有限公司
本畢業(yè)設(shè)計(jì)課題來(lái)自實(shí)驗(yàn)室建設(shè)。目的是利用PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)過程控制。目前，PLC使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡(jiǎn)單控制到更復(fù)雜的自動(dòng)化控制。上海申弘閥門有限公司主營(yíng)閥門有：減壓閥(氣體減壓閥,可調(diào)式減壓閥,波紋管減壓閥,活塞式減壓閥,蒸汽減壓閥,先導(dǎo)式減壓閥,空氣減壓閥,氮?dú)鉁p壓閥,水用減壓閥,自力式減壓閥,比例減壓閥)、安全閥、保溫閥、低溫閥、球閥、截止閥、閘閥、止回閥、蝶閥、過濾器、放料閥、隔膜閥、旋塞閥、柱塞閥、平衡閥、調(diào)節(jié)閥、疏水閥、管夾閥、排污閥、排氣閥、排泥閥、氣動(dòng)閥門、電動(dòng)閥門、高壓閥門、中壓閥門、低壓閥門、水力控制閥、真空閥門、襯膠閥門、襯氟閥門。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動(dòng)檢測(cè)，自動(dòng)化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機(jī)床、機(jī)械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護(hù)設(shè)備等等。PLC通過模擬量I/O模塊，實(shí)現(xiàn)模擬量與數(shù)字量之間的 A/D、D/A轉(zhuǎn)換，并對(duì)模擬量進(jìn)行閉環(huán)PID控制。用MCGS組態(tài)軟件組態(tài)配置工業(yè)控制監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。
本畢業(yè)設(shè)計(jì)原理是利用擴(kuò)展模塊EM235（AI4/AQ1*12位）進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，然后把采集到的數(shù)據(jù)利用程序進(jìn)行工程量轉(zhuǎn)換，給定量與輸入量相減得出偏換，送到執(zhí)行器，從而構(gòu)成的是單閉環(huán)控制。
采用增量式PID，具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）增量算法控制誤動(dòng)作影響小。（2）增量算法控制易于實(shí)現(xiàn)手動(dòng)/自動(dòng)無(wú)擾動(dòng)切換。（3）不產(chǎn)生積分失控，易獲得較好的調(diào)節(jié)品質(zhì)。在實(shí)際應(yīng)用中，在以步進(jìn)電機(jī)或多圈電位器作執(zhí)行器件的系統(tǒng)中，則采用增量式PID算法。
MCGS即"監(jiān)視與控制通用系統(tǒng)"，英文全稱為Monitor and Control Generated System。MCGS是為工業(yè)過程控制和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域服務(wù)的通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件，具有功能完善、操作簡(jiǎn)便、可視性好、可維護(hù)性強(qiáng)的突出特點(diǎn)。MCGS工控組態(tài)軟件是一套32位工控組態(tài)軟件，集流程控制、數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制與輸出數(shù)據(jù)與曲線等諸多強(qiáng)大功能于一身，廣泛應(yīng)用于石油、電力、化工、鋼鐵、礦山、冶金、機(jī)械等
3.1 總體分析
學(xué)習(xí)了PLC的硬件系統(tǒng)、指令系統(tǒng)和編程方法以后，對(duì)設(shè)計(jì)一個(gè)較大的PLC系統(tǒng)時(shí)，要全面考慮許多因素，不管所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)的大小，要按照下列設(shè)計(jì)步驟進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)。如圖1：
3.2 工藝過程
隨著PLC功能的不斷提高和完善，PLC幾乎可以完成工業(yè)控制領(lǐng)域的所有任務(wù)，但PLC還有它的應(yīng)用場(chǎng)合：工業(yè)環(huán)境較差，而對(duì)安全性、可靠性要求較高，系統(tǒng)工藝復(fù)雜，輸入/輸出以開關(guān)量為主的工業(yè)自控系統(tǒng)或裝置，它對(duì)模擬量的處理能力也很強(qiáng)。所以在很多情況下，也可取代工業(yè)控制計(jì)算機(jī)作為主控制器，來(lái)完成復(fù)雜的工業(yè)自動(dòng)控制任務(wù)。
控制對(duì)象及控制裝置選定后，還要進(jìn)一步確定PLC的控制范圍。一般來(lái)說，能夠反映生產(chǎn)過程的運(yùn)行情況，能夠用傳感器進(jìn)行直接測(cè)量的參數(shù)，控制邏輯復(fù)雜的部分都由PLC完成。另外，對(duì)主要控制對(duì)象還要加上手動(dòng)控制功能。針對(duì)此次的控制任務(wù)，是利用PLC對(duì)液體流量（模擬量）進(jìn)行控制。要求把管道中水流控制在一定的速度，要求用增量式PID控制算法進(jìn)行控制。如圖2所示：
3.3 系統(tǒng)控制要求
1、要求用PLC編寫程序，采用單閉環(huán)控制，來(lái)控制電動(dòng)調(diào)節(jié)閥開度，以達(dá)到控制管道內(nèi)液體流量的目的。
2、用PLC編寫程序，采用單回路控制，以采集的流量為反饋信號(hào)，與給定值進(jìn)行比較，以達(dá)到控制液體流量的目的。
3、用MCGS組態(tài)軟件對(duì)設(shè)計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。
3.4 系統(tǒng)的I/O點(diǎn)及地址分配
輸入/輸出信號(hào)在PLC接線端子上的地址分配是進(jìn)行PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。對(duì)軟件設(shè)計(jì)來(lái)說，I/O地址分配以后才可進(jìn)行編程；對(duì)控制柜及PLC的外圍接線來(lái)說，只有I/O地址確定以后，才可以繪制電氣接線圖、裝配圖，分配地址時(shí)，要注意負(fù)載類型。
控制系統(tǒng)的輸入/輸出信號(hào)的名稱、代碼及地址編號(hào)如下表所示：
符號(hào) | 地址 | 備注 |
Kz | M0.0 | 控制方式 |
Ee | VD136 | 偏差 |
e_1 | VD140 | 偏差前值 |
e_2 | VD144 | 偏差前前值 |
Mnp | VD148 | 比例值 |
Mni | VD152 | 積分值 |
Mnd | VD156 | 微分值 |
dMn | VD160 | PID增量 |
Mn_1 | VD164 | 輸出前值 |
Mn | VD168 | 輸出值 |
Kc | VD172 | 比例系數(shù) |
Ti | VD176 | 積分時(shí)間常數(shù) |
Td | VD180 | 微分時(shí)間常數(shù) |
Ts | VD184 | 采樣周期 |
Pvn | VD200 | 測(cè)量值 |
Spn | VD208 | 給定值 |
max | VW220 | 測(cè)量值大值 |
表1 地址分配
3.5 PLC系統(tǒng)的選型
選擇PLC一方面要注意容量，另一方面什么公司的。從上面的分析可以知道，系統(tǒng)需要模擬量輸入點(diǎn)一個(gè)，模擬量輸出點(diǎn)一個(gè)。可以選用西門子公司S7-200 CPU222PLC（8入/6繼電器輸出）一臺(tái)，特點(diǎn)：體積小巧，全面功能，適應(yīng)于中小機(jī)器設(shè)備的控制，適用于各行各業(yè)，各種場(chǎng)合中的檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及控制的自動(dòng)化。強(qiáng)大功能使其無(wú)論在獨(dú)立運(yùn)行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能。因此S7－200系列具有*的性能/價(jià)格比，*的可靠性，極豐富的指令集 ，易于掌握，便捷的操作，豐富的內(nèi)置集成功能，強(qiáng)勁的通訊能力，豐富的擴(kuò)展模塊。在加上一臺(tái)擴(kuò)展模塊EM235（4AI/1AO）。這樣的配置。
3.6 需要考慮的其它問題
1、保護(hù)措施；
2、系統(tǒng)保直流電源的容量；
3、電源方面的抗干擾措施；
4、輸出方面的護(hù)措施。
3.7 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)
3.7.1數(shù)字PID控制算法
在連續(xù)-時(shí)間控制系統(tǒng)中，PID控制器應(yīng)用得非常廣泛。其設(shè)計(jì)技術(shù)成熟，以來(lái)形成了典型的結(jié)構(gòu)，參數(shù)整定方便，結(jié)構(gòu)更改靈活，能滿足一般的控制要求。 數(shù)字PID控制比連續(xù)PID控制更為*，因?yàn)橛?jì)算機(jī)程序的靈活性，很容易克服連續(xù)PID控制中存在的問題，經(jīng)修正而得到更完善的數(shù)字PID算法。連續(xù)一時(shí)間PID控制系統(tǒng)如4所示。圖4中，D（s）為控制器。在PID控制系統(tǒng)中，D（s）完成PID控制規(guī)律，稱為PID控制器。
PID控制器是一種線性控制器，用輸出量y（t）和給定量r（t）之間的誤差的時(shí)間函數(shù)。e(t)=r(t)-y(t) 的比例，積分，微分的線性組合，構(gòu)成控制量u（t），稱為比例（Proportional）積分（Integrating）微分（Differentiation）控制，簡(jiǎn)稱PID控制。實(shí)際應(yīng)用中，可以根據(jù)受控對(duì)象的特性和控制的性能要求，靈活地采用不同的控制組合，構(gòu)成
比例（P）控制器 式中 KP——比例放大系數(shù)；TI——積分時(shí)間； TD——微分時(shí)間。
控制作用:比例控制能迅速反應(yīng)誤差，從而減小穩(wěn)態(tài)誤差。但是，比例控制不能消除穩(wěn)態(tài)誤差。比例放大系數(shù)的加大，會(huì)引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定。積分控制的作用是，只要系統(tǒng)有誤差存在，積分控制器就不斷地積累，輸出控制量，以消除誤差。因而，只要有足夠的時(shí)間，積分控制將能*消除誤差，使系統(tǒng)誤差為零，從而消除穩(wěn)態(tài)誤差。積分作用太強(qiáng)會(huì)使系統(tǒng)超調(diào)加大，甚至使系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩。微分控制可以減小超調(diào)量，克服振蕩，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性提高，同時(shí)加快系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，減小調(diào)整時(shí)間，從而改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。應(yīng)用PID控制，必須適當(dāng)?shù)卣{(diào)整比例放大系數(shù)KP，積分時(shí)間TI和微分時(shí)間TD，使整個(gè)控制系統(tǒng)得到良好的性能
數(shù)字PID控制算法:在電子數(shù)字計(jì)算機(jī)直接數(shù)字控制系統(tǒng)中，PID控制器是通過計(jì)算機(jī)PID控制算法程序?qū)崿F(xiàn)的。計(jì)算機(jī)直接數(shù)字控制系統(tǒng)大多數(shù)是采樣-數(shù)據(jù)控制系統(tǒng)。進(jìn)入計(jì)算機(jī)的連續(xù)-時(shí)間信號(hào),必須經(jīng)過采樣和整量化后，變成數(shù)字量，方能進(jìn)入計(jì)算機(jī)的存貯器和寄存器，而在數(shù)字計(jì)算機(jī)中的計(jì)算和處理，不論是積分還是微分，只能用數(shù)值計(jì)算去逼近。在數(shù)字計(jì)算機(jī)中，PID控制規(guī)律的實(shí)現(xiàn)，也必須用數(shù)值逼近的方法。當(dāng)采樣周期相當(dāng)短時(shí)，用求和代替積分，用差商代替微商，使PID算法離散化，將描述連續(xù)-時(shí)間PID算法的微分方程，變?yōu)槊枋鲭x散-時(shí)間PID算法的差分方程。
增量式PID控制算法:當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要的不是控制量的值，而是控制量的增量（例如去驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)）時(shí)，需要用PID的“增量算法”。
由位置算法求出上式已看不出是PID的表達(dá)式了，也看不出P、I、D作用的直接關(guān)系，只表示了各次誤差量對(duì)控制作用的影響。從式中看出，數(shù)字增量式PID算法，只要貯存近的三個(gè)誤差采樣值e（k）、e（k-1）、e（k-2）就足夠了。
增量式PID控制的優(yōu)點(diǎn)與不足：
優(yōu)點(diǎn): 1、增量算法控制誤動(dòng)作影響小。
2、增量算法控制易于實(shí)現(xiàn)手動(dòng)/自動(dòng)無(wú)擾動(dòng)切換。
3、不產(chǎn)生積分失控，易獲得較好的調(diào)節(jié)品質(zhì)。
缺點(diǎn)：1、積分截?cái)嘈?yīng)大，有靜態(tài)誤差。
2、溢出影響大在實(shí)際應(yīng)用中，在以步進(jìn)電機(jī)或多圈電位器作執(zhí)行器件的系統(tǒng)中，則采用增量式算法。
圖6 增量式PID控制算法流程圖
3.7.2 回路輸入/輸出量的工程量轉(zhuǎn)換
一個(gè)回路具有兩個(gè)輸入量，即給定值和過程變量。給定值通常為一固定值。過程變量受回路輸出的影響并反映了控制的效果。給定值和過程變量都是實(shí)際的工程量，其幅度、范圍和測(cè)量單位都會(huì)不同。在實(shí)施PID算法之前，必須將這些值轉(zhuǎn)換為歸一化純量、浮點(diǎn)數(shù)的格式，即：將實(shí)數(shù)格式的工程實(shí)際值轉(zhuǎn)換為[0.0，1]間的無(wú)量剛相對(duì)值（稱為歸一化格式）。
用下式來(lái)將給定值或過程變量歸一化：
Rnorm=（Rraw/Span+E）
式中：Rnom為工程實(shí)際值的歸一化值；Rraw為工程實(shí)際值的實(shí)數(shù)形式，未歸一化處理；E對(duì)于單極性值，取0；對(duì)于雙極性值，取0.5；Span為大允許值減去小允許值，通常取：32000（對(duì)于單極性），64000（對(duì)于雙極性）。
將回路控制輸出轉(zhuǎn)換為按工程量標(biāo)定的整數(shù)值。
回路控制的輸出，相對(duì)于被控對(duì)象來(lái)說，為一個(gè)控制量。注意：回路控制輸出為在[0.0，1.0]范圍內(nèi)的歸一化實(shí)數(shù)格式，它必須先轉(zhuǎn)換為16位按工程量標(biāo)定的值后方可用于驅(qū)動(dòng)實(shí)際裝置。這一轉(zhuǎn)換實(shí)際上為歸一過程的逆過程。*步是用下式將回路輸出轉(zhuǎn)換為按工程量標(biāo)定的實(shí)數(shù)格式：
Rscal=(Mn-E)*Span
式中：Rscal為已按工程量標(biāo)定的實(shí)數(shù)格式的回路輸出；Mn為歸一化格式的回路輸出；E對(duì)于單極性模擬量，取為0.0；對(duì)雙極性模擬量，取為0.5；Span為大允許值減去小允許值，通常取：32000（單極性），64000（雙極性）
3.7.3 程序流程圖
本程序分為三部分：主程序、子程序、中斷程序。邏輯運(yùn)算放在主程序。系統(tǒng)初始化的一些工作放在初始化子程序中完成，這樣節(jié)省掃描時(shí)間。利用定時(shí)器中斷實(shí)現(xiàn)PID控制的定時(shí)采樣及輸出部分。
3.8 MCGS組態(tài)軟件對(duì)系統(tǒng)的組態(tài)過程
計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，為工業(yè)自動(dòng)化開辟了廣闊的發(fā)展空間，用戶可以方便快捷地組建的監(jiān)控系統(tǒng)，并且通過采用遠(yuǎn)程監(jiān)控及診斷、雙機(jī)熱備等技術(shù)，使系統(tǒng)更加安全可靠，在這方面，MCGS工控組態(tài)軟件提供強(qiáng)有力的軟件支持。
MCGS全中文工業(yè)自動(dòng)化控制組態(tài)軟件（以下簡(jiǎn)稱MCGS工控組態(tài)軟件或MCGS）為用戶建立全新的過程測(cè)控系統(tǒng)提供了一整套解決方案。MCGS工控組態(tài)軟件是一套32位工控組態(tài)軟件，集動(dòng)畫顯示、流程控制、數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制與輸出、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸、雙機(jī)熱備、工程報(bào)表、數(shù)據(jù)與曲線等諸多強(qiáng)大功能于一身，并支持國(guó)內(nèi)外眾多數(shù)據(jù)采集與輸出設(shè)備，廣泛應(yīng)用于石油、電力、化工、鋼鐵、礦山、冶金、機(jī)械、紡織、航天、建筑、材料、制冷、交通、通訊、食品、制造與加工業(yè)、水處理、環(huán)保、智能樓宇、實(shí)驗(yàn)室等多種工程領(lǐng)域。
MCGSWW服務(wù)器版本，集工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的集散控制和各類歷史、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及相關(guān)曲線的WWW發(fā)布于一體，可以解決整個(gè)企業(yè)的Internet/Intranet方案，也可以非常方便的與您已有的企業(yè)網(wǎng)絡(luò)相銜接，讓您從具體的技術(shù)環(huán)節(jié)和繁雜的數(shù)據(jù)堆中脫身，隨時(shí)隨地掌握工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)與企業(yè)運(yùn)營(yíng)狀態(tài)，了解所需的各項(xiàng)信息，大幅度提高工作效率，實(shí)現(xiàn)成功決策。
MCGS即"監(jiān)視與控制通用系統(tǒng)"，英文全稱為Monitor and Control Generated System。MCGS是為工業(yè)過程控制和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域服務(wù)的通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件，具有功能完善、操作簡(jiǎn)便、可視性好、可維護(hù)性強(qiáng)的突出特點(diǎn)。
3.8.1 MCGS工控組態(tài)軟件的功能和特點(diǎn)
1、概念簡(jiǎn)單，易于理解和使用。普通工程人員經(jīng)過短時(shí)間的培訓(xùn)就能正確掌握、快速完成多數(shù)簡(jiǎn)單工程項(xiàng)目的監(jiān)控程序設(shè)計(jì)和運(yùn)行操作。用戶可避開復(fù)雜的計(jì)算機(jī)軟硬件問題，集中精力解決工程本身的問題，按照系統(tǒng)的規(guī)定，組態(tài)配置出高性能、高可靠性、高度專業(yè)化的上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。
2、功能齊全，便于方案設(shè)計(jì)。MCGS為解決工程監(jiān)控問題提供了豐富多樣的手段，從設(shè)備驅(qū)動(dòng)（數(shù)據(jù)采集）到數(shù)據(jù)處理、報(bào)警處理、流程控制、動(dòng)畫顯示、報(bào)表輸出、曲線顯示等各個(gè)環(huán)節(jié)，均有豐富的功能組件和常用圖形庫(kù)可供選用，用戶只需根據(jù)工程作業(yè)的需要和特點(diǎn)，進(jìn)行方案設(shè)計(jì)和組態(tài)配置，即可生成用戶應(yīng)用軟件系統(tǒng)。
3、實(shí)時(shí)性與并行處理。MCGS充分利用了Windows操作平臺(tái)的多任務(wù)、按優(yōu)先級(jí)分時(shí)操作的功能，使PC機(jī)廣泛應(yīng)用于工程測(cè)控領(lǐng)域成為可能。工程作業(yè)中，大量的數(shù)據(jù)和信息需要及時(shí)收集，即時(shí)處理，在計(jì)算機(jī)測(cè)控技術(shù)領(lǐng)域稱其為實(shí)時(shí)性任務(wù)關(guān)鍵任務(wù)，如數(shù)據(jù)采集、設(shè)備驅(qū)動(dòng)和異常處理等。另外許多工作則是非實(shí)時(shí)性的，或稱為非時(shí)間關(guān)鍵任務(wù)，如畫面顯示，可在主機(jī)運(yùn)行周期時(shí)間內(nèi)插空進(jìn)行。而像打印數(shù)據(jù)一類的工作，可運(yùn)行于后臺(tái)，稱為脫機(jī)作業(yè)。MCGS是真正的32位系統(tǒng)，可同時(shí)運(yùn)行于Microsoft Windows95，98和Microsoft Windows NT平臺(tái)，以線程為單位進(jìn)行分時(shí)并行處理。
4、建立實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，便于用戶分步組態(tài)，保證系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行。MCGS組態(tài)軟件由主控窗口、設(shè)備窗口、用戶窗口、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和運(yùn)行策略五部分構(gòu)成。其中的“實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)”是整個(gè)系統(tǒng)的核心。在生成用戶應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，每一部分均可分別進(jìn)行組態(tài)配置，獨(dú)立建造，互不相干；而在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，各個(gè)部分都通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)交換數(shù)據(jù)，形成互相關(guān)聯(lián)的整體。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)是一個(gè)數(shù)據(jù)處理中心，是系統(tǒng)各個(gè)部分及其各種功能性構(gòu)件的公用數(shù)據(jù)區(qū)。各個(gè)部件獨(dú)立地向?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)輸入和輸出數(shù)據(jù)，并完成自己的差錯(cuò)控制。
5、設(shè)立“設(shè)備工具箱”，針對(duì)外部設(shè)備的特征，用戶從中選擇某種“構(gòu)件”，設(shè)置于設(shè)備窗口內(nèi)，賦予相關(guān)的屬性，建立系統(tǒng)與外部設(shè)備的連接關(guān)系，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)該種設(shè)備的驅(qū)動(dòng)和控制。不同的設(shè)備對(duì)應(yīng)于不同的構(gòu)件，所有的設(shè)備構(gòu)件均通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)建立，而建立時(shí)又是相互獨(dú)立的，即對(duì)某一構(gòu)件的操作或改動(dòng)，不影響其它構(gòu)件和整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，從這一意義上講，MCGS是一個(gè)“設(shè)備無(wú)關(guān)”的系統(tǒng)，用戶不必因外部設(shè)備局部改動(dòng)，而影響整個(gè)系統(tǒng)。
6、“面向窗口”的設(shè)計(jì)方法，增加了可視性和可操作性。以窗口為單位，構(gòu)造用戶運(yùn)行系統(tǒng)的圖形界面，使得MCGS的組態(tài)工作既簡(jiǎn)單直觀，又靈活多變。用戶可以使用系統(tǒng)的缺省構(gòu)架，也可以根據(jù)需要自己組態(tài)配置，生成各種類型和風(fēng)格的圖形界面，包括DOS風(fēng)格的圖形界面、標(biāo)準(zhǔn)Windows風(fēng)格的圖形界面以及帶有動(dòng)畫效果的工具條和狀態(tài)條。
7、利用豐富的“動(dòng)畫組態(tài)”功能，快速構(gòu)造各種復(fù)雜生動(dòng)的動(dòng)態(tài)畫面。以圖象、圖符、數(shù)據(jù)、曲線等多種形式，為操作員及時(shí)提供系統(tǒng)運(yùn)行中的的狀態(tài)、品質(zhì)及異常報(bào)警等有關(guān)信息。用變化大小、改變顏色、明暗閃爍、移動(dòng)翻轉(zhuǎn)等多種手段，增強(qiáng)畫面的動(dòng)態(tài)顯示效果。圖元、圖符對(duì)象定義相應(yīng)的狀態(tài)屬性，即可實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫效果。同時(shí)，MCGS為用戶提供了豐富的動(dòng)畫構(gòu)件，模擬工程控制與實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)作業(yè)中常用的物理器件的動(dòng)作和功能。每個(gè)動(dòng)畫構(gòu)件都對(duì)應(yīng)一個(gè)特定的動(dòng)畫功能。如：實(shí)時(shí)曲線構(gòu)件、歷史曲線構(gòu)件、報(bào)警顯示構(gòu)件、自由表格構(gòu)件等。
8、引入“運(yùn)行策略”的概念。復(fù)雜的工程作業(yè)，運(yùn)行流程都是多分支的。用傳統(tǒng)的編程方法實(shí)現(xiàn)，既繁瑣又容易出錯(cuò)。MCGS開辟了“策略窗口”，用戶可以選用系統(tǒng)提供的各種條件和功能的“策略構(gòu)件”，用圖形化的方法構(gòu)造多分支的應(yīng)用程序，實(shí)現(xiàn)自由、地控制運(yùn)行流程，按照設(shè)定的條件和順序，操作外部設(shè)備，控制窗口的打開或關(guān)閉，與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。同時(shí)，也可以由用戶創(chuàng)建新的策略構(gòu)件，擴(kuò)展系統(tǒng)的功能。
9、MCGS系統(tǒng)由五大功能部件組成，主要的功能部件以構(gòu)件的形式來(lái)構(gòu)造。不同的構(gòu)件有著不同的功能，且各自獨(dú)立。三種基本類型的構(gòu)件（設(shè)備構(gòu)件、動(dòng)畫構(gòu)件、策略構(gòu)件）完成了MCGS系統(tǒng)三大部分（設(shè)備驅(qū)動(dòng)、動(dòng)畫顯示和流程控制）的所有工作。用戶也可以根據(jù)需要，定制特定類型構(gòu)件，使MCGS系統(tǒng)的功能得到擴(kuò)充。這種充分利用“面向?qū)ο?rdquo;的技術(shù)，大大提高了系統(tǒng)的可維護(hù)性和可擴(kuò)充性。
10、支持OLE Automation技術(shù)。MCGS允許用戶在Visual Basic中操作MCGS中的對(duì)象，提供了一套開放的可擴(kuò)充接口，用戶可根據(jù)自己的需要用VB編制特定的功能構(gòu)件來(lái)擴(kuò)充系統(tǒng)的功能。
11、MCGS中數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)不再使用普通的文件，而是用數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)管理一切。組態(tài)時(shí)，系統(tǒng)生成的組態(tài)結(jié)果是一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)；運(yùn)行時(shí)，數(shù)據(jù)對(duì)象、報(bào)警信息的存儲(chǔ)也是一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)。利用數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)保存數(shù)據(jù)和處理數(shù)據(jù)，提高了系統(tǒng)的可靠性和運(yùn)行效率，同時(shí)，也使其它應(yīng)用軟件系統(tǒng)能直接處理數(shù)據(jù)庫(kù)中的存盤數(shù)據(jù)。
12、設(shè)立“對(duì)象元件庫(kù)”，解決了組態(tài)結(jié)果的積累和重新利用問題。所謂對(duì)象元件庫(kù)，實(shí)際上是分類存儲(chǔ)各種組態(tài)對(duì)象的圖庫(kù)。組態(tài)時(shí)，可把制作完好的對(duì)象（包括圖形對(duì)象，窗口對(duì)象，策略對(duì)象，以至位圖文件等等）以元件的形式存入圖庫(kù)中，也可把元件庫(kù)中的各種對(duì)象取出，直接為當(dāng)前的工程所用。隨著工作的積累，對(duì)象元件庫(kù)將日益擴(kuò)大和豐富，組態(tài)工作將會(huì)變得越來(lái)越簡(jiǎn)單方便。
13、提供對(duì)網(wǎng)絡(luò)的支持。考慮到工控系統(tǒng)今后的發(fā)展趨勢(shì)，MCGS充分運(yùn)用現(xiàn)今發(fā)展的DCCW(Distributed Computer Cooperator Work)技術(shù)，即分布式計(jì)算機(jī)協(xié)同工作方式，來(lái)使分散在不同現(xiàn)場(chǎng)之間的采集系統(tǒng)和工作站之間協(xié)同工作。通過MCGS，不同的工作站之間可以實(shí)時(shí)交換數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)工控系統(tǒng)的分布式控制和管理。
MCGS組態(tài)軟件所建立的工程由主控窗口、設(shè)備窗口、用戶窗口、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和運(yùn)行策略五部分構(gòu)成，每一部分分別進(jìn)行組態(tài)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。在主控窗口中可以放置一個(gè)設(shè)備窗口和多個(gè)用戶窗口，負(fù)責(zé)調(diào)度和管理這些窗口的打開或關(guān)閉。主要的組態(tài)操作包括：定義工程的名稱，編制工程菜單，設(shè)計(jì)封面圖形，確定自動(dòng)啟動(dòng)的窗口，設(shè)定動(dòng)畫刷新周期，數(shù)據(jù)庫(kù)存盤文件名稱及存盤時(shí)間等。
2、設(shè)備窗口：是連接和驅(qū)動(dòng)外部設(shè)備的工作環(huán)境。在本窗口內(nèi)配置數(shù)據(jù)采集與控制輸出設(shè)備，注冊(cè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，定義連接與驅(qū)動(dòng)設(shè)備用的數(shù)據(jù)變量。
3、用戶窗口：本窗口主要用于設(shè)置工程中人機(jī)交互的界面，諸如：生成各種動(dòng)畫顯示畫面、報(bào)警輸出、數(shù)據(jù)與曲線圖表等。
4、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)：是工程各個(gè)部分的數(shù)據(jù)交換與處理中心，它將MCGS工程的各個(gè)部分連接成有機(jī)的整體。在本窗口內(nèi)定義不同類型和名稱的變量，作為數(shù)據(jù)采集、處理、輸出控制、動(dòng)畫連接及設(shè)備驅(qū)動(dòng)的對(duì)象。
5、運(yùn)行策略：本窗口主要完成工程運(yùn)行流程的控制。包括編寫控制程序（if…then腳本程序），選用各種功能構(gòu)件，如：數(shù)據(jù)提取、歷史曲線、定時(shí)器、配方操作、多媒體輸出等。
3.8.3 MCGS組態(tài)過程
使用MCGS完成一個(gè)實(shí)際的應(yīng)用系統(tǒng)，首先必須在MCGS的組態(tài)環(huán)境下進(jìn)行系統(tǒng)的組態(tài)生成工作，然后將系統(tǒng)放在MCGS的運(yùn)行環(huán)境下運(yùn)行。本章逐步介紹在MCGS組態(tài)環(huán)境下構(gòu)造一個(gè)用戶應(yīng)用系統(tǒng)的過程，以便對(duì)MCGS系統(tǒng)的組態(tài)過程有一個(gè)全面的了解和認(rèn)識(shí)。
在實(shí)際工程項(xiàng)目中，使用MCGS構(gòu)造應(yīng)用系統(tǒng)之前，應(yīng)進(jìn)行工程的整體規(guī)劃，保證項(xiàng)目的順利實(shí)施。
對(duì)工程設(shè)計(jì)人員來(lái)說，首先要了解整個(gè)工程的系統(tǒng)構(gòu)成和工藝流程，弄清測(cè)控對(duì)象的特征，明確主要的監(jiān)控要求和技術(shù)要求等問題。在此基礎(chǔ)上，擬定組建工程的總體規(guī)劃和設(shè)想，主要包括系統(tǒng)應(yīng)實(shí)現(xiàn)哪些功能，控制流程如何實(shí)現(xiàn)，需要什么樣的用戶窗口界面，實(shí)現(xiàn)何種動(dòng)畫效果以及如何在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中定義數(shù)據(jù)變量等環(huán)節(jié)，同時(shí)還要分析工程中設(shè)備的采集及輸出通道與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中定義的變量的對(duì)應(yīng)關(guān)系，分清哪些變量是要求與設(shè)備連接的，哪些變量是軟件內(nèi)部用來(lái)傳遞數(shù)據(jù)及用于實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫顯示的等問題。作好工程的整體規(guī)劃，在項(xiàng)目的組態(tài)過程中能夠盡量避免一些無(wú)謂的勞動(dòng)，快速有效地完成工程項(xiàng)目。
MCGS中用“工程”來(lái)表示組態(tài)生成的應(yīng)用系統(tǒng)，創(chuàng)建一個(gè)新工程就是創(chuàng)建一個(gè)新的用戶應(yīng)用系統(tǒng)，打開工程就是打開一個(gè)已經(jīng)存在的應(yīng)用系統(tǒng)。工程文件的命名規(guī)則和Windows系統(tǒng)相同，MCGS自動(dòng)給工程文件名加上后綴“.mcg”。
保存新工程時(shí)，可以隨意更換工程文件的名稱。缺省情況下，所有的工程文件都存放在MCGS安裝目錄下的Work子目錄里，用戶也可以根據(jù)自身需要存放工程文件的目錄。
實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)是MCGS系統(tǒng)的核心，也是應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理中心，系統(tǒng)各部分均以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)為數(shù)據(jù)公用區(qū)，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換、數(shù)據(jù)處理和實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可視化處理。定義數(shù)據(jù)對(duì)象的過程，就是構(gòu)造實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的過程。
MCGS把數(shù)據(jù)對(duì)象的屬性封裝在對(duì)象內(nèi)部，作為一個(gè)整體，由實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)統(tǒng)一管理。對(duì)象的屬性包括基本屬性、存盤屬性和報(bào)警屬性。基本屬性則包含對(duì)象的名稱、類型、初值、界限（大小）值、工程單位和對(duì)象內(nèi)容注釋等項(xiàng)內(nèi)容。
表2 定義變量
符號(hào) | 地址 | 備注 |
Kz | M0.0 | 控制方式 |
Ee | VD136 | 偏差 |
e_1 | VD140 | 偏差前值 |
e_2 | VD144 | 偏差前前值 |
Mnp | VD148 | 比例值 |
Mni | VD152 | 積分值 |
Mnd | VD156 | 微分值 |
dMn | VD160 | PID增量 |
Mn_1 | VD164 | 輸出前值 |
Mn | VD168 | 輸出值 |
Kc | VD172 | 比例系數(shù) |
Ti | VD176 | 積分時(shí)間常數(shù) |
Td | VD180 | 微分時(shí)間常數(shù) |
Ts | VD184 | 采樣周期 |
Pvn | VD200 | 測(cè)量值 |
Spn | VD208 | 給定值 |
max | VW220 | 測(cè)量值大值 |
圖13 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)窗口
在“實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)”窗口頁(yè)中，可以象在Windows95的文件操作窗口中一樣，能夠以大圖標(biāo)、小圖標(biāo)、列表、詳細(xì)資料四種方式顯示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中已定義的數(shù)據(jù)對(duì)象，可以選擇按名稱的順序或按類型順序來(lái)顯示數(shù)據(jù)對(duì)象，也可以剪切、拷貝、粘貼的數(shù)據(jù)對(duì)象，還可以直接修改數(shù)據(jù)對(duì)象的名稱。
為了快速生成多個(gè)相同類型的數(shù)據(jù)對(duì)象，可以選擇“成組增加”按鈕，彈出“成組增加數(shù)據(jù)對(duì)象”對(duì)話框，一次定義多個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象，如上圖所示。成組增加的數(shù)據(jù)對(duì)象，名稱由主體名稱和索引代碼兩部分組成。其中，“對(duì)象名稱”一欄，代表該組對(duì)象名稱的主體部分，而“起始索引值”則代表*個(gè)成員的索引代碼，其它數(shù)據(jù)對(duì)象的主體名稱相同，索引代碼依次遞增。成組增加的數(shù)據(jù)對(duì)象，其他特性如數(shù)據(jù)類型、工程單位、大小值等都是一致的。
選擇組態(tài)環(huán)境工作臺(tái)中的用戶窗口頁(yè)，所有的用戶窗口均位于該窗口頁(yè)內(nèi)，如圖14所示：
圖14 用戶窗口
按“新建窗口”按鈕，或執(zhí)行菜單中的“插入”→“用戶窗口”命令，即可創(chuàng)建一個(gè)新的用戶窗口，以圖標(biāo)形式顯示。開始時(shí)，新建的用戶窗口只是一個(gè)空窗口，用戶可以根據(jù)需要設(shè)置窗口的屬性和在窗口內(nèi)放置圖形對(duì)象。
選擇待定義的用戶窗口圖標(biāo)，點(diǎn)鼠標(biāo)右鍵選擇屬性，也可以單擊工作臺(tái)窗口中的“窗口屬性”按鈕，或者單擊工具條中的“顯示屬性”按鈕 
，或者操作快捷鍵“Alt+Enter”，彈出“用戶窗口屬性設(shè)置”對(duì)話框，按所列款項(xiàng)設(shè)置有關(guān)屬性。
用戶窗口的屬性包括基本屬性、擴(kuò)充屬性和腳本控制（啟動(dòng)腳本、循環(huán)腳本、退出腳本），由用戶選擇設(shè)置。窗口的基本屬性包括窗口名稱、顯示標(biāo)題、背景顏色、窗口位置、窗口邊界、窗口內(nèi)容注釋等項(xiàng)內(nèi)容。
窗口的擴(kuò)充屬性包括窗口的外觀、位置坐標(biāo)和視區(qū)大小等項(xiàng)內(nèi)容。窗口的視區(qū)是指實(shí)際可用的區(qū)域，與屏幕上所見的區(qū)域可以不同，當(dāng)選擇視區(qū)大于可見區(qū)時(shí)，窗口側(cè)邊附加滾動(dòng)條，操作滾動(dòng)條可以瀏覽窗口內(nèi)所有的圖形對(duì)象。
腳本控制包括啟動(dòng)腳本，循環(huán)腳本和退出腳本，啟動(dòng)腳本在用戶窗口打開時(shí)，循環(huán)腳本是在窗口打開期間以的間隔循環(huán)執(zhí)行，退出腳本則是在用戶窗口關(guān)閉時(shí)執(zhí)行。
MCGS提供了三類圖形對(duì)象供用戶選用， 即圖元對(duì)象、圖符對(duì)象和動(dòng)畫構(gòu)件。這些圖形對(duì)象位于常用符號(hào)工具箱和動(dòng)畫工具箱內(nèi)，用戶從工具箱中選擇所需要的圖形對(duì)象，配置在用戶窗口內(nèi)，可以創(chuàng)建各種復(fù)雜的圖形。
圖形對(duì)象創(chuàng)建完成后，要對(duì)圖形對(duì)象進(jìn)行各種編輯工作，如：改變圖形的顏色和大小，調(diào)整圖形的位置和排列形式，圖形的旋轉(zhuǎn)及組合分解等項(xiàng)操作，MCGS提供了完善的編輯工具，使用戶能快速制作各種復(fù)雜的圖形界面，以圖形方式表示外部物理對(duì)象。
定義動(dòng)畫連接，實(shí)際上是將用戶窗口內(nèi)創(chuàng)建的圖形對(duì)象與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中定義的數(shù)據(jù)對(duì)象建立對(duì)應(yīng)連接關(guān)系，通過對(duì)圖形對(duì)象在不同的數(shù)值區(qū)間內(nèi)設(shè)置不同的狀態(tài)屬性（如顏色、大小、位置移動(dòng)、可見度、閃爍效果等），用數(shù)據(jù)對(duì)象的值的變化來(lái)驅(qū)動(dòng)圖形對(duì)象的狀態(tài)改變，使系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，產(chǎn)生形象逼真的動(dòng)畫效果。因此，動(dòng)畫連接過程就歸結(jié)為對(duì)圖形對(duì)象的狀態(tài)屬性設(shè)置的過程。
在MCGS中，每個(gè)圖元、圖符對(duì)象都可以實(shí)現(xiàn)11種動(dòng)畫連接方式。可以利用這些圖元、圖符對(duì)象來(lái)制作實(shí)際工程所需的圖形對(duì)象，然后再建立起與數(shù)據(jù)對(duì)象的對(duì)應(yīng)關(guān)系，定義圖形對(duì)象的一種或多種動(dòng)畫連接方式，實(shí)現(xiàn)特定的動(dòng)畫功能。
為了簡(jiǎn)化用戶程序設(shè)計(jì)工作量，MCGS將工程控制與實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)作業(yè)中常用的物理器件，如按鈕、操作桿、顯示儀表和曲線表盤等，制成獨(dú)立的圖形存儲(chǔ)于圖庫(kù)中，供用戶調(diào)用，這些能實(shí)現(xiàn)不同動(dòng)畫功能的圖形稱為動(dòng)畫構(gòu)件。
在組態(tài)時(shí)，只需要建立動(dòng)畫構(gòu)件與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)對(duì)象的對(duì)應(yīng)關(guān)系，就能完成動(dòng)畫構(gòu)件的連接，如對(duì)實(shí)時(shí)曲線構(gòu)件，需要指明該構(gòu)件運(yùn)行時(shí)記錄哪個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象的變化曲線；對(duì)報(bào)警顯示構(gòu)件，需要指明該構(gòu)件運(yùn)行時(shí)顯示哪個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象的報(bào)警信息。
電動(dòng)閥單閉環(huán)液位控制窗口如圖15：
圖15 電動(dòng)閥單閉環(huán)液位控制窗口
電動(dòng)閥單閉環(huán)液位控制歷史曲線窗口如圖17：
圖17 電動(dòng)閥單閉環(huán)液位控制歷史曲線窗口
電動(dòng)閥單閉環(huán)液位控制歷史數(shù)據(jù)窗口如圖18：
圖18 電動(dòng)閥單閉環(huán)液位控制歷史數(shù)據(jù)窗口
3.8.3.5 組態(tài)主控窗口
主控窗口是用戶應(yīng)用系統(tǒng)的主窗口，也是應(yīng)用系統(tǒng)的主框架，展現(xiàn)工程的總體外觀。主控窗口提供菜單命令，響應(yīng)用戶的操作。主控窗口負(fù)責(zé)調(diào)度設(shè)備窗口的工作、管理用戶窗口的打開和關(guān)閉、驅(qū)動(dòng)動(dòng)畫圖形和調(diào)度用戶策略的運(yùn)行等工作。主控窗口組態(tài)包括菜單設(shè)計(jì)和主控窗口中系統(tǒng)屬性的設(shè)置。
對(duì)于一個(gè)新建的工程，MCGS提供了一套缺省菜單，用戶也可以根據(jù)需要設(shè)計(jì)自己的菜單。
選中“主控窗口”圖標(biāo)，鼠標(biāo)單擊“工作臺(tái)”窗口中的“系統(tǒng)屬性”按鈕，或者單擊工具條中的“顯示屬性”按鈕
，或者選擇“編輯”菜單中的“屬性”菜單項(xiàng)，顯示“主控窗口屬性設(shè)置”對(duì)話框。分為下列五種屬性，按頁(yè)設(shè)置。
設(shè)備窗口是MCGS系統(tǒng)與作為測(cè)控對(duì)象的外部設(shè)備建立的后臺(tái)作業(yè)環(huán)境，負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)外部設(shè)備，控制外部設(shè)備的工作狀態(tài)。系統(tǒng)通過設(shè)備與數(shù)據(jù)之間的通道，把外部設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)采集進(jìn)來(lái)，送入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，供系統(tǒng)其它部分調(diào)用，并且把實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)輸出到外部設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)外部設(shè)備的操作與控制。
MCGS為用戶提供了多種類型的“設(shè)備構(gòu)件”，作為系統(tǒng)與外部設(shè)備進(jìn)行的媒介。進(jìn)入設(shè)備窗口，從設(shè)備構(gòu)件工具箱里選擇相應(yīng)的構(gòu)件，配置到窗口內(nèi)，建立接口與通道的連接關(guān)系，設(shè)置相關(guān)的屬性，即完成了設(shè)備窗口的組態(tài)工作。
運(yùn)行時(shí)，應(yīng)用系統(tǒng)自動(dòng)裝載設(shè)備窗口及其含有的設(shè)備構(gòu)件，并在后臺(tái)獨(dú)立運(yùn)行。對(duì)用戶來(lái)說，設(shè)備窗口是不可見的。
在工作臺(tái)的“設(shè)備窗口”頁(yè)中：鼠標(biāo)雙擊設(shè)備窗口圖標(biāo)（或選中窗口圖標(biāo)，單擊“設(shè)備組態(tài)”按鈕），彈出設(shè)備組態(tài)窗口；選擇工具條中的“工具箱”按鈕，彈出設(shè)備工具箱；鼠標(biāo)雙擊設(shè)備工具箱里的設(shè)備構(gòu)件，或選中設(shè)備構(gòu)件，鼠標(biāo)移到設(shè)備窗口內(nèi)，單擊，則可將其選到窗口內(nèi)。
設(shè)備工具箱內(nèi)包含有MCGS目前支持的所有硬件設(shè)備，對(duì)系統(tǒng)不支持的硬件設(shè)備，需要預(yù)先定制相應(yīng)的設(shè)備構(gòu)件，才能對(duì)其進(jìn)行操作。MCGS將不斷增加新的設(shè)備構(gòu)件，以提供對(duì)更多硬件設(shè)備的支持。
我所選的設(shè)備為：
設(shè)備0[口通訊父設(shè)備]、設(shè)備1[西門子S7-200PPI]
選中設(shè)備構(gòu)件，單擊工具條中的“屬性”按鈕或選擇“編輯”菜單中的“屬性”命令，或者鼠標(biāo)雙擊設(shè)備構(gòu)件，彈出所選設(shè)備構(gòu)件的“屬性設(shè)置”對(duì)話框，進(jìn)入“基本屬性”窗口頁(yè)，按所列項(xiàng)目設(shè)定。
不同的設(shè)備構(gòu)件有不同的屬性，一般都包括如下三項(xiàng)：設(shè)備名稱、輸入輸出（I/O）端口地址、數(shù)據(jù)采集周期。系統(tǒng)各個(gè)部分對(duì)設(shè)備構(gòu)件的操作是以設(shè)備名為基準(zhǔn)的，因此各個(gè)設(shè)備構(gòu)件不能重名。與硬件相關(guān)的參數(shù)必須正確設(shè)置，否則系統(tǒng)不能正常工作
圖25 設(shè)備0屬性窗口
設(shè)備1屬性設(shè)置：
圖26 設(shè)備1基本屬性窗口
把輸入輸出裝置讀取數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)的通道稱為設(shè)備通道，建立設(shè)備通道和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)對(duì)象的對(duì)應(yīng)關(guān)系的過程稱為通道連接。建立通道連接的目的是通過設(shè)備構(gòu)件，確定采集進(jìn)來(lái)的數(shù)據(jù)送入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的什么地方，或從實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中什么地方取用數(shù)據(jù)。
在屬性設(shè)置對(duì)話框內(nèi)，選擇“通道連接和設(shè)置”窗口頁(yè)，按表中所列款項(xiàng)設(shè)置。
圖27 設(shè)備1通道連接窗口
運(yùn)行策略是指對(duì)監(jiān)控系運(yùn)行流程進(jìn)行控制的方法和條件，它能夠?qū)ο到y(tǒng)執(zhí)行某項(xiàng)操作和實(shí)現(xiàn)某種功能進(jìn)行有條件的約束。運(yùn)行策略由多個(gè)復(fù)雜的功能模塊組成，稱為“策略塊”，用來(lái)完成對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行流程的自由控制，使系統(tǒng)能按照設(shè)定的順序和條件，進(jìn)行操作實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，控制用戶窗口的打開、關(guān)閉以及控制設(shè)備構(gòu)件的工作狀態(tài)等一系列工作，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)工作過程的控制及有序的調(diào)度管理。
用戶可以根據(jù)需要來(lái)創(chuàng)建和組態(tài)運(yùn)行策略。
每建立一個(gè)新工程，系統(tǒng)都自動(dòng)創(chuàng)建三個(gè)固定的策略塊：?jiǎn)?dòng)策略、循環(huán)策略和退出策略，它們分別在啟動(dòng)時(shí)、運(yùn)行過程中和退出前由系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)度運(yùn)行。
進(jìn)入運(yùn)行策略窗口頁(yè)，選擇某一策略塊，單擊“策略屬性”按鈕，或按工具條中的“顯示屬性”按鈕，即可彈出“策略塊屬性設(shè)置”對(duì)話框，設(shè)置的項(xiàng)目主要是策略名稱和策略內(nèi)容注釋。其中的“循環(huán)時(shí)間”一欄，是專為循環(huán)策略塊設(shè)置循環(huán)時(shí)間用的。
無(wú)論是用戶創(chuàng)建的策略塊還是系統(tǒng)固有的三個(gè)策略塊，創(chuàng)建時(shí)只是一個(gè)有名無(wú)實(shí)的空架子，要使其成為獨(dú)立的實(shí)體，被系統(tǒng)其他部分調(diào)用，必須對(duì)其進(jìn)行組態(tài)操作，策略塊所要完成的功能。
每一個(gè)策略塊都具有多項(xiàng)功能，每一項(xiàng)功能的實(shí)現(xiàn)，都以特定的條件為前提。MCGS把“條件—功能”結(jié)合成一體，構(gòu)成策略塊中的一行，稱為策略行，策略塊由多個(gè)策略行構(gòu)成。策略塊的組態(tài)操作包括：
創(chuàng)建策略行：組態(tài)操作的*步是創(chuàng)建策略行，目的是先為策略塊搭建結(jié)構(gòu)框架。用鼠標(biāo)單擊窗口上端工具條中的“新增策略行”按鈕（），或單擊鼠標(biāo)右鍵在彈出右鍵菜單中選擇“新增策略行菜單”，或直接按下快捷鍵“Ctrl+I”，增加一個(gè)空的策略行。一個(gè)策略塊中多可創(chuàng)建1000個(gè)策略行。
配置策略構(gòu)件：每個(gè)策略行都由兩種類型的構(gòu)件串接而成，前端為條件構(gòu)件，后端為策略構(gòu)件。一個(gè)策略行中只能有一個(gè)策略構(gòu)件，但可以有多個(gè)條件構(gòu)件。在MCGS的“策略工具箱”中，為用戶提供了多種常用的策略構(gòu)件，用戶從工具箱中選擇所需的條件構(gòu)件和策略構(gòu)件，配置在策略行相應(yīng)的位置上。
設(shè)置策略構(gòu)件屬性：鼠標(biāo)雙擊策略構(gòu)件；或者單擊策略構(gòu)件，按工具條中的“屬性按鈕”，彈出該策略構(gòu)件的屬性設(shè)置對(duì)話框。不同的策略構(gòu)件，屬性設(shè)置的內(nèi)容不同。
要保證組態(tài)生成的應(yīng)用系統(tǒng)能夠正確運(yùn)行，必須保證組態(tài)結(jié)果準(zhǔn)確無(wú)誤。 MCGS提供了多種措施來(lái)檢查組態(tài)結(jié)果的正確性，希望密切注意系統(tǒng)提示的錯(cuò)誤信息，養(yǎng)成及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的習(xí)慣。
各種對(duì)象的屬在組態(tài)過程中，不可避免地會(huì)產(chǎn)生各種錯(cuò)誤，錯(cuò)誤的組態(tài)會(huì)導(dǎo)致各種無(wú)法預(yù)料的結(jié)果，性設(shè)置，是組態(tài)配置的重要環(huán)節(jié)，其正確與否，直接關(guān)系到系統(tǒng)的正常運(yùn)行。為此，MCGS大多數(shù)屬性設(shè)置窗口中都設(shè)有“檢查(C)”按鈕，用于對(duì)組態(tài)結(jié)果的正確性進(jìn)行檢查。每當(dāng)用戶完成一個(gè)對(duì)象的屬性設(shè)置后，可使用該按鈕，及時(shí)進(jìn)行檢查，如有錯(cuò)誤，系統(tǒng)會(huì)提示相關(guān)的信息。這種隨時(shí)檢查措施，使用戶能及時(shí)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，并且容易查找出錯(cuò)誤的原因，迅速糾正。
在完成用戶窗口、設(shè)備窗口、運(yùn)行策略和系統(tǒng)菜單的組態(tài)配置后，一般都要對(duì)組態(tài)結(jié)果進(jìn)行存盤處理。存盤時(shí)，MCGS自動(dòng)對(duì)組態(tài)的結(jié)果進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，系統(tǒng)會(huì)提示相關(guān)的信息。
全部組態(tài)工作完成后，應(yīng)對(duì)整個(gè)工程文件進(jìn)行統(tǒng)一檢查。關(guān)閉除工作臺(tái)窗口以外的其它窗口，鼠標(biāo)單擊工具條右側(cè)的“組態(tài)檢查”按鈕，或執(zhí)行“文件”菜單中的“組態(tài)結(jié)果檢查”命令，即開始對(duì)整個(gè)工程文件進(jìn)行組態(tài)結(jié)果正確性檢查。
新建工程在MCGS組態(tài)環(huán)境中完成（或部分完成）組態(tài)配置后，應(yīng)當(dāng)轉(zhuǎn)入MCGS運(yùn)行環(huán)境，通過試運(yùn)行，進(jìn)行綜合性測(cè)試檢查。鼠標(biāo)單擊工具條中的“進(jìn)入運(yùn)行環(huán)境”按鈕，或操作快捷鍵F5，或執(zhí)行“文件”菜單中的“進(jìn)入運(yùn)行環(huán)境”命令，即可進(jìn)入MCGS運(yùn)行環(huán)境，啟動(dòng)當(dāng)前正在組態(tài)的工程，對(duì)于要實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行測(cè)試。在組態(tài)過程中，可隨時(shí)進(jìn)入運(yùn)行環(huán)境，完成一部分測(cè)試一部分，發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤及時(shí)修改。
3.8.3.9 MCGS安全機(jī)制
MCGS系統(tǒng)的操作權(quán)限機(jī)制和Windows NT類似，采用用戶組和用戶的概念來(lái)進(jìn)行操作權(quán)限的控制。在MCGS中可以定義多個(gè)用戶組，每個(gè)用戶組中可以包含多個(gè)用戶，同一個(gè)用戶可以隸屬于多個(gè)用戶組。操作權(quán)限的分配是以用戶組為單位來(lái)進(jìn)行的，即某種功能的操作哪些用戶組有權(quán)限，而某個(gè)用戶能否對(duì)這個(gè)功能進(jìn)行操作取決于該用戶所在的用戶組是否具備對(duì)應(yīng)的操作權(quán)限。
MCGS系統(tǒng)按用戶組來(lái)分配操作權(quán)限的機(jī)制，使用戶能方便地建立各種多層次的安全機(jī)制。如：實(shí)際應(yīng)用中的安全機(jī)制一般要?jiǎng)澐譃椴僮鲉T組、技術(shù)員組、負(fù)責(zé)人組。操作員組的成員一般只能進(jìn)行簡(jiǎn)單的日常操作；技術(shù)員組負(fù)責(zé)工藝參數(shù)等功能的設(shè)置；負(fù)責(zé)人組能對(duì)重要的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析；各組的權(quán)限各自獨(dú)立，但某用戶可能因工作需要，能進(jìn)行所有操作，則只需把該用戶同時(shí)設(shè)為隸屬于三個(gè)用戶組即可。
在MCGS組態(tài)環(huán)境中，選取“工具”菜單中的“用戶權(quán)限管理”菜單項(xiàng)，在MCGS中，固定有一個(gè)名為“管理員組”的用戶組和一個(gè)名為“負(fù)責(zé)人”的用戶，它們的名稱不能修改。管理員組中的用戶有權(quán)利在運(yùn)行時(shí)管理所有的權(quán)限分配工作，管理員組的這些特性是由MCGS系統(tǒng)決定的，其它所有用戶組都沒有這些權(quán)利。
在用戶管理器窗口中，上半部分為已建用戶的用戶名列表，下半部分為已建用戶組的列表。當(dāng)用鼠標(biāo)激活用戶名列表時(shí)，在窗口底部顯示的按鈕是“新增用戶”、“復(fù)制用戶”、“刪除用戶”等對(duì)用戶操作的按鈕；當(dāng)用鼠標(biāo)激活用戶組名列表時(shí)，在窗口底部顯示的按鈕是“新增用戶組”、“刪除用戶組”等對(duì)用戶組操作的按鈕。按新增用戶按鈕，彈出如下用戶屬性設(shè)置窗口，在該窗口中，用戶對(duì)應(yīng)的密碼要輸入兩遍，用戶所隸屬的用戶組在下面的列表框中選擇（注意：一個(gè)用戶可以隸屬于多個(gè)用戶組）。當(dāng)在用戶管理器窗口中按“屬性”按鈕時(shí)，彈出同樣的窗口，可以修改用戶密碼和所屬的用戶組，但不能夠修改用戶名。
單擊新增用戶按鈕，可以添加新的用戶名，選中一個(gè)用戶時(shí)，點(diǎn)擊屬性或雙擊該用戶，會(huì)出現(xiàn)用戶屬性設(shè)置窗口
為了更好的保證工程運(yùn)行的安全、穩(wěn)定可靠，防止與工程系統(tǒng)無(wú)關(guān)的人員進(jìn)入或退出工程系統(tǒng)，MCGS系統(tǒng)提供了對(duì)工程運(yùn)行時(shí)進(jìn)入和退出工程的權(quán)限管理。
MCGS操作權(quán)限的組態(tài)非常簡(jiǎn)單，當(dāng)對(duì)應(yīng)的動(dòng)畫功能可以設(shè)置操作權(quán)*，在屬性設(shè)置窗口頁(yè)中都有對(duì)應(yīng)的“權(quán)限”按鈕，作為缺省設(shè)置，能對(duì)某項(xiàng)功能進(jìn)行操作的為所有用戶，即：如果不進(jìn)行權(quán)限組態(tài)，則權(quán)限機(jī)制不起作用，所有用戶都能對(duì)其進(jìn)行操作。在用戶權(quán)限設(shè)置窗口中，把對(duì)應(yīng)的用戶組選中（方框內(nèi)打勾表示選中），則該組內(nèi)的所有用戶都能對(duì)該項(xiàng)工作進(jìn)行操作。注意：一個(gè)操作權(quán)限可以配置多個(gè)用戶組。
使用MCGS工具菜單中工程安全管理菜單項(xiàng)的功能可以實(shí)現(xiàn)對(duì)工程（組態(tài)所得的結(jié)果）進(jìn)行各種保護(hù)工作。該菜單項(xiàng)包括：工程密碼設(shè)置；鎖定軟件狗；工程運(yùn)行期限設(shè)置。
MCGS工程試用期限的限制是和本系統(tǒng)的軟件狗配合使用的，簡(jiǎn)單地改變計(jì)算機(jī)的時(shí)鐘改變不了本功能的實(shí)現(xiàn)。“設(shè)置密碼”按鈕用來(lái)設(shè)置進(jìn)入本窗口的密碼。有時(shí)候，MCGS組態(tài)環(huán)境和工程必須一起交給終用戶，該密碼可用來(lái)保護(hù)本窗口中的設(shè)置，卻又不影響終用戶使用MCGS系統(tǒng)。
參考文獻(xiàn)
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[2].《可編程序控制器教程》溫照方 主編 北京理工大學(xué)出版社
[3].《可編程序控制器入門教程》鐘肇新 主編華南理工大學(xué)出版社
[4].《過程控制及儀表》 邵裕森 主編 上海交通大學(xué)出版社
[5].《組態(tài)軟件MCGS在鍋爐液位控制中的應(yīng)用》 馬兵智、孫志毅、趙志成
[6].《MCGS組態(tài)軟件在電廠油區(qū)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的應(yīng)用》
附錄A
MAIN主程序：
LD SM0.1
CALL initiate
LD SM0.0
CALL sift
LDB= SMB8, 16#19 //檢查EM235擴(kuò)展模塊是否存在
R M0.1, 1
NOT
S M0.1, 1
LDB= SMB9, 16#00 //檢查EM235擴(kuò)展模塊是否錯(cuò)誤
R M0.2, 1
NOT
AB= SMB9, 16#04
S M0.2, 1
LD M0.1
O M0.2
JMP 0
LDW= sy, +1 //單閉環(huán)手動(dòng)輸出
AN kz
DTCH 10
MOVR u1, AC0
/R 100.0, AC0
*R 25600.0, AC0
ROUND AC0, AC0
DTI AC0, AC0
+I +6400, AC0
MOVW AC0, AQW0
LDW= sy, +2 //串級(jí)手動(dòng)輸出
AN kz
DTCH 10
MOVR u2, AC0
/R 100.0, AC0
*R 25600.0, AC0
ROUND AC0, AC0
DTI AC0, AC0
+I +6400, AC0
MOVW AC0, AQW0
LD kz //自動(dòng)控制
ENI
LDW= sy, +0
R kz, 1
LD kz
EU
ATCH INT_0, 10
LD kz
ED
DTCH 10
LBL 0
Initiate初始化子程序：
LD SM0.0 //實(shí)驗(yàn)初始化
MOVW +0, sy
LD SM0.0 //中斷
MOVB 100, SMB34
ATCH INT_0, 10
LD SM0.0 //pv1濾波初始化
MOVW +0, VW0 //計(jì)數(shù)器清零
MOVW +128, VW2 //預(yù)置采樣次數(shù)
MOVD +0, VD10 //當(dāng)前采樣值清零
MOVD +0, VD14 //當(dāng)前采樣和清零
MOVD +0, VD18 //平均值清零
LD SM0.0 ////pv2濾波初始化
MOVW +0, VW30 //計(jì)數(shù)器清零
MOVW +128, VW32 //預(yù)置采樣次數(shù)
MOVD +0, VD40 //當(dāng)前采樣值清零
MOVD +0, VD44 //當(dāng)前采樣和清零
MOVD +0, VD48 //平均值清零
Sift濾波子程序：
LD SM0.0
MOVW AIW0, VW12 //放置模擬量輸入值
LDW>= VW12, +0 //檢查輸入信號(hào)
MOVW +0, VW10 //把輸入值轉(zhuǎn)換為雙字
NOT //VD10=模擬量輸入值（當(dāng)前采樣值）
MOVW 16#FFFF, VW10
LD SM0.0
+D VD10, VD14 //把當(dāng)前采樣值加到采樣和中
INCW VW0 //采樣計(jì)數(shù)器值加一
LDW>= VW0, VW2 //若達(dá)到采樣次數(shù)把采樣和VD1VD18中
MOVD VD14, VD18
ENCO VW2, AC1 //計(jì)算移位數(shù)
SRD VD18, AC1 //用移位數(shù)實(shí)現(xiàn)除法，求采樣平均值
MOVD +0, VD14 //重新初始化，即采樣和清零
MOVW +0, VW0 //采樣計(jì)數(shù)器清零
DTR VD18, VD18 // 模擬量輸入平均值=VW20
-R 6000.0, VD18
/R 26000.0, VD18
MOVR dih1, pv1
*R VD18, pv1
LD SM0.0
MOVW AIW2, VW42 //放置模擬量輸入值
LDW>= VW42, +0 //檢查輸入信號(hào)
MOVW +0, VW40 //把輸入值轉(zhuǎn)換為雙字
NOT //VD40=模擬量輸入值（當(dāng)前采樣值）
MOVW 16#FFFF, VW40
LD SM0.0
+D VD40, VD44 //把當(dāng)前采樣值加到采樣和中
INCW VW30 //采樣計(jì)數(shù)器值加一
LDW>= VW30, VW32 //若達(dá)到采樣次數(shù)把采樣和VD44復(fù)制到VD48中
MOVD VD44, VD48
ENCO VW32, AC1 //計(jì)算移位數(shù)
SRD VD48, AC1 //用移位數(shù)實(shí)現(xiàn)除法，求采樣平均值
MOVD +0, VD44 //重新初始化，即采樣和清零
MOVW +0, VW30 //采樣計(jì)數(shù)器清零
DTR VD48, VD48 // 模擬量輸入平均值=VW50
-R 6000.0, VD48
/R 26000.0, VD48
MOVR dih2, pv2
*R VD48, pv2
pid0單閉環(huán)子程序：
LD SM0.0
MOVR e1_1, e1_2
MOVR e1, e1_1
LD SM0.0 //求e1
MOVR sv1, AC0
-R pv1, AC0
MOVR AC0, e1
LD SM0.0 //求p1
MOVR e1, AC0
-R e1_1, AC0
*R kc1, AC0
MOVR AC0, p1
LD SM0.0 //求i1
MOVR e1, AC0
*R ts, AC0
*R kc1, AC0
/R ti1, AC0
MOVR AC0, i1
LD SM0.0 //求d1
MOVR e1, AC0
-R e1_1, AC0
-R e1_1, AC0
+R e1_2, AC0
*R td1, AC0
*R kc1, AC0
/R ts, AC0
MOVR AC0, d1
LD SM0.0 //求det_u1
MOVR p1, AC0
+R i1, AC0
+R d1, AC0
MOVR AC0, det_u1
LD SM0.0 //求u1
MOVR u1, u1_1
MOVR u1_1, AC0
LDW= sy, +1
+R det_u1, AC0
LDR>= AC0, 100.0
MOVR 100.0, AC0
LDR<= AC0, 0.0
MOVR 0.0, AC0
LD SM0.0
MOVR AC0, u1
LD SM0.0 //轉(zhuǎn)換輸出
MOVR u1, AC0
/R 100.0, AC0
*R 25600.0, AC0
ROUND AC0, AC0
DTI AC0, AC0
+I +6400, AC0
MOVW AC0, AQW0
INT_0中斷子程序：
LD SM0.0
MOVR ts, AC0
*R 10.0, AC0
ROUND AC0, AC0
DTI AC0, AC0
MOVW AC0, tim
LD SM0.0
INCW times
LDW<= times, tim
JMP 0
LDW>= times, tim
MOVW +0, times
LDW= sy, +1 //調(diào)單閉環(huán)子程序
CALL pid0
LDW= sy, +2 //調(diào)串級(jí)子程序
CALL pid1
LBL 0
附錄B
功率損耗 | |
+5V DC(從I/O總線) | 30mA |
從L+ | 60mA(帶輸出20mA) |
L+電壓范圍，第2級(jí)或DC傳感器供電 | 20.4～28.8 |
LED指示器 | 24V DC狀態(tài) |
模擬量輸入特性 | |
模擬量輸入點(diǎn)數(shù) | 4 |
隔離(現(xiàn)場(chǎng)與邏輯電路間) | 無(wú) |
輸入類型 | 差分輸入 |
輸入范圍 |
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輸入分辨率 |
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模數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí)間 | ＜250μs |
模擬量輸入響應(yīng) | 1.5ms～95% |
共模抑制 | 40dB,DC to 60Hz |
共模電壓 | 信號(hào)電壓+共模電壓(必須小于等于12V) |
數(shù)據(jù)字格式 |
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輸入阻抗 | 大于等于10MΩ |
輸入濾波器衰減 | -3db@3.1KHz |
大輸入電壓 | 30V DC |
大輸入電流 | 32mA |
分辨率 | 12位A/D轉(zhuǎn)換器 |
模擬量輸出特性 | |
模擬量輸出點(diǎn)數(shù) | 1 |
隔離(現(xiàn)場(chǎng)側(cè)到邏輯線路) | 無(wú) |
信號(hào)范圍 |
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數(shù)據(jù)字格式 |
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分辨率，滿量程 |
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精度 |
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典型值，25℃ |
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設(shè)置時(shí)間 |
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大驅(qū)動(dòng)@24V用戶電源 |
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客服1號(hào)