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工业计算机应用技术工业计算机应用技术太阳能供水系统的构建班级0445姓名赵潇明学号30指导教师张鹏恽琦前言工业控制计算机系统简称工控机系统,有时也称为工业计算机控制系统它是将计算机引入工业过程控制系统,自动完成工业过程参量的检测和显示,并控制生产过程按规定的工艺流程运行如果系统中采用的计算机是工业微型计算机,习惯上将这类工业控制计算机系统称为工业控制微机系统或工业微机控制系统如果系统中采用的计算机是IPC,则有时将这类工控机系统称为IPC控制系统太阳能供水系统能够利用太阳能向小区用户提供温度恒定的热水,为人们的生活带来了方便本次的任务实设计一个太阳能供水控制系统,要求掌握的能力目标为学会智能仪表的__使用;掌握监控画面中温度、水位动画显示的方法;会对实时曲线和历史曲线构件属性进行设置;掌握水位及温度控制策略的编写方法目录第一章工业控制计算机系统…………………………………………
(3)第二章MCGS介绍……………………………………………………
(5)§
2.1MCGS系统介绍………………………………………………
(5)§
2.2MCGS组态软件介绍…………………………………………
(9)第三章实训课题——太阳能供水系统的构建………………………
(15)小结………………………………………………………………………
(21)____…………………………………………………………………
(22)第一章工业控制计算机系统工业控制计算机系统简称工控机系统,有时也称为工业计算机控制系统它是将计算机引入工业过程控制系统,自动完成工业过程参量的检测和显示,并控制生产过程按规定的工艺流程运行如果系统中采用的计算机是工业微型计算机,习惯上称这类工业控制计算机系统为工业控制微机系统或工业微机控制系统如果系统中采用的计算机是IPC,则有时将这类工控机系统称为IPC控制系统工业控制计算机系统的核心部件是工业控制计算机
一、计算机控制系统的基本要求工业控制计算机系统的控制对象是生产过程,起最终的目标是实现生产过程自动化,提高生产效率,降低能耗,减轻工人的劳动强度,同时,工业控制计算机系统还应综合考虑自动化、计算机、检测及网络通信等技术领域的发展的趋势和系统之间的互联技术需求一般说来,计算机控制系统的基本要求如下
1、具有良好的实时性、高可靠性和较强的环境适应性;
2、采用标准化部件,便于扩充、升级和维护;
3、具有良好的人机界面和丰富的监视画面;
4、具有良好的系统组态和可选的系统策略;
5、具有网络通信功能,便于实现全厂自动化和信息化
二、IPC的特点
1、IPC的特点工业个人计算机简称IPC(IndustrialPersonalComputer),它和IBMPC保持了硬件和软件上的兼容IPC拥有丰富的硬件资源和PC用户资源,使得IPC已经成为工控机的主流由IPC组成的各类工业控制微机系统在我国的各行各业得到了广泛的应用,提到了我国的自动化生产水平从PC到今天的PIC,有一个相对较长的发展历程在发展期间,众多IPC厂家克服了PC机无法直接应用于工业控制领域的许多缺陷,主要表现在以下几个方面
(1)采用总线结构取代PC机的大母板机构,便于维修和维护
(2)采用工业级元器件进行板卡设计
(3)采用全钢机构工业标准台式机箱箱体密封,并设有一大一小两个风扇,以形成机箱内的正压,防止粉尘进入
(4)__和设计了适用于工业控制的系列板卡
(5)主板增设了看门狗、RS—485通信口等工业控制所必需的功能总之,在标准的工业控制总线基础上发展起来的IPC不仅克服了原来的PC机的弱点,而且充分发挥了PC机的软硬件的资源优势,使其在工业控制领域中牢牢地占据了应有的地位如今,IPC已不仅能出色地完成工厂企业中的数据采集、过程控制、能源管理、质量控制、机电一体化等任务,并且在大型的控制系统中大显身手,促使传统分散型控制系统的体系结构发生了深刻的变化
2、IPC与PC的比较IPC与PC的性能比较见表1-1表1-1IPC与PC比较表项目工控机(IPC)商用台式机耐高温及环境适用性能在高/低温、冲击、振动、电磁干扰、潮湿、粉尘和盐雾等恶劣环境下__正常使用N/A防尘性极佳的风扇滤网及机构设计,防止灰尘进入N/A防振/防冲击采用极佳的软垫材质及摆设,防止各方向来的冲击,保证磁盘稳定工作N/A防EMI/EMS
1.2mm强度,很好防止EMI外泄,避免干扰其他零部件N/A电源支持PFC及冗余电源,有效使用电源效率N/A比较少的维修时间__C+背板设计,能大幅缩短维修时间维修需换下所有适配卡及螺钉,花费较多时间产品生命周期长与Intel达成核心策略伙伴,达到5年生命周期半年到1年MTBF选料上采用工业级零部件,确保机器能长时间运转连续运转下,通常只有1年寿命第二章MCGS介绍MCGS全中文工业自动化控制组态软件(以下简称MCGS工控组态软件或MCGS)为用户建立全新的过程测控系统提供了一整套解决方案MCGS工控组态软件是一套32位工控组态软件,可稳定运行于Windows95/98/NT操作系统,集动画显示、流程控制、数据采集、设备控制与输出、网络数据传输、双机热备、工程报表、数据与曲线等诸多强大功能于一身,并支持国内外众多数据采集与输出设备,广泛应用于石油、电力、化工、钢铁、矿山、冶金、机械、纺织、__、建筑、材料、制冷、交通、通讯、食品、制造与__业、水处理、环保、智能楼宇、实验室等多种工程领域§
2.1MCGS系统介绍
一、什么是MCGSMCGSMonitorandControlGeneratedSystem,通用监控系统是一套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、__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,它充分利用了Windows图形功能完备、界面一致性好、易学易用的特点,比以往使用专用机__的工业控制系统更具有通用性,在自动化领域有着更广泛的应用
二、MCGS的主要特点和基本功能MCGS的主要特点和基本功能如下
1、简单灵活的可视化操作界面MCGS采用全中文、可视化、面向窗口的__界面,符合中___使用习惯和要求,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,也可以根据需要自己组态配置,生成各种类型和风格的图形界面,包括DOS风格的图形界面、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等
2、实时性强、良好的并行处理性能MCGS是真正的32位系统,充分利用了32位Windows操作平台的多任务、按优先级分时操作的功能,以线程为单位对在工程作业中实时性强的关键任务和实时性不强的非关键任务进行分时并行处理,使PC机广泛应用于工程测控领域成为可能例如MCGS在处理数据采集、设备驱动和异常处理等关键任务时,可在主机运行周期时间内插空进行像打印数据一类的非关键性工作,实现并行处理
3、丰富、生动的多媒体画面MCGS以图像、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状态、品质及异常__等有关信息;用变化大小、改变颜色、明暗闪烁、__翻转等多种手段,增强画面的动态显示效果;对图元、图符对象定义相应的状态属性,实现动画效果MCGS还为用户提供了丰富的动画构件,每个动画构件都对应一个特定的动画功能MCGS还支持多媒体功能,使能够快速地__出集图像、声音、动画等于一体的漂亮、生动的工程画面
4、开放式结构,广泛的数据获取和强大的数据处理功能MCGS采用开放式结构,系统可以与广泛的数据源交换数据,MCGS提供多种高性能的I/O驱动;支持Microsoft开放数据库互连(ODBC)接口,有强大的数据库连接能力;MCGS全面支持OPC(OLEforPro__ssControl)标准,既可作为OPC客户端,也可以作为OPC服务器,可以和更多的自动化设备相连接;MCGS通过DDE(DynamicDataExchange,动态数据交换)与其它应用程序交换数据,充分利用计算机丰富的软件资源;MCGS全面支持ActiveX控件,提供极其灵活的面向对象的动态图形功能以及丰富的图形库
5、完善的安全机制MCGS提供了良好的安全机制,为多个不同级别用户设定不同的操作权限此外,MCGS还提供了工程__、锁定软件狗、工程运行期限等功能,以保护组态__者的成果
6、强大的网络功能MCGS支持TCP/IP、Modem、RS-485/RS-422/RS-232等多种网络体系结构,使用MCGS网络版组态软件,可以在整个企业范围内,用IE浏览器方便地浏览到实时和___生产信息,实现设备管理与企业管理的集成
7、多样化的__功能MCGS提供多种不同的__方式,具有丰富的__类型和灵活多样的__处理函数,方便用户进行__设置,并且系统能够实时显示、打印__信息,对__数据进行存储与应答,给工业现场安全可靠地生产运行提供有力的保障
8、实时数据库为用户分部组态提供极大方便MCGS由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略五个部分构成,其中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,是整个系统的核心各个部件__地向实时数据库输入和输出数据,并完成自己的差错控制在生成用户应用系统时,每一部分均可分别进行组态配置,__建造,互不相干,而在系统运行过程中,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
9、支持多种硬件设备,实现“设备无关”MCGS针对外部设备的特征,设立设备工具箱,定义多种设备构件,建立系统与外部设备的连接关系,赋予相关的属性,实现对外部设备的驱动和控制用户在设备工具箱中可方便选择各种设备构件不同的设备对应不同的构件,所有的设备构件均通过实时数据库建立__,而建立时又是相互__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,因此MCGS是一个“设备无关”的系统,用户不必因外部设备的局部改动,而影响整个系统
10、方便控制复杂的运行流程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,用图形化的方法和简单的类Basic语言构造多分支的应用程序,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,实现自由、精确地控制运行流程,同时也可以由用户创建新的策略构件,扩展系统的功能
11、良好的可维护性和可扩充性MCGS系统由五大功能模块组成,主要的功能模块以构件的形式来构造,不同的构件有着不同的功能,且各自__三种基本类型的构件(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)的所有工作除此之外,MCGS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、VC等高级__语言,编制特定的构件来扩充系统的功能
12、用数据库来管理数据存储,系统可靠性高MCGS中数据的存储不再使用普通的文件,而是用数据库来管理组态时,系统生成的组态结果是一个数据库;运行时,数据对象和__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,提高了系统的可靠性和运行效率,同时,也使其它应用软件系统能直接处理数据库中的存盘数据
13、设立对象元件库,组态工作简单方便对象元件库,实际上是分类存储各种组态对象的图库组态时,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)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这样解决了组态结果的积累和重新利用问题组态工作将会变得越来越简单方便
14、实现对工控系统的分布式控制和管理考虑到工控系统今后的发展趋势,MCGS充分运用现今发展的DC__DistributedComputerCooperatorWork,分布式计算机协同工作方式技术,来使分散在不同现场之间的采集系统和工作站之间协同工作,不同的工作站之间通过MCGS可以实时交换数据,实现对工控系统的分布式控制和管理总之,MCGS组态软件功能强大,操作简单,易学易用,普通工程人员经过短时间的培训就能迅速掌握多数工程项目的设计和运行操作同时使用MCGS组态软件能够避开复杂的计算机软、硬件问题,集中精力去解决工程问题本身,根据工程作业的需要和特点,组态配置出高性能、高可靠性和高度专业化的工业控制监控系统MCGS的构成
三、MCGS系统的构成和组成部分的功能MCGS系统包括组态环境和运行环境两个部分用户的所有组态配置过程都在组态环境中进行,组态环境相当于一套完整的工具软件,它帮助用户设计和构造自己的应用系统用户组态生成的结果是一个数据库文件,称为组态结果数据库运行环境是一个__的运行系统,它按照组态结果数据库中用户指定的方式进行各种处理,完成用户组态设计的目标和功能运行环境本身没有任何意义,必须与组态结果数据库一起作为一个整体,才能构成用户应用系统一旦组态工作完成,运行环境和组态结果数据库就可以离开组态环境而__运行在监控计算机上组态结果数据库完成了MCGS系统从组态环境向运行环境的过渡,它们之间的关系如图2-1所示图2-1MCGS系统从组态环境向运行环境的过渡由MCGS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五个部分构成,如图2-2所示图2-2MCGS系统的五个部分窗口是屏幕中的一块空间,是一个“容器”,直接提供给用户使用在窗口内,用户可以放置不同的构件,创建图形对象并调整画面的布局,组态配置不同的参数以完成不同的功能在MCGS的单机版中,每个应用系统只能有一个主控窗口和一个设备窗口,但可以有多个用户窗口和多个运行策略,实时数据库中也可以有多个数据对象MCGS用主控窗口、设备窗口和用户窗口来构成一个应用系统的人机交互图形界面,组态配置各种不同类型和功能的对象或构件,同时可以对实时数据进行可视化处理实时数据库是MCGS系统的核心实时数据库相当于一个数据处理中心,同时也起到公用数据交换区的作用MCGS用实时数据库来管理所有实时数据从外部设备采集来的实时数据送入实时数据库,系统其它部分操作的数据也来自于实时数据库实时数据库自动完成对实时数据的__处理和存盘处理,同时它还根据需要把有关信息以__的方式发送给系统的其它部分,以便触发相关__,进行实时处理因此,实时数据库所存储的单元,不单单是变量的数值,还包括变量的特征参数(属性)及对该变量的操作方法(__属性、__处理和存盘处理等)这种将数值、属性、方法封装在一起的数据我们称之为数据对象实时数据库采用面向对象的技术,为其它部分提供服务,提供了系统各个功能部件的数据共享主控窗口构造了应用系统的主框架主控窗口确定了工业控制中工程作业的总体轮廓,以及运行流程、菜单命令、特性参数和启动特性等项内容,是应用系统的主框架设备窗口是MCGS系统与外部设备__的媒介设备窗口专门用来放置不同类型和功能的设备构件,实现对外部设备的操作和控制设备窗口通过设备构件把外部设备的数据采集进来,送入实时数据库,或把实时数据库中的数据输出到外部设备一个应用系统只有一个设备窗口,运行时,系统自动打开设备窗口,管理和调度所有设备构件正常工作,并在后__立运行注意对用户来说,设备窗口是不可见的用户窗口实现了数据和流程的“可视化”用户窗口中可以放置三种不同类型的图形对象图元、图符和动画构件图元和图符对象为用户提供了一套完善的设计制作图形画面和定义动画的方法动画构件对应于不同的动画功能,它们是从工程实践经验中总结出的常用的动画显示与操作模块,用户可以直接使用通过在用户窗口内放置不同的图形对象,搭制多个用户窗口,用户可以构造各种复杂的图形界面,用不同的方式实现数据和流程的“可视化”组态过程中的多个用户窗口,最多可定义512个所有的用户窗口均位于主控窗口内,其打开时窗口可见;关闭时窗口不可见允许多个用户窗口同时处于打开状态用户窗口的位置、大小和边界等属性可以随意改变或设置,如可以让一个用户窗口在顶部作为工具条,也可以放在底部作为状态条,还可以使其成为一个普通的最大化显示窗口等等多个用户窗口的灵活组态配置,就构成了丰富多彩的图形界面运行策略是对系统运行流程实现有效控制的手段运行策略本身是系统提供的一个框架,其里面放置有策略条件构件和策略构件组成的“策略行”,通过对运行策略的定义,使系统能够按照设定的顺序和条件操作实时数据库、控制用户窗口的打开、关闭并确定设备构件的工作状态等,从而实现对外部设备工作过程的精确控制一个应用系统有三个固定的运行策略启动策略、循环策略和退出策略,同时允许用户创建或定义最多512个用户策略启动策略在应用系统开始运行时调用,退出策略在应用系统退出运行时调用,循环策略由系统在运行过程中定时循环调用,用户策略供系统中的其它部件调用综上所述,一个应用系统由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略五个部分组成组态工作开始时,系统只为用户搭建了一个能够__运行的空框架,提供了丰富的动画部件与功能部件如果要完成一个实际的应用系统,应主要完成以下工作首先,要象搭积木一样,在组态环境中用系统提供的或用户扩展的构件构造应用系统,配置各种参数,形成一个有丰富功能可实际应用的工程;然后,把组态环境中的组态结果提交给运行环境运行环境和组态结果一起就构成了用户自己的应用系统§
2.2MCGS组态软件介绍
一、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MonitorandControlGeneratedSystemMCGS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、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正确掌握、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硬件问题,集中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、__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,进行方案设计和组态配置,即可生成用户应用软件系统
3、实时性与并行处理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可能工程作业中,大量的数据和信息需要及时收集,即时处理,在计算机测控技术领域称其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,可在主机运行周期时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MicrosoftWindows95,98和MicrosoftWindowsNT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、实时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,__建造,互不相干;而在系统运行过程中,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__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”,设置于设备窗口内,赋予相关的属性,建立系统与外部设备的连接关系,即可实现对该种设备的驱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时数据库建立__,而建立时又是相互__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,也可以根据需要自己组态配置,生成各种类型和风格的图形界面,包括DOS风格的图形界面、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画面以图象、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__等有关信息用变化大小、改变颜色、明暗闪烁、__翻转等多种手段,增强画面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,模拟工程控制与实时监测作业中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、__显示构件、自由表格构件等
8、引入“运行策略”的概念复杂的工程作业,运行流程都是多分支的用传统的编程方法实现,既繁琐又容易出错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__三种基本类型的构件(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“面向对象”的技术,大大提高了系统的可维护性和可扩充性
10、支持OLEAuto__tion技术MCGS允许用户在VisualBasic中操作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中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、__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,提高了系统的可靠性和运行效率,同时,也使其它应用软件系统能直接处理数据库中的存盘数据
12、设立“对象元件库”,解决了组态结果的积累和重新利用问题所谓对象元件库,实际上是分类存储各种组态对象的图库组态时,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DC__DistributedComputerCooperatorWork技术,即分布式计算机协同工作方式,来使分散在不同现场之间的采集系统和工作站之间协同工作通过MCGS,不同的工作站之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
二、MCGS组态软件的系统构成
(一)MCGS组态软件的整体结构MCGS组态软件(以下简称MCGS)由“MCGS组态环境”和“MCGS运行环境”两个系统组成两部分互相__,又紧密相关如图2-3所示图2-3MCGS组态软件的整体结构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目录的Program子目录中用户在MCGS组态环境中完成动画设计、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,又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运行环境是用户应用系统的运行环境,由可执行程序McgsRun.exe支持,其存放于MCGS目录的Program子目录中在运行环境中完成对工程的控制工作
(二)MCGS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、用户窗口、实时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
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、用户窗口本窗口主要用于设置工程中人机交互的界面,诸如生成各种动画显示画面、__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中心,它将MCGS工程的各个部分连接成有机的整体在本窗口__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
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(if…then脚本程序),选用各种功能构件,如数据提取、历史曲线、定时器、配方操作、多媒体输出等图2-4所示为MCGS工控组态软件的构成
三、MCGS组态软件的工作方式
1、MCGS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包括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各个部分,完成整个系统的通讯过程每个驱动程序独占一个线程,达到互不干扰的目的
2、MCGS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,如一个长方形的动画属性有可见度,大小变化,水平__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,实际上是反映图形大小、颜色、位置、可见度、闪烁性等状态的特征参数然而,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?方法是图形的每一种动画属性中都有一个“表达式”设定栏,在该栏中设定一个与图形状态相__的数据变量,连接到实时数据库中,以此建立相应的对应关系,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相关的变量,数值的变化,使图形的状态产生相应的变化(如大小变化)现场的数据是连续被采集进来的,这样就会产生逼真的动画效果(如储油罐的液面的升高和降低)用户也可编写程序来控制动画界面,以达到满意的效果
3、MCGS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步、历史数据同步和网络__的快速传递同时,可利用MCGS提供的网络功能,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__一套MCGS工控组态软件MCGS把各种网络形式,以父设备构件和子设备构件的形式,供用户调用,并进行工作状态、端口号、工作站地址等属性参数的设置
4、如何对工程运行流程实施有效控制MCGS开辟了专用的“运行策略”窗口,建立用户运行策略MCGS提供了丰富的功能构件,供用户选用,通过构件配置和属性设置两项组态操作,生成各种功能模块(称为“用户策略”),使系统能够按照设定的顺序和条件,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所有的操作均采用面向对象的直观方式,避免了烦琐的编程工作
四、MCGS组态软件常用术语
1、工程用户应用系统的简称引入工程的概念,是使复杂的计算机专业技术更贴近于普通工程用户在MCGS组态环境中生成的文件称为工程文件,后缀为.mcg,存放于MCGS目录的WORK子目录中如“D:\MCGS\WORK\MCGS例程
1.mcg”
2、对象操作目标与操作环境的统称如窗口、构件、数据、图形等皆称为对象选中对象鼠标__窗口或对象,使其处于可操作状态,称此操作为选中对象,被选中的对象(包括窗口),也叫当前对象
3、组态在窗口环境内,进行对象的定义、制作和编辑,并设定其状态特征(属性)参数,将此项工作称为组态
4、属性对象的名称、类型、状态、性能及用法等特征的统称
5、菜单是执行某种功能的命令__如系统菜单中的“文件”菜单命令,是用来处理与工程文件有关的执行命令位于窗口顶端菜单条内的菜单命令称为顶层菜单,一般分为__的菜单项和下拉菜单两种形式,下拉菜单还可分成多级,每一级称为次级子菜单
6、构件具备某种特定功能的程序模块,可以用VB,VC等程序设计语言编写,通过编译,生成DLL、OCX等文件用户对构件设置一定的属性,并与定义的数据变量相连接,即可在运行中实现相应的功能
7、策略是指对系统运行流程进行有效控制的措施和方法
8、启动策略在进入运行环境后首先运行的策略,只运行一次,一般完成系统初始化的处理该策略由MCGS自动生成,具体处理的内容由用户充填
9、循环策略按照用户指定的周期时间,循环执行策略块内的内容,通常用来完成流程控制任务
10、退出策略退出运行环境时执行的策略该策略由MCGS自动生成,自动调用,一般由该策略模块完成系统结束运行前的善后处理任务
11、用户策略由用户定义,用来完成特定的功能用户策略一般由按钮、菜单、其他策略来调用执行
12、__策略当开关型变量发生跳变时(1到0,或0到1),执行的策略,只运行一次
13、热键策略当用户按下定义的组合热键(如Ctrl+D)时执行的策略,只运行一次
14、可见度指对象在窗口内的显现状态,即可见与不可见
15、变量类型MCGS定义的变量有五种类型数值型、开关型、字符型、__型和组对象
16、__对象用来记录和标识某种__的产生或状态的改变如开关量的状态发生变化
17、组对象用来存储具有相同存盘属性的多个变量的__,内部成员可包含多个其他类型的变量组对象只是对有关联的某一类数据对象的整体表示方法,而实际的操作则均针对每个成员进行
18、动画刷新周期动画更新速度,即颜色变换、物体运动、液面升降的快慢等,以毫秒为单位
19、父设备本身没有特定功能,但可以和其他设备一起与计算机进行数据交换的硬件设备如串口父设备
20、子设备必须通过一种父设备与计算机进行通讯的设备如岛电SR25仪表、研华4017模块等
21、模拟设备在对工程文件测试时,提供可变化的数据的内部设备,可提供多种变化方式
22、数据库存盘文件MCGS工程文件在硬盘中存储时的文件,类型为MDB文件,一般以工程文件的文件名+“D”进行命名,存储在MCGS目录下WORK子目录中第三章实训课题——太阳能供水系统的构建
1、系统控制要求
1、能够进行手动、自动进水和出水控制;
2、系统能够根据水温进行自动加热;
3、可以根据日光温度自动投入或切除电加热;
4、水温能够控制在(70±10)℃的范围内
二、太阳能供水系统控制过程如图3-1所示图3-1太阳能供水系统控制过程
三、组态画面设计要求
1、进水或出水时,可以显示水箱水位的变化;
2、抽水泵、循环泵工作时,可以显示水在管道中流动;
3、循环加热时要有温度显示,并且可以监控温度变化的趋势;
4、能够显示电加热时的工作状态
四、任务分析
1、水箱水位变化的显示水箱的水位根据以下的特点变化进水——水位升高;出水——水位降低水位的升降可以用动画属性设置中的位置动画连接实现(大小变化为剪切)
2、水在管道中流动过程的显示太阳能供水系统中的水是动态的,例如打开进水阀向储水箱注水、水的循环加热、打开出水阀向用户供水等,应当能看到水在管道中流动可以使用组态工具中的流动块构件,在组态画面中绘制一段流动管道,根据控制要求设置水流动的方向的速度
3、水温的采集系统加热时要能够显示热水的当前温度,那么水温的变化如何在监控画面中反映出来呢?可以采用智能仪表采集水温进行加热控制,然后将仪表中的参数与实时数据库中水温的设定值、当前值进行链接,运行时温度显示单元就可以显示实际的水温温度变化的趋势可以用实时曲线与历史曲线来表示
4、电加热的投入与切除太阳能供水系统开始循环加热后水温升高,如果当前温度升到40℃后持续一段时间不再升高(阴天光照不强)时,电加热系统就自动投入,保证水温能够继续上升当水温升到设定温度70℃后再切除电加热
五、组态画面组态画面如图3-2所示图3-2太阳能供水系统组态画面
六、实时数据见表3-1表3-1实时数据名字类型注释m1开关型启动标志m2开关型注水标志m3开关型开电加热启动标志m4开关型阴天加热标志m5开关型晴天启动标志m6开关型阴天自动启动标志yv1开关型进水阀yv2开关型水阀一yv3开关型水阀二yv4开关型出水阀抽水泵开关型 开电加热开关型 晴天启动开关型 水温数值型 水温设定值数值型 水箱水位数值型 太阳能水位数值型 停水检修开关型 循环泵开关型 阴天启动开关型
七、组态动画设置
1、设置“晴天启动”、“阴天启动”、“开电加热”、“停水检修”按钮的动作方式为“按1松0”,分别与“晴天启动”、“阴天启动”、“开电加热”、“停水检修”连接
2、设置四个阀与两个泵设置它们的填充颜色用颜色动画来表示动作情况设置两个分段点0(对应颜色为红色)和1(对应颜色为绿色),红色表示关闭,绿色表示开启;在表达式一栏中分别填入“yv1”“yv2”“yv3”“yv4”“抽水泵”“循环泵”
3、设置太阳设置它的可见度为“m5”,即按下“晴天启动”按钮,为晴天,看见太阳;按下“阴天启动”按钮,为阴天,看不见太阳
4、供水管道动画连接当自来水在水管中流过时,用动画显示其流动的特性设置某段管道的属性,填入表达式值,分别为yv
1、yv
2、yv
3、yv4勾选“当表达式非零时”选项框中的“流动块开始流动”选项,这样就能实现水的流动显示
5、水箱水位动画连接水箱作为储存水的容器,其水位在不断地变化将水箱的底色设置为深绿色,水色设置为浅蓝色,这样在系统运行时可以看出水位的变化选择位置动画连接为大小变化,勾选“可见度”选项水箱水位动画大小变化的属性设置选择表达式值为“水箱水位”;且表达式在最大变化百分比(100%)时的值为9,变化方向向上;变化方式为剪切,即按比例整体剪切,显示水箱中水的一部分或全部(如果选择缩放方式,则是按比例整体缩小或放大,不符合要求)水箱水位动画可见度属性设置,选择当水箱水位
0.5时对应图符可见
6、水温动画连接其属性设置的方法与水箱水位一样,只要将颜色改为红色就行了,这样可以看出水温的动态变化为了更加直观地看出温度的变化规律,将当前水温做数字显示选择工具箱中的“检注”工具,在组态画面中出现一个输入框,双击该框出现一个对话框,勾选“显示输出”选项,由于水温是数字量,因此在“显示输出”选项卡中的表达式中填入“水温”,选择输出值类型为“数值量输出”
7、电加__圈设置设置电加__圈的闪烁效果为“上电加热”
八、控制策略if晴天启动=1thenm5=1阴天启动=0endifif阴天启动=1thenm4=1m5=0m6=1晴天启动=0endifif开电加热=1thenm4=0m6=0m3=1*开始上电加热,电加__圈闪烁endifif晴天启动=1or阴天启动=1thenm1=1ifm5=1thenm4=0ifm1=1then水温设定值=70*设定水温为70℃ifm1=1and抽水泵=0thenm2=1ifm2=1thenyv1=1*打开进水阀,开始向储水箱注水ifyv1=1then水箱水位=水箱水位+
0.5*水箱水位上升if水箱水位
7.5thenyv1=0*关闭进水阀,储水箱停止注水m2=0yv2=1*打开水阀一抽水泵=1*抽水泵开始工作太阳能水位=太阳能水位+5*太阳能水位上升endifif太阳能水位50thenyv3=1*打开水阀二循环泵=1*循环泵开始工作水温=水温+5*水开始升温endififyv3=1then太阳能水位=太阳能水位-5*太阳能水位下降if水温=70thenyv2=0*关闭水阀一yv4=1*打开出水阀,开始向用户提供热水水箱水位=水箱水位-
0.5*水箱水位下降endifif水箱水位=1thenyv4=0*关闭出水阀,停止向用户提供热水yv1=1*打开进水阀,开始向用户提供冷水endififyv1=1and水温0then水温=水温-5*水开始降温endifif太阳能水位=0thenyv3=0*关闭水阀二if水温=45andm4=1then水温=水温-5*阴天时水温升到40℃时不变ifm6=1and开电加热=0thenm4=1if水箱水位8thenm3=0*上电加热停止,电加__圈停止闪烁if停水检修=1then抽水泵=0循环泵=0水温=0yv1=0yv2=0yv3=0yv4=0m1=0m2=0m3=0m4=0m5=0m6=0水箱水位=0太阳能水位=0阴天启动=0晴天启动=0开电加热=0Endif
九、程序的运行和调试
1、运行所有组态画面属性设置完成、控制策略编写完毕,单击“进入运行环境”按钮或直接按F5键,进入运行环境
2、调试按下运行画面中的“晴天启动”按钮或“阴天启动”按钮,系统按工作流程运行
3、编程中遇到的问题
(1)温度计显示的数值到达70℃后不停止,继续向上增长原因所在编程时设置水箱水位=
7.5时温度停止上升,但在实际运作过程中,由于时差问题数值的增长可能扫描到当前位置时就已超过
7.5而使启动条件失去作用解决办法将条件由水箱水位=
7.5改为水箱水位
7.5
(2)阴天水温到达40℃,按下开电加热按钮,电加__圈闪烁一次原因所在在组态动画设置时,电加__圈的闪烁效果设置为“开电加热”,而“开电加热”按钮设置为“按1松0”解决办法在实时数据里添加一个开关型中间继电器m3,把电加__圈的闪烁效果设置为“m3”,同时在控制策略中加入“if开电加热=1thenm3=1”与“if水箱水位8thenm3=0”控制电加__圈的闪烁与停闪
(3)储水箱中的水放空后,进水阀再次打开,水箱中的水位不上升原因所在在第二次执行程序时,跳过了水位上涨指令,是水位不上升解决办法在后面的程序中另外添加水位上升指令
(4)系统不能自动运行,即不按“晴天启动”按钮或“阴天启动”按钮,只按yv1,不向储水箱注水原因所在在组态动画设置时,yv1只设置了填充颜色,导致系统不能自动运行解决办法在组态动画设置里,设置yv1的“按钮动作”为“置1”,受yv1控制
(5)按下“停止检修”按钮后,再按“晴天启动”按钮或“阴天启动”按钮,系统无法再启动原因所在在编停止的程序时,没编水位清零的程序,以致于停止时没停__解决办法把水位清零的程序编上小结经过几个星期的学习,让我们对MCGS组态环境编程有了初步的了解从一开始的一窍不通到现在的基本理解,我们在老师的精心指导下逐渐掌握了这类软件的基本编程方法和运用我们做过的内容并不多,但也足够使我们对此类编程产生浓厚的兴趣例如小车往返,液体罐装系统,机械手等起初我们制作的速度很慢,是因为对软件运用不太熟练,在一些没用过的指令、技巧方面存在很多错误与误区,但功夫不负有心人,在老师的耐心指导和我们的虚心请教下,终于完成了以上那些看似复杂的课题看着自己制作完成的动态画面之后,都负有成就感这次所制作的太阳能供水系统也是如此,其系统能够利用太阳能向小区用户提供温度恒定的热水,为人们的生活带来了方便本次的任务是设计一个太阳能供水控制系统,要求掌握的能力目标为掌握监控画面中温度、水位动画显示的方法;会对实时曲线和历史曲线构件属性进行设置;掌握水位及温度控制策略的编写方法我们利用之前学过的知识和课题上训练出来的制作方法,很快就完成了这次课题的制作综上所述,我们已经能够基本掌握了MCGS组态环境软件的运用,通过此模块的学习,希望以后对工作就业会有一定的帮助最后,还要感谢张鹏老师对我的指导____
1、《工业计算机应用技术》周荣俊主编中国劳动社会保障出版社2008年
2、MCGS帮助系统课题设计报告图2-4MCGS工控组态软件构成按下启动按钮进水阀打开向储水箱注水到达上水位关闭进水阀抽水泵工作向太阳能供水系统水箱注水水满后开启循环泵开始循环加热储水箱水温升高开启电加热水温升高到70℃打开放水阀向用户供热水储水箱水位下降达到下水位水温升到40℃后不变YN-21-。