基于MCGS和PLC的电机测控系统设计.pdf

l 注 匐 似 基于MC GS 和P L C 的电机测控系统设计 M CGS and PLC ba sed m ot or cont r oI s yst em desi gn 王菊叶，高瑞敏 W ANG J u y e ． GAO Ru i ． mi n 郑州职业技术学院，郑州 4 5 0 0 1 5 摘要针对目前单独使用可编程控制器测控方法的缺点 ，本文提出了以M C G S 组态软件为开发平台 结合编程控制器技术 ，实现了基于编程控制器的计算机图形测控方法 ，设计出了测控系统的 动态测控画面，该系统具有界面友好、在线参数设定方便、扩展性强等优点，操作人员可以 通过测控画面实时了解电动机的运行状态 ，检测故障及时报警 ，有利于实时确定 、排除故 障，具有较高的推广价值。 关键词 MC G S 组态技术；P L C 控制器；E 瑚0 控系统 中图分类号T P2 7 3 文献标识码B 文章编号1 0 0 9 - 0 1 3 4 2 0 1 2 3 下 -0 1 2 3 - 0 3 Do i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ J ． I s s n ． 1 0 0 9 - 0 1 3 4 ． 2 0 1 2 ． 3 下 ． 3 9 0 引言 在人们的 日常生活中电力系统 、各种现代工业 生产及产业部门都离不开各种各样的电机 ，它们为 当今生产活动和 日常生活 中提供最重要的原动 力和 驱动装置 ，电机运行使用的电气元件体积大、触点 多、故障率高 ，且对于大 中型系统 ，改接线工作烦 杂，操作不便。MC G S技术是近年来在自动控制领 域 的新型软件开发技术 ，可快速构造和生成上位机 监控系统 ．它是计算机技术、自动控制技术、自动 检测和传感技术的综合应用，避开复杂的软件代码 编制 ，使得操作人员能够直观而迅速地了解被监控 对象的变化过 程；还可 以分析存储数据 ，随时进 行分析并 制作 成各种 报表，根据采 集到 的数据 的 大小和变化情 况进行判断，然后在输 出装置 中输 出相应的信号 ，较好实现电机的测控功能。 1 MC GS 基本功能和主要特点 MC GS组态软件适用 于工业过程控制和实时 监 测的通用计 算机 系统软件 ，包括组态环境和运 行 环境 两部 分 ，能够 在基 于 Mi c r o s o f t 的各种 3 2 位 Wi n d o w s 平 台上运行 ，其功能 和特点可分析 归 纳如下 1 简单灵活的可视化操作界 面。MC G S采用 可视 化、面 向窗 口的开发 界面 ，以窗 口为单 位 ， 构造用户运行系统 的图形界面 ，使 MC G S既简单 直观 ，又灵活多变 ，可做 出较逼 真直观的动态显 示效果。 2 实 时 性 强、 有 良好 的 并 行 处 理 性 能。 MC GS充分 利用了操作平 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 ，使嵌入式 P C机广泛应用于工 程测控领域成为可能。在运行过程 中，各个环节 都通过实时数据交换数据 ，形成互相关联的整体。 3 提 供 内嵌脚 本语 言。其 编 程语 法类 似于 Ba s i c语言，在使用上更为简单直观 ．通过脚本语 言可编写特定的流程 控制和操作处理程序，增强 系统的灵活性。 4 完 善 的 安 全 机 制 和 强 大 的 网 络 功 能。 MC G S提供 了良好 的安全机制 ，可 以为 多个不 同 级 别用户设 定不 同的操作权限 ；并且具有强大的 网络通讯功能，支持各种 串口通讯 、以太 网 T C P ／ I P通讯 ，不仅可以方便快捷的实现远程数据传输， 还可以与网络版相结合通过 We b浏览功能。 5 支持多种硬 件设备 。MC GS采用 了开放式 的结构 ，实现 “ 设备无关” 。MC GS定义多种设备 构件 ，建立系统与外部设备的连接关 系，利用其 相应 的设备构件并设置相关属性 ，可 以对 多种硬 件设备包括各种 P L C进行驱动 ，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联 系，而建 立时又是相互独立的，因此 MC G S是一个 “ 设备 无关” 的系统，用户不必担心因外部设备的局部改 动 ，而影响整个系统。 MC GS体 系结构分为组态环境、模拟运 行环 收稿日期2 0 1 1 -1 1 - 3 0 作者简介王菊叶 1 9 7 3 一，女，河南上蔡人，讲师，硕士，研究方向为机电一体化技术。 第3 4 卷第3 期2 0 1 2 3 下| 1 2 3 ] 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m l 匐 似 境和运行环境三个部分 。组态环境 和模拟运行环 境相 当于一套完整的工具软件 ，用户可根据实 际 需要设计和开发 自己的应用 系统。用户组态生成 一 个 “ 组态结果数据库”文件 ；运行环境则是一个 独立的运行系统 ，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 ；组态工作完成 ，将组态好的工程通过端 口 下载到下位机的运行环境中，组态工程就可以离开 组态环境而独立运行在下位机上。从而实现了控制 系统的可靠性、实时性 、确定性和安全性。 由 MC GS嵌入版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。它们之间的关 系如 图 1 所 示；主控窗 口是应用系统的主框架，它构 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、特性参 数和启动特性等项内容；实时数据库是是应用工 程的数据处理 中心，工程各个部分均以实时数据 库为公 用区交换数据，实现各个部分的协调动作 ； 设备窗 口是系统与外 部设备联系的媒介设 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；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 ；运 行 策略是对 系统运行流程实现 有效控制 的手段 ，里 面存放 由策略条件构件和策略构件组 成的 “ 策略 行” ，通过对运行策略 ，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。 2 电机测控系统构成 电动机 测控系统结构设计如图 2所示。系统 由被 检测系统 、检测与转换 系统、测控 系统 、输 系统 出构成 。检测与转换 系统和控制 系统 由电动 用 户窗 口 图元、图符和动画构件 等可视化数据 主控窗 口 管理用户窗口、运行策 略、维护数据库 机、传感器及 P L C等构成，检测与转换 系统的作 用是对现场参数如电流、温度进行检测并转化为 标准 的电信号。P L C是整个控制 系统 的中枢 ，根 据 系统对被控对象的要求，将所采集的数据进行 运算处理 ，并与设 定值进行 比较、延时 ，确定拖 动 系统确实 出现故障时 ，通过输 出使控制器件动 作 ，电动机失 电，起到保护的 目的。 测控系统 由上位机和组态软件构成，上位机与 P L C通过 R S 2 3 2或 RS 4 8 5连接 ；电流的参数、温 度参数 、控制元件的状态通过 P L C上传到上位机 ， 上位机在组态界面上显示出电动机的状态；电流和 温度的变化可通过曲线显示 ，便使用者可 以更好地 了解电动机的运行轨迹 ，掌握其发展趋势 ，及早发 现问题。并且操作者通过上位机实现电动机的启停 控制及设定值的修改、进行工程安全设置。 图2 测控 系统结构框 图 3 MC GS 组态软件设计 本工程 为电机 监测与控制过 程，在开始组 态 设 计之 前，首先对工程进行分析，从整体上掌握 工程的结构 、流程 、需要实现 的功能及动画制作、 与 P L C设备的连接通讯 、报警输 出和报表曲线显 示等多种组态操作。 1 工程框架包括 2个用户窗口电机转速监 控、数据显示 ； 4个主菜单 系统管理 、数据显示、 历史数据和报警数据 ； 4个子菜单 登录用户、退 出、用 户管理 和密码修改 ； 3个策 略启动策略 、 退出策略、循环策略 ．建立的系统监控界面如图 3 运行策略 以不同形式和方法操 作实时数据库 实时数据库 数据对象的集合构成的实时数据库 设备窗口 从外部设备读取数据以实现对外部设备工作过程的精确控制 图1 MC GS 系统各部分组成关系 1 1 2 4 1 第3 4 卷第3 期2 0 1 2 - 3 下 所 示 ，界 面 由 3部分构成 发 出 控 制指令 的控制 台、P L C状态 指 示窗 口和电机运行状态指示窗 口。 2 数据对象设置 数 据对象是构成 实时数据库 的基本单元 ，本监控 系统窗 口除 了电动机运行 画面，还设计 了启 动、停止按钮 ，设 定运行温度上 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 lI5 似 图3 电机测控界面 限 、实际转速 的旋转仪 表指示 ，转速 上限、下限 的显示窗 口和 电流上、下限 报警指示灯 等。表 1 是部分数据对象的定义。 表1 部分数据对象定义 对象名称 类型 注释 主轴启动按钮 开关型 控 制主轴 启动的变 量 主轴停止按钮 开关型 控制 主轴停 止的变 量 运行温度参数 数值型 显示电机温 度的变化 运行电流参数 数值型 显示 电机 电流的变化 电机转速参数 数值型 显示 电机转 速的变 化 上限报警指示 数值型 用于 电机转速达到上限 时报警 下限报警指示 数值型 用于 电机转速达到下 限时报警 温度上限参数 数值 型 用于 电机温度上限时报警 温度下限参数 数值型 用于 电机温度下限时报警 3 系统主要功能 MC GS组态软件通过设备驱动程 序从现场硬 件设备获取实时数据 ，对数 据进行必要 的加工后， 一 方面 以图形的方式直观地显示在上位机屏幕上 ， 另一方面按照组态要求和操作人员的指令将控 制 数据送给现场硬件设备 ，对执行机 构实施控制或 调整控制参数。 1 主控功能 由用户 系统的起始 窗 口实现 的。主要功能 包 括管理 用户窗 口和菜单 ，根据用 户操作 在各用户 窗口之间切换 ，用于用户的登记及数据的存放等。 用户在进入 系统时 ，要求输 入用户名与密码 ，针 对不 同的用户系统 赋予不 同的权利级别 ，确保 系 统的正常可靠的运行。 2 实时监控、历史数据显示功能 本系统采用实 时测控 ，通过 MC GS组 态软件 实现对 电动机运 行参数 的实时监控 ，电动机的当 前运行状态 可以在 画面 中显示 ，操作人 员可以方 便快捷地 了解电动机 系统 的运行情况；对硬件设 备采 集的数据 进行存盘并分析统计，可根据实际 情况打印出数据报表。 3 超限报警功能 对 电动 机的部 分运行参数 设置 了超限报警 ， 运 行中一旦 超限，监控软件可实现灯光或语音报 警 及动 态画面提 示，以便减少电机故障造成的损 失 ，并将报警信息按用户的组态设定存入报警信 息数据库 ，供以后统计分析。 4 远程控制功能 通过对上位机与 P L C设备构件间组态的设置 ， 可以在上位机上用 鼠标实现电机 的远程手动或 自 动控制 ． 4 结论 本文 以 MC GS工控组态软件为平台与 P L C技 术结合 ，实现对电动机 运行状 态的计算机图形测 控 ，不但能实时地显示电动机运行状 态，具有很 好 的可视性 ，并且能在保证性能 的条件下明显缩 短设计周期 ，大大降低研究开发成本 。实践证明， 在 MC GS 组态软件下实现 P L C电机运行状态测控 ， 是一种提高 电机控制 系统效益的好方法，具有较 高的应用价值。 参考文献 【 l 】袁秀英． 组态控制技术【 M】 ． 北京 电子工业出版社 ， 2 0 0 3 ． 【 2 】邹金慧， 陈乐庚， 韦寿祺． 可编程控制器及其系统[ M】 ． 重 庆 重庆大学 出版社 ， 2 0 0 2 ． 【 3 】倪远乎． 现代低压电器及其控制技术【 M] ． 重庆 重庆大 学出版社 ， 2 0 0 2 ． 【 4 】翟心愿． 组态技术和P 正在人行道护栏控制系统中的应用 【 J 】 ． 重庆工商大学学报 自然科学版， 2 0 0 9 ， 2 6 3 2 7 2 2 7 6 ． 【 5 】He q i a n g ， L i u Ho n g Z h a o ， Y e J u n ， L i j i n l i n g T h e a p p l i c a t i o n O f Cu n a n o p a r t i e l e a s N3 2 b a s e o i l a d d i t i v e s [ J ] ． F r o n t i e r s o f Me c h a n i c a l E n g i n e e ri n g i n C h i n a ． 2 0 1 0 2 1 - 5 ． [ 6 】C e n t o P , Da r e i n g D W． C e r a mi c ma t e r i a l s i n h y b r i d b a l l b e a r i n g s [ J ] T r i b o l o g Y T r a n s a c t i o n s ， 1 9 9 9， 4 2 4 7 0 7 7 1 4． [ 7 】令朝霞． 曹立学以P L C为控制级的计算机监控系统的设 计与实现 [ J ] ． 黑龙江科技信息， 2 0 0 9 3 ． [ 8 】俞海珍， 史旭华． MC G S 组态技术在P L C 实验教学中的应 用[ J 1 ． 实验科学与技术， 2 0 0 8 5 ． 【 9 】易江义， 阳春华， 周彩霞． 基于P L C 控制的自动化移载机 的开发设计【 J 】 ． 自动化与仪器仪表， 2 0 0 8 2 ． 【 1 0 】王也仿． 可编程控制器应用技术【 M】 ． 北京 机械工业出 版社 ， 2 0 0 5 ． 第3 4 卷第3 期2 0 1 2 - 3 下 [ 1 2 5 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m