基于MCGS和PLC集散式测控系统研究.pdf

电气技术与自动化 刘伟， 等 基于 MC G S 和 P L C集散式测控 系统研究 基于 MC G S和 P L C集散式测控系统研究 刘伟 ， 吴思燕 中国 电子科技集团公 司第三十八研究所 ， 安徽 合肥 2 3 0 0 3 1 摘要 集散式测控系统 中， 下位机 以 P L C强大 的功 能广泛应用 于工业控制 现场 ； 上位 机以工 控组态软件 MC G S为开发平台， 对下位机工作状态进行实时监控。最后以液体的混合控制系 统的具体设计过程为例， 进一步说明了组态软件 M C G S在 P L C控制系统中应用具体设计过程。 实验结果证明了该方案的有效性和正确性， 并具有较好的实际应用价值。 关键词 可编程序控制器； M C G S ； 测控系统 中图分类号 T M 5 7 1 ． 6 “； T P T ／ 3 ． 5 文献标志码 B 文章编号 1 6 7 1 - 5 2 7 6 { 2 0 1 0 0 4 - 0 1 4 4 - 0 4 Re s e a r c h o n PLC Te s t ． c o nt r o l Sy s t e m App l i c a t i o n Ba s e d o n M CGS LI U We i ．W U S i y a n 3 8 t h I n s t i t u t e o f C h i n a E le c t r o n i c s T e c h n o lo g y Gr o u p C o r p o r a t i o n ，H e f e i 2 3 0 0 3 1 ， C h i n a Abs t r a c t Th e lo wer c ompu t e r ， wi t h PL C p ower f ul f e a t u r e s is wi d e l y u s ed i n t h e f i e ld o f c o nt r ol in d i s t r ibu t e d c on t r ol s y s t em，t h e u p p er c o mpu t e r ，wit h MCGS c o n f i g u r a t i o n s o f t war e p l a t f o r m， s h o ws t h e s t a t u s o f t h e cr e w o f r e a l - t i me mo n i t or i n g p u r p os e s ．Th i s p a p er t ak es t h e l iq uid mi x t u r e s p e c i f i c c o n t r o l s y s t em de s ign pr o c e s s f or ex a mple a n d f u r t h e r d e t a i ls t he c o n f igu r a t ion s o f t wa r e MCGS i n t h e P L C c on t r o l s y s t e m an d it s s pe c if ic ap p l ic a t io n i n t h e de s ign pr o c e s s．F i n a l ly，e x p e r i me n t al r e s ult s s ho w t h a t t h e p r o g r amme h a s e f - f e c t i v e n e s s a n d a c cu r a c y，an d g o od p r ac t ic a l va l u e ． Ke y wor ds PL C；MCGS；t es t - c on t r ol s y s t e m 0 引言 近年来 ， 随着科学技术的迅猛发展， 特别是计算机的 发展与普及， 各个领域都有了跨越性的进步。随着微处理 器， 计算机和数字通信技术的发展， 计算机控制 已广泛运 用在工业领域， 这就要求生产设备和 自动生产线的控制系 统必须要有 高的可靠性 与灵活性 。通 常新型 的工业 自动 控制系统被划分为控制、 监控 、 管理 3个层次结构。在控 制部分经常采用 P L C控制系统， 它是一种可编程控制器， 是一种可靠性高， 抗干扰性强的高性能工业自动化装置， 可以方便快捷的控制工业生产过程。 在 以往的监 控系统 中， 上层 监控 软件 一般 都是 采用 V C， V B等程序设计语言编制监控程序软件包 ， 在上位机 中 以直观的图形界面显示下位机及被控对象的工作运行状 态。但该软件设计工作难度高、 编程量大、 开发周期长。考 虑到该方法的不足， 如果采用当今市场上流行的 M C G S工 控组态软件为开发平台， 利用它完善的组态功能和强大的 实时数据库， 就能较好实现对下位机工作状态的实时监控。 现将现场的控制过程和上位机的监控功能结合起来， 完成对一个工程 的完整 的虚拟控制 。基于 工业 组态 软件 MC G S的P L C虚拟控制系统就是利用现有的计算机资源， 在计算机上通过组态软件 M C G S的组态功能和强大的实 时数据库功能来仿真现场控制对象并进行数据记录， 进行 P L C实时控制。此时只要通过观察 MC G S组态的工程界 面和实时数据就可以看到 P L C对外界工业系统控制的直 接结果， 并且能快速的做出判断与修改。 1 集散式测控系统的设计 集散式测试系统的整体设计思路如图 1 所示， 主要 由 上位机 、 下位机两部分组成 。 机甲甲 ● ’ 匪 |． 』 工 业 控 制 计 算 机 L 一 打 印 机J I R S 一 2 3 2 与R S ． 4 8 5 通讯转换 接口 工 击卤 莅 图1 整体设计图 设计所选用的上位机的监控软件是工控组态软件 MC G S ， 该软件是能完成工业现场数据采集与过程控制的 专用软件， 具有强大的实时数据库、 使用灵活、 能方便用户 快速组态工业控制系统监控功能的通用工具软件。在各 个工程控制领域中得到了广泛的应用。根据需要还可以 进行 i n t e r n e t 联接， 进行网络控制。 下位机是控制系统的核心， 主要负责现场数据的采 集、 运算 ， 然后根据运算结果发出控制指令， 文中研究液体 作者简介 刘伟 1 9 8 3 一 ， 男， 安徽合肥人， 中国电子科技集团公司第三十八研究所助理工程师， 主要从事微波射频与 自动控制等方面研究。 1 4 4 h t t p ／ ／ Z Z HD ． c h i n a j o u ma 1 ． n e t ． C ／ I E ma i l Z Z HD c h a i n a j o u r n a 1 ． n e t ． c n 机械制造与 自动化 电气技术与自动化 刘伟， 等 基于 MC G S和 P L C集散式测控 系统研究 的混合控制系统下位机选用的是三菱公司生产的 F X 2 n 系 列 P L C控制 系统 。 2 基于 MC G S软件开发 的液体混合 集散式测控系统 2 ． 1 P L C控制 系统下位机设 计 液体} 昆 合 P L C实际控制系统如图2所示， 其中调节 阀 A， 调节 阀 B， 出水 阀 C为 电磁 阀， 线 圈通 电时打 开 ， 传 感器 2 ， 传感器 1 ， 传感器 3为上 、 中、 下液位传感器 ， 被溶 液 淹没时状态 为 O N， 反之为 O F F 。 其 工作 流程 如下 a 初始工作状态 各阀门全关闭， 电动机停止， 混液 罐空， 各传感器均为 O F F 。 b P L C控制系统 的工作流程 按下 P L C启动按钮 自动／ 手动 后 ， 打开调节阀 A， 液体 A流入混液灌 ； 当中 限位传感器 1被淹没变 O N时 ， 调节 阀A关闭， 调节阀 B 打开； 当上限位传感器2被淹没变 O N时， 调节阀B关闭， 电动机开始运行， 搅动液体， 2 0 S 后停止搅动， 出水阀打开 放出混合液体； 当液面降至下限位传感器 3 变 O F F时， 开 始定时， 5 s 后容器已放空 ， 关闭出水 阀， 如已按下系统关 闭按钮， 则就此停机； 如未按下停止按钮 ， 则又打开调节阀 A， 开始 下一 次循环。 传感器2 传感器1 传感器3 图 2 液体混合装置示意 水阀 c P L C控制器 的编程 P L C控 制器选 用 的是 F X 2 n 三 菱可编程控制器 ， 该 控制器提供在线编程或直接通过上位 机 P C机下载编程。若用上位机下载编程， 编程软件可选 三菱综合 F A软件 M E L S O F T系列 G X D e v e l o p e r 系统。梯 形图在计算机 中编好后可下 载到 P L C控 制器 中。现 以 自 动控制过程为例， 该控制过程的程序流程图、 P L C控制顺 序功能图和梯形 图分别如 图 3 ， 图 4 ， 图 5所 示。 2 ． 2 基 于 MC G S液体 混 合控 制 系统 上位 机设计 基于 MC G S的液体 昆合控制系统最终效果图如图6 所示。 Ma c h i n e B u i l d i n g 8 Au t o m a ti o n ． Au g2 0 1 0， 3 9 4 j 4 4～1 4 7 自动过程开始 调节 阀A打开 向液压缸 中加液体A ＼ ＼／ l 是 调节 NA 关 闭 调节阀B 打开 向液压缸 中加液体B 感器2 为O N ＼／ I是 调节阀B 关 闭 ， 搅拌机开始工作 3 0 s 后停 止 否 否 出水 阀开 从液缸中放水 传感器3 为O N ＼／ I 是 出水阀开5 s 后关闭 图 3 P L C控制 系统程序流程 图 图 4 P L C控 制的顺序功 能图 否 器转动2 0 s 打开5 S 图 6中包括 了整个 控制系统当中所用到的元件 ， 以及 一 些控制元件。这个效果图是在 MC G S软件平台上对实 际工程现场模拟组态的结果 ， 它通过一系列的内部连接与 设置 ， 将元件与实时数据库相连接并设置每个元件相应的 动画属性 ， 这样组态模拟出的画面会出现与现场控制工作 过程相同步的动作 ， 从而清晰而真实的看到整个控制过程 的运行步骤与 结果 。 2 ． 3液体混合控制 系统 的工程组 态过程 a 组建系统工程图。按工程要求组合成具体的工程 画面。在用户窗口中新建一个窗口， 并把该窗 口命名为 l 4 5 电气技术与自动化 刘伟， 等 基于MC G S和 P L C集散式测控系统研究 8 0 0 2 l M 1 I r M 2 L - - - - - 一一 M 3 }_ M 4 } _ _ _ - ① 一一一 厂 1 _ 一 面 图 5 P L C控制系统 的梯形 图 图 6 基 于 MC G S液体混合控制系统 图 “ 液体混合控制系统” ， 然后点击此窗口进行动画组态。 因为 MC G S中包含了很多的图形对象 ， 这样能快速进行构 造， 打开工具箱找到“ 对象元件库管理” ， 在对象元件管理 中选择需要的元件如 传感器、 调节阀、 出水阀、 罐， 并把它 们拖动到合适的位置并改变其到最合适的大小从而相互 配合， 完成一个完整的协调的工程组态画面制作。 b 定义数据对象。对所选元件对象进行定义， 包括 定义变量的名称、 类型等， 由这些变量组成数据对象。以 液体混合控制系统为例， 所定义的数据对象如表 1所示。 c 动画连接。因为组态完成的图形是静止的， 需要 通过动画设置使图形元件运动起来， 以便能真实的描述外 界对象的状态变化。MC G S为每一种基本图形元素定义 了不同的动画属性， 每一种属性会产生一定的动画效果。 把实时数据库中的数据对象与图形元件联系起来并设置 相应的属性， 这样在系统运行时， 图形对象的动作过程由 - 1 46 数据对象的实时采集值驱动， 从而实现图形的动画效果。 在液体混合控制系统中， 要对所选元件一一进行设置， 有 混液罐、 调节阀、 出水阀、 传感器、 搅拌器、 启动按钮、 停止 按钮。具体步骤是 点击所要进行设置的元件， 打开单元 属性设置窗E l ， 再进入其中的动画连接， 再点击箭头符号 进入动画组态属性设置窗口， 不同的元件按不同的要求与 标准设置， 设置好后， 按确定保存， 变量连接成功。 表 1 数据对象定义 d 添加脚本程序。脚本程序的编程要按照其特定的 语法来编写程序、 实现控制。具体操作步骤是 单击工具 条中的工具箱， 则会弹出“ 策略工具箱” ， 再单击“ 策略工 具箱” 中的脚本程序， 再进入脚本程序编辑环境， 按要求 进行编程。其具体脚本程序如下 I F液位 1 4 a n d液位 1 9 a n d传感器 1 1 T H E N 调节 阀 A0 调节 阀 B1 出水 阀 0 液位 1液位 1 0 ． 1 M0 液位 1 传感器 21 ENDI F 传感器 1 0 调节阀 A 0 调节阀 B0 出水阀 1 液位 1液位 1 0 ． 1 N液位 1 传感器 31 I F N 0 A N D传感器 31 T H E N 调节阀 A1 出水阀 0 液位 1 液位 1 0 ． 1 传感器 20 ENDI F ENDI F e 连接设备。连接设备通道 ， 确定数据变量处理方 h t t p ffZ Z H D． c h i n a j o u ma 1 ． n e t ， c n E ma i l Z Z HD c h a i n a j o u ma 1 ． n e t ． e n 机械制造与 自动化 一 H H H H H H H H H H H 电气技术与 自动化 刘伟 ， 等 基 于 M C G S和 P L C集散 式测控 系统研 究 式， 完成设备属性设置。在 MC G S设备窗中添加串口通 讯父设备和子设备三菱 F X一 2 3 2， 其设备与子设备 的设 置属性的串口端 口号、 通讯波率 、 数据位位数和停止位 位数 、 数据较验方式参数一致 ， 并且 和 P L C和上位机通 信时属性设置参数一致， 即采用 R S一2 3 2标准， 其传输 速率固定 9 6 0 0 b i t ／ s ， 奇偶校验位采用偶校验。同时对 设备 内部属性进行设 置， 如本例 中是 P L C设备 ， 就要设 置 P L C的通道， 另外还可以根据具体的需要设置相应的 虚拟通 道 。 f 工程运行与测试。用调试程序产生的模拟数据， 检 查动画显示和控制 流程 是否 正确 ， 最后 ， 对模 拟设备 组成 的控制系统进行模拟调试。进入运行环境 ， 就能按照实验 规定的控制流程 ， 出现 相应 的动 画效 果 。再 接上 P L C进 行连机调试， M C G S的模拟运行界面应和 P L C的输出运行 状态一致。通过直接操作 MC G S界面上的模拟开关来控 制 P L C ， 即实现上位机对下位机的控制。 2 ． 4液体混合控制 系统 的功 能 液体混合控制系统的 MC G S工程主要完成的功能 主 控功能， 运行状态的实时数据显示功能、 历史数据显示功 能、 报警处理功能等功能。系统的参数详细设置请参考具 体的工程 ， 下面仅作简单的阐述。 a 主控功能。主控功能由是用户应用系统的起始窗 口来实现的。功能包括管理各个用户窗 口， 用户菜单， 根 据用户进行的操作在各用户窗口之问切换， 进行用户窗口 的登记， 用户数据的存盘等等。可以设置进入系统时， 要 求输入用户名与密码 ， 只有在正确输入了用户名及密码后 才能进入系统 ， 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。 b 实时数据、 历史数据显示功能。在具体的工程应 用中， 大多数监控系统需要对数据采集设备采集 的数据 进行存盘， 统计分析 ， 并根据实际情况显示出数据报表。 所谓数据报表就是根据实际需要 以一定格式将统计分 析后的数据记录显示和打印出来， 如 实时数据报表、 历 史数据报表 班报表 、 日报表、 月报表等 。数据报表在 工控系统 中是必不可少的一部分， 是数据显示、 查询、 分 析、 统计 、 打印的最终体现， 是整个工控系统的最终结果 输出； 数据报表是对生产过程中系统监控对象的状态 的 综合记录和规律总结。实时数据报表是实时的将 当前 时间的数据变量按一定报告格式显示和打印； 历史数据 报表是从历史数据库中提取数据记录， 以一定 的格式显 示历史数据。所讨论的液体混合控制系统的实时数据 显示功能 如图 7所示 。 C 报警处理功能。在工控系统中， 报警处理是系统 的一项重要功能， 它能够将系统运行过程的故障及时的通 知管理人员， 以便减少系统故障造成的损失。MC G S把报 警处理作为数据对象的属性， 封装在数据对象内， 由实时 数据库来 自动处理。当数据对象的值或状态发生改变时 ， 实时数据库判断相应的数据对象是否发生报警或已产生 的报警是否结束， 并把所产生 的报警信息通知给其他部 分， 同时把报警信息按用户的组态设定存入指定的存盘数 据库文件中。本文所采用的 MC G S软件， 具有强大的报警 Ma c h i n e B u i ld i n g 8 A u t o m a t i o n ， Au g 2 0 1 0， 3 9 4 1 4 4～1 4 7 图 7 实 时数据显 示 处理功能， 方便的报警设置、 丰富的报警类型、 报警存贮与 应答、 实时打印报警报表以及灵活的报警处理函数， 能够 方便、 及时、 准确地捕捉到任何报警信息等等。 4 总结 P L C广泛运用于工业控制系统 中， 大大提高了工业 的自动化程度。而 MC G S是一种新型的监控软件， 它有 强大的功能， 与 P L C结合起来在工业方面运用将会为工 业 的发展 带来 很 大 的进 步 。能 真实 的再 现 现场 运 行 过 程 ， 有很好的可视性 。并且在保证性能 的前提下， 明显 缩短设计周期 ， 大大降低开发成本。在所举的例子 中， 该系统成功运行， 调试以及对各种参数的整定都极为方 便。通过实践证明 ， 应用组态软件实现 P L C工作状态监 控 ， 是一种提高控制系统整体效 益的较好方法， 具有较 好的实际应用价值。 参 考文献 [ 1 ] 李俊秀， 赵黎明 编． 可编程控制器应用技术实训指导[ M] ． j E 京 化学工业出版社 ， 2 0 0 3 ． [ 2]周恩 涛 主编． 可编程 控制器原 理及其 在液压 系统 中的应用 [ M] ． 北京 机械工业出版社 ， 2 0 0 3 ． [ 3 ]MC G S用户指南 [ M] ． 北 京 北 京昆仑通态 自动化软件科技有 限公司 ， 2 0 0 6 ． ’ [ 4 ]郁汉琪 ， 盛党红 ， 邓东华． 电气控 制与可编程 序控制器应用技 术[ M] ． 南京 东南大 学出版社 ， 2 0 0 3 ． [ 5 ]龚运新． 工业组态软件实用技术 [ M] ． 北京 清华大学出版 社 。 2 0 0 5 ． [ 6 ]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 ． 收稿 日期 2 0 0 91 20 4 1 47