【正文】 ..............(39) 連接調(diào)試 .................................................................................................................(41)6 結(jié)論 ...............................................................................................(44)目錄iii致謝 .....................................................................................................(45)參考文獻(xiàn) .............................................................................................(46)1 緒論1 緒論 引言每當(dāng)夜幕降臨，樓宇上、道路旁繽紛奪目的霓虹燈廣告，構(gòu)筑了一道璀燦的城市夜景，作為主角 —— 霓虹燈功不可沒，而可編程序控制器是專用于工業(yè)控制的工業(yè)計(jì)算機(jī)，是現(xiàn)代化工業(yè)的三大支柱之一。長期以來，PLC 始終處于工業(yè)自動化控制領(lǐng)域的主戰(zhàn)場，為各種各樣的自動化控制設(shè)備提供了非?？煽康目刂茟?yīng)用，其主要原因在于它能夠?yàn)樽詣踊刂茟?yīng)用提供安全可靠和比較完善的解決方案，適合于當(dāng)前工業(yè)企業(yè)對自動化的需要。但在開發(fā)傳統(tǒng)的工業(yè)控制軟件時，當(dāng)被控對象一旦變動，就必須修改控制系統(tǒng)源程序，導(dǎo)致開發(fā)周期長。組態(tài)軟件的出現(xiàn)解決了這個問題，通過 MCGS 組態(tài)軟件仿真 PLC 的控制對象， （ 我們不需要實(shí)物而通過微機(jī)的顯示器就可以檢驗(yàn)所編程序的正確與否和執(zhí)行結(jié)果。 組態(tài)軟件的發(fā)展新型的工業(yè)自動控制系統(tǒng)正以標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)計(jì)算機(jī)軟、硬件平臺構(gòu)成的集成系統(tǒng)，具有適應(yīng)性強(qiáng)、開發(fā)性好、易于擴(kuò)展、經(jīng)濟(jì)、開發(fā)周期短等明顯優(yōu)點(diǎn)。組態(tài)軟件指數(shù)據(jù)采集與過程控制的專用軟件，它們是在自動控制系統(tǒng)監(jiān)控一級的軟件平臺和開發(fā)環(huán)境，能以靈活多樣的組態(tài)方式提供良好的用戶開發(fā)界面和簡潔的使用方法，并同時支持各種硬件廠家的計(jì)算機(jī)和 I/O 產(chǎn)品。目前世界上不少專業(yè)廠商提供各種組態(tài)軟件產(chǎn)品。 組態(tài)軟件在我國的發(fā)展歷程 最早開發(fā)的通用組態(tài)軟件是 DOS 環(huán)境下的組態(tài)軟件，其特點(diǎn)是具有簡單的人機(jī)界面、圖庫、繪圖工具箱等基本功能。隨著 Windows 的廣泛應(yīng)用，Windows 環(huán)境下的組態(tài)軟件與 DOS 環(huán)境下的組態(tài)軟件成為主流。與 DOS 環(huán)境下的組態(tài)軟件相比，其最突出的特點(diǎn)是圖形功能有了很大的增強(qiáng)。國外很多優(yōu)秀通用組態(tài)軟件是在英文狀態(tài)下開發(fā)的，對國內(nèi)而言，它具有應(yīng)用時間長，用戶界面不理想，不支持國內(nèi)普遍使用的硬件設(shè)備，這些正是國外通用組態(tài)軟件在國內(nèi)部能廣泛應(yīng)用的原因。隨著國內(nèi)計(jì)算機(jī)水平和工業(yè)自動化水平的不斷提高，近年來，一些技術(shù)力量雄厚的高科技公司相繼開發(fā)出了適合國內(nèi)使用的通用組態(tài)軟件。MCGS 組態(tài)軟件就是其中的一種。西安工業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文2 流行的組態(tài)軟件目前中國市場上的組態(tài)軟件產(chǎn)品按廠商劃分大致可以分為三類：國外專業(yè)軟件廠商提供的產(chǎn)品；國外硬件和系統(tǒng)廠商提供的產(chǎn)品；國內(nèi)自行開發(fā)的國產(chǎn)化產(chǎn)品。近年來國外一些著名硬件或系統(tǒng)廠商亦推出了日趨成熟的組態(tài)軟件產(chǎn)品，如美國 GE 公司的 Cimplicity,德國西門子公司的 WinCC 等 [1]。這些軟件一改過去僅為其本身硬件配套的 OEM 形式，通過大力加強(qiáng)對其它硬件產(chǎn)品的驅(qū)動支持和軟件內(nèi)部的各種功能，而發(fā)展成為專業(yè)化的通用組態(tài)軟件。 本文主要研究內(nèi)容課題主要內(nèi)容為霓虹燈仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，組態(tài)軟件主要用于實(shí)現(xiàn)實(shí)時監(jiān)控；同時編制相應(yīng)的腳本程序完成控制功能。仿真系統(tǒng)由上位機(jī)和下位機(jī)兩部分組成。上、下位機(jī)通過串行口進(jìn)行通信交換數(shù)據(jù)。上位機(jī)利用 PC 機(jī)，下位機(jī)利用三菱的 PLC 。上位機(jī)內(nèi)裝 MCGS 組態(tài)軟件和三菱編程軟件。MCGS 組態(tài)軟件用以制作仿真畫面、編寫仿真程序并與下位機(jī)進(jìn)行通信。本界面需實(shí)現(xiàn)的控制要求為：a 主要是控制“西安” ， “工業(yè)” ， “大學(xué)” ， “50”， “周年”5 個字形霓虹燈的閃亮過程，具體實(shí)現(xiàn)的控制功能為：5 個燈依次點(diǎn)亮后閃三閃，再沿相反的方向依次熄滅；字燈下兩個燈輪流閃亮；利用組態(tài)設(shè)置周圍的燈配合閃爍。5個字燈對應(yīng)于 PLC 的 5 個輸出結(jié)點(diǎn) Y0～Y4,下面的兩個燈對應(yīng)于 Y5，Y6 。每個輸出結(jié)點(diǎn)的輸出值“0”或“1”對應(yīng)于燈的滅與亮。b 要求按動“開始”按鈕時燈按控制要求依次點(diǎn)亮或熄滅，并循環(huán)往復(fù)，當(dāng)按動“停止” 按鈕時霓虹燈全部熄滅。c 當(dāng)沒有連接 PLC 時，利用腳本程序也可以完成霓虹燈的控制功能。由于涉及到燈亮滅的時間，所以需要使用組態(tài)軟件內(nèi)部的定時器。 課題研究意義長期以來， PLC 始終處于工業(yè)自動化控制領(lǐng)域的主戰(zhàn)場，為各種各樣的自動化控制設(shè)備提供了非常可靠的控制應(yīng)用。其主要原因，在于它能夠?yàn)樽詣踊刂茟?yīng)用提供安全可靠和比較完善的解決方案，適合于當(dāng)前工業(yè)企業(yè)對自動化的需要。但在開發(fā)傳統(tǒng)的工業(yè)控制軟件時，當(dāng)被控對象一旦變動，就必須修改控制系統(tǒng)源程序，導(dǎo)致開發(fā)周期長 [2]。組態(tài)軟件的出現(xiàn)解決了這個問題，使用戶能通過自己的控制對象和控制目的任意組態(tài)，完成最終的自動控制目的。另一方面，組態(tài)軟件還可以用于教學(xué)實(shí)驗(yàn)中。由于條件所限，學(xué)?？赡軣o法提供一些實(shí)驗(yàn)設(shè)備，同學(xué)們通過試驗(yàn)只能看到 I/O 口的輸入輸出情況，驗(yàn)證程序的西安工業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文3正確性。運(yùn)用組態(tài)軟件就可以讓同學(xué)們看到直觀生動的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，使得理論和實(shí)際得到了完美的結(jié)合。2 MCGS 組態(tài)軟件功能簡介32 MCGS 組態(tài)軟件功能簡介MCGS 全中文工業(yè)自動化控制組態(tài)軟件（以下簡稱 MCGS 工控組態(tài)軟件或MCGS）為用戶建立全新的過程測控系統(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，可穩(wěn)定運(yùn)行于 Windows95/98/NT 操作系統(tǒng)，集動畫顯示、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，并支持國內(nèi)外眾多數(shù)據(jù)采集與輸出設(shè)備。 MCGS 組態(tài)軟件的功能和特點(diǎn)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)時監(jiān)測領(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)軟件的功能和特點(diǎn)可歸納如下：? 概念簡單，易于理解和使用。普通工程人員經(jīng)過短時間的培訓(xùn)就能正確掌握、快速完成多數(shù)簡單工程項(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)。? 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（數(shù)據(jù)采集）到數(shù)據(jù)處理、報(bào)警處理、流程控制、動畫顯示、報(bào)表輸出、曲線顯示等各個環(huán)節(jié)，均有豐富的功能組件和常用圖形庫可供選用，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)。? 實(shí)時性與并行處理。MCGS 充分利用了 Windows 操作平臺的多任務(wù)、按優(yōu)先級分時操作的功能，使 PC 機(jī)廣泛應(yīng)用于工程測控領(lǐng)域成為可能。工程作業(yè)中，大量的數(shù)據(jù)和信息需要及時收集，即時處理，在計(jì)算機(jī)測控技術(shù)領(lǐng)域稱其為實(shí)時性任務(wù)關(guān)鍵任務(wù)，如數(shù)據(jù)采集、設(shè)備驅(qū)動和異常處理等。另外許多工作則是非實(shí)時性的，或稱為非時間關(guān)鍵任務(wù)，如畫面顯示，可在主機(jī)運(yùn)行周期時間內(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，稱為脫機(jī)作業(yè)。MCGS 是真正的 32 位系統(tǒng)，可同時運(yùn)行于 Microsoft Windows95，98 和Microsoft Windows NT 平臺，以線程為單位進(jìn)行分時并行處理。西安工業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文5? 建立實(shí)時數(shù)據(jù)庫，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)時數(shù)據(jù)庫和運(yùn)行策略五部分構(gòu)成。其中的“實(shí)時數(shù)據(jù)庫”是整個系統(tǒng)的核心。在生成用戶應(yīng)用系統(tǒng)時，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，各個部分都通過實(shí)時數(shù)據(jù)庫交換數(shù)據(jù)，形成互相關(guān)聯(lián)的整體。實(shí)時數(shù)據(jù)庫是一個數(shù)據(jù)處理中心，是系統(tǒng)各個部分及其各種功能性構(gòu)件的公用數(shù)據(jù)區(qū)。各個部件獨(dú)立地向?qū)崟r數(shù)據(jù)庫輸入和輸出數(shù)據(jù)，并完成自己的差錯控制。? 設(shè)立“設(shè)備工具箱”，針對外部設(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)對該種設(shè)備的驅(qū)動和控制。不同的設(shè)備對應(yīng)于不同的構(gòu)件，所有的設(shè)備構(gòu)件均通過實(shí)時數(shù)據(jù)庫建立聯(lián)系，而建立時又是相互獨(dú)立的，即對某一構(gòu)件的操作或改動，不影響其它構(gòu)件和整個系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，從這一意義上講，MCGS 是一個“設(shè)備無關(guān)”的系統(tǒng)，用戶不必因外部設(shè)備局部改動，而影響整個系統(tǒng)。? “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畫效果的工具條和狀態(tài)條。? 利用豐富的“動畫組態(tài)”功能，快速構(gòu)造各種復(fù)雜生動的動態(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、移動翻轉(zhuǎn)等多種手段，增強(qiáng)畫面的動態(tài)顯示效果。圖元、圖符對象定義相應(yīng)的狀態(tài)屬性，即可實(shí)現(xiàn)動畫效果。同時，MCGS 為用戶提供了豐富的動畫構(gòu)件，模擬工程控制與實(shí)時監(jiān)測作業(yè)中常用的物理器件的動作和功能。每個動畫構(gòu)件都對應(yīng)一個特定的動畫功能。如：實(shí)時曲線構(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。? 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。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、精確地控制運(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)時數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。同時，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。? 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、西安工業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文6動畫構(gòu)件、策略構(gòu)件）完成了 MCGS 系統(tǒng)三大部分（設(shè)備驅(qū)動、動畫顯示和流程控制）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)功能得到擴(kuò)充。這種充分利用“面向?qū)ο蟆钡募夹g(shù)，大大提高了系統(tǒng)的可維護(hù)性和可擴(kuò)充性。? 支持 OLE Automation 技術(shù)。MCGS 允許用戶在 Visual Basic 中操作 MCGS中的對象，提供了一套開放的可擴(kuò)充接口，用戶可根據(jù)自己的需要用編制特定的功能構(gòu)件來擴(kuò)充系統(tǒng)的功能。? MCGS 中數(shù)據(jù)的存儲不再使用普通的文件，而是用數(shù)據(jù)庫來管理一切。組態(tài)時，系統(tǒng)生成的組態(tài)結(jié)果是一個數(shù)據(jù)庫；運(yùn)行時，數(shù)據(jù)對象、報(bào)警信息的存儲也是一個數(shù)據(jù)庫。利用數(shù)據(jù)庫來保存數(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，也使其它應(yīng)用軟件系統(tǒng)能直接處理數(shù)據(jù)庫中的存盤數(shù)據(jù)。? 設(shè)立“對象元件庫”，解決了組態(tài)結(jié)果的積累和重新利用問題。所謂對象元件庫，實(shí)際上是分類存儲各種組態(tài)對象的圖庫。組態(tài)時，可把制作完好的對象（包括圖形對象，窗口對象，策略對象，以至位圖文件等等）以元件的形式存入圖庫中，也可把元件庫中的各種對象取出，直接為當(dāng)前的工程所用。隨著工作的積累，對象元件庫將日益擴(kuò)大和豐富，組態(tài)工作將會變得越來越簡單方便。? 提供對網(wǎng)絡(luò)的支持?？紤]到工控系統(tǒng)今后的發(fā)展趨勢， 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，來使分散在不同現(xiàn)場之間的采集系統(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)時交換數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對工控系統(tǒng)的分布式控制和管理。 組態(tài)軟件的系統(tǒng)構(gòu)成 組態(tài)軟件的整體結(jié)構(gòu)MCGS 組態(tài)軟件（以下簡稱 MCGS）由“MCGS 組態(tài)環(huán)境”和“MCGS 運(yùn)行環(huán)境”兩個系統(tǒng)組成。兩部分互相獨(dú)立，又緊密聯(lián)系。MCGS 組態(tài)環(huán)境是生成用戶應(yīng)用系統(tǒng)的工作環(huán)境，由可執(zhí)行程序 支持，其存放于MCGS 目錄的 Program 子目錄中。用戶在 MCGS 組態(tài)環(huán)境中完成動畫設(shè)計(jì)、設(shè)備連接、編寫控制流程、編制工程打印報(bào)表等全部組態(tài)工作后，生成擴(kuò)展名為.mcg 的工程文件，又稱為組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫，其與 MCGS 運(yùn)行環(huán)境一起，構(gòu)成了用戶應(yīng)用系統(tǒng)，統(tǒng)稱為“工程” 。MCGS 運(yùn)行環(huán)境是用戶應(yīng)用系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境，西安工業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文7由可執(zhí)行程序 支持，其存放于 MCGS 目錄的 Program 子目錄中。在運(yùn)行環(huán)境中完成對工程的控制工作。見圖 。 圖 整體結(jié)構(gòu)圖 M