【正文】 雙容水箱監(jiān)控系統為例，詳細介紹了基于昆侖通態(tài) MCGS(Monitor and Control Generated System)的系統監(jiān)控軟件的組態(tài)思路和方法。 隨著信息化速度的加快，監(jiān)控組態(tài)軟件將發(fā)揮越來越重要的作用。用戶自己或者委托第三方開發(fā)的 HMI應用軟件，其開發(fā)時間長，效率低；或者購買專用的封閉系統，很難與外界數據進行交互，升級受到嚴重限制，往往不能滿足用戶需求。 組態(tài)軟件 (Configuration Software)是數據采集與監(jiān)控系統的專用軟件，以靈活多樣的組態(tài)方式 (而不是編程方式 )，為用戶提供友好的二次開發(fā)界面，將高性能的工控計算機和網絡技術結合起來，向控制層和管理層提供軟件和硬件接口，進行系統集成，其預制的軟件模塊便于實現工業(yè)現場數據采集和系統監(jiān)控。 第 2 頁 共 56 頁 組態(tài)軟件的概念 在 使用工控軟件中，我們經常提到組態(tài)一詞，組態(tài)一詞 的 英文 是“Configuration”, 其意簡單的講，組態(tài)就是用應用軟件中提供的工具、方法、完成工程中某一具體任務的過程。對于過去需要幾個月的工作，通過組態(tài)幾天就可以完成。 組態(tài)軟件的功能：（ 1）工業(yè)生產過程的動態(tài)可視化控制；（ 2）生產過程中生產數據的采集和管理；（ 3）生產過程監(jiān)控報警；（ 4）報表功能；（ 5）基于網絡數據的上傳和相應控制。 Intellution將自己最新的產品系列命名為 iFiX，在 iFiX中， Intellution提供了強大的組態(tài)功能，但新版本與以往的 不完全兼容。Intellution也是 OPC（ OLE for Process Control）組織的發(fā)起成員之一。但 WinCC的結構較復雜，用戶最好經過 Simens的培訓以掌握 WinCC的應用 。 (4) Controx（開物）：華富計算機公司的 Controx2020是全 32位的組態(tài)開發(fā)平臺，為 工控用戶提供了強大的實時曲線、歷史曲線、報警、數據報表及報告功能。 (5) ForceControl（力控）：大慶三維公司的力控從時間概念上來說，力控也是國內較早就已經出現的組態(tài)軟件之一。但直至Windows95版本的力控誕生之前， 它 主要用于公司內部的一些項目。 MCGS能夠完成現場數據采集、實時和歷史數據處理、報警和安全機制、流程控制、動畫顯示、趨勢曲線和報表輸出以及企業(yè)監(jiān)控網絡等功能 。 組態(tài)軟件 的 發(fā)展趨勢 組態(tài)軟件是工業(yè)應用軟件的一個組成部分，其發(fā)展受到很多因素的制約。即使這樣，也不能認為不再需要組態(tài)軟件了。 I/O 驅動軟件也逐漸會朝標準化的方向發(fā)展。在有些應用領域，自動監(jiān)控的目標及其特性比較單一且數量較多，用戶希望自動生成大部分自動監(jiān)控系統，例如在電梯自動監(jiān)控、動力設備監(jiān)控、鐵路信號監(jiān)控等應用系統。隨著計算機技術的飛速發(fā)展，組態(tài)軟件應該更多地總結這些領域的需求，設計出符合應用要求的開發(fā)工具，更好地滿足這些行業(yè)對軟件的需求，進一步減少這些行業(yè)在自動測試、數據分析方面的軟件成本，提高系統的開放程度。這樣做的優(yōu)點是：所有插件遵從統一標準，插件的專用性強，每個插件開發(fā)人員之間不需要協調，一個插件出現故障不會影響其他插件的運行。并針對設計要用的軟、硬件進行了選型。 （ 5）對目前研究工作進行總結并對今后的研究方向進行展望 。 MCGS 具有操作簡便、可視性好、可維護性強、高性能、高可靠性等突出特點，已成功應用于石油化工、鋼鐵行業(yè)、電力系統、水處理、環(huán)境監(jiān)測、機械制造、交通運輸、能源原材料、農業(yè)自動化、航空航天等領域，經過各種現場的長期實際運行，系統穩(wěn)定可靠。其軟件模塊關系如圖 所示。實時數據庫管理系統首先是能 夠對實時數據庫中的“點”信息進行配置，描述數據庫中各種數據點的特征、屬性，起到數據字典的功能。這些實時組件的構造，其目的是為了構造一種系統機制在該機制的驅動下，盡可能地滿足其作為實時數據庫 的特點，數據庫狀態(tài)最新，保障時間一致性和實時的、及時的事務處理等。因此監(jiān)控組態(tài)軟件的實時數據庫系統分為以下幾個部分：組態(tài)數據庫 (數據典 )、事件庫、主動規(guī)則庫及其規(guī)則編輯系統、優(yōu)先級庫、歷史數據庫、內存 實時數據庫和實時運行系統。 (2) 事件 (報警 )數據庫 事件庫也可稱為報警庫。②記錄用戶對報警的響應 。目前廣泛使用的工業(yè)組態(tài)軟件將其并入實時數據庫。在運行狀態(tài)下，也需要載入內存中以提高運行速度，系統線程周期性掃描該規(guī)則庫，同時觸發(fā)相應的事務。 (5) 歷史數據庫 歷史數據庫是一種時態(tài)數據庫 ，它存儲的是隨時間變化的信息，具有時間相關性。因此歷史數據的轉儲機制也相當重要，為了不丟失歷史數據，又減輕磁盤的 I/0重負，引入歷史數據的緩沖技術。再就是，當磁盤容量到達危險容量值時，做出報警，要求將歷史數據轉儲到別的備份磁盤。 MCGS 組態(tài)軟件的系統構成 MCGS 組態(tài)軟件的整體結構 MCGS 軟件系統包括組態(tài)環(huán)境和運行環(huán)境兩個部分 ，如圖 所示。 圖 MCGS 組態(tài)軟件的整體結構 MCGS 組態(tài)環(huán)境是生成用戶應用系統的工作環(huán)境，由可執(zhí)行程序 支持，其存放于 MCGS 目錄的 Program 子目錄中。 組態(tài)環(huán)境： 組態(tài)生成 應用系統 運行環(huán)境： 解釋執(zhí)行 組態(tài)結果 組態(tài) 結果 數據 第 14 頁 共 56 頁 MCGS 組態(tài)軟件五大組成部分 MCGS 組態(tài)軟件所建立的工程由主控窗口、設備窗口、用戶窗口、實時數據庫和運行策略五部分構成 。在主控窗口中可以放置一個設備窗口和多個用戶窗口，負責調度和管理這些窗口的打開或關閉。 工程運行流程的控制 編寫控制程序選用功能構件 定義不同類型和名稱的變量 設置工程中人機交互的界面 配置 設備 注冊設備驅動程序 定義 數據變量 設備窗 口 用戶窗口 實時數據庫 運行策略 MCGS 工控組態(tài)軟件 菜單設計 設置工程屬性 主控窗口 第 15 頁 共 56 頁 用戶窗口：本窗口主要用于設置工程中人機交互的界面，諸如：生成各種動畫顯示界面、報警輸出、數據與曲線圖表等。包括編寫控制程序（ if? then 腳本程序），選用各種功能構件，如：數據提取、歷 史曲線、定時器、配方操作、多媒體輸出等。 （ 2） 真正的 32位、多任務應用系統 , 該系統支持 WINDOWS的多任務技術 , 有效地優(yōu)化了計算機資源 , 打印任務作為一個獨立工作而運行于后臺 , 實現多任務的并行處理。該方法提高了系統的可靠性和數據處理效率 , 也為其他應用軟件進行數據調用提供了方便 [8]。 MCGS 組態(tài)軟件的工作方式 MCGS 如何與設備進行通訊 ： MCGS 通過設備驅動程序與外部設備進行數據交換。 MCGS 如何實施遠程多機監(jiān)控： MCGS 提供了一套完善的網絡機制，可通過 TCP/IP 網、 Modem 網和串口網將多臺計算機連接在一起，構成分布式網絡監(jiān)控系統，實現網絡間的實時數據同步、歷史數據同步和網絡事件的快速傳遞。 如 何對工程運行流程實施有效控制： MCGS 開辟了專用的 “ 運行策略 ”窗口，建立用戶運行策略。主要構件包括： （ 1） 雙容水箱 （ 2） PLC（西門子 S7200） （ 3） PC/PPI 專用電纜線 （ 4）計算機 （ 5）上 ,下位機軟件 本系統中通過采用 MCGS 軟件，把指令傳給 PLC，由 PLC 對裝置進行控制。選用 EM 231模擬量輸入擴展模塊，帶有 4 點模擬量輸入。該裝置充分模擬工業(yè)現場小巧精致，功能比較齊全，可以實現單回路控制、串級控制、比值控制、分程控制以及帶干擾等多種控制方式，且性能價格比高。 2個柱形水箱的進水流量和出水流量可分別由 4個比例閥門進行調節(jié) ?？紤]到實際工業(yè)對象的復雜性即可以是一階的也可以是高階的。 （ 2） 簡單回路和耦合回路。 （ 3） 不同的擾動方式。除了可以通過人機界面加入參考輸入，通過軟件加入隨機擾動外。 在相連的兩個 水箱間有可改變控制水流量的手閥 。 本裝置具有不同的被控模型 ,既可以是一階的 (單容 ) ，也可以是二階 第 22 頁 共 56 頁 的 (雙容 )，還可以加軟件延遲。水由電機供水進入水槽 2中，然后進入水箱中，此回路主要對水槽 2的液位進行控制，水槽 2的液位經液位變送器變?yōu)殡娦盘査偷?PLC中，在計算機中進行參數設定，其輸出來調節(jié)固態(tài)繼電器，從而調節(jié)水泵的出水流量。此處就不一一列舉。 S7200 CPU 將一個微處理器、一個集成電源和數字量 I/O 點集成在一SSR1 LT2 水箱 2液位 水箱 1液位 電機 1 第 23 頁 共 56 頁 個緊湊的封裝中，從而形成了一個功能強大的微型 PLC， 在下載了程序之后， S7200 將保留所需的邏輯，用于監(jiān)控應用程序中的輸入輸出設備。 S7200 系列 有以下幾個優(yōu)點 ： 極高的可靠性 ； 極豐富的指令集 ； 易于掌握 ； 便捷的操作 ； 豐富的內置集成功能 ； 實時特性 ； 強勁的通訊能力 ； 豐富的擴展模塊 。如：沖壓機床，磨床，印刷機械，橡膠化工機械，中央空調，電梯控制，運動系統。常用的有浮力式液位變送器和靜壓力式液位變送器。 直流電機：當電機 1 作為控制電機使用時 ,電機 2 可產生干擾信號，同時可加前饋（電機 2的轉速作為前饋信號）來補償干擾。 系統上位機采用 MCGS 工控組態(tài)軟件，組成 MCGS 工控組態(tài)軟件監(jiān)控系統，可實現對被控對象過渡過程的數據采集和存儲，數據曲線的動態(tài)顯示和監(jiān)控。 在 windows 操作系統下，啟用該軟件的自動安裝程序，按照屏幕上彈出的指示信息逐步進行，其間會有安裝路徑等選擇， 該軟件可以工作于聯機和離線兩種工作方式。 可以在編程前設置通信參數，也可等到下載程序時再設置。主要內容包括：定義工程名稱、封面窗口名稱和啟動窗口（封面窗口退出后接著顯示的窗口）名稱，指定存盤數據庫文件的名稱以及存盤數據庫，設定動畫刷新的周期。前一部分類似于“畫畫”，用戶通過 MCGS 組態(tài)軟件中提供的基本圖形元素及動畫構件庫，在用戶窗口內“組合”成各種復雜的界面。 （ 5）編寫程序調試工程： 利用調試程序產生的模擬數據，檢查動畫顯示和控制流程是否正確。 在上位機界面中，有組態(tài)界面、參數設定、時實曲線、歷史曲線、數據報表、打印報警和事 件幾個界面。另外設置了一個“退出”按鈕，該按鈕通過 EXIT(0)命令，可以實現退出 MCGS 運行界面的指令。從實驗裝置正面看，下面 6個手調閥從左到右分別是手調閥 6，水槽 2 連接閥為手調閥 7，以及兩個電機。界面右側設置了每個伐開度的旋轉儀表顯示和兩個報警指示燈。本設計中實時數據庫設置如圖 所示。 圖 實時數據庫 下面以數據庫中液位 1 的變量連接為例說明動畫連接過程。在用戶窗口中，雙擊水位控制窗口進入，選中調節(jié)閥雙擊，則彈出單元屬性設置窗口。但對大量數據僅做定量的分析還遠遠不夠，必須根據大量的數據信息，畫出曲線，分析曲線的變化趨勢并從中發(fā)現數據變化規(guī)律，曲線處理在工控系統中也是一個非常重要的部分。 按“確認”，在運行環(huán)境中單擊“數據顯示”菜單，就可看到實時曲線。歷史曲線主要用于事后查看數據和狀 態(tài)變化趨勢和總結規(guī)律。當數據對象的值或狀態(tài)發(fā)生改變時，實時數據庫判斷對應的數據對象是否發(fā)生了報警或已產生的報警是否已經結束，并把所產生 第 33 頁 共 56 頁 的報警信息通知給系統的其它部分，同時，實時數據庫根據用戶的組態(tài)設定，把報警信息存入指定的存盤數據庫文件中。 （ 2）報警顯示 實時數據庫只負責關于報警的判斷、通知和存儲三項工作，而報警產生后所要進行的其它處理操作（即對報警動作的響應），則需要在組態(tài)時實現。按“確認”后，則報警顯示設置完畢。 圖 報警界面 選中“報警數據”，單擊“策略組態(tài)”按鈕進入，在策略組態(tài)中，單擊工具條中的“新增策略行” 圖標，新增加一個策略行。 按“測試”按鈕，進入“報警信息瀏覽”。雙擊“操作 0”菜單，彈出“菜單屬性設置”窗口。 作為“液位 1”的報警指示， 作為“液位 2”的報警指示。 單擊“用戶窗口”，在“用戶窗口”中單擊“新建窗口”按鈕產生一個新窗口，單擊“窗口屬性”按鈕，彈出“用戶窗口屬性設置”窗口，進行設置。