【文章內(nèi)容簡介】 統(tǒng)驅(qū)動運行 的數(shù)據(jù)來源。 (7) 實時運行系統(tǒng) 利用 Windows 多線程機制，在多線程內(nèi)完成事件管理，實時事務(wù)優(yōu)先級分派，實時調(diào)度算法 (價值函數(shù)評估優(yōu)先級 )，實時并發(fā)控制策略，歷史數(shù)據(jù)緩沖轉(zhuǎn)儲以及主動機制等功。 MCGS 組態(tài)軟件的系統(tǒng)構(gòu)成 MCGS 軟件系統(tǒng)包括組態(tài)環(huán)境和運行環(huán)境兩個部分 ，如圖 所示。 。組態(tài)環(huán)境相當(dāng)于一套完整的工具軟件，幫助用戶設(shè)計和構(gòu)造自己的應(yīng)用系統(tǒng)。運行環(huán)境則按照組態(tài)環(huán)境中構(gòu)造的組態(tài)工程，以用戶指定的方式運行，并進行各種處理，完成用戶組態(tài)設(shè)計的目標(biāo)和功能。 圖 MCGS 組態(tài)軟件的整體結(jié)構(gòu) 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、設(shè)備連接、編寫控制流程、編制工程打印報表等全部組態(tài)工作后，生成擴展名為 .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 運行環(huán)境是用戶應(yīng)用系統(tǒng)的運行環(huán)境，由可執(zhí)行程序 支持，其存放于 MCGS 目錄的 Program 子目錄中。在運行環(huán)境中完成對工程的控制工作 。 MCGS 組態(tài)軟件所建立的工程由主控窗口、設(shè)備窗口、用戶窗口、實時數(shù)據(jù)庫和運行策略五部分構(gòu)成 。如圖 所示。 每一部分分別進行組態(tài)操作，完成不同的工作，具有不同的特性。 工程運行流程的控制 編寫控制程序選用功能構(gòu)件 定義不同類型和名稱的變量 設(shè)置工程中人機交互的界面 配置 設(shè)備 注冊設(shè)備驅(qū)動程序 定義 數(shù)據(jù)變量 設(shè)備窗口 用戶窗口 實時數(shù)據(jù)庫 運行策略 MCGS 工控組態(tài)軟件 組態(tài)環(huán)境： 組態(tài)生成 應(yīng)用系統(tǒng) 運行環(huán)境： 解釋執(zhí)行 組態(tài)結(jié)果 組態(tài) 結(jié)果 數(shù)據(jù) 菜單設(shè)計 設(shè)置工程屬性 主控窗口 圖 MCGS 組態(tài)軟件五大組成部分 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個設(shè)備窗口和多個用戶窗口，負(fù)責(zé)調(diào)度和管理這些窗口的打開或關(guān)閉。主要的組態(tài)操作包括：定義工程的名稱，編制工程菜單， 設(shè)計封面圖形，確定自動啟動的窗口，設(shè)定動畫刷新周期，指定數(shù)據(jù)庫存盤文件名稱及存盤時間等。 設(shè)備窗口：是連接和驅(qū)動外部設(shè)備的工作環(huán)境。在本窗口內(nèi)配置數(shù)據(jù)采集與控制輸出設(shè)備，注冊設(shè)備驅(qū)動程序，定義連接與驅(qū)動設(shè)備用的數(shù)據(jù)變量。 用戶窗口：本窗口主要用于設(shè)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(shù)據(jù)與曲線圖表等。 實時數(shù)據(jù)庫：是工程各個部分的數(shù)據(jù)交換與處理中心，它將 MCGS 工程的各個部分連接成有機的整體。在本窗口內(nèi)定義不同類型和名稱的變量，作為數(shù)據(jù)采集、處理、輸出控制、動畫連接及設(shè)備驅(qū)動的對 象。 運行策略：本窗口主要完成工程運行流程的控制。包括編寫控制程序 （ if?then 腳本程序），選用各種功能構(gòu)件，如：數(shù)據(jù)提取、歷 史曲線、定時器、配方操作、多媒體輸出等。 MCGS 組態(tài)軟件的特點 MCGS組態(tài)軟件要求在 WINDOWS95,WINDOWS98或 WINDOWSNT操作系統(tǒng)環(huán)境下運行。用戶在組態(tài)環(huán)境下進行系統(tǒng)配置 ,可創(chuàng)建或定義多達(dá) 512個用戶策略 ,并生成數(shù)據(jù)庫文件在運行環(huán)境下運行。 MCGS 工控組態(tài)軟件具有如下特點 : （ 1） 功能全面、應(yīng)用靈活 , 提供從設(shè)備驅(qū)動、流程控制到數(shù)據(jù)處理、動畫及報 表顯示、報警輸出等一套完整的系統(tǒng)軟件 , 并且具有開放性結(jié)構(gòu) , 用戶可以掛接自己的應(yīng)用程序模塊 , 具有良好的通用性和可維護性。 （ 2） 真正的 32位、多任務(wù)應(yīng)用系統(tǒng) , 該系統(tǒng)支持 WINDOWS的多任務(wù)技術(shù) , 有效地優(yōu)化了計算機資源 , 打印任務(wù)作為一個獨立工作而運行于后臺 , 實現(xiàn)多任務(wù)的并行處理。 （ 3） 組態(tài)軟件與設(shè)備無關(guān) , 系統(tǒng)提供各種標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備驅(qū)動程序 , 可與各種工控設(shè)備連接。對不同的外部硬件設(shè)備 , 只需提供相應(yīng)的設(shè)備構(gòu)件 , 系統(tǒng)的其他部分無須任何改動。 （ 4） 以實時數(shù)據(jù)庫為核心 , 將有關(guān)信息以事件的方式 發(fā)送到系統(tǒng)的各個部分 , 解決了系統(tǒng)中各功能部件的相關(guān)性問題。該方法提高了系統(tǒng)的可靠性和數(shù)據(jù)處理效率 , 也為其他應(yīng)用軟件進行數(shù)據(jù)調(diào)用提供了方便 [8]。 （ 5） 支持網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) ,MCGS提供 WWW版本 , 用戶可通過網(wǎng)絡(luò)進行遠(yuǎn)程采集數(shù)據(jù) , 發(fā)送數(shù)據(jù)和事件 ,不同的工作站之間可實時交換數(shù)據(jù)、實現(xiàn)分布式控制、管理和系統(tǒng)集成。 （ 6） 出于保護企業(yè)數(shù)據(jù)的考慮 ,MCGS 很好地解決了授權(quán)及安全性問題 , 依據(jù)系統(tǒng)的授權(quán) , 用戶允許或禁止對系統(tǒng)進行操作 , 允許或禁止對數(shù)據(jù)進行訪問。 MCGS 在確保安全的情況下可以對多個系統(tǒng)模塊進 行安全授權(quán)。 MCGS 組態(tài)軟件的工作方式 MCGS 如何與設(shè)備進行通訊 ： MCGS 通過設(shè)備驅(qū)動程序與外部設(shè)備進行數(shù)據(jù)交換。包括數(shù)據(jù)采集和連接庫文件，設(shè)備驅(qū)動程序中包含符合各種設(shè)備通訊協(xié)議的處理程序，將設(shè)備運行狀態(tài)的特征數(shù)據(jù)采集進來或發(fā)送出去。 MCGS 如何產(chǎn)生動畫效果： MCGS 為每一種基本圖形元素定義了不同的動畫屬性，如：一個長方形的動畫屬性有可見度，大小變化，水平移動等，每一種動畫屬性都會產(chǎn)生一定的動畫效果。所謂動畫屬性，實際上是反映圖形大小、顏色、位置、可見度、閃爍性等狀態(tài)的特征參數(shù)。 MCGS 如何 實施遠(yuǎn)程多機監(jiān)控： MCGS 提供了一套完善的網(wǎng)絡(luò)機制，可通過TCP/IP 網(wǎng)、 Modem 網(wǎng)和串口網(wǎng)將多臺計算機連接在一起，構(gòu)成分布式網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)間的實時數(shù)據(jù)同步、歷史數(shù)據(jù)同步和網(wǎng)絡(luò)事件的快速傳遞。同時，可利用 MCGS 提供的網(wǎng)絡(luò)功能，在工作站上直接對服務(wù)器中的數(shù)據(jù)庫進行讀寫操作。分布式網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的每一臺計算機都要安裝一套 MCGS 工控組態(tài)軟件。 MCGS把各種網(wǎng)絡(luò)形式，以父設(shè)備構(gòu)件和子設(shè)備構(gòu)件的形式，供用戶調(diào)用，并進行工作狀態(tài)、端口號、工作站地址等屬性參數(shù)的設(shè)置。 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。 MCGS 提供了豐富的功能構(gòu)件，供用戶選用，通過構(gòu)件配置和屬性設(shè)置兩項組態(tài)操作，生成各種功能模塊（稱為 “ 用戶策略 ” ），使系統(tǒng)能夠按照設(shè)定的順序和條件，操作實時數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)對動畫窗口的任意切換，控制系統(tǒng)的運行流程和設(shè)備的工作狀態(tài)。所有的操作均采用面向?qū)ο蟮闹庇^方式，避免了煩瑣的編程工作。 第 3章 雙容水箱控制系統(tǒng) 雙容水箱控制系統(tǒng) 由過程控制對象雙容水箱、傳感器、變送器、調(diào)節(jié)器、執(zhí)行器、顯示器和計算機等組成。主要構(gòu)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(tǒng)中通過采用 MCGS 軟件，把指令傳給 PLC，由 PLC 對裝置進行控制。裝置中的各參數(shù)返回 PLC 中，通過讀寄存器顯示在計算機的界面上。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖 所示： 圖 系統(tǒng)框結(jié)構(gòu)圖 系統(tǒng)基本硬件構(gòu)成 本設(shè)計中選用 CPU 224 DC/DC/DC PLC，數(shù)字量 14入 /10 出 ，模擬量 I/O 物理區(qū)，有一個 RS485 通訊編程口。具有 PPI 通訊 協(xié)議。選用 EM 231 模擬量輸入 PC機 裝有MCGS 西門子S7200PLC 雙容水 箱系統(tǒng) 液位變送器 液位變送器 PC/PPI 專用電纜線 擴展模塊，帶有 4 點模擬量輸入。系統(tǒng)的硬件接線圖如圖 所示。 固態(tài)繼電器DDC DCD 固態(tài)繼電器PC 主機CPU 224 旋轉(zhuǎn)編碼器 旋轉(zhuǎn)編碼器 壓力變送器 壓力變送器PC /PPI電纜電阻電阻I I Q Q LM MLS 7200模擬量輸入 EM 231AIW 0 AIW 2A RA A+ A A+RA 圖 雙容水箱監(jiān)控系統(tǒng)硬件接線圖 雙容水箱 雙容水箱是本設(shè)計系統(tǒng)的控制對象 ， 是本系統(tǒng)最重要的部分之一。 本設(shè)計中的雙容水箱控制系統(tǒng)采用沈飛公司的 SACJXGK小型過程控制裝置。該裝置充分模擬工業(yè)現(xiàn)場小巧精致，功能比較齊全，可以實現(xiàn)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。 如圖 ， 雙容水 箱液位控制實驗儀主要由 2個柱形水箱 ， 1個蓄水箱 ， 2個抽水泵 ， 2個出水口和 5個比例控制閥門組成 ， 其中柱形水箱分別設(shè)有進水和出水閥門 ， 并且 2水箱之間有連接閥 。 蓄水箱中有 2個出水口 ， 分別與水泵相連 。 在實驗過程中 ， 蓄水箱中的水被泵抽出后分別經(jīng)過比例閥 比例閥 2進入柱形水箱 1和柱形水箱 2 ,然后分別通過各自的出水閥門流回蓄水箱中 。 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(diào)節(jié) 。 特別地 ， 2個柱形水箱之間設(shè)有比例連接閥 ， 通過調(diào)節(jié)連接閥的開度大小可以改變 2個柱形水箱之間的水流量。其結(jié)構(gòu)圖如圖 所示。 圖 雙容水箱液位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 此水箱系統(tǒng)具有以下特點： （ 1）靈活可變的對象?？紤]到實際工業(yè)對象的復(fù)雜性即可以是一階的也可以是高階的。將相鄰液位之間的連通閥門打開就可以構(gòu)成高階對象。閥門開度大小還可以改變具體對象的模型參數(shù)。實際對象通常具有時延，為了模擬對象時延還可以人為加入軟件延時以達(dá)到純延時的效果。 （ 2） 簡單回路和耦合回路。復(fù)雜工業(yè)對象各控制回路間往往是相互耦合的，考慮到這一點在設(shè)計雙輸入雙輸出控制時通過打開連通閥使二個回路之間產(chǎn)生相 互耦合，并通過改變閥門開度大小來改變耦合的強度。通過設(shè)計控制參數(shù)實現(xiàn)雙回路解耦。這樣可以感受到系統(tǒng)耦合對控制器參數(shù)設(shè)計的影響。 擾動 擾動 閥 2 閥 4 閥 1 LT 調(diào)節(jié)器 變頻器 電機 泵 （ 3） 不同的擾動方式。實際系統(tǒng)具有各式各樣的擾動。擾動的作用點也不同。在實驗裝置中。除了可以通過人機界面加入?yún)⒖驾斎?，通過軟件加入隨機擾動外。還可以改變流出閥門的開度來模仿旁路閥門的開啟對控制系統(tǒng)的影響，考核控制參數(shù)的優(yōu)劣和系統(tǒng)抗外擾的能力。還可以在杯體上端加進適量的水作外擾實驗，觀察系統(tǒng)克服外擾的響應(yīng)過程。這些擾動作用的大小和擾動的快慢都可以由人為決定。 在相連的兩個水箱間有可 改變控制水流量的手閥 。當(dāng)手閥門關(guān)死時 ,兩個水箱之間的水不能互相流通 ,在這種狀態(tài)下實施控制 ,就相當(dāng)于單獨對各自的水箱液位實施控制。當(dāng)手閥門打開時 ,兩個水箱之間的水就可以互相流通了 ,且水流流通的流量一部分由兩者的液位差決定 ,一部分由手閥的開度決定 .故此 ,在設(shè)計其控制算法時 ,除了考慮本身的液位影響外 ,還必須考慮另一水箱液位對本身液位的影響 ,即兩個水箱液位是相互耦合的。這時的控制算法就不能僅僅根據(jù)本身的液位高度設(shè)計控制量 ,還需要采用另一水箱的液位高度來修正這一控制量 ,另一水箱的控制量的獲得同樣如是。 本裝置具有不 同的被控模型 ,既可以是一階的 (單容 ) ，也可以是二階的 (雙容 )，還可以加軟件延遲。既可組成單回路調(diào)節(jié)又可組成串級調(diào)節(jié) ,還可以加常值干擾，而且干擾作用點可加在不同處。 當(dāng)閥 1，閥 2，閥 4同時打開，其它閥關(guān)閉。系統(tǒng)組成單回路系統(tǒng)。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(jīng)液位變送器變?yōu)殡娦盘査偷?PLC中，在計算機中進行參數(shù)設(shè)定，其輸出來調(diào)節(jié)固態(tài)繼電器，從而調(diào)節(jié)水泵的出水流量。由于此回路方式中，兩水槽是連通的，從而達(dá)到調(diào)節(jié)水槽 2液位的目的。其原理圖如圖 。 圖 單回路控制原理圖 圖中： LT2：液位變送器 SSR1：固態(tài)繼電器 此雙容水箱液位控制系統(tǒng)還可以進行多種實驗，如串級控制、比值控制、分程控制、前饋及帶干擾等。此處就不一一列舉。 S7200 PLC 本系統(tǒng)中采用 SIMATIC S7200 PLC。 SIMATIC S7200 系列 PLC 是一類可編程邏輯控制器（ MicroPLC），適用于各種場合中的檢測、監(jiān)控及自動化控制。由于具有緊湊的設(shè)計、良好的擴展性、低廉的價格 以及強大的指令，使得 S7200可以近乎完美地滿足小規(guī)模的控制要求。 S7200 CPU 將一個微處理器、一個集成電源和數(shù)字量 I/O 點集成在一個緊湊的封裝中，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(yīng)用程序中的輸入輸出設(shè)備。 SIMATIC S7200 系列 PLC 適用