【導(dǎo)讀】本設(shè)計(jì)闡述了基于MCGS和PLC的遠(yuǎn)程軋鋼機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)?，F(xiàn)以MCGS為監(jiān)控界面并且以PLC為編程控制的軋鋼機(jī)控制系統(tǒng)。

　　

【正文】 很多功能和性能方面與其相差無(wú)幾的工控組態(tài)軟件相繼出現(xiàn)。 美國(guó) Intellution 公司的 Fix 產(chǎn)品在中國(guó)市場(chǎng)也由來(lái)已久， 1993 年 Intenutinn公司就曾到中國(guó)參加過(guò)展覽會(huì) (當(dāng)時(shí)專門的組態(tài)軟件廠商直接在中國(guó)參展還不多見(jiàn) )，但其在中國(guó)的銷售渠道比較混亂。 Fix 產(chǎn)品系列較全，包括 DOS 版， 16 位Windows 版， 32 位 Windows 版， 05/2 版和其他一些版本，功能較 Intouch 強(qiáng)，但實(shí)時(shí)性仍然欠缺，半導(dǎo)體技術(shù)一般。其 1/0 硬件驅(qū)動(dòng)豐富，只是驅(qū)動(dòng)程序也需單獨(dú)購(gòu)買。最新推出的 IFix，是全新模式的組態(tài)軟件，思想和體系結(jié)構(gòu)都比較新，提供的功能也較為完整。但也許過(guò)于“龐大”和“臃腫”，對(duì)系統(tǒng)資源耗費(fèi)巨大，用戶最為明顯的感受就是“緩慢 ”，提供的許多“大而全”的功能對(duì)于中國(guó)用戶也并不適用。而目經(jīng)常受 Windows 操作系統(tǒng)影響導(dǎo)致不穩(wěn)定。 澳大利亞 CIT 公司的 Citech，是組態(tài)軟件中的后起之秀，在世界范圍內(nèi)擴(kuò)展得很快，近年來(lái) CIT 公司在中國(guó)基本采用直銷方式，建有辦事處，并聘用一定數(shù)量的本地人才直接進(jìn)行市場(chǎng)銷售、技術(shù)支持乃至項(xiàng)目開發(fā)。 citech 產(chǎn)品包括 16位和 32 位 windows 版，它的計(jì)算機(jī)味道很濃，與其他軟件有很多不同的地方，使用的方便性和圖形功能不及 Intouch。界面部分很漂亮，很吸引人。但版升級(jí)不快，一直沒(méi)有很大的體系改變。其控 制算法比較好， 1/0 硬件驅(qū)動(dòng)相對(duì)比較少，但大部分驅(qū)動(dòng)程序可隨軟件包提供給用戶。 Citeeh 的價(jià)格略低于 Intoueh 和 Fix。 德國(guó)西門子公司的 WINCC，新版軟件有了很大進(jìn)步，但體系結(jié)構(gòu)還是比較老，在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)管理方面要比 Fix 差，但也屬于比較先進(jìn)的產(chǎn)品之一。西門子似乎僅是想把這個(gè)產(chǎn)品當(dāng)作硬件的陪襯，對(duì)第三方硬件的支持也不熱衷，若選用西門子硬件，能免費(fèi)得到 WINCC，所以對(duì)于使用其他硬件的用戶，不是個(gè)好選擇。 國(guó)產(chǎn)化的組態(tài)軟件：國(guó)產(chǎn)化的組態(tài)軟件產(chǎn)品也正在成為市場(chǎng)上的一支生力軍，近年來(lái)已有一定影響力的產(chǎn) 品有組態(tài)王、 sYNALL、 Meos、天工、 Controlx、虎翼、力控等。國(guó)內(nèi)有不少單位，如一些高校、研究所、公司，甚至一些個(gè)人正在積極地投入到組態(tài)軟件的開發(fā)當(dāng)中。國(guó)產(chǎn)化的組態(tài)軟件具有較強(qiáng)的價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。 北京亞控公司的組態(tài)王，是國(guó)內(nèi)較早出現(xiàn)的組態(tài)軟件產(chǎn)品之一，至今也有五年左右的歷史了。早期的組態(tài)王仿造 Intouch，只是單機(jī)接口，到了 版本，在數(shù)據(jù)管理和開放性方面才有了一些改進(jìn)。但體系結(jié)構(gòu)卻沒(méi)有實(shí)質(zhì)性的突破。有可蘭州理工大學(xué)畢業(yè)論文 20 能還沒(méi)有擺脫早期形成的、不合理的程序構(gòu)架。其網(wǎng)絡(luò)功能較為薄弱，支持不了真正意義上的分布式系 統(tǒng) . 系列版本的結(jié)構(gòu)從廣告宣傳上看應(yīng)該很不錯(cuò)。 MCGS 思想比較獨(dú)特，屬于比較另類的產(chǎn)品，有很多特殊的概念和使用方式，大多數(shù)使用過(guò)其他組態(tài)軟件的人都會(huì)感覺(jué)有些不習(xí)慣的，早期的產(chǎn)品是用 VB 開發(fā)的。 SYNALL 是獨(dú)特的產(chǎn)品，但使用起來(lái)有點(diǎn)別扭。網(wǎng)絡(luò)方面有獨(dú)到之處，缺點(diǎn)是效率和穩(wěn)定性還有待提高。 哈爾濱華富公司的 ControlX200O，是比較新的組態(tài)軟件，尚未聽說(shuō)有關(guān)業(yè)績(jī)的報(bào)導(dǎo)，產(chǎn)品體系結(jié)構(gòu)很新，非常像 IFix 的體系結(jié)構(gòu)，界面漂亮，使用起來(lái)也比較方便，有許多自己的特色。但從它 DEMO 版運(yùn)行效果來(lái)看，執(zhí)行代 碼的運(yùn)行效率不是很高，特別是圖形處理環(huán)節(jié)，似乎有些缺陷。 DEMO 運(yùn)行也不是十分穩(wěn)定，運(yùn)行其演示應(yīng)用程序就能導(dǎo)致“死機(jī)”。用一些分析工具觀察其執(zhí)行的結(jié)構(gòu)，感覺(jué)其程序結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不是十分合理，代碼重用率低，不像是多人協(xié)同開發(fā)的成果。已經(jīng)打了很久的廣告，卻一直未能看到一個(gè)商品化的產(chǎn)品。 組態(tài)軟件的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì) 組態(tài)軟件是工業(yè)應(yīng)用軟件的一個(gè)組成部分，其發(fā)展受到很多因素的制約。歸根結(jié)底，應(yīng)用的帶動(dòng)對(duì)其發(fā)展起著最為關(guān)鍵的推動(dòng)作用。未來(lái)的傳感器、數(shù)據(jù)采集裝置、控制器的智能化程度越來(lái)越高，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)瀏覽和管理的需求 日益高漲，有的買主甚至要求在自己的辦公室里監(jiān)督定貨的制造過(guò)程。有的裝置直接內(nèi)嵌“Web Server”，通過(guò)以太網(wǎng)就可以直接訪問(wèn)過(guò)程實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。即使這樣，也不能認(rèn)為不再需要組態(tài)軟件了。用戶要求的多樣化，決定了不可能有哪一種產(chǎn)品囊括全部用戶的所有要求，直接用戶對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)人機(jī)界面的需求不可能固定為單一的模式，因此直接用戶的監(jiān)控系統(tǒng)是始終需要 “組態(tài) ”和 “定制 ”的。這就導(dǎo)致組態(tài)軟件不可能退出市場(chǎng)，因?yàn)樾枨笫谴嬖诘?。類?OPC 這樣的組織的出現(xiàn)，以及現(xiàn)場(chǎng)總線、尤其是工業(yè)以太網(wǎng)的快速發(fā)展，大大簡(jiǎn)化了異種設(shè)備間互連、開發(fā) I/O 設(shè)備驅(qū)動(dòng)軟件的工量。 I/O 驅(qū)動(dòng)軟件也逐漸會(huì)朝標(biāo)準(zhǔn)化的方向發(fā)展。 由單一的人機(jī)界面朝數(shù)據(jù)處理機(jī)方向發(fā)展，管理的數(shù)據(jù)量越來(lái)越大。最早的組態(tài)軟件用來(lái)支撐自動(dòng)化系統(tǒng)的硬件。那時(shí)侯，硬件系統(tǒng)如果沒(méi)有組態(tài)軟件的支撐就很難發(fā)揮作用，甚至不能正常工作?，F(xiàn)在的情況有了很大改觀。一方面軟件部分地與硬件發(fā)生分離，大部分自動(dòng)化系統(tǒng)的硬件和軟件現(xiàn)在不是由同一個(gè)廠商蘭州理工大學(xué)畢業(yè)論文 21 提供，這樣就為自動(dòng)化軟件的發(fā)展提供了可以充分發(fā)揮作用的舞臺(tái)。 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的作用將進(jìn)一步加強(qiáng)。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)和檢索的是連續(xù)變化的過(guò)程數(shù)據(jù)，它的發(fā)展離不開高性能計(jì)算 機(jī)和大容量硬盤，現(xiàn)在越來(lái)越多的用戶通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)分析生產(chǎn)情況、匯總和統(tǒng)計(jì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，作為指揮、決策的依據(jù)。三維力控、 Intellution、 Wonderware 都在宣傳各自的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)產(chǎn)品。 需求是推動(dòng)其發(fā)展的第一動(dòng)力，市場(chǎng)會(huì)逐步擴(kuò)大。組態(tài)軟件市場(chǎng)的崛起一方面為最終用戶節(jié)省了系統(tǒng)投資，另外也為用戶解決了實(shí)際問(wèn)題?，F(xiàn)在用戶購(gòu)買組態(tài)軟件雖然也需要一定的投資，但是和以前相比，投資額得到了大大降低。使用組態(tài)軟件，用戶可以做到 “花了少量的錢，辦成了大事情 ”。中國(guó)的現(xiàn)代化建設(shè)正處于上升期，新項(xiàng)目的上馬、基礎(chǔ) 設(shè)施的改造大量需要組態(tài)軟件，另一方面，傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造、原有系統(tǒng)的升級(jí)和擴(kuò)容也需要組態(tài)軟件的支撐。 專用系統(tǒng)所占比例日益提高。組態(tài)軟件的靈活程度和使用效率是一對(duì)矛盾，雖然組態(tài)軟件提供了很多靈活的技術(shù)手段，但是在多數(shù)情況下，用戶只使用其中的一小部分，而使用方法的復(fù)雜化又給用戶熟悉和掌握軟件帶來(lái)的很多不必要的麻煩。這也是現(xiàn)在仍然有很多用戶還在自己用 VB 編寫自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的主要原因。在有些應(yīng)用領(lǐng)域，自動(dòng)監(jiān)控的目標(biāo)及其特性比較單一（或可枚舉，或可通過(guò)某種模板自主定義、添加、刪除、編輯）且數(shù)量較多，用戶希望自動(dòng)生成大部 分自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，例如在電梯自動(dòng)監(jiān)控、動(dòng)力設(shè)備監(jiān)控、鐵路信號(hào)監(jiān)控等應(yīng)用系統(tǒng)。這種應(yīng)用系統(tǒng)具有一些 “傻瓜 ”型軟件的特征，用戶只需用組態(tài)軟件做一些系統(tǒng)硬件及其參數(shù)的配置，就可以自動(dòng)生成某種特定模式的自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，如果用戶對(duì)自動(dòng)生成的監(jiān)控系統(tǒng)的圖形界面不滿意，還可以進(jìn)行任意修改和編輯，這樣既滿足了用戶對(duì)簡(jiǎn)便性的要求，又同時(shí)配備比較完善的編輯工具。 組態(tài)軟件應(yīng)該向更多的應(yīng)用領(lǐng)域拓展和滲透。目前的組態(tài)軟件均產(chǎn)生于過(guò)程工業(yè)自動(dòng)化，很多功能沒(méi)有考慮其他應(yīng)用領(lǐng)域的需求。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，組態(tài)軟件應(yīng)該更多地總結(jié)這些領(lǐng)域 的需求，設(shè)計(jì)出符合應(yīng)用要求的開發(fā)工具，更好地滿足這些行業(yè)對(duì)軟件的需求，進(jìn)一步減少這些行業(yè)在自動(dòng)測(cè)試、數(shù)據(jù)分析方面的軟件成本，提高系統(tǒng)的開放程度。 軟件質(zhì)量是影響產(chǎn)品發(fā)展的主要因素。在競(jìng)爭(zhēng)不斷加劇的今天，企業(yè)規(guī)模、科研開發(fā)的投入量、質(zhì)量體系建設(shè)情況等對(duì)組態(tài)軟件的質(zhì)量影響甚大。 很多新的技術(shù)將不斷地被應(yīng)用到組態(tài)軟件當(dāng)中，組態(tài)軟件裝機(jī)總量的提高會(huì)促進(jìn)在某些專業(yè)領(lǐng)域?qū)Ｓ冒孳浖恼Q生，市場(chǎng)被自動(dòng)地細(xì)分了。為此，一種稱蘭州理工大學(xué)畢業(yè)論文 22 為 “軟總線 ”的技術(shù)將被廣泛采用。在這種體系結(jié)構(gòu)下，應(yīng)用軟件以中間件或插件的方式被 “安裝 ”在 總線上，并支持熱插拔和即插即用。這樣做的優(yōu)點(diǎn)是：所有插件遵從統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，插件的專用性強(qiáng)，每個(gè)插件開發(fā)人員之間不需要協(xié)調(diào)，一個(gè)插件出現(xiàn)故障不會(huì)影響其他插件的運(yùn)行。 XML 技術(shù)將被組態(tài)軟件廠商善加利用，來(lái)改變現(xiàn)有的體系結(jié)構(gòu)，它的推廣也將改變現(xiàn)有組態(tài)軟件的某些使用模式，滿足更為靈活的應(yīng)用需求。 長(zhǎng)期以來(lái)，中國(guó)的組態(tài)軟件市場(chǎng)都是由國(guó)外的產(chǎn)品占主角，中國(guó)本土的組態(tài)軟件進(jìn)入國(guó)際市場(chǎng)還有很長(zhǎng)的路要走，需要具有綜合優(yōu)勢(shì)。中國(guó)的工程公司、自動(dòng)化設(shè)備生產(chǎn)商在國(guó)際市場(chǎng)取得優(yōu)勢(shì)對(duì)組態(tài)軟件進(jìn)入國(guó)際市場(chǎng)也具有一定的推動(dòng)作用。相信民族組態(tài)軟 件的崛起是遲早的事情。 與其他軟件產(chǎn)品相比，組態(tài)軟件和 IT 類軟件不同，有自己的特殊性，具有系統(tǒng)的概念，使用范圍也不是很廣，面臨的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)沒(méi)有其他類似辦公軟件或操作系統(tǒng)那樣激烈，因此中國(guó)的本土軟件很容易崛起。但是畢竟我們是跟在國(guó)外產(chǎn)品的后面發(fā)展起來(lái)的，要想全面超過(guò)國(guó)外的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，就必須堅(jiān)持走好自己的道路，盡量減少效仿，突出特色，以客戶需求為中心，積極創(chuàng)新。只有這樣，本土的軟件才能夠具有穩(wěn)固的根基 。 MCGS 組態(tài)軟件介紹 MCGS(Monitor and Control Generated System)是一套基于 Windows 平臺(tái)的，用于快速構(gòu)造和生成上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件系統(tǒng)，可運(yùn)行于 Microsoft Windows 95/98/Me/NT/2021 等操作系統(tǒng)。 MCGS 為用戶提供了解決實(shí)際工程問(wèn)題的完整方案和開發(fā)平臺(tái)，能夠完成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)處理、報(bào)警和安全機(jī)制、流程控制、動(dòng)畫顯示、趨勢(shì)曲線和報(bào)表輸出以及企業(yè)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)等功能。使用 MCGS，用戶無(wú)須具備計(jì)算機(jī)編程的知識(shí)，就可以在短時(shí)間內(nèi)輕而易舉地完成一個(gè)運(yùn)行穩(wěn)定，功能全面，維護(hù)量小并且具備專業(yè)水準(zhǔn)的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)工作。 MCGS 具有操作簡(jiǎn)便、可視性好、可維護(hù)性強(qiáng)、高性能、高可靠性等突出特點(diǎn)，已成功應(yīng)用于石油化工、鋼鐵行業(yè)、電力系統(tǒng)、水處理、環(huán)境監(jiān)測(cè)、機(jī)械制造、交通運(yùn)輸、能源原材料、農(nóng)業(yè)自動(dòng)化、航空航天等領(lǐng)域，經(jīng)過(guò)各種現(xiàn)場(chǎng)的長(zhǎng)期實(shí)際運(yùn)行，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)論文 23 與國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品相比， MCGS 組態(tài)軟件具有以下特點(diǎn)： 1） 全中文、可視化、面向窗口的組態(tài)開發(fā)界面，符合中國(guó)人的使用習(xí)慣和要求，真正的 32位程序，可運(yùn)行于 Microsoft Windows95/98/Me/NT/2021等多種操作系統(tǒng)。 2）龐大的標(biāo)準(zhǔn)圖形庫(kù)、完備的繪圖工具以 及豐富的多媒體支持，使您能夠快速地開發(fā)出集圖像、聲音、動(dòng)畫等于一體的漂亮、生動(dòng)的工程畫面。 3）支持目前絕大多數(shù)硬件設(shè)備，同時(shí)可以方便地定制各種設(shè)備驅(qū)動(dòng)；此外，獨(dú)特的組態(tài)環(huán)境調(diào)試功能與靈活的設(shè)備操作命令相結(jié)合，使硬件設(shè)備與軟件系統(tǒng)間的配合天衣無(wú)縫。 4）強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能，能夠?qū)I(yè)現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)以各種方式進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理，使您能夠在第一時(shí)間獲得有關(guān)現(xiàn)場(chǎng)情況的第一手?jǐn)?shù)據(jù)。 5）方便的報(bào)警設(shè)置、豐富的報(bào)警類型、報(bào)警存貯與應(yīng)答、實(shí)時(shí)打印報(bào)警報(bào)表以及靈活的報(bào)警處理函數(shù)，使您能夠方便、及時(shí)、準(zhǔn)確地捕捉到任何報(bào)警信息。 6）強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能，支持 TCP/IP、 Modem、 485/422/232，以及各種無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線電臺(tái)等多種網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。 7）良好的可擴(kuò)充性。 8）提供了 WWW瀏覽功能。 使用 MCGS，用戶無(wú)須具備計(jì)算機(jī)編程的知識(shí)，就可以在短時(shí)間內(nèi)輕而易舉地完成一個(gè)運(yùn)行穩(wěn)定，功能成熟，維護(hù)量小并且具備專業(yè)水準(zhǔn)的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)工作。 MCGS 具有操作簡(jiǎn)便、可視性好、可維護(hù)性強(qiáng)、高性能、高可靠性等突出特點(diǎn)，已成功應(yīng)用于石油化工、鋼鐵行業(yè)、電力系統(tǒng)、水處理、環(huán)境監(jiān)測(cè)、機(jī)械制造、交通運(yùn)輸、能源原材料、農(nóng)業(yè)自動(dòng)化、航空航天等領(lǐng)域 ，經(jīng)過(guò)各種現(xiàn)場(chǎng)的長(zhǎng)期實(shí)際運(yùn)行，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。 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(yùn)行環(huán)境兩個(gè)部分。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(jì)和構(gòu)造自己的應(yīng)用系統(tǒng)。運(yùn)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(yùn)行，并進(jìn)行各種處理，完成用戶組態(tài)設(shè)計(jì)的目標(biāo)和功能。 組態(tài)環(huán)境： 組態(tài)生成 應(yīng)用系統(tǒng) 運(yùn)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)庫(kù) 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)論文 24 圖 MCGS 結(jié)構(gòu)圖 MCGS 組態(tài)軟件（以下簡(jiǎn)稱 MCGS）由“ MCGS 組態(tài)環(huán)境”和“ MCGS 運(yùn)行環(huán)境”兩個(gè)系統(tǒng)組成。兩部分互相獨(dú)立，又緊密相關(guān)。 圖 MCGS 組 成 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(dòng)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(kù)，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，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(duì)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(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和運(yùn)行策略五部分構(gòu)成，每一部分分別進(jìn)行組態(tài)操作，完成不同的工作，具有不同的特性。 ：是工程的主窗口或主框架。在主控窗口中可以放置一個(gè)設(shè)備窗口和多個(gè)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(jì)封面圖形，