【正文】 構(gòu)設(shè)計，各子系統(tǒng)之間很容易切換，直觀反映現(xiàn)場工況，且便于操作人員使用，簡潔、直觀、功能完善是它的最大特點。各子系統(tǒng)也采用相近的功能菜單，切換方便，功能完善，在同一幅主畫面內(nèi)可完成多項操作功能 。通過這些組態(tài)功能可 以控制系統(tǒng) (包括硬件和軟件 )控制方案的構(gòu)成，不同人員介入系統(tǒng)的權(quán)限及運行人員工作站提供的功能等。操作功能是工作站在系統(tǒng)運行時提供給操作人員的功能。 使用 MCGS 組態(tài)軟件開發(fā)，該軟件有以下特點： (1)在 Microsoft Windows 98/NT/2021 平臺上運行，軟件性能優(yōu)異，運行穩(wěn)定。 (2)從經(jīng)濟上考慮 ，比國外軟件便宜很多。 (3)它 充分利用了 Windows 圖形功能完備、界面一致性好、易學(xué)易用的特點，必以往使用專用機開發(fā)的工業(yè)控制系統(tǒng)更具有通用性。 網(wǎng)絡(luò)通 訊 本系統(tǒng)采用 SHENIDER 公司所提供的 MODOBUS PLUS (MB+)網(wǎng)，速率達 1M以上，實現(xiàn)上位機與下位機在之間的通訊。由于 MODOBUS 是基于串行通信 232 的一個協(xié)議，滿足不了現(xiàn)場快速實時的數(shù)據(jù)交換，所以考慮后二種的通信方式。如果現(xiàn)場涉及的范圍很廣，也就是所需網(wǎng)線較長，且上位機數(shù)量多 適合 用以太網(wǎng) 。 本系統(tǒng)選擇后一種。 方案特點 可靠性高 畢業(yè)設(shè)計說明書 13 (1)系統(tǒng)的控制功能采用以 PLC為核心的基本控制單元實現(xiàn)。 (2)對系統(tǒng)中影響全局的關(guān)鍵設(shè)備，如數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，上位機接口和電源等，采用雙重化冗余技術(shù)。 (4)采用固化在 ROM中的標準化控制模塊，避免了因軟件設(shè)計不當，造成編制程序和調(diào)試失誤引起的降低系統(tǒng)可靠性的問題，提高了軟件的可靠性 。 控制功能完善 本設(shè)計通過 PID控制器 可以執(zhí)行 PID控 制運算，可以進行連續(xù)的反饋控制，邏輯控制等適應(yīng)能力強。 上位機監(jiān)控畫面豐富，功能齊全 。 通訊 簡單 上位機與下位機通訊 采用智能模塊的方式 ， 通訊 簡單，只需對 設(shè)備 如莫迪康ModPlus做相應(yīng)的設(shè)置即可 。 系統(tǒng)構(gòu)成靈活，容易擴展 整個系統(tǒng)的硬件采用標準的模塊結(jié)構(gòu)，用戶根據(jù)需要擴大或縮小系統(tǒng)的規(guī)?；蚋淖兿到y(tǒng)的級別。 安裝調(diào)試簡單 計算機監(jiān)控系統(tǒng)的各單元都安裝在標準機框內(nèi)，模件之間采用多芯電纜、標 準化接插件相連，與過程連接時采用規(guī)格化端子板，到中控室操作站只需敷設(shè)同 畢業(yè)設(shè)計說明書 14 軸電纜進行數(shù)據(jù)傳遞，所以布線量大大減少，安裝工作量僅為常規(guī)儀表的 1/2到 1/3。 性能價格比高 在性能上計算機和 PLC相結(jié)合的控制 系統(tǒng)技術(shù)先進，功能齊全，可靠性高 。在價格方面，目前在國外，控制回路生產(chǎn)過程采用計算機監(jiān)控系統(tǒng)的投資，己經(jīng)與采用模擬儀表相當。 維護方便 下位機為智能部件可獨立工作，維護方便 。 操作系統(tǒng)： Windows98/NT/2021 應(yīng)用軟件： 全中文 工控組態(tài)軟件 MCGS 下位機 系統(tǒng)中的 十 七個 水 泵 PLC 控制系統(tǒng)均由 施耐德 公司提供的基本模塊化控制器組成，它包括機架、電源、處理器 (CPU)、各種輸入 /輸出 (I/O)模塊和一個編程用的操作員接口設(shè)備。本系統(tǒng)中 PLC 所用模塊為： 處理器模 塊 離散型 I/O 模 塊 模擬量 I/O 模 塊 電源模 塊 操作員終端 (PanelView550,2711—K5A2)。 采集點數(shù) 監(jiān)控系統(tǒng)中，我們所需監(jiān)控的數(shù)據(jù)包括以下 四 類，離散量輸入（ DI），包括開關(guān)的位置狀態(tài)，操動機構(gòu)狀態(tài)，故障狀態(tài)等；離散量輸出（ DO），如開關(guān)的分、合閘控制；模擬量輸入 （ AI） ， 如水箱水位、溫度 等測量值 。PLC 采樣點容量如下： 畢業(yè)設(shè)計說明書 16 序號 類型 PLC 采樣點數(shù) 1 DI 119 2 DO 82 3 AI 34 4 AO 16 I/O模塊 1）離散量 I/O模 塊 名稱 離散量輸入 離散量輸出 型號 140 DAI 753 00 140 DAO 853 00 數(shù)量 4塊 3塊 電流類型 交流 交流 輸入電壓（ V） 24正邏輯 24正邏輯 總點數(shù) 32 32 共地點數(shù) 8 8 尋址字 2 2 總線電流（ mA） 250 320 2)模擬量 I/O模塊 名稱 模擬量輸入 模擬量輸出 型號 140 AVI 030 00 140 ACO 130 00 數(shù)量 3塊 2塊 輸入信號范圍 0～ 20mA,177。 10V 0～ 5V, 177。 Altivar 62 是一種結(jié)構(gòu)緊湊，堅固的大功率三相異步電動機用變頻器，它集最新的技術(shù)發(fā)展成果和控制功能為一體，可滿足大多數(shù)應(yīng)用場合．可適用于泵類．易于編程，具有一些應(yīng)用配置僅更改幾個基本參數(shù)，便可創(chuàng)建附加功能．其功率范圍覆蓋了 160KW到 630KW 恒力矩及變力矩應(yīng)用。90KW,280KW 的電動機，變頻器選用 ATV38 系列節(jié)能型變頻器 ,其功率范圍為 :～ 315KW。調(diào)速范圍 :1： 10。我們選用 SCHNIDER公司的 ATS 46系列軟啟動器。由于每一套 DCS 都是比較通用的控制系統(tǒng)，可以應(yīng)用到很多領(lǐng)域中，為了使用戶在不需要編代碼的情況下，便可生成適合自己需求的系統(tǒng)，每個 DCS 廠商在 DCS 中都預(yù)裝了系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件，但一直沒有人給出明確定義，只是將使用這種 應(yīng)用軟件設(shè)計生成目標應(yīng)用系統(tǒng)的過程稱為“組態(tài)”（ configure）或“做組態(tài)”。監(jiān)控組態(tài)軟件是面向監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集（ supervisory control and data acquisition， SCADA）的軟件平臺工具，具有豐富的設(shè)置項目，使用方式靈活，功能強大。隨著它的快速發(fā)展，實時數(shù)據(jù)庫、實時控制、 SCADA、 通信及聯(lián)網(wǎng)、開放數(shù)據(jù)接口、對 I/O 設(shè)備的廣泛支持已經(jīng)成為它的主要內(nèi)容。 組態(tài)軟件的特點 組態(tài)軟件最突出的特點是實時多任務(wù)。 組態(tài)軟件的使用者是自動化工程設(shè)計人員。下面是組態(tài)軟件主要解決的問題。 使來自設(shè)備的數(shù)據(jù)與計算機圖形畫面上的各元素關(guān)聯(lián)起來。 各類報表的生成和打印輸出。 最終生成的應(yīng)用系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠。 自動化工程設(shè)計技術(shù)人員在組態(tài)軟件中只需填寫一些事先設(shè)計的表格，再利用圖形功能把被控對象（如反應(yīng)罐、溫度計、趨勢曲線、報表等）形象的畫出來，通過內(nèi)部數(shù)據(jù)連接把被控對象的屬性與 I/O 設(shè)備的實時數(shù)據(jù)進行邏輯連接。若要對應(yīng)用系統(tǒng)進行修改，也十分方便，這就是組態(tài)軟件的方便性。 組態(tài)軟件 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).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、雙機熱備、工程報表、數(shù)據(jù)與曲線諸多強大功能于一身，并支持國內(nèi)外眾多數(shù)據(jù)采集與輸出設(shè)備，廣泛應(yīng)用于石油、電力、化工、鋼鐵、礦山、冶金、機械、紡織、航天、建筑、材料、制冷、交通、食品、制造與加工業(yè)、水處理、環(huán)保、智能樓宇、實驗室等多種工程領(lǐng)域。 MCGS 的全名為“監(jiān)視與控制通用系統(tǒng)”，是 Monitor and control generated system 的縮寫。其設(shè)計目標是瞄準高檔 PC 機和高檔主流操作系統(tǒng)，充分利用高檔 PC機的低價格、高性能來為工業(yè)應(yīng)用級的用戶提供安全、快速而可靠的服務(wù)。通過不同 MCGS 工作站間可交換數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對工控系統(tǒng)的分布式采集和監(jiān)控，它為工程技術(shù)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、報警處理、流程控制、動畫顯示、報表輸出、曲線顯示等環(huán)節(jié)均有功能組建和常用功能庫可供選用。 VB、 VC 都充分支持 OLE 技術(shù)，用戶畢業(yè)設(shè)計說明書 43 可以在自己編織的軟件中，通過 OLE 自動化調(diào)用來控制實時數(shù)據(jù) 庫的讀寫操作、運行策略、用戶窗口及設(shè)備的運行，同時可利用這些工具來開發(fā)擴充構(gòu)件。 MCGS 由五個部分組成，其中實時數(shù)據(jù)庫是系統(tǒng)的核心，在生成用戶應(yīng)用系統(tǒng)時每一部分可分別進行組態(tài)配置，獨立建構(gòu)、互不相干。實時數(shù)據(jù)庫是一個數(shù)據(jù)處理中心，是系統(tǒng)各部分及各功能物件的公用數(shù)據(jù)區(qū)，也是各部分獨立的實時數(shù)據(jù)庫輸入和輸出數(shù)據(jù)，并完 成自己的差錯控制。不同的設(shè)備對應(yīng)不同的設(shè)備驅(qū)動構(gòu)件，所有的設(shè)備構(gòu)件均通過實時數(shù)據(jù)庫建立聯(lián)系，而建立時又是相互獨立的。用戶不必因為外部設(shè)備的局部改動從而影響整個系統(tǒng)。 MCGS 組態(tài)軟件的系統(tǒng)構(gòu)成 MCGS 組態(tài)軟件的整體結(jié)構(gòu) MCGS 組態(tài)軟件由“ MCGS 組態(tài)環(huán)境”和“ MCGS 運行環(huán)境”兩個系統(tǒng)組成，如下圖所示。 MCGS 組態(tài)軟件的整體結(jié)構(gòu) : 畢業(yè)設(shè)計說明書 44 MCGS 工程的五大部分 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，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。主要的組態(tài)操作包括：定義工程的名稱、編織工程菜單、設(shè)計封面圖形、確定自動啟動窗口、設(shè)計動畫刷新周期、指定數(shù)據(jù)庫存批文件名稱及存盤時間等。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)備用的變量。 (4)實時數(shù)據(jù)庫：它是工程各部分的數(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整體。 (5)運行策略：本窗口主要完成工程運行流程的控制。 組建工程的一般過程 (1)工程項目系統(tǒng)分析 分析工程項目的系統(tǒng)構(gòu)成、技術(shù)要求和工藝流程，弄清系統(tǒng)的控制流程和測控對象的特征，明確監(jiān)控要求和動畫顯示方式，分析工程中的設(shè)備采集及輸出通道與軟件中實時數(shù)據(jù)庫變量的對應(yīng)關(guān)系，分清哪些變量是要求與設(shè)備連 接的，哪些變量是軟件內(nèi)部用來傳遞數(shù)據(jù)及動畫顯示的。主要內(nèi)容包括：定義工程名稱 、封面窗口名稱和啟動窗口名稱，指定存盤數(shù)據(jù)庫文件的名稱以及存盤數(shù)據(jù)庫，設(shè)定動畫刷新的周期。 (4)制作動畫顯示畫面 動畫制作分為靜態(tài)圖形設(shè)計和動態(tài)屬性設(shè)置兩個過程。后一部分則設(shè)置 圖形的動畫屬性，與實時數(shù)據(jù)庫中定義的變量建立相關(guān)性的連接關(guān)系，作為動畫圖形的驅(qū)動源。 (6)完善菜單按鈕功能 包括對菜單命令、控制器件、操作按鈕的功能組態(tài)；實現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)、實時數(shù)據(jù)、各種曲線、數(shù)據(jù)報表、報警信息輸出等功能；建立安全機制等。 (8)連接設(shè)備驅(qū)動程序 選定與設(shè)備相匹配的設(shè)備構(gòu)件，連接設(shè)備通道，確定數(shù)據(jù)變量 的數(shù)據(jù)處理方式，完成設(shè)備屬性的設(shè)置。 系統(tǒng)組態(tài)軟件設(shè)計 組態(tài) 打開工程文件 為了保護工程開發(fā)人員的勞動成果， MCGS 組態(tài)軟件提供了工程運行“安全性”保護措施。本設(shè)計通過設(shè)置密碼來進行保護。這樣可以防止無關(guān)人員隨意進入工程進行非法操作和修改。下面是對用戶窗口的組態(tài)。 控制 通過 在運行策略中 腳本程序的設(shè)計，可以實現(xiàn)現(xiàn)場的模擬運 行狀況。 此外，在畫面中顯示的時間及自動運行 功能等也是通過腳本程序來實現(xiàn)的。 腳本程序的設(shè)置可以通過運行策略中的循環(huán)策略功能構(gòu)建來實現(xiàn)。 登錄： 當系統(tǒng)進入運行環(huán)境時出現(xiàn)以下對話框 MCGS 組態(tài)軟件提供了一套完善的安全機制，用戶能夠自由組態(tài)控制菜單、按扭和退出系統(tǒng)的操作權(quán)限，只允許有操作權(quán)限的人員才能進入運行環(huán)境并對某些功能進行操作。而 操作人員 不能進行上述操作，但他可以進行各窗口的切換、按鈕的操作等。 對于操作權(quán)限可以根據(jù)工程的具體情況由用戶 自己定義。 畢業(yè)設(shè)計說明書 48 封面窗口： 當進入工程后，首先進入 封面窗口，演示工程的封面窗口如下圖所示： 在窗口頂端有菜單欄： 畢業(yè)設(shè)計說明書 49 (1)用戶管理 用戶管理包括五個下拉菜單：登錄用戶、退出登陸、用戶管理、修改密碼、退出系統(tǒng)。 (2)封面窗口 (3)水循環(huán) (4)數(shù)據(jù)顯示 (5)報警顯示 (6)實時曲線 (7)歷史曲線 菜單是用來在工程運行情況下，切換不同窗口和執(zhí)行各種功能的命令，無論工程中切換到哪一個窗口，菜單都顯示在窗口的頂 端，這樣大大方便了用戶的操作。 水循環(huán)窗口是現(xiàn)場設(shè)備運行狀況的模擬反映。 自動操作方式：由控制系統(tǒng)自動完成必要的操作過程。 手動操作方式：控制系統(tǒng)的延時關(guān)系被解除，但聯(lián)鎖關(guān)系仍然存在。若水泵 出現(xiàn) 過載 則 該泵 故障指示燈顯示為黃色，并且系統(tǒng) 自動 停止過載泵（停止 指示燈 顯示紅色），切換到備用泵 （備用泵運 行指示燈顯示綠色）。 冷水池水溫 可以通過水溫指示儀表看到具體值，當溫度 高于 35℃時產(chǎn)生報警信號 (相應(yīng)的指示燈閃爍 )，并且系統(tǒng)自動降溫使水溫低于 35℃ 。 冷水池水位超過上下限時產(chǎn)生報警信號 （相應(yīng)指示燈閃爍 ） 。 在水循環(huán)窗口底部有狀態(tài)條： （ 1） F1水循環(huán) （ 2） F2實時曲線 （ 3） F3歷史曲線 （ 4） F4歷史數(shù)據(jù) （ 5） F5封面窗口 （ 6） F6退出系統(tǒng)