第一篇：學(xué)習(xí)組態(tài)心得

“組態(tài)”的概念是伴隨著集散型控制系統(tǒng)的出現(xiàn)而被廣大的生產(chǎn)過程自動化技術(shù)人員所認(rèn)識的。在工業(yè)控制技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用過程中，PC（包括工控機(jī)）相比以前的專用系統(tǒng)具有的優(yōu)勢日趨明顯。這些優(yōu)勢主要體現(xiàn)在：PC技術(shù)保持了較快的發(fā)展速度，各種相關(guān)技術(shù)已臻成熟；由PC構(gòu)建的工業(yè)控制系統(tǒng)具有相對較低的運(yùn)行成本；PC的軟件資源和硬件資源豐富，軟件之間的互操作性強(qiáng)；基于PC的控制系統(tǒng)易于學(xué)習(xí)和使用，可以容易地得到技術(shù)方面的支持。在PC技術(shù)向工業(yè)控制領(lǐng)域的滲透中，組態(tài)軟件將占據(jù)非常特殊而且重要的地位。

組態(tài)軟件提供了自動控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級的軟件平臺和開發(fā)環(huán)境，使用靈活的組態(tài)方式，為用戶提供快速構(gòu)建工業(yè)自動控制系統(tǒng)監(jiān)控功能和數(shù)據(jù)采集與過程控制。組態(tài)軟件能支持各種工控設(shè)備和常見的通信協(xié)議，并且通常應(yīng)提供分布式數(shù)據(jù)管理和網(wǎng)絡(luò)功能。對應(yīng)于原有的人機(jī)接口軟件的概念，組態(tài)軟件應(yīng)該是一個使用戶能快速建立自己的hmi的軟件工具。過去工控領(lǐng)域的用戶通過手工編寫hmi應(yīng)用，開發(fā)時間長，效率低，可靠性差；通常是封閉的系統(tǒng)，選擇余地小，往往不能滿足需求，很難與外界進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，升級和增加功能都受到嚴(yán)重的限制。組態(tài)軟件可以把用戶從這些困境中解脫出來，利用組態(tài)軟件的功能，構(gòu)建一套最適合自己的應(yīng)用系統(tǒng)。隨著它的快速發(fā)展，實(shí)時數(shù)據(jù)庫、實(shí)時控制、通訊及聯(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。而且其全面支持activex、擴(kuò)展能力強(qiáng)、支持OPC等工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、控制功能強(qiáng)?，F(xiàn)代企業(yè)的生產(chǎn)已經(jīng)趨向國際化、分布式的生產(chǎn)方式。internet將是實(shí)現(xiàn)分布式生產(chǎn)的基礎(chǔ)。組態(tài)軟件能夠從原有的局域網(wǎng)運(yùn)行方式跨越到支持internet進(jìn)行訪問的開放式系統(tǒng)。

隨著工業(yè)控制系統(tǒng)應(yīng)用的深入，在面臨規(guī)模更大、控制更復(fù)雜的控制系統(tǒng)時，人們逐漸意識到原有的上位機(jī)編程的開發(fā)方式，對項(xiàng)目來說是費(fèi)時費(fèi)力的。同時，mis（管理信息系統(tǒng)，management information system）和cims（計算機(jī)集成制造系統(tǒng)，computer integrated manufacturing system）的大量應(yīng)用，要求工業(yè)現(xiàn)場為企業(yè)的生產(chǎn)、經(jīng)營、決策提供更詳細(xì)和深入的數(shù)據(jù)，以便優(yōu)化企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營中的各個環(huán)節(jié)。組態(tài)軟件也能滿足這一需求。

組態(tài)軟件的控制功能和前景

隨著以工業(yè)PC為核心的自動控制集成系統(tǒng)技術(shù)的日趨完善，用戶要考慮一些實(shí)質(zhì)性的應(yīng)用功能，如PLC，先進(jìn)過程控制策略等。

軟PLC是基于PC機(jī)開放結(jié)構(gòu)的控制裝置，它具有硬PLC在功能、可靠性、速度、故障查找等方面的特點(diǎn)，利用軟件技術(shù)可將標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)PC轉(zhuǎn)換成全功能的PLC過程控制器。軟PLC綜合了計算機(jī)和PLC的開關(guān)量控制、模擬量控制、數(shù)學(xué)運(yùn)算、數(shù)值處理、通信網(wǎng)絡(luò)等功能，通過一個多任務(wù)控制內(nèi)核，提供了強(qiáng)大的指令集、快速而準(zhǔn)確的掃描周期、可靠的操作和可連接各種I/O系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)的開放式結(jié)構(gòu)。軟PLC提供了與硬PLC同樣的功能，而同時具備了PC環(huán)境的各種優(yōu)點(diǎn)。隨著企業(yè)提出的高柔性、高效益的要求，以經(jīng)典控制理論為基礎(chǔ)的控制方案已經(jīng)不能適應(yīng)，以多變量預(yù)測控制為代表的先進(jìn)控制策略的提出和成功應(yīng)用之后，先進(jìn)過程控制受到了過程工業(yè)界的普遍關(guān)注。先進(jìn)過程控制是指一類在動態(tài)環(huán)境中，基于模型、充分借助計算機(jī)能力，為工廠獲得最大理論而實(shí)施的運(yùn)行和控制策略。先進(jìn)控制策略主要有：雙重控制及閥位控制、純滯后補(bǔ)償控制、解耦控制、自適應(yīng)控制、差拍控制、狀態(tài)反饋控制、多變量預(yù)測控制、推理控制及軟測量技術(shù)、智能控制（專家控制、模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制）等，尤其智能控制已成為開發(fā)和應(yīng)用的熱點(diǎn)。組態(tài)軟件產(chǎn)生于過程工業(yè)自動化的需求，目前，國內(nèi)許多大企業(yè)紛紛投資，在裝置自動化系統(tǒng)中實(shí)施先進(jìn)控制?？梢钥闯瞿芮度胂冗M(jìn)控制和優(yōu)化控制策略的組態(tài)軟件必將受到用戶的歡迎。

所以可以這樣說，我們研制的這套系統(tǒng)的控制方式與技術(shù)已完全與現(xiàn)代企業(yè)接軌。中國的現(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)軟件的應(yīng)用，另一方面，傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造、原有系統(tǒng)的升級和擴(kuò)容也需要組態(tài)軟件的支撐。這套系統(tǒng)應(yīng)該有一定的市場前景。

第二篇：學(xué)習(xí)plc單片機(jī)組態(tài)軟件,嵌入式的一些心得

學(xué)習(xí)plc，單片機(jī)，組態(tài)軟件,嵌入式的一些心得

學(xué)習(xí)plc，單片機(jī)，組態(tài)軟件,嵌入式的一些心得

如果專注于某一興趣，且投入進(jìn)去，那么一定會有一種感覺：學(xué)習(xí)真的沒完沒了，永遠(yuǎn)有學(xué)不完的東西！

plc，51單片機(jī)，嵌入式系統(tǒng)，組態(tài)軟件等等這些東西要學(xué)精學(xué)透真的必須踏踏實(shí)實(shí)的下功夫去鉆研，要花大量的時間和精力！同時這些知識必須不斷溫習(xí)和鞏固且要去實(shí)踐，否則即便是當(dāng)時理解了學(xué)會了，過些時日有些知識點(diǎn)便會遺漏掉。

上周用51單片機(jī)開發(fā)板+固態(tài)繼電器+DC5V手機(jī)充電器+DC24V開關(guān)電源+DC24V繼電器+飛利浦電風(fēng)扇紅外遙控器這些硬件自己動手做了一個帶溫度自動控制功能的AC220V遙控電源；雖然體積比較大，但是畢竟是自己的一件DIY作品，還是比較喜歡的。在動手制作的過程中，對硬件的掌握有了更深的認(rèn)識，尤其是51單片機(jī)1602液晶顯示出現(xiàn)的一些問題，這些問題如果不是自己動手是不可能發(fā)現(xiàn)的!

本周，終于編寫plc程序并動手實(shí)踐接線了。以前總是看書，看程序例子，雖然花了很多時間感覺理論上已經(jīng)學(xué)得很好了，但是通過實(shí)踐發(fā)現(xiàn)理論和實(shí)踐的距離還是很大的！首先是筆記本電腦和plc的通信問題，我用的是USB通信電纜，即USB--RS485串口通信，打開編程軟件后怎么也通信不上，為了這個通信問題我?guī)缀跏且煌砩蠜]有睡好覺，第二天還不斷打電話請教別人，結(jié)果是電話費(fèi)浪費(fèi)不老少問題依然沒有解決。直到第三天通過自己不斷實(shí)驗(yàn)和設(shè)置終于把通信問題解決了！在這個過程中，不斷懷疑是不是通信電纜或者plc或者驅(qū)動程序有問題，搞得人真的好憔悴。通過實(shí)踐發(fā)現(xiàn)西門子的編程軟件功能真的太強(qiáng)大了！對于plc的接線，工作電源等等資源有了更深的認(rèn)識。真的是：實(shí)踐出真知！

接下來就要動手實(shí)踐通過上位機(jī)組態(tài)軟件來控制plc了。這也是一個大工程。

以前總希望自己的一些同事，年輕的大學(xué)生多學(xué)點(diǎn)業(yè)務(wù)知識。現(xiàn)在看來真的不要去學(xué)習(xí)這些東西了。玩硬件是很花錢的，花錢耗精力不說，關(guān)鍵是不能為自己帶來經(jīng)濟(jì)效益，而且領(lǐng)導(dǎo)根本就不重視技術(shù)！在國企，想通過真本事改變命運(yùn)真的幾乎不可能，要想出頭還得下血本送禮請客溜須。

自從學(xué)上這些東西之后，我是欲罷不能了。因?yàn)橹挥袕?qiáng)烈的興趣而且熱愛這些東西，一個人才能孤獨(dú)的堅持學(xué)習(xí)。也只有在電子世界我才能有一種歸屬感！

對于愛學(xué)習(xí)的人來說，永遠(yuǎn)有學(xué)不完的東西要學(xué)，永遠(yuǎn)覺得時間和精力不夠。然而現(xiàn)實(shí)是：凡是愛學(xué)習(xí)的人，愛好鉆研技術(shù)的人一般是混得不怎么樣的人；試想，哪個為官者會花時間和精力去讀書鉆研專業(yè)技術(shù)？

世上的眾多情感中，我唯獨(dú)不信愛情！我相信絕大部分人都是將就過日子。什么是愛情？年輕人會有許多美好的憧憬，然而，現(xiàn)實(shí)很殘酷！愛情是什么？愛情是選擇，你有得選擇嗎？你有資本選擇嗎？

人只會在危難的時候才能感悟出深刻的道理！身體是人類的萬欲之源，如同厚德載物的天地?！吧眢w好，才是真的好！”，試想，有誰會躺在棺材里數(shù)鈔票，追逐名利，談情說愛？恐怕還沒來得及“試想”，老婆早就改了姓！所以說，一定要珍惜身體，哪怕是行尸走肉也要健健康康的行走！

原以為，組態(tài)軟件很簡單就能學(xué)會。組態(tài)王和MCGS組態(tài)軟件不知道哪個更好？就先學(xué)MCGS吧！感覺組態(tài)軟件的腳步程序和一些函數(shù)必須要非常熟悉才能組建一個較完善的工程。組態(tài)軟件和plc構(gòu)建工程時，plc的程序怎么寫呢？這個問題是學(xué)習(xí)組態(tài)軟件的最大難點(diǎn)。

STM32的學(xué)習(xí)，有所停滯；一定要堅持把STM32學(xué)透，哪怕花兩年的時間。最終要用STM32和固態(tài)繼電器設(shè)計出一個帶液晶界面功能強(qiáng)大的近似于萬能的plc。不過，這個plc只能用c語言編寫程序。

人必須要學(xué)會變態(tài)！

第三篇：組態(tài)大作業(yè)

河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校自動控制系

《組態(tài)軟件及應(yīng)用》學(xué)習(xí)報告

題目：力控組態(tài)軟件控制策略特點(diǎn)、適用條件及主

要功能模塊分析

系 部: 自動控制系

專 業(yè): 電氣自動化

班 級: 自136班

姓 名: 馮亞坤

學(xué) 號: 131415617 指導(dǎo)老師: 白敬彩

成 績:

二零一五年十一月二十八日

一 力控組態(tài)軟件控制策略特點(diǎn)

1.1 PC控制概述

隨著計算機(jī)操作系統(tǒng)穩(wěn)定性和監(jiān)控組態(tài)軟件可靠性的提高，提高監(jiān)控組態(tài)軟件的控制功能水平就變得越來越重要了。尤其是在少量監(jiān)控點(diǎn)數(shù)的應(yīng)用場合，PC機(jī)中插入或用串口連接

一、兩塊I/O板卡，只要在監(jiān)控組態(tài)軟件中進(jìn)行一些簡單的組態(tài)工作，就會完成用戶所需要的控制功能，而且還降低了監(jiān)控系統(tǒng)成本。

但它們還有不足之處，首先，這些控制設(shè)備內(nèi)部的控制策略修改起來很不方便，有些控制策略在系統(tǒng)運(yùn)行期間甚至是不允許修改的。其次，這些控制設(shè)備的控制能力十分有限，它們只能完成一些簡單的常規(guī)控制，例如 DCS 的邏輯操作速度不高，而 PLC 的控制算法種類則偏少。這些缺陷嚴(yán)重制約著 設(shè)備性能的發(fā)揮。

這些控制設(shè)備與 PC 間都提供了便利的通訊手段，借助 PC 上組態(tài)軟件提供的 策略控制器的豐富算法，就可以彌補(bǔ)這些設(shè)備在運(yùn)算、控制能力上的不足，充分 發(fā)揮其作用。另外，PC-Based 設(shè)備已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化，例如工業(yè) PC 具有完整的 A/I、A/O、D/I、D/O、計數(shù)器等 I/O 卡件，這些 PC-Based 設(shè)備在電氣性能指標(biāo) 上完全符合工業(yè)界的要求，在可靠性、穩(wěn)定性、甚至冗余設(shè)計等方面都能夠滿足 工廠的控制要求，而且因系統(tǒng)在成本、開放性、靈活性、界面等方面的優(yōu)勢而日 益受到用戶的青睞，將給工業(yè)控制系統(tǒng)帶來巨變。

目前基于工業(yè)PC的設(shè)備已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化，它們具有完整的A/I、A/O、D/I、D/O、計數(shù)器等I/O卡件，基本上能夠滿足工廠的控制要求，而且系統(tǒng)在成本、開放性、靈活性、界面等方面的優(yōu)勢具有較大的優(yōu)勢，同時現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展使工業(yè)PC和現(xiàn)場總線構(gòu)成的控制系統(tǒng)走向開放，開放使應(yīng)用規(guī)?？梢宰杂缮炜s，擴(kuò)展應(yīng)用變得極為方便，同時降低了安裝維護(hù)費(fèi)用，最終使用戶受益。

由PC板卡、現(xiàn)場總線模塊構(gòu)成的控制系統(tǒng)需要有核心的控制軟件來對它們進(jìn)行控制和指揮，力控的控制策略就是一款控制軟件，來和現(xiàn)場總線和模塊構(gòu)成控制系統(tǒng)來完成復(fù)雜控制如串級控制、邏輯控制等，由控制策略構(gòu)成的系統(tǒng)既可以單獨(dú)存在，也可以與其它系統(tǒng)混合使用。

1．2 策略在力控中的結(jié)構(gòu)

力控的控制策略是作為實(shí)時數(shù)據(jù)庫上的一個組件，它的優(yōu)點(diǎn)是可以和 HMI 共享全局?jǐn)?shù)據(jù)庫，見下圖：

1．3 力控策略示例

力控的控制策略生成器以過程控制算法為主，是國內(nèi)第一個商品化的控制策略生成器，能夠使不同廠家、不同類型的設(shè)備同時參與一個對象的計算與控制。另外可以彌補(bǔ)一些設(shè)備控制能力和容量的不足。

在下圖所示的例子中，一個中控室內(nèi)共有三套控制設(shè)備，分別是：在1995年投入運(yùn)行的A廠家生產(chǎn)的某型號 PLC X、在1992年投入使用的B廠家生產(chǎn)的 某型號控制器Y和在1990年投入使用的C廠家生產(chǎn)的數(shù)據(jù)采集器Z，假如一條工藝管道的壓力信號（PI201）、流量信號（FI101）和溫度信號（TI001），分布在X設(shè)備、Y設(shè)備和Z設(shè)備之中，而我們要計算其精確流量，使用控制策略生成器就十分方便。

與傳統(tǒng)的DCS、PLC控制系統(tǒng)相比，控制策略生成器（StrategyBuilder）充分體現(xiàn)了控制功能豐富、系統(tǒng)組建靈活、擴(kuò)展方便的特點(diǎn)。在控制策略生成器中有變量、數(shù)學(xué)運(yùn)算、邏輯功能、程序控制和控制算法等類別的近70個功能塊，運(yùn)用這些功能塊可搭建出各種功能強(qiáng)大的控制策略。

二 力控組態(tài)軟件控制的適應(yīng)條件

2.1 適應(yīng)條件

力控控制策略生成器是一個既可以運(yùn)行在Windows98/2000/NT環(huán)境，又可以運(yùn)行于Windows CE、DOS等嵌入式環(huán)境的控制功能軟件模塊。它采用功能框圖的方式為用戶提供組態(tài)界面，具備與實(shí)時數(shù)據(jù)庫、圖形界面系統(tǒng)通訊的功能。其工作畫面如圖2-1所示。在此圖中可看到畫面的左側(cè)列出了各種功能塊，畫面的右側(cè)是由兩個變量功能塊和一個PID功能塊搭建的一個PID控制回路。

在力控的控制策略生成器中，一個應(yīng)用程序中可以有很多控制策略，但只能有一個主策略。主策略首先被執(zhí)行，主策略可以調(diào)用其他策略。策略嵌套最多為4級，即0~3級，在這4級中，0級最高，3級最低。高級策略可以調(diào)用低級策略，而低級策略不可以調(diào)用高級策略。除3級最多可以有127個策略外，其他3個級別分別最多可以有255個策略。

2．2 基本準(zhǔn)則

控制策略由一些基本功能塊組成，一個功能塊代表一種操作、算法或變量。功能塊是策略的基本執(zhí)行元素，類似一個集成電路塊，有若干個輸入和輸出，每一個輸入和輸出管腳都有唯一的名稱。

策略只能調(diào)用其子策略，不能跨級調(diào)用，如不允許主策略調(diào)用二級策略。一個功能塊的輸出可以輸出到多個基功能塊的輸入上。一個功能塊的輸入只能來自一個輸出。功能塊的輸出不能來自另一個塊的輸出。三 力控組態(tài)軟件控制的主要功能模塊

3.1 變量功能塊

變量功能塊用來為其它功能塊提供初始操作數(shù)，最終運(yùn)算結(jié)果的變量連接，在每一個變量功能塊的屬性框中都可以選擇變量數(shù)據(jù)源/目的名稱及其參數(shù)名稱。

變量功能塊包含的算法種類如下：

常數(shù)：該塊輸出一個常數(shù)，可以作為其他功能塊的輸入。沒有輸入，一個輸出； 數(shù)據(jù)庫輸入變量：把實(shí)時數(shù)據(jù)庫中的變量作為一個其它運(yùn)算的一個輸入。沒有輸入，一個輸出；

數(shù)據(jù)庫輸出變量：把運(yùn)算的結(jié)果輸出到實(shí)時數(shù)據(jù)庫的一個點(diǎn)參數(shù)中。一個輸入，沒有輸出；

系統(tǒng)變量：一些特殊的變量，可以作為其它運(yùn)算的輸入。沒有輸入，一個輸出： 輸入變量：該功能塊可以引用控制點(diǎn)中沒有作為輸入輸出腳的參數(shù)，如 PID 控制 功能中的比例。沒有輸入，一個輸出；

輸出變量：該變量可以對控制點(diǎn)中的參數(shù)進(jìn)行賦值。一個輸入，沒有輸出；

變量功能塊用來為其他功能塊提供初始操作數(shù)、最終運(yùn)算結(jié)果的變量連接。在每一個變量功能塊的屬性框中都可以選擇變量數(shù)據(jù)源/目的名稱及其參數(shù)名稱。共有常數(shù)、輸入變量、輸出變量、系統(tǒng)變量、全局輸入變量和全局輸出變量等6個變量功能塊。

3.2 數(shù)學(xué)運(yùn)算功能塊

數(shù)學(xué)運(yùn)算功能塊可完成變量的計算處理。共有加法、減法、乘法、除法、乘方、取余、絕對值、正弦、余弦、正切、反正弦、反余弦、反正切、自然底冪數(shù)、平方根、常用對數(shù)、自然對數(shù)和取整等18個數(shù)學(xué)運(yùn)算功能塊。

數(shù)學(xué)運(yùn)算功能塊包含的算法種類如下

加法：把兩個操作數(shù)相加。Result = in1 + in2。三個輸入，一個輸出； 減法：把兩個操作數(shù)相減。Result = in1in2。三個輸入，一個輸出；

求余：把兩個操作數(shù)求余。如果輸入 in2 等于 0，則輸出為無效，后續(xù)計算 將不會計

算。三個輸入，二個輸出；

絕對值：求輸入的絕對值。兩個輸入，一個輸出；

反余弦：輸入的反余弦。如果輸入小于-1 或大于 1，則輸出為無效，后續(xù)計算 將不會計算。兩個輸入，一個輸出；

反正弦：輸入的反正弦。如果輸入小于-1 或大于 1，則輸出為無效，后續(xù)計算 將不會計算。兩個輸入，一個輸出；

反正切：輸入的反正切。兩個輸入，一個輸出； 余弦：輸入的余弦 兩個輸入，一個輸出； 正切：輸入的正切 兩個輸入，一個輸出； 正弦：輸入的正弦 兩個輸入，一個輸出；

指數(shù)：輸入的以 e 為底的冪。兩個輸入，一個輸出；

常用對數(shù)：輸入的以 10 為底的常用對數(shù)。如果輸入小于或等于 0，則輸出為無 效，后續(xù)計算將不會計算。兩個輸入，一個輸出；

自然對數(shù)：求自然對數(shù)。如果輸入小于或等于 0，則輸出為無效，后續(xù)計算將不 會計算。兩個輸入，一個輸出；

平方根：輸入的平方根，如果輸入小于 0，則輸出為無效，后續(xù)計算將不會計算。兩個輸入，一個輸出；

取整：得到小于或等于輸入的一個最大整數(shù) 兩個輸入，一個輸出；

3.3邏輯功能塊

每個邏輯塊具有最多4個輸入，并產(chǎn)生單一布爾輸出。功能塊可以要求實(shí)型或布爾型輸入。實(shí)型輸入可以是外部輸入，內(nèi)部輸入或邏輯模塊的輸出。邏輯功能塊包含的算法種類如下：邏輯與、邏輯或、邏輯異或、邏輯非、邏輯與非、邏輯或非、兩個輸入ON有效或門、三個輸入ON有效或門、三個輸入不一致、開關(guān)、定長度脈沖、最大時限脈沖、帶死區(qū)的等于比較、帶死區(qū)的不等于比較、帶死區(qū)的大于等于比較、帶死區(qū)的大于比較、帶死區(qū)的小于比較、帶死區(qū)的小于等于比較、延時、ON延時、OFF延時、看門狗、選通器、變化檢測、RS觸發(fā)器邏輯與功能：求三個輸入的相與的結(jié)果。根據(jù)選擇類型的不同，可以是邏輯與，字節(jié)與，字與，雙字與。如果輸入懸空，則該輸入缺省是1（或0xFF，0xFFFF，0xFFFFFFFF）。參數(shù)： 參數(shù)數(shù)據(jù)類型功能類型字節(jié)0，位，1，字節(jié)，2，字，3，雙字四個輸入一個輸出輸入： 輸入：

數(shù)據(jù)類型功能使能端邏輯量運(yùn)算是否執(zhí)行操作數(shù)1參數(shù)0 操作數(shù)2參數(shù)0 操作數(shù)3參數(shù)0 輸出： 輸出數(shù)據(jù)類型功能輸出參數(shù)0計算結(jié)果

3.4 程序控制功能塊

程序控制功能塊用于不同控制策略之間的嵌套。共有跳轉(zhuǎn)、調(diào)用子策略、返回和注釋等4個功能塊。

3.5 控制算法功能塊

控制算法功能塊主要用于完成各種模擬型的控制策略。共有純滯后補(bǔ)償、濾波器、一階傳遞函數(shù)、模擬輸入、模擬輸出、數(shù)字輸入、數(shù)字輸出、計時器、計數(shù)器、PID控制器、線性變換、開關(guān)控制器

51、開關(guān)控制器

13、三者取中、限值器、累計器、比例器、溫壓補(bǔ)償、高低選和平均、通用線性化、比值控制器、斜坡控制器、數(shù)字組合點(diǎn)、計算器、條件動作表、加權(quán)平均等近30個功能塊。

控制策略提供開放的編程接口，可以嵌入用戶自己的控制程序，完成各種優(yōu)化控制、APC等高級控制功能。

第四篇：組態(tài)教案

先導(dǎo)知識學(xué)習(xí)

內(nèi)容提要

本章介紹計算機(jī)控制系統(tǒng)的基本組成和分類，采用組態(tài)控制技術(shù)的計算機(jī)控制系統(tǒng)和一般計算機(jī)控制系統(tǒng)的異同以及常用組態(tài)控制產(chǎn)品。0.1 計算機(jī)控制系統(tǒng)

計算機(jī)控制就是用計算機(jī)控制某種設(shè)備使其按照要求工作。人們熟知的機(jī)器人就是在計算機(jī)的控制下工作的，工廠自動化生產(chǎn)線、家用電器中也普遍使用計算機(jī)控制。利用計算機(jī)控制各種設(shè)備，是電氣工程師和技術(shù)人員的一項(xiàng)基本工作。

計算機(jī)在實(shí)現(xiàn)其控制功能的時候往往還需要一些設(shè)備的配合，這些設(shè)備與計算機(jī)、被控設(shè)備一起統(tǒng)稱為計算機(jī)控制系統(tǒng)。0.1.1 人是如何對設(shè)備進(jìn)行控制的？

現(xiàn)在通過水罐水位控制實(shí)例說明人工控制的方法與過程。對于圖0.1水罐，通常采用以下方法：

（1）觀察水位—用眼睛。

（2）判斷與計算：將實(shí)際水位和期望的水位進(jìn)行比較，根據(jù)差值先判斷需要開大還是關(guān)小進(jìn)水閥門，再根據(jù)差值估計進(jìn)水閥開度的改變量—用大腦。（3）行動：改變閥門開度—用手。（4）重復(fù)步驟（1）～（3），直到水位達(dá)到期望范圍。

圖0.1 水罐對象

0.1.2 自動控制系統(tǒng)的組成

如果用水位變送器代替人眼，用電動調(diào)節(jié)器代替人腦、用電動調(diào)節(jié)閥代替人手，用給定器輸入水位給定值，就構(gòu)成了一個水位自動控制系統(tǒng)，如圖0.2所示。

圖0.2 水位自動控制系統(tǒng)

在該系統(tǒng)中，水位變送器不斷地檢測水位，并將其轉(zhuǎn)換成電流信號送給電動調(diào)節(jié)器，電動調(diào)節(jié)器像人腦一樣接收水位信號和水位給定信號，將兩者進(jìn)行比較，根據(jù)偏差計算出給水調(diào)節(jié)閥門的開度，并將開度信號以電流形式送給電動調(diào)節(jié)閥門，電動調(diào)節(jié)閥門根據(jù)電流大小改變給水閥門開度，調(diào)節(jié)給水流量，從而達(dá)到控制水位的目的。

由水位自動控制系統(tǒng)，我們引出了一般自動控制系統(tǒng)的典型組成結(jié)構(gòu)，如圖0.3所示。

圖0.3 一般自動控制系統(tǒng)方框圖1 有時候，也將一般自動控制系統(tǒng)的方框圖畫成圖0.4，偏差＝給定值-測量值

圖0.5 開環(huán)控制系統(tǒng)方框圖

開環(huán)控制用在不需要精確控制被控參數(shù)，或被控對象受到的干擾較少，被控參數(shù)不經(jīng)常波動等情況下。

0.1.3 計算機(jī)控制系統(tǒng)的組成

計算機(jī)控制系統(tǒng)的控制器全部采用計算機(jī)。而一般自動控制系統(tǒng)的控制器則形式多樣，可能是由繼電器、接觸器構(gòu)成的一個電路，可能是一塊獨(dú)立的儀表，也可能是某種機(jī)械裝置。

計算機(jī)控制系統(tǒng)的組成框圖如圖0.7所示。與一般自動控制系統(tǒng)相比，還有一個主要的不同，它增加了輸入接口（the Input Interface）和輸出接口（the Output Interface），統(tǒng)稱為輸入輸出接口或I/O接口（I/O Interface）。輸入接口的主要作用是將檢測環(huán)節(jié)的輸入信號（通常為電信號）轉(zhuǎn)換為計算機(jī)能夠接收的數(shù)字信號；輸出接口的主要作用是將計算機(jī)輸出的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為電信號輸出給執(zhí)行器。

圖0.7 一般計算機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成

0.2 計算機(jī)控制系統(tǒng)中使用的計算機(jī)

0.2.1 計算機(jī)控制系統(tǒng)中使用計算機(jī)的種類

經(jīng)常使用的計算機(jī)主要有三種：IPC、PLC、MCU。0.2.2 IPC、PLC、MCU系統(tǒng)性能特點(diǎn)比較 0.3 組態(tài)控制技術(shù)

0.3.1 在計算機(jī)控制系統(tǒng)中組態(tài)技術(shù)的兩個層面

1．組態(tài)的本來含義

組態(tài)（Configuration）的意思就是模塊的任意組合。2．在計算機(jī)控制系統(tǒng)中組態(tài)的兩個層面

在計算機(jī)控制系統(tǒng)中，組態(tài)含有硬件組態(tài)和軟件組態(tài)兩個層面的含義。

所謂硬件組態(tài)，是指系統(tǒng)大量選用各種專業(yè)設(shè)備生產(chǎn)廠家提供的成熟通用的硬件設(shè)備，通過對這些設(shè)備的簡單組合與連接實(shí)現(xiàn)自動控制系統(tǒng)。

這些通用設(shè)備包括控制器（IPC、PLC和以MCU為核心的各種控制器）、各種檢測設(shè)備（傳感器和變送器）、各種執(zhí)行設(shè)備（電磁閥、氣缸、電動機(jī)等）、各種命令輸入設(shè)備（按鈕、給定設(shè)備），還有各種I/O接口設(shè)備。

這些通用設(shè)備一般都做成具有標(biāo)準(zhǔn)尺寸和標(biāo)準(zhǔn)信號輸出的模板或模塊，它們就像積木一樣，可以根據(jù)需要組合在一起。

所謂軟件組態(tài)就是利用專業(yè)軟件公司提供的工控軟件進(jìn)行系統(tǒng)程序設(shè)計。這些軟件提供了大量工具包供設(shè)計者組合使用，因此被稱為組態(tài)軟件。利用組態(tài)軟件工程技術(shù)人員可以方便地進(jìn)行監(jiān)控畫面制作和程序編制。0.3.2 采用組態(tài)技術(shù)的計算機(jī)控制系統(tǒng)的優(yōu)越性

采用硬件組態(tài)和軟件組態(tài)的方式構(gòu)成控制系統(tǒng)有以下優(yōu)越性：（1）開發(fā)周期短。（2）系統(tǒng)可靠性高。

（3）對工程技術(shù)人員的要求不高，便于推廣。（4）構(gòu)成的系統(tǒng)通用性強(qiáng)，便于維護(hù)。0.4 計算機(jī)控制系統(tǒng)有哪些形式？ 0.4.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的功能與結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)也稱為DAS—Data Acquisition System。其結(jié)構(gòu)如圖0.12所示。被控對象中待檢測的各種模擬量和開關(guān)量通過傳感器和變送器，分別經(jīng)模擬量和開關(guān)量輸入接口進(jìn)入計算機(jī)，計算機(jī)對各信號進(jìn)行采集、處理后，送顯示器、打印機(jī)、報警器等設(shè)備。

DAS系統(tǒng)的特點(diǎn)是只進(jìn)行參數(shù)檢測，不進(jìn)行控制。I/O接口只有模擬量輸入（AI—Analog Input）和開關(guān)量輸入（DI—Digital Input）接口。這種系統(tǒng)常用于早期的計算機(jī)檢測系統(tǒng)中，其優(yōu)點(diǎn)是可以用一臺計算機(jī)對多個參數(shù)進(jìn)行巡回采集和處理，顯示界面好，便于管理。

圖0.12 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 0.4.2 直接數(shù)字控制系統(tǒng)的功能與結(jié)構(gòu)

直接數(shù)字控制稱為DDC—Direct Digital Control。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖0.13所示。計算機(jī)既可對生產(chǎn)過程中的各個參數(shù)進(jìn)行巡回檢測，還可根據(jù)檢測結(jié)果，按照一定的算法，計算出執(zhí)行器應(yīng)該的狀態(tài)（電磁閥的通與斷、調(diào)節(jié)閥的開度、電動機(jī)的啟動與停止、電動機(jī)的轉(zhuǎn)速等）。DDC系統(tǒng)的I/O接口除了AI和DI外，還有模擬量輸出（AO—Analog Output）接口和開關(guān)量輸出（DO—Digital Output）接口。

DDC控制是真正的計算機(jī)控制系統(tǒng)，與DAS相比，其特點(diǎn)是既檢測，也控制。由于控制算法用程序編制，可以實(shí)現(xiàn)繼電器和儀表不能實(shí)現(xiàn)的許多功能。DDC適用于控制回路較少的場合。

圖0.13 直接數(shù)字控制系統(tǒng)

0.4.3 集散控制系統(tǒng)的功能與結(jié)構(gòu)

集散式控制系統(tǒng)也稱為分布式控制系統(tǒng)，簡稱DCS—Distributed Control System。

集散式控制常用于較大規(guī)模的控制系統(tǒng)中，可以很好地解決DDC系統(tǒng)可靠性和統(tǒng)籌性的矛盾。其總體思想是分散控制，集中管理，即用幾臺計算機(jī)分別控制若干個回路，再用一臺計算機(jī)與這些計算機(jī)進(jìn)行通信，了解各個計算機(jī)的工作情況，根據(jù)需要向它們發(fā)出不同命令。

集散式控制系統(tǒng)的規(guī)模可大可小，可以只有兩級（稱下位機(jī)和上位機(jī)），也可以多級。典型的三級結(jié)構(gòu)為過程控制級、控制管理級和生產(chǎn)管理級，如圖0.14所示。

過程控制級由各控制站組成，控制站可以是DAS，也可以是DDC，用來進(jìn)行生產(chǎn)的前沿檢測與控制?？刂乒芾砑売晒こ處熣尽⒉僮鲉T站、數(shù)據(jù)記錄檢索站等組成，供工程師進(jìn)行程序調(diào)試；操作員進(jìn)行生產(chǎn)監(jiān)控、手動操作、報表打印、數(shù)據(jù)查詢等。生產(chǎn)管理級由生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)組成，可進(jìn)行生產(chǎn)情況匯總與調(diào)度。

圖0.14 DCS系統(tǒng)的組成

0.4.4 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的功能與結(jié)構(gòu)

現(xiàn)場總線系統(tǒng)簡稱FCS—Field Control System。

DDC系統(tǒng)中計算機(jī)與計算機(jī)之間的通信采用數(shù)字信號通過網(wǎng)絡(luò)連接。但現(xiàn)場傳感器、變送器、執(zhí)行器仍使用模擬信號。每個傳感器、變送器或執(zhí)行器至少有兩根信號線需要連接。當(dāng)系統(tǒng)中需要檢測和控制的參數(shù)較多時，施工工作量較大。另一方面，模擬信號在傳輸時的抗干擾性能比較差，造成系統(tǒng)可靠性下降。

FCS是繼DCS之后的新一代分布式控制系統(tǒng)。系統(tǒng)首先要求現(xiàn)場變送器和執(zhí)行器能直接輸出或接收數(shù)字信號，使用時將它們“掛在”現(xiàn)場總線上，通過網(wǎng)絡(luò)與計算機(jī)相連?，F(xiàn)場總線系統(tǒng)的施工量減少了，抗干擾性能也比較高。本項(xiàng)目小結(jié)

計算機(jī)控制系統(tǒng)由被控對象、檢測器、I/O接口、計算機(jī)和執(zhí)行器幾部分組成。計算機(jī)控制系統(tǒng)使用的計算機(jī)有PLC、MCU、IPC等。它們具有不同的特點(diǎn)，分別用于不同的控制領(lǐng)域。

計算機(jī)控制系統(tǒng)可分為：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）、直接數(shù)字控制（DDC）系統(tǒng)、集散式控制系統(tǒng)（DCS）和現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）。

組態(tài)控制技術(shù)是計算機(jī)控制技術(shù)發(fā)展的結(jié)果，采用組態(tài)控制技術(shù)的計算機(jī)控制系統(tǒng)最大的特點(diǎn)是從硬件設(shè)計到軟件開發(fā)都具有組態(tài)性，因此系統(tǒng)的可靠性和開發(fā)速度提高了，開發(fā)難度卻下降了。組態(tài)軟件的可視性和圖形化管理功能也為生產(chǎn)管理和運(yùn)行維護(hù)提供了方便。學(xué)習(xí)項(xiàng)目1 用IPC和MCGS實(shí)現(xiàn)機(jī)械手監(jiān)控系統(tǒng) 內(nèi)容提要

本章通過機(jī)械手控制實(shí)例學(xué)習(xí)采用MCGS組態(tài)軟件、IPC和I/O板卡構(gòu)成計算機(jī)控制系統(tǒng)的方法。

首先提出系統(tǒng)控制要求，然后對機(jī)械手對象進(jìn)行分析，確定了控制方案。之后進(jìn)行了接口部件的選型，確定使用中泰PCI-8408板卡作為I/O接口設(shè)備，并根據(jù)其接線端子定義畫出系統(tǒng)接線圖。最后詳細(xì)介紹了用MCGS進(jìn)行監(jiān)控畫面制作、監(jiān)控程序編寫與調(diào)試的方法。

1.1 機(jī)械手監(jiān)控系統(tǒng)的方案設(shè)計 1.1.1 機(jī)械手監(jiān)控系統(tǒng)的控制要求

機(jī)械手（Mechanical Hand）能模仿人手和手臂的某些動作功能，用以抓取、搬運(yùn)物品或操作工具，被廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和核工業(yè)等部門。圖1.1所示是幾種機(jī)械手的外觀。

(a)(b)圖1.1（b）所示的機(jī)械手為搬運(yùn)機(jī)械手，其任務(wù)是將前一個工序加工好的工件送到下一個工位，已知待搬運(yùn)工件在機(jī)械手初始位置正下方。對此機(jī)械手有如下控制要求：

按下啟動/停止按鈕SB1后，機(jī)械手下移至工件處→夾緊工件→攜工件上 升→右移至下一個工位上方→下移至指定位置→放下工件→上移→左移，回到原始位置，此過程反復(fù)循環(huán)執(zhí)行。

機(jī)械手運(yùn)動過程中，松開啟動/停止按鈕SB1，機(jī)械手停在當(dāng)前位置，再次按下啟動/停止按鈕，機(jī)械手繼續(xù)運(yùn)行。

機(jī)械手運(yùn)動過程中，按下復(fù)位停止按鈕SB2后，機(jī)械手并不馬上停止，也不主動復(fù)位，而是繼續(xù)工作，直到完成本周期操作，回到原始位置，之后停止，不再循環(huán)。

松開復(fù)位按鈕，退出復(fù)位狀態(tài)，之后再按啟動/停止按鈕機(jī)械手重新開始循環(huán)操作。

1.1.2機(jī)械手監(jiān)控系統(tǒng)對象分析

被控對象—機(jī)械手。

控制目標(biāo)—使機(jī)械手能夠接收啟動、停止、復(fù)位命令，能夠抓取工件運(yùn)送到指定 位置。

被控參數(shù)—機(jī)械手運(yùn)動軌跡和抓放動作。運(yùn)動軌跡可分解為四個點(diǎn)：左上位（機(jī)械手初始位）、左下位（工件初始位）、右上位、右下位（工件目標(biāo)位）。

控制變量—共六個，分別是伸縮缸電磁閥的伸出線圈和縮回線圈、升降缸電磁閥的上升線圈和下降線圈、夾緊缸電磁閥的夾緊線圈和放松線圈。1.1.3 機(jī)械手監(jiān)控系統(tǒng)初方案制訂

機(jī)械手的控制可采用閉環(huán)形式實(shí)現(xiàn)，也可采用開環(huán)實(shí)現(xiàn)。開環(huán)方框圖如圖1.4所示。

圖1.4 開環(huán)控制的機(jī)械手系統(tǒng)方框圖

1．開環(huán)控制機(jī)械手監(jiān)控系統(tǒng)方案

根據(jù)控制要求，系統(tǒng)需要兩個操作按鈕輸入啟停和復(fù)位命令。

由于機(jī)械手系統(tǒng)的各個位置點(diǎn)比較固定，每一段的運(yùn)行時間已知且相對穩(wěn)定。計算機(jī)接收到啟動/停止按鈕送來的啟動信號后，只要按如下時間順序接通各個線圈即可：

按下啟動/停止按鈕SB1后，機(jī)械手下移5s→夾緊2s→上升5s→右移10s→下移5s→放松2s→上移5s→左移10s（s為秒），最后回到原始位置，自動循環(huán)。松開啟動/停止按鈕SB1，機(jī)械手停在當(dāng)前位置。

按下復(fù)位停止按鈕SB2后，機(jī)械手在完成本次操作后，回到原始位置，然后停止。松開復(fù)位停止按鈕SB2，退出復(fù)位狀態(tài)。2．閉環(huán)控制機(jī)械手監(jiān)控系統(tǒng)方案

閉環(huán)控制需要安裝六個位置開關(guān)（位置檢測傳感器），檢測是否到達(dá)左上、左下、右上、右下、夾緊、放松位置，計算機(jī)將根據(jù)這些位置開關(guān)的狀態(tài)和輸入命令控制6個線圈的得電與否。機(jī)械手控制系統(tǒng)的閉環(huán)方案如圖1.5所示。

閉環(huán)控制顯然在硬件結(jié)構(gòu)上比開環(huán)控制復(fù)雜。開環(huán)控制靠經(jīng)驗(yàn)時間控制6個線圈，不檢測是否運(yùn)動到位。理論上閉環(huán)控制的控制精度高于開環(huán)。

圖1.5 閉環(huán)控制的機(jī)械手系統(tǒng)方框圖 3.本系統(tǒng)采納方案

對于本系統(tǒng)，由于控制精度要求不高，以上兩個方案都是可行的，我們從簡單入手，取開環(huán)控制方案。

1.2 機(jī)械手監(jiān)控系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)備選型與電路設(shè)計 1.2.1 命令輸入設(shè)備選型

本系統(tǒng)命令輸入設(shè)備只需要1個啟動/停止按鈕、1個復(fù)位/停止按鈕，根據(jù)控制要求，可選用帶自鎖功能的按鈕，也可選用旋轉(zhuǎn)開關(guān)。1.2.2 傳感器和變送器選型

由于采用開環(huán)結(jié)構(gòu)，此部分工作免去。1.2.3 執(zhí)行器選型

本系統(tǒng)執(zhí)行器是機(jī)械手上的電磁閥。共4個，其中3個為伸縮、升降、夾緊閥，另一個可做旋轉(zhuǎn)缸控制閥，控制機(jī)械手的旋轉(zhuǎn)。本系統(tǒng)暫不考慮旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。1.2.4 I/O接口設(shè)備選型 1．I/O接口設(shè)備的種類

I/O接口設(shè)備是連接計算機(jī)和檢測器、執(zhí)行器的橋梁。有以下種類：（1）按照輸入輸出信號的性質(zhì)，I/O接口設(shè)備可分為：AI、AO、AI/AO、DI、DO、DI/DO、混合信號接口等。

（2）按照產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，I/O接口設(shè)備可分為：板卡、模塊、PLC、智能儀表等。2．選擇機(jī)械手系統(tǒng)的I/O設(shè)備

機(jī)械手系統(tǒng)的I/O點(diǎn)如表1.2所示。

本項(xiàng)目選擇中泰公司板卡產(chǎn)品。

1.2.5 機(jī)械手監(jiān)控系統(tǒng)方框圖和電路接線圖繪制 1．接線端子板

PCI-8408板卡通過安裝在計算機(jī)背板上的37針D型插座與外部設(shè)備連接，為方便安裝，廠家提供了專門的接線端子板，其中PS-037是最簡單的一種，它以接線端子形式與輸入輸出設(shè)備相連，通過D型插座和電纜與計算機(jī)內(nèi)的板卡相連。2．機(jī)械手監(jiān)控系統(tǒng)方框圖

機(jī)械手監(jiān)控系統(tǒng)方框圖見圖1.18所示。

圖1.18 機(jī)械手系統(tǒng)方框圖

1.3 機(jī)械手系統(tǒng)監(jiān)控軟件的設(shè)計與調(diào)試 1.3.1 工程的建立

（1）雙擊桌面“MCGS組態(tài)環(huán)境”圖標(biāo)，進(jìn)入組態(tài)環(huán)境，出現(xiàn)如圖1.27所示畫面，屏幕中間窗口為工作臺。

（2）單擊“文件” →“新建工程”，如圖1.28所示。

（3）單擊“文件”菜單，彈出下拉菜單，單擊“工程另存為”，彈出文件保存窗口，如圖1.29所示。

（4）選擇希望的路徑，在文件名一欄內(nèi)輸入工程名，如“機(jī)械手監(jiān)控系統(tǒng)”，單擊“保存”按鈕，工程建立完畢。1.3.2變量的定義

變量也叫數(shù)據(jù)對象。變量（即數(shù)據(jù)對象）的定義方法如下。1．變量分配

變量定義前需要對系統(tǒng)進(jìn)行分析，確定需要的變量，本系統(tǒng)至少有8個變量，見表1.6。

2．變量定義步驟

（1）單擊工作臺中的“實(shí)時數(shù)據(jù)庫”選項(xiàng)卡，進(jìn)入“實(shí)時數(shù)據(jù)庫”窗口頁。（2）單擊工作臺右側(cè)“新增對象”按鈕，在數(shù)據(jù)對象列表中立刻出現(xiàn)了一個新的數(shù)據(jù)對象，如圖1.31所示。

（3）選中該數(shù)據(jù)對象，單擊右側(cè)“對象屬性”按鈕或直接雙擊該數(shù)據(jù)對象，彈出“數(shù)據(jù)對象屬性設(shè)置”窗口，如圖1.32所示。

（4）將“對象名稱”改為：啟動停止按鈕；“對象初值”改為：0；“對象類型”改為：開關(guān)型；“對象內(nèi)容注釋”欄填入：機(jī)械手啟停控制信號，輸入，1有效。

（5）單擊“確定”按鈕。（6）重復(fù)（2）～（5），定義其他7個數(shù)據(jù)對象。（7）單擊“保存”按鈕。1.3.3 畫面的設(shè)計與編輯

參考的監(jiān)控畫面設(shè)計如圖1.33所示，畫面中畫出了機(jī)械手的簡單示意圖，并設(shè)計了6個指示燈，代表機(jī)械手的上、下、左、右、夾緊、放松等動作。運(yùn)行時，指示燈應(yīng)隨動作變化做相應(yīng)指示。畫面中還設(shè)計了兩個狀態(tài)指示燈，代表啟動按鈕和復(fù)位按鈕的狀態(tài)。當(dāng)按下機(jī)械手上的啟動和復(fù)位按鈕時，它們將進(jìn)行相應(yīng)的指示。

畫面設(shè)計包括建立畫面、編輯畫面兩個步驟。1．建立畫面

圖1.33 監(jiān)控畫面

2．編輯畫面

（1）進(jìn)入畫面編輯環(huán)境。

（2）輸入文字“機(jī)械手監(jiān)控系統(tǒng)”。（3）畫地平線。（4）畫矩形。（5）畫機(jī)械手。

（6）畫機(jī)械手左側(cè)和下方的滑桿。（7）畫指示燈。（8）畫按鈕。

1.3.4 動畫連接與調(diào)試

畫面編輯好以后，需要將畫面中的圖形與前面定義的數(shù)據(jù)對象關(guān)聯(lián)起來，以便運(yùn)行時，畫面上的內(nèi)容能隨變量變化。

將畫面上的對象與變量關(guān)聯(lián)的過程叫動畫連接，下面介紹如何對按鈕和指示燈進(jìn)行動畫連接。

1．按鈕的動畫連接 2．指示燈的動畫連接 1.3.5 控制程序的設(shè)計

系統(tǒng)要求具有如下功能：

按下啟動/停止按鈕SB1后，機(jī)械手下移5s→夾緊2s→上升5s→右移10s→下移5s→放松2s→上移5s→左移10s（s為秒），最后回到原始位置，自動循環(huán)。

松開“啟動/停止”按鈕，機(jī)械手停在當(dāng)前位置。

按下“復(fù)位停止”按鈕SB2后，機(jī)械手在完成本次操作后，回到原始位置，然后停止。

松開“復(fù)位停止”按鈕SB2，退出復(fù)位狀態(tài)。

上述功能需要通過編寫控制程序?qū)崿F(xiàn)。在MCGS中編寫控制程序與一般程序設(shè)計語言編程有較大的不同，它采用策略組態(tài)的形式。

所謂運(yùn)行策略，可以簡單地理解為系統(tǒng)運(yùn)行與控制的思想和方法。MCGS提供了許多“策略構(gòu)件”，如定時器、計數(shù)器、腳本程序等供系統(tǒng)設(shè)計人員使用。編程就是根據(jù)系統(tǒng)的需要，對這些策略構(gòu)件進(jìn)行組態(tài)。

觀察機(jī)械手監(jiān)控系統(tǒng)的控制要求，不難發(fā)現(xiàn)，控制過程不過是使各個電磁閥定時、順序動作。讓電磁閥動作很簡單，只要設(shè)法使相應(yīng)的變量置0或置1即可。MCGS提供了定時器構(gòu)件，因此可以利用它實(shí)現(xiàn)定時功能。在具體設(shè)計之前先來學(xué)習(xí)定時器的使用。

1．定時器的使用

（1）在策略中添加定時器構(gòu)件。（2）定時器的功能。

① 啟停功能。即能在需要的時候被啟動，當(dāng)然也能在需要的時候被停止。② 計時功能。即啟動后進(jìn)行計時。

③ 定時時間設(shè)定功能。即可以根據(jù)需要設(shè)定定時時間。④ 狀態(tài)報告功能。即是否到設(shè)定時間。

⑤ 復(fù)位功能。即在需要的時候?qū)⒍〞r器清零。復(fù)位與停止不同，停止后不再計時，復(fù)位則是使計時時間變?yōu)?。

2．利用定時器和腳本程序?qū)崿F(xiàn)機(jī)械手的定時控制

（1）根據(jù)機(jī)械手控制要求，計算出機(jī)械手完成一個循環(huán)回到初始位置需44s，因此首先將定時器定時時間修改為44。

（2）將腳本程序添加到策略行。（3）腳本程序編輯注意事項(xiàng)。

① 要按MCGS的語法規(guī)范寫程序，否則語法檢查通不過。② 可以利用提供的功能按鈕（如剪切、復(fù)制、粘貼等）。③ 可以利用腳本語言和表達(dá)式列表（如IF…THEN、+、-等）。④ 可以利用操作對象和函數(shù)列表（如系統(tǒng)函數(shù)、數(shù)據(jù)對象等）。⑤ “>”（大于）、“<”（小于）、“=”（等于）、’（單引號）等符號應(yīng)在純英文或“英文標(biāo)點(diǎn)”狀態(tài)輸入。

⑥ 注釋以單引號“'”開始。

（4）機(jī)械手控制腳本程序清單。機(jī)械手程序分定時器控制、運(yùn)行控制和停止控制三部分。定時器控制程序完成啟動按鈕和復(fù)位按鈕對定時器的控制；運(yùn)行控制程序完成定時器對上升、下降等動作的控制；停止程序完成停止處理。1.4 機(jī)械手監(jiān)控系統(tǒng)的軟、硬件聯(lián)調(diào) 1.4.1 機(jī)械手監(jiān)控系統(tǒng)電路連接

（1）斷開所有電源。

（2）按圖1.66所示連接按鈕和接線端子板PS-037。

圖1.66 按鈕SB1、SB2與PCS-037（PCI-8408）接線圖

（3）按圖1.67所示連接電磁閥和接線端子板PS-037。（4）如果機(jī)械手實(shí)訓(xùn)設(shè)備上已集成了按鈕和電磁閥，只將端子留出，可按圖1.68所示連接。

（5）用37芯D型電纜將接線端子板和計算機(jī)內(nèi)的PCI-8408連接起來。（6）接線檢查。

圖1.67 電磁閥與PS-037（PCI-8408）DO通道的連接

圖1.68 已集成好的機(jī)械手與接線端子板的連接 1.4.2 在MCGS中進(jìn)行PCI-8408板卡設(shè)備的連接與配置 連接過程包括添加設(shè)備、設(shè)置設(shè)備屬性、調(diào)試設(shè)備三部分。1.4.3 系統(tǒng)軟、硬件聯(lián)調(diào) 學(xué)習(xí)項(xiàng)目2 用IPC和MCGS實(shí)現(xiàn)電動大門監(jiān)控系統(tǒng)

內(nèi)容提要

本章通過電動大門控制實(shí)例學(xué)習(xí)采用MCGS組態(tài)軟件、IPC和PLC構(gòu)成計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的方法。

首先提出系統(tǒng)控制要求，然后對電動大門對象進(jìn)行分析，確定了控制方案。之后進(jìn)行了接口部件的選型，確定S7-200 CPU 222作為I/O接口設(shè)備，并根據(jù)其接線端子定義畫出系統(tǒng)接線圖。最后詳細(xì)介紹了用MCGS進(jìn)行監(jiān)控畫面制作、監(jiān)控程序編寫與調(diào)試的方法。

2.1電動大門監(jiān)控系統(tǒng)的方案設(shè)計 2.1.1電動大門監(jiān)控系統(tǒng)的控制要求

獨(dú)立的電動大門控制用普通繼電器和單片機(jī)實(shí)現(xiàn)比較多見。工控機(jī)用在系統(tǒng)有多種設(shè)備需要監(jiān)控的場合，如智能樓宇系統(tǒng)等。電動大門有如下控制要求：

（1）門衛(wèi)在警衛(wèi)室通過操作開門按鈕、關(guān)門按鈕和停止按鈕控制大門。

（2）當(dāng)門衛(wèi)按下開門按鈕后，報警燈開始閃爍，提示所有人員和車輛注意。5s后，門開始打開，當(dāng)門完全打開時，門自動停止，報警燈停止閃爍。

（3）當(dāng)門衛(wèi)按下關(guān)門按鈕時，報警燈開始閃爍，5s后，門開始關(guān)閉，當(dāng)門完全關(guān)閉時，門自動停止，報警燈停止閃爍。

（4）在門運(yùn)動過程中，任何時候只要門衛(wèi)按下停止按鈕，門馬上停在當(dāng)前位置，報警燈停閃。

（5）關(guān)門過程中，只要門夾住人或物品，門立即停止運(yùn)動，以防發(fā)生傷害。（6）能在計算機(jī)上動態(tài)顯示大門運(yùn)動情況。

圖1 電動大門 2.1.2電動大門監(jiān)控系統(tǒng)對象分析 1.電動大門的驅(qū)動裝置

電動大門的運(yùn)動由電動機(jī)驅(qū)動。電動大門功率一般要求不高，多采用單相異步電動機(jī)，主要技術(shù)參數(shù)如下： 輸入電壓：～220V±10% 50Hz 電機(jī)功率：370W 電機(jī)轉(zhuǎn)速：1400r/min 輸出轉(zhuǎn)速：46.6r/min 重量：18kg 啟動電流：3A 2.電動大門的主電路

電動大門的開關(guān)門動作可通過電動機(jī)正、反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)。3.電動大門對象分析 被控對象—電動大門。

被控參數(shù)—開關(guān)門動作、報警燈閃爍。

控制目標(biāo)—使電動大門能夠接收開門、關(guān)門、停止等命令，并發(fā)出正、反轉(zhuǎn)信號，大門動作后，還應(yīng)能夠檢測是否已經(jīng)全部打開或關(guān)閉，是否夾到人或物品，能夠自動停止。

控制變量—共兩個，分別控制正轉(zhuǎn)繼電器和反轉(zhuǎn)繼電器。2.1.3電動大門監(jiān)控系統(tǒng)的方案制定 1．開環(huán)控制電動大門監(jiān)控系統(tǒng)方案

開環(huán)方案若想使大門打開后停止，只能人工操作停止按鈕，或者仿照機(jī)械手系統(tǒng)用定時器實(shí)現(xiàn)自動停止。

2．閉環(huán)控制電動大門監(jiān)控系統(tǒng)方案

電動大門控制系統(tǒng)的閉環(huán)方案如圖3所示。

圖3 閉環(huán)控制的電動大門系統(tǒng)方框圖

閉環(huán)控制系統(tǒng)需要安裝3個傳感器，檢測門是否已全部打開、關(guān)閉，是否夾到人或物品。閉環(huán)控制在硬件結(jié)構(gòu)上比開環(huán)開銷略大，但可以實(shí)現(xiàn)到位后自動停止。3.本系統(tǒng)采納方案： 從人身安全、公共利益，提高自動化程度、降低勞動強(qiáng)度考慮，本系統(tǒng)選擇閉環(huán)方案

2.2電動大門監(jiān)控系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)備選型與電路設(shè)計 2.2.1命令輸入設(shè)備選型

本系統(tǒng)命令輸入設(shè)備只需要1個開門按鈕、1個關(guān)門按鈕、1個停止按鈕。為安裝方便，可選擇帶按鈕盒的三聯(lián)按鈕。2.2.2傳感器和變送器選型

大門極限位置檢測用行程開關(guān)實(shí)現(xiàn)，行程開關(guān)安裝在大門兩側(cè)，大門開關(guān)到位后碰到行程開關(guān)，觸點(diǎn)動作。檢測是否夾到人或物品的傳感器叫安全觸板，它安裝在大門上。本系統(tǒng)應(yīng)選擇至少2個行程開關(guān)，1個安全觸板開關(guān)。2.2.3執(zhí)行器選型 1．中間繼電器選型

本系統(tǒng)被控對象是單相異步電動機(jī)，電動機(jī)參數(shù)如下： 輸入電壓：～220V±10% 50Hz ；電機(jī)功率：370W 電機(jī)轉(zhuǎn)速：1400r/min ；輸出轉(zhuǎn)速：46.6r/min 重量：18kg ；啟動電流：3A 為控制電動機(jī)正、反轉(zhuǎn),需要2個中間繼電器，每個繼電器至少帶3個常開觸點(diǎn)?？蛇x擇施耐德中間繼電器。2．報警燈選型

系統(tǒng)還需要一個報警燈，可選擇施耐德旋轉(zhuǎn)反射信號燈，型號為 XVR-1M04，交流220V供電，發(fā)紅光。2.2.4計算機(jī)選型

可選擇研華PPC-125T平板電腦，該計算機(jī)將顯示器與主機(jī)集成在一起，結(jié)構(gòu)緊湊，使用時需外接鍵盤、鼠標(biāo)。計算機(jī)提供了1個PCI擴(kuò)展插槽、4個COM口、4個USB口、2個以太網(wǎng)接口等，供與外部設(shè)備進(jìn)行連接。有關(guān)研華公司及其產(chǎn)品的情況可登陸http://004km.cn/網(wǎng)站查詢。2.2.5 I/O接口設(shè)備選型

1．電動大門系統(tǒng)的I/O點(diǎn)如表2.1，共有6個DI，3個DO。

2．選擇電動大門系統(tǒng)的I/O設(shè)備

本系統(tǒng)可選擇西門子S7-200 PLC系列的CPU222作I/O接口設(shè)備。2.2.6電動大門監(jiān)控系統(tǒng)的方框圖和電路接線圖繪制（1）電動大門監(jiān)控系統(tǒng)方框圖如圖4所示。

圖4 采用CPU222作接口設(shè)備的電動大門系統(tǒng)方框圖

（2）S7-200PLC CPU222與按鈕、中間繼電器、報警燈的連接如圖5所示。

圖5 RXM4AB2U7中間繼電器與電容運(yùn)行單相電動機(jī)的連接 2.3電動大門監(jiān)控系統(tǒng)軟件的設(shè)計與調(diào)試 2.3.1工程的建立 2.3.2變量的定義 1．變量分配

根據(jù)表2.2，本系統(tǒng)至少有9個變量，如表2.3。

2．在MCGS中添加變量

圖 9 監(jiān)控畫面

2.3.3畫面的設(shè)計與編輯

1．建立畫面 2．編輯畫面

本系統(tǒng)畫面設(shè)計可參考圖9。（1）進(jìn)入畫面編輯環(huán)境。

（2）輸入文字“電動大門監(jiān)控系統(tǒng)”。（3）畫地平線。（4）畫墻體。

（5）畫電動大門。

（6）畫行程開關(guān)和安全觸板開關(guān)。打開繪圖工具箱中的圖庫，找不到合適樣式（7）畫輪子和報警燈（8）畫按鈕。

（9）畫狀態(tài)指示燈。

制作好的畫面如圖13所示。

圖13 制作完成的電動大門畫面 2.3.4 動畫連接與調(diào)試 1．按鈕的動畫連接

2．按鈕動畫連接效果的調(diào)試 3．指示燈的動畫連接

4．指示燈動畫連接效果調(diào)試 5．左右箭頭的動畫連接

6．左右箭頭的動畫連接調(diào)試 7．行程開關(guān)的動畫連接

8．行程開關(guān)的動畫連接效果調(diào)試

2.3.5 電動大門監(jiān)控系統(tǒng)的控制任務(wù)及PLC與IPC的分工

電動大門系統(tǒng)控制程序的作用是根據(jù)“開門按鈕”、“關(guān)門按鈕”、“停止按鈕”、“開門限位開關(guān)”、“關(guān)門限位開關(guān)”、“安全觸板”這六個輸入信號的情況，控制“報警燈”、“開門繼電器”、“關(guān)門繼電器”的動作。正如本章開始所述，系統(tǒng)要求具有如下功能：

（1）門衛(wèi)在警衛(wèi)室通過操作開門按鈕、關(guān)門按鈕和停止按鈕控制大門。

（2）當(dāng)門衛(wèi)按下開門按鈕后，報警燈開始閃爍，5s后，開門繼電器閉合，門開始打開，直到碰到開門限位開關(guān)（門完全打開）時，門停止運(yùn)動，報警燈停止閃爍。（3）當(dāng)門衛(wèi)按下關(guān)門按鈕時，報警燈開始閃爍，5s后，關(guān)門繼電器閉合，門開始關(guān)閉，直到碰到關(guān)門限位開關(guān)（門完全關(guān)閉）時，門停止運(yùn)動，報警燈停止閃爍。（4）在門運(yùn)動過程中，任何時候只要門衛(wèi)按下停止按鈕，門馬上停在當(dāng)前位置，報警燈停閃。

（5）關(guān)門過程中，只要門夾住人或物品，門立即停止運(yùn)動，以防止發(fā)生傷害。（6）能在計算機(jī)上動態(tài)顯示大門運(yùn)動情況。

由于I/O接口設(shè)備使用PLC，而PLC本身也可以實(shí)現(xiàn)上述定時控制，因此有兩種方案：

方案一：用PLC實(shí)現(xiàn)上述控制，IPC只進(jìn)行監(jiān)視。這時PLC既是I/O接口，也是控制器。PLC和IPC一起構(gòu)成了一個兩級結(jié)構(gòu)的DCS系統(tǒng)，PLC是系統(tǒng)中的下位機(jī)或 稱DDC計算機(jī)，負(fù)責(zé)控制任務(wù)；IPC是上位機(jī)或稱監(jiān)控計算機(jī)，負(fù)責(zé)監(jiān)視和管理。

方案二：只用PLC進(jìn)行I/O數(shù)據(jù)傳遞，IPC既進(jìn)行監(jiān)視也負(fù)責(zé)控制。我們用方案一實(shí)現(xiàn)電動大門控制。

2.3.6方案一 程序的編輯、模擬仿真運(yùn)行和調(diào)試

此時控制任務(wù)主要由PLC完成。IPC只負(fù)責(zé)從PLC采集數(shù)據(jù)，然后在顯示器上顯示出來。

1．編輯調(diào)試PLC程序

（1）定義PLC符號表，如圖16（a）所示。

（2）編輯PLC程序。一個可以實(shí)現(xiàn)本控制功能的PLC程序如圖16（b）所示。由于報警燈選用的是旋轉(zhuǎn)閃光報警燈，自帶振蕩電路，PLC程序中只送高、低電平即可。（3）下載并調(diào)試PLC程序。

圖16 電動大門系統(tǒng)方案—PLC程序和符號表 2．編輯調(diào)試MCGS程序

當(dāng)大門運(yùn)動時，希望在計算機(jī)顯示器上看到大門運(yùn)動的動畫效果。仿照機(jī)械手系統(tǒng)，做如下工作：

（1）在MCGS變量表中增加一個變量“水平移動參數(shù)”，數(shù)值型，初始值=0。（2）在MCGS循環(huán)策略的腳本程序中增加兩條語句：

IF 開門繼電器=1 THEN 水平移動參數(shù)=水平移動參數(shù)+1 IF 關(guān)門繼電器=1 THEN 水平移動參數(shù)=水平移動參數(shù)-1（3）進(jìn)行動畫效果設(shè)置。（4）進(jìn)行動畫效果調(diào)試。

2.3.7方案二程序的編輯、模擬仿真運(yùn)行和調(diào)試

此時所有控制任務(wù)由IPC實(shí)現(xiàn)。由控制要求知，系統(tǒng)需要兩個5s定時器，因此需要增加8個與定時器有關(guān)的變量，見表2.4。

1．添加一個定時器策略 2．對定時器進(jìn)行調(diào)試 3.編制腳本程序 略

2.4電動大門監(jiān)控系統(tǒng)的軟、硬件聯(lián)調(diào) 2.4.1 方案一PLC程序的編輯與調(diào)試（1）編輯如圖17所示控制程序。

（2）按表2.6進(jìn)行程序在線調(diào)試，直到得到需要的結(jié)果。

圖17 電動大門PLC控制程序

2.4.2 在MCGS中進(jìn)行S7-200 PLC設(shè)備的連接與配置

連接過程包括添加設(shè)備、設(shè)置設(shè)備屬性、調(diào)試設(shè)備三部分。2.4.3 軟硬件聯(lián)調(diào) 學(xué)習(xí)項(xiàng)目3 用IPC和MCGS實(shí)現(xiàn)儲液罐水位監(jiān)控系統(tǒng) 3.1 儲液罐水位監(jiān)控系統(tǒng)的方案設(shè)計 3.1.1 儲液罐水位監(jiān)控系統(tǒng)的控制要求

如圖3.1所示為雙儲液罐對象。罐1中液體由泵輸入，液體在其內(nèi)按照工藝要求進(jìn)行處理后送罐2，在罐2中進(jìn)一步處理后送其他設(shè)備使用。對儲液罐對象有如下控制要求：

（1）水位監(jiān)測：能夠?qū)崟r檢測罐

1、罐2中水位，并在計算機(jī)中進(jìn)行動態(tài)顯示。（2）水位控制：將水罐1水位H1控制在1～9m，水罐2水位H2控制在1～6m。（3）水位報警：當(dāng)水位超出以上控制范圍時報警。（4）當(dāng)H2低于0.5m時采取必要保護(hù)措施。

（4）報表輸出：生成水位參數(shù)的實(shí)時報表和歷史報表，供顯示和打印。（5）曲線顯示：生成水位參數(shù)的實(shí)時趨勢曲線和歷史趨勢曲線。

圖3.1 儲液罐對象組成

3.1.2 儲液罐水位監(jiān)控系統(tǒng)對象分析

由于負(fù)荷用水量（罐2出水閥開度）隨時可能變化，造成儲液罐水位隨之改變，應(yīng)該采用閉環(huán)形式隨時檢測水位變化并實(shí)時調(diào)整進(jìn)水量。此外，罐1水位H1控制范圍1-9m，罐2水位H2控制范圍1-6m，范圍都很寬，控制品質(zhì)要求較低，因此控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制算法都可以簡單。H2不在規(guī)定范圍時，說明罐2進(jìn)水量與出水量不平衡，理論上調(diào)節(jié)進(jìn)水量和出水量都可以達(dá)到控制H2的目的。但出水量主要受負(fù)荷需求控制，一般不應(yīng)限制，只能最大限度滿足。因此當(dāng)H2過高或過低時，應(yīng)該調(diào)整其進(jìn)水量。

由于H2控制精度要求不高，可采用H2過低時接通進(jìn)水閥；H2過高時斷開進(jìn)水閥的方法。

同樣，H1不在規(guī)定范圍時，說明罐1進(jìn)水量與出水量不平衡，可以通過調(diào)節(jié)罐1進(jìn)水量或出水量達(dá)到控制H1的目的。罐1出水量已用于控制罐2水位，只能選擇改變罐1進(jìn)水量的方法控制H1。

同樣由于H1控制要求不高，可采用H1過低時接通水泵；H1過高時斷開水泵的方法。

此算法控制器輸出的控制信號只有0和1兩個值，對應(yīng)執(zhí)行器只有通和斷兩個 位置，被稱為“位式控制”算法。當(dāng)液位高于上限或低于下限時，控制器動作；當(dāng)液位在上、下限之間時，控制器保持原來狀態(tài)不變。在位式控制中，這種算法屬于帶有中間區(qū)的位式控制算法。當(dāng)被控參數(shù)處于中間區(qū)時，控制器輸出保持原有狀態(tài)。從控制效果看，中間區(qū)往往是被控參數(shù)波動的范圍，實(shí)際運(yùn)行時，由于對象存在慣性，被控參數(shù)的波動范圍可能略大于中間區(qū)?？偨Y(jié)：

被控對象——儲液罐1和2。

被控參數(shù)——罐1水位H1、罐2水位H2。

控制目標(biāo)——使H1在1~9m范圍；H2在1~6m范圍?？刂谱兞俊?進(jìn)水量和罐2進(jìn)水量?？刂扑惴ā獛е虚g區(qū)的位式控制算法。3.1.3 儲液罐水位監(jiān)控系統(tǒng)初方案制訂

水位系統(tǒng)方框圖如圖3.4所示。水位H1和H2經(jīng)檢測后通過輸入接口送計算機(jī)，計算機(jī)根據(jù)水位高低發(fā)出控制命令，控制命令通過輸出接口作用到水泵、罐2進(jìn)水閥上，實(shí)現(xiàn)對水位H1和H2的閉環(huán)控制。

圖3.4 閉環(huán)控制的儲液罐系統(tǒng)方框圖

3.2 儲液罐水位監(jiān)控系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)備選型與電路設(shè)計 3.2.1 命令輸入設(shè)備選型

本系統(tǒng)命令有：啟動、停止、手動、自動。命令輸入設(shè)備可使用外接按鈕，也可直接利用鍵盤、鼠標(biāo)，在計算機(jī)上輸入。本系統(tǒng)采用第二種，直接在計算機(jī)上輸入命令。

3.2.2 傳感器和變送器選型 這里選用DBYG型擴(kuò)散硅壓力變送器。3.2.3 執(zhí)行器選型 1．水泵選型

2．進(jìn)水閥與出水閥選型 3.2.4 計算機(jī)選型

可選擇研華ARK-5280嵌入式工控機(jī)。3.2.5 I/O接口設(shè)備選型

1．儲液罐系統(tǒng)I/O點(diǎn)基本情況

儲液罐系統(tǒng)的I/O點(diǎn)如表3.2，共有2個AI，3個DO。

2．儲液罐系統(tǒng)的I/O設(shè)備選擇 提供兩種方案。

方案一：選擇研祥PCL-818L多功能板卡作為I/O接口設(shè)備。方案二：選擇西門子S7-200 PLC作為I/O接口設(shè)備。

3.2.6 利用PCL-818L板卡做接口設(shè)備的系統(tǒng)方框圖和電路接線圖繪制 1．儲液罐監(jiān)控系統(tǒng)方框圖 2．儲液罐監(jiān)控系統(tǒng)接線圖

圖3.9 使用PCL-818L板卡作接口設(shè)備的儲液罐系統(tǒng)方框圖

3．儲液罐監(jiān)控系統(tǒng)I/O分配表

儲液罐監(jiān)控系統(tǒng)I/O分配表見表3.5。

3.2.7 利用S7-200 PLC做接口設(shè)備的系統(tǒng)方框圖和電路接線圖繪制 1．儲液罐監(jiān)控系統(tǒng)方框圖

圖3.18 使用CPU224XP型PLC作接口設(shè)備的儲液罐系統(tǒng)方框圖

2．儲液罐監(jiān)控系統(tǒng)接線圖 3．儲液罐監(jiān)控系統(tǒng)I/O分配表

3.3 儲液罐系統(tǒng)監(jiān)控軟件的設(shè)計與調(diào)試

第五篇：組態(tài)軟件課程設(shè)計

《組態(tài)軟件及應(yīng)用》課程設(shè)計報告

基于組態(tài)軟件的變頻器狀態(tài)監(jiān)控狀態(tài)設(shè)計

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二零一五年十二月二十五日

目錄

1.序言....................................................1 2.力控組態(tài)軟件介紹........................................1 2.1 力控組態(tài)軟件簡介...........................................1 2.2力控組態(tài)軟件特點(diǎn)............................................1 2.3軟件基本組件................................................3 3.變頻器應(yīng)用的現(xiàn)狀........................................3 4.變頻器監(jiān)控系統(tǒng)的硬件組成................................4 5.變頻器監(jiān)控系統(tǒng)要求......................................5 5.1監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)要求............................................5 5.2監(jiān)控系統(tǒng)具體要求............................................6 6.變頻系統(tǒng)監(jiān)控功能的實(shí)現(xiàn)及效果............................5 7.人機(jī)界面的特點(diǎn)功能與畫面設(shè)計............................6 7.1人機(jī)界面的特點(diǎn)..............................................6 7.2人機(jī)界面的主要功能..........................................7 7.3人機(jī)界面的畫面設(shè)計..........................................7 7.4監(jiān)控系統(tǒng)軟件組態(tài)............................................8 8.心得體會...............................................13 附錄 參考文獻(xiàn)..........................................13

1.序言

隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，自動化、智能化程度的不斷提高，高壓大功率變頻調(diào)速裝置的應(yīng)用已經(jīng)非常普遍，同時由于高壓變頻器幾乎都是工礦企業(yè)的關(guān)鍵設(shè)備，在工廠自動化中占有舉足輕重的地位，因此對其控制功能、控制水平的要求也越來越高，尤其對于那些工藝過程較復(fù)雜，控制參數(shù)較多的工控系統(tǒng)來說，具備交互式操作界面、數(shù)據(jù)列表、報警記錄和打印等功能已成為整個控制系統(tǒng)中重要的內(nèi)容。而新一代工業(yè)人機(jī)界面的出現(xiàn)，對于在構(gòu)建高壓變頻器監(jiān)控系統(tǒng)時，實(shí)現(xiàn)上述功能，提供了一種簡便可行的途徑。工業(yè)人機(jī)界面，是一種智能化操作控制顯示裝置。工業(yè)人機(jī)界面由特殊設(shè)計的計算機(jī)系統(tǒng)32位芯片為核心，在液晶顯示屏上罩蓋有透明的電阻網(wǎng)絡(luò)式觸摸屏，觸動屏幕時，電阻網(wǎng)絡(luò)上的電阻和電壓發(fā)生變化并由軟件計算出觸摸位置。新一代工業(yè)人機(jī)界面還具有簡單的編程、對輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、數(shù)據(jù)登錄及配方等智能化控制功能。

2.力控組態(tài)軟件介紹

2.1 力控組態(tài)軟件簡介

力控組態(tài)軟件是對現(xiàn)場生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與過程控制的專用軟件，位于自動控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級。它提供了良好的用戶開發(fā)界面和簡捷的工程實(shí)現(xiàn)方法，只要將其預(yù)設(shè)置的各種軟件模塊進(jìn)行簡單的“組態(tài)”，便可以非常容易地實(shí)現(xiàn)和完成監(jiān)控層的各項(xiàng)功能，縮短了自動化工程師的系統(tǒng)集成的時間，大大的提高了集成效率。它能同時和國內(nèi)外各種工業(yè)控制廠家的設(shè)備進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通訊，它可以與高可靠的工控計算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)合，便可以達(dá)到集中管理和監(jiān)控的目的，同時還可以方便的向控制層和管理層提供軟、硬件的全部接口，來實(shí)現(xiàn)與“第三方”的軟、硬件系統(tǒng)來進(jìn)行集成。

2.2力控組態(tài)軟件特點(diǎn)

力控組態(tài)軟件在數(shù)據(jù)處理性能、容錯能力、界面容器、報表等方面產(chǎn)生了巨大飛躍，功能更強(qiáng)大，主要特點(diǎn)如下：

提供在Internet/Intranet上通過IE瀏覽器以“瘦”客戶端方式來監(jiān)控工業(yè)現(xiàn)場的解決方案；

支持通過PDA掌上終端在Internet實(shí)時監(jiān)控現(xiàn)場的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，支持通過移動GPRS、CDMA、GSM網(wǎng)絡(luò)與控制設(shè)備或其它遠(yuǎn)程力控節(jié)點(diǎn)通訊；

面向國際化的設(shè)計，同步推出英文版和繁體版，保證對多國語言版的快速支持與服務(wù)；

力控軟件內(nèi)嵌分布式實(shí)時數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫具備良好的開放性和互連功能，可以與MES、SIS、PIMS等信息化系統(tǒng)進(jìn)行基于XML、OPC、ODBC、OLE DB等接口方式進(jìn)行互連，保證生產(chǎn)數(shù)據(jù)實(shí)時地傳送到以上系統(tǒng)內(nèi)。

個分布式的數(shù)據(jù)庫分別對連接自己的I/O Server進(jìn)行采集數(shù)據(jù)和處理，如輸入數(shù)據(jù)的量程變換、流量累積、報警檢查，以及PID運(yùn)算等，這種體系結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性在于，各組件任務(wù)分配更合理，使您的系統(tǒng)實(shí)時性更好，穩(wěn)定性更高。

在今天，企業(yè)管理者已經(jīng)不再滿足于在辦公室內(nèi)直接監(jiān)控工業(yè)現(xiàn)場，基于網(wǎng)絡(luò)瀏覽器的Web方式正在成為遠(yuǎn)程監(jiān)控的主流，作為民族軟件中國內(nèi)最大規(guī)模SCADA系統(tǒng)的WWW網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的軟件，力控R監(jiān)控組態(tài)軟件的分布式的結(jié)構(gòu)保證了發(fā)揮系統(tǒng)最大的效率。力控?為滿足企業(yè)的管控一體化需求提供了完整、可靠的解決方案。

圖2.1 力控組態(tài)軟件的應(yīng)用結(jié)構(gòu)

2.3軟件基本組件

工程管理器、人機(jī)界面VIEW、實(shí)時數(shù)據(jù)庫DB、I/O驅(qū)動程序、控制策略生成器以及各種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)組件等。

圖2.2 力控組態(tài)軟件框架圖

3.變頻器應(yīng)用的現(xiàn)狀

變頻器的發(fā)展是世界生產(chǎn)力和經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的產(chǎn)物。近年來，交流變頻調(diào) 速技術(shù)在我國有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，變頻調(diào)速在調(diào)速范圍、調(diào)速精度、通訊功能、節(jié)約電能、工作效率等方面的優(yōu)勢是其他的交流調(diào)速方式無法比擬的。變頻器就是基于交流電動機(jī)的變頻調(diào)速而開發(fā)和應(yīng)用的，它以體積小、重量輕、通用性強(qiáng)、使用范圍廣、保護(hù)功能完善、可靠性高、操作簡便等優(yōu)點(diǎn)，深受鋼鐵、冶金、礦山、石化、醫(yī)藥、食品、紡織、印染、機(jī)械、電力、建材、造紙 等行業(yè)的歡迎，使用變頻器后經(jīng)濟(jì)效益和社會效益都非常顯著。

PLC技術(shù)是一種以計算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。近幾年來，PLC技術(shù)在各種工業(yè)過程控制、生產(chǎn)線自動控制及各類機(jī)電一體化設(shè)備控制中得到了廣泛應(yīng)用，成為工業(yè)控制領(lǐng)域的一項(xiàng)十分重要的應(yīng)用技術(shù)。目前PLC已廣泛應(yīng)用于石油、化工、冶金、輕工、機(jī)械、電力等各行各業(yè)，實(shí)現(xiàn)了邏輯、步進(jìn)、數(shù)字、機(jī)器人、模擬量等的自動控制。隨著數(shù)字化時代的到來，軟件領(lǐng)域?qū)⒉粩嗟叵蛴布B透，不斷地用軟件來代替硬件，從而實(shí)現(xiàn)智能控制和生產(chǎn)自動化。PLC就是計算機(jī)技術(shù)向繼電器等硬件領(lǐng)域滲透的產(chǎn)物，用軟件來代替硬件，用軟件程序代替硬件繼電器，從而為系統(tǒng)的連接及改造提供了方便，可以節(jié)約成本提高工作效率。PLC可以說是專門為工業(yè)嚴(yán)酷的環(huán)境設(shè)計的小型計算機(jī)，已成為工業(yè)控制領(lǐng)域中占主導(dǎo)地位的基礎(chǔ)自動化設(shè)備。

5.2監(jiān)控系統(tǒng)具體要求

1)信號采集和數(shù)據(jù)處理： 對來自現(xiàn)場的非標(biāo)準(zhǔn)信號數(shù)據(jù)通過組態(tài)軟件轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號。

2)狀態(tài)顯示：將變頻器啟動、停止、就緒、合閘、接通、運(yùn)轉(zhuǎn)、旁通、告警、外控等狀態(tài)通過組態(tài)軟件動態(tài)的顯示于監(jiān)控畫面上，具有實(shí)時、動態(tài)效果。

3)監(jiān)控操作： 對頻率、溫度、電流、電壓、風(fēng)壓等進(jìn)行自動實(shí)時監(jiān)測。

4)操作畫面：在操作畫面上可查詢裝置的電壓、電流、功率、溫度等實(shí)時和歷史數(shù)據(jù)，還可查詢實(shí)時、歷史曲線和設(shè)備狀態(tài)并可按要求設(shè)定和打印出實(shí)時報表和歷史報表。

6.變頻系統(tǒng)監(jiān)控功能的實(shí)現(xiàn)及效果

進(jìn)行編程后的監(jiān)測、控制系統(tǒng)，針對變頻系統(tǒng)的特點(diǎn)，集實(shí)時顯示、流程控制、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、工程報表、歷史曲線和實(shí)時曲線顯示等功能于一身，并能保存和打印歷史數(shù)據(jù)為系統(tǒng)分析使用。可以完成如下功能：

1)實(shí)時監(jiān)控設(shè)備工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)全生產(chǎn)過程實(shí)時管理。高壓變頻器運(yùn)行狀態(tài)十分重要，而監(jiān)控系統(tǒng)的建立為管理部門提供的實(shí)時動態(tài)信息，能有效地幫助值班人員及時了解設(shè)備工作狀態(tài)。

2)提供靈活的實(shí)時曲線和歷史曲線顯示功能。通過比較當(dāng)前和歷史趨勢數(shù)據(jù)，特別是結(jié)合裝備安全運(yùn)行的多參數(shù)模型，可以及早報告故障隱患。

3)實(shí)時報表管理方便地解決了現(xiàn)場定時數(shù)據(jù)抄寫、維護(hù)及繁瑣的數(shù)據(jù)處理工作，記錄員不必再每天花費(fèi)大量的精力填寫報表，提高了企業(yè)的辦公能力和管理水平，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

4)數(shù)據(jù)化的管理提高了企業(yè)數(shù)據(jù)的透明度并消除了人為因素，將成本核算納入更規(guī)范的管理體系。

5)監(jiān)控系統(tǒng)具有界面友好，易于操作，運(yùn)行可靠，便于更改、擴(kuò)充、升級等優(yōu)點(diǎn)，同時，系統(tǒng)造價很低，具有較高的性價比。

7.人機(jī)界面的特點(diǎn)功能與畫面設(shè)計

7.1人機(jī)界面的特點(diǎn)

人機(jī)界面是新一代高科技可編程終端，具備與各品牌PLC連線監(jiān)控能力，適于在惡劣的工業(yè)環(huán)境中應(yīng)用，可代替普通工控計算機(jī)。其主要特點(diǎn)有：

1)畫面容量大，畫面規(guī)劃簡單；

2)全中文操作軟件，適用于Windows95/98/NT等環(huán)境，指令豐富，編程簡單；

運(yùn)行策略分別進(jìn)行組態(tài)設(shè)置，如在用戶策略中，利用策略工具箱添加腳本構(gòu)件、存盤數(shù)據(jù)提取構(gòu)件等，以實(shí)現(xiàn)所需的功能。

7.4監(jiān)控系統(tǒng)軟件組態(tài)

軟件組態(tài)部分完成監(jiān)控系統(tǒng)與操作人員間的交互界面，是實(shí)現(xiàn)對整個系統(tǒng)的監(jiān)視、控制、調(diào)度和管理的核心。人機(jī)界面分為兩部分，一部分是用于日常監(jiān)視、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置的主界面，另一部分是用于指示、管理非日常監(jiān)視信息，如各種報表、曲線及趨勢圖、歷史記錄等的子界面。1)幀發(fā)送

本設(shè)計的通信幀中有專門的廣播幀用于此功能，如統(tǒng)一對所有變頻器的輸入運(yùn)行命令和頻率命令進(jìn)行設(shè)定。廣播幀格式與標(biāo)準(zhǔn)幀格式一樣，區(qū)別在于其中的“站地址”位設(shè)定為：99號機(jī)。一般而言，大部分的變頻器在PCAuto中都有驅(qū)動。如果系統(tǒng)采用的變頻器在PCAuto中無驅(qū)動，則可以采取其他方式。這是因?yàn)镻CAuto是基于ODBC標(biāo)準(zhǔn)的，能提供與第三方軟件的通信方式，如采用DDE或OLE方式可以很方便地實(shí)現(xiàn)通信功能。

選用幀中選擇要求（寫入）幀格式如下（計算機(jī)<——>變頻器）：

圖7.1 幀發(fā)送

2)畫面設(shè)計

圖7.2為變頻器的監(jiān)控組態(tài)界面。其中包括電流、電壓、頻率的列表顯示、動畫顯示及實(shí)時曲線顯示，便于從直觀上了解電動機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。一旦出現(xiàn)報警情況，則立即進(jìn)入報警狀 態(tài)，并根據(jù)報警內(nèi)容做出相應(yīng)的處理（如緊急停機(jī)等），可實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的正/反轉(zhuǎn)、加/減速、停機(jī)等控制，還可以獲得一些歷史數(shù)據(jù)（表、曲線、圖）及故障報警 等，極大地方便了生產(chǎn)操作人員對一線現(xiàn)場的監(jiān)督、控制、管理。

圖7.2 主控界面

3)建立實(shí)時數(shù)據(jù)庫

在Draw的導(dǎo)航器中單擊“實(shí)時數(shù)據(jù)庫組態(tài)”，啟動實(shí)時數(shù)據(jù)庫組態(tài)程序。

圖7.3 參數(shù)設(shè)置

5)I/O檢查

可對各臺變頻器的通用輸出/輸入端子狀態(tài)、用戶選件輸入狀態(tài)等進(jìn)行實(shí)時監(jiān)視。通過對各臺下位機(jī)的循環(huán)檢測可知各臺下位機(jī)與上位機(jī)的通信是否正常。6)維護(hù)信息

可顯示各臺變頻器的機(jī)種、容量、ROM版本、累計運(yùn)行時間、1小時變頻器內(nèi)最高溫度及散熱片最高溫度、鍵盤面板、RS-485、選件卡的通信出錯次數(shù)等信息，便于工程技術(shù)人員了解情況。7)報警信息

當(dāng)出現(xiàn)故障時立刻進(jìn)入報警子畫面，顯示報警的歷史原因、報警時的輸出電壓、電流、頻率、轉(zhuǎn)矩及當(dāng)時的設(shè)定值等、報警時輸入/輸出端子狀態(tài)、最新報警發(fā)生次數(shù)及多重 報警等信息。通過查看報警信息及歷史數(shù)據(jù)，極大地方便了現(xiàn)場技術(shù)人員的維護(hù)，使得維護(hù)更加準(zhǔn)確、簡捷，縮短故障處理時間，使生產(chǎn)更加穩(wěn)定。

圖7.7 故障界面

8.心得體會

通過這次課程設(shè)計，我翻閱了大量的相關(guān)書籍，從中學(xué)習(xí)領(lǐng)會了許多，這次課程設(shè)計主要是以力控組態(tài)軟件為核心的監(jiān)控系統(tǒng)，具有界面友好，易于操作，運(yùn)行可靠，便于更改、擴(kuò)充、升級等優(yōu)點(diǎn)，同時，系統(tǒng)造價也遠(yuǎn)低于進(jìn)口同類設(shè)備，具有較高的性價比。采用組態(tài)軟件進(jìn)行工業(yè)控制是現(xiàn)代化工業(yè)的一個發(fā)展方向。

本系統(tǒng)不僅實(shí)現(xiàn)了對高壓變頻器各參數(shù)的在線實(shí)時監(jiān)測與控制，而且在實(shí)際使用過程中也取得了良好效果，加強(qiáng)了職能部門對高壓變頻器的監(jiān)測，規(guī)范了職工行為。對高壓變頻器實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)化管理，提高了變頻設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性，保證了現(xiàn)場的安全運(yùn)行。

這次課程設(shè)計中也遇到了一些難題，雖然我的課程設(shè)計不是很成熟，還有很多不足之處，但還是感到欣慰，因?yàn)檫@里面的每一個頁面，都有自己的勞動與同學(xué)的幫助。當(dāng)看著自己的成果，真是莫大的幸福和欣慰。我相信其中的酸甜苦辣最終都會化為甜美的甘泉。

最后還要感謝老師，老師認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神和深厚的理論水平都使我收益匪淺。她無論在理論上還是在實(shí)踐中，都給與我很大的幫助，使我得到不少的提高這對于我以后的工作和學(xué)習(xí)都有一種巨大的幫助，感謝她耐心的輔導(dǎo)。

附錄 參考文獻(xiàn)

［1］趙良炳 現(xiàn)代電力電子技術(shù)基礎(chǔ) 清華大學(xué)出版社 ［2］田效伍 交流調(diào)速系統(tǒng)與變頻器應(yīng)用 機(jī)械工業(yè)出版社 ［3］徐江海 單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)學(xué)程 機(jī)械工業(yè)出版社