第一篇：學習組態心得

“組態”的概念是伴隨著集散型控制系統的出現而被廣大的生產過程自動化技術人員所認識的。在工業控制技術的不斷發展和應用過程中，PC（包括工控機）相比以前的專用系統具有的優勢日趨明顯。這些優勢主要體現在：PC技術保持了較快的發展速度，各種相關技術已臻成熟；由PC構建的工業控制系統具有相對較低的運行成本；PC的軟件資源和硬件資源豐富，軟件之間的互操作性強；基于PC的控制系統易于學習和使用，可以容易地得到技術方面的支持。在PC技術向工業控制領域的滲透中，組態軟件將占據非常特殊而且重要的地位。

組態軟件提供了自動控制系統監控層一級的軟件平臺和開發環境，使用靈活的組態方式，為用戶提供快速構建工業自動控制系統監控功能和數據采集與過程控制。組態軟件能支持各種工控設備和常見的通信協議，并且通常應提供分布式數據管理和網絡功能。對應于原有的人機接口軟件的概念，組態軟件應該是一個使用戶能快速建立自己的hmi的軟件工具。過去工控領域的用戶通過手工編寫hmi應用，開發時間長，效率低，可靠性差；通常是封閉的系統，選擇余地小，往往不能滿足需求，很難與外界進行數據交互，升級和增加功能都受到嚴重的限制。組態軟件可以把用戶從這些困境中解脫出來，利用組態軟件的功能，構建一套最適合自己的應用系統。隨著它的快速發展，實時數據庫、實時控制、通訊及聯網、開放數據接口、對I/O設備的廣泛支持,已經成為它的主要內容。而且其全面支持activex、擴展能力強、支持OPC等工業標準、控制功能強。現代企業的生產已經趨向國際化、分布式的生產方式。internet將是實現分布式生產的基礎。組態軟件能夠從原有的局域網運行方式跨越到支持internet進行訪問的開放式系統。

隨著工業控制系統應用的深入，在面臨規模更大、控制更復雜的控制系統時，人們逐漸意識到原有的上位機編程的開發方式，對項目來說是費時費力的。同時，mis（管理信息系統，management information system）和cims（計算機集成制造系統，computer integrated manufacturing system）的大量應用，要求工業現場為企業的生產、經營、決策提供更詳細和深入的數據，以便優化企業生產經營中的各個環節。組態軟件也能滿足這一需求。

組態軟件的控制功能和前景

隨著以工業PC為核心的自動控制集成系統技術的日趨完善，用戶要考慮一些實質性的應用功能，如PLC，先進過程控制策略等。

軟PLC是基于PC機開放結構的控制裝置，它具有硬PLC在功能、可靠性、速度、故障查找等方面的特點，利用軟件技術可將標準的工業PC轉換成全功能的PLC過程控制器。軟PLC綜合了計算機和PLC的開關量控制、模擬量控制、數學運算、數值處理、通信網絡等功能，通過一個多任務控制內核，提供了強大的指令集、快速而準確的掃描周期、可靠的操作和可連接各種I/O系統及網絡的開放式結構。軟PLC提供了與硬PLC同樣的功能，而同時具備了PC環境的各種優點。隨著企業提出的高柔性、高效益的要求，以經典控制理論為基礎的控制方案已經不能適應，以多變量預測控制為代表的先進控制策略的提出和成功應用之后，先進過程控制受到了過程工業界的普遍關注。先進過程控制是指一類在動態環境中，基于模型、充分借助計算機能力，為工廠獲得最大理論而實施的運行和控制策略。先進控制策略主要有：雙重控制及閥位控制、純滯后補償控制、解耦控制、自適應控制、差拍控制、狀態反饋控制、多變量預測控制、推理控制及軟測量技術、智能控制（專家控制、模糊控制和神經網絡控制）等，尤其智能控制已成為開發和應用的熱點。組態軟件產生于過程工業自動化的需求，目前，國內許多大企業紛紛投資，在裝置自動化系統中實施先進控制。可以看出能嵌入先進控制和優化控制策略的組態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的控制方式與技術已完全與現代企業接軌。中國的現代化建設正處于上升期，新項目的上馬、基礎設施的改造大量需要組態軟件的應用，另一方面，傳統產業的改造、原有系統的升級和擴容也需要組態軟件的支撐。這套系統應該有一定的市場前景。

第二篇：學習plc單片機組態軟件,嵌入式的一些心得

學習plc，單片機，組態軟件,嵌入式的一些心得

學習plc，單片機，組態軟件,嵌入式的一些心得

如果專注于某一興趣，且投入進去，那么一定會有一種感覺：學習真的沒完沒了，永遠有學不完的東西！

plc，51單片機，嵌入式系統，組態軟件等等這些東西要學精學透真的必須踏踏實實的下功夫去鉆研，要花大量的時間和精力！同時這些知識必須不斷溫習和鞏固且要去實踐，否則即便是當時理解了學會了，過些時日有些知識點便會遺漏掉。

上周用51單片機開發板+固態繼電器+DC5V手機充電器+DC24V開關電源+DC24V繼電器+飛利浦電風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識，尤其是51單片機1602液晶顯示出現的一些問題，這些問題如果不是自己動手是不可能發現的!

本周，終于編寫plc程序并動手實踐接線了。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學得很好了，但是通過實踐發現理論和實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幾乎是一晚上沒有睡好覺，第二天還不斷打電話請教別人，結果是電話費浪費不老少問題依然沒有解決。直到第三天通過自己不斷實驗和設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或者驅動程序有問題，搞得人真的好憔悴。通過實踐發現西門子的編程軟件功能真的太強大了！對于plc的接線，工作電源等等資源有了更深的認識。真的是：實踐出真知！

接下來就要動手實踐通過上位機組態軟件來控制plc了。這也是一個大工程。

以前總希望自己的一些同事，年輕的大學生多學點業務知識。現在看來真的不要去學習這些東西了。玩硬件是很花錢的，花錢耗精力不說，關鍵是不能為自己帶來經濟效益，而且領導根本就不重視技術！在國企，想通過真本事改變命運真的幾乎不可能，要想出頭還得下血本送禮請客溜須。

自從學上這些東西之后，我是欲罷不能了。因為只有強烈的興趣而且熱愛這些東西，一個人才能孤獨的堅持學習。也只有在電子世界我才能有一種歸屬感！

對于愛學習的人來說，永遠有學不完的東西要學，永遠覺得時間和精力不夠。然而現實是：凡是愛學習的人，愛好鉆研技術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技術？

世上的眾多情感中，我唯獨不信愛情！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，現實很殘酷！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。“身體好，才是真的好！”，試想，有誰會躺在棺材里數鈔票，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，組態軟件很簡單就能學會。組態王和MCGS組態軟件不知道哪個更好？就先學MCGS吧！感覺組態軟件的腳步程序和一些函數必須要非常熟悉才能組建一個較完善的工程。組態軟件和plc構建工程時，plc的程序怎么寫呢？這個問題是學習組態軟件的最大難點。

STM32的學習，有所停滯；一定要堅持把STM32學透，哪怕花兩年的時間。最終要用STM32和固態繼電器設計出一個帶液晶界面功能強大的近似于萬能的plc。不過，這個plc只能用c語言編寫程序。

人必須要學會變態！

第三篇：組態大作業

河南機電高等專科學校自動控制系

《組態軟件及應用》學習報告

題目：力控組態軟件控制策略特點、適用條件及主

要功能模塊分析

系 部: 自動控制系

專 業: 電氣自動化

班 級: 自136班

姓 名: 馮亞坤

學 號: 131415617 指導老師: 白敬彩

成 績:

二零一五年十一月二十八日

一 力控組態軟件控制策略特點

1.1 PC控制概述

隨著計算機操作系統穩定性和監控組態軟件可靠性的提高，提高監控組態軟件的控制功能水平就變得越來越重要了。尤其是在少量監控點數的應用場合，PC機中插入或用串口連接

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

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

這些控制設備與 PC 間都提供了便利的通訊手段，借助 PC 上組態軟件提供的 策略控制器的豐富算法，就可以彌補這些設備在運算、控制能力上的不足，充分 發揮其作用。另外，PC-Based 設備已經實現了標準化、模塊化，例如工業 PC 具有完整的 A/I、A/O、D/I、D/O、計數器等 I/O 卡件，這些 PC-Based 設備在電氣性能指標 上完全符合工業界的要求，在可靠性、穩定性、甚至冗余設計等方面都能夠滿足 工廠的控制要求，而且因系統在成本、開放性、靈活性、界面等方面的優勢而日 益受到用戶的青睞，將給工業控制系統帶來巨變。

目前基于工業PC的設備已經實現了標準化、模塊化，它們具有完整的A/I、A/O、D/I、D/O、計數器等I/O卡件，基本上能夠滿足工廠的控制要求，而且系統在成本、開放性、靈活性、界面等方面的優勢具有較大的優勢，同時現場總線技術的發展使工業PC和現場總線構成的控制系統走向開放，開放使應用規模可以自由伸縮，擴展應用變得極為方便，同時降低了安裝維護費用，最終使用戶受益。

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

1．2 策略在力控中的結構

力控的控制策略是作為實時數據庫上的一個組件，它的優點是可以和 HMI 共享全局數據庫，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、不同類型的設備同時參與一個對象的計算與控制。另外可以彌補一些設備控制能力和容量的不足。

在下圖所示的例子中，一個中控室內共有三套控制設備，分別是：在1995年投入運行的A廠家生產的某型號 PLC X、在1992年投入使用的B廠家生產的 某型號控制器Y和在1990年投入使用的C廠家生產的數據采集器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設備、Y設備和Z設備之中，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。

與傳統的DCS、PLC控制系統相比，控制策略生成器（StrategyBuilder）充分體現了控制功能豐富、系統組建靈活、擴展方便的特點。在控制策略生成器中有變量、數學運算、邏輯功能、程序控制和控制算法等類別的近70個功能塊，運用這些功能塊可搭建出各種功能強大的控制策略。

二 力控組態軟件控制的適應條件

2.1 適應條件

力控控制策略生成器是一個既可以運行在Windows98/2000/NT環境，又可以運行于Windows CE、DOS等嵌入式環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界面，具備與實時數據庫、圖形界面系統通訊的功能。其工作畫面如圖2-1所示。在此圖中可看到畫面的左側列出了各種功能塊，畫面的右側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。主策略首先被執行，主策略可以調用其他策略。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。高級策略可以調用低級策略，而低級策略不可以調用高級策略。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。

策略只能調用其子策略，不能跨級調用，如不允許主策略調用二級策略。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，最終運算結果的變量連接，在每一個變量功能塊的屬性框中都可以選擇變量數據源/目的名稱及其參數名稱。

變量功能塊包含的算法種類如下：

常數：該塊輸出一個常數，可以作為其他功能塊的輸入。沒有輸入，一個輸出； 數據庫輸入變量：把實時數據庫中的變量作為一個其它運算的一個輸入。沒有輸入，一個輸出；

數據庫輸出變量：把運算的結果輸出到實時數據庫的一個點參數中。一個輸入，沒有輸出；

系統變量：一些特殊的變量，可以作為其它運算的輸入。沒有輸入，一個輸出： 輸入變量：該功能塊可以引用控制點中沒有作為輸入輸出腳的參數，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中的參數進行賦值。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、最終運算結果的變量連接。在每一個變量功能塊的屬性框中都可以選擇變量數據源/目的名稱及其參數名稱。共有常數、輸入變量、輸出變量、系統變量、全局輸入變量和全局輸出變量等6個變量功能塊。

3.2 數學運算功能塊

數學運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、平方根、常用對數、自然對數和取整等18個數學運算功能塊。

數學運算功能塊包含的算法種類如下

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

求余：把兩個操作數求余。如果輸入 in2 等于 0，則輸出為無效，后續計算 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：輸入的以 e 為底的冪。兩個輸入，一個輸出；

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

自然對數：求自然對數。如果輸入小于或等于 0，則輸出為無效，后續計算將不 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 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，并產生單一布爾輸出。功能塊可以要求實型或布爾型輸入。實型輸入可以是外部輸入，內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、定長度脈沖、最大時限脈沖、帶死區的等于比較、帶死區的不等于比較、帶死區的大于等于比較、帶死區的大于比較、帶死區的小于比較、帶死區的小于等于比較、延時、ON延時、OFF延時、看門狗、選通器、變化檢測、RS觸發器邏輯與功能：求三個輸入的相與的結果。根據選擇類型的不同，可以是邏輯與，字節與，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： 參數數據類型功能類型字節0，位，1，字節，2，字，3，雙字四個輸入一個輸出輸入： 輸入：

數據類型功能使能端邏輯量運算是否執行操作數1參數0 操作數2參數0 操作數3參數0 輸出： 輸出數據類型功能輸出參數0計算結果

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、調用子策略、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。共有純滯后補償、濾波器、一階傳遞函數、模擬輸入、模擬輸出、數字輸入、數字輸出、計時器、計數器、PID控制器、線性變換、開關控制器

51、開關控制器

13、三者取中、限值器、累計器、比例器、溫壓補償、高低選和平均、通用線性化、比值控制器、斜坡控制器、數字組合點、計算器、條件動作表、加權平均等近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，完成各種優化控制、APC等高級控制功能。

第四篇：組態教案

先導知識學習

內容提要

本章介紹計算機控制系統的基本組成和分類，采用組態控制技術的計算機控制系統和一般計算機控制系統的異同以及常用組態控制產品。0.1 計算機控制系統

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

計算機在實現其控制功能的時候往往還需要一些設備的配合，這些設備與計算機、被控設備一起統稱為計算機控制系統。0.1.1 人是如何對設備進行控制的？

現在通過水罐水位控制實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：將實際水位和期望的水位進行比較，根據差值先判斷需要開大還是關小進水閥門，再根據差值估計進水閥開度的改變量—用大腦。（3）行動：改變閥門開度—用手。（4）重復步驟（1）～（3），直到水位達到期望范圍。

圖0.1 水罐對象

0.1.2 自動控制系統的組成

如果用水位變送器代替人眼，用電動調節器代替人腦、用電動調節閥代替人手，用給定器輸入水位給定值，就構成了一個水位自動控制系統，如圖0.2所示。

圖0.2 水位自動控制系統

在該系統中，水位變送器不斷地檢測水位，并將其轉換成電流信號送給電動調節器，電動調節器像人腦一樣接收水位信號和水位給定信號，將兩者進行比較，根據偏差計算出給水調節閥門的開度，并將開度信號以電流形式送給電動調節閥門，電動調節閥門根據電流大小改變給水閥門開度，調節給水流量，從而達到控制水位的目的。

由水位自動控制系統，我們引出了一般自動控制系統的典型組成結構，如圖0.3所示。

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

圖0.5 開環控制系統方框圖

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

0.1.3 計算機控制系統的組成

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

計算機控制系統的組成框圖如圖0.7所示。與一般自動控制系統相比，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節的輸入信號（通常為電信號）轉換為計算機能夠接收的數字信號；輸出接口的主要作用是將計算機輸出的數字信號轉換為電信號輸出給執行器。

圖0.7 一般計算機控制系統的結構組成

0.2 計算機控制系統中使用的計算機

0.2.1 計算機控制系統中使用計算機的種類

經常使用的計算機主要有三種：IPC、PLC、MCU。0.2.2 IPC、PLC、MCU系統性能特點比較 0.3 組態控制技術

0.3.1 在計算機控制系統中組態技術的兩個層面

1．組態的本來含義

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

在計算機控制系統中，組態含有硬件組態和軟件組態兩個層面的含義。

所謂硬件組態，是指系統大量選用各種專業設備生產廠家提供的成熟通用的硬件設備，通過對這些設備的簡單組合與連接實現自動控制系統。

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

這些通用設備一般都做成具有標準尺寸和標準信號輸出的模板或模塊，它們就像積木一樣，可以根據需要組合在一起。

所謂軟件組態就是利用專業軟件公司提供的工控軟件進行系統程序設計。這些軟件提供了大量工具包供設計者組合使用，因此被稱為組態軟件。利用組態軟件工程技術人員可以方便地進行監控畫面制作和程序編制。0.3.2 采用組態技術的計算機控制系統的優越性

采用硬件組態和軟件組態的方式構成控制系統有以下優越性：（1）開發周期短。（2）系統可靠性高。

（3）對工程技術人員的要求不高，便于推廣。（4）構成的系統通用性強，便于維護。0.4 計算機控制系統有哪些形式？ 0.4.1 數據采集系統的功能與結構

數據采集系統也稱為DAS—Data Acquisition System。其結構如圖0.12所示。被控對象中待檢測的各種模擬量和開關量通過傳感器和變送器，分別經模擬量和開關量輸入接口進入計算機，計算機對各信號進行采集、處理后，送顯示器、打印機、報警器等設備。

DAS系統的特點是只進行參數檢測，不進行控制。I/O接口只有模擬量輸入（AI—Analog Input）和開關量輸入（DI—Digital Input）接口。這種系統常用于早期的計算機檢測系統中，其優點是可以用一臺計算機對多個參數進行巡回采集和處理，顯示界面好，便于管理。

圖0.12 數據采集系統 0.4.2 直接數字控制系統的功能與結構

直接數字控制稱為DDC—Direct Digital Control。其系統結構如圖0.13所示。計算機既可對生產過程中的各個參數進行巡回檢測，還可根據檢測結果，按照一定的算法，計算出執行器應該的狀態（電磁閥的通與斷、調節閥的開度、電動機的啟動與停止、電動機的轉速等）。DDC系統的I/O接口除了AI和DI外，還有模擬量輸出（AO—Analog Output）接口和開關量輸出（DO—Digital Output）接口。

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

圖0.13 直接數字控制系統

0.4.3 集散控制系統的功能與結構

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

集散式控制常用于較大規模的控制系統中，可以很好地解決DDC系統可靠性和統籌性的矛盾。其總體思想是分散控制，集中管理，即用幾臺計算機分別控制若干個回路，再用一臺計算機與這些計算機進行通信，了解各個計算機的工作情況，根據需要向它們發出不同命令。

集散式控制系統的規模可大可小，可以只有兩級（稱下位機和上位機），也可以多級。典型的三級結構為過程控制級、控制管理級和生產管理級，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，用來進行生產的前沿檢測與控制。控制管理級由工程師站、操作員站、數據記錄檢索站等組成，供工程師進行程序調試；操作員進行生產監控、手動操作、報表打印、數據查詢等。生產管理級由生產管理信息系統組成，可進行生產情況匯總與調度。

圖0.14 DCS系統的組成

0.4.4 現場總線控制系統的功能與結構

現場總線系統簡稱FCS—Field Control System。

DDC系統中計算機與計算機之間的通信采用數字信號通過網絡連接。但現場傳感器、變送器、執行器仍使用模擬信號。每個傳感器、變送器或執行器至少有兩根信號線需要連接。當系統中需要檢測和控制的參數較多時，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，造成系統可靠性下降。

FCS是繼DCS之后的新一代分布式控制系統。系統首先要求現場變送器和執行器能直接輸出或接收數字信號，使用時將它們“掛在”現場總線上，通過網絡與計算機相連。現場總線系統的施工量減少了，抗干擾性能也比較高。本項目小結

計算機控制系統由被控對象、檢測器、I/O接口、計算機和執行器幾部分組成。計算機控制系統使用的計算機有PLC、MCU、IPC等。它們具有不同的特點，分別用于不同的控制領域。

計算機控制系統可分為：數據采集系統（DAS）、直接數字控制（DDC）系統、集散式控制系統（DCS）和現場總線控制系統（FCS）。

組態控制技術是計算機控制技術發展的結果，采用組態控制技術的計算機控制系統最大的特點是從硬件設計到軟件開發都具有組態性，因此系統的可靠性和開發速度提高了，開發難度卻下降了。組態軟件的可視性和圖形化管理功能也為生產管理和運行維護提供了方便。學習項目1 用IPC和MCGS實現機械手監控系統 內容提要

本章通過機械手控制實例學習采用MCGS組態軟件、IPC和I/O板卡構成計算機控制系統的方法。

首先提出系統控制要求，然后對機械手對象進行分析，確定了控制方案。之后進行了接口部件的選型，確定使用中泰PCI-8408板卡作為I/O接口設備，并根據其接線端子定義畫出系統接線圖。最后詳細介紹了用MCGS進行監控畫面制作、監控程序編寫與調試的方法。

1.1 機械手監控系統的方案設計 1.1.1 機械手監控系統的控制要求

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

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

按下啟動/停止按鈕SB1后，機械手下移至工件處→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，此過程反復循環執行。

機械手運動過程中，松開啟動/停止按鈕SB1，機械手停在當前位置，再次按下啟動/停止按鈕，機械手繼續運行。

機械手運動過程中，按下復位停止按鈕SB2后，機械手并不馬上停止，也不主動復位，而是繼續工作，直到完成本周期操作，回到原始位置，之后停止，不再循環。

松開復位按鈕，退出復位狀態，之后再按啟動/停止按鈕機械手重新開始循環操作。

1.1.2機械手監控系統對象分析

被控對象—機械手。

控制目標—使機械手能夠接收啟動、停止、復位命令，能夠抓取工件運送到指定 位置。

被控參數—機械手運動軌跡和抓放動作。運動軌跡可分解為四個點：左上位（機械手初始位）、左下位（工件初始位）、右上位、右下位（工件目標位）。

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 機械手監控系統初方案制訂

機械手的控制可采用閉環形式實現，也可采用開環實現。開環方框圖如圖1.4所示。

圖1.4 開環控制的機械手系統方框圖

1．開環控制機械手監控系統方案

根據控制要求，系統需要兩個操作按鈕輸入啟停和復位命令。

由于機械手系統的各個位置點比較固定，每一段的運行時間已知且相對穩定。計算機接收到啟動/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。松開啟動/停止按鈕SB1，機械手停在當前位置。

按下復位停止按鈕SB2后，機械手在完成本次操作后，回到原始位置，然后停止。松開復位停止按鈕SB2，退出復位狀態。2．閉環控制機械手監控系統方案

閉環控制需要安裝六個位置開關（位置檢測傳感器），檢測是否到達左上、左下、右上、右下、夾緊、放松位置，計算機將根據這些位置開關的狀態和輸入命令控制6個線圈的得電與否。機械手控制系統的閉環方案如圖1.5所示。

閉環控制顯然在硬件結構上比開環控制復雜。開環控制靠經驗時間控制6個線圈，不檢測是否運動到位。理論上閉環控制的控制精度高于開環。

圖1.5 閉環控制的機械手系統方框圖 3.本系統采納方案

對于本系統，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，取開環控制方案。

1.2 機械手監控系統的軟、硬件設備選型與電路設計 1.2.1 命令輸入設備選型

本系統命令輸入設備只需要1個啟動/停止按鈕、1個復位/停止按鈕，根據控制要求，可選用帶自鎖功能的按鈕，也可選用旋轉開關。1.2.2 傳感器和變送器選型

由于采用開環結構，此部分工作免去。1.2.3 執行器選型

本系統執行器是機械手上的電磁閥。共4個，其中3個為伸縮、升降、夾緊閥，另一個可做旋轉缸控制閥，控制機械手的旋轉。本系統暫不考慮旋轉運動。1.2.4 I/O接口設備選型 1．I/O接口設備的種類

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

（2）按照產品的結構，I/O接口設備可分為：板卡、模塊、PLC、智能儀表等。2．選擇機械手系統的I/O設備

機械手系統的I/O點如表1.2所示。

本項目選擇中泰公司板卡產品。

1.2.5 機械手監控系統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背板上的37針D型插座與外部設備連接，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備相連，通過D型插座和電纜與計算機內的板卡相連。2．機械手監控系統方框圖

機械手監控系統方框圖見圖1.18所示。

圖1.18 機械手系統方框圖

1.3 機械手系統監控軟件的設計與調試 1.3.1 工程的建立

（1）雙擊桌面“MCGS組態環境”圖標，進入組態環境，出現如圖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，在文件名一欄內輸入工程名，如“機械手監控系統”，單擊“保存”按鈕，工程建立完畢。1.3.2變量的定義

變量也叫數據對象。變量（即數據對象）的定義方法如下。1．變量分配

變量定義前需要對系統進行分析，確定需要的變量，本系統至少有8個變量，見表1.6。

2．變量定義步驟

（1）單擊工作臺中的“實時數據庫”選項卡，進入“實時數據庫”窗口頁。（2）單擊工作臺右側“新增對象”按鈕，在數據對象列表中立刻出現了一個新的數據對象，如圖1.31所示。

（3）選中該數據對象，單擊右側“對象屬性”按鈕或直接雙擊該數據對象，彈出“數據對象屬性設置”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：開關型；“對象內容注釋”欄填入：機械手啟停控制信號，輸入，1有效。

（5）單擊“確定”按鈕。（6）重復（2）～（5），定義其他7個數據對象。（7）單擊“保存”按鈕。1.3.3 畫面的設計與編輯

參考的監控畫面設計如圖1.33所示，畫面中畫出了機械手的簡單示意圖，并設計了6個指示燈，代表機械手的上、下、左、右、夾緊、放松等動作。運行時，指示燈應隨動作變化做相應指示。畫面中還設計了兩個狀態指示燈，代表啟動按鈕和復位按鈕的狀態。當按下機械手上的啟動和復位按鈕時，它們將進行相應的指示。

畫面設計包括建立畫面、編輯畫面兩個步驟。1．建立畫面

圖1.33 監控畫面

2．編輯畫面

（1）進入畫面編輯環境。

（2）輸入文字“機械手監控系統”。（3）畫地平線。（4）畫矩形。（5）畫機械手。

（6）畫機械手左側和下方的滑桿。（7）畫指示燈。（8）畫按鈕。

1.3.4 動畫連接與調試

畫面編輯好以后，需要將畫面中的圖形與前面定義的數據對象關聯起來，以便運行時，畫面上的內容能隨變量變化。

將畫面上的對象與變量關聯的過程叫動畫連接，下面介紹如何對按鈕和指示燈進行動畫連接。

1．按鈕的動畫連接 2．指示燈的動畫連接 1.3.5 控制程序的設計

系統要求具有如下功能：

按下啟動/停止按鈕SB1后，機械手下移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。

松開“啟動/停止”按鈕，機械手停在當前位置。

按下“復位停止”按鈕SB2后，機械手在完成本次操作后，回到原始位置，然后停止。

松開“復位停止”按鈕SB2，退出復位狀態。

上述功能需要通過編寫控制程序實現。在MCGS中編寫控制程序與一般程序設計語言編程有較大的不同，它采用策略組態的形式。

所謂運行策略，可以簡單地理解為系統運行與控制的思想和方法。MCGS提供了許多“策略構件”，如定時器、計數器、腳本程序等供系統設計人員使用。編程就是根據系統的需要，對這些策略構件進行組態。

觀察機械手監控系統的控制要求，不難發現，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，只要設法使相應的變量置0或置1即可。MCGS提供了定時器構件，因此可以利用它實現定時功能。在具體設計之前先來學習定時器的使用。

1．定時器的使用

（1）在策略中添加定時器構件。（2）定時器的功能。

① 啟停功能。即能在需要的時候被啟動，當然也能在需要的時候被停止。② 計時功能。即啟動后進行計時。

③ 定時時間設定功能。即可以根據需要設定定時時間。④ 狀態報告功能。即是否到設定時間。

⑤ 復位功能。即在需要的時候將定時器清零。復位與停止不同，停止后不再計時，復位則是使計時時間變為0。

2．利用定時器和腳本程序實現機械手的定時控制

（1）根據機械手控制要求，計算出機械手完成一個循環回到初始位置需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。

① 要按MCGS的語法規范寫程序，否則語法檢查通不過。② 可以利用提供的功能按鈕（如剪切、復制、粘貼等）。③ 可以利用腳本語言和表達式列表（如IF…THEN、+、-等）。④ 可以利用操作對象和函數列表（如系統函數、數據對象等）。⑤ “>”（大于）、“<”（小于）、“=”（等于）、’（單引號）等符號應在純英文或“英文標點”狀態輸入。

⑥ 注釋以單引號“'”開始。

（4）機械手控制腳本程序清單。機械手程序分定時器控制、運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位按鈕對定時器的控制；運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 機械手監控系統的軟、硬件聯調 1.4.1 機械手監控系統電路連接

（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）如果機械手實訓設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內的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 已集成好的機械手與接線端子板的連接 1.4.2 在MCGS中進行PCI-8408板卡設備的連接與配置 連接過程包括添加設備、設置設備屬性、調試設備三部分。1.4.3 系統軟、硬件聯調 學習項目2 用IPC和MCGS實現電動大門監控系統

內容提要

本章通過電動大門控制實例學習采用MCGS組態軟件、IPC和PLC構成計算機監控系統的方法。

首先提出系統控制要求，然后對電動大門對象進行分析，確定了控制方案。之后進行了接口部件的選型，確定S7-200 CPU 222作為I/O接口設備，并根據其接線端子定義畫出系統接線圖。最后詳細介紹了用MCGS進行監控畫面制作、監控程序編寫與調試的方法。

2.1電動大門監控系統的方案設計 2.1.1電動大門監控系統的控制要求

獨立的電動大門控制用普通繼電器和單片機實現比較多見。工控機用在系統有多種設備需要監控的場合，如智能樓宇系統等。電動大門有如下控制要求：

（1）門衛在警衛室通過操作開門按鈕、關門按鈕和停止按鈕控制大門。

（2）當門衛按下開門按鈕后，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，當門完全打開時，門自動停止，報警燈停止閃爍。

（3）當門衛按下關門按鈕時，報警燈開始閃爍，5s后，門開始關閉，當門完全關閉時，門自動停止，報警燈停止閃爍。

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

（5）關門過程中，只要門夾住人或物品，門立即停止運動，以防發生傷害。（6）能在計算機上動態顯示大門運動情況。

圖1 電動大門 2.1.2電動大門監控系統對象分析 1.電動大門的驅動裝置

電動大門的運動由電動機驅動。電動大門功率一般要求不高，多采用單相異步電動機，主要技術參數如下： 輸入電壓：～220V±10% 50Hz 電機功率：370W 電機轉速：1400r/min 輸出轉速：46.6r/min 重量：18kg 啟動電流：3A 2.電動大門的主電路

電動大門的開關門動作可通過電動機正、反轉實現。3.電動大門對象分析 被控對象—電動大門。

被控參數—開關門動作、報警燈閃爍。

控制目標—使電動大門能夠接收開門、關門、停止等命令，并發出正、反轉信號，大門動作后，還應能夠檢測是否已經全部打開或關閉，是否夾到人或物品，能夠自動停止。

控制變量—共兩個，分別控制正轉繼電器和反轉繼電器。2.1.3電動大門監控系統的方案制定 1．開環控制電動大門監控系統方案

開環方案若想使大門打開后停止，只能人工操作停止按鈕，或者仿照機械手系統用定時器實現自動停止。

2．閉環控制電動大門監控系統方案

電動大門控制系統的閉環方案如圖3所示。

圖3 閉環控制的電動大門系統方框圖

閉環控制系統需要安裝3個傳感器，檢測門是否已全部打開、關閉，是否夾到人或物品。閉環控制在硬件結構上比開環開銷略大，但可以實現到位后自動停止。3.本系統采納方案： 從人身安全、公共利益，提高自動化程度、降低勞動強度考慮，本系統選擇閉環方案

2.2電動大門監控系統的軟、硬件設備選型與電路設計 2.2.1命令輸入設備選型

本系統命令輸入設備只需要1個開門按鈕、1個關門按鈕、1個停止按鈕。為安裝方便，可選擇帶按鈕盒的三聯按鈕。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實現，行程開關安裝在大門兩側，大門開關到位后碰到行程開關，觸點動作。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。本系統應選擇至少2個行程開關，1個安全觸板開關。2.2.3執行器選型 1．中間繼電器選型

本系統被控對象是單相異步電動機，電動機參數如下： 輸入電壓：～220V±10% 50Hz ；電機功率：370W 電機轉速：1400r/min ；輸出轉速：46.6r/min 重量：18kg ；啟動電流：3A 為控制電動機正、反轉,需要2個中間繼電器，每個繼電器至少帶3個常開觸點。可選擇施耐德中間繼電器。2．報警燈選型

系統還需要一個報警燈，可選擇施耐德旋轉反射信號燈，型號為 XVR-1M04，交流220V供電，發紅光。2.2.4計算機選型

可選擇研華PPC-125T平板電腦，該計算機將顯示器與主機集成在一起，結構緊湊，使用時需外接鍵盤、鼠標。計算機提供了1個PCI擴展插槽、4個COM口、4個USB口、2個以太網接口等，供與外部設備進行連接。有關研華公司及其產品的情況可登陸http://www.tmdps.cn/網站查詢。2.2.5 I/O接口設備選型

1．電動大門系統的I/O點如表2.1，共有6個DI，3個DO。

2．選擇電動大門系統的I/O設備

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

圖4 采用CPU222作接口設備的電動大門系統方框圖

（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行單相電動機的連接 2.3電動大門監控系統軟件的設計與調試 2.3.1工程的建立 2.3.2變量的定義 1．變量分配

根據表2.2，本系統至少有9個變量，如表2.3。

2．在MCGS中添加變量

圖 9 監控畫面

2.3.3畫面的設計與編輯

1．建立畫面 2．編輯畫面

本系統畫面設計可參考圖9。（1）進入畫面編輯環境。

（2）輸入文字“電動大門監控系統”。（3）畫地平線。（4）畫墻體。

（5）畫電動大門。

（6）畫行程開關和安全觸板開關。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 動畫連接與調試 1．按鈕的動畫連接

2．按鈕動畫連接效果的調試 3．指示燈的動畫連接

4．指示燈動畫連接效果調試 5．左右箭頭的動畫連接

6．左右箭頭的動畫連接調試 7．行程開關的動畫連接

8．行程開關的動畫連接效果調試

2.3.5 電動大門監控系統的控制任務及PLC與IPC的分工

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

（1）門衛在警衛室通過操作開門按鈕、關門按鈕和停止按鈕控制大門。

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

（5）關門過程中，只要門夾住人或物品，門立即停止運動，以防止發生傷害。（6）能在計算機上動態顯示大門運動情況。

由于I/O接口設備使用PLC，而PLC本身也可以實現上述定時控制，因此有兩種方案：

方案一：用PLC實現上述控制，IPC只進行監視。這時PLC既是I/O接口，也是控制器。PLC和IPC一起構成了一個兩級結構的DCS系統，PLC是系統中的下位機或 稱DDC計算機，負責控制任務；IPC是上位機或稱監控計算機，負責監視和管理。

方案二：只用PLC進行I/O數據傳遞，IPC既進行監視也負責控制。我們用方案一實現電動大門控制。

2.3.6方案一 程序的編輯、模擬仿真運行和調試

此時控制任務主要由PLC完成。IPC只負責從PLC采集數據，然后在顯示器上顯示出來。

1．編輯調試PLC程序

（1）定義PLC符號表，如圖16（a）所示。

（2）編輯PLC程序。一個可以實現本控制功能的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）下載并調試PLC程序。

圖16 電動大門系統方案—PLC程序和符號表 2．編輯調試MCGS程序

當大門運動時，希望在計算機顯示器上看到大門運動的動畫效果。仿照機械手系統，做如下工作：

（1）在MCGS變量表中增加一個變量“水平移動參數”，數值型，初始值=0。（2）在MCGS循環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=水平移動參數+1 IF 關門繼電器=1 THEN 水平移動參數=水平移動參數-1（3）進行動畫效果設置。（4）進行動畫效果調試。

2.3.7方案二程序的編輯、模擬仿真運行和調試

此時所有控制任務由IPC實現。由控制要求知，系統需要兩個5s定時器，因此需要增加8個與定時器有關的變量，見表2.4。

1．添加一個定時器策略 2．對定時器進行調試 3.編制腳本程序 略

2.4電動大門監控系統的軟、硬件聯調 2.4.1 方案一PLC程序的編輯與調試（1）編輯如圖17所示控制程序。

（2）按表2.6進行程序在線調試，直到得到需要的結果。

圖17 電動大門PLC控制程序

2.4.2 在MCGS中進行S7-200 PLC設備的連接與配置

連接過程包括添加設備、設置設備屬性、調試設備三部分。2.4.3 軟硬件聯調 學習項目3 用IPC和MCGS實現儲液罐水位監控系統 3.1 儲液罐水位監控系統的方案設計 3.1.1 儲液罐水位監控系統的控制要求

如圖3.1所示為雙儲液罐對象。罐1中液體由泵輸入，液體在其內按照工藝要求進行處理后送罐2，在罐2中進一步處理后送其他設備使用。對儲液罐對象有如下控制要求：

（1）水位監測：能夠實時檢測罐

1、罐2中水位，并在計算機中進行動態顯示。（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：當水位超出以上控制范圍時報警。（4）當H2低于0.5m時采取必要保護措施。

（4）報表輸出：生成水位參數的實時報表和歷史報表，供顯示和打印。（5）曲線顯示：生成水位參數的實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 儲液罐水位監控系統對象分析

由于負荷用水量（罐2出水閥開度）隨時可能變化，造成儲液罐水位隨之改變，應該采用閉環形式隨時檢測水位變化并實時調整進水量。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，控制品質要求較低，因此控制系統結構、控制算法都可以簡單。H2不在規定范圍時，說明罐2進水量與出水量不平衡，理論上調節進水量和出水量都可以達到控制H2的目的。但出水量主要受負荷需求控制，一般不應限制，只能最大限度滿足。因此當H2過高或過低時，應該調整其進水量。

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

同樣，H1不在規定范圍時，說明罐1進水量與出水量不平衡，可以通過調節罐1進水量或出水量達到控制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，對應執行器只有通和斷兩個 位置，被稱為“位式控制”算法。當液位高于上限或低于下限時，控制器動作；當液位在上、下限之間時，控制器保持原來狀態不變。在位式控制中，這種算法屬于帶有中間區的位式控制算法。當被控參數處于中間區時，控制器輸出保持原有狀態。從控制效果看，中間區往往是被控參數波動的范圍，實際運行時，由于對象存在慣性，被控參數的波動范圍可能略大于中間區。總結：

被控對象——儲液罐1和2。

被控參數——罐1水位H1、罐2水位H2。

控制目標——使H1在1~9m范圍；H2在1~6m范圍。控制變量——罐1進水量和罐2進水量。控制算法——帶中間區的位式控制算法。3.1.3 儲液罐水位監控系統初方案制訂

水位系統方框圖如圖3.4所示。水位H1和H2經檢測后通過輸入接口送計算機，計算機根據水位高低發出控制命令，控制命令通過輸出接口作用到水泵、罐2進水閥上，實現對水位H1和H2的閉環控制。

圖3.4 閉環控制的儲液罐系統方框圖

3.2 儲液罐水位監控系統的軟、硬件設備選型與電路設計 3.2.1 命令輸入設備選型

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

3.2.2 傳感器和變送器選型 這里選用DBYG型擴散硅壓力變送器。3.2.3 執行器選型 1．水泵選型

2．進水閥與出水閥選型 3.2.4 計算機選型

可選擇研華ARK-5280嵌入式工控機。3.2.5 I/O接口設備選型

1．儲液罐系統I/O點基本情況

儲液罐系統的I/O點如表3.2，共有2個AI，3個DO。

2．儲液罐系統的I/O設備選擇 提供兩種方案。

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

3.2.6 利用PCL-818L板卡做接口設備的系統方框圖和電路接線圖繪制 1．儲液罐監控系統方框圖 2．儲液罐監控系統接線圖

圖3.9 使用PCL-818L板卡作接口設備的儲液罐系統方框圖

3．儲液罐監控系統I/O分配表

儲液罐監控系統I/O分配表見表3.5。

3.2.7 利用S7-200 PLC做接口設備的系統方框圖和電路接線圖繪制 1．儲液罐監控系統方框圖

圖3.18 使用CPU224XP型PLC作接口設備的儲液罐系統方框圖

2．儲液罐監控系統接線圖 3．儲液罐監控系統I/O分配表

3.3 儲液罐系統監控軟件的設計與調試

第五篇：組態軟件課程設計

《組態軟件及應用》課程設計報告

基于組態軟件的變頻器狀態監控狀態設計

系 部: 專 業: 班 級: 姓 名: 學 號: 指導老師: 成 績:

二零一五年十二月二十五日

目錄

1.序言....................................................1 2.力控組態軟件介紹........................................1 2.1 力控組態軟件簡介...........................................1 2.2力控組態軟件特點............................................1 2.3軟件基本組件................................................3 3.變頻器應用的現狀........................................3 4.變頻器監控系統的硬件組成................................4 5.變頻器監控系統要求......................................5 5.1監控系統技術要求............................................5 5.2監控系統具體要求............................................6 6.變頻系統監控功能的實現及效果............................5 7.人機界面的特點功能與畫面設計............................6 7.1人機界面的特點..............................................6 7.2人機界面的主要功能..........................................7 7.3人機界面的畫面設計..........................................7 7.4監控系統軟件組態............................................8 8.心得體會...............................................13 附錄 參考文獻..........................................13

1.序言

隨著現代電力電子技術和微電子技術的迅猛發展，自動化、智能化程度的不斷提高，高壓大功率變頻調速裝置的應用已經非常普遍，同時由于高壓變頻器幾乎都是工礦企業的關鍵設備，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雜，控制參數較多的工控系統來說，具備交互式操作界面、數據列表、報警記錄和打印等功能已成為整個控制系統中重要的內容。而新一代工業人機界面的出現，對于在構建高壓變頻器監控系統時，實現上述功能，提供了一種簡便可行的途徑。工業人機界面，是一種智能化操作控制顯示裝置。工業人機界面由特殊設計的計算機系統32位芯片為核心，在液晶顯示屏上罩蓋有透明的電阻網絡式觸摸屏，觸動屏幕時，電阻網絡上的電阻和電壓發生變化并由軟件計算出觸摸位置。新一代工業人機界面還具有簡單的編程、對輸入的數據進行處理、數據登錄及配方等智能化控制功能。

2.力控組態軟件介紹

2.1 力控組態軟件簡介

力控組態軟件是對現場生產數據進行采集與過程控制的專用軟件，位于自動控制系統監控層一級。它提供了良好的用戶開發界面和簡捷的工程實現方法，只要將其預設置的各種軟件模塊進行簡單的“組態”，便可以非常容易地實現和完成監控層的各項功能，縮短了自動化工程師的系統集成的時間，大大的提高了集成效率。它能同時和國內外各種工業控制廠家的設備進行網絡通訊，它可以與高可靠的工控計算機和網絡系統結合，便可以達到集中管理和監控的目的，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，來實現與“第三方”的軟、硬件系統來進行集成。

2.2力控組態軟件特點

力控組態軟件在數據處理性能、容錯能力、界面容器、報表等方面產生了巨大飛躍，功能更強大，主要特點如下：

提供在Internet/Intranet上通過IE瀏覽器以“瘦”客戶端方式來監控工業現場的解決方案；

支持通過PDA掌上終端在Internet實時監控現場的生產數據，支持通過移動GPRS、CDMA、GSM網絡與控制設備或其它遠程力控節點通訊；

面向國際化的設計，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；

力控軟件內嵌分布式實時數據庫，數據庫具備良好的開放性和互連功能，可以與MES、SIS、PIMS等信息化系統進行基于XML、OPC、ODBC、OLE DB等接口方式進行互連，保證生產數據實時地傳送到以上系統內。

個分布式的數據庫分別對連接自己的I/O Server進行采集數據和處理，如輸入數據的量程變換、流量累積、報警檢查，以及PID運算等，這種體系結構的優越性在于，各組件任務分配更合理，使您的系統實時性更好，穩定性更高。

在今天，企業管理者已經不再滿足于在辦公室內直接監控工業現場，基于網絡瀏覽器的Web方式正在成為遠程監控的主流，作為民族軟件中國內最大規模SCADA系統的WWW網絡應用的軟件，力控R監控組態軟件的分布式的結構保證了發揮系統最大的效率。力控?為滿足企業的管控一體化需求提供了完整、可靠的解決方案。

圖2.1 力控組態軟件的應用結構

2.3軟件基本組件

工程管理器、人機界面VIEW、實時數據庫DB、I/O驅動程序、控制策略生成器以及各種網絡服務組件等。

圖2.2 力控組態軟件框架圖

3.變頻器應用的現狀

變頻器的發展是世界生產力和經濟高速發展的產物。近年來，交流變頻調 速技術在我國有了突飛猛進的發展，變頻調速在調速范圍、調速精度、通訊功能、節約電能、工作效率等方面的優勢是其他的交流調速方式無法比擬的。變頻器就是基于交流電動機的變頻調速而開發和應用的，它以體積小、重量輕、通用性強、使用范圍廣、保護功能完善、可靠性高、操作簡便等優點，深受鋼鐵、冶金、礦山、石化、醫藥、食品、紡織、印染、機械、電力、建材、造紙 等行業的歡迎，使用變頻器后經濟效益和社會效益都非常顯著。

PLC技術是一種以計算機技術為基礎的新型工業控制裝置。近幾年來，PLC技術在各種工業過程控制、生產線自動控制及各類機電一體化設備控制中得到了廣泛應用，成為工業控制領域的一項十分重要的應用技術。目前PLC已廣泛應用于石油、化工、冶金、輕工、機械、電力等各行各業，實現了邏輯、步進、數字、機器人、模擬量等的自動控制。隨著數字化時代的到來，軟件領域將不斷地向硬件滲透，不斷地用軟件來代替硬件，從而實現智能控制和生產自動化。PLC就是計算機技術向繼電器等硬件領域滲透的產物，用軟件來代替硬件，用軟件程序代替硬件繼電器，從而為系統的連接及改造提供了方便，可以節約成本提高工作效率。PLC可以說是專門為工業嚴酷的環境設計的小型計算機，已成為工業控制領域中占主導地位的基礎自動化設備。

5.2監控系統具體要求

1)信號采集和數據處理： 對來自現場的非標準信號數據通過組態軟件轉換成標準信號。

2)狀態顯示：將變頻器啟動、停止、就緒、合閘、接通、運轉、旁通、告警、外控等狀態通過組態軟件動態的顯示于監控畫面上，具有實時、動態效果。

3)監控操作： 對頻率、溫度、電流、電壓、風壓等進行自動實時監測。

4)操作畫面：在操作畫面上可查詢裝置的電壓、電流、功率、溫度等實時和歷史數據，還可查詢實時、歷史曲線和設備狀態并可按要求設定和打印出實時報表和歷史報表。

6.變頻系統監控功能的實現及效果

進行編程后的監測、控制系統，針對變頻系統的特點，集實時顯示、流程控制、數據采集、數據傳輸、工程報表、歷史曲線和實時曲線顯示等功能于一身，并能保存和打印歷史數據為系統分析使用。可以完成如下功能：

1)實時監控設備工作狀態，實現全生產過程實時管理。高壓變頻器運行狀態十分重要，而監控系統的建立為管理部門提供的實時動態信息，能有效地幫助值班人員及時了解設備工作狀態。

2)提供靈活的實時曲線和歷史曲線顯示功能。通過比較當前和歷史趨勢數據，特別是結合裝備安全運行的多參數模型，可以及早報告故障隱患。

3)實時報表管理方便地解決了現場定時數據抄寫、維護及繁瑣的數據處理工作，記錄員不必再每天花費大量的精力填寫報表，提高了企業的辦公能力和管理水平，取得了顯著的經濟效益和社會效益。

4)數據化的管理提高了企業數據的透明度并消除了人為因素，將成本核算納入更規范的管理體系。

5)監控系統具有界面友好，易于操作，運行可靠，便于更改、擴充、升級等優點，同時，系統造價很低，具有較高的性價比。

7.人機界面的特點功能與畫面設計

7.1人機界面的特點

人機界面是新一代高科技可編程終端，具備與各品牌PLC連線監控能力，適于在惡劣的工業環境中應用，可代替普通工控計算機。其主要特點有：

1)畫面容量大，畫面規劃簡單；

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

運行策略分別進行組態設置，如在用戶策略中，利用策略工具箱添加腳本構件、存盤數據提取構件等，以實現所需的功能。

7.4監控系統軟件組態

軟件組態部分完成監控系統與操作人員間的交互界面，是實現對整個系統的監視、控制、調度和管理的核心。人機界面分為兩部分，一部分是用于日常監視、系統參數設置的主界面，另一部分是用于指示、管理非日常監視信息，如各種報表、曲線及趨勢圖、歷史記錄等的子界面。1)幀發送

本設計的通信幀中有專門的廣播幀用于此功能，如統一對所有變頻器的輸入運行命令和頻率命令進行設定。廣播幀格式與標準幀格式一樣，區別在于其中的“站地址”位設定為：99號機。一般而言，大部分的變頻器在PCAuto中都有驅動。如果系統采用的變頻器在PCAuto中無驅動，則可以采取其他方式。這是因為PCAuto是基于ODBC標準的，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現通信功能。

選用幀中選擇要求（寫入）幀格式如下（計算機<——>變頻器）：

圖7.1 幀發送

2)畫面設計

圖7.2為變頻器的監控組態界面。其中包括電流、電壓、頻率的列表顯示、動畫顯示及實時曲線顯示，便于從直觀上了解電動機的運行狀態。一旦出現報警情況，則立即進入報警狀 態，并根據報警內容做出相應的處理（如緊急停機等），可實現電動機的正/反轉、加/減速、停機等控制，還可以獲得一些歷史數據（表、曲線、圖）及故障報警 等，極大地方便了生產操作人員對一線現場的監督、控制、管理。

圖7.2 主控界面

3)建立實時數據庫

在Draw的導航器中單擊“實時數據庫組態”，啟動實時數據庫組態程序。

圖7.3 參數設置

5)I/O檢查

可對各臺變頻器的通用輸出/輸入端子狀態、用戶選件輸入狀態等進行實時監視。通過對各臺下位機的循環檢測可知各臺下位機與上位機的通信是否正常。6)維護信息

可顯示各臺變頻器的機種、容量、ROM版本、累計運行時間、1小時變頻器內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等信息，便于工程技術人員了解情況。7)報警信息

當出現故障時立刻進入報警子畫面，顯示報警的歷史原因、報警時的輸出電壓、電流、頻率、轉矩及當時的設定值等、報警時輸入/輸出端子狀態、最新報警發生次數及多重 報警等信息。通過查看報警信息及歷史數據，極大地方便了現場技術人員的維護，使得維護更加準確、簡捷，縮短故障處理時間，使生產更加穩定。

圖7.7 故障界面

8.心得體會

通過這次課程設計，我翻閱了大量的相關書籍，從中學習領會了許多，這次課程設計主要是以力控組態軟件為核心的監控系統，具有界面友好，易于操作，運行可靠，便于更改、擴充、升級等優點，同時，系統造價也遠低于進口同類設備，具有較高的性價比。采用組態軟件進行工業控制是現代化工業的一個發展方向。

本系統不僅實現了對高壓變頻器各參數的在線實時監測與控制，而且在實際使用過程中也取得了良好效果，加強了職能部門對高壓變頻器的監測，規范了職工行為。對高壓變頻器實現了系統化管理，提高了變頻設備運轉的可靠性，保證了現場的安全運行。

這次課程設計中也遇到了一些難題，雖然我的課程設計不是很成熟，還有很多不足之處，但還是感到欣慰，因為這里面的每一個頁面，都有自己的勞動與同學的幫助。當看著自己的成果，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，老師認真負責的工作態度，嚴謹的治學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習都有一種巨大的幫助，感謝她耐心的輔導。

附錄 參考文獻

［1］趙良炳 現代電力電子技術基礎 清華大學出版社 ［2］田效伍 交流調速系統與變頻器應用 機械工業出版社 ［3］徐江海 單片機應用技術學程 機械工業出版社