發布日期：2022-07-20 點擊率：100
1、引言
隨著工業自動化程度的日益提高，可編程控制器(PLC)的使用越來越普及。PLC以其高可靠性、易操作性、靈活性、對現場環境要求不高而倍受青睞。但是，PLC作為單獨的監控系統有其局限性，主要表現為，無法大量存儲數據、無法顯示各種實時曲線和歷史曲線、無法顯示漢字和打印漢字報表，沒有良好的用戶界面。隨著計算機技術的飛速發展，工控組態軟件的出現，彌補了PLC控制系統的不足。在工業現場大量使用的以工控組態軟件為開發平臺的計算機監控系統，其結構主要表現在，計算機作為監控系統中的上位機，而下位機常常選用PLC作為現場級的控制設備，用于數據采集和控制。上位機則利用工控組態軟件來完成采集信號的存儲、處理、分析，利用屏幕畫面，對整個系統的所有設備進行實時監視，畫面中的各類參數具有實時性，還可對運行過程進行干預控制等。
昆侖通態計算機研究所開發的MCGS工控組態軟件，充分考慮了國內工控領域的具體情況，吸收了國外同類產品的優點，通用性強，品質高，價位低，是國產優秀的工控組態軟件之一。現將其應用于流化焚燒爐的自動控制系統中。
2、MCGS的主要功能及特性
MCGS是一套基于Window95／98／2000／Me／NT操作系統的，用于快速構造和生成上位機監控系統的組態軟件系統。它為用戶提供了從設備驅動、數據采集到數據處理、報警處理、流程控制、動畫顯示、報表輸出等解決實際工程問題的完整方案和操作工具。MCGS組態軟件具有多任務、多線程功能，其系統框架采用VC++語言編程，通過OLE技術向用戶提供VB編程接口，提供豐富的設備驅動構件、動畫構件、策略構件，用戶可隨時方便地擴充系統的功能。
MCGS的主要特性如下：
(1) 功能全面、應用靈活、具有開放性結構。用戶可以掛接自己的應用程序模塊，具有良好的通用性和可維護性。
(2) 實時性強，良好的并行處理性能。MCGS是真正的32位系統，充分利用了32位Windows操作平臺的多任務技術，按優先級分時操作的功能，以線程為單位對在工程作業中實時性強的關鍵任務和實時性不強的非關鍵任務進行分時并行處理，使PC機廣泛應用于工程測控領域成為可能。
(3) 提供豐富的設備驅動程序，通過ActiveDLL把設備驅動掛接在系統中，能夠快速地開發出集圖像、聲音、動畫于一體的漂亮、生動的工程畫面。
(4) MCGS強大的網絡功能可把TCPIP網、485422423網、Modem網結合在一起，構成大型的監控系統和管理系統。
(5) MCGS以OLE自動化技術為基礎的開放式擴充接口，允許用戶使用VB來快速編制各種設備驅動構件、動畫構件和各種策略構件，通過OLE接口，用戶可以方便地定制自己特定的系統。
(6) MCGS組態軟件充分利用數據庫技術來保存數據、處理數據，提高了系統的可靠性和運行效率，同時也使其他應用軟件系統能直接處理數據中的存盤數據。
(7) MCGS提供了完善的安全機制，具有4級安全保密機制。為多個不同級別用戶設定不同的操作權限，還提供了工程密碼、鎖定軟件狗、工程運行期限等功能，以保護組態開發者的成果。
3、流化焚燒爐主要監控參數
本系統流化焚燒爐主要監控參數有：水泵流量、污水量、熱風溫度、填料塔進口溫度、填料塔出水溫度、主燃燒室出口溫度、回料溫度、對流管束中部溫度、爐膛出口溫度、省煤氣進口溫度、省煤氣出口溫度、空預器出口溫度、一次風風壓、二次風風壓、爐膛負壓、空預器入口風壓、引風機前負壓、填料塔入口壓力、料塔第一料層壓力、料塔第二料層壓力、汽包水位、爐膛火焰、引風機轉速、鼓風機電機電流、引風機電機電流、水泵電機電流、燃燒器電機電流、排渣電機電流、送料電機電流、鼓風機電機功率、引風機電機功率、水泵電機功率、燃燒器電機功率、排渣電機功率、送料電機功率、鼓風機耗電量、引風機耗電量、水泵電機耗電量、燃燒器電機耗電量、排渣機耗電量、送料機耗電量等。
系統中有6臺變頻器分別用于控制鼓風機、引風機、水泵電機、燃燒器電機、排渣電機及送料電機。變頻器同PLC之間采用PROFIBUS總線協議方式通訊。CPU315-DP獲取引風機電機耗電量的程序為：
CALL SFC 15
LADDR : = # W# 16# 10C
RECORD: = P# DB5. DBX16.0 BYTE8
RET_VAL:= MW82
A BR
= # temp0
A # temp0
JNB_001
CALL SFC 14
LADDR:= # W# 16# 10C
RET_VAL:= M W 84
RECORD := P# DB5. DBX24.0 BYTE8_001:ABR
= # temp1
A(
A # temp1
A(
L M W 84
L 0
= I
)
JNB_002
L DB5.DBD 28
T # DB5.DBD52
SET
SAVE
CLR
_002:ABR
)
JNB_003
L0
T DB5.DBD 28
_003:NOP0
4、硬件與通訊
德國西門子公司的可編程控制器在功能和使用上有了很多改進，性能價值比更優。它主要包括S7-200、S7-300和S7-400三種產品。S7的網絡有以下幾種典型類型：多點接口網絡(MPI)、工業以太網、PROFIBUS現場總線和TCPIP協議網絡。S7-300PLC流化焚燒爐自動控制系統采用的是多點接口網絡(MPI)。該接口既是編程接口又是數據通訊接口，使用S7協議，通過此接口PLC與上位計算機之間可進行數據傳輸，從而構成MPI網絡。網絡上的設備被稱為節點，每個節點有唯一的MPI地址，該地址是在S7-300硬件組態中設置的。系統中S7-300PLC通過RS485轉RS232適配器6ES7972-0CA23-0xA0轉換后連接至上位機。流化焚燒爐自動控制系統中，上位機監控選用國內著名品牌聯想商用機，這樣通過工控組態軟件MCGS和多點接口MPI網絡，實現PLC與上位機之間的通訊連接。在實際中，使用MCGS組態軟件和PLC通訊之前，還要安裝軟件。在安裝光盤的support目錄下找到“prodavedisk1setup.exe”和“prodave完全版”，若已安裝STEP7，則只要再裝“prodave完全版”。安裝以后，用程序prodave-S7-miniPG-PC interface設置屬性。按select鈕，選中PCAdapter加入到右框，再點擊properties按鈕，選中programmingdevicePCistheonlymaster。因為是PC-Adapter，則應該選擇一個串行口COM1或COM2。注意波特率的設置應與實際中使用的PCAdapte設置的波特率一致。若上述過程無誤，則可以在MCGS中使用S7300的MPI驅動程序。該驅動程序用于MCGS操作和讀寫西門子S7-300系列PLC設備的DB數據塊、輸入、輸出和中間寄存器。
若是讀寫DB塊，必須事先用編程軟件下載DB塊到PLC中，否則通訊狀態會為1，表示通訊失敗。
5、MCGS工控組態軟件組態過程
由MCGS組態軟件生成的用戶應用系統，由主控窗口、設備窗口、用戶窗口、實時數據庫和運行策略五個部分構成。主控窗口是工程的主框架，負責調度和管理用戶窗口；設備窗口是連接和驅動外部設備的工作環境；用戶窗口主要用于設置工程中人機交互的界面；實時數據庫是工程各個部分數據交換與處理中心，它將MCGS工程的各個部分連成有機的整體；運行策略主要完成工程運行流程的控制。有關組態過程重點介紹下面幾點。
5.1 系統菜單和系統參數組態
在MCGS的“主控窗口”中，按流化焚燒爐自動控制系統的要求，對其系統菜單和系統參數進行定義和設置。本系統主控窗口主要設置：參數設置窗口包括系統參數設置、手動運行和顯示校正參數設置；系統運行信息包括監控主窗口和設備運行信息瀏覽；報警信息包括實時報警信息瀏覽和歷史報警信息瀏覽等；采樣數據包括壓力流量采樣數據瀏覽和溫度采樣數據瀏覽等；安全管理包括更改密碼、用戶登錄、退出登錄、用戶管理等；系統退出選項包括退出系統和關閉計算機等。
5.2 數據采集功能的實現
在流化焚燒爐自動控制系統中，PLC負責實時采集來自現場的數據，并存儲在PLC內部的寄存器中；MCGS組態軟件通過上位機的串行通訊口直接訪問PLC的寄存器，實現對現場實時數據的存取。
串口父設備屬性設置：作為下位機的PLC設備對于MCGS來說屬于串口設備，本系統設置的COM口通訊參數其波特率為9600，8位數據位，1位停止位，偶校驗。
S7-300PLC屬性設置：PLC的機架號為0；PLC的槽號為2；PLC的站地址為2；其采集周期為靜態測量時1000ms，快速測量時200ms；初始工作狀態設置為“啟動”時，即進入MCGS運行環境，MCGS自動開始對設備進行操作。
內部屬性設置：用來設置PLC的讀寫通道，以便進行設備通道連接，從而把設備中的數據送入實時數據庫中的指定的數據對象，或把數據對象的值送入設備指定的通道輸出。
數據處理：從PLC設備中輸入的數據是特定范圍的電流、電壓等物理意義的值，必須進行相應的轉換，才能得到具有實際意義的工程數據。MCGS組態軟件數據處理功能，除了工程轉換計算還可完成多項式、倒數、濾波、函數調用、標準查表計算等數據處理運算，實現強大的數據處理功能。
5.3 MCGS腳本程序
腳本程序是組態軟件中的一種內置編程語言引擎。當某些控制和計算任務通過常規組態方法難以實現時，通過使用腳本語言，能夠增強整個系統的靈活性，解決其常規組態方法難以解決的問題。例如本系統中運行策略的部分腳本程序為：
CommState. AlmComment = CommState.Comment
M 10_1.Alm Comment = M10_1.Comment
M 10_2.Alm Comment = M10_2.Comment
M 10_3.Alm Comment = M10_3.Comment
M 10_4.Alm Comment = M10_4.Comment
M 10_5.Alm Comment = M10_5.Comment
M 10_6.Alm Comment = M10_6.Comment
M 10_7.Alm Comment = M10_7.Comment
IF!len(!Get Current User())>0THEN
用戶窗口.frmMsg.lblUser.Text="用戶:"+!GetCurrentUser()
ELSE用戶窗口.frmMsg.lblUser.Text="用戶:未登錄"
ENDIF
IF!Instr(1，strMsg.Value，"設備名稱:")=1
THEN
strMsgExt.Value=";單擊查看設備詳細信息。"
ENDIF
IF CommState=0 THEN SYSOFFLine=0
ELSE SYSOFFLine=1
ENDIF
6、節省組態軟件IO點數的方法
幾乎所有的工控組態軟件，銷售時都按不同的輸入輸出點數劃分定價，例如32點學習版、64點、128點、256點、512點、1024點和不限點工程版等，價格相差較大。顯然，降低所使用的組態軟件IO點數，可降低整個工程成本，具有很大的現實意義。本系統所購置的MCGS為128點，而實際應用中大于128點，通過自編程序進行處理，從而滿足要求。例如，監控主控窗口各設備運行狀態時，可通過對各設備進行編號，還可通過使用MCGS系統內部函數實現節省組態軟件IO點數。下面是通過查詢設備號，顯示其運行狀態的程序。
IF DevMode=3 THEN
intComTmp.Value=!Val(!Mid(!I2Bin(AllOutDW)，6，1))
IF IntComTmp.Value = 1 THEN Dev State.Value="-狀態:運行"
ELSE DevState.Value="-狀態:停止"
ENDIF
DevMsg0.Value= "運行頻率:"+!Str(DB1_DBW36)+"Hz"
DevMsg1.Value= "流量:"+!Str(DB2_DBW20)+""
ENDIF
IF DevMode= 8 THEN DevState.Value="-狀態:正常"
DevMsg0.Value="進口溫度:"+!Str(DB1_DBW04)+"℃"
DevMsg1.Value="出口溫度:"+!Str(DB1_DBW06)+"℃"
DevMsg2.Value="進水溫度:"+!Str(DB1_DBW08)+"℃"
DevMsg3.Value="出水溫度:"+!Str(DB1_DBW10)+"℃"
DevMsg4.Value="入口壓力:"+!Str(DB2_DBW14)+"Pa"
DevMsg5.Value="第一料層壓力:"+!Str(DB2_DBW16)+"Pa"
DevMsg6.Value="第二料層壓力:"+!Str(DB2_DBW18)+"Pa"
ENDIF
IF DevMode= 15 THEN DevState.Value="-狀態:正常"
DevMsg0.Value="溫度:"+!Str(DB1_DBW30)+"℃"
IF!Val(!Mid(!I2Bin(AllOutDW)，15，1))=1THEN
DevMsg1.Value="加熱器:正在工作"
ELSE
DevMsg1.Value="加熱器:停止工作"
ENDIF
ENDIF
用戶窗口.frmDevDetail.Caption=用戶窗口.
frmDevDetail.lblDev.Text+DevState
用戶窗口.frmDevDetail.lblMsg0.Text=DevMsg0
用戶窗口.frmDevDetail.lblMsg1.Text=DevMsg1
用戶窗口.frmDevDetail.lblMsg2.Text=DevMsg2
用戶窗口.frmDevDetail.lblMsg3.Text=DevMsg3
用戶窗口.frmDevDetail.lblMsg4.Text=DevMsg4
用戶窗口.frmDevDetail.lblMsg5.Text=DevMsg5
用戶窗口.frmDevDetail.lblMsg6.Text=DevMsg6
’IF!Instr(1，DevState.Value，"停止")>0
THEN frmDevDetail.cmdON.Visible=1
’IF!Instr(1，DevState.Value，"啟動")>0
THEN frmDevDetail.cmdOFF.Visible=1
7、結束語
MCGS工控組態軟件以其優異的特性在流化焚燒爐自動控制系統中獲得了成功的應用。該軟件為創造高效、實用的計算機監控系統提供了一套完整的解決方案。我們將在此基礎上建立各種數據模型進行優化設計，以提高燃燒效率和爐溫及床溫的穩定控制，進一步開發新型船舶焚燒爐。
參考文獻
[1] 陽憲惠.現場總線技術及其應用.北京:清華大學出版社，1999.110~132
[2] 北京昆侖通態自動化軟件科技有限公司.MCGS用戶手冊.2003.
[3] 北京昆侖通態自動化軟件科技有限公司.MCGS參考手冊.2003.
[4] 單亞娟，鄭建勇，張如瑤.基于組態軟件的水廠自動化系統設計.控制工程，2002，9(6):
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