基于MCGS组态编程的液位控制系统设计.docx

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基于MCGS组态编程的液位控制系统设计

摘要

应用组态软件设计一个仿真实验监控系统,实现对实际工程问题的过程控制,现在我们的具体问题是实现对水箱液位过程控制。

为了能设计一个解决实际工程问题的仿真实验监控系统,我们可以基于各种组态软件来设计这个仿真平台.而MCGS组态软件具有操作简便、可视性好、可维护性强、高性能等突出特点,它可以快速构造和生成上位机监控系统，并可稳定运行于多种操作系统.。

以MCGS组态软件为开发平台,设计一个仿真实验监控平台来实现对实际工程问题的控制.不仅能对水箱的液位进行监控,采集实验数据建立实验报表,而且能够脱机进行仿真实验、模拟控制。

为了能够很好的实现对水箱液位控制系统的仿真,综合考虑多方面的因素,本文将用MCGS组态软件设计一个仿真实验监控平台来对其进行实时控制.具体地,要将MCGS组态软件实现此方案。

在该系统中,利用MCGS组态软件完成数据采集、控制信息输出以及人机交互等工作，完成仿真实验监控平台的设计,最终达到对水箱液位实时监控,实验数据采集,报表的输出和数据的同步显示。

关键词：

MCGS组态软件；液位系统；仿真实验

Abstract

Todesignasimulationexperimentmonitoringplatformwithapplicationconfigurationsoftware,realizingtheactualengineeringproblemsofprocesscontrol,currently,ourconcreteproblemistoachievethetemperatureoftheboilerandwatertanklevelprocesscontrol.

Inordertobeabletosolverealengineeringproblemstodesignasimulationexperimentmonitoringplatform,wecanbaseonavarietyofconfigurationsoftwaretodesignthissimulationplatform.TheMCGSconfigurationsoftwarehassimpleoperation,perfectvisibility,strongmaintainability,highperformanceandothersalientfeatures.Itcanconstructandgeneratehostcomputermonitoringsystemquickly,andcanberunondifferentkindsofoperatingsystemssteadily.

WithMCGSconfigurationsoftwaredevelopmentplatform,designingasimulationexperimentmonitorplatformtoachievetheprocesscontroloftheactualengineeringproblems.Notonlycanmonitorthelevelofthewatertankandthetemperatureoftheboiler,gatheringtheexperimentdataandestablishingexperimentreports,butalsocandotheoff-linesimulationexperiment,simulationcontrol.

Inordertocontrolthewatertanklevelandthewatertemperatureofboilerwell.Takeacomprehensiveconsiderationonvariousfactors;thisarticlewilldesignasimulationexperimentmonitoringplatformwithMCGSconfigurationsoftwaretoachievethereal-timecontrolforthissystem.Specifically,weshoulduseMCGSconfigurationsoftwaretoimplementthisprogram.Inthissystem,realizingthedataacquisition,controllinginformationoutput,aswellasthehuman-machineinteractionbytheMCGSconfigurationsoftware,andaccomplishingthedesignofthesimulationexperimentmonitoringplatform,whichcantoachievethelevelofthewatertankandthewatertemperatureoftheboilerinreal-timemonitoring,experimentaldatacollection,reportformsoftheoutputandsynchronizedcurvedisplayultimately.

KeyWords：

MCGSconfigurationsoftware;liquidlevelsystem;simulationexperiment

第一章绪论

1.1选题背景及意义

随着计算机技术和工业自动化水平的迅速发展，人们对工业自动化的要求越来越高，在日常生活和工业自动化生产中经常涉及到液面控制和流量控制的问题，随着人力成本的持续上升，人们不可能采用过去经常采用的人力去实时监控液面和控制流量的速度。

也不可能采用传统工业自动化技术，当要对控制对象的参数进行改变时，即要对其控制系统的源程序进行修改，极大的浪费人力物力。

因此需要设计出一种合适的控制系统，能够自动控制液面到可控范围，又可以对控制对象的参数进行及时有效的修改，以保证产品的质量和生产效率。

通用工业组态软件的出现为解决上述问题提供了一种崭新的思路。

因为可以根据每个工程的实际情况，利用通用工业组态软件提供的底层设备的I/ODriver,开放式的数据库和画面制作工具，就能完成一个具有动画效果、实时数据处理，历史数据和曲线并存，具有多媒体功能和网络功能的工程，并且不受行业的限制。

可以使操作人员不用到现场就可以直观、清晰的了解液面控制系统的运行状况，对液面控制系统的故障能够及时的进行处理。

MCGS作为一种计算机监控系统的组态软件，能够为用户提供工作平台的实时动画显示、对故障的处理警报、对工作流程的监控、工作平台的实时曲线显示、对历史工作曲线显示查询和报表输出。

同时，MCGS不仅仅能够对不同工程项目之间和对各种社会应用问题进行建模、仿真、分析和可视化。

还能够对不同工程项目之间和对各种社会应用问题进行实时仿真与监控或能够进行数据、资源的共享。

MCGS作为一种组态软件，已成功的在一些实际的社会应用问题的工程项目上进行建模、仿真、分析和可视化操作。

为该工程项目提供了良好的过程仿真、优化控制和辅助用户进行决策分析。

并获得了较好的经济效益和社会效益

1.2液位控制仿真概况

仿真实验的过程中监控系统的应用是非常广泛的，监控系统的构成方式也是多钟多样的，下面列举的是现在广泛采用的方法。

过程控制系统的一个典型例子是液位系统。

当水罐1和水罐2的入水量和出水量相等时。

水罐1和水罐2的液位将会始终保持在用户给定的正常范围内。

一旦水罐1和水罐2的入水量和出水量发生改变必将会引起水罐1和水罐2的液位的上升或者下降。

传感器将水罐1和水罐2的液位值与用户设定的液位安全范围做比较。

通过计算可以得到两者之间的差值，这个差值便可以叫做偏差。

控制器通过这个偏差并根据相应的规律发出相应的控制信号。

控制信号便会控制水泵、调节阀和出水阀的入水量和出水量使得水罐1和水罐2液位达到用户设定的液位安全范围。

通过这个调节方式就可以达到对液位控制系统的自动控制。

1.3论文主要内容

本论文主要是通过利用MCGS组态软件设计出一个过程仿真实验的监控系统从而达到对水罐1和水罐2的液位控制。

人机对话窗口和动画效果的制作是作为仿真控制监控系统中必须要的两个项目。

在动画效果制作的方面包括画面的制作和曲线的显示这两个组成部分。

在本论文的绪论中讲解了基于MCGS组态编程的液位控制系统设计这个选题的背景及意义还有液位控制系统的仿真概况。

在本论文的第二章中主要介绍了作为组态软件技术的MCGS的详细情况、MCGS的各个子项目的组成部分、作为组态软件技术的MCGS的工作方式。

其中，详细的介绍了组态软件技术的MCGS的组态环境：

组态生成、应用系统、组态结果：

数据库、运行环境：

解释执行、组态结果。

在本论文的第三章中主要介绍了基于MCGS组态编程的液位控制系统设计的设计任务及设计要求，其中还包括基于MCGS组态编程的液位控制系统设计的液位控制系统的工作原理图、设计变量和设计的目的等等。

通过对基于MCGS组态编程的液位控制系统设计的液位控制系统的组态过程，介绍如何利用组态软件技术的MCGS去构造一个工程。

在构造这个工程中往往还设计到动画效果的制作、计算机语言的书写、设备与设备直接的联系，实时曲线与历史曲线的表达和报表的输出等多种子项目的操作。

在本论文的第四章中主要介绍了利用组态软件MCGS来实现液位控制系统的工程流程。

在本论文的最后主要是对于基于MCGS组态编程的液位控制系统设计的总结与本论文中所用到的参考文献的举例。

第二章软件介绍

2.1MCGS组态软件的相关简介

MonitorandControlGeneratedSystem简称MCGS,是一套主要运用在计算机监控系统的组态软件，MCGS具有很强的兼容性，能够在不同的操作系统上能够安装操作，不要专门去安装操作系统，能够快速的打开市场。

MCGS不仅仅能够辅助用户进行决策，还能够为用户提供工作平台上的实时动画显示、能够及时的对故障的处理警报、实时对工作流程的监控、工作平台的实时曲线显示、对历史工作曲线显示查询和报表的输出。

相对于其他的组态软件用户需要掌握计算机编程的相关知识能够自行的编写计算机代码。

在使用MCGS的过程中，用户就无需掌握敲打计算机代码的能力，就能够快速的构造出一个具有时动画显示、能够及时的对故障的处理警报、实时对工作流程的监控、工作平台的实时曲线显示、对历史工作曲线显示查询和报表的输出的一个开发工作平台。

=

在使用组态软件MCGS的过程中，可以发现MCGS具有很强的兼容性、多种多样的对故障的处理报警、能够对不同项目工程进行调控处理、能够对工程进行模块化处理等诸多优点。

组态软件MCGS已经成功的在诸多需要自动化领域控制的系统行业中运用广泛。

经过长时间的实践与运用，MCGS展现出它无可争辩的能力，具有较高的系统稳定性。

能够产生较高的社会效益与经济效益。

2.2MCGS的构成

2.2.1MCGS组态软件的系统构成

MCGS组态软件的系统构成宝航了组态环境和运行环境两个组成部分。

组态软件又包括组态生成和应用系统，运行环境又包括解释执行与组态结果。

组态环境能够为用户开发出能够解决用户所提出来的社会实际问题的组态操作系统。

运行环境能够完成用户所提出来的社会实际问题的组态操作系统的设计目标和所需要的功能。

运行环境必须要和组态结果数据库相结合才能发挥出其本身的意义所在。

组态环境：

组态生成、应用系统、组态结果数据库和运行环境：

解释执行、组态结果之间的关系就犹如图2.2.1-1MCGS的系统组成部分所示

图2.2.1-1MCGS的系统组成部分

其中我们可以将组态环境和运行环境细化下去，就可以发现，组态环境和运行环境他们两者的关系是既相互独立又相互渗透的关系。

从图2.2.1-2钟就可以看出来。

图2.2.1-2MCGS的组态环境与运行环境的结构图

工程，是用户在运用MCGS在解决社会实际问题的基础上所运用到的。

它往往包含了组态结果的数据库和运行环境中的解释执行与组态结果。

它往往储存在MCGS中的子目录中。

储存的工程的扩展名为“.meg”。

用户可以在这个工程项目中做到实时动画显示、能够及时的对故障的处理警报、实时对工作流程的监控、工作平台的实时曲线显示、对历史工作曲线显示查询和报表的输出。

从而可以对该项目工程有个宏观的概念和大体的了解其运行的大致结果。

用户在使用MCGS组态软件技术往往是为了节省人力物力，要让系统能够达到自动控制和手动控制两者相结合的工程。

而用户要实现自动控制和手动控制往往是要在MCGS的运行环境中才能够实现。

2.2.2MCGS组态软件界面简介

组态软件MCGS的软件操作页面主要是包括了5个模块，这5个模块各自具有的功能不同，对系统的构建的作用也各不相同。

用户可以根据不懂的需要求其进行模块化处理。

但是在工程中这5个模块是必不可少的，这5个模块分别是主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库、运行决策。

下面将对这5个模块进行详细的介绍说明。

主控窗口：

主控窗口包括了系统菜单、系统参数、启动参数这3个组成部分。

主控窗口主要涉及到的组态操作包括更改工程的名字，确定工程的储存位置和储存时间，设计工程封面等工作，主控窗口还能够放置一个设备窗口和多个工程的窗口。

在满足自动控制和手动控制的基础上，可以随意监控和管理这些不同工程。

从而可以达到控制的最大化。

设备窗口：

设备窗口里面是包含着各种各样的设备，设备窗口的存在是为了满足软件与硬件（也就是外部设备）的连接与驱动。

可以让外部设备的数据采样能够实时的传送的计算机中，能够通过MCGS来实现调控外部设备，达到自动控制。

在外部设备发生故障的同时，能够发出警报，可以出显示哪个设备、哪个过程发生故障。

用户窗口：

用户窗口里面是包括了图元、图符和动画构建这3个组成部分，是实现人机对话的主要的窗口。

用户窗口它能够为用户提供工作平台的实时动画显示、对故障的处理警报、对工作流程的监控、工作平台的实时曲线显示、对历史工作曲线显示查询和报表输出。

实时数据库：

实时数据库包括了数据对象、报警处理、存盘处理这3个组成部分。

是实现各个工程之间、各个项目之间、各个时间段的数据的整理与共享，在实时数据库中可以定义数据的名称，这样工程就可以及时的收集数据并进行整理

运行策略：

运行策略中主要是包括启动策略、循环策略、退出策略、自定义策略。

可以对基于MCGS组态软件的控制系统的工程进行控制，可以在改组成部分中编写计算机代码，可以根据不同的需求来选择各种各样具有不同功能的构建。

终上所述，构成MCGS组态软件的操作页面的5个组成部分就如图2.2.2-1所示

图2..2.2-1MCGS的组态软件的五大部分

2.3MCGS组态软件的功能和特点

伴随着计算机技术的迅速发展。

组态软件的开发水平也逐渐的提高，国内外一度涌现出许许多多的组态软件。

相比于其他的组态软件，MCGS组态软件具有其他组态软件所不具有的优点。

MCGS的操作界面具有非常良好的可视化操作。

用户可以根据自己的需要可以使用系统默认的系统框架，也可以根据实际情况来实现自我的调配。

在操作界面上，MCGS也具备着其他的组态不具备的特点就是兼容性比较好，能够在各种计算机操作系统上进行操作运行。

MCGS具有非常好的处理效能还能同时处理多个项目，监控多个工程的流程。

在组态环境和运行环境上，MCGS具有丰富多样的图元、图符、动画构建。

能够比较完整的构造整个工程的运作过程。

MCGS在运行过程中能够用各种多媒体给用户展现出非常及时准确的工程监控画面。

在数据处理与显示方面，MCGS它能够及时对数据进行处理并进行保存显示，在人机对话的界面上能够显示出数据变化的方式。

让用户能够拥有直观的反映。

能够让用户能够更加高效便捷的处理数据。

在设备直接的兼容性上，MCGS也表现出它的强大之处，能够与大部分的设备进行连接，让这些设备的数据能够实时的传送到组态软件中，经过数据的处理，能够实时的监控管理这些设备。

用户在操作MCGS的过程中不需要掌握太多的计算机语言的知识与技巧。

就能够掌握MCGS所需要的脚本语言。

从而可以非常简单的建立出相应的脚本去开发控制监控当前工程。

报警系统也非常的完善，用户可以在工程中运用到多钟报警装置。

在工程运行过程中，能够及时的发现并处理显示报警信息，还能够对比历史报警信息，可以分析书工程上面的不足。

从而达到辅助用户决策，预防此类报警信息再次出现。

从而提高经济效益和社会效益。

在不同工程运行的过程中，用户往往注重其安全问题。

MCGS很好的解决了此类问题。

它能够设置不同的安全密码，设置不同的权限从而达到不同的项目能够有不同的人员进行管理操作。

在运行组态软件MCGS的过程中，用户可以运用到多钟多样的网络结构体系，可以在便捷设备上进行操作监控，可以达到实时监控管理的目的，这种操作模式也就是物联网的控制过程。

MCGS不仅仅具备这些优点，它还具备非常好的扩充性和维护性。

MCGS分为5大模块处理，用户可以对工程进行模块化处理，MCGS还具有可外接的扩充接口。

用户可以根据自己的需求进行个性化的处理。

除此之外，MCGS还具备这能够运用到浏览器进行浏览。

可以让管理者或者技术人员可以随时随地的进行浏览。

还可以达到实时的监控管理。

对工程的一些历史数据和实时数据的处理显示。

可以供决策者进行决策，从而达到辅助决策的作用。

从而达到经济效益和社会效益的最大化。

2.4MCGS组态软件的工作方式

组态软件MCGS具有非常好的兼容性，能够与大多数的设备进行联系与控制。

当设备产生相应的数据时，能够实时的反馈到MCGS中，并且进行相应的处理加工，显示到人机对话的窗口中来。

在根据用户提前设定好的脚本语言进行比较处理。

得到的处理结果再经过MCGS再发送给各个设备之间。

从而达到控制的效果。

在MCGS将处理后的结果程序反馈到设备之间时，是可以根据用户提前设定好的脚本语言进行调控，模块化的管理，从而可以使得设备与设备之间的联络通讯能够相应的独立。

在用户窗口显示中，每个设备构件都对应着不同的图元、图符、动画构件。

并且用户可以根据实际需求或者个人的喜爱对设备窗口的图元、图符、动画构件进行个性化的处理。

这种个性化的操作这能够在用户窗口中产生动画效果的基础。

但是这种动画效果并不产生联系，没有产生相应的互动。

所以还不能称为真正的动画效果。

要想达到真正的动画效果，那么就要在设备与设备之间构建起相应的联系。

并且要与数据坤相联通。

从而可以达到动画效果的显示。

用户就可以在用户窗口中可以清晰的看到工程的动画效果。

在本论文的第四章中还会详细的介绍动画效果的制作。

为了让用户可以更好的监控管理整个工程。

MCGS专门设置了“运行决策”窗口。

这个窗口包括了启动策略、循环策略、退出策略、自定义策略这四个组成部分。

用户可以根据自己的需求与实际的需要进行个性化的处理。

能够让MCGS能够根据用户的设定对数据库进行操作。

从而可以对已经设定好的动画效果和工程的工作监控管理进行相应的操作。

在“运行决策”窗口进行操作。

用户可以直接对设备进行直接操作。

不用从新创建工程。

避免了工程操作的复杂性。

2.5MCGS组态软件的操作方式

当用户打开电脑之后便可以在电脑操作系统的桌面上或者可以在“开始”菜单栏中就可以找到“MCGS组态环境”的软件图标。

双击图标，就可以打开组态软件MCGS。

打开MCGS之后就会出现组态系统MCGS的工作平台，在工作平台上我们可以看到许多可以进行操作的选项。

例如：

标题栏：

在标题栏这个页面上，我们可以从中读取到组态软件MCGS的工程文件的名称和工程所在的目录。

菜单条：

用户可以在菜单条上对MCGS的菜单系统进行设置。

如果需要了解菜单系统可以参考“MCGS组态软件用户指南”附录所列出来的MCGS菜单系统介绍和MCGS组态软件中可以用到的快捷键。

工具条：

在工具条的操作方面，用户可以对设备进行编辑和在工具条上拥有组态时候要用到的工具按钮。

往往不同的窗口要设置成不同功能的工具条按钮，要想了解具体的情况可以参考一下附表。

工作平台：

用户可以在上面进行一系列的组态操作和对其进行相关的属性设置。

在工作平台的上面一共设置有5个窗口的标签，用户可以通过其可以迅速的打开相应的窗口，从而进行相关的组态操作。

这5个窗口分别是设备窗口、主控窗口、运行决策、用户窗口和实时数据库。

在工作平台的右边还设置有创建对象和对对象进行组态操作时候能够用到的功能按钮。

组态工作窗口：

组态工作窗口是用户进行组态操作的工作环境，在组态环境上，用户要进行组态的生成和应用系统，在这个工作环境上用户可以对图元图像，数据和各式各样的构件进行相应的构件和处理。

在这个窗口上，用户可以对对象进行相关的编辑和处理，组态工作窗口主要含有5个组成部分；分别是设备窗口、运行决策、主控窗口、实时数据库和用户窗口。

在组态工作窗口上，用户可以对工程进行命名，进行动画效果的构建，编写脚本，对数据的一些定义等等项目进行相关的组态操作。

属性设置窗口：

在这个窗口中用户可以根据实际情况和要求对相关对象进行属性的设置，属性设置窗口又可以被称作属性设置对话框，在这个属性设置对话框中，可以根据对象的不同，可以在属性窗口的页面上设置不同的数据，但是数据的结构形式是差不多一样的。

在属性设置对话框中。

我们可以看到其组成部分，其组成部分主要是以下几个部分进行组成。

窗口标题：

在MCGS组态软件的页面中，我们可以在其顶部中可以看到“**属性设置”这几个字形式的标题。

窗口标签：

窗口标签是作为分页的一种记号，能够将从不同属性窗口排序的分页排序中将所需要的属性窗口提取出来。

在窗口标签中，单击所需要编辑的窗口，即可以进行相应的属性编辑。

输入框：

是设置属性的一种特殊形式，在输入框的左侧部分会含有属性的解释文字，在输入框中，用户可以在里面输入一些属性内容，为了用户能够更加快捷方便的进行相关操作。

在输入框的右侧部分会出现一些“…”、“？

”、“▼”等标志符号，鼠标进行单击这些标志符号，页面就可以弹出一个表框。

然后，可以根据需要，用户可以选择所需要的一些项目，就可以将所需要的的东西设置进输入框中。

单选按钮：

是一种比较特殊的用“⊙”、“○”作为标记的一种属性设定的一种器材。

在同一个设置栏中会同时拥有多个单选按钮。

但是用户进行选择时，只能选择其中的一个进行相关的操作。

复选框：

复选框也是一种比较特殊的用“□”作为标记的一种属性设定的一种器材。

在同一个设置栏中会同时会出现比较多的选项框。

跟单选按钮所不同的是，用户可以选择多个复选框进行相关的操作。

功能按钮：

功能按钮一般会有四种不同的按钮，他们所代表的内容也不尽相同。

他们分别是“确认[Y]”、“帮助[H]”、“检察[C]”、“取消[N]”。

图形库工具箱：

为了更好的进行组态操作，MCGS组态软件中的图形库工具箱会为用户提供较为丰富的一些组态资源，用户可以根据实际情况，合理的运用这些组态资源。

这些组态资源总体来说是包括了以下几种组态资源：

系统图形工具箱：

系统图形工具箱一般是出现在用户窗口中，在用户窗口中，单击工具条中出现的“工具箱”的按钮，就可以打开图形工具箱，在系统图形工具箱中，我们可以看到各式各样的图