组态控制实用技术第二版习题解答.docx
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组态控制实用技术第二版习题解答
组态控制实用技术（第二版）习题解答
项目一水位控制系统设计
模块1水位控制工程文件建立
（一）理论题
1．什么是MCGS？
其主要特点和基本功能有哪些？
MCGS（MonitorandControlGeneratedSystem，通用监控系统）是一套用于快速构造和生成计算机监控系统的组态软件，它能够在基于Microsoft（各种32位Windows平台上）运行，通过对现场数据的采集处理，以动画显示、报警处理、流程控制、实时曲线、历史曲线和报表输出等多种方式向用户提供解决实际工程问题的方案，它充分利用了Windows图形功能完备、界面一致性好、易学易用的特点，比以往使用专用机开发的工业控制系统更具有通用性，在自动化领域有着更广泛的应用。
2．MCGS的构成有哪几部分？
各有什么作用？
MCGS系统包括组态环境和运行环境两个部分。
组态环境相当于一套完整的工具软件，它帮助用户设计和构造自己的应用系统。
用户组态生成的结果是一个数据库文件，称为组态结果数据库。
运行环境是一个独立的运行系统，它按照组态结果数据库中用户指定的方式进行各种处理，完成用户组态设计的目标和功能。
（二）实践题
1．每位同学按要求在D：
\MCGS\WORK\下建立工程文件，文件名为“水位控制系统+班级+学号”。
（1）鼠标单击文件菜单中“新建工程”选项，如果MCGS安装在D盘根目录下，则会在D：
\MCGS\WORK\下自动生成新建工程，默认的工程名为：
“新建工程X.MCG”（X表示新建工程的顺序号，如：
0、1、2等）。
（2）选择文件菜单中的“工程另存为”菜单项，弹出文件保存窗口。
（3）在文件名一栏内输入“水位控制系统+班级+学号”，点击“保存”按钮，工程创建完毕。
注意：
文件名中不能能包含空格，否则MCGS拒绝运行。
2．熟练掌握组态软件常用术语并能与MCGS组态环境中对应。
见拓展知识P9-10。
模块2水位控制画面设计
（一）理论题
1．为什么说实时数据库是MCGS系统的核心？
实时数据库相当于一个数据处理中心，同时也起到公用数据交换区的作用。
MCGS用实时数据库来管理所有实时数据。
从外部设备采集来的实时数据送入实时数据库，实时数据库将数据传送给系统其它部分操作系统其它部分操作的数据也来自于实时数据库。
实时数据库自动完成对实时数据的报警处理和存盘处理，同时它还根据需要把有关信息以事件的方式发送给系统的其它部分，以便触发相关事件，进行实时处理。
2．一个应用系统由哪五个部分组成？
一个应用系统由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略五个部分组成。
组态工作开始时，系统只为用户搭建了一个能够独立运行的空框架，提供了丰富的动画部件与功能部件。
如果要完成一个实际的应用系统，应主要完成以下工作：
首先，要象搭积木一样，在组态环境中用系统提供的或用户扩展的构件构造应用系统，配置各种参数，形成一个有丰富功能可实际应用的工程；然后，把组态环境中的组态结果提交给运行环境。
运行环境和组态结果一起就构成了用户自己的应用系统。
（二）实践题
1．参考图1-17完成水位控制系统的画面制作，实现动画控制效果测试。
见能力训练P11-14
模块3 模拟设备连接
（一）理论题
1．脚本程序数据类型有哪几类？
开关型
值为0或1
数值型
值在3.4E±38范围内
字符型
值为最多512字符组成的字符串
2．脚本程序基本语句有哪几条？
（1）赋值语句
赋值语句的形式为：
数据对象=表达式。
赋值语句用赋值号（“=”号）来表示，它具体的含义是：
把“=”右边表达式的运算值赋给左边的数据对象。
赋值号左边必须是能够读写的数据对象，如：
开关型数据、数值型数据、事件型数据以及能进行写操作的内部数据对象。
而组对象、事件型数据、只读的内部数据对象、系统内部函数以及常量，均不能出现在赋值号的左边，因为不能对这些对象进行写操作。
赋值号的右边为一表达式，表达式的类型必须与左边数据对象值的类型相符合，否则系统会提示“赋值语句类型不匹配”的错误信息。
（2）条件语句
条件语句有如下三种形式：
If〖表达式〗Then〖赋值语句或退出语句〗
If〖表达式〗Then
〖语句〗
EndIf
If〖表达式〗Then
〖语句〗
Else
〖语句〗
EndIf
条件语句中的四个关键字“If”、“Then”、“Else”、“Endif”不分大小写。
如拼写不正确，检查程序会提示出错信息。
条件语句允许多级嵌套，即条件语句中可以包含新的条件语句，MCGS脚本程序的条件语句最多可以有8级嵌套，为编制多分支流程的控制程序提供了可能。
“IF”语句的表达式一般为逻辑表达式，也可以是值为数值型的表达式，当表达式的值为非0时，条件成立，执行“Then”后的语句，否则，条件不成立，将不执行该条件块中包含的语句，开始执行该条件块后面的语句。
值为字符型的表达式不能作为“IF”语句中的表达式。
（3）退出语句
退出语句为“Exit”，用于中断脚本程序的运行，停止执行其后面的语句。
一般在条件语句中使用退出语句，以便在某种条件下，停止并退出脚本程序的执行。
（4）注释语句
以单引号“’”开头的语句称为注释语句，注释语句在脚本程序中只起到注释说明的作用，实际运行时，系统不对注释语句作任何处理。
（二）实践题
1．完成图1-33中脚本程序输入及编辑环境。
见能力训练P25-27
2．设置指示灯3，可见度对应的数据对象连接设置为：
液位2>=液位2上限or液位2<=液位2下限。
见能力训练P31
模块4报警显示与报警数据输出
（一）理论题
1．报表输出在工程应用中的作用是什么？
大多数监控系统需要对数据采集设备采集的数据进行存盘，统计分析，并根据实际情况打印出数据报表，所谓数据报表就是根据实际需要以一定格式将统计分析后的数据记录显示和打印出来，如：
实时数据报表、历史数据报表（班报表、日报表、月报表等）。
数据报表在工控系统中是必不可少的一部分，是数据显示、查询、分析、统计、打印的最终体现，是整个工控系统的最终结果输出；数据报表是对生产过程中系统监控对象的状态的综合记录和规律总结。
2．什么是实时数据报表？
什么是历史数据报表？
实时数据报表是实时的将当前时间的数据变量按一定报告格式（用户组态）显示和打印，即：
对瞬时量的反映，实时数据报表可以通过MCGS系统的实时表格构件来组态显示实时数据报表。
历史数据报表是从历史数据库中提取数据记录，以一定的格式显示历史数据。
实现历史报表由两种方式，一种用策略中的“存盘数据浏览”构件，另一种利用历史表格构件。
3．什么是实时曲线构件？
什么是历史曲线构件？
实时曲线构件是用曲线显示一个或多个数据对象数值的动画图形，象笔绘记录仪一样实时记录数据对象值的变化情况。
历史曲线构件实现了历史数据的曲线浏览功能。
运行时，历史曲线构件能够根据需要画出相应历史数据的趋势效果图。
历史曲线主要用于事后查看数据和状态变化趋势和总结规律。
（二）实践题
1．参考图1-57完成水位控制系统实时/历史报表制作。
见能力训练P36-40
2．参考图1-57完成水位控制系统实时/历史曲线的制作。
见能力训练P40-44
模块5nTouch嵌入式系统设计
（一）理论题
1．MCGS组态软件嵌入版与通用版相同之处？
不同之处？
1、相同之处：
（1）相同的操作理念：
嵌入版和通用版一样,组态环境是简单直观的可视化操作界面，通过简单的组态实现应用系统的开发，无需具备计算机编程的知识，就可以在短时间内开发出一个运行稳定的具备专业水准的计算机应用系统；
（2）相同的人机界面：
它的人机界面的组态和通用版人机界面基本相同。
可通过动画组态来反映实时的控制效果，也可进行数据处理，形成历史曲线、报表等，并且可以传递控制参数到实时控制系统；
（3）相同的组态平台：
嵌入版和通用版的组态平台是相同的，都是运行于Windows95/98/Me/NT/2000等操作系统；
（4）相同的硬件操作方式：
嵌入版和通用版都是通过挂接设备驱动来实现和硬件的数据交互，这样用户不必了解硬件的工作原理和内部结构，通过设备驱动的选择就可以轻松的实现计算机和硬件设备的数据交互。
2、不同之处：
（1）功能作用不同：
虽然嵌入版中也集成了人机交互界面，但嵌入版是专门针对实时控制而设计的，应用于实时性要求高的控制系统中，而通用版组态软件主要应用于实时性要求不高的监测系统中，它的主要作用是用来做监测和数据后台处理，比如动画显示、报表等，当然对于完整的控制系统来说二者都是不可或缺的；
（2）运行环境不同：
嵌入版运行于嵌入式实时多任务操作系统WindowsCE；通用版运行于MicrosoftWindows95/98/Me/NT/2000等操作系统；
（3）体系结构不同：
嵌入版的组态和通用版的组态都是在通用计算机环境下进行的，但嵌入版的组态环境和运行环境是分开的，在组态环境下组态好的工程要下载到嵌入式系统中运行，而通用版的组态环境和运行环境是在一个系统中。
2．MCGS嵌入版组态软件的有哪些主要特点？
1简单灵活的可视化操作界面
2实时性强、有良好的并行处理性能
3丰富、生动的多媒体画面
4完善的安全机制
5强大的网络功能
6多样化的报警功能
7实时数据库为用户分步组态提供极大方便
8支持多种硬件设备，实现“设备无关”
9方便控制复杂的运行流程
10良好的可维护性
11用自建文件系统来管理数据存储
12设立对象元件库，组态工作简单方便
（二）实践题
1．完成如图1-58的上位机嵌入式水位控制系统设计并完成模拟运行。
见能力训练P50-51
2．下载到nTouch触摸屏并进入运行程序调试。
见能力训练P51-52
项目二加热反应炉系统设计
模块1工程分析
（一）理论题
1．组建新工程一般有哪些步骤？
组建新工程的一般过程：
1．工程项目系统分析：
分析工程项目的系统构成、技术要求和工艺流程，弄清系统的控制流程和监控对象的特征，明确监控要求和动画显示方式，分析工程中的设备采集及输出通道与软件中实时数据库变量的对应关系，分清哪些变量是要求与设备连接的，哪些变量是软件内部用来传递数据及动画显示的。
2．工程立项搭建框架：
MCGS称为建立新工程。
主要内容包括：
定义工程名称、封面窗口名称和启动窗口（封面窗口退出后接着显示的窗口）名称，指定存盘数据库文件的名称以及存盘数据库，设定动画刷新的周期。
经过此步操作，即在MCGS组态环境中，建立了由五部分组成的工程结构框架。
封面窗口和启动窗口也可等到建立了用户窗口后，再行建立。
3．设计菜单基本体系：
为了对系统运行的状态及工作流程进行有效地调度和控制，通常要在主控窗口内编制菜单。
编制菜单分两步进行，第一步首先搭建菜单的框架，第二步再对各级菜单命令进行功能组态。
在组态过程中，可根据实际需要，随时对菜单的内容进行增加或删除，不断完善工程的菜单。
4．制作动画显示画面：
动画制作分为静态图形设计和动态属性设置两个过程。
前一部分类似于“画画”，用户通过MCGS组态软件中提供的基本图形元素及动画构件库，在用户窗口内“组合”成各种复杂的画面。
后一部分则设置图形的动画属性，与实时数据库中定义的变量建立相关性的连接关系，作为动画图形的驱动源。
5．编写控制流程程序：
在运行策略窗口内，从策略构件箱中，选择所需功能策略构件，构成各种功能模块（称为策略块），由这些模块实现各种人机交互操作。
MCGS还为用户提供了编程用的功能构件（称之为“脚本程序”功能构件），使用简单的编程语言，编写工程控制程序。
6．完善菜单按钮功能：
包括对菜单命令、监控器件、操作按钮的功能组态；实现历史数据、实时数据、各种曲线、数据报表、报警信息输出等功能；建立工程安全机制等。
7．编写程序调试工程：
利用调试程序产生的模拟数据，检查动画显示和控制流程是否正确。
8．连接设备驱动程序：
选定与设备相匹配的设备构件，连接设备通道，确定数据变量的数据处理方式，完成设备属性的设置。
此项操作在设备窗口内进行。
9．工程完工综合测试：
最后测试工程各部分的工作情况，完成整个工程的组态工作，实施工程交接。
在实际组态中，有些过程是交织在一起进行的，用户可根据工程的实际需要和自己的习惯，调整步骤的先后顺序，而并没有严格的限制与规定。
2．根据系统的控制要求列出输出/输入变量表。
见能力训练P58-59
（二）实践题
1．参考图2-1完成加热反应炉监控系统界面设计。
见能力训练P67-69
2．根据表2-2完成MCGS数据对象定义。
设定变量鼠标点击图1-2-2MCGS组态平台“实时数据库”窗口标签，进入实时数据库窗口页。
按“新增对象”按钮，在窗口的数据变量列表中，增加新的数据变量，多次按该按钮，则增加多个数据变量，系统缺省定义的名称为“Data1”、“Data2”、“Data3”等。
选中变量，按“对象属性”按钮或双击选中变量，则打开对象属性设置窗口。
实时数据库是MCGS工程的数据交换和数据处理中心。
数据变量是构成实时数据库的基本单元，建立实时数据库的过程也即是定义数据变量的过程。
定义数据变量的内容主要包括：
指定数据变量的名称、类型、初始值和数值范围，确定与数据变量存盘相关的参数，如存盘的周期、存盘的时间范围和保存期限等。
模块2上位机设计
（一）理论题
1．什么是数据后处理？
有什么作用？
数据后处理：
其本质上是对历史数据库的处理，MCGS的存盘历史数据库是原始数据的基本集合，MCGS数据后处理就是对这些原始数据的数据操作（修改、删除、添加、查询等数据库操作）。
作用：
从这些原始数据中提炼出对用户真正有用的数据和信息并以数据报表的形式展示出来。
对采集的工程物理量存盘后，需要对数据库进行操作和对存盘的数据进行各种统计，以根据需要作出各种形式的报表。
2.数据后处理有几种方式？
说明MCGS组态软件数据处理流程。
（1）存盘数据浏览构件，存盘数据提取构件和历史表格构件可以完成各种形式的数据报表，MCGS组态软件数据处理流程如图2-26所示，数据从采集设备输入，通过设备驱动进入实时数据库，MCGS组态软件提供对实时数据库的实时变量进行数据和曲线等多种显示方式，同时可通过数据存盘控制器随时对变量的存盘周期和方式进行修改，可对在硬盘上存好的数据进行多种处理。
（2）MCGS存盘数据浏览构件可以对存好的数据直接进行显示、打印、查询、修改、删除、添加记录和统计。
（3）MCGS存盘数据提取构件可以对存好的数据按照一定的时间间隔或不同的统计方式进行提取处理，可以把数据提取到MCGS实时数据库中的变量中，也可以根据一定的查询条件把相关的数据提取到其它的各种形式的数据库。
（4）MCGS存盘数据提取构件配合MCGS历史表格可以完成工控项目中最常使用的各种形式的报表（如标准形式的日报表、月报表、年报表，不定记录项的报表，定要求查询报表等）。
（二）实践题
1．参考图2-15，完成界面设计，输入脚本程序，实现模拟运行。
见能力训练P67-78
2．参考图2-28，完成界面设计。
见能力训练P36-44
模块3上、下位机连接
（一）理论题
1．什么是数据前处理？
有什么作用？
定义：
对从设备中采集到的数据或输出到设备的数据进行处理，
作用：
得到实际需要的工程物理量
2.数据前处理有哪几种方式？
说明MCGS设备驱动分类方法。
数据前处理有八种方式：
多项式计算、倒数计算、开方计算、滤波处理、工程转换计算、函数调用、标准查表计算、自定义查表计算。
MCGS设备驱动程序的选择，如图所示，在窗口左边的列表框中列出了MCGS所有的设备（在MCGS的\\Program\Derives目录下所有设备），可选设备是按一定分类方法分类排列，用户可以根据分类方法去查找自己需要的设备，例如，用户要查找康拓IPC－5488采集模板的驱动程序，需要先找采集模板目录，再在采集模板目录下找康拓板卡目录，再在康拓板卡目录下就可以找到康拓IPC－5488。
按安装按钮可以安装其他目录（非MCGS的\\Program\Derives目录）下的设备。
MCGS设备目录的分类是为了用户在众多的设备驱动中方便快速的找到需要的设备驱动，MCGS所有的设备驱动都是按合理的分类方法排列的。
分类方法如图2-53所示：
（二）实践题
1．完成PLC中的通信参数和PLC地址设置。
见能力训练P82-83
2．完成MCGSPPI通信组态。
见能力训练P83-88
3．参考图2-41、图2-43，分别完成通道属性和通道连接设置。
见能力训练P82-88
模块4下位机连接
（一）理论题
1．S7-200系列PLC的编程软件是什么？
S7-200CPU控制程序的基本构成元素有哪些?
S7-200系列的PLC的编程软件是STEP7-Micro／WIN32．可以对S7—200的所有功能进行编程。
S7-200CPU的控制程序由以下程序组织单位（POU）类型组成：
主程序程序的主体（称为OB1），是您放置控制应用程序指令的位置。
主程序中的指令按顺序执行，每次CPU扫描循环时执行一次。
子例行程序子例行程序是指令的一个选用集，存放在单独的程序块中，仅从主程序、中断例行程序或另一个子例行程序调用时被执行。
中断例行程序中断例行程序是指令的一个选用集，存放在单独的程序块中，仅在中断事件发生时被执行。
2.MCGS支持哪些系列的PLC？
试说出三种。
MCGS支持以下系列的PLC设备：
1）西门子S7_200（自由口，PPI接口）、S7_300（MPI接口,Profibus接口）、S7_400（MPI接口,Profibus接口）；
2）莫迪康Modbus-RTU协议、Modbus-ASCII协议，Modbus-Plus协议；
3）欧姆龙-CQM系列、C200系列、CS系列和CV系列；
4）三菱FX系列、AnA系列
5）松下FP0、FP1、到FP10系列。
6）台达SC500/OMC-1系列、Open_PLCXC_2000系列
7）LG_LG_MK_S系列；
8）GE_90系列
9）AB全系列
10）富士NB系列
11）和利时全系列
选择三种回答即可
（二）实践题
1．参考图2-57、图2-58和图2-59，完成PLC编程。
见能力训练P96-97
2．STEP7-Micro/WIN32的个人计算机和PLC之间建立通信，将程序下载至该PLC。
见理论知识P98
3．参考图2-58系统自动控制流程，修改组态控制程序（控制内容可分配到MCGS和S7-200）。
见能力训练P96-97，理论知识P98
模块5安全机制设置
（一）理论题
1．为什么要设置工程运行期限？
最多可以设置几个试用期限？
为了方便开发者的利益得到及时的回报，MCGS提供了设置工程运行期限的功能，到一定的时间后，如得不到应得的回报，则可通过多级密码控制系统的运行或停止。
在工程试用期限设置窗口中最多可以设置四个试用期限
2.MCGS为什么要有安全机制？
工业过程控制中，应该尽量避免由于现场人为的误操作所引发的故障或事故，而某些误操作所带来的后果有可能是致命性的。
为了防止这类事故的发生，MCGS组态软件提供了一套完善的安全机制，严格限制各类操作的权限，使不具备操作资格的人员无法进行操作，从而避免了现场操作的任意性和无序状态，防止因误操作干扰系统的正常运行，甚至导致系统瘫痪，造成不必要的损失。
（二）实践题
1．按以下要求设立安全机制：
用户组：
管理员组、操作员组
用户：
负责人、张工
其中负责人隶属于管理员组，张工隶属于操作员组。
管理员组成员可以进行所有操作；操作员组成员只能进行菜单、按钮等基本操作。
需要设置权限的部分包括：
“系统运行权限”
见能力训练P100-102
项目三液力变扭箱数据采集系统设计
模块1工程分析
练习（主要是围绕工作任务的练习）
1．在计算机的主板上安装PCL_818L板卡，并对板卡开关与跳线JP12、SW2进行设置。
见能力训练P105-106
2．完成PCL_818L板卡的测试，检查板卡基地址设置是否正确。
见理论知识P107-109
3．用研华自带测试软件测试输入电压的显示值是否与外接电压相等。
见理论知识P109-110
模块2数据对象定义
在MCGS工程中定义表3-3中的数据对象
见能力训练P111-113
模块3主控窗口菜单组态
完成图3-18所示的运行环境菜单,达到如图3-19所示的运行效果。
见能力训练P114-116
模块4界面编辑
1．完成“数据采集”界面制作与所有属性设置。
见能力训练P117-123
2．完成“实时数据曲线”界面制作与所有属性设置。
见能力训练P123-131
3．完成“历史数据查询”界面制作与所有属性设置。
见能力训练P131-134
4．完成“历史数据曲线”界面制作与所有属性设置。
见能力训练P134-137
模块5设备组态
1.完成PCL_818L板卡设备构件基本属性的组态、通道的连接以及连接通道的数据处理。
见能力训练P138-141
2.接通输入信号并进行调节，记录数据，观察报表与曲线是否符合设计要求。
见理论知识P141
项目五点胶机器人生产线现场总线网络的设计
模块1网络方案的确定
（一）理论题
1．什么是DeviceNet现场总线？
其主要技术特点有哪些？
DeviceNet是20世纪90年代中期发展起来的一种基于CAN技术的开放型、低成本、高性能的通信网络。
它通过一根电缆将诸如可编程控制器、传感器、光电开关、操作员终端、电动机、变频器等现场智能设备连接起来，使分布式控制系统减少现场I/O接口和布线数量，将控制功能下载到现场设备的理想解决方案。
DeviceNet具有以下一些技术特点。
1）不必切断网络即可移除节点。
2）网络上最多可以容纳64个节点，每个节点支持的I/0数量没有限制。
3）使用密封或开放形式的连接器。
4）可选用的数据通信速率为125kbps、250kbps、500kbps。
5）支持点对点、多主或主/从通信。
6）可带电更换网络节点、在线修改网络配置。
7）采用CAN物理层和数据链路层规约，使用CAN规约芯片，得到国际上主要芯片制造商的支持。
8）支持选通、轮询、循环、状态变化和应用触发的数据传送。
9）采用逐位仲裁机制实现按优先级发送信息。
10）具有通信错误分级检测机制、通信故障的自动判别和恢复功能。
11）可调整的电源结构，可满足不同的实际情况：
每个电源最大容量可达16A，电源内置过载保护，供电装置具有互换性。
12）既适应于连接低端工业设备又能连接变频器、操作终端这样的复杂设备。
13）得到众多制造商的支持，可实现不同厂商同类设备的互换。
14）是一种低成本、高可靠性的数据网络，具有误接线功能。
2．DeviceNet网络电源有哪些要求？
要求如下：
电源上升5%的目标电压所需时间不超过250ms。
电源有自己的限流保护。
网络系统的每一个节点都采用保险丝保护。
电源的规格要求能满足每一个设备的功率要求。
根据用户手册的方法来减低电源的热量。
（二）实践题
1．每位同学按搜集点胶机器人资料，设计点胶机器人网络方案。
见能力训练P175-177
2．完成网络元件的选型及网线的连接。
见能力训练P177-179
模块2控制器的程序编写
（一）理论题
1．RSLOGIX5000的主要特点和基本功能有哪些？
RSLO
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