计算机控制技术实验2104006刘燕副本 5.docx

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计算机控制技术实验2104006刘燕副本5

前言

《微型计算机控制技术》课程是自动化、电气工程及其自动化专业学生必修的“主干专业课程”，属工程技术类课程。

本门课程主要研究如何将计算机技术和自动化控制理论应用于工业生产过程，并设计出所需要的计算机控制系统通过本门课程的学习，使学生了解并掌握使用计算机控制系统进行工业控制、设计智能化仪器（仪表）的一般方法和过程。

通过课程的学习，使学生了解和掌握以微型机为核心组成的控制系统的硬件、软件基础知识和基本应用技术，能使学生从计算机控制系统组成的角度，综合运用课程知识，培养分析、解决问题和创新能力，从而使学生具有一定的计算机控制系统的设计、调试、整定等理论知识和实际能力。

因时间关系和本人水平有限，书中难免存在缺点和错误，殷切期望广大读者批评指正。

自动化实验室娄毅老师，研究生栗坤东、徐联贵、李强等同学为本书的编写做了大量工作，在此表示衷心感谢！

实验一MCGS初步认识

实验目的学习使用MCGS软件的一般方法

实验内容通过创建“开关量输入实验”工程，掌握应用MCGS组态软件完成一个工程的组态过程。

实验设备工业控制计算机、MCGS软件

实验步骤

⒈工程的建立

1双击桌面上的

图标，进入MCGS组态环境。

用鼠标单击文件菜单中“新建工程”选项，因为MCGS安装在D：

盘根目录下，所以会在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”

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。

将工程保存在：

E:

\下。

③　在文件名一栏内输入“实验一”，点击“保存”按钮，工程创建完毕。

⒉制作工程画面

选中文字框，作如下设置：

点击

（填充色）按钮，设定文字框的背景颜色为：

没有填充；

点击

（线色）按钮，设置文字框的边线颜色为：

没有边线。

点击

（字符字体）按钮，设置文字字体为：

华文行楷；字型为：

粗体；大小为：

一号

点击

（字符颜色）按钮，将文字颜色设为：

蓝色。

4.定义数据对象

实时数据库是MCGS工程的数据交换和数据处理中心。

数据对象是构成实时数据库的基本单元，建立实时数据库的过程也就是定义数据对象的过程。

图3.3对象元件管理对话框

定义数据对象的内容主要包括：

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。

在本实验中需要用到以下“开关型”数据对象：

DI0、DI1、DI2～DI7。

以数据对象“DI0”为例，定义数据对象的步骤如下：

①　单击工作台中的“实时数据库”窗口标签，进入实时数据库窗口页。

在该窗口内，有4个系统内自动建立的数据对象。

②　单击“新增对象”按钮，在窗口的数据对象列表中，增加新的数据对象，多次点击该按钮，则可增加多个数据对象。

③　选中对象，按“对象属性”按钮，或双击选中对象，则打开“数据对象属性设置”窗口。

将对象名称改为：

DI0；对象类型选择：

开关型；单击“确认”。

按照此步骤，设置其他7个数据对象。

5.在画面中添加指示灯

①　单击绘图工具箱中的

（插入元件）图标，弹出对象元件管理对话框，如图3.3所示。

②　从“指示灯”类中选取灯15。

重复此步骤，再选取7个指示灯（也可复制粘贴）。

将指示灯（共8个）调整为适当大小，放到适当位置，参照图3.1效果。

③使用工具箱中的

图标，分别对各指示灯进行文字注释。

依次为：

DI0、DI1、DI2～DI7。

双击指示灯DI0，弹出单元属性设置窗口，单击“动画连接”标签，选中“组合图符、可见度”一项，在右端出现

，单击

进入动画组态属性设置窗口。

④设置“填充颜色”：

表达式：

DIdata0；填充颜色连接：

设两个分段点，0—绿色，1—红色。

单击“确认”，设置完毕。

按照相同步骤设置其他7个指示灯。

⑤　选择“文件”菜单中的“保存窗口”选项，保存画面。

图3.4数字量输入模块实验指示灯效果图

6.添加外框

①　点击工具箱中的常用图符按钮

，打开常用图符工具箱。

②　选择其中的凹槽平面按钮

，拖动鼠标绘制一个凹槽平面，恰好将指示灯和标签全部覆盖。

③　选中该平面，点击编辑条中“置于最后面”按钮

。

④　选择其中的凹平面按钮

，拖动鼠标绘制一个凹平面，恰好将凹槽平面全部覆盖。

⑤　选中该平面，点击编辑条中“置于最后面”按钮

，最终效果如图3.4所示。

图3.5设备管理窗口

7.设备连接

MCGS组态软件提供了大量的工控领域常用的设备驱动程序。

在本例中，以串口通讯父设备为例，简单地介绍关于MCGS组态软件的设备连接。

启动MCGS组态软件时情况下，通常串口通讯父设备未被装载，可按照以下步骤将其装入：

1在“设备窗口”中双击“设备窗口”图标进入。

图3.7设备属性设置窗口

②　双击“设备0-[串口通讯父设备]”，进入串口通讯父设备属性设置窗口，如图3.7。

将“串口端口号”改为“1-COM2”。

按照此步骤将“研华-5051”添加到串口通讯父设备下。

其属性设置为：

①在“基本属性”中将设备名称改为：

数字量输入模块；母板地址：

0；模块在母板中的槽号：

0。

②在“通道连接”中将数据对象DI0、DI1、DI2～DI7分别对应于通道1～8。

③设备调试：

在“设备调试”属性页中进行，以检查和测试模块是否正常工作，在进行调试前，要先接好模块电源和串行通讯线，把模块地址，波特率和各种参数设置正确，Addr参数必须和模块地址一致，串口号，波特率，数据位位数，停止位位数，校验方式必须和父设备的设置一致，打开主机即可调试。

对通讯状态通道调试时，通道值一列显示设备通讯状态，0表示通讯成功，1表示通讯失败。

对数字量通道调试时，通道值一列显示数字量通道的开关状态，为0表示关，为1表示开。

当数字量通道为输出通道，在通道状态一列中，当用鼠标左键按下时，对应通道的输出状态为1，松开鼠标左键时，输出状态为0；当用鼠标右键单击时，对应通道的输出状态交替变化（从0变为1,或从1变成0）。

9.进入运行环境

保存工程，然后点击运行图标

（或直接按F5），进入运行环境。

实验总结

1．“组态”的含义是什么？

答：

组态软件能够避开复杂的计算机软、硬件问题，集中精力去解决工程问题本身，根据工程作业的需要和特点，组态配置出高性能、高可靠性和高度专业化的工业控制监控系统。

2．总结归纳用MCGS建立一个新工程的主要步骤。

答：

⒈工程的建立⒉制作工程画面3.制作文字框图4.定义数据对象5.在画面中添加指示灯6添加外框7设备连接8串口通讯父设备的添加及属性设置

4．创建图3.19所示“数字量输入/输出通道”的工程画面并保存为E:

\MCGS\WORK\ 实验三.MCG）。

5．参照实验一方法在实时数据库中定义“开关型”数据变量DI0-DI7，DO0-DO15。

图3.19实验三组态画面

6．参照实验一方法在“设备窗口”中分别定义“串口通讯父设备”并将ADAM－5051、ADAM－5056和ADAM－5060模块添加到“串口通讯父设备”下。

（注意：

根据各个模块在母板中的实际位置对“母板地址”进行设置）

图3.20ADAM-5060模块实验接线图

7．在“通道连接”中将数据对象DI0～DI7分别对应于ADAM－5051的通道1～8，将数据对象DO0～DO7分别对应于ADAM－5056的通道1～8；将数据对象DO10～DO15分别对应于ADAM－5060的通道1～6。

8.参照实验一方法,把组态画面中各个控件与数据对象一一连接。

（注意:

上图中继电器的常开常闭连接同一变量.）

9．参照实验一中方法对各个模块进行“通道调试”，确认通讯成功。

10．点击运行图标

，然后选择“确定”，进入运行环境主界面。

11．实验操作

［1］以开关电路板上的开关的ON、OFF给ADAM-5051模块各通道送入高、低电平，即“1”、“0”，观察并记录主界面上数字量输入部分的指示灯颜色变化；分别在DI0、DI1、DI2输入逻辑“1”，在DI3、DI4、DI5输入逻辑“0”时，观察并记录主界面上的指示灯颜色变化。

［2］在组态画面上“数字量输出”部分的“输入框”中分别输入0/1，观察并记录组态画面上指示灯颜色变化；观察继电器KA1、KA2的工作情况，并记录之。

［3］按照图3.20接线，点击实验组态画面上继电器输出部分的控制按钮，观察各个继电器及直流电机的工作情况。

注意:

小直流电机的工作电源为＋12V。

实验完毕，点击主界面菜单上的“退出系统”菜单退出运行环境。

实验总结

1．若使DI0、DI2DI4输入为逻辑“0”，DI1、DI3、DI5输入为逻辑“1”时，实验三画面上输入通道部分的信号灯亮灭状态如何？

答：

DI0、DI2DI4亮红灯DI1、DI3、DI5亮绿灯

2．若要使实验三画面上输出通道部分的信号灯间隔点亮，DO0、DO2DO4输入为逻辑“0”，DO1、DO3、DO5应如何控制？

答：

输入为逻辑“1”。

实验四模拟量输入/输出通道

实验目的加深对计算机控制系统中模拟量输入输出通道的理解，学习MCGS数据对象的定义，设备通道与实时数据变量关联的方法。

实验设备工业控制计算机、ADAM-5000系统、ADAM-5017模拟量输入模块、ADAM-5024模拟量输出模块各1块，SS1712型直流稳压电源1台，200Ω可变电阻1个，电压表、电流表各1块，连接导线若干。

实验步骤

图3.21实验四原理接线图

1．将ADAM-5017模拟量输入模块和ADAM-5024模拟量输出模块装入ADAM-5000的插槽中并锁紧锁扣装置。

图3.22模拟量输入/输出通道实验画面

2．按照图3.21a），b）接线。

注意：

两电源必须共地。

3．创建图3.22所示“模拟量输入/输出通道”的工程画面并保存为E:

\MCGS\WORK\ 实验四.MCG）。

4．参照实验一方法在实时数据库中定义“数值型”数据变量AI0~AI7，AO0~AO3。

5．参照实验一方法在“设备窗口”中分别定义“串口通讯父设备”并将ADAM－5017、ADAM－5024模块添加到“串口通讯父设备”下。

6．在“通道连接”选项卡中用“快速连接”按钮将数据对象AI0～AI7分别对应于ADAM－5017的通道1～7。

将数据对象AO0～AO3分别对应于ADAM－5024的通道1～4。

7．参照实验一中方法对各个模块进行“通道调试”，确认通讯成功。

8．双击“模拟量输入”部分的标签，打开“动画组态属性设置”窗口，按照图3.23设置相关属性。

选中“显示输出”选

图3.23　输入构件属性设置窗口

项卡，在“表达式”中连接相应数据对象。

9．双击“模拟量输入”部分的“仪表”图形，打开“单元属性设置”窗口，在“数据对象”中把数据变量“AI0”与该“仪表”关联；在“动画连接”中点击

图标并按图3.24设置相关参数。

用同样的方法对“模拟量输出”部分和各个“输入框”、“滑动块”进行数据变量连接。

10．点击

图标，直接进入运行环境主界面。

11．调节可变电阻以改变模拟量输入电压的大小，观察工控机的屏幕上采集的输入电压值的大小，并将数据记入表3.1。

12．在实验组态画面上“模拟量输出”部分的“输入框”中输入数据观察输出线路中电压表和电流表的变化，并将数据记入表3.2。

13．滑动块输出

用鼠标拖动实验组态画面中的

“滑动输入器”图标旋钮，输入0～10范围内的数字，在模块的I0＋/I0－端口串联的电流表上读出相应的电流值。

14．实验完毕，点击主界面菜单上的“退出系统”菜单退出运行环境。

实验总结

1．5017模块的输入电压值超过±10V时，对应的数字量是多少？

为什么？

答：

对应的数字量是10超过了范围

2．要使“实验步骤13”中，使“旋转仪表”上的数值与ADAM－5024模块上I0＋/I0－端口串联的电流表的读数相同，应如何设置“旋转仪表”的相关属性？

答：

在操作属性中最大逆时针角度设90对应值0.0，最大顺时针角度设90对应值10.0

实验五报警处理与循环策略

实验目的加深对计算机控制系统理解，学习MCGS数据对象的报警处理。

实验设备业控制计算机1台，ADAM-5000系统、ADAM-5017模拟量输入模块、ADAM-5051数字量输入模块、5056数字量输出模块和5060继电器模块各1块，200Ω可变电阻2个，SS1712型直流稳压电源，导线若干。

实验步骤

一.参照实验五方法对“液位1”、“液位2”进行报警定义。

具体如下：

图3.33报警显示构件属性设置

［1］对于“液位1”变量，在实时数据库中，双击“液位1”，在“报警属性”中选中“允许进行报警处理”，在报警设置域中的“下限报警”，报警值设为：

1米；报警注释为：

“水罐1没水了！

”；选中“上限报警”，报警值设为：

9米；报警注释输入为：

“水罐1的水已达上限值！

”；在“存盘属性”中，选中“自动保存产生的报警信息”。

同理设置“液位2”的报警属性。

只需把“上限报警”报警值设为：

5米，报警注释输入：

“水罐2的水已达上限值！

”。

［2］报警显示。

双击“用户窗口”中的“水位控制”窗口，进入组态画面。

选取“工具箱”中的“报警显示”

构件。

鼠标指针呈“十”后，在适当的位置，拖动鼠标至适当大小，如图3.33。

选中该图形，双击，再双击弹出报警显示构件属性设置窗口，在基本属性页中将对应的数据对象的名称设为：

液位组；最大记录次数设为：

6。

［3］报警数据。

在“运行策略”窗口中新建策略并选择策略的类型为“用户策略”；将“策略1”“策略属性设置”窗口中的策略名称输入框中输入：

报警数据； 策略内容注释输入框中输入：

水罐的报警数据。

双击“报警数据”策略，进入策略组态窗口，，新增加一个策略行，从“策略工具箱”中选取“报警信息浏览”，加到策略行上。

在“报警信息浏览构件属性设置”窗口中，进入基本属性页，将“报警信息来源”中的“对应数据对象”改为：

液位组。

可按“测试”按钮，进行预览。

怎样在运行环境中看到报警数据？

在MCGS工作台上，选中“主控窗口”，单击“菜单组态”进入。

单击工具条中的“新增菜单项”

图标产生“操作0”菜单。

双击“操作0”菜单，弹出“菜单属性设置”窗口。

进行如下设置：

⏹

图3.34　液位上下限值显示

在“菜单属性”页中，将菜单名改为：

报警数据；

⏹在“菜单操作”页中，选中“执行运行策略块”，并从下拉式菜单中选取“报警数据”。

按“确认”设置完毕。

按“F5”进入运行环境，就可以单击菜单“报警数据”打开报警历史数据。

［4］修改报警限值。

在“实时数据库”中增加四个变量：

液位1上限、液位1下限、液位2上限、液位2下限。

按本实验“控制要求”对各变量初值进行设置。

在“用户窗口”中制作液位上下限值显示部分，如图3.34。

双击“输入框”对各“操作属性”进行设置：

液位1上限数值输入的取值范围5－10，液位1下限数值输入的取值范围0－5；液位2上限数值输入的取值范围4－6，液位1下限数值输入的取值范围0－2。

在“循环策略”中写入以下脚本程序：

!

SetAlmValue（液位1，液位1上限,3）

!

SetAlmValue（液位1，液位1下限,2）

!

SetAlmValue（液位2，液位2上限,3）

!

SetAlmValue（液位2，液位2上限,2）

［5］报警动画

参照实验五方法在图3.35中设置液位1、液位2两个报警指示灯。

检查确认后退出。

报警显示与报警数据制作完毕。

图3.35　报警灯属性设置

二．编写控制流程。

假设控制要求为：

当“水罐1”的液位达到9米时，就要把“水泵”关闭，否则就要自动启动“调节阀”。

当“水罐2”的液位不足1米时，就要自动关闭“出水阀”，否则自动开启“调节阀”；当“水罐1”的液位大于1米，同时“水罐2”的液位小于6米就要自动开启“调节阀”，否则自动关闭“调节阀”。

图3.36策略工具箱

在“运行策略”中，双击“循环策略”进入策略组态窗口，双击

图标进入“策略属性设置”，将：

循环时间设为：

200ms，按“确认”。

在策略组态窗口中，单击工具条中的“新增策略行”

图标，增加一策略行。

策略工具箱如图3.36。

]     双击

进入脚本程序编辑环境，输入下面的程序：

IF液位1<液位1上限THEN

水泵=1

ELSE

水泵=0

ENDIF

IF液位2>液位2下限THEN

出水阀=1

ELSE

出水阀=0

ENDIF

IF液位1<液位1下限or液位2>液位2上限THEN

调节阀=0

ELSE

调节阀=1

ENDIF

确认后退出。

9．点击运行图标

，进入运行环境主界面。

10．操作

（1）调节模拟“液位1”、“液位2”的电位器，改变水位，观察组态画面中水位变化情况；观察外部设备工作状态是否正确。

（2）分别实验当水罐水位高于或低于下限时，水泵、调节阀、出水阀等的工作状态是否正确。

（3）分别实验当水罐水位高于或低于下限时，各报警指示灯、报警显示与报警数据是否正确。

11．实验完毕，点击主界面菜单上的“退出系统”菜单退出运行环境。

实验六设计物料控制系统

实验内容创建“物料位控制系统”工程

实验要求设计一物料控制系统，要求一个反应器（15#）（物料位范围为0~8米），一个进料泵（10#），一个出料泵（5#），一个出料阀，一个虚拟指示灯（可自动控制）。

组态画面中要有工程、各设备集输入框名称等。

运行时组态画面为启动窗口，且最大化显示。

控制要求当物料位低2米时，出料泵、出料阀关闭；当物料位高于6米时，进料泵关闭；当物料位低于6你且大于2米时指示灯显示绿色，否则显示为红色。

在设备窗口中采用模拟设备输出，在基本属性的内部属性的设置中，确认好数据范围，物料位数据采用正弦波形模拟数据，数据周期为40s，运行脚本程序设定的循环运行时间为200ms。

实验设备工业控制计算机、MCGS软件

实验步骤

建立画面

①在“用户窗口”中单击“新建窗口”按钮，建立“窗口0”。

②选中“窗口0”，单击“窗口属性”，进入“用户窗口属性设置”。

③将窗口名称改为：

物位控制；窗口标题改为：

物位控制；窗口位置选中“最大化显示”，其它不变，单击“确认”。

④在“用户窗口”中，选中“物位控制”，点击右键，选择下拉菜单中的“设置为启动窗口”选项，将该窗口设置为运行时自动加载的窗口。

编辑画面

选中“物位控制”窗口图标，单击“动画组态”，进入动画组态窗口，开始编辑画面。

制作水箱

图3.10对象元件库管理

①单击绘图工具箱中的

（插入元件）图标，弹出对象元件管理对话框，如图3.10。

图3.11　水位控制系统演示工程效果图

②从“储藏罐”类中选取罐。

③从“阀”和“泵”类中选取出料阀、进料泵。

④将储藏罐、阀、泵调整为适当大小，放到适当位置，参照效果图3.11。

⑤选中工具箱内的流动块动画构件图标

，鼠标的光标呈“十”字形，移动鼠标至窗口的预定位置，点击一下鼠标左键，移动鼠标，在鼠标光标后形成一道虚线，拖动一定距离后，点击鼠标左键，生成一段流动块。

再拖动鼠标（可沿原来方向，也可垂直原来方向），生成下一段流动块。

⏹当用户想结束绘制时，双击鼠标左键即可。

⏹当用户想修改流动块时，选中流动块（流动块周围出现选中标志：

白色小方块），鼠标指针指向小方块，按住左键不放，拖动鼠标，即可调整流动块的形状。

选择“文件”菜单中的“保存窗口”选项，保存画面，效果图3.11。

定义数据对象

本实验中需要用到以下数据对象：

对象名称

类型

注释

进料泵

开关型

控制进料泵“启动”、“停止”的变量

出料阀

开关型

控制出料阀“打开”、“关闭”的变量

出料泵

开关型

控制出料泵“启动”、“停止”的变量

物位

数值型

指示灯

开关型

根据上面列表，按照实验一中定义数据对象的方法定义9个数据对象。

动画连接

由图形对象搭制而成的图形画面是静止不动的，需要对这些图形对象进行动画设计，真实地描述外界对象的状态变化，达到过程实时监控的目的。

MCGS实现图形动画设计的主要方法是将用户窗口中图形对象与实时数据库中的数据对象建立相关性连接，并设置相应的动画属性。

在系统运行过程中，图形对象的外观和状态特征，由数据对象的实时采集值驱动，从而实现了图形的动画效果。

本实验中需要制作动画效果的部分包括：

反应器物位的升降；进料泵、阀门的启停；流动效果。

物位升降效果

水位升降效果是通过设置数据对象“大小变化”连接类型实现的。

具体设置步骤如下：

①在用户窗口中，反应器，弹出单元属性设置窗口。

图3.13“液位”动画组态属性设置

图3.12　单元属性设置窗口

②单击“动画连接”标签，显示如图3.12所示窗口。

③选中折线，在右端出现

。

④单击

进入动画组态属性设置窗口。

按照下面的要求设置各个参数

表达式：

物位；

最大变化百分比对应的表达式的值：

10；

其它参数不变。

如图3.13。

⑤单击“确认”，物位升降效果制作完毕。

进料泵、阀门的启停

图3.14　“水泵、阀门”属性设置窗口

进料泵、阀门的启停动画效果是通过设置连接类型对应的数据对象实现的。

设置步骤如下：

①双击进料泵，弹出单元属性设置窗口如图3.14所示。

②选中"数据对象"标签中的"按钮输入"，右端出现浏览按钮

。

③单击浏览按钮

，双击数据对象列表中的"进料泵"。

④使用同样的方法将“填充颜色”对应的数据对象设置为“进料泵”。

⑤单击"确认"，进料泵的启停效果设置完毕。

出料阀的启停效果同理。

只需在数据对象标签页中，将“按钮输入”、“填充颜色”的数据对象均设置为：

出料阀。

流动效果

流动效果是通过设置流动块构件的属性实现的。

实现步骤如下：

①双击进料泵右侧的流动块，弹出流动块构件属性设置窗口。

②在流动属性页中，进行如下设置：

表达式：

进料泵=1；选择当表达式非零时，流块开始流动。

反应器右侧流动块的制作方法与此相同，只需将表达式相应改为：

出料阀=1，即可。

至此动画连接已完成，按F5或点击工具条中

图标，进入运行环境，看一下组态后的结果。

前面我们已将“物位控制”窗口设置为启动窗口，所以在运行时，系统自动运行该窗口。

这时我们看见的画面仍是静止的。

这是由于我们没有信号输入，也没有人为地改变水量。

可以用如下方法改变其值，使水罐动起来。

设备连接

模拟设备是供用户调试工程的虚拟的设备。

该构件可以产生标准的正弦波，方波，三角波，锯齿波信号。

其幅值和周期都可以任意设置。

我们通过模拟设备的连接，可以使动画不需要手动操作，自动运行起来。

[1]　参照实验一中方法，在工作台“设备窗口”中双击“设备窗口”图标进入，打开“设备工具箱”。

[2]在可选设备列表中，双击“通用设备”。

[3]双击“模拟数据设备”，在下方出现模拟设备图标。

[4]双击模拟设备图标，即可将“模拟设备”添加到右测选定设备列表中。

[5]选中选定设备列表中的“模拟设备”，单击“确认”，“模拟设备”即被添加到“设备工具箱”中。

图3.17　添加“模拟设备”

下面详细介绍模拟设备的添加及属性设置：

[1]双击“设备工具箱”中的“模拟设备”，模拟设备被添加到设备组态窗口中。

双击“设备0-[模拟设备]”，进入模拟设备属性设置窗口。

[2]点击基本属性页中的“内部属性”选项，该项右侧会出现

图标，单击此按钮进入“内部属性”设置。

将：

通道0的最大值分别