MCGS组态系统控制实训报告.docx

1、MCGS组态系统控制实训报告第1章概述1.1 什么是MCGSMCGS (Monitor and Control Generated System，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。 MCGS的主要特点和基本功能如下：简单灵

2、活的可视化操作界面。MCGS采用全中文、可视化、面向窗口的开发界面，符合中国人的使用习惯和要求，以窗口为单位，构造用户运行系统的图形界面，使得MCGS的组态工作既简单直观，又灵活多变。用户可以使用系统的缺省构架，也可以根据需要自己组态配置图形界面，生成各种类型和风格的图形界面，包括DOS风格的图形界面、标准Windows风格的图形界面并且带有动画效果的工具条和状态条等。实时性强、良好的并行处理性能。MCGS是真正的32位应用系统，充分利用了32位Windows操作平台的多任务、按优先级分时操作的功能，以线程为单位对在工程作业中实时性强的关键任务和实时性不强的非关键任务进行分时并行处理，使PC机

3、广泛应用于工程测控领域成为可能。例如MCGS在处理数据采集、设备驱动和异常处理等关键任务时，可在主机运行周期时间内分时处理打印数据等类似的非关键性工作，实现系统并行处理多任务、多进程。丰富、生动的多媒体画面。MCGS以图像、图符、报表、曲线等多种形式，为操作员及时提供系统运行中的状态、品质及异常报警等有关信息；通过对图形大小的变化、颜色的改变、明暗的闪烁、图形的移动翻转等多种手段，增强画面的动态显示效果；在图元、图符对象上定义相应的状态属性，实现动画效果。MCGS还为用户提供了丰富的动画构件，每个动画构件都对应一个特定的动画功能。MCGS还支持多媒体功能，使能够快速地开发出集图像、声音、动画于

4、一体的漂亮、生动的工程画面。开放式结构，广泛的数据获取和强大的数据处理功能。MCGS采用开放式结构，系统可以与广泛的数据源交换数据，MCGS提供多种高性能的I/O驱动；支持Microsoft开放数据库互连（ODBC）接口，有强大的数据库连接能力；MCGS全面支持OPC（OLE for Process Control）标准，既可作为OPC客户端，也可以作为OPC服务器，可以和更多的自动化设备相连接；MCGS通过DDE（Dynamic Data Exchange，动态数据交换）与其它应用程序交换数据，充分利用计算机丰富的软件资源；MCGS全面支持ActiveX控件，提供及其灵活的面向对象的动态图形

5、功能，并且包含丰富的图形库。完善的安全机制。MCGS提供了良好的安全机制，为多个不同级别用户设定不同的操作权限。此外，MCGS还提供了工程密码、锁定软件狗、工程运行期限等功能，大大加强了保护组态开发者劳动成果的力度。强大的网络功能。MCGS支持TCP/IP、Modem、RS-485/ RS-422/ RS-232等多种网络体系结构，使用MCGS网络版组态软件，可以在整个企业范围内，用IE浏览器方便地浏览到实时和历史的监控信息，实现设备管理与企业管理的集成。多样化的报警功能。MCGS提供多种不同的报警方式，具有丰富的报警类型和灵活多样的报警处理函数。不仅方便用户进行报警设置，并且实现了系统实时显

6、示、打印报警信息的功能。报警信息的存储与应答，为工业现场安全可靠地生产运行提供了有力的保障。实时数据库为用户分步组态提供极大方便。MCGS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构成，其中实时数据库是一个数据处理中心，是系统各个部分及其各种功能性构件的公用数据区，是整个系统的核心。各个部件独立地向实时数据库输入和输出数据，并完成自己的差错控制。在生成用户应用系统时，每一部分均可分别进行组态配置，独立建造，互不相干，而在系统运行过程中，各个部分都通过实时数据库交换数据，形成互相关联的整体。支持多种硬件设备，实现“设备无关”。MCGS针对外部设备的特征，设立设备工具箱，定义多种

7、设备构件，建立系统与外部设备的连接关系，赋予相关的属性，实现对外部设备的驱动和控制。用户在设备工具箱中可方便选择各种设备构件。不同的设备对应不同的设备构件，所有的设备构件均通过实时数据库建立联系，而建立时又是相互独立的，即对某一构件的操作或改动，不影响其它构件和整个系统的结构，因此MCGS是一个“设备无关”的系统，用户不必因外部设备的局部改动，而影响整个系统。方便控制复杂的运行流程。MCGS开辟了“运行策略”窗口，用户可以选用系统提供的各种条件和功能的策略构件，用图形化的方法和简单的类Basic语言构造多分支的应用程序，按照设定的条件和顺序，操作外部设备，控制窗口的打开或关闭，与实时数据库进行

8、数据交换，实现自由、准确地控制运行流程，同时也可以由用户创建新的策略构件，扩展系统的功能。良好的可维护性和可扩充性。MCGS系统由五大功能模块组成，主要的功能模块以构件的形式来构造，不同的构件有着不同的功能，且各自独立。三种基本类型的构件（设备构件、动画构件、策略构件）完成了MCGS系统三大部分（设备驱动、动画显示和流程控制）的所有工作。除此之外，MCGS还提供了一套开放的可扩充接口，用户可根据自己的需要用VB、VC等高级开发语言，编制特定的构件来扩充系统的功能。用数据库来管理数据存储，系统可靠性高。MCGS中数据的存储不再使用普通的文件，而是用数据库来管理。组态时，系统生成的组态结果是一个数

9、据库；运行时，系统自动生成一个数据库，保存和处理数据对象和报警信息的数据。利用数据库来保存数据和处理数据，提高了系统的可靠性和运行效率，同时，也使其它应用软件系统能直接处理数据库中的存盘数据。设立对象元件库，组态工作简单方便。对象元件库，实际上是分类存储各种组态对象的图库。组态时，可把制作好的数据对象（包括图形对象、窗口对象、策略对象以至位图文件等）以元件的形式存入图库中，同样也可把元件库中的各种对象取出，直接为当前的工程所用。随着工作的积累，对象元件库将日益扩大和丰富，这样解决了对象元件库的元件积累和元件重复利用问题。组态工作将会变得更加简单、方便。实现对工控系统的分布式控制和管理。考虑到工

10、控系统今后的发展趋势，MCGS充分运用现今发展的DCCW(Distributed Computer Cooperator Work，分布式计算机协同工作方式)技术，使分布在不同现场的采集设备和工作站之间实现协同工作，不同的工作站之间则通过MCGS实时交换数据，实现对工控系统的分布式控制和管理。总之，MCGS组态软件功能强大，操作简单，易学易用，普通工程人员经过短时间的培训就能迅速掌握多数工程项目的设计和运行操作。同时使用MCGS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。1.2 MCG

11、S的构成MCGS系统包括组态环境和运行环境两个部分。用户的所有组态配置过程都在组态环境中进行，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。运行环境本身没有任何意义，必须与组态结果数据库一起作为一个整体，才能构成用户应用系统。一旦组态工作完成，运行环境和组态结果数据库就可以离开组态环境而独立运行在监控计算机上。组态结果数据库完成了MCGS系统从组态环境向运行环境的过渡，它们之间的关系如下图所示。由MCGS生

12、成的用户应用系统，其结构由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略五个部分构成，如下图所示。窗口是屏幕中的一块空间，是一个“容器”，直接提供给用户使用。在窗口内，用户可以放置不同的构件，创建图形对象并调整画面的布局，组态配置不同的参数以完成不同的功能。在MCGS的单机版中，每个应用系统只能有一个主控窗口和一个设备窗口，但可以有多个用户窗口和多个运行策略，实时数据库中也可以有多个数据对象。MCGS用主控窗口、设备窗口和用户窗口来构成一个应用系统的人机交互图形界面，组态配置各种不同类型和功能的对象或构件，同时可以对实时数据进行可视化处理。1.2.1实时数据库是MCGS系统的核心实时数据库

13、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。因此，实时数据库所存储的单元，不单单是变量的数值，还包括变量的特征参数（属性）及对该变量的操作方法（报警属性、报警处理和存盘处理等）。这种将数值、属性、方法封装在一起的数据我们称之为数据对象。实时数据库采用面向对象的技术，为其它部分提供服务

14、，提供了系统各个功能部件的数据共享。1.2.2主控窗口构造了应用系统的主框架主控窗口确定了工业控制中工程作业的总体轮廓，以及运行流程、菜单命令、特性参数和启动特性等项内容，是应用系统的主框架。1.2.3设备窗口是MCGS系统与外部设备联系的媒介设备窗口专门用来放置不同类型和功能的设备构件，实现对外部设备的操作和控制。设备窗口通过设备构件把外部设备的数据采集进来，送入实时数据库，或把实时数据库中的数据输出到外部设备。一个应用系统只有一个设备窗口，运行时，系统自动打开设备窗口，管理和调度所有设备构件正常工作，并在后台独立运行。注意，对用户来说，设备窗口在运行时是不可见的。1.2.4用户窗口实现了数

15、据和流程的“可视化”用户窗口中可以放置三种不同类型的图形对象：图元、图符和动画构件。图元和图符对象为用户提供了一套完善的设计制作图形画面和定义动画的方法。动画构件对应于不同的动画功能，它们是从工程实践经验中总结出的常用的动画显示与操作模块，用户可以直接使用。通过在用户窗口内放置不同的图形对象，搭制多个用户窗口，用户可以构造各种复杂的图形界面，用不同的方式实现数据和流程的“可视化”。组态工程中的用户窗口，最多可定义512个。所有的用户窗口均位于主控窗口内，其打开时窗口可见；关闭时窗口不可见。允许多个用户窗口同时处于打开状态。用户窗口的位置、大小和边界等属性可以随意改变或设置，如可以让一个用户窗口

16、在顶部作为工具条，也可以放在底部作为状态条，还可以使其成为一个普通的最大化显示窗口等等。多个用户窗口的灵活组态配置，就构成了丰富多彩的图形界面。1.2.5运行策略是对系统运行流程实现有效控制的手段运行策略本身是系统提供的一个框架，其里面放置有策略条件构件和策略构件组成的“策略行”，通过对运行策略的定义，使系统能够按照设定的顺序和条件操作实时数据库，控制用户窗口的打开、关闭并确定设备构件的工作状态等，从而实现对外部设备工作过程的精确控制。一个应用系统有三个固定的运行策略：启动策略、循环策略和退出策略，用户也可根据具体需要创建新的用户策略、循环策略、报警策略、事件策略、热键策略，并且用户最多可创建

17、512个用户策略。启动策略在应用系统开始运行时调用，退出策略在应用系统退出运行时调用，循环策略由系统在运行过程中定时循环调用，用户策略供系统中的其它部件调用。综上所述，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

18、用系统。第2章 水位控制系统制作本实训介绍水位控制系统的组态过程，详细讲解如何应用MCGS组态软件完成一个工程。本样例工程中涉及到动画制作、控制流程的编写、模拟设备的连接、报警输出、报表曲线显示等多项组态操作。结合工程实例，对MCGS组态软件的组态过程、操作方法和实现功能等环节进行全面的讲解，使学生对MCGS组态软件的内容、工作方法和操作步骤在短时间内有一个总体的认识。工程最终效果图如下： 2.1工程分析在开始组态工程之前，先对该工程进行剖析，以便从整体上把握工程的结构、流程、需实现的功能及如何实现这些功能。工程框架：1 2个用户窗口：水位控制、数据显示2 4个主菜单：系统管理、数据显示、历史

19、数据、报警数据3 4个子菜单：登录用户、退出登录、用户管理、修改密码4 5个策略：启动策略、退出策略、循环策略、报警数据、历史数据数据对象：水泵、调节阀、出水阀、液位1、液位2、液位1上限、液位1下限、液位2上限、液位2下限、液位组图形制作：1水位控制窗口水泵、调节阀、出水阀、水罐、报警指示灯：由对象元件库引入管道：通过流动块构件实现水罐水量控制：通过滑动输入器实现水量的显示：通过旋转仪表、标签构件实现报警实时显示：通过报警显示构件实现动态修改报警限值：通过输入框构件实现2 据显示窗口实时数据：通过自由表格构件实现历史数据：通过历史表格构件实现实时曲线：通过实时曲线构件实现历史曲线：通过历史曲

20、线构件实现流程控制：通过循环策略中的脚本程序策略块实现安全机制：通过用户权限管理、工程安全管理、脚本程序实现2.2建立工程可以按如下步骤建立样例工程：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：MCGSWORK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)选择文件菜单中的“工程另存为”菜单项，弹出文件保存窗口。在文件名一栏内输入“水位控制系统”，点击“保存”按钮，工程创建完毕。2.3 制作工程画面2.3.1 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

21、性”，进入“用户窗口属性设置”。3 将窗口名称改为：水位控制；窗口标题改为：水位控制；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“水位控制”，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。如图：2.3.2 编辑画面选中“水位控制”窗口图标，单击“动画组态”，进入动画组态窗口，开始编辑画面。2.3.3制作文字框图1 单击工具条中的“工具箱”按钮，打开绘图工具箱。2 选择“工具箱”内的“标签”按钮，鼠标的光标呈“十字”形，在窗口顶端中心位置拖拽鼠标，根据需要拉出一个一定大小的矩形。3 在光标闪烁位置输入文字“水位控制系统演

22、示工程”，按回车键或在窗口任意位置用鼠标点击一下，文字输入完毕。4 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：宋体；字型为：粗体；大小为：26点击（字符颜色）按钮，将文字颜色设为：蓝色。2.3.4制作水箱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：2 从“储藏罐”类中选取罐17、罐53。3 从“阀”和“泵”类中分别选取2个阀（阀58、阀44）、1个泵（泵40）。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。5 选中工具箱内的流动

23、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。6 当用户想结束绘制时，双击鼠标左键即可。7 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。8 使用工具箱中的图标，分别对阀，罐进行文字注释。依次为：水泵、水罐1、调节阀、水罐2、出水阀。9 选择“文件”菜单中的“保存窗口”选项，保存画面。2.3.5整体画面最后生成的画面如下图

24、所示：2.4 定义数据对象前面我们已经讲过，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。定义数据对象的内容主要包括：1)指定数据变量的名称、类型、初始值和数值范围2)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。在开始定义之前，我们先对所有数据对象进行分析。在本样例工程中需要用到以下数据对象：对象名称类 型注 释水泵开 关 型控制水泵“启动”、“停止”的变量调节阀开 关 型控制调节阀“打开”、“关闭”的变量出水阀开 关 型控制出水阀“打开”、“关闭”的变量液位1数 值 型水罐1的水

25、位高度，用来控制1#水罐水位的变化液位2数 值 型水罐2的水位高度，用来控制2#水罐水位的变化液位1上限数 值 型用来在运行环境下设定水罐1的上限报警值液位1下限数 值 型用来在运行环境下设定水罐1的下限报警值液位2上限数 值 型用来在运行环境下设定水罐2的上限报警值液位2下限数 值 型用来在运行环境下设定水罐2的下限报警值液位组组 对 象用于历史数据、历史曲线、报表输出等功能构件下面以数据对象“水泵”为例，介绍一下定义数据对象的步骤：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。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，系统缺省定义的名称为“Da

26、ta1”、“Data2”、“Data3”等（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。4 将对象名称改为：水泵；对象类型选择：开关型；在对象内容注释输入框内输入：“控制水泵启动、停止的变量”，单击“确认”。按照此步骤，根据上面列表，设置其他9个数据对象。定义组对象与定义其他数据对象略有不同，需要对组对象成员进行选择。具体步骤如下：1 在数据对象列表中，双击“液位组”，打开“数据对象属性设置” 窗口。2 选择“组对象成员”标签，在左边数据对象列表中选择“液位1”，点击“增加”按钮，数据对象“液位1”被添加到右边的“

27、组对象成员列表”中。按照同样的方法将“液位2”添加到组对象成员中。3 单击“存盘属性”标签，在“数据对象值的存盘”选择框中，选择：定时存盘，并将存盘周期设为：5秒。4 单击“确认”，组对象设置完毕。2.5 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。本样例中需要制作动画效果的部分包括：1水箱

28、中水位的升降2水泵、阀门的启停3 水流效果2.5.1水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，双击水罐1，弹出单元属性设置窗口。2 单击“动画连接”标签，显示如图所示窗口：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：液位1；最大变化百分比对应的表达式的值：10；其它参数不变。如图： 5 单击“确认”，水罐1水位升降效果制作完毕。水罐2水位升降效果的制作同理。单击进入动画组态属性设置窗口后，按照下面的值进行参数设置：1.表达式：液位2；2.最大变化百分比对应的表达式的值：6；3.其

29、它参数不变。2.5.2水泵、阀门的启停水泵、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 双击水泵，弹出单元属性设置窗口。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“水泵”。4 使用同样的方法将“填充颜色”对应的数据对象设置为“水泵”。如图：5 单击“确认”，水泵的启停效果设置完毕。调节阀的启停效果同理。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：调节阀。出水阀的启停效果，需在数据对象标签页中，将“按钮输入”、“可见度”的数据对象均设置为：出水阀。2.5.3水流效果水流效果是通过设

30、置流动块构件的属性实现的。实现步骤如下：1 双击水泵右侧的流动块，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：水泵=1；选择当表达式非零时，流块开始流动。水罐1右侧流动块及水罐2右侧流动块的制作方法与此相同，只需将表达式相应改为：调节阀=1，出水阀=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“2.4.1 建立画面”一节中，我们已将“水位控制”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。移动鼠标到“水泵”、“调节阀”、“出水阀”上面的红色部分，鼠标指针会呈手形。单击一下，红色部分变

31、为绿色，同时流动块相应地运动起来，但水罐仍没有变化。这是由于我们没有信号输入，也没有人为地改变水量。我们可以用如下方法改变其值，使水罐动起来。2.5.4利用滑动输入器控制水位以水罐1的水位控制为例：1 进入“水位控制”窗口。2 选中“工具箱”中的滑动输入器图标，当鼠标呈“十”后，拖动鼠标到适当大小。3 调整滑动块到适当的位置。4 双击滑动输入器构件，进入属性设置窗口。按照下面的值设置各个参数：“基本属性”页中，滑块指向：指向左（上）；“刻度与标注属性”页中，“主划线数目”：5，即能被10整除；“操作属性”页中，对应数据对象名称：液位1；滑块在最右（下）边时对应的值：10；其它不变。5 在制作好的滑块下面适当的位置，制作一文字标签（制作方法参见“2.4.2 编辑画面”一节），按下面的要求进行设置：输入文字：水罐1输入文字颜色：黑色框图填充颜色：没有填充框图边线颜色：没有边线6 按照上述方法设置水罐2水位控制滑块，