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本毕业设计课题来自实验室建设。目的是利用PLC来实现过程控制。目前，PLC使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。上海91视频色下载APP阀门有限公司主营阀门有：91视频看看簧色(91视频黄色网91视频看看簧色,可调式91视频看看簧色,波纹管91视频看看簧色,活塞式91视频看看簧色,91视频WWW免费下载91视频看看簧色,先导式91视频看看簧色,空气91视频看看簧色,氮气91视频看看簧色,水用91视频看看簧色,自力式91视频看看簧色,比例91视频看看簧色)、安全阀、保温阀、低温阀、球阀、截止阀、闸阀、止回阀、蝶阀、过滤器、放料阀、隔膜阀、旋塞阀、柱塞阀、平衡阀、调节阀、疏水阀、管夹阀、排污阀、排气阀、排泥阀、气动阀门、电动阀门、高压阀门、中压阀门、低压阀门、水力控制阀、真空阀门、衬胶阀门、衬氟阀门。应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测，自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等等。PLC通过模拟量I/O模块，实现模拟量与数字量之间的 A/D、D/A转换，并对模拟量进行闭环PID控制。用MCGS组态软件组态配置工业控制监控系统，对数据进行实时监控。
本毕业设计原理是利用扩展模块EM235（AI4/AQ1*12位）进行数据采集，然后把采集到的数据利用程序进行工程量转换，给定量与输入量相减得出偏换，送到执行器，从而构成的是单闭环控制。
采用增量式PID，具有以下优点：（1）增量算法控制误动作影响小。（2）增量算法控制易于实现手动/自动无扰动切换。（3）不产生积分失控，易获得较好的调节品质。在实际应用中，在以步进电机或多圈电位器作执行器件的系统中，则采用增量式PID算法。
MCGS即"监视与控制通用系统"，英文全称为Monitor and Control Generated System。MCGS是为工业过程控制和实时监测领域服务的通用计算机系统软件，具有功能完善、操作简便、可视性好、可维护性强的突出特点。MCGS工控组态软件是一套32位工控组态软件，集流程控制、数据采集、设备控制与输出数据与曲线等诸多强大功能于一身，广泛应用于石油、电力、化工、钢铁、矿山、冶金、机械等
3.1 总体分析
学习了PLC的硬件系统、指令系统和编程方法以后，对设计一个较大的PLC系统时，要全面考虑许多因素，不管所设计的控制系统的大小，要按照下列设计步骤进行系统设计。如图1：
3.2 工艺过程
随着PLC功能的不断提高和完善，PLC几乎可以完成工业控制领域的所有任务，但PLC还有它的应用场合：工业环境较差，而对安全性、可靠性要求较高，系统工艺复杂，输入/输出以开关量为主的工业自控系统或装置，它对模拟量的处理能力也很强。所以在很多情况下，也可取代工业控制计算机作为主控制器，来完成复杂的工业自动控制任务。
控制对象及控制装置选定后，还要进一步确定PLC的控制范围。一般来说，能够反映生产过程的运行情况，能够用传感器进行直接测量的参数，控制逻辑复杂的部分都由PLC完成。另外，对主要控制对象还要加上手动控制功能。针对此次的控制任务，是利用PLC对液体流量（模拟量）进行控制。要求把管道中水流控制在一定的速度，要求用增量式PID控制算法进行控制。如图2所示：
3.3 系统控制要求
1、要求用PLC编写程序，采用单闭环控制，来控制电动调节阀开度，以达到控制管道内液体流量的目的。
2、用PLC编写程序，采用单回路控制，以采集的流量为反馈信号，与给定值进行比较，以达到控制液体流量的目的。
3、用MCGS组态软件对设计系统进行组态，对现场数据进行实时监控。
3.4 系统的I/O点及地址分配
输入/输出信号在PLC接线端子上的地址分配是进行PLC控制系统设计的基础。对软件设计来说，I/O地址分配以后才可进行编程；对控制柜及PLC的外围接线来说，只有I/O地址确定以后，才可以绘制电气接线图、装配图，分配地址时，要注意负载类型。
控制系统的输入/输出信号的名称、代码及地址编号如下表所示：
符号 | 地址 | 备注 |
Kz | M0.0 | 控制方式 |
Ee | VD136 | 偏差 |
e_1 | VD140 | 偏差前值 |
e_2 | VD144 | 偏差前前值 |
Mnp | VD148 | 比例值 |
Mni | VD152 | 积分值 |
Mnd | VD156 | 微分值 |
dMn | VD160 | PID增量 |
Mn_1 | VD164 | 输出前值 |
Mn | VD168 | 输出值 |
Kc | VD172 | 比例系数 |
Ti | VD176 | 积分时间常数 |
Td | VD180 | 微分时间常数 |
Ts | VD184 | 采样周期 |
Pvn | VD200 | 测量值 |
Spn | VD208 | 给定值 |
max | VW220 | 测量值大值 |
表1 地址分配
3.5 PLC系统的选型
选择PLC一方面要注意容量，另一方面什么公司的。从上面的分析可以知道，系统需要模拟量输入点一个，模拟量输出点一个。可以选用西门子公司S7-200 CPU222PLC（8入/6继电器输出）一台，特点：体积小巧，全面功能，适应于中小机器设备的控制，适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。因此S7－200系列具有*的性能/价格比，*的可靠性，极丰富的指令集 ，易于掌握，便捷的操作，丰富的内置集成功能，强劲的通讯能力，丰富的扩展模块。在加上一台扩展模块EM235（4AI/1AO）。这样的配置。
3.6 需要考虑的其它问题
1、保护措施；
2、系统保直流电源的容量；
3、电源方面的抗干扰措施；
4、输出方面的护措施。
3.7 系统程序设计
3.7.1数字PID控制算法
在连续-时间控制系统中，PID控制器应用得非常广泛。其设计技术成熟，以来形成了典型的结构，参数整定方便，结构更改灵活，能满足一般的控制要求。 数字PID控制比连续PID控制更为*，因为计算机程序的灵活性，很容易克服连续PID控制中存在的问题，经修正而得到更完善的数字PID算法。连续一时间PID控制系统如4所示。图4中，D（s）为控制器。在PID控制系统中，D（s）完成PID控制规律，称为PID控制器。
PID控制器是一种线性控制器，用输出量y（t）和给定量r（t）之间的误差的时间函数。e(t)=r(t)-y(t) 的比例，积分，微分的线性组合，构成控制量u（t），称为比例（Proportional）积分（Integrating）微分（Differentiation）控制，简称PID控制。实际应用中，可以根据受控对象的特性和控制的性能要求，灵活地采用不同的控制组合，构成
比例（P）控制器 式中 KP——比例放大系数；TI——积分时间； TD——微分时间。
控制作用:比例控制能迅速反应误差，从而减小稳态误差。但是，比例控制不能消除稳态误差。比例放大系数的加大，会引起系统的不稳定。积分控制的作用是，只要系统有误差存在，积分控制器就不断地积累，输出控制量，以消除误差。因而，只要有足够的时间，积分控制将能*消除误差，使系统误差为零，从而消除稳态误差。积分作用太强会使系统超调加大，甚至使系统出现振荡。微分控制可以减小超调量，克服振荡，使系统的稳定性提高，同时加快系统的动态响应速度，减小调整时间，从而改善系统的动态性能。应用PID控制，必须适当地调整比例放大系数KP，积分时间TI和微分时间TD，使整个控制系统得到良好的性能
数字PID控制算法:在电子数字计算机直接数字控制系统中，PID控制器是通过计算机PID控制算法程序实现的。计算机直接数字控制系统大多数是采样-数据控制系统。进入计算机的连续-时间信号,必须经过采样和整量化后，变成数字量，方能进入计算机的存贮器和寄存器，而在数字计算机中的计算和处理，不论是积分还是微分，只能用数值计算去逼近。在数字计算机中，PID控制规律的实现，也必须用数值逼近的方法。当采样周期相当短时，用求和代替积分，用差商代替微商，使PID算法离散化，将描述连续-时间PID算法的微分方程，变为描述离散-时间PID算法的差分方程。
增量式PID控制算法:当执行机构需要的不是控制量的值，而是控制量的增量（例如去驱动步进电动机）时，需要用PID的“增量算法”。
由位置算法求出上式已看不出是PID的表达式了，也看不出P、I、D作用的直接关系，只表示了各次误差量对控制作用的影响。从式中看出，数字增量式PID算法，只要贮存近的三个误差采样值e（k）、e（k-1）、e（k-2）就足够了。
增量式PID控制的优点与不足：
优点: 1、增量算法控制误动作影响小。
2、增量算法控制易于实现手动/自动无扰动切换。
3、不产生积分失控，易获得较好的调节品质。
缺点：1、积分截断效应大，有静态误差。
2、溢出影响大在实际应用中，在以步进电机或多圈电位器作执行器件的系统中，则采用增量式算法。
图6 增量式PID控制算法流程图
3.7.2 回路输入/输出量的工程量转换
一个回路具有两个输入量，即给定值和过程变量。给定值通常为一固定值。过程变量受回路输出的影响并反映了控制的效果。给定值和过程变量都是实际的工程量，其幅度、范围和测量单位都会不同。在实施PID算法之前，必须将这些值转换为归一化纯量、浮点数的格式，即：将实数格式的工程实际值转换为[0.0，1]间的无量刚相对值（称为归一化格式）。
用下式来将给定值或过程变量归一化：
Rnorm=（Rraw/Span+E）
式中：Rnom为工程实际值的归一化值；Rraw为工程实际值的实数形式，未归一化处理；E对于单极性值，取0；对于双极性值，取0.5；Span为大允许值减去小允许值，通常取：32000（对于单极性），64000（对于双极性）。
将回路控制输出转换为按工程量标定的整数值。
回路控制的输出，相对于被控对象来说，为一个控制量。注意：回路控制输出为在[0.0，1.0]范围内的归一化实数格式，它必须先转换为16位按工程量标定的值后方可用于驱动实际装置。这一转换实际上为归一过程的逆过程。*步是用下式将回路输出转换为按工程量标定的实数格式：
Rscal=(Mn-E)*Span
式中：Rscal为已按工程量标定的实数格式的回路输出；Mn为归一化格式的回路输出；E对于单极性模拟量，取为0.0；对双极性模拟量，取为0.5；Span为大允许值减去小允许值，通常取：32000（单极性），64000（双极性）
3.7.3 程序流程图
本程序分为三部分：主程序、子程序、中断程序。逻辑运算放在主程序。系统初始化的一些工作放在初始化子程序中完成，这样节省扫描时间。利用定时器中断实现PID控制的定时采样及输出部分。
3.8 MCGS组态软件对系统的组态过程
计算机技术和网络技术的飞速发展，为工业自动化开辟了广阔的发展空间，用户可以方便快捷地组建的监控系统，并且通过采用远程监控及诊断、双机热备等技术，使系统更加安全可靠，在这方面，MCGS工控组态软件提供强有力的软件支持。
MCGS全中文工业自动化控制组态软件（以下简称MCGS工控组态软件或MCGS）为用户建立全新的过程测控系统提供了一整套解决方案。MCGS工控组态软件是一套32位工控组态软件，集动画显示、流程控制、数据采集、设备控制与输出、网络数据传输、双机热备、工程报表、数据与曲线等诸多强大功能于一身，并支持国内外众多数据采集与输出设备，广泛应用于石油、电力、化工、钢铁、矿山、冶金、机械、纺织、航天、建筑、材料、制冷、交通、通讯、食品、制造与加工业、水处理、环保、智能楼宇、实验室等多种工程领域。
MCGSWW服务器版本，集工业现场的集散控制和各类历史、实时数据及相关曲线的WWW发布于一体，可以解决整个企业的Internet/Intranet方案，也可以非常方便的与您已有的企业网络相衔接，让您从具体的技术环节和繁杂的数据堆中脱身，随时随地掌握工业现场与企业运营状态，了解所需的各项信息，大幅度提高工作效率，实现成功决策。
MCGS即"监视与控制通用系统"，英文全称为Monitor and Control Generated System。MCGS是为工业过程控制和实时监测领域服务的通用计算机系统软件，具有功能完善、操作简便、可视性好、可维护性强的突出特点。
3.8.1 MCGS工控组态软件的功能和特点
1、概念简单，易于理解和使用。普通工程人员经过短时间的培训就能正确掌握、快速完成多数简单工程项目的监控程序设计和运行操作。用户可避开复杂的计算机软硬件问题，集中精力解决工程本身的问题，按照系统的规定，组态配置出高性能、高可靠性、高度专业化的上位机监控系统。
2、功能齐全，便于方案设计。MCGS为解决工程监控问题提供了丰富多样的手段，从设备驱动（数据采集）到数据处理、报警处理、流程控制、动画显示、报表输出、曲线显示等各个环节，均有丰富的功能组件和常用图形库可供选用，用户只需根据工程作业的需要和特点，进行方案设计和组态配置，即可生成用户应用软件系统。
3、实时性与并行处理。MCGS充分利用了Windows操作平台的多任务、按优先级分时操作的功能，使PC机广泛应用于工程测控领域成为可能。工程作业中，大量的数据和信息需要及时收集，即时处理，在计算机测控技术领域称其为实时性任务关键任务，如数据采集、设备驱动和异常处理等。另外许多工作则是非实时性的，或称为非时间关键任务，如画面显示，可在主机运行周期时间内插空进行。而像打印数据一类的工作，可运行于后台，称为脱机作业。MCGS是真正的32位系统，可同时运行于Microsoft Windows95，98和Microsoft Windows NT平台，以线程为单位进行分时并行处理。
4、建立实时数据库，便于用户分步组态，保证系统安全可靠运行。MCGS组态软件由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略五部分构成。其中的“实时数据库”是整个系统的核心。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。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。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。
5、设立“设备工具箱”，针对外部设备的特征，用户从中选择某种“构件”，设置于设备窗口内，赋予相关的属性，建立系统与外部设备的连接关系，即可实现对该种设备的驱动和控制。不同的设备对应于不同的构件，所有的设备构件均通过实时数据库建立，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，从这一意义上讲，MCGS是一个“设备无关”的系统，用户不必因外部设备局部改动，而影响整个系统。
6、“面向窗口”的设计方法，增加了可视性和可操作性。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，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风格的图形界面以及带有动画效果的工具条和状态条。
7、利用丰富的“动画组态”功能，快速构造各种复杂生动的动态画面。以图象、图符、数据、曲线等多种形式，为操作员及时提供系统运行中的的状态、品质及异常报警等有关信息。用变化大小、改变颜色、明暗闪烁、移动翻转等多种手段，增强画面的动态显示效果。图元、图符对象定义相应的状态属性，即可实现动画效果。同时，MCGS为用户提供了丰富的动画构件，模拟工程控制与实时监测作业中常用的物理器件的动作和功能。每个动画构件都对应一个特定的动画功能。如：实时曲线构件、历史曲线构件、报警显示构件、自由表格构件等。
8、引入“运行策略”的概念。复杂的工程作业，运行流程都是多分支的。用传统的编程方法实现，既繁琐又容易出错。MCGS开辟了“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”，用图形化的方法构造多分支的应用程序，实现自由、地控制运行流程，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，与实时数据库进行数据交换。同时，也可以由用户创建新的策略构件，扩展系统的功能。
9、MCGS系统由五大功能部件组成，主要的功能部件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。用户也可以根据需要，定制特定类型构件，使MCGS系统的功能得到扩充。这种充分利用“面向对象”的技术，大大提高了系统的可维护性和可扩充性。
10、支持OLE Automation技术。MCGS允许用户在Visual Basic中操作MCGS中的对象，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编制特定的功能构件来扩充系统的功能。
11、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一切。组态时，系统生成的组态结果是一个数据库；运行时，数据对象、报警信息的存储也是一个数据库。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。
12、设立“对象元件库”，解决了组态结果的积累和重新利用问题。所谓对象元件库，实际上是分类存储各种组态对象的图库。组态时，可把制作完好的对象（包括图形对象，窗口对象，策略对象，以至位图文件等等）以元件的形式存入图库中，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，组态工作将会变得越来越简单方便。
13、提供对网络的支持。考虑到工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)技术，即分布式计算机协同工作方式，来使分散在不同现场之间的采集系统和工作站之间协同工作。通过MCGS，不同的工作站之间可以实时交换数据，实现对工控系统的分布式控制和管理。
MCGS组态软件所建立的工程由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略五部分构成，每一部分分别进行组态操作，完成不同的工作，具有不同的特性。
1、主控窗口：是工程的主窗口或主框架。在主控窗口中可以放置一个设备窗口和多个用户窗口，负责调度和管理这些窗口的打开或关闭。主要的组态操作包括：定义工程的名称，编制工程菜单，设计封面图形，确定自动启动的窗口，设定动画刷新周期，数据库存盘文件名称及存盘时间等。
2、设备窗口：是连接和驱动外部设备的工作环境。在本窗口内配置数据采集与控制输出设备，注册设备驱动程序，定义连接与驱动设备用的数据变量。
3、用户窗口：本窗口主要用于设置工程中人机交互的界面，诸如：生成各种动画显示画面、报警输出、数据与曲线图表等。
4、实时数据库：是工程各个部分的数据交换与处理中心，它将MCGS工程的各个部分连接成有机的整体。在本窗口内定义不同类型和名称的变量，作为数据采集、处理、输出控制、动画连接及设备驱动的对象。
5、运行策略：本窗口主要完成工程运行流程的控制。包括编写控制程序（if…then脚本程序），选用各种功能构件，如：数据提取、历史曲线、定时器、配方操作、多媒体输出等。
3.8.3 MCGS组态过程
使用MCGS完成一个实际的应用系统，首先必须在MCGS的组态环境下进行系统的组态生成工作，然后将系统放在MCGS的运行环境下运行。本章逐步介绍在MCGS组态环境下构造一个用户应用系统的过程，以便对MCGS系统的组态过程有一个全面的了解和认识。
在实际工程项目中，使用MCGS构造应用系统之前，应进行工程的整体规划，保证项目的顺利实施。
对工程设计人员来说，首先要了解整个工程的系统构成和工艺流程，弄清测控对象的特征，明确主要的监控要求和技术要求等问题。在此基础上，拟定组建工程的总体规划和设想，主要包括系统应实现哪些功能，控制流程如何实现，需要什么样的用户窗口界面，实现何种动画效果以及如何在实时数据库中定义数据变量等环节，同时还要分析工程中设备的采集及输出通道与实时数据库中定义的变量的对应关系，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用于实现动画显示的等问题。作好工程的整体规划，在项目的组态过程中能够尽量避免一些无谓的劳动，快速有效地完成工程项目。
MCGS中用“工程”来表示组态生成的应用系统，创建一个新工程就是创建一个新的用户应用系统，打开工程就是打开一个已经存在的应用系统。工程文件的命名规则和Windows系统相同，MCGS自动给工程文件名加上后缀“.mcg”。
保存新工程时，可以随意更换工程文件的名称。缺省情况下，所有的工程文件都存放在MCGS安装目录下的Work子目录里，用户也可以根据自身需要存放工程文件的目录。
实时数据库是MCGS系统的核心，也是应用系统的数据处理中心，系统各部分均以实时数据库为数据公用区，进行数据交换、数据处理和实现数据的可视化处理。定义数据对象的过程，就是构造实时数据库的过程。
MCGS把数据对象的属性封装在对象内部，作为一个整体，由实时数据库统一管理。对象的属性包括基本属性、存盘属性和报警属性。基本属性则包含对象的名称、类型、初值、界限（大小）值、工程单位和对象内容注释等项内容。
表2 定义变量
符号 | 地址 | 备注 |
Kz | M0.0 | 控制方式 |
Ee | VD136 | 偏差 |
e_1 | VD140 | 偏差前值 |
e_2 | VD144 | 偏差前前值 |
Mnp | VD148 | 比例值 |
Mni | VD152 | 积分值 |
Mnd | VD156 | 微分值 |
dMn | VD160 | PID增量 |
Mn_1 | VD164 | 输出前值 |
Mn | VD168 | 输出值 |
Kc | VD172 | 比例系数 |
Ti | VD176 | 积分时间常数 |
Td | VD180 | 微分时间常数 |
Ts | VD184 | 采样周期 |
Pvn | VD200 | 测量值 |
Spn | VD208 | 给定值 |
max | VW220 | 测量值大值 |
图13 实时数据库窗口
在“实时数据库”窗口页中，可以象在Windows95的文件操作窗口中一样，能够以大图标、小图标、列表、详细资料四种方式显示实时数据库中已定义的数据对象，可以选择按名称的顺序或按类型顺序来显示数据对象，也可以剪切、拷贝、粘贴的数据对象，还可以直接修改数据对象的名称。
为了快速生成多个相同类型的数据对象，可以选择“成组增加”按钮，弹出“成组增加数据对象”对话框，一次定义多个数据对象，如上图所示。成组增加的数据对象，名称由主体名称和索引代码两部分组成。其中，“对象名称”一栏，代表该组对象名称的主体部分，而“起始索引值”则代表*个成员的索引代码，其它数据对象的主体名称相同，索引代码依次递增。成组增加的数据对象，其他特性如数据类型、工程单位、大小值等都是一致的。
选择组态环境工作台中的用户窗口页，所有的用户窗口均位于该窗口页内，如图14所示：
图14 用户窗口
按“新建窗口”按钮，或执行菜单中的“插入”→“用户窗口”命令，即可创建一个新的用户窗口，以图标形式显示。开始时，新建的用户窗口只是一个空窗口，用户可以根据需要设置窗口的属性和在窗口内放置图形对象。
选择待定义的用户窗口图标，点鼠标右键选择属性，也可以单击工作台窗口中的“窗口属性”按钮，或者单击工具条中的“显示属性”按钮 
，或者操作快捷键“Alt+Enter”，弹出“用户窗口属性设置”对话框，按所列款项设置有关属性。
用户窗口的属性包括基本属性、扩充属性和脚本控制（启动脚本、循环脚本、退出脚本），由用户选择设置。窗口的基本属性包括窗口名称、显示标题、背景颜色、窗口位置、窗口边界、窗口内容注释等项内容。
窗口的扩充属性包括窗口的外观、位置坐标和视区大小等项内容。窗口的视区是指实际可用的区域，与屏幕上所见的区域可以不同，当选择视区大于可见区时，窗口侧边附加滚动条，操作滚动条可以浏览窗口内所有的图形对象。
脚本控制包括启动脚本，循环脚本和退出脚本，启动脚本在用户窗口打开时，循环脚本是在窗口打开期间以的间隔循环执行，退出脚本则是在用户窗口关闭时执行。
MCGS提供了三类图形对象供用户选用， 即图元对象、图符对象和动画构件。这些图形对象位于常用符号工具箱和动画工具箱内，用户从工具箱中选择所需要的图形对象，配置在用户窗口内，可以创建各种复杂的图形。
图形对象创建完成后，要对图形对象进行各种编辑工作，如：改变图形的颜色和大小，调整图形的位置和排列形式，图形的旋转及组合分解等项操作，MCGS提供了完善的编辑工具，使用户能快速制作各种复杂的图形界面，以图形方式表示外部物理对象。
定义动画连接，实际上是将用户窗口内创建的图形对象与实时数据库中定义的数据对象建立对应连接关系，通过对图形对象在不同的数值区间内设置不同的状态属性（如颜色、大小、位置移动、可见度、闪烁效果等），用数据对象的值的变化来驱动图形对象的状态改变，使系统在运行过程中，产生形象逼真的动画效果。因此，动画连接过程就归结为对图形对象的状态属性设置的过程。
在MCGS中，每个图元、图符对象都可以实现11种动画连接方式。可以利用这些图元、图符对象来制作实际工程所需的图形对象，然后再建立起与数据对象的对应关系，定义图形对象的一种或多种动画连接方式，实现特定的动画功能。
为了简化用户程序设计工作量，MCGS将工程控制与实时监测作业中常用的物理器件，如按钮、操作杆、显示仪表和曲线表盘等，制成独立的图形存储于图库中，供用户调用，这些能实现不同动画功能的图形称为动画构件。
在组态时，只需要建立动画构件与实时数据库中数据对象的对应关系，就能完成动画构件的连接，如对实时曲线构件，需要指明该构件运行时记录哪个数据对象的变化曲线；对报警显示构件，需要指明该构件运行时显示哪个数据对象的报警信息。
电动阀单闭环液位控制窗口如图15：
图15 电动阀单闭环液位控制窗口
电动阀单闭环液位控制历史曲线窗口如图17：
图17 电动阀单闭环液位控制历史曲线窗口
电动阀单闭环液位控制历史数据窗口如图18：
图18 电动阀单闭环液位控制历史数据窗口
3.8.3.5 组态主控窗口
主控窗口是用户应用系统的主窗口，也是应用系统的主框架，展现工程的总体外观。主控窗口提供菜单命令，响应用户的操作。主控窗口负责调度设备窗口的工作、管理用户窗口的打开和关闭、驱动动画图形和调度用户策略的运行等工作。主控窗口组态包括菜单设计和主控窗口中系统属性的设置。
对于一个新建的工程，MCGS提供了一套缺省菜单，用户也可以根据需要设计自己的菜单。
选中“主控窗口”图标，鼠标单击“工作台”窗口中的“系统属性”按钮，或者单击工具条中的“显示属性”按钮
，或者选择“编辑”菜单中的“属性”菜单项，显示“主控窗口属性设置”对话框。分为下列五种属性，按页设置。
设备窗口是MCGS系统与作为测控对象的外部设备建立的后台作业环境，负责驱动外部设备，控制外部设备的工作状态。系统通过设备与数据之间的通道，把外部设备的运行数据采集进来，送入实时数据库，供系统其它部分调用，并且把实时数据库中的数据输出到外部设备，实现对外部设备的操作与控制。
MCGS为用户提供了多种类型的“设备构件”，作为系统与外部设备进行的媒介。进入设备窗口，从设备构件工具箱里选择相应的构件，配置到窗口内，建立接口与通道的连接关系，设置相关的属性，即完成了设备窗口的组态工作。
运行时，应用系统自动装载设备窗口及其含有的设备构件，并在后台独立运行。对用户来说，设备窗口是不可见的。
在工作台的“设备窗口”页中：鼠标双击设备窗口图标（或选中窗口图标，单击“设备组态”按钮），弹出设备组态窗口；选择工具条中的“工具箱”按钮，弹出设备工具箱；鼠标双击设备工具箱里的设备构件，或选中设备构件，鼠标移到设备窗口内，单击，则可将其选到窗口内。
设备工具箱内包含有MCGS目前支持的所有硬件设备，对系统不支持的硬件设备，需要预先定制相应的设备构件，才能对其进行操作。MCGS将不断增加新的设备构件，以提供对更多硬件设备的支持。
我所选的设备为：
设备0[口通讯父设备]、设备1[西门子S7-200PPI]
选中设备构件，单击工具条中的“属性”按钮或选择“编辑”菜单中的“属性”命令，或者鼠标双击设备构件，弹出所选设备构件的“属性设置”对话框，进入“基本属性”窗口页，按所列项目设定。
不同的设备构件有不同的属性，一般都包括如下三项：设备名称、输入输出（I/O）端口地址、数据采集周期。系统各个部分对设备构件的操作是以设备名为基准的，因此各个设备构件不能重名。与硬件相关的参数必须正确设置，否则系统不能正常工作
图25 设备0属性窗口
设备1属性设置：
图26 设备1基本属性窗口
把输入输出装置读取数据和输出数据的通道称为设备通道，建立设备通道和实时数据库中数据对象的对应关系的过程称为通道连接。建立通道连接的目的是通过设备构件，确定采集进来的数据送入实时数据库的什么地方，或从实时数据库中什么地方取用数据。
在属性设置对话框内，选择“通道连接和设置”窗口页，按表中所列款项设置。
图27 设备1通道连接窗口
运行策略是指对监控系运行流程进行控制的方法和条件，它能够对系统执行某项操作和实现某种功能进行有条件的约束。运行策略由多个复杂的功能模块组成，称为“策略块”，用来完成对系统运行流程的自由控制，使系统能按照设定的顺序和条件，进行操作实时数据库，控制用户窗口的打开、关闭以及控制设备构件的工作状态等一系列工作，从而实现对系统工作过程的控制及有序的调度管理。
用户可以根据需要来创建和组态运行策略。
每建立一个新工程，系统都自动创建三个固定的策略块：启动策略、循环策略和退出策略，它们分别在启动时、运行过程中和退出前由系统自动调度运行。
进入运行策略窗口页，选择某一策略块，单击“策略属性”按钮，或按工具条中的“显示属性”按钮，即可弹出“策略块属性设置”对话框，设置的项目主要是策略名称和策略内容注释。其中的“循环时间”一栏，是专为循环策略块设置循环时间用的。
无论是用户创建的策略块还是系统固有的三个策略块，创建时只是一个有名无实的空架子，要使其成为独立的实体，被系统其他部分调用，必须对其进行组态操作，策略块所要完成的功能。
每一个策略块都具有多项功能，每一项功能的实现，都以特定的条件为前提。MCGS把“条件—功能”结合成一体，构成策略块中的一行，称为策略行，策略块由多个策略行构成。策略块的组态操作包括：
创建策略行：组态操作的*步是创建策略行，目的是先为策略块搭建结构框架。用鼠标单击窗口上端工具条中的“新增策略行”按钮（），或单击鼠标右键在弹出右键菜单中选择“新增策略行菜单”，或直接按下快捷键“Ctrl+I”，增加一个空的策略行。一个策略块中多可创建1000个策略行。
配置策略构件：每个策略行都由两种类型的构件串接而成，前端为条件构件，后端为策略构件。一个策略行中只能有一个策略构件，但可以有多个条件构件。在MCGS的“策略工具箱”中，为用户提供了多种常用的策略构件，用户从工具箱中选择所需的条件构件和策略构件，配置在策略行相应的位置上。
设置策略构件属性：鼠标双击策略构件；或者单击策略构件，按工具条中的“属性按钮”，弹出该策略构件的属性设置对话框。不同的策略构件，属性设置的内容不同。
要保证组态生成的应用系统能够正确运行，必须保证组态结果准确无误。 MCGS提供了多种措施来检查组态结果的正确性，希望密切注意系统提示的错误信息，养成及时发现问题和解决问题的习惯。
各种对象的属在组态过程中，不可避免地会产生各种错误，错误的组态会导致各种无法预料的结果，性设置，是组态配置的重要环节，其正确与否，直接关系到系统的正常运行。为此，MCGS大多数属性设置窗口中都设有“检查(C)”按钮，用于对组态结果的正确性进行检查。每当用户完成一个对象的属性设置后，可使用该按钮，及时进行检查，如有错误，系统会提示相关的信息。这种随时检查措施，使用户能及时发现错误，并且容易查找出错误的原因，迅速纠正。
在完成用户窗口、设备窗口、运行策略和系统菜单的组态配置后，一般都要对组态结果进行存盘处理。存盘时，MCGS自动对组态的结果进行检查，发现错误，系统会提示相关的信息。
全部组态工作完成后，应对整个工程文件进行统一检查。关闭除工作台窗口以外的其它窗口，鼠标单击工具条右侧的“组态检查”按钮，或执行“文件”菜单中的“组态结果检查”命令，即开始对整个工程文件进行组态结果正确性检查。
新建工程在MCGS组态环境中完成（或部分完成）组态配置后，应当转入MCGS运行环境，通过试运行，进行综合性测试检查。鼠标单击工具条中的“进入运行环境”按钮，或操作快捷键F5，或执行“文件”菜单中的“进入运行环境”命令，即可进入MCGS运行环境，启动当前正在组态的工程，对于要实现的功能进行测试。在组态过程中，可随时进入运行环境，完成一部分测试一部分，发现错误及时修改。
3.8.3.9 MCGS安全机制
MCGS系统的操作权限机制和Windows NT类似，采用用户组和用户的概念来进行操作权限的控制。在MCGS中可以定义多个用户组，每个用户组中可以包含多个用户，同一个用户可以隶属于多个用户组。操作权限的分配是以用户组为单位来进行的，即某种功能的操作哪些用户组有权限，而某个用户能否对这个功能进行操作取决于该用户所在的用户组是否具备对应的操作权限。
MCGS系统按用户组来分配操作权限的机制，使用户能方便地建立各种多层次的安全机制。如：实际应用中的安全机制一般要划分为操作员组、技术员组、负责人组。操作员组的成员一般只能进行简单的日常操作；技术员组负责工艺参数等功能的设置；负责人组能对重要的数据进行统计分析；各组的权限各自独立，但某用户可能因工作需要，能进行所有操作，则只需把该用户同时设为隶属于三个用户组即可。
在MCGS组态环境中，选取“工具”菜单中的“用户权限管理”菜单项，在MCGS中，固定有一个名为“管理员组”的用户组和一个名为“负责人”的用户，它们的名称不能修改。管理员组中的用户有权利在运行时管理所有的权限分配工作，管理员组的这些特性是由MCGS系统决定的，其它所有用户组都没有这些权利。
在用户管理器窗口中，上半部分为已建用户的用户名列表，下半部分为已建用户组的列表。当用鼠标激活用户名列表时，在窗口底部显示的按钮是“新增用户”、“复制用户”、“删除用户”等对用户操作的按钮；当用鼠标激活用户组名列表时，在窗口底部显示的按钮是“新增用户组”、“删除用户组”等对用户组操作的按钮。按新增用户按钮，弹出如下用户属性设置窗口，在该窗口中，用户对应的密码要输入两遍，用户所隶属的用户组在下面的列表框中选择（注意：一个用户可以隶属于多个用户组）。当在用户管理器窗口中按“属性”按钮时，弹出同样的窗口，可以修改用户密码和所属的用户组，但不能够修改用户名。
单击新增用户按钮，可以添加新的用户名，选中一个用户时，点击属性或双击该用户，会出现用户属性设置窗口
为了更好的保证工程运行的安全、稳定可靠，防止与工程系统无关的人员进入或退出工程系统，MCGS系统提供了对工程运行时进入和退出工程的权限管理。
MCGS操作权限的组态非常简单，当对应的动画功能可以设置操作权*，在属性设置窗口页中都有对应的“权限”按钮，作为缺省设置，能对某项功能进行操作的为所有用户，即：如果不进行权限组态，则权限机制不起作用，所有用户都能对其进行操作。在用户权限设置窗口中，把对应的用户组选中（方框内打勾表示选中），则该组内的所有用户都能对该项工作进行操作。注意：一个操作权限可以配置多个用户组。
使用MCGS工具菜单中工程安全管理菜单项的功能可以实现对工程（组态所得的结果）进行各种保护工作。该菜单项包括：工程密码设置；锁定软件狗；工程运行期限设置。
MCGS工程试用期限的限制是和本系统的软件狗配合使用的，简单地改变计算机的时钟改变不了本功能的实现。“设置密码”按钮用来设置进入本窗口的密码。有时候，MCGS组态环境和工程必须一起交给终用户，该密码可用来保护本窗口中的设置，却又不影响终用户使用MCGS系统。
参考文献
[1].《MCGS工控组态软件》 北京昆仑通态公司
[2].《可编程序控制器教程》温照方 主编 北京理工大学出版社
[3].《可编程序控制器入门教程》钟肇新 主编华南理工大学出版社
[4].《过程控制及仪表》 邵裕森 主编 上海交通大学出版社
[5].《组态软件MCGS在锅炉液位控制中的应用》 马兵智、孙志毅、赵志成
[6].《MCGS组态软件在电厂油区数据采集系统中的应用》
附录A
MAIN主程序：
LD SM0.1
CALL initiate
LD SM0.0
CALL sift
LDB= SMB8, 16#19 //检查EM235扩展模块是否存在
R M0.1, 1
NOT
S M0.1, 1
LDB= SMB9, 16#00 //检查EM235扩展模块是否错误
R M0.2, 1
NOT
AB= SMB9, 16#04
S M0.2, 1
LD M0.1
O M0.2
JMP 0
LDW= sy, +1 //单闭环手动输出
AN kz
DTCH 10
MOVR u1, AC0
/R 100.0, AC0
*R 25600.0, AC0
ROUND AC0, AC0
DTI AC0, AC0
+I +6400, AC0
MOVW AC0, AQW0
LDW= sy, +2 //串级手动输出
AN kz
DTCH 10
MOVR u2, AC0
/R 100.0, AC0
*R 25600.0, AC0
ROUND AC0, AC0
DTI AC0, AC0
+I +6400, AC0
MOVW AC0, AQW0
LD kz //自动控制
ENI
LDW= sy, +0
R kz, 1
LD kz
EU
ATCH INT_0, 10
LD kz
ED
DTCH 10
LBL 0
Initiate初始化子程序：
LD SM0.0 //实验初始化
MOVW +0, sy
LD SM0.0 //中断
MOVB 100, SMB34
ATCH INT_0, 10
LD SM0.0 //pv1滤波初始化
MOVW +0, VW0 //计数器清零
MOVW +128, VW2 //预置采样次数
MOVD +0, VD10 //当前采样值清零
MOVD +0, VD14 //当前采样和清零
MOVD +0, VD18 //平均值清零
LD SM0.0 ////pv2滤波初始化
MOVW +0, VW30 //计数器清零
MOVW +128, VW32 //预置采样次数
MOVD +0, VD40 //当前采样值清零
MOVD +0, VD44 //当前采样和清零
MOVD +0, VD48 //平均值清零
Sift滤波子程序：
LD SM0.0
MOVW AIW0, VW12 //放置模拟量输入值
LDW>= VW12, +0 //检查输入信号
MOVW +0, VW10 //把输入值转换为双字
NOT //VD10=模拟量输入值（当前采样值）
MOVW 16#FFFF, VW10
LD SM0.0
+D VD10, VD14 //把当前采样值加到采样和中
INCW VW0 //采样计数器值加一
LDW>= VW0, VW2 //若达到采样次数把采样和VD1VD18中
MOVD VD14, VD18
ENCO VW2, AC1 //计算移位数
SRD VD18, AC1 //用移位数实现除法，求采样平均值
MOVD +0, VD14 //重新初始化，即采样和清零
MOVW +0, VW0 //采样计数器清零
DTR VD18, VD18 // 模拟量输入平均值=VW20
-R 6000.0, VD18
/R 26000.0, VD18
MOVR dih1, pv1
*R VD18, pv1
LD SM0.0
MOVW AIW2, VW42 //放置模拟量输入值
LDW>= VW42, +0 //检查输入信号
MOVW +0, VW40 //把输入值转换为双字
NOT //VD40=模拟量输入值（当前采样值）
MOVW 16#FFFF, VW40
LD SM0.0
+D VD40, VD44 //把当前采样值加到采样和中
INCW VW30 //采样计数器值加一
LDW>= VW30, VW32 //若达到采样次数把采样和VD44复制到VD48中
MOVD VD44, VD48
ENCO VW32, AC1 //计算移位数
SRD VD48, AC1 //用移位数实现除法，求采样平均值
MOVD +0, VD44 //重新初始化，即采样和清零
MOVW +0, VW30 //采样计数器清零
DTR VD48, VD48 // 模拟量输入平均值=VW50
-R 6000.0, VD48
/R 26000.0, VD48
MOVR dih2, pv2
*R VD48, pv2
pid0单闭环子程序：
LD SM0.0
MOVR e1_1, e1_2
MOVR e1, e1_1
LD SM0.0 //求e1
MOVR sv1, AC0
-R pv1, AC0
MOVR AC0, e1
LD SM0.0 //求p1
MOVR e1, AC0
-R e1_1, AC0
*R kc1, AC0
MOVR AC0, p1
LD SM0.0 //求i1
MOVR e1, AC0
*R ts, AC0
*R kc1, AC0
/R ti1, AC0
MOVR AC0, i1
LD SM0.0 //求d1
MOVR e1, AC0
-R e1_1, AC0
-R e1_1, AC0
+R e1_2, AC0
*R td1, AC0
*R kc1, AC0
/R ts, AC0
MOVR AC0, d1
LD SM0.0 //求det_u1
MOVR p1, AC0
+R i1, AC0
+R d1, AC0
MOVR AC0, det_u1
LD SM0.0 //求u1
MOVR u1, u1_1
MOVR u1_1, AC0
LDW= sy, +1
+R det_u1, AC0
LDR>= AC0, 100.0
MOVR 100.0, AC0
LDR<= AC0, 0.0
MOVR 0.0, AC0
LD SM0.0
MOVR AC0, u1
LD SM0.0 //转换输出
MOVR u1, AC0
/R 100.0, AC0
*R 25600.0, AC0
ROUND AC0, AC0
DTI AC0, AC0
+I +6400, AC0
MOVW AC0, AQW0
INT_0中断子程序：
LD SM0.0
MOVR ts, AC0
*R 10.0, AC0
ROUND AC0, AC0
DTI AC0, AC0
MOVW AC0, tim
LD SM0.0
INCW times
LDW<= times, tim
JMP 0
LDW>= times, tim
MOVW +0, times
LDW= sy, +1 //调单闭环子程序
CALL pid0
LDW= sy, +2 //调串级子程序
CALL pid1
LBL 0
附录B
功率损耗 | |
+5V DC(从I/O总线) | 30mA |
从L+ | 60mA(带输出20mA) |
L+电压范围，第2级或DC传感器供电 | 20.4～28.8 |
LED指示器 | 24V DC状态 |
模拟量输入特性 | |
模拟量输入点数 | 4 |
隔离(现场与逻辑电路间) | 无 |
输入类型 | 差分输入 |
输入范围 |
|
输入分辨率 |
|
模数转换时间 | ＜250μs |
模拟量输入响应 | 1.5ms～95% |
共模抑制 | 40dB,DC to 60Hz |
共模电压 | 信号电压+共模电压(必须小于等于12V) |
数据字格式 |
|
输入阻抗 | 大于等于10MΩ |
输入滤波器衰减 | -3db@3.1KHz |
大输入电压 | 30V DC |
大输入电流 | 32mA |
分辨率 | 12位A/D转换器 |
模拟量输出特性 | |
模拟量输出点数 | 1 |
隔离(现场侧到逻辑线路) | 无 |
信号范围 |
|
数据字格式 |
|
分辨率，满量程 |
|
精度 |
|
典型值，25℃ |
|
设置时间 |
|
大驱动@24V用户电源 |
|
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