基于工業(yè)組態(tài)MCGS的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)研究與應(yīng)用

李敬新

摘 要：文章介紹一種基于工業(yè)組態(tài)MCGS的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)并應(yīng)用于工業(yè)供水儲(chǔ)水設(shè)備監(jiān)控過(guò)程，為了有效地解決供水設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控的問題，利用MCGS固件組態(tài)和網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)姆椒ㄑ芯吭O(shè)計(jì)本控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了報(bào)警動(dòng)畫與處理、數(shù)據(jù)報(bào)表輸出、曲線顯示以及安全機(jī)制等諸多功能。本控制系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，安全可靠，具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和實(shí)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：MCGS;工業(yè)組態(tài);運(yùn)動(dòng)控制

0 引言

隨著工業(yè)現(xiàn)代化的飛速發(fā)展，越來(lái)越多不同類型的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，例如，目前國(guó)內(nèi)外多采用軟PLC聯(lián)合開發(fā)專用控制器來(lái)監(jiān)控工業(yè)供水儲(chǔ)水設(shè)備運(yùn)行和狀態(tài)，軟PLC即利用PC機(jī)的開放結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，綜合PLC模擬量控制和開關(guān)量控制的數(shù)學(xué)運(yùn)算功能。近年來(lái)，工業(yè)組態(tài)技術(shù)的發(fā)展，利用軟件技術(shù)可將一些基于傳統(tǒng)的硬件監(jiān)控方法轉(zhuǎn)換為具有功能可靠的軟件系統(tǒng)控制方法[1]。

1 研究的意義

MCGS是工業(yè)控制領(lǐng)域常用的典型工業(yè)組態(tài)，用于數(shù)據(jù)采集和過(guò)程控制，以靈活多樣的方式提供良好的用戶開發(fā)界面平臺(tái)，通過(guò)數(shù)據(jù)采集與管理實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控層的各項(xiàng)功能。研究設(shè)計(jì)一種基于MCGS的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)并應(yīng)用于水位智能控制，通過(guò)最優(yōu)控制實(shí)現(xiàn)模擬設(shè)備的連接、報(bào)警動(dòng)畫處理、報(bào)表曲線顯示等功能。本研究主要是將MCGS組態(tài)應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的主控制器界面開發(fā)，以電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源設(shè)計(jì)與實(shí)踐。與傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)相比，本系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)在于無(wú)須大量編寫程序即可完成運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)主控制器的畫面設(shè)計(jì)，既直觀簡(jiǎn)潔又能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各功能。

2 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

整個(gè)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分為硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩部分。硬件部分包括觸摸屏、運(yùn)動(dòng)控制器上位機(jī)、下位機(jī)以及受控裝置等，其中受控裝置即水泵電動(dòng)機(jī)、水箱和閥門組成的供水儲(chǔ)水裝置[2]。供水動(dòng)力通過(guò)控制器控制水泵電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)，設(shè)備運(yùn)行和工作狀態(tài)通過(guò)組態(tài)畫面監(jiān)控，上位機(jī)通過(guò)MCGS畫面組態(tài)并下載至觸摸屏，通過(guò)觸摸屏對(duì)系統(tǒng)畫面操作從而實(shí)現(xiàn)對(duì)裝置的核心控制，運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

控制系統(tǒng)軟件部分主要是MCGS畫面組態(tài)，根據(jù)實(shí)際工程的運(yùn)行環(huán)境和要求，首先建立水位控制系統(tǒng)的MCGS工程，完成動(dòng)畫制作、編寫控制流程、連接模擬設(shè)備等軟件設(shè)計(jì)。水位控制需要采集的數(shù)字量是水罐水位的變化、水位上下限值，需要采集的開關(guān)量是水泵、調(diào)節(jié)閥和出水閥。采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)浇M態(tài)工程，進(jìn)行數(shù)據(jù)報(bào)警輸出和曲線報(bào)表顯示等組態(tài)操作，實(shí)現(xiàn)設(shè)備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控。軟件設(shè)計(jì)過(guò)程中采用直觀方式進(jìn)行畫面組態(tài)，標(biāo)準(zhǔn)化程序編寫，系統(tǒng)各部分相互關(guān)聯(lián)，工作方式穩(wěn)定[3]。

3 ? 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)功能

本控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)報(bào)警處理功能、報(bào)表輸出功能、曲線顯示功能以及安全機(jī)制等[4]。在工業(yè)供水儲(chǔ)水工程監(jiān)控應(yīng)用過(guò)程中，利用MCGS軟件功能，結(jié)合工程實(shí)際的工藝要求和控制需求，采集記錄設(shè)備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)并完成存儲(chǔ)。根據(jù)工程的“運(yùn)行策略”設(shè)置條件，處理水位上下限報(bào)警信息，分析實(shí)時(shí)和歷時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)報(bào)表和曲線功能顯示。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中開發(fā)了一套工程專用的安全機(jī)制，整個(gè)控制系統(tǒng)具有完善的監(jiān)控功能，系統(tǒng)功能框圖如圖2所示。

3.1 系統(tǒng)報(bào)表打印功能

控制系統(tǒng)報(bào)表功能是根據(jù)實(shí)際需要打印輸出的數(shù)據(jù)信息。歷時(shí)報(bào)表是以一定的格式打印輸出的歷時(shí)存盤數(shù)據(jù)，在工程組態(tài)策略中通過(guò)“存盤數(shù)據(jù)瀏覽”構(gòu)件實(shí)現(xiàn)，還可以利用“歷史表格構(gòu)件”對(duì)表格進(jìn)行編輯，在“數(shù)據(jù)庫(kù)連接”窗口設(shè)置表格屬性，進(jìn)行“數(shù)據(jù)源組態(tài)”設(shè)置，完成配置連接，在“歷時(shí)報(bào)表輸出”構(gòu)件中打印歷時(shí)數(shù)據(jù)。實(shí)時(shí)報(bào)表是根據(jù)當(dāng)前的時(shí)間變量按固定的格式打印的數(shù)據(jù)信息，反映了數(shù)據(jù)變化的瞬時(shí)變量，在MCGS組態(tài)中通過(guò)“實(shí)時(shí)表格構(gòu)件”完成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)報(bào)表的功能。數(shù)據(jù)報(bào)表輸出功能對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的監(jiān)測(cè)有著至關(guān)重要的作用。

3.2 曲線繪制功能

控制系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)做定量分析達(dá)不到全面監(jiān)測(cè)的目的，需要不定時(shí)的查看歷時(shí)數(shù)據(jù)，采用繪制曲線的方式，根據(jù)曲線的變化趨勢(shì)分析數(shù)據(jù)變化規(guī)律，曲線顯示功能在本控制系統(tǒng)中有非常重要的作用。

MCGS組態(tài)工程中通過(guò)“用戶窗口”設(shè)置實(shí)時(shí)曲線顯示功能，在“運(yùn)行環(huán)境”中即可查看實(shí)時(shí)曲線，數(shù)據(jù)越多曲線越詳細(xì)，需要數(shù)據(jù)對(duì)比時(shí)可通過(guò)雙擊曲線的方法放大曲線仔細(xì)查看。如果查看歷史數(shù)據(jù)總結(jié)規(guī)律則需要通過(guò)歷史曲線構(gòu)件實(shí)現(xiàn)，在“構(gòu)件屬性”中分別設(shè)置液位1、液位2曲線的顏色為紅色和綠色，便可清晰的查看液位狀態(tài)。根據(jù)數(shù)據(jù)變化規(guī)律對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行正確的維護(hù)和運(yùn)行，能夠較好的減少系統(tǒng)故障，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。

3.3 報(bào)警動(dòng)畫處理功能

報(bào)警動(dòng)畫處理是根據(jù)設(shè)備運(yùn)行時(shí)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與MCGS工程策略設(shè)置的上下水位限值進(jìn)行比較，超過(guò)上下限時(shí)系統(tǒng)產(chǎn)生報(bào)警，報(bào)警信息通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)娇刂贫?，控制設(shè)備停止運(yùn)行。工程運(yùn)行策略中設(shè)置循環(huán)策略時(shí)間350 s，即進(jìn)水閥供水開始到出水閥出水結(jié)束儲(chǔ)水循環(huán)時(shí)間，在腳本文件中通過(guò)設(shè)置Set Alm Value （液位上限，液位下限）參數(shù)實(shí)現(xiàn)。

設(shè)備運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)保存產(chǎn)生的報(bào)警信息，通過(guò)“報(bào)警信息瀏覽構(gòu)件屬性設(shè)置”，查看報(bào)警信息。根據(jù)工程的需要可隨時(shí)修改限值，監(jiān)測(cè)是否有報(bào)警數(shù)據(jù)存在，報(bào)警通過(guò)提示燈動(dòng)畫顯示，根據(jù)提示進(jìn)行正確的處理。

3.4 系統(tǒng)安全管理功能

本控制系統(tǒng)利用MCGS開發(fā)了一套完整的安全機(jī)制，在組態(tài)過(guò)程中通過(guò)“用戶管理”構(gòu)件設(shè)置操作權(quán)限，允許管理員進(jìn)行操作，同時(shí)研究設(shè)計(jì)了工程密碼功能來(lái)保護(hù)系統(tǒng)安全和使用權(quán)限?？刂葡到y(tǒng)采用用戶組和用戶的方法進(jìn)行操作權(quán)限的設(shè)置，以用戶組為單位分配，建立了多層次的安全機(jī)制。

控制系統(tǒng)應(yīng)用過(guò)程中，通過(guò)對(duì)供水儲(chǔ)水設(shè)備的監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)水位上下限報(bào)警處理、數(shù)據(jù)報(bào)表輸出、實(shí)時(shí)和歷史曲線顯示以及安全機(jī)制設(shè)定，其中安全機(jī)制設(shè)置為操作員組、技術(shù)員組、負(fù)責(zé)人組，各組權(quán)限獨(dú)立。整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行安全穩(wěn)定，在應(yīng)用中管理和維護(hù)方便，應(yīng)用效果明顯，具有較高的實(shí)用性。

4 ? 結(jié)語(yǔ)

借助工業(yè)組態(tài)MCGS研究設(shè)計(jì)了本套運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)并應(yīng)用于供水儲(chǔ)水設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和水位控制，該系統(tǒng)具有智能信息處理、信息反饋和智能控制功能，能夠有效地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)報(bào)警動(dòng)畫處理、數(shù)據(jù)報(bào)表打印輸出、曲線繪制以及安全管理等諸多功能。通過(guò)MCGS組態(tài)提供的新方法應(yīng)用于實(shí)際工程問題中，有效地解決了工業(yè)供水儲(chǔ)水設(shè)備運(yùn)行和狀態(tài)監(jiān)控問題，在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)和檢索是連續(xù)變化的過(guò)程數(shù)據(jù)，通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、匯總和統(tǒng)計(jì)，為設(shè)備的使用、維護(hù)以及數(shù)據(jù)信息管理提供了必要的依據(jù)。

通過(guò)研究與應(yīng)用表明該運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，安全可靠，使用方便。該系統(tǒng)還可以廣泛應(yīng)用于自動(dòng)化控制、工廠生產(chǎn)、制造與加工等多個(gè)工程領(lǐng)域，具有較高的實(shí)用價(jià)值。

[參考文獻(xiàn)]

[1]王建軍，楊翠萍，李秀玲.基于工業(yè)組態(tài)軟件的發(fā)電機(jī)組計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)[J].電源技術(shù)，2014（3）：546-547.

[2]陳孟元，郎朗.工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)與組態(tài)技術(shù)在可編程控制器教學(xué)中的交互應(yīng)用研究[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2013（6）：129-131，135.

[3]李雪梅，朱召陽(yáng)，陳燕明，等.基于PLC的閥口袋自動(dòng)上袋控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].制造業(yè)自動(dòng)化，2020（9）：95-99.

[4]張令超，王恒強(qiáng)，秦補(bǔ)枝，等.MCGS組態(tài)軟件在雙容水箱液位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].南方農(nóng)機(jī)，2020（12）：163.

（編輯 王永超）