基于MCGS和PLC的電機(jī)測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

0 引言

在人們的日常生活中電力系統(tǒng)、各種現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)及產(chǎn)業(yè)部門都離不開各種各樣的電機(jī)，它們?yōu)楫?dāng)今生產(chǎn)活動(dòng)和日常生活中提供最重要的原動(dòng)力和驅(qū)動(dòng)裝置，電機(jī)運(yùn)行使用的電氣元件體積大、觸點(diǎn)多、故障率高，且對(duì)于大中型系統(tǒng)，改接線工作煩雜，操作不便。MCGS技術(shù)是近年來在自動(dòng)控制領(lǐng)域的新型軟件開發(fā)技術(shù)，可快速構(gòu)造和生成上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)．它是計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、自動(dòng)檢測(cè)和傳感技術(shù)的綜合應(yīng)用，避開復(fù)雜的軟件代碼編制，使得操作人員能夠直觀而迅速地了解被監(jiān)控對(duì)象的變化過程；還可以分析存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，隨時(shí)進(jìn)行分析并制作成各種報(bào)表，根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)的大小和變化情況進(jìn)行判斷，然后在輸出裝置中輸出相應(yīng)的信號(hào)，較好實(shí)現(xiàn)電機(jī)的測(cè)控功能。

1 MCGS基本功能和主要特點(diǎn)

MCGS組態(tài)軟件適用于工業(yè)過程控制和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件，包括組態(tài)環(huán)境和運(yùn)行環(huán)境兩部分，能夠在基于Microsoft的各種32位Windows平臺(tái)上運(yùn)行，其功能和特點(diǎn)可分析歸納如下：

1）簡單靈活的可視化操作界面。MCGS采用可視化、面向窗口的開發(fā)界面，以窗口為單位，構(gòu)造用戶運(yùn)行系統(tǒng)的圖形界面，使MCGS既簡單直觀，又靈活多變，可做出較逼真直觀的動(dòng)態(tài)顯示效果。

2）實(shí)時(shí)性強(qiáng)、有良好的并行處理性能。MCGS充分利用了操作平臺(tái)的多任務(wù)、按優(yōu)先級(jí)分時(shí)操作的功能，以線程為單位對(duì)在工程作業(yè)中實(shí)時(shí)性強(qiáng)的關(guān)鍵任務(wù)和實(shí)時(shí)性不強(qiáng)的非關(guān)鍵任務(wù)進(jìn)行分時(shí)并行處理，使嵌入式PC機(jī)廣泛應(yīng)用于工程測(cè)控領(lǐng)域成為可能。在運(yùn)行過程中，各個(gè)環(huán)節(jié)都通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換數(shù)據(jù)，形成互相關(guān)聯(lián)的整體。

3）提供內(nèi)嵌腳本語言。其編程語法類似于Basic語言，在使用上更為簡單直觀．通過腳本語言可編寫特定的流程控制和操作處理程序，增強(qiáng)系統(tǒng)的靈活性。

4）完善的安全機(jī)制和強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能。MCGS提供了良好的安全機(jī)制，可以為多個(gè)不同級(jí)別用戶設(shè)定不同的操作權(quán)限；并且具有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)通訊功能，支持各種串口通訊、以太網(wǎng)TCP/IP通訊，不僅可以方便快捷的實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸，還可以與網(wǎng)絡(luò)版相結(jié)合通過Web瀏覽功能。

5）支持多種硬件設(shè)備。MCGS采用了開放式的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)“設(shè)備無關(guān)”。MCGS定義多種設(shè)備構(gòu)件，建立系統(tǒng)與外部設(shè)備的連接關(guān)系，利用其相應(yīng)的設(shè)備構(gòu)件并設(shè)置相關(guān)屬性，可以對(duì)多種硬件設(shè)備包括各種PLC進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)外部設(shè)備的驅(qū)動(dòng)和控制。用戶在設(shè)備工具箱中可方便選擇各種設(shè)備構(gòu)件。不同的設(shè)備對(duì)應(yīng)不同的構(gòu)件，所有的設(shè)備構(gòu)件均通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫建立聯(lián)系，而建立時(shí)又是相互獨(dú)立的，因此MCGS是一個(gè)“設(shè)備無關(guān)”的系統(tǒng)，用戶不必?fù)?dān)心因外部設(shè)備的局部改動(dòng)，而影響整個(gè)系統(tǒng)。

MCGS體系結(jié)構(gòu)分為組態(tài)環(huán)境、模擬運(yùn)行環(huán)境和運(yùn)行環(huán)境三個(gè)部分。組態(tài)環(huán)境和模擬運(yùn)行環(huán)境相當(dāng)于一套完整的工具軟件，用戶可根據(jù)實(shí)際需要設(shè)計(jì)和開發(fā)自己的應(yīng)用系統(tǒng)。用戶組態(tài)生成一個(gè)“組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫”文件；運(yùn)行環(huán)境則是一個(gè)獨(dú)立的運(yùn)行系統(tǒng)，它按照組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫中用戶指定的方式進(jìn)行各種處理，完成用戶組態(tài)設(shè)計(jì)的目標(biāo)和功能；組態(tài)工作完成，將組態(tài)好的工程通過端口下載到下位機(jī)的運(yùn)行環(huán)境中，組態(tài)工程就可以離開組態(tài)環(huán)境而獨(dú)立運(yùn)行在下位機(jī)上。從而實(shí)現(xiàn)了控制系統(tǒng)的可靠性、實(shí)時(shí)性、確定性和安全性。

由MCGS嵌入版生成的用戶應(yīng)用系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)由主控窗口、設(shè)備窗口、用戶窗口、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫和運(yùn)行策略五個(gè)部分構(gòu)成。它們之間的關(guān)系如圖1所示；主控窗口是應(yīng)用系統(tǒng)的主框架，它構(gòu)造了應(yīng)用系統(tǒng)的主框架主控窗口確定了工業(yè)控制中工程作業(yè)的總體輪廓，以及運(yùn)行流程、特性參數(shù)和啟動(dòng)特性等項(xiàng)內(nèi)容；實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫是是應(yīng)用工程的數(shù)據(jù)處理中心，工程各個(gè)部分均以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫為公用區(qū)交換數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)各個(gè)部分的協(xié)調(diào)動(dòng)作；設(shè)備窗口是系統(tǒng)與外部設(shè)備聯(lián)系的媒介設(shè)備窗口專門用來放置不同類型和功能的設(shè)備構(gòu)件，實(shí)現(xiàn)對(duì)外部設(shè)備的操作和控制；用戶窗口實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)和流程的“可視化”用戶窗口中可以放置三種不同類型的圖形對(duì)象：圖元、圖符和動(dòng)畫構(gòu)件；運(yùn)行策略是對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行流程實(shí)現(xiàn)有效控制的手段，里面存放由策略條件構(gòu)件和策略構(gòu)件組成的“策略行”，通過對(duì)運(yùn)行策略，使系統(tǒng)能夠按照設(shè)定的順序和條件操作實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫、控制用戶窗口的打開、關(guān)閉并確定設(shè)備構(gòu)件的工作狀態(tài)等，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)外部設(shè)備工作過程的精確控制。

圖1 MCGS系統(tǒng)各部分組成關(guān)系

2 電機(jī)測(cè)控系統(tǒng)構(gòu)成

電動(dòng)機(jī)測(cè)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖2所示。系統(tǒng)由被檢測(cè)系統(tǒng)、檢測(cè)與轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、測(cè)控系統(tǒng)、輸系統(tǒng)出構(gòu)成。檢測(cè)與轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和控制系統(tǒng)由電動(dòng)機(jī)、傳感器及PLC等構(gòu)成，檢測(cè)與轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的作用是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)如電流、溫度進(jìn)行檢測(cè)并轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)的電信號(hào)。PLC是整個(gè)控制系統(tǒng)的中樞，根據(jù)系統(tǒng)對(duì)被控對(duì)象的要求，將所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理，并與設(shè)定值進(jìn)行比較、延時(shí)，確定拖動(dòng)系統(tǒng)確實(shí)出現(xiàn)故障時(shí)，通過輸出使控制器件動(dòng)作，電動(dòng)機(jī)失電，起到保護(hù)的目的。

測(cè)控系統(tǒng)由上位機(jī)和組態(tài)軟件構(gòu)成，上位機(jī)與PLC通過RS232或 RS485連接；電流的參數(shù)、 溫度參數(shù)、控制元件的狀態(tài)通過PLC上傳到上位機(jī)，上位機(jī)在組態(tài)界面上顯示出電動(dòng)機(jī)的狀態(tài)；電流和溫度的變化可通過曲線顯示，便使用者可以更好地了解電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行軌跡，掌握其發(fā)展趨勢(shì)，及早發(fā)現(xiàn)問題。并且操作者通過上位機(jī)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的啟停控制及設(shè)定值的修改、進(jìn)行工程安全設(shè)置。

圖2 測(cè)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

3 MCGS組態(tài)軟件設(shè)計(jì)

本工程為電機(jī)監(jiān)測(cè)與控制過程，在開始組態(tài)設(shè)計(jì)之前，首先對(duì)工程進(jìn)行分析，從整體上掌握工程的結(jié)構(gòu)、流程、需要實(shí)現(xiàn)的功能及動(dòng)畫制作、與PLC設(shè)備的連接通訊、報(bào)警輸出和報(bào)表曲線顯示等多種組態(tài)操作。

專項(xiàng)體能訓(xùn)練中的基礎(chǔ)訓(xùn)練對(duì)網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)員來說至關(guān)重要，只有具備扎實(shí)的基礎(chǔ)，才能確保專項(xiàng)體能訓(xùn)練的順利開展。一般情況下，基礎(chǔ)訓(xùn)練不需要消耗過多的身體能量，最關(guān)鍵的作用是對(duì)網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)員身體的整體狀態(tài)進(jìn)行良好的調(diào)整與優(yōu)化，保證能夠更好地適應(yīng)后續(xù)強(qiáng)度較大的專項(xiàng)體能訓(xùn)練，有效幫助運(yùn)動(dòng)員緩解身體方面所帶來的壓力。因此，想要達(dá)到滿意的專項(xiàng)體能訓(xùn)練效果，就必須要高度重視基礎(chǔ)項(xiàng)目的訓(xùn)練，在各個(gè)訓(xùn)練階段，按照網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)員自身實(shí)際情況，來實(shí)施相應(yīng)的基礎(chǔ)訓(xùn)練，將關(guān)節(jié)的柔韌性盡可能展開，防止運(yùn)動(dòng)員在后續(xù)訓(xùn)練中關(guān)節(jié)出現(xiàn)損傷。

1）工程框架包括：2個(gè)用戶窗口：電機(jī)轉(zhuǎn)速監(jiān)控、數(shù)據(jù)顯示；4個(gè)主菜單：系統(tǒng)管理、數(shù)據(jù)顯示、歷史數(shù)據(jù)和報(bào)警數(shù)據(jù)；4個(gè)子菜單：登錄用戶、退出、用戶管理和密碼修改；3個(gè)策略：啟動(dòng)策略、退出策略、循環(huán)策略．建立的系統(tǒng)監(jiān)控界面如圖3所示，界面由3部分構(gòu)成：發(fā)出控制指令的控制臺(tái)、PLC狀態(tài)指示窗口和電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)指示窗口。

2）數(shù)據(jù)對(duì)象設(shè)置

數(shù)據(jù)對(duì)象是構(gòu)成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的基本單元 ，本監(jiān)控系統(tǒng)窗口除了電動(dòng)機(jī)運(yùn)行畫面，還設(shè)計(jì)了啟動(dòng)、停止按鈕，設(shè)定運(yùn)行溫度上限、實(shí)際轉(zhuǎn)速的旋轉(zhuǎn)儀表指示，轉(zhuǎn)速上限、下限的顯示窗口和電流上、下限報(bào)警指示燈等。表1是部分?jǐn)?shù)據(jù)對(duì)象的定義。

圖3 電機(jī)測(cè)控界面

表1 部分?jǐn)?shù)據(jù)對(duì)象定義

3）系統(tǒng)主要功能

MCGS組態(tài)軟件通過設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序從現(xiàn)場(chǎng)硬件設(shè)備獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的加工后，一方面以圖形的方式直觀地顯示在上位機(jī)屏幕上，另一方面按照組態(tài)要求和操作人員的指令將控制數(shù)據(jù)送給現(xiàn)場(chǎng)硬件設(shè)備，對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)施控制或調(diào)整控制參數(shù)。

（1）主控功能

由用戶系統(tǒng)的起始窗口實(shí)現(xiàn)的。主要功能包括管理用戶窗口和菜單，根據(jù)用戶操作在各用戶窗口之間切換，用于用戶的登記及數(shù)據(jù)的存放等。用戶在進(jìn)入系統(tǒng)時(shí)，要求輸入用戶名與密碼，針對(duì)不同的用戶系統(tǒng)賦予不同的權(quán)利級(jí)別，確保系統(tǒng)的正?？煽康倪\(yùn)行。

（2）實(shí)時(shí)監(jiān)控、歷史數(shù)據(jù)顯示功能

（3）超限報(bào)警功能

對(duì)電動(dòng)機(jī)的部分運(yùn)行參數(shù)設(shè)置了超限報(bào)警，運(yùn)行中一旦超限，監(jiān)控軟件可實(shí)現(xiàn)燈光或語音報(bào)警及動(dòng)態(tài)畫面提示，以便減少電機(jī)故障造成的損失，并將報(bào)警信息按用戶的組態(tài)設(shè)定存入報(bào)警信息數(shù)據(jù)庫，供以后統(tǒng)計(jì)分析。

（4）遠(yuǎn)程控制功能

通過對(duì)上位機(jī)與PLC設(shè)備構(gòu)件間組態(tài)的設(shè)置，可以在上位機(jī)上用鼠標(biāo)實(shí)現(xiàn)電機(jī)的遠(yuǎn)程手動(dòng)或自動(dòng)控制．

4 結(jié)論

本文以MCGS 工控組態(tài)軟件為平臺(tái)與PLC 技術(shù)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的計(jì)算機(jī)圖形測(cè)控，不但能實(shí)時(shí)地顯示電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，具有很好的可視性，并且能在保證性能的條件下明顯縮短設(shè)計(jì)周期，大大降低研究開發(fā)成本。實(shí)踐證明，在MCGS組態(tài)軟件下實(shí)現(xiàn)PLC 電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)測(cè)控，是一種提高電機(jī)控制系統(tǒng)效益的好方法，具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

[1] 袁秀英. 組態(tài)控制技術(shù)[M]. 北京:電子工業(yè)出版社, 2003.

[2] 鄒金慧, 陳樂庚, 韋壽祺. 可編程控制器及其系統(tǒng)[M]. 重慶: 重慶大學(xué)出版社, 2002.

[3] 倪遠(yuǎn)平. 現(xiàn)代低壓電器及其控制技術(shù)[M]. 重慶: 重慶大學(xué)出版社, 2002.

[4] 翟心愿. 組態(tài)技術(shù)和PIE在人行道護(hù)欄控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]. 重慶工商大學(xué)學(xué)報(bào): 自然科學(xué)版, 2009, 26(3): 272-276.

[5] HeQiang, LiuHongZhao, YeJun, Lijinling: Theapplication 0f Cunanopartiele as N32 base oiladditives[J]. Frontiersof Mechanical Engineering in China. 2010(2): 1-5.

[6] CentoP, Dareing D W. Ceramic materials in hybrid ball bearings[J]Tribolo gy Transactions, 1999, 42(4): 707-714.

[7] 令朝霞. 曹立學(xué)以PLC為控制級(jí)的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 黑龍江科技信息, 2009(3).

[8] 俞海珍, 史旭華. MCGS組態(tài)技術(shù)在PLC實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用[J]. 實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù), 2008(5).

[9] 易江義, 陽春華, 周彩霞. 基于PLC控制的自動(dòng)化移載機(jī)的開發(fā)設(shè)計(jì)[J]. 自動(dòng)化與儀器儀表, 2008(2).

[10] 王也仿. 可編程控制器應(yīng)用技術(shù)[M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2005.