基于组态软件的水位控制系统设计基于组态软件的水位控制系统设计一 教学目标终极目标：能应用通用版及嵌入版 MCGS 组态软件基本功能进行简单项目设计、仿真运行。促成目标：1） 掌握 MCGS 通用版及嵌入版基本操作，完成工程分析及变量定义。2） 掌握简单界面设计，完成数据对象定义及动画连接。3） 掌握模拟设备连接方法，完成简单脚本程序编写及报警显示。4） 掌握制作工程报表及曲线方法。二 工作任务用 MCGS 通用版及嵌入版分别完成图 1-1 所示水位控制系统的设计、仿真运行。图 1-1 水位控制系统实验一 水位控制工程文件建立一、教学目标一、教学目标终极目标：能建立 MCGS 新工程。促成目标：1） 掌握 MCGS 组态软件的安装与运行方法。2） 能进行工程分析，建立工程文件。二、工作任务二、工作任务建立水位控制系统工程文件。三、能力训练三、能力训练MCGS (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，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。1. MCGS 的安装1）启动Windows。2）在相应的驱动器中插入光盘。插入光盘后会自动弹出MCGS安装程序窗口（如没有窗口弹出，则从Windows的“开始”菜单中，选择“运行.”命令，运行光盘中AutoRun.exe文件），MCGS安装程序窗口如图1-2所示：3）在安装程序窗口中选择“安装MCGS组态软件通用版”，启动安装程序开始安装。安装程序将提示指定安装目录，用户不指定时，系统缺省安装到D:MCGS目录下，如图1-3所示：图 1-2 MCGS 安装程序窗口 图 1-3 安装目录安装过程大约要持续数分钟，MCGS系统文件安装完成后，安装程序要建立象标群组和安装数据库引擎，这一过程可能持续几分钟，请耐心等待。4）安装完成后，安装程序将弹出“设置完成”对话框，上面有两个复选框，“是，我现在要重新启动计算机”和“不，我将梢后重新启动计算机”。一般在计算机上初次安装时需要选择重新启动计算机，如图1-4，按下“结束”按钮，操作系统重新启动，完成安装。如果选择“不，我将梢后重新启动计算机”，点击“结束”，系统将弹出警告提示，提醒“请重新启动计算机后再运行MCGS组态软件”。图1-4 安装完成对话窗口5）安装完成后，Windows操作系统的桌面上添加了如图1-5所示的两个图标，分别用于启动MCGS组态环境和运行环境：图1-5 MCGS桌面图标同时，Windows开始菜单中也添加了相应的MCGS程序组，如图1-6所示。MCGS程序组包括五项：MCGS组态环境、MCGS运行环境、MCGS电子文档、MCGS自述文件以及卸载MCGS组态软件。运行环境和组态环境为软件的主体程序，自述文件描述了软件发行时的最后信息，MCGS电子文档则包含了有关MCGS最新的帮助信息。图1-6 MCGS程序组2. MCGS的运行方式1）MCGS系统分为组态环境和运行环境两个部分。可执行文件McgsSet.exe对应于MCGS系统的组态环境，可执行文件McgsRun.exe对应于MCGS系统的运行环境。2）MCGS系统安装完成后，在用户指定的目录（或系统缺省目录D:MCGS）下创建有三个子目录：Program、Samples和Work。组态环境和运行环境对应的两个执行文件以及MCGS中用到的设备驱动、动画构件及策略构件存放在子目录Program中，样例工程文件存放在Samples目录下，Work子目录则是用户的缺省工作目录。3）分别运行执行程序McgsSet.exe和McgsRun.exe，就能进入MCGS的组态环境和运行环境。安装完毕后，运行环境能自动加载并运行样例工程。用户可根据需要创建和运行自己的新工程。3. 工程建立1）用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)。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。3）在文件名一栏内输入“水位控制系统+班级+学号”，单击“保存”按钮，工程创建完毕。注意：注意：文件名中不能包含空格，否则MCGS拒绝运行。4工程分析工程组好态后，最终效果如图1-7所示。水位控制系统的组态过程涉及动画制作、控制流程的编写、模拟设备的连接、报警输出、报表显式曲线与打印等多项组态操作。水位控制需要采集两个模拟数据：液位1（最大值10m）和液位2（最大值6m）；三个数字数据：水泵、调节阀和出水阀。图1-7 水位控制系统最终效果图对于一个工程设计人员来说，要想快速准确的完成一个工程项目，首先要了解工程的系统构成和工艺流程，明确主要的技术要求，搞清工程所涉及的相关硬件和软件。在此基础上，拟定组建工程的总体规划和设想，比如：控制流程如何实现，需要什么样的动画效果，应具备哪些功能，需要何种工程报表，需不需要曲线显示等。只有这样，才能在组态过程中有的放矢，尽量避免无谓的劳动，达到快速完成工程项目的目的。（1）工程的框架结构 本工程定义的名称为“水位控制系统.mcg”，由五大窗口组成。总共建立了两个用户窗口，四个主菜单，分别作为水位控制、报警线时间、曲线显示、数据显示，构成了本工程的基本骨架。（2）输入、输出设备的变量分析 对本工程变量分析如下：1）水泵的起停：开关量输出。2）调节阀的开启关闭：开关量输出。3）出水阀的开启关闭：开关量输出。4）水罐1、2液位指示：模拟量输入。据此产生本工程中与动画和设备控制相关的变量名称，见表1-1表表1-1 工程中与动画和设备控制相关的变量名称工程中与动画和设备控制相关的变量名称四、四、 拓展知识拓展知识1. 常用组态软件有哪些国内的有MCGS、组态王、力控、瑞尔等，国外的有西门子Wincc、INTOUCH等。从结构上说，组态王和MCGS一样，前台动画和后台集成在一起，在运行模式下一起运行。而力控、瑞尔却由后台驱动、实时数据库和前台三部分组成。目前国产软件整体性能与国外软件相比虽有些差距，但在一般的工程中，国产软件和国外软件已没有任何差别，在某些项目上，国产软件的性能比国外软件还要好。2. MCGS组态软件常用术语1）工程：用户应用系统的简称。引入工程的概念，是使复杂的计算机专业技术更贴近于普通工程用户。在MCGS组态环境中生成的文件称为工程文件，后缀为.mcg，存放于MCGS目录的WORK子目录中。如：“D:MCGSWORK水位控制系统.mcg”。2）对象：操作目标与操作环境的统称。如窗口、构件、数据、图形等皆称为对象。3）选中对象：鼠标点击窗口或对象，使其处于可操作状态，称此操作为选中对象，被选中的对象（包括窗口），也叫当前对象。4）组态：在MCGS组态软件开发平台中对五大部分进行对象的定义、制作和编辑，并设定其状态特征（属性）参数，将此项工作称为组态。5）属性：对象的名称、类型、状态、性能及用法等特征的统称。6）菜单：是执行某种功能的命令集合。如系统菜单中的“文件”菜单命令，是用来处理与工程文件有关的执行命令。位于窗口顶端菜单条内的菜单命令称为顶层菜单，一般分为独立的菜单项和下拉菜单两种形式，下拉菜单还可分成多级，每一级称为次级子菜单。7）构件：具备某种特定功能的程序模块，可以用VB，VC等程序设计语言编写，通过编译，生成DLL、OCX等文件。用户对构件设置一定的属性，并与定义的数据变量相连接，即可在运行中实现相应的功能。8）策略：是指对系统运行流程进行有效控制的措施和方法。9）启动策略：在进入运行环境后首先运行的策略，只运行一次，一般完成系统初始化的处理。该策略由MCGS自动生成，具体处理的内容由用户充填。10）循环策略：按照用户指定的周期时间，循环执行策略块内的内容，通常用来完成流程控制任务。11）退出策略：退出运行环境时执行的策略。该策略由MCGS自动生成，自动调用，一般由该策略模块完成系统结束运行前的善后处理任务。12）用户策略：由用户定义，用来完成特定的功能。用户策略一般由按钮、菜单、其他策略来调用执行。13）事件策略：当开关型变量发生跳变时（1到0，或0 到 1），执行的策略，只运行一次。14）热键策略：当用户按下定义的组合热键（如：Ctrl+D）时执行的策略，只运行一次。15）可见度：指对象在窗口内的显现状态，即可见与不可见。16）变量类型：MCGS定义的变量有五种类型：数值型、开关型、字符型、事件型和组对象。17）事件对象：用来记录和标识某种事件的产生或状态的改变。如开关量的状态发生变化。18）组对象:用来存储具有相同存盘属性的多个变量的集合，内部成员可包含多个其他类型的变量。组对象只是对有关联的某一类数据对象的整体表示方法，而实际的操作则均针对每个成员进行。19）动画刷新周期：动画更新速度，即颜色变换、物体运动、液面升降的快慢等，单位为ms。20）父设备：本身没有特定功能，但可以和其他设备一起与计算机进行数据交换的硬件设备。如：串口通讯父设备。21）子设备：必须通过一种父设备与计算机进行通讯的设备。如：浙大中控JL-26无纸记录仪、研华4017模块等。22）模拟设备：在对工程文件测试时，提供可变化的数据的内部设备，可提供多种变化方式，如正弦波、三角波等。23）数据库存盘文件：MCGS工程文件在硬盘中存储时的文件，类型为MDB文件，一般以工程文件的文件名+“D”进行命名，存储在MCGS目录下WORK子目录中，如D:MCGSWORK水位控制系统D.MDB。实验二 水位控制画面设计一、一、教学目标教学目标终极目标：掌握MCGS画面设计方法。促成目标：1） 掌握绘图工具箱的使用。2） 掌握实时数据库的创建方法。3） 能实现图形的动画控制效果。二、二、工作任务工作任务完成水位控制系统的画面制作，实现动画控制效果。三、三、能力训练能力训练MCGS生成的用户应用系统，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部分构成，如图1-9所示。图1-9 用户应用系统图1-10 MCGS组态平台1.建立新画面（1）新建窗口 在图1-10 所示的MCGS组态平台上，单击“用户窗口”，在“用户窗口”中单击“新建窗口”按钮，则产生新建的“窗口0”。选中“窗口0”，单击“窗口属性”，进入图1-11所示的“用户窗口属性设置”对话框，将“窗口名称”改为“水位控制”；将“窗口标题”改为“水位控制”；在“窗口位置是、”中选中“最大化显示”，其他不变，单击“确认”按钮。选中“水位控制”，单击“动画组态”，进入图1-12所示的“动画制作”窗口。图1-11 用户窗口属性设置（2）工具箱使用 单击工具条中的工具箱按钮，则打开动画工具箱，如图1-13a所示。图1-12 “动画制作”窗口a)b)图1-13 动画工具箱及系统图符对象图标对应于选择器，用于在编辑图形时选取用户窗口中指定的图形对象；图标用于打开和关闭系统图符工具箱，常用图符工具箱包括27种常用的图符对象。图形对象放置在用户窗口中，是构成用户应用系统图形界面的最小单元，MCGS中的图形对象包括图元对象、图符对象和动画构件3种类型，不同类型的图形对象有不同的属性，所能完成的功能也各不相同。MCGS的图元是以向量图形的格式存在的，根据需要可随意移动图元的位置和改变图元的大小，在工具箱中提供了8种图元。为了快速构图和组态，MCGS系统内部提供了27种常用的图符对象，称为系统图符对象。如图1-13b所示。(3) 制作文字框图 用鼠标单击图1-13b所示的“标签”按钮，鼠标的光标变为“十”字形，在窗口任何位置拖拽鼠标，拉出一个一定大小的矩形。建立矩形框后，光标在其内闪烁，可直接输入文字“水位控制系统演示工程”，按回车键或在窗口任意位置用鼠标单击