基于MCGS和PLC的電機測控系統設計

0 引言

在人們的日常生活中電力系統、各種現代工業生產及產業部門都離不開各種各樣的電機，它們為當今生產活動和日常生活中提供最重要的原動力和驅動裝置，電機運行使用的電氣元件體積大、觸點多、故障率高，且對于大中型系統，改接線工作煩雜，操作不便。MCGS技術是近年來在自動控制領域的新型軟件開發技術，可快速構造和生成上位機監控系統．它是計算機技術、自動控制技術、自動檢測和傳感技術的綜合應用，避開復雜的軟件代碼編制，使得操作人員能夠直觀而迅速地了解被監控對象的變化過程；還可以分析存儲數據，隨時進行分析并制作成各種報表，根據采集到的數據的大小和變化情況進行判斷，然后在輸出裝置中輸出相應的信號，較好實現電機的測控功能。

1 MCGS基本功能和主要特點

MCGS組態軟件適用于工業過程控制和實時監測的通用計算機系統軟件，包括組態環境和運行環境兩部分，能夠在基于Microsoft的各種32位Windows平臺上運行，其功能和特點可分析歸納如下：

1）簡單靈活的可視化操作界面。MCGS采用可視化、面向窗口的開發界面，以窗口為單位，構造用戶運行系統的圖形界面，使MCGS既簡單直觀，又靈活多變，可做出較逼真直觀的動態顯示效果。

2）實時性強、有良好的并行處理性能。MCGS充分利用了操作平臺的多任務、按優先級分時操作的功能，以線程為單位對在工程作業中實時性強的關鍵任務和實時性不強的非關鍵任務進行分時并行處理，使嵌入式PC機廣泛應用于工程測控領域成為可能。在運行過程中，各個環節都通過實時數據交換數據，形成互相關聯的整體。

3）提供內嵌腳本語言。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，增強系統的靈活性。

4）完善的安全機制和強大的網絡功能。MCGS提供了良好的安全機制，可以為多個不同級別用戶設定不同的操作權限；并且具有強大的網絡通訊功能，支持各種串口通訊、以太網TCP/IP通訊，不僅可以方便快捷的實現遠程數據傳輸，還可以與網絡版相結合通過Web瀏覽功能。

5）支持多種硬件設備。MCGS采用了開放式的結構，實現“設備無關”。MCGS定義多種設備構件，建立系統與外部設備的連接關系，利用其相應的設備構件并設置相關屬性，可以對多種硬件設備包括各種PLC進行驅動，實現對外部設備的驅動和控制。用戶在設備工具箱中可方便選擇各種設備構件。不同的設備對應不同的構件，所有的設備構件均通過實時數據庫建立聯系，而建立時又是相互獨立的，因此MCGS是一個“設備無關”的系統，用戶不必擔心因外部設備的局部改動，而影響整個系統。

MCGS體系結構分為組態環境、模擬運行環境和運行環境三個部分。組態環境和模擬運行環境相當于一套完整的工具軟件，用戶可根據實際需要設計和開發自己的應用系統。用戶組態生成一個“組態結果數據庫”文件；運行環境則是一個獨立的運行系統，它按照組態結果數據庫中用戶指定的方式進行各種處理，完成用戶組態設計的目標和功能；組態工作完成，將組態好的工程通過端口下載到下位機的運行環境中，組態工程就可以離開組態環境而獨立運行在下位機上。從而實現了控制系統的可靠性、實時性、確定性和安全性。

由MCGS嵌入版生成的用戶應用系統，其結構由主控窗口、設備窗口、用戶窗口、實時數據庫和運行策略五個部分構成。它們之間的關系如圖1所示；主控窗口是應用系統的主框架，它構造了應用系統的主框架主控窗口確定了工業控制中工程作業的總體輪廓，以及運行流程、特性參數和啟動特性等項內容；實時數據庫是是應用工程的數據處理中心，工程各個部分均以實時數據庫為公用區交換數據，實現各個部分的協調動作；設備窗口是系統與外部設備聯系的媒介設備窗口專門用來放置不同類型和功能的設備構件，實現對外部設備的操作和控制；用戶窗口實現了數據和流程的“可視化”用戶窗口中可以放置三種不同類型的圖形對象：圖元、圖符和動畫構件；運行策略是對系統運行流程實現有效控制的手段，里面存放由策略條件構件和策略構件組成的“策略行”，通過對運行策略，使系統能夠按照設定的順序和條件操作實時數據庫、控制用戶窗口的打開、關閉并確定設備構件的工作狀態等，從而實現對外部設備工作過程的精確控制。

圖1 MCGS系統各部分組成關系

2 電機測控系統構成

電動機測控系統結構設計如圖2所示。系統由被檢測系統、檢測與轉換系統、測控系統、輸系統出構成。檢測與轉換系統和控制系統由電動機、傳感器及PLC等構成，檢測與轉換系統的作用是對現場參數如電流、溫度進行檢測并轉化為標準的電信號。PLC是整個控制系統的中樞，根據系統對被控對象的要求，將所采集的數據進行運算處理，并與設定值進行比較、延時，確定拖動系統確實出現故障時，通過輸出使控制器件動作，電動機失電，起到保護的目的。

測控系統由上位機和組態軟件構成，上位機與PLC通過RS232或 RS485連接；電流的參數、 溫度參數、控制元件的狀態通過PLC上傳到上位機，上位機在組態界面上顯示出電動機的狀態；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機的運行軌跡，掌握其發展趨勢，及早發現問題。并且操作者通過上位機實現電動機的啟停控制及設定值的修改、進行工程安全設置。

圖2 測控系統結構框圖

3 MCGS組態軟件設計

本工程為電機監測與控制過程，在開始組態設計之前，首先對工程進行分析，從整體上掌握工程的結構、流程、需要實現的功能及動畫制作、與PLC設備的連接通訊、報警輸出和報表曲線顯示等多種組態操作。

專項體能訓練中的基礎訓練對網球運動員來說至關重要，只有具備扎實的基礎，才能確保專項體能訓練的順利開展。一般情況下，基礎訓練不需要消耗過多的身體能量，最關鍵的作用是對網球運動員身體的整體狀態進行良好的調整與優化，保證能夠更好地適應后續強度較大的專項體能訓練，有效幫助運動員緩解身體方面所帶來的壓力。因此，想要達到滿意的專項體能訓練效果，就必須要高度重視基礎項目的訓練，在各個訓練階段，按照網球運動員自身實際情況，來實施相應的基礎訓練，將關節的柔韌性盡可能展開，防止運動員在后續訓練中關節出現損傷。

1）工程框架包括：2個用戶窗口：電機轉速監控、數據顯示；4個主菜單：系統管理、數據顯示、歷史數據和報警數據；4個子菜單：登錄用戶、退出、用戶管理和密碼修改；3個策略：啟動策略、退出策略、循環策略．建立的系統監控界面如圖3所示，界面由3部分構成：發出控制指令的控制臺、PLC狀態指示窗口和電機運行狀態指示窗口。

2）數據對象設置

數據對象是構成實時數據庫的基本單元 ，本監控系統窗口除了電動機運行畫面，還設計了啟動、停止按鈕，設定運行溫度上限、實際轉速的旋轉儀表指示，轉速上限、下限的顯示窗口和電流上、下限報警指示燈等。表1是部分數據對象的定義。

圖3 電機測控界面

表1 部分數據對象定義

3）系統主要功能

MCGS組態軟件通過設備驅動程序從現場硬件設備獲取實時數據，對數據進行必要的加工后，一方面以圖形的方式直觀地顯示在上位機屏幕上，另一方面按照組態要求和操作人員的指令將控制數據送給現場硬件設備，對執行機構實施控制或調整控制參數。

（1）主控功能

由用戶系統的起始窗口實現的。主要功能包括管理用戶窗口和菜單，根據用戶操作在各用戶窗口之間切換，用于用戶的登記及數據的存放等。用戶在進入系統時，要求輸入用戶名與密碼，針對不同的用戶系統賦予不同的權利級別，確保系統的正常可靠的運行。

（2）實時監控、歷史數據顯示功能

（3）超限報警功能

對電動機的部分運行參數設置了超限報警，運行中一旦超限，監控軟件可實現燈光或語音報警及動態畫面提示，以便減少電機故障造成的損失，并將報警信息按用戶的組態設定存入報警信息數據庫，供以后統計分析。

（4）遠程控制功能

通過對上位機與PLC設備構件間組態的設置，可以在上位機上用鼠標實現電機的遠程手動或自動控制．

4 結論

本文以MCGS 工控組態軟件為平臺與PLC 技術結合，實現對電動機運行狀態的計算機圖形測控，不但能實時地顯示電動機運行狀態，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計周期，大大降低研究開發成本。實踐證明，在MCGS組態軟件下實現PLC 電機運行狀態測控，是一種提高電機控制系統效益的好方法，具有較高的應用價值。

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