基于組態技術的舞臺吊桿控制系統設計

李慧　元倩倩

摘 要：介紹了基于工控組態軟件MCGS的舞臺吊桿監控系統，該系統的主要功能是通過監控軟件對舞臺吊桿實現單根點動控制并可進行自動定位，也可實現四根集群控制，并對當前操作的吊桿位置實時顯示，還可對吊桿的當前高度和報警信息進行查詢。經過模擬仿真調試，該系統運行穩定可靠。

關鍵詞：組態技術 監控 舞臺吊桿 高度查詢 報警

中圖分類號：TP277 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2019）03（c）-0112-02

隨著科技的進步，自動化水平也不斷提高，計算機技術越來越廣泛的應用于工業控制領域，由于計算機軟件具有操作性強、容易學習和方便使用的特點，所以將計算機技術應用到工業現場控制中有易開發、低成本、資源豐富等優點。組態軟件就是在此背景下發展起來的，它不僅能讓用戶可以根據控制目的與具體的控制對象進行任意組態，而且能很好的解決傳統工業控制現場傳統控制模式存在的不足[1]。根據劇院對舞臺吊桿控制系統的控制要求，結合劇院的實際情況，本舞臺吊桿控制系統選用北京昆侖通態公司的MCGS（Monitor and Control Generated System）組態軟件來構建監控操作系統[2]；來對舞臺吊桿控制系統中的吊桿進行控制，對實時控制數據與狀態數據進行采集處理，最終能通過動畫的效果顯示出來，并且它支持國內外大多數數據采集與輸出設備。

1 組態軟件及特點

1.1 組態軟件

MCGS組態軟件是一套基于Windows操作系統平臺，用于快速構造和生成上位機監控系統的組態軟件系統[2]。MCGS組態軟件利用Windows圖形功能完備、界面一致性好、易學易用的特點[3]，支持國內外大多數數據采集與輸出設備，它能夠完成實時數據的采集和歷史數據的處理、動畫顯示、流程控制、趨勢曲線、報表輸出、報警以及網絡監控等功能，在各種工業控制領域應用非常廣泛[4]。

MCGS組態軟件分為組態環境和運行環境，組態環境是用戶自己設計開發的應用系統，本文設計的舞臺吊桿控制系統就是在組態環境中進行的。運行環境和組態環境既獨立又相關，它按照組態環境中設計的組態工程，根據用戶設定的方式運行并進行各種處理，從而實現用戶組態設計的目標和功能[5]，本系統開發了一系列的監控界面，其中包括系統主界面、吊桿點控界面、吊桿自動定位界面、吊桿參考位設定界面、吊桿信息數據庫、報警界面等。

1.2 組態軟件的特點

組態軟件概括起來主要有如下特點：

（1）簡單靈活、豐富生動的可視化界面；

（2）實時數據庫為用戶組態提供了方便，同時對數據存儲進行管理，系統可靠性高；

（3）具有良好的維護性和可擴充性；

（4）支持多種硬件設備，實現“設備無關”；

（5）完善的安全機制，強大的網絡功能和多樣化的報警功能；

（6）實現對工控系統的分布式控制和管理。

2 舞臺吊桿監控系統的開發

2.1 用戶窗口組態

用戶窗口是用戶來定義的，它是構成圖形界面的窗口。本舞臺吊桿控制系統在用戶窗口中創建主頁窗口、桿控窗口、吊桿選號窗口、報警顯示、吊桿數據窗口、單桿定位窗口、吊桿參考位置設定窗口。

2.2 主控窗口組態

主控窗口主要任務是進行菜單設計，還可以設置本舞臺吊桿控制系統的運行流程和特征參數。

打開主控窗口然后單擊右鍵選擇屬性，進行屬性設置，之后就可進行菜單組態，本系統主要有：

（1）系統管理菜單：用于選擇用戶登錄和退出組態系統。

（2）主頁菜單：是直接進入組態控制系統的主頁面。

（3）吊桿操作菜單：主要有四個選項，桿控操作主要是點動方式，即按住動作鍵吊桿動作松開吊桿停止動作。單桿定位是對單根吊桿進行自動定位。吊桿參考位設定是初裝吊桿時通過此菜單對吊桿進行位置初始值的設定。吊桿高度查詢是對吊桿的當前高度進行查詢。

（4）燈具操作菜單：主要是對所有燈具的動作進行控制，包括水平、俯仰和調焦。還可查看各個燈具的位置狀態。

（5）報警查詢菜單：可查看歷史報警記錄并打印。

2.3 構造實時數據庫并建立I/O連接

應用組態軟件進行舞臺吊桿控制系統開發最重要的就是依據控制要求和被控對象定義變量及設置變量。

進行I/O連接前，首先進行設備窗口組態，在設備窗口中添加工程設備，在可選設備中找到 ProfiBus-S7父設備和ProfiBus-S7子設備然后增加到選定設備中，點擊確定，就將父設備和子設備添加到了設備窗口中。然后再進行設備屬性設置，包括基本屬性和通道連接，在基本屬性中，點擊在線幫助就可彈出設備構件的使用說明，用戶使用時可參考；在通道連接中，如果是開關量輸入輸出通道，0表示關，1表示開，如果是輸出通道，鼠標左鍵按下時對應通道的輸出狀態為1，松開鼠標左鍵輸出狀態為0；鼠標右鍵單擊對應通道輸出狀態由 1變為0或者由0變為1。

2.4 運行策略和腳本程序設計

MCGS運行策略窗口中“啟動策略”、“退出策略”、“循環策略”為系統固有的三個策略塊，在本系統設計的監控組態軟件中，主要用到了循環策略，循環策略按照設定時間600mS循環運行，利用腳本來編寫單根吊桿定位、限位、動作以及吊桿群控、吊桿數據庫，參考位設定等各種特定的流程控制程序以及操作處理程序。限于篇幅原因，本文只摘錄部分參考位設定的腳本程序。圖1是吊桿參考位設置控制程序流程圖。

IF 編號n=1 THEN

IF N1=0 THEN

當前高度n=高度1

N1=1

ENDIF

IF 參考確認=1 THEN

高度1=參考高度

參考確認=0

ENDIF

ENDIF

2.5 運行與調試

在組態環境中，按鍵盤F4進行組態檢查，如果沒有錯誤，按鍵盤F5進入運行環境，本系統設計了7個控制界面，以吊桿點動控制界面為例，如圖2所示。

在控制界面上，上升或下降可控制吊桿上下移動，同時控制界面上可實時顯示選擇吊桿的當前位置，當吊桿到達上限位或下限位，吊桿會自動被限位停止動作，來保護舞臺吊桿。操作人員通過組態監控界面可觀察吊桿高度，以防吊桿沖頂或沉底損壞舞臺設備，還可通過窗口下方的四個按鈕對吊桿進行自動定位、報警顯示、高度查詢和返回主頁等功能。

在舞臺吊桿控制過程中，處于系統的安全可靠性及便于維護性，本組態監控系統設計了報警處置中斷，即設計了報警查詢組態窗口。當吊桿的當前位置達到上限或下限位，就會觸發報警處置中斷，吊桿停止動作，操作人員可查詢所有歷史報警信息，包括報警時間、對象、報警類型、報警事件、當前值、界限值等信息。

3 結語

本文設計的組態監控系統經過模擬仿真實驗，現場安裝調試并試運行，符合設計要求，吊桿能快速、準確的響應，并在組態監控界面上實時顯示吊桿的位置和狀態，并且系統運行穩定可靠，效果令人滿意。

參考文獻

[1] 袁秀英.組態控制技術[M].北京：電子工業出版社，2003.

[2] 張文明，劉志軍.組態軟件控制技術[M].北京：清華大學出版社，2006.

[3] 張易.MCGS組態設計軟件使用手冊[M].北京：電子工業出版社，2000.

[4] 章曉林.MCGS組態軟件在密地選礦廠磨礦分級自動化中的應用[D].昆明理工大學，2004.

[5] 安文舉.MCGS組態軟件在電機測控系統中的應用[J].防爆電機，2008（2）：22-24.