基于工業組態MCGS的運動控制系統研究與應用

李敬新

摘 要：文章介紹一種基于工業組態MCGS的運動控制系統并應用于工業供水儲水設備監控過程，為了有效地解決供水設備運行狀態監控的問題，利用MCGS固件組態和網絡傳輸的方法研究設計本控制系統，實現了報警動畫與處理、數據報表輸出、曲線顯示以及安全機制等諸多功能。本控制系統運行穩定，安全可靠，具有較高的經濟價值和實用價值。

關鍵詞：MCGS;工業組態;運動控制

0 引言

隨著工業現代化的飛速發展，越來越多不同類型的運動控制系統應用于工業現場，例如，目前國內外多采用軟PLC聯合開發專用控制器來監控工業供水儲水設備運行和狀態，軟PLC即利用PC機的開放結構特點，綜合PLC模擬量控制和開關量控制的數學運算功能。近年來，工業組態技術的發展，利用軟件技術可將一些基于傳統的硬件監控方法轉換為具有功能可靠的軟件系統控制方法[1]。

1 研究的意義

MCGS是工業控制領域常用的典型工業組態，用于數據采集和過程控制，以靈活多樣的方式提供良好的用戶開發界面平臺，通過數據采集與管理實現運動控制系統監控層的各項功能。研究設計一種基于MCGS的運動控制系統并應用于水位智能控制，通過最優控制實現模擬設備的連接、報警動畫處理、報表曲線顯示等功能。本研究主要是將MCGS組態應用于運動控制系統的主控制器界面開發，以電動機作為動力源設計與實踐。與傳統的控制系統相比，本系統的優勢在于無須大量編寫程序即可完成運動控制系統主控制器的畫面設計，既直觀簡潔又能實現系統各功能。

2 控制系統結構

整個運動控制系統結構分為硬件設計和軟件設計兩部分。硬件部分包括觸摸屏、運動控制器上位機、下位機以及受控裝置等，其中受控裝置即水泵電動機、水箱和閥門組成的供水儲水裝置[2]。供水動力通過控制器控制水泵電動機實現，設備運行和工作狀態通過組態畫面監控，上位機通過MCGS畫面組態并下載至觸摸屏，通過觸摸屏對系統畫面操作從而實現對裝置的核心控制，運動控制系統結構如圖1所示。

控制系統軟件部分主要是MCGS畫面組態，根據實際工程的運行環境和要求，首先建立水位控制系統的MCGS工程，完成動畫制作、編寫控制流程、連接模擬設備等軟件設計。水位控制需要采集的數字量是水罐水位的變化、水位上下限值，需要采集的開關量是水泵、調節閥和出水閥。采集的數據傳輸到組態工程，進行數據報警輸出和曲線報表顯示等組態操作，實現設備實時數據監控。軟件設計過程中采用直觀方式進行畫面組態，標準化程序編寫，系統各部分相互關聯，工作方式穩定[3]。

3 ? 運動控制系統功能

本控制系統能夠實現報警處理功能、報表輸出功能、曲線顯示功能以及安全機制等[4]。在工業供水儲水工程監控應用過程中，利用MCGS軟件功能，結合工程實際的工藝要求和控制需求，采集記錄設備實時數據并完成存儲。根據工程的“運行策略”設置條件，處理水位上下限報警信息，分析實時和歷時數據進行數據報表和曲線功能顯示。本系統設計過程中開發了一套工程專用的安全機制，整個控制系統具有完善的監控功能，系統功能框圖如圖2所示。

3.1 系統報表打印功能

控制系統報表功能是根據實際需要打印輸出的數據信息。歷時報表是以一定的格式打印輸出的歷時存盤數據，在工程組態策略中通過“存盤數據瀏覽”構件實現，還可以利用“歷史表格構件”對表格進行編輯，在“數據庫連接”窗口設置表格屬性，進行“數據源組態”設置，完成配置連接，在“歷時報表輸出”構件中打印歷時數據。實時報表是根據當前的時間變量按固定的格式打印的數據信息，反映了數據變化的瞬時變量，在MCGS組態中通過“實時表格構件”完成實時數據報表的功能。數據報表輸出功能對系統運行的監測有著至關重要的作用。

3.2 曲線繪制功能

控制系統對實時數據做定量分析達不到全面監測的目的，需要不定時的查看歷時數據，采用繪制曲線的方式，根據曲線的變化趨勢分析數據變化規律，曲線顯示功能在本控制系統中有非常重要的作用。

MCGS組態工程中通過“用戶窗口”設置實時曲線顯示功能，在“運行環境”中即可查看實時曲線，數據越多曲線越詳細，需要數據對比時可通過雙擊曲線的方法放大曲線仔細查看。如果查看歷史數據總結規律則需要通過歷史曲線構件實現，在“構件屬性”中分別設置液位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。根據數據變化規律對系統進行正確的維護和運行，能夠較好的減少系統故障，延長設備的使用壽命。

3.3 報警動畫處理功能

報警動畫處理是根據設備運行時的實時數據與MCGS工程策略設置的上下水位限值進行比較，超過上下限時系統產生報警，報警信息通過網絡傳輸到控制端，控制設備停止運行。工程運行策略中設置循環策略時間350 s，即進水閥供水開始到出水閥出水結束儲水循環時間，在腳本文件中通過設置Set Alm Value （液位上限，液位下限）參數實現。

設備運行時系統自動保存產生的報警信息，通過“報警信息瀏覽構件屬性設置”，查看報警信息。根據工程的需要可隨時修改限值，監測是否有報警數據存在，報警通過提示燈動畫顯示，根據提示進行正確的處理。

3.4 系統安全管理功能

本控制系統利用MCGS開發了一套完整的安全機制，在組態過程中通過“用戶管理”構件設置操作權限，允許管理員進行操作，同時研究設計了工程密碼功能來保護系統安全和使用權限。控制系統采用用戶組和用戶的方法進行操作權限的設置，以用戶組為單位分配，建立了多層次的安全機制。

控制系統應用過程中，通過對供水儲水設備的監控，實現水位上下限報警處理、數據報表輸出、實時和歷史曲線顯示以及安全機制設定，其中安全機制設置為操作員組、技術員組、負責人組，各組權限獨立。整個系統運行安全穩定，在應用中管理和維護方便，應用效果明顯，具有較高的實用性。

4 ? 結語

借助工業組態MCGS研究設計了本套運動控制系統并應用于供水儲水設備運行狀態和水位控制，該系統具有智能信息處理、信息反饋和智能控制功能，能夠有效地實現系統報警動畫處理、數據報表打印輸出、曲線繪制以及安全管理等諸多功能。通過MCGS組態提供的新方法應用于實際工程問題中，有效地解決了工業供水儲水設備運行和狀態監控問題，在設備運行過程中數據庫存儲和檢索是連續變化的過程數據，通過實時數據庫監測設備運行狀態、匯總和統計，為設備的使用、維護以及數據信息管理提供了必要的依據。

通過研究與應用表明該運動控制系統運行穩定，安全可靠，使用方便。該系統還可以廣泛應用于自動化控制、工廠生產、制造與加工等多個工程領域，具有較高的實用價值。

[參考文獻]

[1]王建軍，楊翠萍，李秀玲.基于工業組態軟件的發電機組計算機監控系統[J].電源技術，2014（3）：546-547.

[2]陳孟元，郎朗.工業控制網絡與組態技術在可編程控制器教學中的交互應用研究[J].實驗技術與管理，2013（6）：129-131，135.

[3]李雪梅，朱召陽，陳燕明，等.基于PLC的閥口袋自動上袋控制系統設計[J].制造業自動化，2020（9）：95-99.

[4]張令超，王恒強，秦補枝，等.MCGS組態軟件在雙容水箱液位監控系統設計中的應用[J].南方農機，2020（12）：163.

（編輯 王永超）