基于组态技术的舞台吊杆控制系统设计

李慧　元倩倩

摘 要：介绍了基于工控组态软件MCGS的舞台吊杆监控系统，该系统的主要功能是通过监控软件对舞台吊杆实现单根点动控制并可进行自动定位，也可实现四根集群控制，并对当前操作的吊杆位置实时显示，还可对吊杆的当前高度和报警信息进行查询。经过模拟仿真调试，该系统运行稳定可靠。

关键词：组态技术 监控 舞台吊杆 高度查询 报警

中图分类号：TP277 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2019）03（c）-0112-02

随着科技的进步，自动化水平也不断提高，计算机技术越来越广泛的应用于工业控制领域，由于计算机软件具有操作性强、容易学习和方便使用的特点，所以将计算机技术应用到工业现场控制中有易开发、低成本、资源丰富等优点。组态软件就是在此背景下发展起来的，它不仅能让用户可以根据控制目的与具体的控制对象进行任意组态，而且能很好的解决传统工业控制现场传统控制模式存在的不足[1]。根据剧院对舞台吊杆控制系统的控制要求，结合剧院的实际情况，本舞台吊杆控制系统选用北京昆仑通态公司的MCGS（Monitor and Control Generated System）组态软件来构建监控操作系统[2]；来对舞台吊杆控制系统中的吊杆进行控制，对实时控制数据与状态数据进行采集处理，最终能通过动画的效果显示出来，并且它支持国内外大多数数据采集与输出设备。

1 组态软件及特点

1.1 组态软件

MCGS组态软件是一套基于Windows操作系统平台，用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统[2]。MCGS组态软件利用Windows图形功能完备、界面一致性好、易学易用的特点[3]，支持国内外大多数数据采集与输出设备，它能够完成实时数据的采集和历史数据的处理、动画显示、流程控制、趋势曲线、报表输出、报警以及网络监控等功能，在各种工业控制领域应用非常广泛[4]。

MCGS组态软件分为组态环境和运行环境，组态环境是用户自己设计开发的应用系统，本文设计的舞台吊杆控制系统就是在组态环境中进行的。运行环境和组态环境既独立又相关，它按照组态环境中设计的组态工程，根据用户设定的方式运行并进行各种处理，从而实现用户组态设计的目标和功能[5]，本系统开发了一系列的监控界面，其中包括系统主界面、吊杆点控界面、吊杆自动定位界面、吊杆参考位设定界面、吊杆信息数据库、报警界面等。

1.2 组态软件的特点

组态软件概括起来主要有如下特点：

（1）简单灵活、丰富生动的可视化界面；

（2）实时数据库为用户组态提供了方便，同时对数据存储进行管理，系统可靠性高；

（3）具有良好的维护性和可扩充性；

（4）支持多种硬件设备，实现“设备无关”；

（5）完善的安全機制，强大的网络功能和多样化的报警功能；

（6）实现对工控系统的分布式控制和管理。

2 舞台吊杆监控系统的开发

2.1 用户窗口组态

用户窗口是用户来定义的，它是构成图形界面的窗口。本舞台吊杆控制系统在用户窗口中创建主页窗口、杆控窗口、吊杆选号窗口、报警显示、吊杆数据窗口、单杆定位窗口、吊杆参考位置设定窗口。

2.2 主控窗口组态

主控窗口主要任务是进行菜单设计，还可以设置本舞台吊杆控制系统的运行流程和特征参数。

打开主控窗口然后单击右键选择属性，进行属性设置，之后就可进行菜单组态，本系统主要有：

（1）系统管理菜单：用于选择用户登录和退出组态系统。

（2）主页菜单：是直接进入组态控制系统的主页面。

（3）吊杆操作菜单：主要有四个选项，杆控操作主要是点动方式，即按住动作键吊杆动作松开吊杆停止动作。单杆定位是对单根吊杆进行自动定位。吊杆参考位设定是初装吊杆时通过此菜单对吊杆进行位置初始值的设定。吊杆高度查询是对吊杆的当前高度进行查询。

（4）灯具操作菜单：主要是对所有灯具的动作进行控制，包括水平、俯仰和调焦。还可查看各个灯具的位置状态。

（5）报警查询菜单：可查看历史报警记录并打印。

2.3 构造实时数据库并建立I/O连接

应用组态软件进行舞台吊杆控制系统开发最重要的就是依据控制要求和被控对象定义变量及设置变量。

进行I/O连接前，首先进行设备窗口组态，在设备窗口中添加工程设备，在可选设备中找到 ProfiBus-S7父设备和ProfiBus-S7子设备然后增加到选定设备中，点击确定，就将父设备和子设备添加到了设备窗口中。然后再进行设备属性设置，包括基本属性和通道连接，在基本属性中，点击在线帮助就可弹出设备构件的使用说明，用户使用时可参考；在通道连接中，如果是开关量输入输出通道，0表示关，1表示开，如果是输出通道，鼠标左键按下时对应通道的输出状态为1，松开鼠标左键输出状态为0；鼠标右键单击对应通道输出状态由 1变为0或者由0变为1。

2.4 运行策略和脚本程序设计

MCGS运行策略窗口中“启动策略”、“退出策略”、“循环策略”为系统固有的三个策略块，在本系统设计的监控组态软件中，主要用到了循环策略，循环策略按照设定时间600mS循环运行，利用脚本来编写单根吊杆定位、限位、动作以及吊杆群控、吊杆数据库，参考位设定等各种特定的流程控制程序以及操作处理程序。限于篇幅原因，本文只摘录部分参考位设定的脚本程序。图1是吊杆参考位设置控制程序流程图。

IF 编号n=1 THEN

IF N1=0 THEN

当前高度n=高度1

N1=1

ENDIF

IF 参考确认=1 THEN

高度1=参考高度

参考确认=0

ENDIF

ENDIF

2.5 运行与调试

在组态环境中，按键盘F4进行组态检查，如果没有错误，按键盘F5进入运行环境，本系统设计了7个控制界面，以吊杆点动控制界面为例，如图2所示。

在控制界面上，上升或下降可控制吊杆上下移动，同时控制界面上可实时显示选择吊杆的当前位置，当吊杆到达上限位或下限位，吊杆会自动被限位停止动作，来保护舞台吊杆。操作人员通过组态监控界面可观察吊杆高度，以防吊杆冲顶或沉底损坏舞台设备，还可通过窗口下方的四个按钮对吊杆进行自动定位、报警显示、高度查询和返回主页等功能。

在舞台吊杆控制过程中，处于系统的安全可靠性及便于维护性，本组态监控系统设计了报警处置中断，即设计了报警查询组态窗口。当吊杆的当前位置达到上限或下限位，就会触发报警处置中断，吊杆停止动作，操作人员可查询所有历史报警信息，包括报警时间、对象、报警类型、报警事件、当前值、界限值等信息。

3 结语

本文设计的组态监控系统经过模拟仿真实验，现场安装调试并试运行，符合设计要求，吊杆能快速、准确的响应，并在组态监控界面上实时显示吊杆的位置和状态，并且系统运行稳定可靠，效果令人满意。

参考文献

[1] 袁秀英.组态控制技术[M].北京：电子工业出版社，2003.

[2] 张文明，刘志军.组态软件控制技术[M].北京：清华大学出版社，2006.

[3] 张易.MCGS组态设计软件使用手册[M].北京：电子工业出版社，2000.

[4] 章晓林.MCGS组态软件在密地选矿厂磨矿分级自动化中的应用[D].昆明理工大学，2004.

[5] 安文举.MCGS组态软件在电机测控系统中的应用[J].防爆电机，2008（2）：22-24.