基于工业组态MCGS的运动控制系统研究与应用

李敬新

摘 要：文章介绍一种基于工业组态MCGS的运动控制系统并应用于工业供水储水设备监控过程，为了有效地解决供水设备运行状态监控的问题，利用MCGS固件组态和网络传输的方法研究设计本控制系统，实现了报警动画与处理、数据报表输出、曲线显示以及安全机制等诸多功能。本控制系统运行稳定，安全可靠，具有较高的经济价值和实用价值。

关键词：MCGS;工业组态;运动控制

0 引言

随着工业现代化的飞速发展，越来越多不同类型的运动控制系统应用于工业现场，例如，目前国内外多采用软PLC联合开发专用控制器来监控工业供水储水设备运行和状态，软PLC即利用PC机的开放结构特点，综合PLC模拟量控制和开关量控制的数学运算功能。近年来，工业组态技术的发展，利用软件技术可将一些基于传统的硬件监控方法转换为具有功能可靠的软件系统控制方法[1]。

1 研究的意义

MCGS是工业控制领域常用的典型工业组态，用于数据采集和过程控制，以灵活多样的方式提供良好的用户开发界面平台，通过数据采集与管理实现运动控制系统监控层的各项功能。研究设计一种基于MCGS的运动控制系统并应用于水位智能控制，通过最优控制实现模拟设备的连接、报警动画处理、报表曲线显示等功能。本研究主要是将MCGS组态应用于运动控制系统的主控制器界面开发，以电动机作为动力源设计与实践。与传统的控制系统相比，本系统的优势在于无须大量编写程序即可完成运动控制系统主控制器的画面设计，既直观简洁又能实现系统各功能。

2 控制系统结构

整个运动控制系统结构分为硬件设计和软件设计两部分。硬件部分包括触摸屏、运动控制器上位机、下位机以及受控装置等，其中受控装置即水泵电动机、水箱和阀门组成的供水储水装置[2]。供水动力通过控制器控制水泵电动机实现，设备运行和工作状态通过组态画面监控，上位机通过MCGS画面组态并下载至触摸屏，通过触摸屏对系统画面操作从而实现对装置的核心控制，运动控制系统结构如图1所示。

控制系统软件部分主要是MCGS画面组态，根据实际工程的运行环境和要求，首先建立水位控制系统的MCGS工程，完成动画制作、编写控制流程、连接模拟设备等软件设计。水位控制需要采集的数字量是水罐水位的变化、水位上下限值，需要采集的开关量是水泵、调节阀和出水阀。采集的数据传输到组态工程，进行数据报警输出和曲线报表显示等组态操作，实现设备实时数据监控。软件设计过程中采用直观方式进行画面组态，标准化程序编写，系统各部分相互关联，工作方式稳定[3]。

3   运动控制系统功能

本控制系统能够实现报警处理功能、报表输出功能、曲线显示功能以及安全机制等[4]。在工业供水储水工程监控应用过程中，利用MCGS软件功能，结合工程实际的工艺要求和控制需求，采集记录设备实时数据并完成存储。根据工程的“运行策略”设置条件，处理水位上下限报警信息，分析实时和历时数据进行数据报表和曲线功能显示。本系统设计过程中开发了一套工程专用的安全机制，整个控制系统具有完善的监控功能，系统功能框图如图2所示。

3.1 系统报表打印功能

控制系统报表功能是根据实际需要打印输出的数据信息。历时报表是以一定的格式打印输出的历时存盘数据，在工程组态策略中通过“存盘数据浏览”构件实现，还可以利用“历史表格构件”对表格进行编辑，在“数据库连接”窗口设置表格属性，进行“数据源组态”设置，完成配置连接，在“历时报表输出”构件中打印历时数据。实时报表是根据当前的时间变量按固定的格式打印的数据信息，反映了数据变化的瞬时变量，在MCGS组态中通过“实时表格构件”完成实时数据报表的功能。数据报表输出功能对系统运行的监测有着至关重要的作用。

3.2 曲线绘制功能

控制系统对实时数据做定量分析达不到全面监测的目的，需要不定时的查看历时数据，采用绘制曲线的方式，根据曲线的变化趋势分析数据变化规律，曲线显示功能在本控制系统中有非常重要的作用。

MCGS组态工程中通过“用户窗口”设置实时曲线显示功能，在“运行环境”中即可查看实时曲线，数据越多曲线越详细，需要数据对比时可通过双击曲线的方法放大曲线仔细查看。如果查看历史数据总结规律则需要通过历史曲线构件实现，在“构件属性”中分别设置液位1、液位2曲线的颜色为红色和绿色，便可清晰的查看液位状态。根据数据变化规律对系统进行正确的维护和运行，能够较好的减少系统故障，延长设备的使用寿命。

3.3 报警动画处理功能

报警动画处理是根据设备运行时的实时数据与MCGS工程策略设置的上下水位限值进行比较，超过上下限时系统产生报警，报警信息通过网络传输到控制端，控制设备停止运行。工程运行策略中设置循环策略时间350 s，即进水阀供水开始到出水阀出水结束储水循环时间，在脚本文件中通过设置Set Alm Value （液位上限，液位下限）参数实现。

设备运行时系统自动保存产生的报警信息，通过“报警信息浏览构件属性设置”，查看报警信息。根据工程的需要可随时修改限值，监测是否有报警数据存在，报警通过提示灯动画显示，根据提示进行正确的处理。

3.4 系统安全管理功能

本控制系统利用MCGS开发了一套完整的安全机制，在组态过程中通过“用户管理”构件设置操作权限，允许管理员进行操作，同时研究设计了工程密码功能来保护系统安全和使用权限。控制系统采用用户组和用户的方法进行操作权限的设置，以用户组为单位分配，建立了多层次的安全机制。

控制系统应用过程中，通过对供水储水设备的监控，实现水位上下限报警处理、数据报表输出、实时和历史曲线显示以及安全机制设定，其中安全机制设置为操作员组、技术员组、负责人组，各组权限独立。整个系统运行安全稳定，在应用中管理和维护方便，应用效果明显，具有较高的实用性。

4   结语

借助工业组态MCGS研究设计了本套运动控制系统并应用于供水储水设备运行状态和水位控制，该系统具有智能信息处理、信息反馈和智能控制功能，能够有效地实现系统报警动画处理、数据报表打印输出、曲线绘制以及安全管理等诸多功能。通过MCGS组态提供的新方法应用于实际工程问题中，有效地解决了工业供水储水设备运行和状态监控问题，在设备运行过程中数据库存储和检索是连续变化的过程数据，通过实时数据库监测设备运行状态、汇总和统计，为设备的使用、维护以及数据信息管理提供了必要的依据。

通过研究与应用表明该运动控制系统运行稳定，安全可靠，使用方便。该系统还可以广泛应用于自动化控制、工厂生产、制造与加工等多个工程领域，具有较高的實用价值。

[参考文献]

[1]王建军，杨翠萍，李秀玲.基于工业组态软件的发电机组计算机监控系统[J].电源技术，2014（3）：546-547.

[2]陈孟元，郎朗.工业控制网络与组态技术在可编程控制器教学中的交互应用研究[J].实验技术与管理，2013（6）：129-131，135.

[3]李雪梅，朱召阳，陈燕明，等.基于PLC的阀口袋自动上袋控制系统设计[J].制造业自动化，2020（9）：95-99.

[4]张令超，王恒强，秦补枝，等.MCGS组态软件在双容水箱液位监控系统设计中的应用[J].南方农机，2020（12）：163.

（编辑 王永超）