利用S7-300系列可編程控制器和其他硬件組建多點(diǎn)接口網(wǎng)絡(luò)（MPI），通過(guò)工控組態(tài)軟件MCGS和MPI，實(shí)現(xiàn)可編程控制器與上位機(jī)之間的通訊連接，成功地開(kāi)發(fā)了流化焚燒爐自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)。實(shí)際運(yùn)行證明，該系統(tǒng)準(zhǔn)確、可靠，應(yīng)用效果較好。 1、引言 隨著工業(yè)自動(dòng)化程度的日益提高，可編程控制器（PLC）的使用越來(lái)越普及。PLC以其高可靠性、易操作性、靈活性、對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境要求不高而倍受青睞。但是，PLC作為單獨(dú)的監(jiān)控系統(tǒng)有其局限性，主要表現(xiàn)為，無(wú)法大量存儲(chǔ)數(shù)據(jù)、無(wú)法顯示各種實(shí)時(shí)曲線和歷史曲線、無(wú)法顯示漢字和打印漢字報(bào)表，沒(méi)有良好的用戶(hù)界面。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，工控組態(tài)軟件的出現(xiàn)，彌補(bǔ)了PLC控制系統(tǒng)的不足。在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)大量使用的以工控組態(tài)軟件為開(kāi)發(fā)平臺(tái)的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)主要表現(xiàn)在，計(jì)算機(jī)作為監(jiān)控系統(tǒng)中的上位機(jī)，而下位機(jī)常常選用PLC作為現(xiàn)場(chǎng)級(jí)的控制設(shè)備，用于數(shù)據(jù)采集和控制。上位機(jī)則利用工控組態(tài)軟件來(lái)完成采集信號(hào)的存儲(chǔ)、處理、分析，利用屏幕畫(huà)面，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的所有設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視，畫(huà)面中的各類(lèi)參數(shù)具有實(shí)時(shí)性，還可對(duì)運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行干預(yù)控制等。 昆侖通態(tài)計(jì)算機(jī)研究所開(kāi)發(fā)的MCGS工控組態(tài)軟件，充分考慮了國(guó)內(nèi)工控領(lǐng)域的具體情況，吸收了國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)，通用性強(qiáng)，品質(zhì)高，價(jià)位低，是國(guó)產(chǎn)優(yōu)秀的工控組態(tài)軟件之一?，F(xiàn)將其應(yīng)用于流化焚燒爐的自動(dòng)控制系統(tǒng)中。 2、MCGS的主要功能及特性 MCGS是一套基于Window95／98／2000／Me／NT操作系統(tǒng)的，用于快速構(gòu)造和生成上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件系統(tǒng)。它為用戶(hù)提供了從設(shè)備驅(qū)動(dòng)、數(shù)據(jù)采集到數(shù)據(jù)處理、報(bào)警處理、流程控制、動(dòng)畫(huà)顯示、報(bào)表輸出等解決實(shí)際工程問(wèn)題的完整方案和操作工具。MCGS組態(tài)軟件具有多任務(wù)、多線程功能，其系統(tǒng)框架采用VC++語(yǔ)言編程，通過(guò)OLE技術(shù)向用戶(hù)提供VB編程接口，提供豐富的設(shè)備驅(qū)動(dòng)構(gòu)件、動(dòng)畫(huà)構(gòu)件、策略構(gòu)件，用戶(hù)可隨時(shí)方便地?cái)U(kuò)充系統(tǒng)的功能。 MCGS的主要特性如下： （1） 功能全面、應(yīng)用靈活、具有開(kāi)放性結(jié)構(gòu)。用戶(hù)可以?huà)旖幼约旱膽?yīng)用程序模塊，具有良好的通用性和可維護(hù)性。 （2） 實(shí)時(shí)性強(qiáng)，良好的并行處理性能。MCGS是真正的32位系統(tǒng)，充分利用了32位Windows操作平臺(tái)的多任務(wù)技術(shù)，按優(yōu)先級(jí)分時(shí)操作的功能，以線程為單位對(duì)在工程作業(yè)中實(shí)時(shí)性強(qiáng)的關(guān)鍵任務(wù)和實(shí)時(shí)性不強(qiáng)的非關(guān)鍵任務(wù)進(jìn)行分時(shí)并行處理，使PC機(jī)廣泛應(yīng)用于工程測(cè)控領(lǐng)域成為可能。 （3） 提供豐富的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，通過(guò)ActiveDLL把設(shè)備驅(qū)動(dòng)掛接在系統(tǒng)中，能夠快速地開(kāi)發(fā)出集圖像、聲音、動(dòng)畫(huà)于一體的漂亮、生動(dòng)的工程畫(huà)面。 （4） MCGS強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能可把TCPIP網(wǎng)、485422423網(wǎng)、Modem網(wǎng)結(jié)合在一起，構(gòu)成大型的監(jiān)控系統(tǒng)和管理系統(tǒng)。 （5） MCGS以O(shè)LE自動(dòng)化技術(shù)為基礎(chǔ)的開(kāi)放式擴(kuò)充接口，允許用戶(hù)使用VB來(lái)快速編制各種設(shè)備驅(qū)動(dòng)構(gòu)件、動(dòng)畫(huà)構(gòu)件和各種策略構(gòu)件，通過(guò)OLE接口，用戶(hù)可以方便地定制自己特定的系統(tǒng)。 （6） MCGS組態(tài)軟件充分利用數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)來(lái)保存數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)，提高了系統(tǒng)的可靠性和運(yùn)行效率，同時(shí)也使其他應(yīng)用軟件系統(tǒng)能直接處理數(shù)據(jù)中的存盤(pán)數(shù)據(jù)。 （7） MCGS提供了完善的安全機(jī)制，具有4級(jí)安全保密機(jī)制。為多個(gè)不同級(jí)別用戶(hù)設(shè)定不同的操作權(quán)限，還提供了工程密碼、鎖定軟件狗、工程運(yùn)行期限等功能，以保護(hù)組態(tài)開(kāi)發(fā)者的成果。 3、流化焚燒爐主要監(jiān)控參數(shù) 本系統(tǒng)流化焚燒爐主要監(jiān)控參數(shù)有：水泵流量、污水量、熱風(fēng)溫度、填料塔進(jìn)口溫度、填料塔出水溫度、主燃燒室出口溫度、回料溫度、對(duì)流管束中部溫度、爐膛出口溫度、省煤氣進(jìn)口溫度、省煤氣出口溫度、空預(yù)器出口溫度、一次風(fēng)風(fēng)壓、二次風(fēng)風(fēng)壓、爐膛負(fù)壓、空預(yù)器入口風(fēng)壓、引風(fēng)機(jī)前負(fù)壓、填料塔入口壓力、料塔第一料層壓力、料塔第二料層壓力、汽包水位、爐膛火焰、引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)電流、引風(fēng)機(jī)電機(jī)電流、水泵電機(jī)電流、燃燒器電機(jī)電流、排渣電機(jī)電流、送料電機(jī)電流、鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)功率、引風(fēng)機(jī)電機(jī)功率、水泵電機(jī)功率、燃燒器電機(jī)功率、排渣電機(jī)功率、送料電機(jī)功率、鼓風(fēng)機(jī)耗電量、引風(fēng)機(jī)耗電量、水泵電機(jī)耗電量、燃燒器電機(jī)耗電量、排渣機(jī)耗電量、送料機(jī)耗電量等。 系統(tǒng)中有6臺(tái)變頻器分別用于控制鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、水泵電機(jī)、燃燒器電機(jī)、排渣電機(jī)及送料電機(jī)。變頻器同PLC之間采用PROFIBUS總線協(xié)議方式通訊。CPU315-DP獲取引風(fēng)機(jī)電機(jī)耗電量的程序?yàn)椋? CALL SFC 15 LADDR : = # W# 16# 10C RECORD: = P# DB5. DBX16.0 BYTE8 RET_VAL:= MW82 A BR = # temp0 A # temp0 ; JNB_001 CALL SFC 14 LADDR:= # W# 16# 10C RET_VAL:= M W 84 RECORD := P# DB5. DBX24.0 BYTE8_001:ABR = # temp1 A（ A # temp1 A（ L M W 84 L 0 = I ） JNB_002 L DB5.DBD 28 T # DB5.DBD52 SET SAVE CLR _002:ABR ） JNB_003 L0 T DB5.DBD 28 _003:NOP0 4、硬件與通訊 德國(guó)西門(mén)子公司的可編程控制器在功能和使用上有了很多改進(jìn)，性能價(jià)值比更優(yōu)。它主要包括S7-200、S7-300和S7-400三種產(chǎn)品。S7的網(wǎng)絡(luò)有以下幾種典型類(lèi)型：多點(diǎn)接口網(wǎng)絡(luò)（MPI）、工業(yè)以太網(wǎng)、PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線和TCPIP協(xié)議網(wǎng)絡(luò)。S7-300PLC流化焚燒爐自動(dòng)控制系統(tǒng)采用的是多點(diǎn)接口網(wǎng)絡(luò)（MPI）。該接口既是編程接口又是數(shù)據(jù)通訊接口，使用S7協(xié)議，通過(guò)此接口PLC與上位計(jì)算機(jī)之間可進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，從而構(gòu)成MPI網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備被稱(chēng)為節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)有唯一的MPI地址，該地址是在S7-300硬件組態(tài)中設(shè)置的。系統(tǒng)中S7-300PLC通過(guò)RS485轉(zhuǎn)RS232適配器6ES7972-0CA23-0XA0轉(zhuǎn)換后連接至上位機(jī)。流化焚燒爐自動(dòng)控制系統(tǒng)中，上位機(jī)監(jiān)控選用國(guó)內(nèi)著名品牌聯(lián)想商用機(jī)，這樣通過(guò)工控組態(tài)軟件MCGS和多點(diǎn)接口MPI網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)PLC與上位機(jī)之間的通訊連接。在實(shí)際中，使用MCGS組態(tài)軟件和PLC通訊之前，還要安裝軟件。在安裝光盤(pán)的support目錄下找到“prodavedisk1setup.exe”和“prodave完全版”，若已安裝STEP7，則只要再裝“prodave完全版”。安裝以后，用程序prodave-S7-miniPG-PC interface設(shè)置屬性。按select鈕，選中PCAdapter加入到右框，再點(diǎn)擊properties按鈕，選中programmingdevicePCistheonlymaster。因?yàn)槭荘C-Adapter，則應(yīng)該選擇一個(gè)串行口COM1或COM2。注意波特率的設(shè)置應(yīng)與實(shí)際中使用的PCAdapte設(shè)置的波特率一致。若上述過(guò)程無(wú)誤，則可以在MCGS中使用S7300的MPI驅(qū)動(dòng)程序。該驅(qū)動(dòng)程序用于MCGS操作和讀寫(xiě)西門(mén)子S7-300系列PLC設(shè)備的DB數(shù)據(jù)塊、輸入、輸出和中間寄存器。 若是讀寫(xiě)DB塊，必須事先用編程軟件下載DB塊到PLC中，否則通訊狀態(tài)會(huì)為1，表示通訊失敗。 5、MCGS工控組態(tài)軟件組態(tài)過(guò)程 由MCGS組態(tài)軟件生成的用戶(hù)應(yīng)用系統(tǒng)，由主控窗口、設(shè)備窗口、用戶(hù)窗口、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和運(yùn)行策略五個(gè)部分構(gòu)成。主控窗口是工程的主框架，負(fù)責(zé)調(diào)度和管理用戶(hù)窗口；設(shè)備窗口是連接和驅(qū)動(dòng)外部設(shè)備的工作環(huán)境；用戶(hù)窗口主要用于設(shè)置工程中人機(jī)交互的界面；實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)是工程各個(gè)部分?jǐn)?shù)據(jù)交換與處理中心，它將MCGS工程的各個(gè)部分連成有機(jī)的整體；運(yùn)行策略主要完成工程運(yùn)行流程的控制。有關(guān)組態(tài)過(guò)程重點(diǎn)介紹下面幾點(diǎn)。 5.1 系統(tǒng)菜單和系統(tǒng)參數(shù)組態(tài) 在MCGS的“主控窗口”中，按流化焚燒爐自動(dòng)控制系統(tǒng)的要求，對(duì)其系統(tǒng)菜單和系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行定義和設(shè)置。本系統(tǒng)主控窗口主要設(shè)置：參數(shù)設(shè)置窗口包括系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置、手動(dòng)運(yùn)行和顯示校正參數(shù)設(shè)置；系統(tǒng)運(yùn)行信息包括監(jiān)控主窗口和設(shè)備運(yùn)行信息瀏覽；報(bào)警信息包括實(shí)時(shí)報(bào)警信息瀏覽和歷史報(bào)警信息瀏覽等；采樣數(shù)據(jù)包括壓力流量采樣數(shù)據(jù)瀏覽和溫度采樣數(shù)據(jù)瀏覽等；安全管理包括更改密碼、用戶(hù)登錄、退出登錄、用戶(hù)管理等；系統(tǒng)退出選項(xiàng)包括退出系統(tǒng)和關(guān)閉計(jì)算機(jī)等。 5.2 數(shù)據(jù)采集功能的實(shí)現(xiàn) 在流化焚燒爐自動(dòng)控制系統(tǒng)中，PLC負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)采集來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)，并存儲(chǔ)在PLC內(nèi)部的寄存器中；MCGS組態(tài)軟件通過(guò)上位機(jī)的串行通訊口直接訪問(wèn)PLC的寄存器，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的存取。 串口父設(shè)備屬性設(shè)置：作為下位機(jī)的PLC設(shè)備對(duì)于MCGS來(lái)說(shuō)屬于串口設(shè)備，本系統(tǒng)設(shè)置的COM口通訊參數(shù)其波特率為9600，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位，偶校驗(yàn)。 S7-300PLC屬性設(shè)置：PLC的機(jī)架號(hào)為0；PLC的槽號(hào)為2；PLC的站地址為2；其采集周期為靜態(tài)測(cè)量時(shí)1000ms，快速測(cè)量時(shí)200ms；初始工作狀態(tài)設(shè)置為“啟動(dòng)”時(shí)，即進(jìn)入MCGS運(yùn)行環(huán)境，MCGS自動(dòng)開(kāi)始對(duì)設(shè)備進(jìn)行操作。 內(nèi)部屬性設(shè)置：用來(lái)設(shè)置PLC的讀寫(xiě)通道，以便進(jìn)行設(shè)備通道連接，從而把設(shè)備中的數(shù)據(jù)送入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中的指定的數(shù)據(jù)對(duì)象，或把數(shù)據(jù)對(duì)象的值送入設(shè)備指定的通道輸出。 數(shù)據(jù)處理：從PLC設(shè)備中輸入的數(shù)據(jù)是特定范圍的電流、電壓等物理意義的值，必須進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)換，才能得到具有實(shí)際意義的工程數(shù)據(jù)。MCGS組態(tài)軟件數(shù)據(jù)處理功能，除了工程轉(zhuǎn)換計(jì)算還可完成多項(xiàng)式、倒數(shù)、濾波、函數(shù)調(diào)用、標(biāo)準(zhǔn)查表計(jì)算等數(shù)據(jù)處理運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能。 5.3 MCGS腳本程序 腳本程序是組態(tài)軟件中的一種內(nèi)置編程語(yǔ)言引擎。當(dāng)某些控制和計(jì)算任務(wù)通過(guò)常規(guī)組態(tài)方法難以實(shí)現(xiàn)時(shí)，通過(guò)使用腳本語(yǔ)言，能夠增強(qiáng)整個(gè)系統(tǒng)的靈活性，解決其常規(guī)組態(tài)方法難以解決的問(wèn)題。例如本系統(tǒng)中運(yùn)行策略的部分腳本程序?yàn)椋? CommState. AlmComment = CommState.Comment M 10_1.Alm Comment = M10_1.Comment M 10_2.Alm Comment = M10_2.Comment M 10_3.Alm Comment = M10_3.Comment M 10_4.Alm Comment = M10_4.Comment M 10_5.Alm Comment = M10_5.Comment M 10_6.Alm Comment = M10_6.Comment M 10_7.Alm Comment = M10_7.Comment IF!len（!Get Current User（））>0THEN 用戶(hù)窗口.frmMsg.lblUser.Text="用戶(hù):"+!GetCurrentUser（） ELSE用戶(hù)窗口.frmMsg.lblUser.Text="用戶(hù):未登錄" ENDIF IF!Instr（1，strMsg.Value，"設(shè)備名稱(chēng):"）=1 THEN strMsgExt.Value=";單擊查看設(shè)備詳細(xì)信息。" ENDIF IF CommState=0 THEN SYSOFFLine=0 ELSE SYSOFFLine=1 ENDIF 6、節(jié)省組態(tài)軟件IO點(diǎn)數(shù)的方法 幾乎所有的工控組態(tài)軟件，銷(xiāo)售時(shí)都按不同的輸入輸出點(diǎn)數(shù)劃分定價(jià)，例如32點(diǎn)學(xué)習(xí)版、64點(diǎn)、128點(diǎn)、256點(diǎn)、512點(diǎn)、1024點(diǎn)和不限點(diǎn)工程版等，價(jià)格相差較大。顯然，降低所使用的組態(tài)軟件IO點(diǎn)數(shù)，可降低整個(gè)工程成本，具有很大的現(xiàn)實(shí)意義。本系統(tǒng)所購(gòu)置的MCGS為128點(diǎn)，而實(shí)際應(yīng)用中大于128點(diǎn)，通過(guò)自編程序進(jìn)行處理，從而滿(mǎn)足要求。例如，監(jiān)控主控窗口各設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，可通過(guò)對(duì)各設(shè)備進(jìn)行編號(hào)，還可通過(guò)使用MCGS系統(tǒng)內(nèi)部函數(shù)實(shí)現(xiàn)節(jié)省組態(tài)軟件IO點(diǎn)數(shù)。下面是通過(guò)查詢(xún)?cè)O(shè)備號(hào)，顯示其運(yùn)行狀態(tài)的程序。 IF DevMode=3 THEN intComTmp.Value=!Val（!Mid（!I2Bin（AllOutDW），6，1）） IF IntComTmp.Value = 1 THEN Dev State.Value="-狀態(tài):運(yùn)行" ELSE DevState.Value="-狀態(tài):停止" ENDIF DevMsg0.Value= "運(yùn)行頻率:"+!Str（DB1_DBW36）+"Hz" DevMsg1.Value= "流量:"+!Str（DB2_DBW20）+"" ENDIF IF DevMode= 8 THEN DevState.Value="-狀態(tài):正常" DevMsg0.Value="進(jìn)口溫度:"+!Str（DB1_DBW04）+"℃" DevMsg1.Value="出口溫度:"+!Str（DB1_DBW06）+"℃" DevMsg2.Value="進(jìn)水溫度:"+!Str（DB1_DBW08）+"℃" DevMsg3.Value="出水溫度:"+!Str（DB1_DBW10）+"℃" DevMsg4.Value="入口壓力:"+!Str（DB2_DBW14）+"Pa" DevMsg5.Value="第一料層壓力:"+!Str（DB2_DBW16）+"Pa" DevMsg6.Value="第二料層壓力:"+!Str（DB2_DBW18）+"Pa" ENDIF IF DevMode= 15 THEN DevState.Value="-狀態(tài):正常" DevMsg0.Value="溫度:"+!Str（DB1_DBW30）+"℃" IF!Val（!Mid（!I2Bin（AllOutDW），15，1））=1THEN DevMsg1.Value="加熱器:正在工作" ELSE DevMsg1.Value="加熱器:停止工作" ENDIF ENDIF 用戶(hù)窗口.frmDevDetail.Caption=用戶(hù)窗口. frmDevDetail.lblDev.Text+DevState 用戶(hù)窗口.f rmDevDetail.lblMsg0.Text=DevMsg0 用戶(hù)窗口.frmDevDetail.lblMsg1.Text=DevMsg1 用戶(hù)窗口.frmDevDetail.lblMsg2.Text=DevMsg2 用戶(hù)窗口.frmDevDetail.lblMsg3.Text=DevMsg3 用戶(hù)窗口.frmDevDetail.lblMsg4.Text=DevMsg4 用戶(hù)窗口.frmDevDetail.lblMsg5.Text=DevMsg5 用戶(hù)窗口.frmDevDetail.lblMsg6.Text=DevMsg6 ’IF!Instr（1，DevState.Value，"停止"）>0 THEN frmDevDetail.cmdON.Visible=1 ’IF!Instr（1，DevState.Value，"啟動(dòng)"）>0 THEN frmDevDetail.cmdOFF.Visible=1 7、結(jié)束語(yǔ) MCGS工控組態(tài)軟件以其優(yōu)異的特性在流化焚燒爐自動(dòng)控制系統(tǒng)中獲得了成功的應(yīng)用。該軟件為創(chuàng)造高效、實(shí)用的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)提供了一套完整的解決方案。我們將在此基礎(chǔ)上建立各種數(shù)據(jù)模型進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以提高燃燒效率和爐溫及床溫的穩(wěn)定控制，進(jìn)一步開(kāi)發(fā)新型船舶焚燒爐。 參考文獻(xiàn) [1] 陽(yáng)憲惠.現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)及其應(yīng)用.北京:清華大學(xué)出版社，1999.110～132 [2] 北京昆侖通態(tài)自動(dòng)化軟件科技有限公司.MCGS用戶(hù)手冊(cè).2003. 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