基于MCGS和PLC的电机测控系统设计

0 引言

在人们的日常生活中电力系统、各种现代工业生产及产业部门都离不开各种各样的电机，它们为当今生产活动和日常生活中提供最重要的原动力和驱动装置，电机运行使用的电气元件体积大、触点多、故障率高，且对于大中型系统，改接线工作烦杂，操作不便。MCGS技术是近年来在自动控制领域的新型软件开发技术，可快速构造和生成上位机监控系统．它是计算机技术、自动控制技术、自动检测和传感技术的综合应用，避开复杂的软件代码编制，使得操作人员能够直观而迅速地了解被监控对象的变化过程；还可以分析存储数据，随时进行分析并制作成各种报表，根据采集到的数据的大小和变化情况进行判断，然后在输出装置中输出相应的信号，较好实现电机的测控功能。

1 MCGS基本功能和主要特点

MCGS组态软件适用于工业过程控制和实时监测的通用计算机系统软件，包括组态环境和运行环境两部分，能够在基于Microsoft的各种32位Windows平台上运行，其功能和特点可分析归纳如下：

1）简单灵活的可视化操作界面。MCGS采用可视化、面向窗口的开发界面，以窗口为单位，构造用户运行系统的图形界面，使MCGS既简单直观，又灵活多变，可做出较逼真直观的动态显示效果。

2）实时性强、有良好的并行处理性能。MCGS充分利用了操作平台的多任务、按优先级分时操作的功能，以线程为单位对在工程作业中实时性强的关键任务和实时性不强的非关键任务进行分时并行处理，使嵌入式PC机广泛应用于工程测控领域成为可能。在运行过程中，各个环节都通过实时数据交换数据，形成互相关联的整体。

3）提供内嵌脚本语言。其编程语法类似于Basic语言，在使用上更为简单直观．通过脚本语言可编写特定的流程控制和操作处理程序，增强系统的灵活性。

4）完善的安全机制和强大的网络功能。MCGS提供了良好的安全机制，可以为多个不同级别用户设定不同的操作权限；并且具有强大的网络通讯功能，支持各种串口通讯、以太网TCP/IP通讯，不仅可以方便快捷的实现远程数据传输，还可以与网络版相结合通过Web浏览功能。

5）支持多种硬件设备。MCGS采用了开放式的结构，实现“设备无关”。MCGS定义多种设备构件，建立系统与外部设备的连接关系，利用其相应的设备构件并设置相关属性，可以对多种硬件设备包括各种PLC进行驱动，实现对外部设备的驱动和控制。用户在设备工具箱中可方便选择各种设备构件。不同的设备对应不同的构件，所有的设备构件均通过实时数据库建立联系，而建立时又是相互独立的，因此MCGS是一个“设备无关”的系统，用户不必担心因外部设备的局部改动，而影响整个系统。

MCGS体系结构分为组态环境、模拟运行环境和运行环境三个部分。组态环境和模拟运行环境相当于一套完整的工具软件，用户可根据实际需要设计和开发自己的应用系统。用户组态生成一个“组态结果数据库”文件；运行环境则是一个独立的运行系统，它按照组态结果数据库中用户指定的方式进行各种处理，完成用户组态设计的目标和功能；组态工作完成，将组态好的工程通过端口下载到下位机的运行环境中，组态工程就可以离开组态环境而独立运行在下位机上。从而实现了控制系统的可靠性、实时性、确定性和安全性。

由MCGS嵌入版生成的用户应用系统，其结构由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略五个部分构成。它们之间的关系如图1所示；主控窗口是应用系统的主框架，它构造了应用系统的主框架主控窗口确定了工业控制中工程作业的总体轮廓，以及运行流程、特性参数和启动特性等项内容；实时数据库是是应用工程的数据处理中心，工程各个部分均以实时数据库为公用区交换数据，实现各个部分的协调动作；设备窗口是系统与外部设备联系的媒介设备窗口专门用来放置不同类型和功能的设备构件，实现对外部设备的操作和控制；用户窗口实现了数据和流程的“可视化”用户窗口中可以放置三种不同类型的图形对象：图元、图符和动画构件；运行策略是对系统运行流程实现有效控制的手段，里面存放由策略条件构件和策略构件组成的“策略行”，通过对运行策略，使系统能够按照设定的顺序和条件操作实时数据库、控制用户窗口的打开、关闭并确定设备构件的工作状态等，从而实现对外部设备工作过程的精确控制。

图1 MCGS系统各部分组成关系

2 电机测控系统构成

电动机测控系统结构设计如图2所示。系统由被检测系统、检测与转换系统、测控系统、输系统出构成。检测与转换系统和控制系统由电动机、传感器及PLC等构成，检测与转换系统的作用是对现场参数如电流、温度进行检测并转化为标准的电信号。PLC是整个控制系统的中枢，根据系统对被控对象的要求，将所采集的数据进行运算处理，并与设定值进行比较、延时，确定拖动系统确实出现故障时，通过输出使控制器件动作，电动机失电，起到保护的目的。

测控系统由上位机和组态软件构成，上位机与PLC通过RS232或 RS485连接；电流的参数、 温度参数、控制元件的状态通过PLC上传到上位机，上位机在组态界面上显示出电动机的状态；电流和温度的变化可通过曲线显示，便使用者可以更好地了解电动机的运行轨迹，掌握其发展趋势，及早发现问题。并且操作者通过上位机实现电动机的启停控制及设定值的修改、进行工程安全设置。

图2 测控系统结构框图

3 MCGS组态软件设计

本工程为电机监测与控制过程，在开始组态设计之前，首先对工程进行分析，从整体上掌握工程的结构、流程、需要实现的功能及动画制作、与PLC设备的连接通讯、报警输出和报表曲线显示等多种组态操作。

专项体能训练中的基础训练对网球运动员来说至关重要，只有具备扎实的基础，才能确保专项体能训练的顺利开展。一般情况下，基础训练不需要消耗过多的身体能量，最关键的作用是对网球运动员身体的整体状态进行良好的调整与优化，保证能够更好地适应后续强度较大的专项体能训练，有效帮助运动员缓解身体方面所带来的压力。因此，想要达到满意的专项体能训练效果，就必须要高度重视基础项目的训练，在各个训练阶段，按照网球运动员自身实际情况，来实施相应的基础训练，将关节的柔韧性尽可能展开，防止运动员在后续训练中关节出现损伤。

1）工程框架包括：2个用户窗口：电机转速监控、数据显示；4个主菜单：系统管理、数据显示、历史数据和报警数据；4个子菜单：登录用户、退出、用户管理和密码修改；3个策略：启动策略、退出策略、循环策略．建立的系统监控界面如图3所示，界面由3部分构成：发出控制指令的控制台、PLC状态指示窗口和电机运行状态指示窗口。

2）数据对象设置

数据对象是构成实时数据库的基本单元 ，本监控系统窗口除了电动机运行画面，还设计了启动、停止按钮，设定运行温度上限、实际转速的旋转仪表指示，转速上限、下限的显示窗口和电流上、下限报警指示灯等。表1是部分数据对象的定义。

图3 电机测控界面

表1 部分数据对象定义

3）系统主要功能

MCGS组态软件通过设备驱动程序从现场硬件设备获取实时数据，对数据进行必要的加工后，一方面以图形的方式直观地显示在上位机屏幕上，另一方面按照组态要求和操作人员的指令将控制数据送给现场硬件设备，对执行机构实施控制或调整控制参数。

（1）主控功能

由用户系统的起始窗口实现的。主要功能包括管理用户窗口和菜单，根据用户操作在各用户窗口之间切换，用于用户的登记及数据的存放等。用户在进入系统时，要求输入用户名与密码，针对不同的用户系统赋予不同的权利级别，确保系统的正常可靠的运行。

（2）实时监控、历史数据显示功能

（3）超限报警功能

对电动机的部分运行参数设置了超限报警，运行中一旦超限，监控软件可实现灯光或语音报警及动态画面提示，以便减少电机故障造成的损失，并将报警信息按用户的组态设定存入报警信息数据库，供以后统计分析。

（4）远程控制功能

通过对上位机与PLC设备构件间组态的设置，可以在上位机上用鼠标实现电机的远程手动或自动控制．

4 结论

本文以MCGS 工控组态软件为平台与PLC 技术结合，实现对电动机运行状态的计算机图形测控，不但能实时地显示电动机运行状态，具有很好的可视性，并且能在保证性能的条件下明显缩短设计周期，大大降低研究开发成本。实践证明，在MCGS组态软件下实现PLC 电机运行状态测控，是一种提高电机控制系统效益的好方法，具有较高的应用价值。

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