基于组态监控的设备运行管理系统设计分析

张勇

摘 要：组态监控软件的使用，特别是MCGS组态软件，可实现可编程控制器的图形化显示，提高了系统性能，保证了生产安全。本文从组态软件概念入手，分析了MCGS组态软件的功能特点，探讨了基于组态监控的设备运行管理系统设计与应用。

关键词：组态监控;MSGS;设备管理运行

工业自动化已经在工业生产中广泛使用，随着科学技术的进步，使得自动化程序的软件和硬件设计日趋完善。利用MCGS组态软件监控PLC可实现设备运行管理系统的高度自动化，进行实时监控生产作业的数据动态，及时传达各项指令，保证安全生产和高效运行。

1 组态软件与组态监控概念

组态软件，即组态监控软件系统软件，源自国外数据采集与监视控制（SCADA）技术，在集散型控制系统，即DCS系统被广泛的使用。一般意义上，自动化技术人员将组态软件定义为，以客户需要为前提，通过灵活有效的组态方式，帮助用户快速构建工业自动控制所需要监控等需求功能的软件。工控机等PC使用组态软件监控系统，要比以往的专用系统更有优势。基于快速发展的PC技术，相关技术在不断的更新成熟中，且在工业控制系统中使用PC，成本也较低。广泛使用的Windows系统，在PC上可以设计安装各样适用的软件，可以根据需要有针对性的更新硬件设备。

在工业控制系统中，组态软件可以对监控数据进行采集和控制，位于控制系统的监控一层，组态形式更加灵活。并且组态监控软件可以提供给用户监控、通用层次的功能，支持常使用的工控设备和通信协议，根据需要可以提供分布式数据管理和网络连接管理。在工业控制系统中，实时数据库、实时控制、SCADA通讯及联网、对I/O设备等工业生产中需要使用到的部分，都可以使用组态监控软件。

2 MCGS组态软件功能及特点分析

在DCS系统的基础上，组态监控软件被更多的工厂使用，而MCGS全中文组态软件则是属于使用较多的组态软件。该系统环境基于流行的Windows XP设计，能够很直观地显现图形，也可以创建需要的复杂画面，在可视化的开发环境下，对采集的参数设置、动画等，制作出直观动态效果图;MCGS组态软件能采集及时数据，建立实时数据库。系统的运行，通过MCGS实现实时数据的交换，构成一个紧密的监控网络体;在MCGS内，提供内置的编程语言，编程语法和一般的Basic语言相近，且更为直观简便。这样的语言可以根据实际需要，编写特定的流程操作程序，组态软件使用更灵活;MCGS软件的使用，将工业设备与系统隔开，两者在硬件上互相独立。该系统中开放设备管理设置，使其能够在更多的设备构件上使用，可在不同硬件设备的驱动管理。所以，具有诸多特点的MCGS软件，在组态编程下，实现工业控制图形显示、数据监控、预警，对需要到的报表进行输出、曲线绘制、安全提示等。而基于MCGS组态软件的PLC监控系统，见图1。

图1 基于MCGS组态软件的PLC监控系统典型硬件结构

在MCGS组态软件系统下，PLC与工业IPC机等上位机间，使用RS232或RS485串行线路通信。PLC控制着工业现场的设备，包括执行元件、传感器等，上位机则负责监控和一些控制，并实现无PLC状态下的远程控制功能。在上位机中，装有PLC配套编程软件和MCGS组态软件，二者结合可以实现在PLC工作下的图形监控。一旦工作现场出现设备异常，都可以在图形上明确显示并报警，实现故障排查和远程控制，保证了控制安全。

3 基于组态监控的设备运行管理系统设计与应用

3.1 系统组态层

基于组态监控的设备运行管理系统，在系统组态层的功能上，分为硬件组态、数据组态、界面组态三个方面。硬件组态主要是对监控的现场设备进行逻辑定义，保证使用的设备可以正常运行，通讯、监控功能可用。在硬件组态下，用户可以使用串口连接计算机和PLC设备，定义DDE、ODBC的逻辑设备，而其他遵循相应规范的PC程序可作为逻辑设备;数据组态则主要负责对I/O变量的系统定义，和对监控单元中间变量的定义。采集的数据，通过定义逻辑设备的ID、寄存器等，与设备数据联系在一起，对多个监控单元之间实现协调控制要求;界面组态则是对设备检测的数据显示，对硬件控制方式进行定义。在系统运行中，直接表现监控数值，或通过曲线、柱形表示变量图表。并且该系统能给改编I/O变量的数值，包括直接修改和隐含修改，实现控制相关联的中间变量的图形单元的目的。

3.2 系统运行层

系统运行时，监控服务器会通过硬件配置表和数据词典，加载相对应的硬件驱动程序，并生产监控数据库，根据配置需求在预定时间采集数据。监控客户端身份确认后，会生成监控实时数据映像，服务端和客户端会不断交换数据信息。在监控界面中，图形对象只是被动的图元，在界面组态层中会根据相关条件、动作、状态配置相关方案。对监测数据进行及时反馈，当系统改变数据后，会在I/O设备端口写入新数据，同时将数据传送到其他客户端口，更新实时映像。

3.3 案例分析与效果

由于我公司是国内唯一规模化利用含锂回收料生产锂产品的企业，所以在锂产品的生产中，对于MCGS组态软件的使用，更有现实意义。相比较DCS系统组态，MCGS组态软件在可编辑上更加可靠实用。以锂电池生产线涂布控制系统的设计为例，在实际生产中，基于PLC和MCGS的效果如何。我公司使用的MCGS组态软件设备，在保留原有手动动能时，增添了多个生产设备传感器，系统具备了自动运行、自动故障警报、处理建议等功能。在我公司锂电池生产线涂布工艺流程的基础上，引入PLC和MCGS组态软件进行总体设计。

进行涂布机的电气系统设置，前端的信号输入，中间的CPU处理器，后端的信号输出。烘箱温度传感器采集的信息传送到PLC的A/D模块，PLC按照设定程序，发送指令，进行温度报警控制。纠偏器和U型光纤传感器，负责薄膜前进的位置定位，纠偏涂布和正反的切换。使用广电编码器监测电机时速，保证薄膜无断裂发生。整个过程通过触摸屏调控，包括涂布、系统、加热调刀、操作推动等等参数，同时在控制工作台上装有涂布、牵引、停止、加热等等按钮，实现不同运行下的不同工作状态的调控。

生产中先设定温度90℃，滤波常数70%，微分增益为0.输出上下限0-2s。自动设定开启，自动设置参数，PID初始化，自动调谐动作确认，加热器工作。在MCGS的检测下，系统进入自动化运转中。在对PLC工作状态的监控中，设计了简单的组态程序，多个计算机图形监控界面，能够与生产同步，且设计时间短，投入生产快，涂布机运行稳定。整个系统对于速度和位置的参数的控制要求较高，对于变频器、伺服驱动器等放卷收卷的过程的控制，都要去前后端保持一致。在一样的速度下，避免张力不同而造成的薄膜带断裂发生。这是MCGS组态监控软件的优势，相比较以往的系统软件，PLC和MCGS可以根据各传感器反馈的数据，查看各部件运行状况的监控画面。在MCGS中写入积分项，消除稳态误差，并使用步进驱动器纠偏，提升了锂电池涂布的效率。MCGS组态软件还能够对故障能够做出自行报警，工作人员可以及时进行急停处理，并根据提示解决故障，安全系数明显提升，整体运行效果较好，值得行业内推广。

参考文献：

[1] 张铁异，何国金，黄振峰.基于PLC控制的混合型气动机械手的设计与实现[J].液压与气动.2008（09）：6-8.

[2] 鹿玲杰，田燕燕，陈东方，等.组态软件的设计与实现方法[J].大庆石油学院学报.2001（01）：55-57.