基于MCGS组态软件技术的水位控制远程监控系统的应用研究.doc

1、摘要：本文介绍了MCGS主要特点、组态过程和Visual Basic混合编程在远程监控中的应用。以典型水位控制系统为例，利用MCGS模拟水位和流量测算过程，开发一个水位控制远程监控系统。根据过程控制实验需要，采用MCGS组态软件开发三只水箱水位控制实验装置，利用MCGS与VB实现远程数据通讯，并利用智能调节仪进行下位数据采集，通过实验证实实现了良好的测控效果。关键词：MCGS；智能调节仪；水位；远程监控；数据库前言本文以工控PC机为主控上位机，利用人机接口的智能软件包-MCGS组态软件在PC机上建立工控的对象，完成对多台PLC(下位机)的控制，由于上位机只需要完成对监控信息的收集和处理而不需要

2、对设备的运行进行具体控制，上下位机处理同时进行，可以以最少的人员配备对远程监控的管理，提供较为直观、清晰、准确的现场状态信息，进而为维修和错误诊断提供多方面可能性，减少维修人员路上往返时间，整体提高远程监控系统的运行速度。现代远程监控技术采取的是实时在线监控方式，它借助于计算机网络和通信技术，通过安装在现场各种监控设备以及软件实现监控者在异地对现场工业设备的实时监控、诊断与控制。当系统运行时，现场的下位机需要安排有人值守，这样实际上并没有实现真正意义上远程监控。为解决这一问题，文中通过开发相关的程序，配合必要的硬件设施来实现远程监控，完全可以通过网络来监控现场的运行。1 MCGS工控组态软件

3、MCGS是一套基于Windows操作系统可用来快速构造和生成上位机监控系统的组态软件包，它为用户提供了从设备驱动、数据采集到数据处理、流程控制、动画显示、报表输出等解决实际工程问题的完整方案和操作工具。MCGS组态软件具有多任务、多线程功能，其系统框架采用VC+编程，通过OLE技术向用户提供VB编程接口，提供丰富的设备驱动构件、动画构件、策略构件，用户可随时方便地扩展系统的功能。主要特点如下：（1）丰富的设备驱动程序，通过Active DLL把设备驱动挂接在系统中，配置简单、速度快、可靠性高。（2）强大的网络功能。MCGS强大的网络功能可把TCP/IP网、485/422/423网、Modem网

4、结合在一起构成大型的监控系统和管理系统。（3）开放的OLE接口。MCGS以OLE自动化技术为基础的开放式扩充接口允许用户使用VB来快速编制各种设备驱动构件、动画构件和各种策略构件，通过OLE接口，用户可以方便地定制自己特定的系统。系统结构图（参见图1）用户窗口主控窗口运行策略设备窗口实时数据库图1 MCGS体系结构图MCGS组态软件系统包括组态环境和运行环境两大部分，用户所有组态配置过程都是在组态环境中进行的，用户组态后可生成一个“组态结果数据库”文件。MCGS运行环境是一个独立的运行系统，它能按照“组态结果数据库”中的组态方式进行各种处理，完成用户组态设计的目标和功能。MCGS系统整体框图：

5、多任务多线程建动画构建动画动画显示报警组态设计报表连接设备实时数据库现场控制报警输出报表打印设备输出流程控制组态软件核心实时数据库构建动画流程控制组态组态环境运行环境图2 MCGS系统整体框图2 运用MCGS建立运行程序一般过程（1）启动MCGS组态环境，建立工程项目。（2）进行设备配置。设备配置的目的是实现上下位机通讯，即实现计算机与智能仪表之间的连接。通过设备窗口配置数据采集与控制输出设备，注册设备驱动程序，定义连接与驱动设备用的数据变量。（3）构造数据库。在实时数据库窗口建立新的数据库文件。要求与设备要求的数据库一致。该窗口定义不同类型和名称的变量作为数据采集、处理、输出控制、动画连接及

6、设备驱动的对象。（4）制作图形画面，在用户窗口实现。主要用于设置工程中人机交互的界面，诸如：生成水位变化的动画显示画面、报警输出、数据与曲线图表等。（5）在主控窗口建立新工程。主控窗口中可以放置一个设备窗口和多个用户窗口，负责调度和管理这些窗口的打开或关闭。主要的组态操作包括：定义工程的名称， 编制工程菜单，设计封面图形，确定自动启动的窗口，设定动画刷新周期，指定数据库存盘文件名称及存盘时间等。（6）定义动画链接。动画链接是将动画与数据库变量建立联系，当数据库变量发生改变时动画就可以表现出来。即当水箱中水位发生变化时，动画可以适时显示。（7）运行与调试。当以上步骤完成以后，先进行组态检查通过后

7、就可以进入运行环境调试。3 水位控制系统的组成该水位控制系统是为了研究过程控制实验中的PID控制、串级、解耦等实验设计的系统，该系统由上位机和智能调节仪两部分组成。上位机由四个画面组成。实时数据采集，历史数据记录，运行动画，通讯状态组成。MCGS通过设备驱动程序与外部设备进行数据交换。包括数据采集和发送设备指令。设备驱动程序是DLL(动态连接库)文件，设备驱动程序中包含符合各种设备通讯协议的处理程序，将设备运行状态的特征数据采集进来或发送出去。MCGS负责在运行环境中调用相应的设备驱动程序，将数据传送到工程中的各个部分。完成整个系统的通讯过程，设备关系如图3所示。图3 水位控制系统组态画面下位

8、机由智能仪表构成，实现对水位数据的采集和控制。智能仪表是利用RS232RS485和上位机进行通讯的人工智能工业调节器，该设备构件用于MCGS操作和通过串行I=I读写仪表的数据。根据实际应用的需要来正确设置仪表的各项参数，也可通过本构件的设备命令设置仪表的部分参数。上下位机组成结构图：（见图4）液位传感仪1液位传感仪2电动调节阀流量传感器1流量传感器2水位控制系统画面通讯状态画面实时曲线画面历史曲线画面智能调节仪图4 上下位机组成结构图31 属性设置要使MCGS能正确操作智能仪表，先设置该构件的属性 ：(1)仪表的地址，必须和仪表Addr参数设置一致。(2)用于设置仪表的输入范围。(3)设置仪表

9、的SV值方式，不设置SV值表示只读SV值，自动设置SV值表示写SV。(4)设置仪表的OP值方式， 不设置OP值表示只读OP值，自动设置OP值表示写OP。(5)设置数据的小数点位置，必须和仪表的小数点位置参数一致，因仪表在通讯过程中传递的数据不带小数点，上位机通过此参数设置值来确定数据的大小。32 设备命令智能仪表可通过设备命令实现其全部通讯功能，其命令格式如下：Read (Cmd，PV，SVOP，dat)：读取仪表的PV值SV值，OP值，Dat值。Cmd为命令代号PV 为存储读取的PV值的变量，SV为存储读取的SV值的变量，OP为存储读取的OP值的变量，Dat为存储读取的Dat值的变量，Dat

10、值的含义由Cmd的值决定。Write(Cmd，Dat)：写仪表的Dat值命令。Cmd为命令代号，Dat为写入的数据，Dat值的含义由Cmd的值决定。Cmd的值需要根据试验结果进行标定和修正。Cmd的值包括：SVSteP(上限报警)、HlAL(给定值程序段)、LoAI (下限报警)、dHAL(正偏差报警)、dl AI (负偏差报警)、dF(回差)、CtrL(控制方式)、M50(保持参数)、P(速率参数)、t(滞后参数)、CtI(控制周期)、Sn(输入规格)、diP(小数点位置)、dlL(下限显示值)、dIH(上限显示值)、CJC(冷端补偿)、Sc(传感器修正)、oP1(输出方式)、(oPl 输出

11、下限)、oPH(输出上限)、CF(系统功能选择)、Baud(波特率程序运行控制字)、Addr(通讯地址)、d1 (数字滤波)、run(运行参数)、Loc(参数封锁)等。33 设备命令的实现方法MCGS运行策略的设备操作构件实现，具体操作如下：(1) 在运行策略中新建一个用户策略；(2) 在策略工具箱中选取设备操作构件；(3) 在设备操作构件的属性页选取执行指定设备命令，在其后的输入框中输入设备命令。即在脚本程序中执行如下函数实现SetDevice(DevName，DevOp，CmdStr)：按照设备名字对设备进行操作。34 设备调试设备调试在“设备调试”属性页中进行， 以检查和测试模块是否正常

12、工作在进行调试前，要先接好模块电源和串行通讯线，把模块地址、波特率和各种参数设置正确、Addr参数必须和模块地址一致，串口号、波特率、数据位位数、停止位位数、校验方式必须和父设备的设置一致， 打开主机即可调试。( 注意：对通讯状态通道调试时，通道值一列显示设备通讯状态，0表示通讯成功，1表示通讯失败。对模拟量输入通道调试时，通道值一列显示模拟量输入通道的实际测量值。对模拟量输出通道调试时，通道值一列输入要输出的值。)4 利用VB与MCGS实现系统远程控制通过SetValueFromName和GetValueFromName对象函数可以赋值或者得到MCGS中的实时数据，要使VB和MGCS建立起通

13、道，涉及到Visual Basic数据库的连接问题，现在常用的VB访问数据库的方法有两类，一类是接口对象法(API)，另一类是数据控件法。下面对几种API接口对象法的实现进行比较。ADC高级数据连接器(Advanced Data Connector) ，ADC主要是一种直接访问或者通过ADO访问远程OLE DB对象的一种技术，它也支持主要应用在微软IE浏览器上的数据绑定控件ADO Active数据对象( Active DatObjects) ，ADO设计为一种极简单的格式，通过ODBC的方法同数据库接口.可以使用任何一种ODBC数据源，即不仅适合于SQL Server，Oracle，Acces

14、s等数据库应用程序，也适合于Excel表格、图形文件和无格式的数据文件。DAO数据访问对象(Data Access Objects是一种面向对象的界面接口。通过DAO/Jet功能可以访问ISAM数据库，使用DAO/ ODBC Direct功能可以实现远程RDO功能。Jet数据连接性引擎技术(Joint Engine Technology) 一种基于工作站通过DAO的数据库访问机制。虽然能通过Access提供的ODBC驱动程序访问Jet数据库，但使用这些驱动程序在功能上有所限制。ODBC开放式的数据库连接(Open Database Connectivity) 一种公认的关系数据源的接口界面。能

15、提供统一接口的界面，ODBC对任何数据源都未作优化。在文中所设计的系统中，主要采用ADO数据访问对象来实现VB对数据库的访问和操作。系统中涉及到ADO中的几个常用控件 Connection String(数据库的连接)，RecordSource(数据源类型)，Refresh(数据刷新)，Recordset.Update(记录更新)等等。通过ADO控件来直接连接公共数据库，通过将数据库中改写的值实时传递给MCGS，即实现了系统的远程控制。“是否远程控制”状态可以从上位机的现场控制获得，随着上位机的值发生改变，控制位状态随之改变，此时通过程序就可以操作“卷扬电机”和“油泵电机”的起停，这样就实现了

16、由上位机来远程控制下位机的功能。相关的程序如下：Adodc1.ConnectionString=“Provider=Microsoft.Jet.OLEDB.4.0；Data Source=C:myDB.mdb；Persist Security Info=False”Adodc1.RecordSource=“select * from control”Adodc1.RefreshText1.Text= Adodc1.Recordset.Fields(0)Text3.Text= Adodc1.Recordset.Fields(2)Adodc1.Recordset.UpdateAdodc1.Reco

17、rdset.Close随着系统的不断运行，必须考虑到历史数据的问题，可以通过MCGS的ODBC接口，上位机可将历史数据备份至数据库服务器中。由于MCGS以Access数据库存储历史数据，当历史数据量较大时管理不方便，所以数据库服务器采用SQL server 2000。备份时将MCGS的所有历史数据导人SQL server2000，恢复时从SQL server2000中按起止时间有选择地恢复历史数据。5 结 语采用MCGS开发三水箱水位控制系统，是模拟现代工业生产过程中对液位进行测量、控制，观察其变化特性，研究过程控制规律的试验系统，具有过程控制的动态过程一般特点(大惯量、大延时、非线性)。经过

18、长期实验，运行稳定，数据采集准确可靠，为理论分析过程控制实验的实现奠定了基础，也可以推广到局域网内，与网络技术融合，采用B/S结构，实现在个人计算机上对实时数据进行访问，方便了数据的管理监控，为今后数据相关线性分析和决策提供了可靠的数据支持，可以进一步对该控制系统进行规律性研究或数学建模等工作。参 考 文 献1 MCGS参考手册M 北京：北京昆仑通态自动化软件科技有限公司，2003：60196.2 MCGS用户指南M北京：北京昆仑通态自动化软件科技有限公司，2003：13180.3金以慧过程控制M 北京：清华大学出版社，2002：103186.4新型智能电动调节阀手册M 上海： 上海万迅仪表有

19、限公司2003：818.5AI全通用人工智能调节器说明书M 上海：上海万迅仪表有限公司，2003：1353.6段 兴,吴德胜. Visual Basic 6.0数据库实用程序设计100例.北京:人民邮电出版社,20027高春艳,李 艳. Visual Basic数据库开发关键技术与实例应用.北京:人民邮电出版社,2004Application and Search on Remote Monitoring Control System of Water Level Based on MCGS Configuration Software TechnologyZHANG An-ni(Shang

20、Dong Yellow River Information Center)Abstract: This paper describes the main features of MCGS, Configuration process and the Application of Visual Basic in Remote Monitoring. As an example to typical water level control system, we can develop a Remote Monitoring water level control system to simulat

21、e water level and flow measurement process by using configuration software package. According to the needs of process control experiment, with MCGS configuration software, we can develop a Water level control experimental device constituted by 3 tanks, with MCGS and VB, we can achieve remote data ac

22、quisition, collect lower data with the help of Smart regulation instrument. Our experiment has confirmed its excellent Monitoring results.Key words：MCGS；Automation control apparatus；Water level；Remote controlling；Database0 prefaceBased on industrial PC for machine control PC, and use of man-machine

23、interface of intelligent software-MCGS configuration in the PC software on the machine-building industrial objects, on completion of the multiple PLC (machine-under) control, as the only PC Need to complete the monitoring of information collection and disposal of equipment without the need for speci

24、fic control, and down-processing machine at the same time, to be at least on the management of remote monitoring equipment to provide a more intuitive, clear and accurate status information at the scene, and then For the maintenance and error diagnosis provides a wide range of possibilities to reduc

25、e the maintenance staff on the road to and from the time remote monitoring system to improve the overall speed.Modern technology to take remote monitoring of real-time online monitoring methods, which use computer networks and communication technology, by installing a variety of on-site monitoring e

26、quipment and software in place to monitor the realization of industrial equipment at the scene of the real-time monitoring, diagnosis and control. When the system is running under the crew at the scene of the need to be someone on duty, this does not in fact real remote monitoring. To solve this pro

27、blem, through the development of text-related procedures, with the necessary hardware facilities to achieve remote monitoring, it is entirely possible to monitor the networks on-site operation.1 MCGS industrial configuration softwareMCGS is a Windows-based operating system can be used to construct t

28、he rapid generation of PC and monitor system configuration software package, which provides users with equipment from the driver, data acquisition to data processing, process control, the animation shows that the output statements, such as solving practical program of engineering problems and operat

29、ional tools. MCGS configuration software with multi-tasking, multi-threaded functions, the system using the framework of VC + + programming, through the OLE technology to provide users with VB programming interface, it provides a wealth of device drivers components, animation components, the strateg

30、y component, the user may at any time to facilitate the expansion of the system.The main feature is as follows:(1) Wealth of device drivers, through the Active DLL device drivers articulated in the system, a simple configuration, high speed, high reliability.(2) Strong network. MCGS powerful network

31、 functions can be TCP/IP network, 485/422/423 network, modem network together constitute a large-scale monitoring system and management system. (3) Open the OLE interface. MCGS to OLE automation technology-based open interface allows users to expand the use of VB to the rapid establishment of a vari

32、ety of device drivers components, animation and a variety of components strategy component, through the OLE interface, the user can easily customize their own specific system.The system structure drawing: (see Figure 1) 用户窗口主控窗口运行策略设备窗口实时数据库Fig1 The system structure of MCGSMCGS configuration softwar

33、e system configuration, including the configuration software environment and running environment，all the configuration process are in the configuration of the environment, the user can generate a configuration, the results of the configuration database file. MCGS environment is an independent operat

34、ing system, in accordance with it, the results of the configuration database in the configuration of a variety of ways to deal with, the completion of the user configuration of the design goals and features.MCGS diagram of the system as a whole:建动画构建动画动画显示报警组态设计报表连接设备实时数据库现场控制报警输出报表打印设备输出流程控制组态软件核心实

35、时数据库构建动画流程控制组态组态环境运行环境Fig2 The overall structure of MCGS system2 MCGS use of the establishment of procedures for the general operation of the process(1) Start MCGS configuration environment, and establish the project. (2) To carry out equipment. Equipment is designed to achieve bit up and down machi

36、ne communications, computers and intelligence to realize that a link between instrument. Equipment through the window configuration data acquisition and control output devices, device drivers registered, connected with the definition of equipment used in data-driven variable.(3) Building a database.

37、 In the real-time database window to create a new database file. Requirements and equipment required by the same database. The definition of different types of window and the name of the variable. As data acquisition, processing, export control, and animation to connect the device driver object.(4)

38、To produce graphic images of the users window to achieve. The main setting for the works in human-computer interaction interface, such as: changes in water level generated animation display, alarm output, and curve graphs, and other data.(5) In the main window to create a new project. Main window ca

39、n be placed in a window, equipment and a number of windows users, is responsible for scheduling and management of these open or close the window. The main configuration of the operation include: the definition of the name of the project, the preparation of menu engineering, design cover graphics, de

40、termine the automatic start of the window, set the animation refresh cycle, the designated name of the database file and save-data time.(6) The definition of animation link. Animation is a link to animation variables and the establishment of the database, the database when the variables change when

41、the animation can be shown. That is, when the water level in the tank changes, animation can be displayed in a timely manner. (7) Running and debugging. After the above steps achieved , first check the configuration can be adopted after running into the debug environment.3 the water level control sy

42、stemThe water level control system s is composed of Superior machine and intelligent instrument two parts. Superior machine is made up of four components. Real-time data acquisition, historical data records, run the animation, communications component of the state. MCGS through the device drivers fo

43、r peripherals and data exchange. Including data acquisition and delivery of equipment orders. Device driver is a DLL (dynamic link library) files, device drivers included with the agreement of all kinds of communications equipment, procedures, equipment operation characteristics of the data collecti

44、on come in or send out.MCGS responsible for the running environment, call the appropriate device driver, the data will be sent to various parts of the project. The completion of the whole system of communications, relations between the equipments shown in Figure 3.Fig3 The diagram of water control s

45、ystem for water tanksThe lower position unit posed by the intelligent instrument to achieve the water level of data acquisition and control. The use of intelligent instruments and RS232/RS485 PC to communicate the artificial intelligence industry regulator, the equipment and components for the opera

46、tion adopted by the MCGS serial I = I meter reading and writing data. According to the practical application of the needs of the right to set the parameters of the instrument, can also be components of the equipment order to set some parameters of the instrument.On the lower position unit bundles th

47、e composition: (see Figure 4) 液位传感仪1液位传感仪2电动调节阀流量传感器1流量传感器2水位控制系统画面通讯状态画面实时曲线画面历史曲线画面智能调节仪Fig4 The structure of lower position unit and upper position unit3.1 property MCGS to be able to operate the smart meters, set up the first components of the attributes: (1) The instrument address, Addr instrum

48、entation and parameters must be set up in line. (2) To set up the instruments input range.(3) To set the SV value of the instruments the way, do not set the value of SV said that the value of read-only SV, SV value is automatically set to write that SV. (4) To set the instrument means the value of OP, OP does not se