基于mcgs组态软件的cp监测仪监控软件的实现-学位论文

基于MCGS组态软件的CP监测仪监控软件的实现摘 要软件PLC，即将PLC的控制功能封组在软件内，运行于PC环境中。这样在实现传统硬PLC相同的功能的同时，更添加了PC机的各个优点。与传统硬PLC相对比，软PLC数据处理能力和网络通讯能力更强，体系结构更加开放，能够更好地满足工业自动化的现实需求，在当前工业自动化领域具有无限的发展空间和潜力。本文在对软PLC应用及优势等背景进行分析的基础上，以基于MCGS组态软件的CP监测仪监控软件的实现为例子，实现了基于PC的软PLC系统设计。文章首先对软PLC技术的背景和发展现状以及本选题的研究目的和意义进行了分析，然后对CP监测仪的相关知识做了详尽的介绍，接着分析了CP监测仪的组态监测系统设计，最后基于MODBUS协议实现了上位机系统与下位机系统地连接，并进行了测试。关键词：软PLC;MCGS组态软件；CP监测仪；监控软件The Realization of Monitor Software for CPMS based on MCGSAbstractSoftware PLC,is the technology that seal group PLC control functions in the upcoming software running on a PC environment.Thus while achieving the same functionality of traditional PLC hardware,but also add the various advantages of the PC.In contrast with traditional hard PLC, Soft PLC data processing and network communications capabilities become stronger, have more open architecture that can better meet the real needs of industrial automation, with unlimited space and potential for development in the current field of industrial automation.Based on analyzing the applications,advantages and other background of soft PLC，in order to achieve MCGS configuration software based on CP monitor monitoring software as an example, it achieves a PC-based soft PLC system design.Firstly,the the article introduces the status of the background and development of soft PLC technology and research purpose and significance of the topics, and then makes a detailed presentation of monitor the relevant knowledge of CP , followed by analysis of the CP Monitor Configuration Monitoring System.Finally, based on MODBUS protocola,the host computer system and lower computer systems connected and tested.Keywords:Soft PLC; MCGS configuration software; CP monitor; monitoring software目 录1 引言41.1 选题的背景41.1.1 PLC的发展及应用41.1.2 软PLC的产生与发展41.1.3 软PLC的优势51.2 选题的目的及意义51.3 论文的主要工作内容及安排52 CP监测仪系统设计62.1 CP监测仪仪器概述62.2 CP监测仪系统结构62.3 硬件连接72.4 系统功能72.5 CP监测仪引脚定义83 CP监测仪的组态监测系统设计83.1 MCGS组态软件概述83.1.1 MCGS简介83.1.2 MCGS组态软件的特性93.1.3 MCGS组态软件的功能93.1.4 MCGS的构成103.2 监测系统的软件设计113.2.1 新工程的建立113.2.2 实时数据库的构建123.3.3 用户窗口的建立123.3.4 运行策略的实现163.3.5 主控窗口的构造183.3.6 设备窗口的设计194 系统运行测试204.1 系统运行测试205 总结与展望205.1 完成工作205.2 存在的不足及展望21参考文献22致谢231 引言伴随着工业化控制技术更加智能化、开放化以及分散化的发展，以往以硬PLC为核心的技术渐渐地暴露出其缺点，主要表现在硬件PLC各厂家使用的编程语言不统一、技术相对封闭以及各个生产厂家的PLC产品相互之间不兼容等。同时，PLC技术存在一定的技术门槛以致造成少数几家技术有保障的生产厂家操纵了整个市场，肆意抬高产品价格，所有这些因素大大制约着PLC的进一步发展，在这种情况下，软PLC技术应运而生。1.1 选题的背景1.1.1 PLC的发展及应用随着通信技术、计算机技术以及微处理器的发展与进步，工业领域越来越依赖于计算机控制技术。现实的市场需求要求各大生产厂家必须要做出迅速的反应，生产出更高质量的工业领域自动生产线的控制系统，可编程逻辑控制器正是在这样的需求下发展起来了。1969年美国数字设备公司研制成功了第一台可编程逻辑控制器，并且在通用汽车公司的生产线上获得了应用。20世纪80年代以后，随着计算机应用技术和大中型集成电路的发展，可编程逻辑控制器取得了飞快的发展，在设计、技术以及性价比等方面都取得了长足的进步。PLC以其便于维护、性能稳定、功能全面等优点，跻身工业控制自动化领域，对工业化的高水平发展做出了巨大的贡献。从第一台可编程逻辑控制器诞生以来，经过40多年的长足发展，PLC取得了飞速的发展，功能和性能都有了很大的提高，应用领域不再局限于顺序控制和逻辑控制领域，在运动控制领域也获得了广泛的应用，硬件特点也从当初的中小规模集成电路磁芯存储器经过8位微处理器等，变成了32位处理器，处理速度达到了ns级别。PLC的出现和发展颠覆了整个工业控制领域，与继电器以及微机控制相比，可编程逻辑控制器具有稳定性好、抗干扰能力强、编程语言简单易学、质量轻、体积小以及安装调试维修方便等特点。可编程逻辑控制器凭借其性能稳定、使用方便以及功能齐全等方面的特点，在工业控制领域应用广泛且处于主导地位。在开关量的逻辑控制、数字量的智能控制、模拟量的闭环控制、数据的采集与监控以及通信、联网及集散控制等方面都有PLC作为主导的应用。1.1.2 软PLC的产生与发展长期以来，传统的硬PLC技术一直是工业控制领域的主流，PLC从1969年问世以来，凭借其自身的优点成为工业控制领域极具竞争优势的控制工具，在工业自动化控制领域得到了迅速的推广和应用。但是，20世纪90年代后期以来，各大生产者渐渐意识到了传统PLC存在的缺点，硬件PLC各厂家使用的编程语言不统一、技术相对封闭以及各个生产厂家的PLC产品相互之间不兼容等，这样对于用户而言，一旦选择了某个公司的PLC产品，相应的就要学习特定的编程语言，购买其指导应用课程，作为本公司的工作人员也必须要经过定期的培训之后才能适应该技术的要求，这不利于终端用户的功能扩展。1993年，国际电工委员会为进一步规范PLC编程语言，发布了IEC61131-3标准，该标准的推出有效地促进了各个生产厂商之间PLC产品的统一和兼容，也进一步推动了软PLC技术的发展。借助于IEC61131-3标准推出的机遇，结合微电子技术以及计算机技术的迅速发展，软PLC技术应运而生，打破了传统PLC的局限性，成为了一种新型的控制技术。现如今，在西方国家尤其是欧美发达国家，已经把软PLC作为一个重点项目进行研究和开发，在国外投入市场运营的产品相当多。例如，在美国底特律的汽车城，各大汽车制造商都将软PLC控制应用于汽车装配自动生产线以及热处理工艺生产线等。目前，国内也非常重视这方面的发展与应用，在软PLC技术的应用方面也取得了一定的成就，为工业领域的发展做出了巨大的贡献。1.1.3 软PLC的优势与传统的硬PLC相比，软PLC技术具有工业自动化控制方面的许多优点：第一，体系结构更加开放。软PLC技术具有编程语言优势，支持多种语言编程，具有第三方软件接口，能够支持多种硬件连接，改变了传统的PLC不兼容的问题。第二，具有统一的标准。国际工业标准如IEC61131-3、IEC61491等应用与软PLC，提供了统一的标准，为软PLC的推广和扩展提供了条件。第三，能够充分利用PC机的资源。PC机运算速度快，运算能力强大，这为软PLC对外界环境做出迅速反应、提高处理速度提供了条件。而且，软PLC能够充分利用PC的大容量内存，能够扩展端口。第四，具有友好的人机界面，对操作人员的要求降低，便于用户使用。软PLC打破了原先由于各大厂商不统一带来的壁垒，不再依赖于具体的硬件设施，提供了良好的人机界面，对于操作人员的技术门槛减低。第五，开发方面，可维护能力强，打破了过去市场的垄断局面，降低了成本，用户不用再受限于厂家配套的培训课程或者设施供应，自由选择。第六，具有强大的网络通讯功能。软PLC可以监控工厂的设备运行，实现在线监控、编辑调试等功能，便于企业的整合。1.2 选题的目的及意义软PLC凭借其巨大的优势和低廉的成本在工业控制市场上发挥了重要的作用。作为一名即将走向工作岗位的大学生而言，能够学习软PLC的基本原理及应用对于今后的工作具有重要的意义。鉴于此，本文以MCGS组态软件为切入点，结合CP监测仪的操作，设计出一套基于MCGS组态软件的CP监测仪监测软件，并且通过测试实现了其基本的功能要求，加深自己对于基于PC的可编程逻辑控制器的理解，为今后工作中的应用打下坚实的基础。另外，本选题在实现了基于MCGS组态软件的CP监测仪软件的设计基础之上，进一步推广运用，可以制作出控制下位机的软件安装包，可以在其它任何一台符合要求的操作系统上进行安装并且使用，也可以方便地使用该成果，具有一定的推广意义。1.3 论文的主要工作内容及安排本文的主要思路是利用MCGS组态软件编写上位机程序，并且实现与作为下位机的CP监测仪的通讯功能。文章的主要研究内容包括以下四个方面：第一，利用MCGS组态软件编写上位机控制程序。第二，利用MODBUS通讯协议实现上位机与下位机的通讯。第三，通过MCGS组态软件的用户界面，实现对CP监测仪的监测，读取下位机的工作状态。论文工作过程中拟解决的关键问题有：第一，利用MCGS组态软件编写上位机控制界面，并能够通过图形化的操作界面实现上位机对下位机的监测，读取作为下位机的CP监测仪中的实时数据并对数据进行处理。第二，确定上下位机的通讯协议，通过对下位机的了解与设置使其符合MCGS中相关驱动模块的要求。第三，制作控制下位机的软件安装包。2 CP监测仪系统设计2.1 CP监测仪仪器概述CP监测仪系统是一种应用于数据监测的智能数据采集系统，它以单片机为中心，能够完整地实现将连接到数据采集接口上的32路电压和8路电流进行测试、采集并且显示和保存，从而完成对电极电位和流经电流的实时监测。CP监测仪系统采集到的所有数据都是可以用EXCEL直接处理的数据库形式，以便于进一步分析和处理。2.2 CP监测仪系统结构CP监测仪数据采集系统框图如下：信号处理及数据实时采集系统计算机RS232接口进入的信号图1 CP监测仪数据采集系统框图具体数据采集过程中，需要监测的信号经电缆输入到信号处理和实时采集单元（接线盒），实现各电极以及电流传感器产生信号的阻抗变换和放大，经多路选择器选出检测的信号输入到A/D转换器进行数字化，然后由单片机进行数据采集和处理。该接线盒中的数据采集系统的数据采集和控制系统接受计算机发来的命令，这些命令一般是通过RS232接口传送，并将采集结果由RS232串行口发出，计算机通过串行口接受该数据，并把定时采样数据存储起来。数据采集系统的这种结构与计算机插板式相比有以下优点：第一，目前计算机的发展很快，计算机扩展槽的总线标准不断更新，一些常用的计算机插板（如ISA板）在一些最新的计算机上就无法使用（全是PCI槽，无ISA插槽），RS232接口做为计算机的标准配置，所有的计算机都具备，这样该系统的计算机的选配没有限制。第二，系统与计算机连接时，不用打开计算机，避免了发生插拔板卡引起故障的可能。第三，数据采集系统与计算机之间的联线只有一根细的电缆，连接方便。数据采集系统地电路框图如下：图2 监测仪数据采集系统电路框图2.3 硬件连接硬件连接过程中要注意以下几方面的内容：连线时要关掉计算机和数据采集系统的电源。连接时注意各电极的信号不要混淆。信号处理及实时采集系统与计算机的串行口要用串口线连接起来。在确定前面三项工作没有差错之后，接好220V交流电源。2.4 系统功能第一，CP检测仪数据采集系统中的单片机每隔30秒测量一组数据，自动发送到串口，自动发送数据仅能通过串口助手软件进行读取。第二，需要在SD卡根目录下建立单片机初始化测试使用文件system.txt文件，内容可以任意。数据采集系统硬件电路部分设计有通用SD卡接口，CP监测仪运行前需要将SD卡插入到卡接口位置。单片机控制每1小时保存一组数据到SD卡根目录名为data.txt文件中，保存数据文件符合计算机操作系统文件的存储方式，可用读卡器读取SD卡中保存的历史数据，并且保存的数据格式可直接由Excel办公软件打开，方便数据分析及处理。SD卡data.txt文件保存每组数据时都存有保存时间，此时间为单片机内RTC实时时钟时间，CP监测仪每次开机都需要校准单片机RTC实时时钟时间。第三，数据采集系统硬件电路部分设计有外部2Mbytes Flash存储芯片，采用字节方式存储，此存储数据仅能通过串口助手软件发送读取Flash存储数据命令得到，读取的数据可通过复制、粘贴操作直接保存到Excel表格中。第四，单片机与计算机通过串口进行数据通信，通信协议符合标准ModBus RTU协议，保证数据传输准确。系统上位机对数据的处理分为两部分：首先按一定采样周期将数据从下位提取上来进行实时显示，然后根据一定的存储周期将数据保存到系统数据库中供用户浏览及打印。采样周期和存储周期都提前设定，并可以根据用户需求进行修改调整。第五，上位机与下位机的配置主要分两方面：一方面上微机系统通过配置串口通道实现与下位机的互连。另一方面，上位机监控系统通过配置每套系统的特定参数保证测量数据的高精确性。2.5 CP监测仪引脚定义图3 CP监测仪接线端口引脚定义3 CP监测仪的组态监测系统设计基于MCGS组态软件的CP监测仪软件的实现离不开组态监测系统的成功设计，其中MCGS工程为主要的上位机操作软件，主要用于实时数据的采集和数据库存储。3.1 MCGS组态软件概述3.1.1 MCGS简介MCGS，即Monitor and Control Generated System，全称是监视与控制通用系统。这是一款由北京昆仑通态自动化软件科技有限公司研发的，可以应用于Windows操作系统之上的，既能用于快速制造，又能应用于生成上位机监控系统的组态软件系统。主要能够完成对于现场数据的监测以及采集、对于前段数据的控制以及处理等。该软件可以在Microsoft Windows 95/98/Me/NT/2000/xp/7等操作系统上进行运行，通过对工作过程中数据的采集与处理，以对流程的控制，对动画的显示，对报警的处理以及对报表的输出等各种方式向使用者提供解决各式各样工业控制问题的解决方案，在工业自动控制领域得到了广泛的应用。现如今，MCGS组态软件在工业系统中已经起到了举足轻重的作用。MCGS既致力于实际控制的研发，也致力于虚拟控制的实现，这两方面同时发展。在虚拟控制方面，作为上位机的组态软件MCGS常常会与其它编程软件，例如单片机、MATLAB等结合使用，这些编程软件作为虚拟下位机，两者之间通过通讯协议完成连接，并且实现数据的双向或者单向传输，实现虚拟控制；在实际控制角度上来看，MCGS也可以作为上位机监控实际环境中的工业流程。这两方面相辅相成，虚拟控制可以为实际控制提供理论基础，实际控制可以为理论研究发现现实问题。从MCGS组态软件问世以来，北京昆仑通态自动化软件科技有限公司从没有停止进一步改进和优化该产品的脚步。截止到目前为止，该公司的MCGS组态软件已有网络版、通用版以及嵌入版三个不同的版本。这三个版本充分说明了MCGS组态软件的发展，目前软件则主要朝着小型化和大型化两个极端的方向发展。小型化主要是嵌入版软件市场，大型化则主要是在技术上拥有绝对优势的网络版组态软件的市场。使用 MCGS，用户无须具备计算机编程的知识，就可以在短时间内轻而易举地完成一个运行稳定，功能全面，维护量小并且具备专业水准的计算机监控系统的开发工作。MCGS 具有操作简便、可视性好、可维护性强、高性能、高可靠性等突出特点，已成功应用于石油化工、钢铁行业、电力系统、水处理、环境监测、机械制造、交通运输、能源原材料、农业自动化、航空航天等领域，经过各种现场的长期实际运行，系统稳定可靠。3.1.2 MCGS组态软件的特性基于MCGS组态软件的监测系统具有一些优秀的特性：第一，便于使用的组态开发界面，可视化、全中文以及面向窗口的特点符合中国人的使用习惯和要求。在组态的过程中，使用者可以根据个人的需求组态配置，从元件库中调用所用的构架，从而生成满足个人需要的用户界面。第二，庞大的图库，全新的ActiveX动画构件，结合绘图工具以及多媒体的支持，使用户能够方便快捷地开发出各种漂亮、生动的工程动画，从而更方便、灵活地处理现场数据。第三，具有更大的兼容性和操作性。MCGS组态软件支持大多数的硬件设备，可以方便地定制各种设备驱动。脚本程序简单易学，策略构件丰富，可以轻松地开发出复杂的操控流程。第四，MCGS组态软件以图符、报表等形式，为使用者及时提供系统运行中的相关数据及信息。第五，方便控制复杂的运行流程。用户可以根据系统提供的条件和功能的策略构件，借助于“运行策略”窗口，通过编写脚本程序，与实时数据库进行数据交换，实现自由、精确地控制运行流程。3.1.3 MCGS组态软件的功能基于MCGS组态软件的监测系统，除具有典型的工程数据监测等功能之外，还有如下主要功能：；第一，良好的可维护性和可扩充性。该系统包括五大功能模块，主要的功能模块以构件的形式来构造，这些构件具有各自不同的功能，且相互独立。设备构件、动画构件以及策略构件这三种不同类型的构件实现了设备驱动、动画显示以及流程控制的所有工作。另外，用户可以借助于开放的可扩充接口结合自己的需要用高级编程语言编制特定的构件来扩充系统地功能。第二，强大的网络功能。MCGS组态软件支持TCP/IP、Modem等多种网络体系结构，用IE浏览器可以方便地浏览到企业的相关信息，实现设备管理与企业管理的挂钩。第三，多样化的报警功能。MCGS组态软件提供了各种各样的报警方式，具有丰富的报警处理函数和多样的报警类型，方便用户进行报警设置，为工业现场生产运行的安全可靠性提供功能方面的保障。第四，提供了WWW浏览功能，可以更加方便地进行企业管理与生产现场控制的集成。在整个企业范围内，只使用IE浏览器就可以在任意一台计算机上浏览与生产现场一致的画面，并进行用户权限控制功能的支持。3.1.4 MCGS的构成MCGS组态软件从整体结构上来说，包括MCGS组态环境和MCGS运行环境两个系统。其中MCGS组态环境是用户应用系统生成的工作环境，动画的设计、控制流程的编写、设备的连接以及工程打印报表的编制等全部的组态工作都可以在组态环境中完成。MCGS运行环境作为用户应用系统地运行环境，通过运行环境来完成对于整个工程的控制工作。如图4所示，两部分紧密关联，由相互之间独立。图4 MCGS组态与运行环境MCGS组态软件所建立的工程由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略五部分构成，具体工程设计过程中对这五部分分别进行组态操作，工程的具体构成如图5所示：图5 MCGS组态工程的构成五部分完成不同的工作，具有不同的特性：第一，主控窗口：是工程的主窗口或主框架。在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。第二，设备窗口：是连接和驱动外部设备的工作环境。在本窗口内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。第三，用户窗口：本窗口主要用于设置工程中人机交互的界面，诸如：生成各种动画显示画面、报警输出、数据与曲线图表等。第四，实时数据库：是工程各个部分的数据交换与处理中心，它将MCGS工程的各个部分连接成有机的整体。在本窗口内定义不同类型和名称的变量，作为数据采集、处理、输出控制、动画连接及设备驱动的对象。第五，运行策略：本窗口主要完成工程运行流程的控制。包括编写控制程序（ifthen脚本程序），选用各种功能构件，如：数据提取、定时器、配方操作、多媒体输出等。3.2 监测系统的软件设计基于MCGS组态软件的CP监测仪监测软件的设计主要是针对MCGS的设计。其中，对于组态环境中工程的建立以及主控窗口、用户窗口、实时数据库、设备窗口以及运行策略的设计是重中之重，功能的实现主要是依赖于对于这些部分的设计。3.2.1 新工程的建立在整个工程建立之前，请首先确认已经在PC上成功安装了MCGS软件，具体的安装方法在后面的软件打包中详细介绍。在计算机上成功安装MCGS软件之后，会在桌面上出现“MCGS组态环境”和“MCGS运行环境”两个图标，双击前者，就可以进入MCGS组态环境。在左上角的文件菜单中选择“新建工程”选择项，然后会在对应磁盘中的/MCGS/WORK/根目录下自动生成以默认工程名命名的工程，最后再在“文件”菜单中选择“工程另存为”选项，把新建工程保存为D:MCGSWORKCP监测仪监测系统，至此，已经成功构建了自己的工程。如图6所示：图6 CP监测仪系统工程的建立3.2.2 实时数据库的构建本次工程的建立主要是针对CP监测仪软件实现进行的，在具体的工程建立过程中，我们结合LS36-1CEP导管架阴极保护系统来进行说明。通过32路电压以及8路电流的监测来说明CP监测仪的软件实现过程。实时数据库的构建主要是针对本次工程具体的实现功能要求进行的，包括数据的采集、功能参数与运算参数的设定、界面题头的设定、采样的设置、时间的校验以及历史数据的查询等。针对于数据的采集，定义了与下位机寄存器对应的register1-40共40个变量，用以监测32路电压与8路电流信号，这是本次工程建立的主要功能，即实时数据的采集功能。数据的采集过程中离不开对于采样的设置，包括采样开始时间的设置、采样间隔的设置等，同时需要在最后的主控界面中显示包括采样次数、采样周期等数据，再加上工程的实时时间控制主要是利用计算机的时间，这就需要时间的校验功能，所有这些功能要求对应的时间变量的定义。鉴于此，定义了包括大到time、year，小到minute的关于时间的变量。针对于功能参数以及运算参数的设定，定义了包括参数以及显示转换参数等在内的一系列变量，另外历史数据的查询和界面题头的设定功能的实现，也有对应的组对象、主控界面题头等数据变量定义。总之，实时数据库作为CP监测仪软件实现的数据的处理以及交换中心，必须要定义足够的数据变量以保证后续功能的开展，同时也要指定数据的类型、初始值、范围以及注释等，完成了实时数据库中变量的定义之后，才能进行后续的工作。3.3.3 用户窗口的建立对于本次工程中CP监测仪系统针对于LS36-1CEP导管架阴极保护系统的应用过程中，设计了以下几个用户窗口以实现各自的具体功能，用户窗口示意图如图7：图7 CP监测仪系统用户窗口下面对于用户窗口中的每一个具体窗口功能及相关设置进行简要的叙述，以便对整个工程的功能实现有全面系统的了解。第一，采样设置窗口。工程的实现需要完成实时数据的监测，采集数据的过程就是CP监测仪的主要功能设定。但是，对于采样的时间以及采样间隔需要能够智能设定，这样才能够更好地满足实际用户的需求。鉴于此，设定了采样设置窗口，对采样时间和采样间隔进行设置。示意图如图8：图8 动画组态采样设置窗口在此需要注意以下几点：采样开始时间不能超过主控界面中的采样状态栏中的“当前时间”，否则输入被认为非法，系统不会启动。采样状态栏中的“采样间隔”“下次采样时间”“采样次数”等信息继续悬空。采样设置窗口中的“确定”按钮原始状态下不可见，当从下拉框选定采样周期后会自动出现在上图中的位置。当采样开始时间和采样周期符合要求，采样状态栏会自动激活，按设定要求开始持续采样、存储数据，并显示信息。点击采样状态栏中的“取消采样按钮可以终止当前采样，若要再次重启采样，需要调出采样设置窗口重新设置。第二，参数设定窗口。参数设定窗口是对下位机采集系统进行参数设置的窗口。每一台下位机都对应着一套参数，所以需要对每一台下位机进行相应参数的设定，确认参数无误之后才能进行数据的实时采集。在本次工程建立的过程中，对于该项功能主要是涉及，不再展开实现，主要实现数据的采集监测。第三，设定界面题头。一个监测软件的运行需要有明确的指示名称来对当前的工作予以指示，这样就便于用户操作。设定界面题头这项功能主要实现对主控界面左上角标题的更改，初始原标题可以在首次进入主控界面的时候任意设定。当标题需要更改时，点击界面上部菜单栏中的“标题输入”，弹出更改界面，在输入框中键入要修改的标题，点击确定即可完成对于界面题头的设置，示意图如图9:图9 设定界面题头窗口第四，时间校验窗口。对于本工程中的时间主要是与计算机当前时间想对应的，这就需要设定一个具体的用户窗口来执行时间校验的功能。每次开机后，上下位机应该进行一次时间校对。这时只需点击主控界面上方菜单栏的”时间校验”即可，点击后系统会弹出校验窗口，点击“时间校验”按钮即系统即可自动与下位机校对时间，校对成功后会在按钮旁边显示完成信息。校对完成后用户即可退出此窗口。具体示意图如图10：图10 时间校验窗口第五，主控界面窗口。主控界面是整个工程完成显示以及进行动画连接与设置的最重要的窗口。在这里，通过增加各种动画组件来构建与整个系统工程现场画面相一致的模拟画面，同时对于需要采集信息的显示框进行设定，以便在运行环境中更直观地取得监测数据。动画组件的构建也可以给用户一种更加形象地展示。如下图11所示，即为本次CP监测仪针对于LS36-1CEP导管架阴极保护系统的主控界面：图11 主控界面窗口打开工程之后，直接按“F5”键或者点击“文件”菜单下的“进入运行环境”选项，系统就会进入上图中的主控界面。左侧上方为需要采集的数据，包括32路电极电压和8路电流数据，左侧下方为采样状态栏，结合采样设置的具体参数设定进行显示，方便用户进行操作。右侧为LS36-1CEP导管架阴极保护系统的示意图，在这里形象地表达了现场情景，便于用户的理解。如果是首次运行主控界面，需要对显示参数与界面标题进行设定，由于运行系统在开机后需要与下位机设备进行初始化配置。所以在使用时建议先打开下位机数据监测系统后再启动计算机运行环境，开启运行环境后等待大约十秒钟左右，运行环境会完成启动配置工作，并在主控界面中显示实时的监测数据。在首次成功进入运行环境运行工程后，运行程序系统会自动记忆工程路径，之后如果再想进入工程可以直接双击桌面上的运行环境图标即可打开工程。第六，运算参数查询窗口。工程具体执行过程中存在对于参数的设置情况，正如在第二条中指出的那样，在下一次参数设定之前，能够了解一下上一次的参数设定情况具有非常重要的作用。点击主控窗口菜单栏里“运算参数查询”，可以查询全部26个运算参数的实时数值，如下图12所示：图12 运算参数查询窗口第七，历史数据查询窗口。历史数据报表是对以往CP监测仪监测到的历史数据进行再现的方式，在本次工程中，历史数据包括Ag电极数据查询、Zn电极数据查询以及电流数据查询等三项历史数据报表显示。以上各项为各自所实现功能的简要介绍，具体的实现需要结合用户窗口中相关项的属性设置以及运行策略的设置等进行实现。通过属性设置项，使包括采样设置窗口、参数设定窗口、设定界面窗口、时间校验窗口、主控界面、运算参数查询窗口以及历史数据查询窗口在内的这些用户窗口内的相关项与实时数据库中的定义变量对应起来。并且通过文字编辑框输入相关的文字，通过调整使其整齐话，解释清楚每一个相关项的意义。对于一些按钮功能的实现，就要借助于属性中的操作属性项，连接到运行策略中，通过脚本程序的编辑来实现各项相应的功能。在相关项操作属性的设置中，不仅可以设定运行策略的执行，而且可以对应设置打开、关闭、隐藏以及打印某一个用户窗口，这样最终在运行环境中就可以实现一些附加的功能。3.3.4 运行策略的实现运行策略是编辑脚本程序，实现特定功能的平台。利用高级编程语言对运行策略中定义的相关项完成脚本程序的编辑，在通过与其它窗口功能的连接，就可以实现工程中的特定的功能。本次CP监测仪监测工程中的运行策略主要包括启动、循环、退出、采样循环、时间循环、采样数据显示、单片机时间校验、历史数据以及设定数据输入等几个方面，下面针对这几个方面中主要的部分分别进行详尽的介绍：第一，启动策略。启动策略是整个工程运行开始的参数设定以及初始值赋值的过程，在本次CP监测仪系统工程中，包括输入数据显示、距离下次采样时间以及时间校验反馈信息等信息的初始值设定，还有包括采样周期、采样次数、循环控制变量cycle_counter、采样开关以及其它诸如各时间变量的初始值设定。第二，循环策略。数据采集是循环进行的，这就需要用户对于循环过程进行设定，从而使系统能够按照使用者的设置循环运行。在本次工程中的循环策略主要是对时间循环以及采样循环策略的调用。第三，采样循环策略。该功能的实现一定要结合时间循环策略才能实现，通过时间循环策略中的脚本程序来控制采样开关的值，当到了采样时间时，采样开关置1，采样时间完成置1的过程则主要是受当前时间、采样间隔以及上次采样时间共同确定，这样在采样开关的控制下在正确的时间完成采样，同时将采样次数加1.第四，单片机时间校验。每次开机后，上下位机进行一次时间校对之后才能保证系统正常工作。点击主控界面上方菜单栏的”时间校验”即可完成该项工作，点击后系统会弹出校验窗口，校对成功后会在按钮旁边显示完成信息。校对完成后用户即可退出此窗口。而这项功能的实现，则主要是借助于此运行策略中的脚本程序，通过读取相应寄存器中的数据，获得当前计算机的时间并且反馈到工程执行中，并且显示“校对时间发送成功”或者“校对时间发送失败”的反馈信息。第五，历史数据策略。这里历史数据分为三个部分分别显示，包括Ag电极、Zn电极以及电流三项，借助于组对象定义量，首先在运行策略中添加新的策略行，接着借助于存盘数据浏览构件完成对于数据源以及显示属性的设置。以Ag电极为例，数据来源选择MCGS组对象对应的存盘数据表，打开选项选择Ag组对象，接着通过显示属性把添加的表格与实时数据库中的定义变量对应起来，便于后续直观展示，最后对时间条件进行设置，设定好排列序名等选项即可。这部分中的示意图如下图13所示：图13 存盘数据浏览构件属性设置3.3.5 主控窗口的构造主控窗口是一个工程的主要的窗口，作为父窗口。其中所有的用户窗口和设备窗口等都可以涵盖在其中。在本次CP监测仪系统工程中，主控窗口主要包含标题输入、采样设置、显示参数设置、运算参数查询、历史数据以及时间校验等，其中历史数据又包含Ag电极存盘数据、Zn电极存盘数据以及电流存盘数据三个子项。主控窗口功能的实现与最终运行环境中的窗口显示结果直接关联，通过对主控窗口中每一个菜单项的属性设置可以执行菜单操作，其中可以选择执行某一个策略模块或者打开、退出、隐藏某个用户窗口等，这样的设置最后都会表现在运行结果中，完成特定的功能。下面以Ag电极存盘数据为例，通过在历史数据子项里面添加Ag电极存盘数据项，双击“Ag电极存盘数据”打开菜单属性设置框，在菜单属性中更改菜单选项为“Ag电极存盘数据”如下图14所示：图14 Ag电极存盘数据菜单属性设置接着在菜单操作选项中选择执行运行策略块，在其下拉框中选择历史数据_Ag（该运行策略是在运行策略模块中已经定义好的）。如下图15所示：图15 历史数据_Ag菜单操作设置至此，Ag电极存盘数据主控窗口设置完毕，在具体执行过程中选择运行窗口中即可选择历史数据中Ag电极存盘数据的显示。3.3.6 设备窗口的设计基于MCGS软件的上位机系统需要与CP监测仪硬件设备建立连接，这样才能实现对于数据的实时监测。MCGS软件本身内部集合了各式各样的驱动程序，在具体的应用过程中，只需要根据下位机设备类型选择相应的设备构件就可以了。通过相应的设备构件，实现设备与实时数据库之间的通信。既可以把寄存器中采集过来的数据传送到实时数据库，又可以从实时数据库中获得控制数据与下位机通讯，只需要对于设备的性质进行设置就可以了，这就使操作大大简便了。第一，通信设备的连接。在工程中的用户窗口中，通过设备窗口实现与外部设备直接的连接。考虑到本次工程中CP监测仪支持的是MODBUS通信协议，MCGS组态软件与CP监测仪之间的连接必须要遵守同样的通讯协议，因此设备的连接要借助于标准ModbusRTU设备。具体操作过程是先将“通用串口父设备”添加到设备窗口中，然后将ModbusRTU设备添加到设备窗口中并加到通用串口父设备之下。示意图如图16：图16 设备窗口通信设备连接第二，通信参数的设置。设备窗口通信设备连接成功之后，要对通信参数进行设置。这里针对上位机和下位机之间的连接属性进行对应设置，首先双击图16中的标准ModbusRTU设备，打开设备属性设置菜单，然后在基本属性中进行初始工作状态、最小采集周期以及通讯等待时间等数值的设置。具体设置数值如下图17所示： 图17 标准ModbusRTU设备基本属性设置第三，构造数据通道。数据通道是MCGS监测软件与CP监测仪下位机系统之间进行通讯的保障。通过通道，上位机才能够不断从下位机系统中读取实时数据并将其传递到实时数据库中，同时也可以发送一定的控制数据。没有数据通道的构建，就无法实现数据之间的通讯。4 系统运行测试4.1 系统运行测试CP监测仪组态系统的软件设计部分完成，而且通过设备窗口实现了设备之间的连接，接着通过串口线将CP监测仪硬件设备接入，在具体的LS36-1CEP导管架阴极保护系统中进行系统地运行测试，成功实现了对于实时数据的监测，并且可以通过对采样的设置，完成对采样开始时间以及时间间隔的选择，通过历史数据的查询查的存储数据，完整地实现了系统地功能，基于MCGS组态软件的CP监测仪监测软件设计取得了成功。5 总结与展望5.1 完成工作本论文在导师的帮助下，实现了基于MCGS组态软件的CP监测仪监测软件的设计，并且测试取得了成功。在论文的写作过程中，通过查阅资料自学了关于基于PC的可编程逻辑控制器的相关知识，对于工业领域的自动化控制具有更深刻的认识，在具体的选题完成过程中，完成了以下几方面的任务：第一，对于CP监测仪硬件设施的基本原理、结构以及应用等方面的知识进行了深入的了解。对于其硬件连接和系统功能也进行了相关的学习，结合其在LS36-1CEP导管架阴极保护系统中的具体应用，实现了32路电压信号与8路电流的监测，相信后续能够获得更大的扩展。第二，对于MCGS组态软件的使用更加熟练，通过组态软件的设计结合具体的工程操作完成了监测目的，对于组态软件各部分的功能以及操作进行了熟练掌握。同时完成了包括历史数据查询、运行脚本程序设计以及采样设置等方面的任务，收获良多。第三，完成了软硬件连接，并进行了系统测试，获得了成功。5.2 存在的不足及展望MCGS组态软件的功能并不是仅限于本论文中所提到的这些，可是由于工程选择本身的限制以及个人经验等方面的原因制约，在上位机对于下位机的控制以及采集数据之后的报警机制等方面的设计不够，同时对于MCGS组态软件的曲线显示以及安全机制等功能缺少涉及。另外，本次监测软件完成以后，只是在LS36-1CEP导管架阴极保护系统中取得了应用，后续还需要进一步推广。通过本次选题的完成，对于工业控制领域的自动化控制方面有了进一步深刻地了解，MCGS组态软件只是相关软件中的一款，其在上位机的监控系统构建中发挥着重要的作用。走上工作岗位之后，在具体的应用中可以引入基于PC的PLC技术，更好地完成相关的工作，为自己的企业带来效用。参考文献1许世法.基于PC平台的软PLC技术的实现.仪器仪表标准化及计量，2006，第2期.2刘于敏.可编程逻辑控制器的特点和发展.才智，2010，第22期.3Sanjay B.Joshi,Mark R.Supinski.The development of a generic PC-based programmable logic controller simulator.International Journal of Production Research, 1992.4许世法.基于PC的软PLC-上位机系统设计与实现.成都：西华大学，2007.5Quan Liang,Li Li.The Study of Soft PLC Running System.Shenyang:Shenyang University of Technology,2011.6Sang C.Park,Chang Mok Park,Gi-Nam Wang.A PLC programming environment based on a virtual plant.The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2008.7张明嘉，彭乔.CP6型腐蚀速度监测仪研制.全面腐蚀控制，2006，第5期.8郑立群,杨永宽,吴勇华,董俊华,许文虎.一种交流阻抗和弱极化相结合的腐蚀速度测量方法J. 腐蚀科学与防护技术,2006,第6期.9王坚，段振刚，刘雪连.基于MCGS组态软件的电梯监控系统设计.电气应用，2011，第4期.10赵慧萍.基于MCGS的甘油精炼系统的研究.青岛：中国海洋大学，2010.11Yangang Xue,Han Wang,Xingqi Luo,Qiang He.Monitor System Design for Machine Electric Spindle based on MCGS.Journal of Networks,2010.12喻赛花.基于Windows的软PLC系统开发.南京：南京航空航天大学机电学院，2011.13Anonymous.Computer Programming：Research reports on computer programming from Oregon State University provide new insights.Computers,Networks and Communications,2008.14包建华，丁启胜，张兴奎.工控组态软件MCGS及其应用.工矿自动化，2007，第3期.15高丽萍，郑萍.基于MCGS的PLC虚拟控制系统研究.西华大学学报（自然科学版），2006年，第1期.16刘洋，屈虹，汪祥兵，赵然.基于MCGS组态技术的PLC控制系统应用.武汉电力职业技术学院学报，2009，第2期.17屠志平，温志红.基于MCGS组态软件的道岔融雪控制系统研究.铁道通信信号 ,2009,第11期.18冀承凯.基于MCGS组态监控技术的溢流染色机集散控制系统研究.济南：济南大学机械工程，2012. 致谢时光荏苒，不经意间已在海大度过了四个春秋。四年的学习时光匆匆而过，转眼间已临近毕业，面对即将离别的校园、分别的老师同学，唯有用一声“谢谢”来表达对他们的感激之情。首先，我要感谢亓夫君老师，从论文的选题、构思、写作到最终定稿，亓老师都给了我很大的帮助和指导，提出了很多中肯的建议。其次，我要感谢光信息科学与技术课程的任课老师，学校为我提供了学习的可能性，这些老师给了我们学习的机会，让我们在学到宝贵的知识的同时，也感受到了生活中的温暖。我要感谢苗洪利老师、程凯老师在开题答辩过程中，给予我的中肯的建议，让我修正了自己的思路，对于论文的完成至关重要。再次，我要感谢学长、同学们对我完成论文提供了许多帮助，他们为我指出了论文写作过程中的错误，帮我一起分析，正因为他们的帮助，使得我的论文更加完善。最后，我要感谢我的家人，他们在生活中给我的帮助以及学习中对我的鼓励，他们的支持和鼓励永远是我克服困难、不断进取的精神动力和力量源泉!我由衷地感谢他们!我会带着他们的期望和鼓励在未来的学习和工作中，不断进取，继续努力！