MCGS在臭氧监控系统中的应用

作者：高成月
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发布时间：2010-10-28

摘要：详细介绍了MCGS组态软件，并结合计算机组态技术，针对某冷库提出了基于MCGS的臭氧监控系统解决方案。该系统采用MCGS作为上位机监控软件，下位机采用西门子 S7-200 PLC，应用计算机构建动画模拟系统运行，直观、准确地反映系统的实际运行状态。

关键词：MCGS；PLC；数据处理

0 引言

臭氧是一种强氧化剂和催化剂,其灭菌过程属生物化学氧化反应,依靠分解后产生的新生氧的氧化，从而破坏细菌的新陈代谢和繁殖过程，造成其死亡，达到消毒的效果。臭氧杀菌彻底,无残留,可杀灭细菌繁殖体和芽孢、病毒、真菌、霉菌等,并可破坏肉毒杆菌毒素【4】。近年来在饮水消毒、污水处理、食品保鲜、冷冻储藏、医院消毒、家庭消毒等方面得到了越来越多的应用。

在工业自动化领域内，PLC以其可靠性高、抗干扰能力强、结构简单、功能强大，维护方便等特点被广泛应用于自动控制系统中,用于实现现场数据采集与信号处理、逻辑运算，顺序控制等功能,而上位机采用HMI/SCADA软件来完成工业控制状态、流程和参数的显示，实现监控、管理、分析和存储等功能。针对某冷库储存保鲜的需求，我们开发了一套基于PLC以及上位机组态软件MCGS的分布式臭氧监控系统，系统封面窗口见图1。

图1 臭氧监控系统封面窗口

1　MCGS组态软件及其系统构成

MCGS(Monitor and Control Generated System)是由北京昆仑通态自动化软件公司开发的一套基于Windows平台,用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统，为用户提供了解决实际工程问题的完整方案和开发平台,能够完成现场数据采集、实时和历史数据处理、报警和安全机制、流程控制、动画显示、趋势曲线和报表输出及企业监控网络等功能【3】。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，已经在石油化工、电力系统、农业自动化等领域获得成功应用。

1.1　MCGS组态软件整体结构

MCGS软件系统包括组态环境和运行环境两个部分。组态环境相当于一套完整的工具软件,它帮助用户设计和构造自己的应用系统。用户在组态环境中完成动画设计、设备连接、编写控制流程、编制工程打印报表等全部组态工作后，生成扩展名为.mcg的工程文件，即组态结果数据库，其与MCGS运行环境一起，构成了用户应用系统，统称为“工程”。运行环境是用户应用系统的运行环境,在运行环境中完成对工程的控制工作。运行环境按照组态环境中构造的组态工程，以用户指定的方式运行并进行各种处理,完成用户组态设计的目标和功能。MCGS组态环境和运行环境两部分互相独立，又紧密相关,如图2所示【3】。

图2 组态环境和运行环境关系

1.2　MCGS组态软件五大组成部分

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个部分构成,每一部分分别进行组态,完成不同的工作,具有不同的特性,如图3所示【3】。

图3　MCGS组态软件组成部分

● 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。

● 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。

● 用户窗口：主要用于设置工程中人机交互界面,诸如：生成各种动画画面、报警输出、数据与曲线图表等。

● 实时数据库：是工程各个部分数据交换与处理中心，它将MCGS工程的各个部分连成有机整体。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。

● 运行策略：主要完成工程运行流程的控制，包括编写控制程序（if…then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。

2　臭氧监控系统中MCGS的应用

2.1　工程介绍

臭氧监控系统在进行系统精确控制中是不可缺少的，主要检测冷库中臭氧浓度，温度，湿度等数据，特别对数据采集以及信号传输的实时性有较高的要求。

本系统要实现的主要功能[2]：①.实现信号采集与实时监测，包括压力、流量、温度、湿度、电压、电流、功率等;②动画显示阀门运行情况，生成性能参数实时曲线和历史趋势曲线，监测数据归档、数据报表查询及打印；③实现主要性能参数的报警设置、报警信息存储、显示、查询、统计和打印；④通过上位计算机实现阀门控制和阀门起动、停止及故障处理控制。本系统的硬件架构图如图4：

图4 硬件系统架构图

在该冷库臭氧监控系统中,采用MCGS组态软件作为上位机监控软件,实现数据采集、报警输出、报表打印、臭氧系统画面浏览等功能；利用西门子S7-200系列PLC中的CPU 224，并配置EM231模拟量输入单元作为下位机,采集现场数据。上位机和下位机之间使用西门子PPI通讯协议,采用西门子标准的PC/PPI通讯电缆实现PLC和MCGS组态软件之间的通讯。系统结构如图5所示。

图5　臭氧监控系统结构

2.2　数据采集功能的实现

在臭氧监控系统中,PLC负责实时采集来自现场的数据,存储在PLC内部的寄存器中,MCGS组态软件通过上位机的串行通讯口直接访问PLC的寄存器，实现对现场实时数据的存取【1】。

2.2.1　串口父设备属性设置

设置COM口通讯参数：波特率9600,8位数据位,1位停止位,偶校验。

2.2.2　S 7-200(PPI)属性设置【3】

要使MCGS能正确操作PLC设备，需按如下的步骤来使用和设置本构件的属性：

（1）设备名称：根据需要来对设备进行命名，但不能和设备窗口中已有的其它设备构件同名。

（2）采集周期:静态测量时设为1000 ms,在动态测量时设为200 ms;

（3） PLC地址：为总线上挂的PLC的地址;

（4）通信超时时间：根据波特率设定等待时间。波特率为9600时,一般设置超时时间为15~20 ms; 波特率为19200时，设置为5～10 ms。

（5）初始工作状态：设置为“启动”时在,进入MCGS运行环境时,MCGS即自动开始对设备进行操作；设置为“停止”时,MCGS不对设备进行操作，但可以用MCGS的设备操作函数和策略在MCGS运行环境中启动或停止设备。

2.2.3　内部属性设置

内部属性用来设置PLC的读写通道,以便后面进行设备通道连接,从而把设备中的数据送入实时数据库中的指定数据对象或把数据对象的值送入设备指定的通道输出。在臭氧监控系统中，内部属性设置见表一。

表1　PLC通道和MCGS设备通道对应关系

2.2.4　数据处理

在实际应用中，经常需要对从设备中采集到的数据或输出到设备的数据进行处理，从而得到实际需要的工程物理量，如从AD通道采集进来的数据一般都为电压mV值，需要进行量程转换或查表、计算等处理才能得到所需的工程物理量。

MCGS系统对设备采集通道的数据可以进行八种形式的数据处理，包括：多项式计算、倒数计算、开方计算、滤波处理、工程转换计算、函数调用、标准查表计算、自定义查表计算，各种处理可单独进行也可组合进行。如：对设备通道中的输入信号1000~5000mV（采集信号）工程转换成0～100RH（传感器量程）的湿度，则选择第5项工程转换，设置如图6：