利用S7-300系列可編程控制器和其他硬件組建多點接口網(wǎng)絡(luò)（MPI），通過工控組態(tài)軟件MCGS和MPI，實現(xiàn)可編程控制器與上位機之間的通訊連接，成功地開發(fā)了流化焚燒爐自動監(jiān)控系統(tǒng)。實際運行證明，該系統(tǒng)準(zhǔn)確、可靠，應(yīng)用效果較好。 1、引言 隨著工業(yè)自動化程度的日益提高，可編程控制器（PLC）的使用越來越普及。PLC以其高可靠性、易操作性、靈活性、對現(xiàn)場環(huán)境要求不高而倍受青睞。但是，PLC作為單獨的監(jiān)控系統(tǒng)有其局限性，主要表現(xiàn)為，無法大量存儲數(shù)據(jù)、無法顯示各種實時曲線和歷史曲線、無法顯示漢字和打印漢字報表，沒有良好的用戶界面。隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，工控組態(tài)軟件的出現(xiàn)，彌補了PLC控制系統(tǒng)的不足。在工業(yè)現(xiàn)場大量使用的以工控組態(tài)軟件為開發(fā)平臺的計算機監(jiān)控系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)主要表現(xiàn)在，計算機作為監(jiān)控系統(tǒng)中的上位機，而下位機常常選用PLC作為現(xiàn)場級的控制設(shè)備，用于數(shù)據(jù)采集和控制。上位機則利用工控組態(tài)軟件來完成采集信號的存儲、處理、分析，利用屏幕畫面，對整個系統(tǒng)的所有設(shè)備進行實時監(jiān)視，畫面中的各類參數(shù)具有實時性，還可對運行過程進行干預(yù)控制等。 昆侖通態(tài)計算機研究所開發(fā)的MCGS工控組態(tài)軟件，充分考慮了國內(nèi)工控領(lǐng)域的具體情況，吸收了國外同類產(chǎn)品的優(yōu)點，通用性強，品質(zhì)高，價位低，是國產(chǎn)優(yōu)秀的工控組態(tài)軟件之一。現(xiàn)將其應(yīng)用于流化焚燒爐的自動控制系統(tǒng)中。 2、MCGS的主要功能及特性 MCGS是一套基于Window95／98／2000／Me／NT操作系統(tǒng)的，用于快速構(gòu)造和生成上位機監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件系統(tǒng)。它為用戶提供了從設(shè)備驅(qū)動、數(shù)據(jù)采集到數(shù)據(jù)處理、報警處理、流程控制、動畫顯示、報表輸出等解決實際工程問題的完整方案和操作工具。MCGS組態(tài)軟件具有多任務(wù)、多線程功能，其系統(tǒng)框架采用VC++語言編程，通過OLE技術(shù)向用戶提供VB編程接口，提供豐富的設(shè)備驅(qū)動構(gòu)件、動畫構(gòu)件、策略構(gòu)件，用戶可隨時方便地擴充系統(tǒng)的功能。 MCGS的主要特性如下： （1） 功能全面、應(yīng)用靈活、具有開放性結(jié)構(gòu)。用戶可以掛接自己的應(yīng)用程序模塊，具有良好的通用性和可維護性。 （2） 實時性強，良好的并行處理性能。MCGS是真正的32位系統(tǒng)，充分利用了32位Windows操作平臺的多任務(wù)技術(shù)，按優(yōu)先級分時操作的功能，以線程為單位對在工程作業(yè)中實時性強的關(guān)鍵任務(wù)和實時性不強的非關(guān)鍵任務(wù)進行分時并行處理，使PC機廣泛應(yīng)用于工程測控領(lǐng)域成為可能。 （3） 提供豐富的設(shè)備驅(qū)動程序，通過ActiveDLL把設(shè)備驅(qū)動掛接在系統(tǒng)中，能夠快速地開發(fā)出集圖像、聲音、動畫于一體的漂亮、生動的工程畫面。 （4） MCGS強大的網(wǎng)絡(luò)功能可把TCPIP網(wǎng)、485422423網(wǎng)、Modem網(wǎng)結(jié)合在一起，構(gòu)成大型的監(jiān)控系統(tǒng)和管理系統(tǒng)。 （5） MCGS以O(shè)LE自動化技術(shù)為基礎(chǔ)的開放式擴充接口，允許用戶使用VB來快速編制各種設(shè)備驅(qū)動構(gòu)件、動畫構(gòu)件和各種策略構(gòu)件，通過OLE接口，用戶可以方便地定制自己特定的系統(tǒng)。 （6） MCGS組態(tài)軟件充分利用數(shù)據(jù)庫技術(shù)來保存數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)，提高了系統(tǒng)的可靠性和運行效率，同時也使其他應(yīng)用軟件系統(tǒng)能直接處理數(shù)據(jù)中的存盤數(shù)據(jù)。 （7） MCGS提供了完善的安全機制，具有4級安全保密機制。為多個不同級別用戶設(shè)定不同的操作權(quán)限，還提供了工程密碼、鎖定軟件狗、工程運行期限等功能，以保護組態(tài)開發(fā)者的成果。 3、流化焚燒爐主要監(jiān)控參數(shù) 本系統(tǒng)流化焚燒爐主要監(jiān)控參數(shù)有：水泵流量、污水量、熱風(fēng)溫度、填料塔進口溫度、填料塔出水溫度、主燃燒室出口溫度、回料溫度、對流管束中部溫度、爐膛出口溫度、省煤氣進口溫度、省煤氣出口溫度、空預(yù)器出口溫度、一次風(fēng)風(fēng)壓、二次風(fēng)風(fēng)壓、爐膛負壓、空預(yù)器入口風(fēng)壓、引風(fēng)機前負壓、填料塔入口壓力、料塔第一料層壓力、料塔第二料層壓力、汽包水位、爐膛火焰、引風(fēng)機轉(zhuǎn)速、鼓風(fēng)機電機電流、引風(fēng)機電機電流、水泵電機電流、燃燒器電機電流、排渣電機電流、送料電機電流、鼓風(fēng)機電機功率、引風(fēng)機電機功率、水泵電機功率、燃燒器電機功率、排渣電機功率、送料電機功率、鼓風(fēng)機耗電量、引風(fēng)機耗電量、水泵電機耗電量、燃燒器電機耗電量、排渣機耗電量、送料機耗電量等。 系統(tǒng)中有6臺變頻器分別用于控制鼓風(fēng)機、引風(fēng)機、水泵電機、燃燒器電機、排渣電機及送料電機。變頻器同PLC之間采用PROFIBUS總線協(xié)議方式通訊。CPU315-DP獲取引風(fēng)機電機耗電量的程序為： CALL SFC 15 LADDR : = # W# 16# 10C RECORD: = P# DB5. DBX16.0 BYTE8 RET_VAL:= MW82 A BR = # temp0 A # temp0 ; JNB_001 CALL SFC 14 LADDR:= # W# 16# 10C RET_VAL:= M W 84 RECORD := P# DB5. DBX24.0 BYTE8_001:ABR = # temp1 A（ A # temp1 A（ L M W 84 L 0 = I ） JNB_002 L DB5.DBD 28 T # DB5.DBD52 SET SAVE CLR _002:ABR ） JNB_003 L0 T DB5.DBD 28 _003:NOP0 4、硬件與通訊 德國西門子公司的可編程控制器在功能和使用上有了很多改進，性能價值比更優(yōu)。它主要包括S7-200、S7-300和S7-400三種產(chǎn)品。S7的網(wǎng)絡(luò)有以下幾種典型類型：多點接口網(wǎng)絡(luò)（MPI）、工業(yè)以太網(wǎng)、PROFIBUS現(xiàn)場總線和TCPIP協(xié)議網(wǎng)絡(luò)。S7-300PLC流化焚燒爐自動控制系統(tǒng)采用的是多點接口網(wǎng)絡(luò)（MPI）。該接口既是編程接口又是數(shù)據(jù)通訊接口，使用S7協(xié)議，通過此接口PLC與上位計算機之間可進行數(shù)據(jù)傳輸，從而構(gòu)成MPI網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備被稱為節(jié)點，每個節(jié)點有唯一的MPI地址，該地址是在S7-300硬件組態(tài)中設(shè)置的。系統(tǒng)中S7-300PLC通過RS485轉(zhuǎn)RS232適配器6ES7972-0CA23-0XA0轉(zhuǎn)換后連接至上位機。流化焚燒爐自動控制系統(tǒng)中，上位機監(jiān)控選用國內(nèi)著名品牌聯(lián)想商用機，這樣通過工控組態(tài)軟件MCGS和多點接口MPI網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)PLC與上位機之間的通訊連接。在實際中，使用MCGS組態(tài)軟件和PLC通訊之前，還要安裝軟件。在安裝光盤的support目錄下找到“prodavedisk1setup.exe”和“prodave完全版”，若已安裝STEP7，則只要再裝“prodave完全版”。安裝以后，用程序prodave-S7-miniPG-PC interface設(shè)置屬性。按select鈕，選中PCAdapter加入到右框，再點擊properties按鈕，選中programmingdevicePCistheonlymaster。因為是PC-Adapter，則應(yīng)該選擇一個串行口COM1或COM2。注意波特率的設(shè)置應(yīng)與實際中使用的PCAdapte設(shè)置的波特率一致。若上述過程無誤，則可以在MCGS中使用S7300的MPI驅(qū)動程序。該驅(qū)動程序用于MCGS操作和讀寫西門子S7-300系列PLC設(shè)備的DB數(shù)據(jù)塊、輸入、輸出和中間寄存器。 若是讀寫DB塊，必須事先用編程軟件下載DB塊到PLC中，否則通訊狀態(tài)會為1，表示通訊失敗。 5、MCGS工控組態(tài)軟件組態(tài)過程 由MCGS組態(tài)軟件生成的用戶應(yīng)用系統(tǒng)，由主控窗口、設(shè)備窗口、用戶窗口、實時數(shù)據(jù)庫和運行策略五個部分構(gòu)成。主控窗口是工程的主框架，負責(zé)調(diào)度和管理用戶窗口；設(shè)備窗口是連接和驅(qū)動外部設(shè)備的工作環(huán)境；用戶窗口主要用于設(shè)置工程中人機交互的界面；實時數(shù)據(jù)庫是工程各個部分數(shù)據(jù)交換與處理中心，它將MCGS工程的各個部分連成有機的整體；運行策略主要完成工程運行流程的控制。有關(guān)組態(tài)過程重點介紹下面幾點。 5.1 系統(tǒng)菜單和系統(tǒng)參數(shù)組態(tài) 在MCGS的“主控窗口”中，按流化焚燒爐自動控制系統(tǒng)的要求，對其系統(tǒng)菜單和系統(tǒng)參數(shù)進行定義和設(shè)置。本系統(tǒng)主控窗口主要設(shè)置：參數(shù)設(shè)置窗口包括系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置、手動運行和顯示校正參數(shù)設(shè)置；系統(tǒng)運行信息包括監(jiān)控主窗口和設(shè)備運行信息瀏覽；報警信息包括實時報警信息瀏覽和歷史報警信息瀏覽等；采樣數(shù)據(jù)包括壓力流量采樣數(shù)據(jù)瀏覽和溫度采樣數(shù)據(jù)瀏覽等；安全管理包括更改密碼、用戶登錄、退出登錄、用戶管理等；系統(tǒng)退出選項包括退出系統(tǒng)和關(guān)閉計算機等。 5.2 數(shù)據(jù)采集功能的實現(xiàn) 在流化焚燒爐自動控制系統(tǒng)中，PLC負責(zé)實時采集來自現(xiàn)場的數(shù)據(jù)，并存儲在PLC內(nèi)部的寄存器中；MCGS組態(tài)軟件通過上位機的串行通訊口直接訪問PLC的寄存器，實現(xiàn)對現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)的存取。 串口父設(shè)備屬性設(shè)置：作為下位機的PLC設(shè)備對于MCGS來說屬于串口設(shè)備，本系統(tǒng)設(shè)置的COM口通訊參數(shù)其波特率為9600，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位，偶校驗。 S7-300PLC屬性設(shè)置：PLC的機架號為0；PLC的槽號為2；PLC的站地址為2；其采集周期為靜態(tài)測量時1000ms，快速測量時200ms；初始工作狀態(tài)設(shè)置為“啟動”時，即進入MCGS運行環(huán)境，MCGS自動開始對設(shè)備進行操作。 內(nèi)部屬性設(shè)置：用來設(shè)置PLC的讀寫通道，以便進行設(shè)備通道連接，從而把設(shè)備中的數(shù)據(jù)送入實時數(shù)據(jù)庫中的指定的數(shù)據(jù)對象，或把數(shù)據(jù)對象的值送入設(shè)備指定的通道輸出。 數(shù)據(jù)處理：從PLC設(shè)備中輸入的數(shù)據(jù)是特定范圍的電流、電壓等物理意義的值，必須進行相應(yīng)的轉(zhuǎn)換，才能得到具有實際意義的工程數(shù)據(jù)。MCGS組態(tài)軟件數(shù)據(jù)處理功能，除了工程轉(zhuǎn)換計算還可完成多項式、倒數(shù)、濾波、函數(shù)調(diào)用、標(biāo)準(zhǔn)查表計算等數(shù)據(jù)處理運算，實現(xiàn)強大的數(shù)據(jù)處理功能。 5.3 MCGS腳本程序 腳本程序是組態(tài)軟件中的一種內(nèi)置編程語言引擎。當(dāng)某些控制和計算任務(wù)通過常規(guī)組態(tài)方法難以實現(xiàn)時，通過使用腳本語言，能夠增強整個系統(tǒng)的靈活性，解決其常規(guī)組態(tài)方法難以解決的問題。例如本系統(tǒng)中運行策略的部分腳本程序為： CommState. AlmComment = CommState.Comment M 10_1.Alm Comment = M10_1.Comment M 10_2.Alm Comment = M10_2.Comment M 10_3.Alm Comment = M10_3.Comment M 10_4.Alm Comment = M10_4.Comment M 10_5.Alm Comment = M10_5.Comment M 10_6.Alm Comment = M10_6.Comment M 10_7.Alm Comment = M10_7.Comment IF!len（!Get Current User（））>0THEN 用戶窗口.frmMsg.lblUser.Text="用戶:"+!GetCurrentUser（） ELSE用戶窗口.frmMsg.lblUser.Text="用戶:未登錄" ENDIF IF!Instr（1，strMsg.Value，"設(shè)備名稱:"）=1 THEN strMsgExt.Value=";單擊查看設(shè)備詳細信息。" ENDIF IF CommState=0 THEN SYSOFFLine=0 ELSE SYSOFFLine=1 ENDIF 6、節(jié)省組態(tài)軟件IO點數(shù)的方法 幾乎所有的工控組態(tài)軟件，銷售時都按不同的輸入輸出點數(shù)劃分定價，例如32點學(xué)習(xí)版、64點、128點、256點、512點、1024點和不限點工程版等，價格相差較大。顯然，降低所使用的組態(tài)軟件IO點數(shù)，可降低整個工程成本，具有很大的現(xiàn)實意義。本系統(tǒng)所購置的MCGS為128點，而實際應(yīng)用中大于128點，通過自編程序進行處理，從而滿足要求。例如，監(jiān)控主控窗口各設(shè)備運行狀態(tài)時，可通過對各設(shè)備進行編號，還可通過使用MCGS系統(tǒng)內(nèi)部函數(shù)實現(xiàn)節(jié)省組態(tài)軟件IO點數(shù)。下面是通過查詢設(shè)備號，顯示其運行狀態(tài)的程序。 IF DevMode=3 THEN intComTmp.Value=!Val（!Mid（!I2Bin（AllOutDW），6，1）） IF IntComTmp.Value = 1 THEN Dev State.Value="-狀態(tài):運行" ELSE DevState.Value="-狀態(tài):停止" ENDIF DevMsg0.Value= "運行頻率:"+!Str（DB1_DBW36）+"Hz" DevMsg1.Value= "流量:"+!Str（DB2_DBW20）+"" ENDIF IF DevMode= 8 THEN DevState.Value="-狀態(tài):正常" DevMsg0.Value="進口溫度:"+!Str（DB1_DBW04）+"℃" DevMsg1.Value="出口溫度:"+!Str（DB1_DBW06）+"℃" DevMsg2.Value="進水溫度:"+!Str（DB1_DBW08）+"℃" DevMsg3.Value="出水溫度:"+!Str（DB1_DBW10）+"℃" DevMsg4.Value="入口壓力:"+!Str（DB2_DBW14）+"Pa" DevMsg5.Value="第一料層壓力:"+!Str（DB2_DBW16）+"Pa" DevMsg6.Value="第二料層壓力:"+!Str（DB2_DBW18）+"Pa" ENDIF IF DevMode= 15 THEN DevState.Value="-狀態(tài):正常" DevMsg0.Value="溫度:"+!Str（DB1_DBW30）+"℃" IF!Val（!Mid（!I2Bin（AllOutDW），15，1））=1THEN DevMsg1.Value="加熱器:正在工作" ELSE DevMsg1.Value="加熱器:停止工作" ENDIF ENDIF 用戶窗口.frmDevDetail.Caption=用戶窗口. frmDevDetail.lblDev.Text+DevState 用戶窗口.f rmDevDetail.lblMsg0.Text=DevMsg0 用戶窗口.frmDevDetail.lblMsg1.Text=DevMsg1 用戶窗口.frmDevDetail.lblMsg2.Text=DevMsg2 用戶窗口.frmDevDetail.lblMsg3.Text=DevMsg3 用戶窗口.frmDevDetail.lblMsg4.Text=DevMsg4 用戶窗口.frmDevDetail.lblMsg5.Text=DevMsg5 用戶窗口.frmDevDetail.lblMsg6.Text=DevMsg6 ’IF!Instr（1，DevState.Value，"停止"）>0 THEN frmDevDetail.cmdON.Visible=1 ’IF!Instr（1，DevState.Value，"啟動"）>0 THEN frmDevDetail.cmdOFF.Visible=1 7、結(jié)束語 MCGS工控組態(tài)軟件以其優(yōu)異的特性在流化焚燒爐自動控制系統(tǒng)中獲得了成功的應(yīng)用。該軟件為創(chuàng)造高效、實用的計算機監(jiān)控系統(tǒng)提供了一套完整的解決方案。我們將在此基礎(chǔ)上建立各種數(shù)據(jù)模型進行優(yōu)化設(shè)計，以提高燃燒效率和爐溫及床溫的穩(wěn)定控制，進一步開發(fā)新型船舶焚燒爐。 參考文獻 [1] 陽憲惠.現(xiàn)場總線技術(shù)及其應(yīng)用.北京:清華大學(xué)出版社，1999.110～132 [2] 北京昆侖通態(tài)自動化軟件科技有限公司.MCGS用戶手冊.2003. [3] 北京昆侖通態(tài)自動化軟件科技有限公司.MCGS參考手冊.2003. [4] 單亞娟，鄭建勇，張如瑤.基于組態(tài)軟件的水廠自動化系統(tǒng)設(shè)計.控制工程，2002，9（6）:35