基于mcgs的双容水箱液位监控系统设计毕业设计word格式

基于mcgs的双容水箱液位监控系统设计毕业设计word格式内容摘要：

题涉及到的控制系统做简要介绍，分析关于双容水箱系统的基本内容。 并针对设计要用的软、硬件进行了选型。 （ 3）针对设计中用到的硬件设备以及其特点做了简单的介绍。 （ 4）主要针对双容水箱对象，利用 MCGS 监控组态软件，设计组态监控界面，完成显示控制流程，实时曲线，结构框图，历史 曲线，报表打印，报警等功能。 并编写 PID 控制策略。 （ 5）对目前研究工作进行总结并对今后的研究方向进行展望。 第 8 页 共 56 页 组态软件 MCGS 是一套基于 Windows 平台的，用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统。 MCGS 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以及企业监控网络等功能。 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，功能成熟，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。 组态软件中实时数据库的基本工作原理 工业监控组态软件，其根本上是通过人机交互，在系统中配置需要监控的对象。 当监控软件处于运行状态时，能够通过界面系统实时地反映各个被监控对象的状态。 MCGS 的工作原理与一般组态软件的工作原理 是一致的。 其软件模块关系如图 所示。 第 9 页 共 56 页 图 软件总体模块关系 而在软件中需要配置的现场对象复杂多样，与对象的数据交互方式也千差万别，而且数量巨大，这就需要在监控组态软件中有一个实时数据库作为整个系统数据处理、数据组织和管理的核心。 实时数据库系统的功能特性与实时应用的语义紧密相关，故必须首先进行应用分析以明确其性质与要求，从而确定设计目标、功能、特性、系统模型。 在组态软件中，实时数据库的功能和要求又有其不同的特点。 实时数据库管理系统首先是能 够对实时数据库中的“点”信息进行配置，描述数据库中各种数据点的特征、属性，起到数据字典的功能。 因此它需要存储在磁盘中，以便下次启动项目时，不需要重新配置。 这就是实时数据库的组态环境 图形库模块 数据库模块 通信库模块 报警显示 图形显示 实时数据库 历史数据库 数据处理 TCP/IP 通信 MAC MODEM Server 第 10 页 共 56 页 组态功能，它是实时数据库运行系统的基础。 实时数据库运行系统的基本功能就是根据组态数据库的组态信息，构造实时内存数据库、事件库、主动规则库、优先级库、历史数据库及其缓冲区，并根据事务优先级，创建事务处理线程，完成事务处理，且给外部应用提供访问接口。 这些实时组件的构造，其目的是为了构造一种系统机制在该机制的驱动下，尽可能地满足其作为实时数据库 的特点，数据库状态最新，保障时间一致性和实时的、及时的事务处理等。 实时数据库管理系统的运行分为组态状态和运行状态。 其中组态状态和传统数据库的设计状态类似，用于实时数据库组态开发阶段，不考虑实时性问题 :运行状态是实时数据库系统的主要状态，它不同于传统数据库的执行模式，是一种基于优先级的事务执行模式。 一旦系统进入实时运行模式，系统就根据事先定义的事务优先级进行执行，不能动态增减。 因此监控组态软件的实时数据库系统分为以下几个部分：组态数据库 (数据典 )、事件库、主动规则库及其规则编辑系统、优先级库、历史数据库、内存 实时数据库和实时运行系统。 (1) 组态数据库 由于其主要用于系统项目工程的特殊配置，记录项目中的设备配置情况，数据点的属性，时间相关性等，考虑到充分利用操作系统的功能和现有成熟技术的廉价性，采用传统的关系数据库，用于记录组态信息，以便构造实时数据库系统。 如今传统的关系数据库发展比较成熟，各个公司都开发出相应的数据库系统比如 ORACLE, SQLSERVER, ACCESS, FOXPRO 等，为了方便不同数据库的互联，各数据库系统都对统一的数据库访问接口提供了支持，比如 ODBC, DAO, ADO 等。 ADO是目前在 Windows 环境中比较流行的客户端数据库编程技术。 (2) 事件 (报警 )数据库 事件库也可称为报警库。 当系统的 1/0 数据发生故障或故障状态变化 第 11 页 共 56 页 时 (如故障结束时 )，系统的操作站通过声音、文字、变色、图形闪烁等方式通知操作人员，以引起注意。 报警数据库通过报警确定唯一性，记录报警类型、文本信息、音频报警的支持文件、报警条件、响应操作等信息。 报警数据库的功能 :①对从实时数据库中获取的数据对象的值或状态，与报警数据库中的报警设置值进行比较，判断是否产生报警。 ②记录用户对报警的响应。 ③将报警状态及用户对 报警的响应等信息通知整个系统，并将相关信息存入指定的历史数据库。 由于报警数据库主要是针对实时数据进行比较和处理，基于实时数据库完成操作。 在物理层、逻辑层和视图层上的数据模型和处理方式与实时数据管理基本相同，开发工具也相同。 目前广泛使用的工业组态软件将其并入实时数据库。 (3) 主动规则库及其规则编辑系统 报警与否的评测正是主动规则的体现。 对于复杂的情形，某种事务活动有可能与多个数据状态相关，多个数据状态必须满足一定条件，事务活动才能触发执行，因此主动规则库功能如下 : (事件与条件 )； ； ，则触发执行相应的活动。 主动机制规则的编辑是系统组态的一部分。 在运行状态下，也需要载入内存中以提高运行速度，系统线程周期性扫描该规则库，同时触发相应的事务。 (4) 优先级库 其功能在于评测实时数据库系统数据的优先级状态，为事务调度提供依据。 该优先级与数据点的实时特性和现在的时间息息相关，为了满足系 第 12 页 共 56 页 统的时间一致性和定时限制，动态调整优先级，使最需要更新的数据获得系统资源。 从而保证实时性。 (5) 历史数据库 历史数据库是一种时态数据库 ，它存储的是随时间变化的信息，具有时间相关性。 是按一定的策略将实时数据库中的数据值、报警事件、记录事件进行存储，形成一种数据表。 在监控组态系统中，有些数据是需要以时间作为横坐标进行历史存储的，为系统将来的决策提供历史依据。 大规模，频繁的磁盘调度不仅减慢系统的运行，而且也降低磁盘的使用寿命，甚至造成系统瘫痪破坏。 因此历史数据的转储机制也相当重要，为了不丢失历史数据，又减轻磁盘的 I/0重负，引入历史数据的缓冲技术。 缓冲区满，才将数据转储到磁盘上，缓冲区的大小，可以根据系统可用内存和历史数据的采样周期而定。 即便 如此，我们又会看到新的问题，历史数据的数据量是很大的，而磁盘的容量有限，怎样才能保证系统不会因磁盘容限而导致系统瘫痪。 一种是采用数据压缩技术，尽可能使磁盘能存储更大的数据量。 再就是，当磁盘容量到达危险容量值时，做出报警，要求将历史数据转储到别的备份磁盘。 二者结合起来就能保证历史数据的正常转储。 (6) 内存实时数据库 内存实时数据库包含对内存数据库的访问、数据库索引、历史数据缓冲区、内存实时数据的时间戮，以及实时数据本身的各种属性，是系统交互的核心区，系统驱动运行的数据来源。 (7) 实时运行系统 利用 Windows 多线程机制，在多线程内完成事件管理，实时事务优先级分派，实时调度算法 (价值函数评估优先级 )，实时并发控制策略，历史 第 13 页 共 56 页 数据缓冲转储以及主动机制等功。 MCGS 组态软件的系统构成 MCGS 组态软件的整体结构 MCGS 软件系统包括组态环境和运行环境两个部分 ，如图 所示。 组态环境相当于一套完整的工具软件，帮助用户设计和构造自己的应用系统。 运行环境则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。 图 MCGS 组态软件的整体结构 MCGS 组态环境是生成用户应用系统的工作环境，由可执行程序 支持，其存放于 MCGS 目录的 Program 子目录中。 用户在 MCGS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，又称为组态结果数据库，其与 MCGS 运行环境一起，构成了用户应用系统，统称为 “ 工程 ”。 MCGS 运行环境是用户应用系统的运行环境，由可执行程序 支持，其存放于 MCGS 目录的 Program 子目录中。 在运行环境中完成对工程的控制工作。 组态环境： 组态生成 应用系统 运行环境： 解释执行 组态结果 组态 结果 数据 第 14 页 共 56 页 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部分构成。 如图 所示。 每一部分分别进行组态操作，完成不同的工作，具有不同的特性。 图 MCGS 组态软件五大组成部分 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。 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。 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。 工程运行流程的控制 编写控制程序选用功能构件 定义不同类型和名称的变量 设置工程中人机交互的界面 配置 设备 注册设备驱动程序 定义 数据变量 设备窗 口 用户窗口 实时数据库 运行策略 MCGS 工控组态软件 菜单设计 设置工程属性 主控窗口 第 15 页 共 56 页 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：生成各种动画显示界面、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。 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（ if„ then 脚本程序），选用各种功能构件，如：数据提取、历 史曲线、定时器、配方操作、多媒体输出等。 MCGS 组态软件的特点 MCGS组态软件要求在 WINDOWS95,WINDOWS98或 WINDOWSNT操作系统环境下运行。 用户在组态环境下进行系统配置 ,可创建或定义多达 512个用户策略 ,并生成数据库文件在运行环境下运行。 MCGS 工控组态软件具有如下特点 : （ 1） 功能全面、应用灵活 , 提供从 设备驱动、流程控制到数据处理、动画及报表显示、报警输出等一套完整的系统软件 , 并且具有开放性结构 , 用户可以挂接自己的应用程序模块 , 具有良好的通用性和可维护性。 （ 2） 真正的 32位、多任务应用系统 , 该系统支持 WINDOWS的多任务技术 , 有效地优化了计算机资源 , 打印任务作为一个独立工作而运行于后台 , 实现多任务的并行处理。 （ 3） 组态软件与设备无关 , 系统提供各种标准设备驱动程序 , 可与各种工控设备连接。 对不同的外部硬件设备 , 只需提供相应的设备构件 , 系统的其他部分无须任何改动。 第 16 页 共 56 页 （ 4） 以实时 数据库为核心 , 将有关信息以事件的方式发送到系统的各个部分 , 解决了系统中各功能部件的相关性问题。 该方法提高了系统的可靠性和数据处理效率 , 也为其他应用软件进行。