基于MCGS組態(tài)軟件計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

　　0、引言

　　隨著科技的發(fā)展，傳統(tǒng)的DDC(Direct Digital Contro1)系統(tǒng)已經(jīng)無(wú)法適應(yīng)現(xiàn)代系統(tǒng)的控制要求。集散型控制(Distributed Control System)是解決現(xiàn)代大型系統(tǒng)控制的有效方法，它的實(shí)質(zhì)是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行集中監(jiān)視、操作、管理和分散控制的一種新型控制技術(shù)，具有通用性強(qiáng)、系統(tǒng)組態(tài)靈活、控制功能完善、數(shù)據(jù)處理方便、顯示操作集中、人機(jī)界面友好、安裝簡(jiǎn)單規(guī)范化、調(diào)試方便、運(yùn)行安全可靠等特點(diǎn)。

　　1、集散控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

　　如圖l所示，是以一臺(tái)計(jì)算機(jī)為監(jiān)控總站，下轄多臺(tái)可編程序控制器PLC，每臺(tái)PLC又可以同時(shí)控制多架升降機(jī)，這樣就組成了一個(gè)大型的集散控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了一個(gè)MINI型集散控制系統(tǒng)，采用兩臺(tái)PLC進(jìn)行控制，每臺(tái)PLC分別控制一架升降機(jī)。在此基礎(chǔ)上很容易擴(kuò)展成一個(gè)大型的集散控制系統(tǒng)。

　　圖1 集散控制系統(tǒng)

　　2、升降機(jī)模型設(shè)計(jì)

　　升降機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。升降機(jī)的支架由鋁板加工成“幾”字形結(jié)構(gòu)，將直流電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)電路安裝在支架底座的鋁板上，把檢測(cè)轎箱位置的傳感器安裝在垂直鋁板的左側(cè)壁，便于檢測(cè)到轎箱的位置信號(hào)。升降機(jī)結(jié)構(gòu)模型，采用直流電機(jī)帶動(dòng)滑輪作為主動(dòng)輪，在升降機(jī)支架的上端再安裝一個(gè)滑輪作為從動(dòng)輪，用一根棉線拴在兩個(gè)滑輪之間，帶動(dòng)轎箱上下運(yùn)動(dòng)。

　　圖2 升降機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

　　3、PLC對(duì)升降機(jī)的控制

　　該設(shè)計(jì)利用可編程控制器FX2N[1，21，考慮到只設(shè)計(jì)了外呼叫信號(hào)，升降機(jī)運(yùn)行規(guī)則如下(以三層為例)：

　　當(dāng)轎箱停于一層或二層時(shí)，按三層呼叫按鈕，則轎箱上升至三層限位開(kāi)關(guān)停止。

　　當(dāng)轎箱停于三層或二層時(shí)，按一層呼叫按鈕，則轎箱下降至一層限位開(kāi)關(guān)停止。

　　當(dāng)轎箱停于一層時(shí)，按二層呼叫按鈕，則轎箱上升至二層限位開(kāi)關(guān)停止。

　　當(dāng)轎箱停于三層時(shí)，按二層呼叫按鈕，則轎箱下降至二層限位開(kāi)關(guān)停止。

　　當(dāng)轎箱停于一層，而二層和三層按鈕均有人呼叫時(shí)，轎箱上升至二樓限位開(kāi)關(guān)時(shí)，暫停2 s后，繼續(xù)上升至三樓限位開(kāi)關(guān)停止。

　　當(dāng)轎箱停于三層，而二層和一層按鈕均有人呼叫時(shí)，轎箱下降至二樓限位開(kāi)關(guān)時(shí)，暫停2 s后，繼續(xù)下降至一樓限位開(kāi)關(guān)停止。

　　轎箱在上升的過(guò)程中，任意反方向的呼叫無(wú)效。反之依然。

　　現(xiàn)以轎箱在一樓，二樓三樓都呼叫為例，分析部分程序如圖3中的a)、b)所示：

　　圖3 程序分析圖

　　1) 設(shè)置上升時(shí)的中間繼電器(停電保持用)

　　二樓呼叫開(kāi)關(guān)X004有效后，停電保持繼電器M600置位;

　　轎箱到了二樓后，二樓限位開(kāi)關(guān)X001被觸發(fā)，M600復(fù)位;

　　三樓呼叫開(kāi)關(guān)X006有效后，停電保持繼電器M601置位;

　　轎箱到了三樓后，三樓限位開(kāi)關(guān)X002被觸發(fā)，M601復(fù)位。

　　2) 轎箱在一樓，二樓三樓都呼叫

　　(1) 停電保持繼電器M600和M601都有效后(二樓、三樓同時(shí)有呼叫)，輸出MO有效(驅(qū)動(dòng)電機(jī)正轉(zhuǎn))，并且?guī)ё员！Ｖ钡睫I箱到了二樓，二樓限位開(kāi)關(guān)X001觸發(fā)，才使MO失效;

　　(2) 轎箱到了二樓，二樓限位開(kāi)關(guān)X001觸發(fā)時(shí)間繼電器TO開(kāi)始計(jì)時(shí)2 s;

　　(3) 2 S后，時(shí)間繼電器開(kāi)關(guān)TO閉合，M1有效(驅(qū)動(dòng)電機(jī)正轉(zhuǎn))，并自保。直至轎箱到了三樓，三樓限位開(kāi)關(guān)X002觸發(fā)，才使M1失效。

　　可以在三菱的編程軟件FXGPWIN中畫(huà)出梯形圖，再轉(zhuǎn)換成指令，利用編程線SC09把程序固化到PLC中。

　　4、PLC與升降機(jī)的連接

　　樓層限位開(kāi)關(guān)x0、X1、X2及樓層外呼叫按鈕x3、X4、X6，作為輸入信號(hào)，輸出為控制直流電機(jī)正反轉(zhuǎn)。實(shí)物連線如圖4所示。

　　圖4 PLC與升降機(jī)模型的連線圖

　　在連接限位開(kāi)關(guān)(GK122)時(shí)，利用PLC自帶的24 V電源來(lái)供電，考慮到點(diǎn)亮發(fā)光二極管需要2O mA左右的電流，故在電路中串了一個(gè)1 k Q的電阻。直流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)可以由“H”型電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，當(dāng)YO、Y4有輸出時(shí)，電機(jī)正轉(zhuǎn);Y10、Y14有輸出時(shí)電機(jī)反轉(zhuǎn)。

　　5、MCGS監(jiān)控界面設(shè)計(jì)

　　MCGS (Monitor and Control Generated System，通用監(jiān)控系統(tǒng))是一套用于快速構(gòu)造和生成計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件， 它能夠在基于Microsoft的各種32位Windows平臺(tái)上運(yùn)行，通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集處理，以動(dòng)畫(huà)顯示、報(bào)警處理、流程控制和報(bào)表輸出等多種方式向用戶提供解決實(shí)際工程問(wèn)題的方案。

　　MCGS系統(tǒng)由五大功能模塊組成，主要的功能模塊以構(gòu)件的形式來(lái)構(gòu)造，不同的構(gòu)件有著不同的功能，且各自獨(dú)立。三種基本類型的構(gòu)件(設(shè)備構(gòu)件、動(dòng)畫(huà)構(gòu)件、策略構(gòu)件)完成TMCGS系統(tǒng)三大部分(設(shè)各驅(qū)動(dòng)、動(dòng)畫(huà)顯示和流程控制)的所有工作。

　　6、PLC與MCGS的通信連接

　　PLC與Pc的連線如圖5所示， 采用RS485通信。圖中一臺(tái)Pc機(jī)下轄兩臺(tái)PLC，使用FX一485PC—IF適配器，把PC機(jī)過(guò)來(lái)的RS232C信號(hào)轉(zhuǎn)化成RS485信號(hào)，通過(guò)機(jī)能擴(kuò)充板FX2N 485 BD連接到PLC，再連接到升降機(jī)。另一并聯(lián)支路中的FXON一485ADP和FX2N-CNV-BD所實(shí)現(xiàn)的功能和FX2N-485-BD相同。按這種方式構(gòu)成的系統(tǒng)，最多可設(shè)l6個(gè)子站，當(dāng)只用適配器時(shí)，可延長(zhǎng)距離500 m，如使用機(jī)能擴(kuò)充板則為50 m。

　　圖5 PLC與PC的連接

　　RS485的連線可以是一對(duì)或兩對(duì)導(dǎo)線。根據(jù)用途來(lái)決定連線的方法，本設(shè)計(jì)采用的是兩對(duì)導(dǎo)線連接方式。

　　為了建立PLC與MCGS的通信連接，可以在PLC編程軟件FKGPWIN的菜單“PLC/串行口設(shè)置” 中設(shè)置通信地址和通信參數(shù)，也可以在軟件中直接用編程(MOV指令)來(lái)實(shí)現(xiàn)，按RS485規(guī)定具體設(shè)置是：

　　波特率設(shè)為9 600 bit/s，數(shù)據(jù)位設(shè)為7位，l位起始位，2位停止位，偶校驗(yàn)，采用協(xié)議1。用編程軟件設(shè)置如圖6：

　　圖6 編程軟件設(shè)置

　　其中在D8121中設(shè)置通信地址，兩架升降機(jī)的地址分別設(shè)為0和l，在D8120中設(shè)置通信參數(shù)。同時(shí)在MCGS的設(shè)備窗口中也要進(jìn)行同樣的設(shè)置，才能建立通信連接。

　　進(jìn)一步還要建立PLC的輸入、輸出量與MCGS的數(shù)據(jù)庫(kù)中對(duì)應(yīng)變量的通道連接，這樣才能實(shí)現(xiàn)升降機(jī)實(shí)物模型與監(jiān)控界面中的升降機(jī)同步運(yùn)動(dòng)，因?yàn)閿?shù)據(jù)是同步采集的。

　　7、調(diào)試

　　經(jīng)過(guò)調(diào)整直流電機(jī)的供電電壓和MCGS中定時(shí)器的定時(shí)循環(huán)時(shí)間，MCGS監(jiān)控畫(huà)面中的升降機(jī)已經(jīng)可以和PLC控制的升降機(jī)實(shí)物同步運(yùn)行并實(shí)施監(jiān)控。

　　8、結(jié)論

　　該設(shè)計(jì)雖然只是個(gè)MINI型集散控制系統(tǒng)，但它可以很容易的擴(kuò)展成一個(gè)大型的集散控制系統(tǒng)，具有很強(qiáng)的通用性。隨著控制規(guī)模的擴(kuò)大，控制要求的提高，集散控制漸漸成為自動(dòng)控制領(lǐng)域中很重要的一種控制方式。尤其是與PLC結(jié)合在一起，再運(yùn)用具有強(qiáng)大同步監(jiān)控功能的MCGS組態(tài)軟件進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，更是具有廣闊的應(yīng)用前景。