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项目二 加热反应炉系统设计
一、教学目标
终极目标：能够完成MCGS安全机制设定及多台PLC的连接
方法及数字/模拟量的处理，掌握与大型生产设备的组态
控制方式。
促成目标:
1. 掌握上位机界面设计及数字/模拟量的处理方法
2. 掌握组态软件与多台PLC连接
3. 掌握MCGS组态软件安全机制设定
二、工作任务
完成MCGS-S7200加热反应炉监控系统设计
图2-1 加热反应炉监控系统
模块1 工程分析
一、教学目标
终极目标：能完成MCGS工程的分析 。
促成目标:
1. 完成工程分析
2. 定义数据对象
二、工作任务
完成加热反应炉的工程分析
三、能力训练
（一）系统控制要求：
流程:
按启动按钮后，系统运行；按停止按钮后，系统停止。两者信号
总相反。
送料控制
①检测下液面X1、炉内温度X3、炉内压力X4是否都小于给
定值（都为“0”）。若是，则开启排气阀Y1和进料阀Y2。
②当液位上升到上液面X3时，应关闭排气阀Y1和进料阀Y2。
③延时10s，开启氮气阀Y3，氮气进入反应炉，炉内压力上
升。
④当压力上升到给定值时，即X4=1，关断氮气阀，送料结束。
加热反应控制
①接通加热炉电源Y5。
②当温度升到给定值时（此时信号X2=1），切断加热电源，
加热过程结束。
泄放控制
①延时10s，打开排气阀Y1，使炉内压力降到给定值以下
（此时 X4=0）。
②打开泻放阀Y4，当炉内溶液降到下液面以下（此时X1=0），
关闭泻放阀Y4和排气阀Y1。系统恢复到原始状态，准备
进入下一个循环
（二）系统构成：
本加热反应炉监控系统由上位机（MCGS）和下位机
S7200CPU224PLC构成，系统构成示意图如图 所示。
系统的输出/输入变量表
MCGS数据对象一览表
脚本程序
角度=角度+3.14/180*2
IF 角度>=3.14 THEN
角度=-3.14
ELSE
角度=角度+3.14/180*2
ENDIF
日期=$Date
时间=$Time
把“标注”改为：封面动画日期时间。
封面窗口
练习
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（一）理论题
1．组建新工程的一般有哪些步骤？
2．根据系统控制要求列出输出/输入变量表。
（二） 实践题
1．参考图2-1完成加热反应炉监控系统界面设
计。
2．根据表2-2完成MCGS数据对象定义。
模块2 上位机设计
一、教学目标
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终极目标：能完成组态控制上位机设计
促成目标：
1、掌握界面及脚本程序设计。
2、掌握组态策略设计
二、工作任务
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完成加热反应炉的上位机设计
三、能力训练
（一）MCGS界面制作
 1个用户窗口：加热反应炉控制系统。主要包
括：加热炉、加热电阻丝、四个阀、两个液位
传感器、压力传感器、温度传感器、温度计、
压力表、加热指示灯、流动管件、六个控制按
钮。
 3个策略：启动策略、退出策略、循环策略

1．画面建立
 建立“加热反应炉控制系统”工程文件。
 建立“加热反应炉控制” 用户窗口。
 设置“加热反应炉控制” 用户窗口为
启动窗口，运行时自动加载。
2．编辑画面
 文字框图制作
 图形绘制
 构件选取
 整体画面
（二）定义数据对象
（三）动画连接
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按钮的动画设置
SB1、SB2 按钮的动画连接
X1、X2、X3、X4按钮的设置
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构件动画的设置
排气阀、进料阀、氮气阀、泄放阀关断或者打开状
态表示。
温度传感器、压力传感器、上下液面传感器是否达
到设定值的动画变化以及电阻丝的加热状态的动画
表示。
电热丝指示灯的动画设置。
反应炉水位变化及管道流动变化动画设置
温度计和压力表动画属性设置。
（四）控制程序的编写
1． 定时器的使用。
循环策略的组态
定时器构件的设定
理论知识
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数据后处理
MCGS中的数据后处理，其本质上是对历史数
据库的处理，MCGS的存盘历史数据库是原始
数据的基本集合，MCGS数据后处理就是对这
些原始数据的数据操作（修改、删除、添加、
查询等数据库操作），数据后处理的目的是要
从这些原始数据中提炼出对用户真正有用的数
据和信息并以数据报表的形式展示出来。对采
集的工程物理量存盘后，需要对数据库进行操
作和对存盘的数据进行各种统计，以根据需要
作出各种形式的报表。
练习
（一）理论题
 1．什么是数据后处理？有什么作用？
 2. 数据后处理有几种方式？说明MCGS
组态软件数据处理流程。
 （二） 实践题
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1．参考图2-15，完成界面设计，输入
脚本程序，实现模拟运行。
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2．参考图2-28，完成界面设计。
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模块3 上、下位机连接
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教学目标
终极目标：掌握MCGS 与PLC连接。
促成目标：
掌握MCGS设备窗口的设置
掌握设备工具箱的使用
掌握通道连接
工作任务
完成与PLC的连接
掌握MCGS设备窗口的设置
能力训练
控制要求
当“水罐1”的液位达到9米时，就要把“水泵”
关闭，否则就要自动启动“水泵”。当“水罐
2”的液位不足1米时，就要自动关闭“出水
阀”，否则自动开启“出水阀”。当“水罐1”
的液位大于1米，同时“水罐2”的液位小于6米
就要自动开启“调节阀”，否则自动关闭“调
节阀”。
 2策略组态
 在“运行策略”中，双击“循环策略”进入，
双击图标进入“策略属性设置”，如图1-29，
只需要把“循环时间”设为：200ms，
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西门子标准PC\PPI电缆通讯
DIP开关设置
单台PLC与MCGS的PC/PPI
电缆连接
多台PLC与MCGS的PC/PPI 电缆连接
PLC地址设置
PLC地址设置
理论知识
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数据前处理
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，以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。MCGS的数据前处理与
设备是紧密相关的，在MCGS设备窗口下，打开设备
构件，设置其数据处理属性页即可进行MCGS的数据
前处理组态。
六、练习
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（一）理论题
1．什么是数据前处理？有什么作用？
2. 数据后处理有哪几种方式？说明MCGS设备
驱动分类方法。
（二） 实践题
1．完成PLC中的通讯参数和PLC地址设置。
2．完成MCGS PPI 通讯组态。
3．参考图2-41 、图2-43，分别完成通道属性
和通道连接设置。
模块4 下位机设计
教学目标
终极目标：能完成下位机S7_200设计
促成目标：
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能完成下位机S7_200程序设计
掌握S7_200PLC扩展模块的连接方法
工作任务
完成下位机S7_200设计，掌握模拟量处理
方法
三、能力训练
本系统下位机程序设计能完成手动控制及读入模拟
输入量。为考虑知识的全面性，此模块内炉温传感
器、压力传感器和水位均以模拟信号输入方法设计。
PLC模块排列
6ES7
PLC模块排列
理论知识
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S7—200可编程控制器
S7—200可编程控制器是德国西门子公司
研制的一种新型可编程控制器。它工作可
靠，功能强，存储容量大，编程方便，输
出端可直接驱动2A的继电器或接触器的线
圈，抗干扰能力强。S7-200系列小型
PLC(Micro PLC)可应用于各种自动化系统。
紧凑的结构。低廉的成本12．b~功能强大
的指令集使得S7—200 PLC成为各种小型
控制任务理想的解决方案。
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S7-200系列的PLC的编程软件
STEP 7-Micro／WIN 32是S7-200系列的
PLC的编程软件．可以对S7—200的所有
功能进行编程。该软件在WindOW8平台
上运行。基本操作与omce等标准
WindOWS软件相类似，简单、易学。其
基本功能是协助用户完成应用软件任务。
例如创建用户程序、修改和编辑过程中
编辑器具有简单语法检查功能。还可以
直接用软件设置PLC的工作方式、参数
和运行监控。
练习
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（一）理论题
1．S7-200系列的PLC的编程软件是什么？S7-200
CPU控制程序的基本构成元素有哪些
2. MCGS支持哪些系列的PLC？试说出三种。
（二） 实践题
1．参考图2-57、图2-58和图2-59，完成PLC编程。
2．STEP 7-Micro/WIN32的个人计算机和PLC之间建
立通讯，将程序下载至该PLC。
3．参考图图2-56系统自动控制流程，修改组态控制
程序（控制内容可分配到MCGS和S7-200）。
模块5
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安全机制
教学目标
终极目标：掌握MCGS安全机制
促成目标：
掌握操作权限设置
掌握系统权限管理设置，完成用户权限管理、
登录用户、退出登录、修改密码系统、运行
权限等设定
掌握工程加密设计
工作任务
完成加热反应炉安全机制设定
能力训练
1、定义用户和用户组
2、系统权限管理
3、操作权限管理
4、运行时进行权限管理
5、保护工程文件
理论知识
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MCGS为什么要有安全机制？如何进行控制的？
工业过程控制中，应该尽量避免由于现场人为的
误操作所引发的故障或事故，而某些误操作所带
来的后果有可能是致命性的。为了防止这类事故
的发生，MCGS组态软件提供了一套完善的安全
机制，严格限制各类操作的权限，使不具备操作
资格的人员无法进行操作，从而避免了现场操作
的任意性和无序状态，防止因误操作干扰系统的
正常运行，甚至导致系统瘫痪，造成不必要的损
失。
MCGS组态软件的安全管理机制和Windows NT类
似，引入用户组和用户的概念来进行权限的控制。
在MCGS中可以：定义无限多个用户组、每个用
户组中可以包含无限多个用户同一个用户可以隶
属于多个用户组。
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2．如何建立安全机制？
MCGS建立安全机制的要点是：严格规定操
作权限，不同类别的操作由不同权限的人员
负责，只有获得相应操作权限的人员，才能
进行某些功能的操作。例如：
负责人才能进行用户和用户组管理；
只有负责人才能进行“打开工程”、“退出
系统”的操作；
只有负责人才能进行关键设备的控制；
普通操作人员只能进行基本菜单和按钮的操
作。
练习
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（一）理论题
1．S7-200系列的PLC的编程软件是什么？S7-200
CPU控制程序的基本构成元素有哪些
2. MCGS支持哪些系列的PLC？试说出三种。
（二） 实践题
1．参考图2-57、图2-58和图2-59，完成PLC编程。
2．按以下要求设立安全机制：
用户组：管理员组、操作员组
用户：负责人、张工
负责人隶属于管理员组；张工隶属于操作员组
管理员组成员可以进行所有操作；操作员组成员只
能进行菜单、按钮等基本操作
需要设置权限的部分包括：系统运行权限