作者：刘长国,黄俊强
出版社：机械工业出版社
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MCGS嵌入版组态应用技术试读：
绪论
在学习本门课程前，首先了解以下几个工控概念及基础知识。
1.什么是组态
在使用工控软件过程中，我们经常提到“组态”一词，组态英文是“Configuration”，其意思就是用应用软件中提供的工具、方法，完成工程中某一具体任务的过程。
组态这个概念不好理解，考虑到我们大脑绝大部分功能的实现是通过“联想”，因此，我们用“组态”与“组装”进行对照。
如要“组装”一台计算机，事先提供了各种型号的主板、机箱、电源、CPU、显示器、硬盘、光驱等，我们的工作就是用这些部件拼凑成自己需要的计算机。当然软件中的“组态”要比硬件的“组装”有更大的发挥空间，因为它一般要比硬件中的“部件”更多，而且每个“部件”都很灵活，因为软部件都有内部属性，通过改变属性就可以改变其规格（如大小、形状、颜色等）。
2.国内国外组态技术的发展状况
长期以来，中国的组态软件市场都是由国外的产品占主导，中国本土的组态软件进入国际市场还有很长的路要走，需要具有综合优势。中国的工程公司、自动化设备生产商在国际市场取得优势对中国的组态软件进入国际市场具有一定的推动作用。以北京昆仑通态自动化软件科技有限公司为代表的MCGS拥有自主产权的组态软件的崛起已经让国人感到兴奋不已。
目前主流的组态软件有以下几种。
●MCGS 北京昆仑通态科技有限公司。
●组态王 北京亚控科技发展有限公司。
●力控 北京三维力控科技有限公司。
●世纪星 北京世纪佳诺科技有限公司。
●inTouch 美国Wonderware公司，世界第一个工控软件。
●Ifix 美国GE Intellution公司。
●WinCC 西门子公司。
北京昆仑通态自动化软件科技有限公司网址：http：//www.mcgs.com.cn/。可在该网址下载最新版本的软件及了解最新的产品信息和技术支持。
3.组态软件发展方向
工业自动化组态软件发展有两方向，一方面是向大型平台软件发展，例如直接从组态软件发展成大型的CIMS（计算机集成制造系统）、ERP（企业资源计划）系统等；另一方面是向小型化发展，由通用组态软件演变为嵌入式组态软件，可使大量的工业控制设备或生产设备具有更多的自动化功能，促使自动化信息化“两化融合”程度快速提升，因此嵌入式方向发展机会更多、市场容量更大。MCGS嵌入版组态软件和TPC系列触摸屏得到了主流工控硬件企业大力支持，技术解决方案深受用户的好评。
4.什么是人机界面（HMI）
人机界面也叫作“人机接口”（又称用户界面或使用者界面），英文是Human Machine Interface，缩写为HMI。人机界面是系统和用户之间进行交互和信息交换的媒介，它实现了信息的内部形式与人类可以接受形式之间的转换。凡参与人机信息交流的领域都存在着人机界面。
5.人机界面（HMI）产品的组成
人机界面产品的定义：连接可编程序控制器（PLC）、变频器、直流调速器、仪表等工业控制设备，利用显示屏显示，通过输入单元（如触摸屏、键盘、鼠标等）写入工作参数或输入操作命令，实现人与机器信息交互的数字设备，由硬件和软件两部分组成。硬件部分包括处理器、显示单元、输入单元、通信接口、数据存储单元等，其中处理器的性能决定了HMI产品的性能高低，是HMI的核心单元。根据HMI的产品等级不同，处理器可分别选用8位、16位、32位的处理器。HMI软件一般分为两部分，即运行于HMI硬件中的系统软件和运行于PC的画面组态软件（如JB-HMI画面组态软件）。使用者都必须先使用HMI的画面组态软件制作“工程文件”，再通过PC和HMI产品的串行通信口，把编制好的“工程文件”下载到HMI的处理器中运行。
6.人机界面（HMI）产品的使用方法
首先明确监控任务要求，选择适合的HMI产品。然后在PC上用画面组态软件编辑“工程文件”，测试并保存已编辑好的“工程文件”，再将PC连接HMI硬件，下载“工程文件”到HMI中，连接HMI和工业控制器（如PLC、仪表等），实现人机交互。
7.如何学习本门课程
教育心理学中指出，我们学习一个月后，仍然记忆和掌握知识的比例图如下图所示。可知学习过程不但要听、看、操作，还要复习巩固、适时应用和帮助别人。希望同学们在本门课程的学习过程中，不但要自己努力，还要发挥团队合作精神，通过学习不同的案例，掌握组态不同的应用，真正掌握本门课程的主要知识点。
第一篇 MCGS嵌入版组态软件初级应用
本篇主要介绍TPC7062K触摸屏与MCGS全中文组态软件的简单使用方法，并通过具体实例，以最简单、最快捷的方式，让用户轻松实现与三菱PLC的通信连接。本篇分为四个项目：项目1主要认知MCGS嵌入版组态软件及TPC7062K系列触摸屏；项目2主要以三菱PLC为例认知TPC7062K与PLC的硬件连接；项目3在安装MCGS嵌入版组态软件后，通过下载一个组态案例到TPC7062K，并实现与PLC的通信，从而认知TPC7062K与PLC的通信操作；项目4通过几个MCGS嵌入版组态的电动机控制工程，掌握MCGSTPC与PLC通信的设置及巩固电动机控制线路安装与调试的系统工程。
项目1 MCGS嵌入版组态软件及TPC7062K触摸屏应用
昆仑通态已经成功推出MCGS组态软件的三大系列产品，分别是MCGS通用版组态软件、MCGS网络版组态软件和MCGS嵌入版组态软件。三大产品风格相同，功能各异；三个产品完美结合，融为一体，形成了整个工业监控系统中完整的软件产品体系结构，完成了工业现场从设备采集、工作站数据处理和控制，到上位机网络管理和Web浏览的所有功能，是企业实现管控一体化的理想选择。如图1-1所示的企业管控一体化示意图，包括了MCGS组态软件的三大系列产品。
处于整个监控系统最上层的是MCGS网络版组态软件。MCGS网络版组态软件主要完成整个系统的信息收集和发布，即把位于其监控之下的所有监控站点的数据通过各种复杂的网络结构，最终集中在由MCGS网络版组态软件构成的网络服务器中，是企业从现场监控到企业网络监控、网络管理的一个重要的工具，是实现企业现代化管理的必备手段。
处于整个监控系统中间层的是MCGS通用版组态软件。MCGS通用版组态软件主要完成通用工作站的数据采集和加工、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等日常性监控事务。
处于整个监控系统最下层的是MCGS嵌入版组态软件。MCGS嵌入版组态软件主要完成现场数据的采集、前端数据的处理与控制。MCGS嵌入版组态软件与其他相关的硬件设备结合，可以快速、方便地开发成各种用于现场采集、数据处理和控制的设备。图1-1 企业管控一体化示意图
嵌入式系统不仅在传统的工业控制和商业管理领域有极其广泛的应用空间，如智能工控设备、POS/ATM机和IC卡等，而且在信息家电领域的应用也具有极为广泛的潜力，例如机顶盒、网络电视、网络冰箱、网络空调等众多的消费类和医疗保健类电子设备，在车载盒、智能交通等领域的应用也呈现出前所未有的生机。MCGS嵌入版组态软件，成为国内嵌入式组态软件的首开先河者。MCGS嵌入版组态软件是基于RTOS（Real-Time Operating System）实时系统的专门应用于嵌入式操作系统的组态软件，用户只需要通过简单的组态就可构造自己的应用系统，从而将用户从烦琐的编程中解脱出来，使用户在使用嵌入式系统时更加得心应手。任务1.1 认知MCGS嵌入版组态软件
任务目标
1）认知北京昆仑通态公司的MCGS软件主要功能及其组成。
2）了解MCGS嵌入版组态软件的组态开发环境和模拟运行环境两大体系结构。
任务计划
以学生为中心，制定合适的教学方法及教学手段，让学生了解北京昆仑通态公司的MCGS嵌入版组态软件的主要功能及应用场合。在网上学习比较各类组态软件，进入网站上关于工控组态软件的BBS站点，从中了解其发展历程。
任务实施
MCGS嵌入版组态软件是昆仑通态公司专门开发用于MCGSTPC的组态软件，主要完成现场数据的采集与监测、前端数据的处理与控制。MCGS嵌入版组态软件与其他相关的硬件设备结合，可以快速、方便地开发各种用于现场采集、数据处理和控制的设备。如可以灵活组态各种智能仪表、数据采集模块，无纸记录仪、无人值守的现场采集站、人机界面等专用设备。
1.MCGS嵌入版组态软件的主要功能
●免费：超强功能的无限点组态软件免费用。
●兼容：7.7版本软件向下兼容，支持全系列产品，兼容Windows7-64位系统。
●低耗：应用于嵌入式计算机，仅占16M系统内存。
●通信：支持串口、网口等多种通信方式，支持MPI直连、PPI187.5K。
●驱动：提供了800多种常用设备的驱动。
●报表：多种数据存盘方式，多样报表显示形式，满足不同现场需求。
●曲线：支持实时、历史、计划等多种曲线形式，同时历史曲线的显示性能提升了10倍。
●动画：可实现逼真的动画效果，同时支持JPG、BMP图片，满足对容量和画质的不同需求。
●配方：配方名称支持中文，任意读写，支持配方导入导出，在线操作。
●下载：支持高速网络在线下载，支持U盘离线更新工程。
●安全：可设置工程密码、操作权限密码、运行期限等安全机制。
●简化：新增公共窗口，去除双击功能，简化组态流程。
●开放：用户可以自己编写驱动程序、应用程序，支持个性化定制，内置打印机功能。
●稳定：优化启动属性，内置看门狗，易用，可在各种恶劣环境下长期稳定运行。
●功能：提供中断处理，定时扫描可达毫秒级，提供对MCGSTPC串口、内存、端口的访问。
●存储：高压缩比的数据压缩方式，保证数据完整性，失电存储初值，100亿次以上擦写。
总之，MCGS嵌入版组态软件具有与通用组态软件一样强大的功能，并且操作简单，易学易用。
2.MCGS嵌入版组态软件的组成
MCGS嵌入版生成的用户应用系统，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，如图1-2所示。图1-2 MCGS嵌入版五个组成部分
这五部分均在如图1-3所示软件“工作台”窗口页面中，调取和选用都很方便。图1-3 “工作台”窗口的五部分（1）主控窗口构造了应用系统的主框架
主控窗口确定了工业控制中工程作业的总体轮廓，以及运行流程、特性参数和启动特性等项内容，是应用系统的主框架。（2）设备窗口是MCGS嵌入版系统与外部设备联系的媒介
设备窗口专门用来放置不同类型和功能的设备构件，实现对外部设备的操作和控制。设备窗口通过设备构件把外部设备的数据采集进来，送入实时数据库，或把实时数据库中的数据输出到外部设备。（3）用户窗口实现了数据和流程的“可视化”
用户窗口中可以放置三种不同类型的图形对象：图元、图符和动画构件。通过在用户窗口内放置不同的图形对象，用户可以构造各种复杂的图形界面，用不同的方式实现数据和流程的“可视化”。（4）实时数据库是MCGS嵌入版系统的核心
实时数据库相当于一个数据处理中心，同时也起到公共数据交换区的作用。从外部设备采集来的实时数据送入实时数据库，系统其他部分操作的数据也来自于实时数据库。（5）运行策略是对系统运行流程实现有效控制的手段
运行策略本身是系统提供的一个框架，里面放置由策略条件构件和策略构件组成的“策略行”，通过对运行策略的定义，使系统能够按照设定的顺序和条件操作任务，实现对外部设备工作过程的精确控制。
3.嵌入式系统的体系结构
嵌入版组态软件的组态环境和模拟运行环境相当于一套完整的工具软件，可以在PC上运行。嵌入版组态软件的运行环境则是一个独立的运行系统，它按照组态工程中用户指定的方式进行各种处理，完成用户组态设计的目标和功能。运行环境本身没有任何意义，必须与组态工程一起作为一个整体，才能构成用户应用系统。一旦组态工作完成，并且将组态好的工程通过USB口下载到嵌入式一体化触摸屏的运行环境中，组态工程就可以离开组态环境而独立运行在TPC上。从而实现了控制系统的可靠性、实时性、确定性和安全性等。
学习成果检查对比成绩检查情况表（表1-1）表1-1 检查对比表（续）任务1.2 认知TPC7062K触摸屏
任务目标
1）认知MCGSTPC嵌入式一体化触摸屏结构、工作原理。
2）嵌入式MCGSTPC的行业应用。
3）认知MCGSTPC嵌入式一体化触摸屏硬件接口。
任务计划
以学生为中心，制定合适的教学方法及教学手段，让学生了解MCGSTPC嵌入式一体化触摸屏结构、硬件接口、工作原理。督促学生利用图书馆、网络、数据库等信息工具收集MCGSTPC嵌入式一体化触摸屏行业应用等。
任务实施
触摸屏（TPC）主要完成现场数据的采集与监测、处理与控制。触摸屏与其他相关的输入输出硬件设备结合，可以快速、方便地开发各种用于现场采集、数据处理和控制的设备。如可以灵活组态各种智能仪表、数据采集模块，无纸记录仪、无人值守的现场采集站、人机界面等专用设备。
MCGSTPC的产品TPC7062KX（TPC7062K系列产品）是一套以嵌入式低功耗CPU为核心（主频400MHz）的高性能嵌入式一体化触摸屏。该产品设计采用了7英寸高亮度TFT液晶显示屏（分辨率800×480），四线电阻式触摸屏（分辨率4096×4096）。同时还预装了MCGS嵌入版组态软件（运行版），具备强大的图像显示和数据处理功能。
1.TPC7062K八大优势
■高清：800×480分辨率，享受精致、自然、通透的视觉体验。
■真彩：65535色数字真彩，丰富的图形库，享受高品质画质。
■可靠：抗干扰性能达到工业III级标准，采用LED背光永不黑屏。
■配置：ARM9内核、400M主频、64M内存、128M存储空间。
■软件：MCGS全功能组态软件，支持U盘备份恢复，功能更强大。
■环保：低功耗，整机功耗仅6W。
■时尚：7英寸宽屏显示、超轻、超薄机身设计，引领简约时尚。
■服务：立足中国，全方位、本土化服务。
2.TPC7062K产品外观及外部接口
TPC7062K产品外观及外部接口（以TPC7062KX为例）如图1-4所示。图1-4 TPC7062KX产品外观及外部接口示意图（1）接口说明
TPC7062K产品接口说明如表1-2所示。表1-2 TPC7062K产品接口说明（2）串口定义
串口（DB9）引脚定义如图1-5所示。图1-5 串口（DB9）引脚定义图示
3.TPC7062K启动
使用24V直流电源给TPC供电，开机启动后屏幕出现“正在启动”提示进度条，此时不需要任何操作，系统将自动进入工程运行界面，过程如图1-6所示。图1-6 TPC7062K启动过程示意
学习成果检查对比成绩检查情况表（表1-3）表1-3 检查对比表
归档及结果应用
1.人机界面与人们常说的“触摸屏”的区别
从严格意义上来说，两者是有本质上的区别的。因为“触摸屏”仅是人机界面产品中可能用到的硬件部分，是一种替代鼠标及键盘部分功能，安装在显示屏前端的输入设备；而人机界面产品则是一种包含硬件和软件的人机交互设备。在工业中，人们常把具有触摸输入功能的人机界面产品称为“触摸屏”，但这是不科学的。
2.人机界面和组态软件的区别
人机界面产品，包含HMI硬件和相应的专用画面组态软件，一般情况下，不同厂家的HMI硬件使用不同的画面组态软件，连接的主要设备种类是PLC。而组态软件是运行于PC硬件平台、Windows操作系统下的一个通用工具软件产品，和PC或工控机一起也可以组成HMI产品；通用的组态软件支持的设备种类非常多，如各种PLC、PC板卡、仪表、变频器、模块等设备，而且由于PC的硬件平台性能强大（主要反映在在速度和存储容量上），通用组态软件的功能也强很多，适用于大型的监控系统中。
练习与提高
1）平板电脑、触摸屏手机、自动柜员机（ATM）功能与工控触摸屏的区别？
2）常见的触摸屏有哪些？分别用在什么场合？HMI的含义是什么？
项目2 TPC7062K与PLC的硬件连接
项目目标
1）掌握TPC7062K与组态计算机连接。
2）掌握TPC与三菱PLC的通信接线，认知与其他主流PLC的通信接线。
项目计划
以学生为中心，制定合适的教学方法及教学手段，让学生掌握TPC与三菱PLC的通信接线，认知与其他主流PLC的通信接线。进入网站上关于工控组态硬件连接的BBS站点，从中了解相关信息。
项目实施
1.TPC7062K与组态计算机连接
TPC7062K与组态计算机的连接如图2-1所示。图2-1 TPC7062K与组态计算机连接
2.TPC7062K与三菱PLC的接线
TPC7062K与三菱PLC的接线如图2-2所示。本教材以后的案例，如不特殊说明，均以三菱PLC为例。图2-2 TPC7062K与三菱PLC的接线
3.TPC7062K与其他主流PLC的接线
TPC7062K与另外两款主流PLC西门子S7-200、欧姆龙PLC通信方式接线方式如图2-3和图2-4所示。图2-3 TPC7062K与西门子S7-200通信方式接线图2-4 TPC7062K与欧姆龙PLC通信方式接线
学习成果检查对比成绩检查情况表（表2-1）表2-1 检查对比表
归档及结果应用
昆仑通态触摸屏与各种主流PLC通信线型号是否相同，上网查阅各种型号通信线的价格及使用方法。
练习与提高
1）PLC和触摸屏通信不上时，如何查找故障点？
2）触摸屏同时与不同厂家PLC连接时，如何实现通信？请上网查阅相关信息。
项目3 MCGS嵌入版组态软件安装与工程下载
任务3.1 MCGS嵌入版组态软件安装任务目标
1）掌握组态软件嵌入版MCGS V7.7的安装方法。
2）掌握组态软件嵌入版MCGS V7.7的安装步骤。
任务计划
以学生为中心，制定合适的教学方法及教学手段，让学生亲自动手安装MCGSV7.7组态软件嵌入版。在网上学习比较各类组态软件，进入网站上关于工控组态软件的BBS站点，从中了解安装过程中可能出现的问题。
任务实施
第一步：启动计算机系统。
第二步：在光盘驱动器中插入MCGS软件的安装光盘，插入光盘后系统自动运行Auto-Run.exe安装程序，也可以通过光盘中的AutoRun.exe启动安装程序。还可以到北京昆仑通态自动化软件科技有限公司网站（http：//www.mcgs.com.cn/）下载最新版本的免费软件，单击AutoRun.exe启动安装程序。在出现图3-1的安装页面中，选择安装MCGS组态软件嵌入版。图3-1 MCGS组态软件嵌入版的选择安装页面
第三步：开始安装。单击“安装MCGS组态软件嵌入版”按钮，弹出安装程序窗口如
图3-2所示。单击“下一步”按钮，启动安装程序。图3-2 MCGS组态软件安装程序窗口
第四步：选择MCGS软件安装路径。按提示步骤操作，随后，安装程序将提示指定安装目录，用户不指定时，系统默认安装到“D：\MCGSE”目录下，建议使用默认目录，如图3-3所示，系统安装大约需要几分钟。图3-3 MCGS软件安装路径
第五步：安装设备驱动。MCGS嵌入版主程序安装完成后，继续安装设备驱动，在如图3-4所示的驱动安装询问对话框中选择“是”按钮。
第六步：安装所有驱动设备。MCGS嵌入版安装对话框中，选择“所有驱动”，如图3-5所示，单击“下一步”按钮进行安装。
第七步：完成安装。选择好后，按提示操作，MCGS驱动程序安装过程大约需要几分钟；安装过程完成后，系统将弹出如图3-6所示的对话框提示安装完成，提示是否重新启动计算机，选择重启计算机后，完成安装。
安装完成后，Windows操作系统的桌面上添加了如图3-7所示的两个快捷方式图标，分别用于启动MCGS嵌入版组态环境和模拟运行环境。图3-4 “驱动安装询问”对话框图3-5 “MCGS嵌入版驱动安装”对话框图3-6 重新启动计算机图3-7 两个快捷方式图标
同时在Windows开始菜单中也添加了如图3-8所示相应的程序组。图3-8 MCGS组态相应的程序组
学习成果检查对比成绩检查情况表（表3-1）表3-1 检查对比表
练习与提高
1）MCGS V7.7版本安装后在桌面产生两个快捷方式图标，各是什么作用？
2）如何进行驱动安装？如何理解要安装驱动设备？任务3.2 工程下载
任务目标
1）掌握连接TPC7062K和PC的方法。
2）掌握组态软件工程下载方法。
任务计划
以学生为中心，制定合适的教学方法及教学手段，让学生亲自动手完成工程下载。在网上学习“下载配置”页面各选项的功能。掌握连机运行与模拟运行的区别。
任务实施
1）将如图3-9所示的普通的USB线，一端为扁平接口，插到计算机的USB口，一端为微型接口，插到TPC端的USB2口。
2）打开一个成功的案例工程，单击工具条中的下载按钮，进行下载配置。在图3-10中选择“连机运行”，连接方式选择“USB通信”，然后单击“通信测试”按钮，通信测试正常后，单击“工程下载”，下载过程如图3-11所示。图3-9 PC与TPC的连接线图3-10 “下载配置”对话框
3）下载后自动进入到组态运行环境，运行效果图如图3-12所示。从而完成人机交互的控制功能。
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]