- 选题的目的及意义
基于组态软件 MCGS 和三菱 Fx2N 系列 PLC 的三螺杆泵性能测试台监控系统具有良好的人机交互操作界面，能够高效、快速地对各个设备运行状态的检测，在测试过程中，上位机监控系统能通过自动和手动两种方式控制测试台油路管道系统的开关，实时显示油路系统阀门的运行状态，实时显示测试台中各硬件设备的运行情况；在测试过程中，若发生故障，监控系统能够及时报警提醒工作人员进行检查，并及时停止硬件系统的运行，保证测试安全；该监控系统采用工控组态软件MCGS和可编程控制器相结合方式，上位机界面操作简单方便，控制准确度高，能大幅度降低人工劳动强度，提高生产效率，为进行大规模的产品自动检测做好准备，适用于各类型三螺杆泵的在线性能测试，满足工业化生产的要求。
- 课题的研究现状
伴随着科学技术的迅猛发展，自动化技术已成为当代举世瞩目的高技术之一。近年来,PLC 的出现解决了传统继电器控制线路接线繁琐、检查调试困难、适应性差等问题，PLC 以其高的可靠性和适用性,在工业控制领域的应用越来越广泛。利用 MCGS 组态软件制作一套和控制项目相结合的仿真界面,把它和 PLC程序运行建立通讯,同步运行。这样,我们在故障调试时就可直观、形象地看到问题所在。MCGS 是北京昆仑通态公司研制的用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统，广泛应用于石油、钢铁、橡胶、煤矿、电力、航空、建筑等多种工程领域。本课程采用将 PLC 和 MCGS 组态软件技术相结合方法在实际生产中得到大量的应用,例如：1.中央空调系统实时监控系统设计,该工程属于新建项目，将实现楼宇设备的自动控制，达到对图书馆内的水、电、空调、通风、高低压配电等系统进行监测、控制和科学管理，以实现舒适、安全、高效、节能的目的。其中中央空调系统由制冷系统、风机盘管加新风系统组成。针对该工程项目所设计的中央空调控制系统，运用 MCGS 软件工具对该图书馆中央空调控制系统进行组态监控设计，包括各主要监控界面及其控制管理功能设计，构造出的组态人机界面生动、友好，功能齐全，充分满足工程需要。2.电机测控系统设计，MCGS 组态软件通过设备驱动程序从现场硬件设备获取实时数据，对数据进行必要的加工后，一方面以图形的方式直观地显示在上位机屏幕上，另一方面按照组态要求和操作人员的指令将控制数据送给现场硬件设备，对执行机构实施控制或调整控制参数。以 MCGS 工控组态软件为平台与 PLC 技术结合，实现对电动机运行状态的计算机图形测控，不但能实时地显示电动机运行状态，具有很好的可视性，并且能在保证性能的条件下明显缩短设计周期，大大降低研究开发成本。实践证明，在MCGS 组态软件下实现PLC 电机运行状态测控，是一种提高电机控制系统效益的好方法，具有较高的应用价值。3.反渗透水处理监控系统设计，根据本反渗透水处理工艺流程和监控要求，选择使用西门子 S7-200 CN PLC。该 PLC 的处理器模块是 CPU 224XP，可扩展到 248 点数字量 I /O 或 35 路模拟量 I /O，最多有 30 KB程序和数据存储空间，2 个 RS-485 通信口，有 PID 自整定功能。这种新型的 CPU 增强了该 PLC 在运动控制、过程控制、位置控制、数据监视和采集以及通信方面的功能 充分满足该控制需求。上位机为工控计算机，运行稳定可靠。此监控系统利用了工控机组态软件的强大数据处理和图形表现能力，PLC 抗干扰能力强、适用于工业现场的特点，实现了数据的集中管理、自动控制、故障报警等多种功能，且人机界面操作简明快捷。在实际联机运行中，实现了设备的全自动化控制，提高了水质处理合格率，减轻了运行人员的负担，提高了设备的可靠性和水厂运行的安全性、经济性。
三、课题研究内容介绍
现代工业生产中，三螺杆泵因其可变量输送、自吸能力强、可逆转、能输送含固体颗粒的液体等特点，被广泛应用于石油、化工、机械、能源、食品、勘探、船舶等各工业领域中。根据各行业不同的使用需求，螺杆泵生产企业也在不断开发新产品以适应市场需要，而三螺杆泵性能的优劣会直接影响其工作性能和输送效率，因此对三螺杆泵进行性能测试就非常重要。目前的三螺杆泵性能测试以手工测量为主，自动化程度低，测量结果精确性较差，远不能满足新品开发和研制的要求。
本课题拟设计一套基于PLC和工控组态软件MCGS的三螺杆泵性能测试台监控系统。在测试过程中，上位机监控系统能通过自动和手动两种方式控制测试台油路管道系统的开关，实时显示油路系统阀门的运行状态，实时显示测试台中各硬件设备的运行情况；在测试过程中，若发生故障，监控系统能够及时报警提醒工作人员进行检查，并及时停止硬件系统的运行，保证测试安全；该监控系统采用工控组态软件MCGS和可编程控制器相结合方式，上位机界面操作简单方便，控制准确度高，能大幅度降低人工劳动强度，提高生产效率，为进行大规模的产品自动检测做好准备，适用于各类型三螺杆泵的在线性能测试，满足工业化生产的要求。本课题研究的具体内容如下：
1、通过查阅资料和阅读各类文献，了解三螺杆泵性能测试台的基本结构、油路管道构成、油泵测试过程及相关测试参数等；
2、明确三螺杆泵性能测试台监控系统的详细要求，实现对测试台油路系统的远程控制，包含油路各阀门的开关切换和运行状态实时显示，测试台中电机、传感器等运行状态监控和实时显示；构建监控系统并设计系统的控制流程图；
3、学习和使用工控组态软件MCGS，构建性能测试台监控系统的上位机界面，控制各条油路管道电磁阀的开关、切换及显示运行状态，控制测试电机、传感器等的运行状态；操作界面要求简单直观，能够实现所有控制要求，具有较好的人机交互性；编写组态运行程序，实现监控系统的模拟自动运行和调试；监控系统应具有报警功能，保证加工过程的安全性、稳定性和准确性；
4、学习和了解可编程控制器PLC的基本结构、运行原理和使用；根据监控系统的监控要求，统计输入/输出点数，选用合适的三菱Fx2N PLC控制单元；完成PLC接口端子和基本电路的排列布置；编写PLC控制流程图；学习和掌握三菱PLC的编程软件GX Developer，编写监控系统下位机运行程序并进行调试；实现与上位机之间的信号通讯；
