1 引言
在工业控制领域内，可编程控制器（plc）由于可靠性高、强大的抗干扰能力以及运行维护方便等特点被广泛地得到应用，实现工业现场的数据采集、信号处理以及逻辑运算、顺序控制等功能，而上位机采用人机界面软件来完成工业现场的设备状态参数、工艺流程的显示，实现监控、分析管理等功能。
目前国内环境灯光控制系统种类繁多，传统舞台灯光采用开关机械式控制，人工的控制常常不能很好的满足剧情表达的要求，采用先进的计算机控制技术构建满足多种条件下舞台灯光控制要求的智能化控制系统是舞台照明控制领域的重要的发展方向。针对南京市某舞台灯光控制工程的需求，开发了基于组态软件mcgs的舞台灯光控制系统。
图1 组态环境和运行环境关系
2 组态软件mcgs及其组成
mcgs（monitor and control generated system）是由北京昆仑通态自动化软件公司开发的一套基于windows平台，用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统，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及企业监控网络等功能。组态软件mcgs具有高性能、高可靠性，并且操作简便、可视性较好和可维护性强等突出特点，已经在石油化工、电力系统、农业自动化等众多领域获得广泛应用。
2.1mcgs整体架构
mcgs软件系统包括组态环境和运行环境两个部分。组态环境相当于一套完整的工具软件，它帮助用户设计和构造自己的应用系统。用户在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，即组态结果数据库。组态环境与mcgs运行环境一起，构成了用户应用系统即“工程”。运行环境是用户应用系统的运行环境，在运行环境中完成对工程的控制工作，在该环境中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。mcgs组态环境和运行环境两部分关系如图1所示。
2.2mcgs的组成
mcgs所建立的工程由主控窗口、用户窗口、设备窗口、实时数据库和运行策略五个部分构成，每一部分分别需要进行组态，完成各自不同的工作，mcgs的组成如图2所示。
图2mcgs组态软件组成部分
（1）主控窗口：是工程的主窗口。在其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。
（2）用户窗口：用于设置工程中人机交互界面，如生成各种动画画面、报警输出、数据与曲线图表等。
（3）设备窗口：是连接和驱动外部设备的工作环境。用于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等。
（4）实时数据库：是工程各个部分数据交换与处理中心，将工程的各个部分连成有机的整体。同时定义不同类型以及名称的变量，作为数据采集、数据处理、输出控制、动画连接及设备驱动的对象。
（5）运行策略：用于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、定时器、配方操作、多媒体输出等。
3 舞台灯光系统mcgs的应用
3.1工程介绍
舞台灯光按位置可分为面灯、侧灯、天幕灯和地灯等，灯具的安装采用可移动式电动升降灯杆或灯架。本工程中针对南京市某中型剧场的灯光控制系统进行设计。该剧场拥有面灯50盏，天幕灯12盏，顶灯84盏，地灯11盏，侧灯30盏，吊杆46根。通过本系统实现对各种灯具，吊杆等的精确控制。
舞台灯光系统的工艺要求：①系统的工艺设计和硬件配置要具有综合剧场的使用要求。②系统要具备安全、可靠性。③系统的可扩展性。
系统实现的主要功能：① 实现信号实时采集监测，包括吊杆位置，速度以及灯具的调节等；②动画显示各灯具，吊杆运行状况，生成实时曲线和历史趋势曲线以及测量数据归档、报表的查询及打印工作；③主要参数的报警设置以及信息存储、查询打印等；④ 通过上位机实现舞台灯光的控制及故障处理控制。本系统的组态窗口如图3所示。
图3 系统组态窗口图
在该舞台灯光控制系统中，采用mcgs作为上位机监控软件，用来实现画面浏览、数据采集、报表打印、报警输出；采用西门子s7-200 plc中cpu 224，配置em223数字量输入/输出单元以及em231模拟量输入单元作为下位机，采集来自现场数据。上位机和下位机之间使用西门子ppi通讯协议，采用西门子pc/ppi通讯电缆实现mcgs和plc组态软件之间的通讯。
根据不同的场景选择不同的控制模式，运用基本指令以及步进顺控、移位循环、数据处理等功能指令实现不同的变幻效果。s7-200 plc的外围硬件驱动各种灯具采用可控硅控制，通过plc驱动的微型继电器的触点控制可控硅的门极，由微调电阻调节灯光的强弱。控制系统结构如图4所示。
图4舞台灯光控制系统结构
3.2封面窗口动画功能的实现
4 数据采集功能的实现
在舞台灯光控制系统中，plc实时采集来自现场的数据，存储在plc内部的寄存器。而mcgs组态软件通过上位机的串行通讯口直接访问plc的寄存器，实现对现场实时数据的存取。设备窗口是mcgs系统与外部设备建立联系的后台作业环境，负责驱动外部设备，控制外部设备的工作状态。系统把外部设备的运行数据采集进来，送入实时数据库，供其它部分调用，并且把实时数据库中的数据输出到外部设备，从而实现对外部设备的操作与控制。
4.1设置串口父设备属性
设置com口通讯参数：波特率9600，8位数据位，偶校验，1位停止位。
4.2设置s 7-200（ppi）属性
要使mcgs能正确操作plc设备，需按如下的步骤来使用和设置本构件的属性：
（1）设备名称：根据需要来对设备进行命名。
（2）采集周期：在动态测量时设为200 ms，静态测量时设为1000 ms;
（3） plc地址：为总线上挂的plc的地址;
（4）通信超时时间：根据波特率设定等待时间。波特率为9600时，设置超时时间为15~20 ms；波特率为19200时，设置为5～10ms。
（5）初始工作状态：设置为“停止”时，mcgs不对设备进行操作，但可使用mcgs的设备操作函数和策略在mcgs运行环境中启动或停止设备。设置为“启动”时，在进入mcgs运行环境时，mcgs即自动开始对设备进行操作。
4.3设置内部属性
用来设置plc的读写通道，以便实现设备通道连接，把设备中的数据送入实时数据库中的指定数据对象或把数据对象的值送入设备指定的通道输出。在舞台灯光控制系统中，内部属性部分设置见附表。
4.4数据处理
在实际应用中，各种监控设备通常会产生大量的生产数据，这要求组态软件具有强大的数据处理能力，一方面为现场的操作员提供实时可靠的图形和曲线等，同时也为企业的管理人员提供各种类型的数据报表，为企业管理提供可靠的资料。舞台灯光控制系统可以实现对现场实时数据的采集，数据的存盘，供需要查看时调用。
5 结束语
mcgs组态软件在舞台灯光控制系统中得到了成功应用，实现了实时数据浏览、报警输出、历史数据趋势显示以及存储等功能。值得特别指出的是：为了进一步增加系统安全可靠性，可以考虑增加一台热备用的计算机进行监控。因此，本文为创建高效、实用的舞台灯光控制系统提供了一套较为完美的解决方案。