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。

处于整个监控系统中最上层的是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，也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、报警和安全机制设置、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。

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，而且在智能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实时操作系统（Real-Time Operating System，RTOS）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MCGS软件的主要功能及其组成。

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，让学生了解昆仑通态公司的嵌入版组态软件的主要功能及应用场合。在网上学习并比较各类组态软件，访问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的用于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，以及无纸记录仪、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格式图片，满足对容量和画质的不同需求。

● 配方：配方名称支持中文，可任意读写，支持配方导入、导出及在线操作。

● 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这五部分构成，如图1-2所示。

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。

（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并送入实时数据库，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被送入实时数据库，系统其他部分操作的数据也来自实时数据库。

（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，其中放置了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，系统能够按照设定的顺序和条件来操作任务，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

嵌入式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。嵌入式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^[1]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。

学习成果检查表（见表1-1）

拓展与提升

下面简单介绍一下MCGS嵌入版与通用版的异同。

1.嵌入版与通用版的相同之处

（1）相同的操作理念

嵌入版和通用版一样，组态环境都是简单直观的可视化操作界面，通过简单的组态实现应用系统的开发，不需要具备计算机编程的知识，就可以在短时间内开发出一个运行稳定的、具备专业水准的计算机应用系统。

（2）相同的人机界面

嵌入版的人机界面和通用版的人机界面基本相同。可通过动画组态来反映实时的控制效果，也可进行数据处理，形成历史曲线、报表等，并且可以传递控制参数到实时控制系统。

（3）相同的组态平台

嵌入版和通用版的组态平台是相同的，都可运行于Windows等操作系统。

（4）相同的硬件操作方式

嵌入版和通用版都是通过挂接设备驱动来实现和硬件的数据交互，这样用户不必了解硬件的工作原理和内部结构，通过设备驱动的选择就可以轻松地实现计算机和硬件设备的数据交互。

2.嵌入版与通用版的不同之处

虽然嵌入版和通用版有很多相同之处，但嵌入版和通用版是适用于不同控制要求的，所以二者之间又有明显的不同。

（1）与通用版相比，性能不同

① 功能作用不同：虽然嵌入版中也集成了人机交互界面，但嵌入版是专门针对实时控制而设计的，应用于实时性要求较高的控制系统中，而通用版组态软件则主要应用于实时性要求不高的监测系统中，它的主要作用是用来做监测和数据后台处理，比如动画显示、报表等。当然，对于完整的控制系统来说二者都是不可或缺的。

② 体系结构不同：嵌入版的组态和通用版的组态都是在通用计算机环境下进行的，但嵌入版的组态环境和运行环境是分开的，在组态环境下组态好的工程要下载到嵌入式系统中运行，而通用版的组态环境和运行环境则是在同一个系统中。

（2）与通用版相比，嵌入版新增了一些功能

① 模拟环境的使用：嵌入版模拟环境CEEMU.exe的使用，解决了用户组态时，必须将PC与嵌入式系统相连的问题，用户在模拟环境中就可以查看组态的界面美观性、功能的实现情况以及性能的合理性。

② 嵌入式系统函数：通过函数的调用，可以对嵌入式系统进行内存读写、串口参数设置、磁盘信息读取等操作。

③ 工程下载配置：可以使用串口或TCP／IP进行与下位机的通信，同时可以监控工程下载情况。

④ 中断策略：在硬件产生中断请求时，该策略被调用。

（3）与通用版相比，嵌入版不能使用某些功能

① 动画构件中的文件播放、存盘数据处理、多行文本、格式文本、设置时间、条件曲线、相对曲线、通用棒图。

② 策略构件中的音响输出、Excel报表输出、报警信息浏览、存盘数据复制、存盘数据浏览、修改数据库、存盘数据提取、设置时间范围构件。

③ 脚本函数中不能使用的包括运行环境操作函数中！SetActiveX、！CallBackSvr，数据对象操作函数中！GetEventDT、！GetEventT、！GetEventP、！DelSaveDat，系统操作中！EnableDDEConnect、！EnableDDEInput、！EnableDDEOutput、！DDEReconnect、！ShowDataBackup、！Navigate、！Shell、！AppActive、！TerminateApplication、！Winhelp，以及ODBC数据库函数、配方操作。

④ 数据后处理，包括对Access、ODBC数据库的访问功能。

⑤ 远程监控。

（4）与通用版相比，嵌入版运行时不需要加密狗

MCGS通用版运行需加密狗（带USB的加密锁），加密狗按工程使用点数收费，而嵌入版运行时则不需要加密狗。

任务1.2 认知TPC7062K触摸屏

任务目标

1）认知MCGSTPC的结构、工作原理。

2）认知嵌入式MCGSTPC的行业应用。

3）认知MCGSTPC的硬件接口。

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的结构、硬件接口、工作原理。督促学生利用图书馆、网络、数据库等收集MCGSTPC嵌入式一体化触摸屏的行业应用。

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7in（1in=0.0254m）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嵌入式组态软件，具备强大的图像显示和数据处理功能。

1.TPC7062K八大优势

① 高清：800×480分辨率，享受精致、自然、通透的视觉体验。

② 真彩：65535色数字真彩，丰富的图形库，享受高品质画质。

③ 可靠：抗干扰性能达到工业III级标准，采用LED背光永不黑屏。

④ 配置：ARM9内核、400M主频、64M内存、128M存储空间。

⑤ 软件：MCGS全功能组态软件，支持U盘备份恢复，功能更强大。

⑥ 环保：低功耗，整机功耗仅6W。

⑦ 时尚：7in宽屏显示，超轻、超薄机身设计，引领简约时尚。

⑧ 服务：立足国内企业，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。

（1）接口说明

TPC7062K产品接口说明如表1-2所示。

（2）串口定义

串口（DB9）引脚定义如图1-5所示。

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。

学习成果检查表（见表1-3）

拓展与提升

1.TPC人机界面介绍

基于触摸屏的TPC人机界面作为一种高级的多媒体交互设备，使用者只要用手指或触摸笔轻轻地触碰计算机显示屏上的图符或文字就能实现对主机的操作，与老式的硬件（如键盘和鼠标）操作相比，触摸屏具有坚固耐用、反应速度快、节省空间、易于交流、操作方便直观等优点。

2.MCGSTPC产品人机界面的组成

人机界面产品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产品的性能高低，是人机界面的核心单元。根据人机界面的产品等级不同，可分别选用8位、16位、32位的处理器。人机界面软件一般分为两部分，即运行于人机界面硬件中的运行环境软件和运行于PC端的画面组态软件。使用者都必须先使用人机界面的画面组态软件制作“工程文件”，再通过PC和人机界面产品的USB口、网口或U盘，把组建好的“工程文件”下载到人机界面中运行。

昆仑通态MCGSTPC产品集成了液晶显示屏、触摸面板、通信接口、控制单元及数据存储单元。具有操作控制、状态监控、报表和曲线显示、数据存储、报表打印、网络通信、视频监控等众多工控计算机的高端功能。产品设计采用高亮度TFT液晶显示屏，电阻式触摸屏，同时还预装微软嵌入式实时多任务操作系统WinCE.net（中文版）和MCGS嵌入版组态软件。显示屏尺寸从7in、10.4in、12in再到15in，为用户提供专业、全方位的解决方案。

3.人机界面产品与人们常说的“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。

4.人机界面产品和组态软件的区别

人机界面（HMI）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（主要体现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）平板计算机、触摸屏手机、自动柜员机（ATM）功能与工控触摸屏的区别是什么？

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？

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[1] TPC是平板计算机（Tablet Personal Computer）的简称，指用触摸屏代替键盘、鼠标作为主要输入手段的便携式微型计算机。若无特殊说明，本书介绍的TPC均是指昆仑通态生产的MCGSTPC，即嵌入式一体化触摸屏。——编辑注