本科毕业设计论文-霓虹灯plc控制与监控组态设计

本科毕业设计论文题目霓虹灯PLC控制与监控组态设计院、系电子信息工程学院学科专业自动化学生学号指导教师霓虹灯PLC控制与监控组态设计摘要本课题的主要内容为用MCGS组态软件仿真PLC的控制对象霓虹灯。此仿真系统由上位机和下位机两部分组成，上位机主要用来完成仿真界面的制作工作，下位机则用来完成PLC程序的编写，最后，进行上位机设计结果与下位机结果的配合，完成整个系统的设计连接。利用组态软件模拟PLC的控制对象，我们不需要实物而仅通过微机显示器就可以检验所编程序的正确与否和执行结果，为PLC的试验教学提供了一条新途径。关键词MCGS；仿真系统；PLC；THENEONLIGHTPLCCONTROLANDTHECONFIGURATIONMONITORDESIGNABSTRACTTHETOPICFORTHEMAINELEMENTSINMCGSCONFIGURATIONSOFTWARESIMULATIONPLCCONTROLTARGETNEONLIGHTTHISSIMULATIONSYSTEMISCOMPOSEDBYPOSITIONMACHINEANDSUBORDINATEMACHINETWOPARTSTHEPOSITIONMACHINEUSESFORCOMPLETETHEDESIGNOFSIMULATIONINTERFACE,THESUBORDINATEMACHINEWILLBEUSEDTOCOMPLETETHEPROGRAMMINGFINALLY,APOSITIONMACHINEDESIGNRESULTSWITHTHERESULTSOFSUBORDINATEMACHINEWITHTHECOMPLETIONOFTHEDESIGNOFTHEENTIRESYSTEMCONNECTINGUSEOFSOFTWARESIMULATIONPROGRAMMABLECONTROLLERCONTROLTARGETS,WENEEDNOTONLYTHROUGHPHYSICALANDCOMPUTERMONITORSCANBEPREPAREDFORTHECORRECTPROCEDURESANDTHEIMPLEMENTATIONOFTHEOUTCOMEORNOT,PROVIDINGANEWWAYOFTEACHINGFORPLCTEACHINGKEYWORDSMONITORANDCONTROLGENERATEDSYSTEM；EMULATIONSYSTEMPROGRAMMABLECONTROLLER目录中文摘要I英文摘要II1绪论111引言112组态软件的发展1121组态软件在我国的发展历程1122流行的组态软件113本文主要研究内容214课题研究意义22MCGS组态软件功能简介321MCGS组态软件的功能和特点322MCGS组态软件的系统构成5221MCGS组态软件的整体结构5222MCGS工程的五大部分623MCGS组态软件的工作方式73仿真画面的设计831工程的建立8311工程功能分析8312工程的定义932用户窗口的组态9321建立画面9322编辑画面9323主画面的编辑1033定义数据对象1234动画连接14341动画连接方法15342特殊动画连接15343设计连接1535运行策略组态17351设置方法18352脚本程序204下位机可编程控制器程序的编写（27）41可编程控制器的概况2742所需编程器件介绍2743程序的编写30431I/O地址分配30432时序图30433程序编写3144FXPLC编程软件FXGPWIN使用方法365连接调试（3851组态软件设备窗口的作用3852设备构件的选择3853三菱PLC设备使用说明3954连接调试416结论44致谢45参考文献461绪论11引言每当夜幕降临，楼宇上、道路旁缤纷夺目的霓虹灯广告，构筑了一道璀灿的城市夜景，作为主角霓虹灯功不可没，而可编程序控制器是专用于工业控制的工业计算机，是现代化工业的三大支柱之一。长期以来，PLC始终处于工业自动化控制领域的主战场，为各种各样的自动化控制设备提供了非常可靠的控制应用，其主要原因在于它能够为自动化控制应用提供安全可靠和比较完善的解决方案，适合于当前工业企业对自动化的需要。但在开发传统的工业控制软件时，当被控对象一旦变动，就必须修改控制系统源程序，导致开发周期长。组态软件的出现解决了这个问题，通过MCGS组态软件仿真PLC的控制对象，（我们不需要实物而通过微机的显示器就可以检验所编程序的正确与否和执行结果。12组态软件的发展新型的工业自动控制系统正以标准的工业计算机软、硬件平台构成的集成系统，具有适应性强、开发性好、易于扩展、经济、开发周期短等明显优点。组态软件指数据采集与过程控制的专用软件，它们是在自动控制系统监控一级的软件平台和开发环境，能以灵活多样的组态方式提供良好的用户开发界面和简洁的使用方法，并同时支持各种硬件厂家的计算机和I/O产品。目前世界上不少专业厂商提供各种组态软件产品。121组态软件在我国的发展历程最早开发的通用组态软件是DOS环境下的组态软件，其特点是具有简单的人机界面、图库、绘图工具箱等基本功能。随着WINDOWS的广泛应用，WINDOWS环境下的组态软件与DOS环境下的组态软件成为主流。与DOS环境下的组态软件相比，其最突出的特点是图形功能有了很大的增强。国外很多优秀通用组态软件是在英文状态下开发的，对国内而言，它具有应用时间长，用户界面不理想，不支持国内普遍使用的硬件设备，这些正是国外通用组态软件在国内部能广泛应用的原因。随着国内计算机水平和工业自动化水平的不断提高，近年来，一些技术力量雄厚的高科技公司相继开发出了适合国内使用的通用组态软件。MCGS组态软件就是其中的一种。122流行的组态软件目前中国市场上的组态软件产品按厂商划分大致可以分为三类国外专业软件厂商提供的产品；国外硬件和系统厂商提供的产品；国内自行开发的国产化产品。近年来国外一些著名硬件或系统厂商亦推出了日趋成熟的组态软件产品，如美国GE公司的CIMPLICITY,德国西门子公司的WINCC等1。这些软件一改过去仅为其本身硬件配套的OEM形式，通过大力加强对其它硬件产品的驱动支持和软件内部的各种功能，而发展成为专业化的通用组态软件。13本文主要研究内容课题主要内容为霓虹灯仿真系统的设计，组态软件主要用于实现实时监控；同时编制相应的脚本程序完成控制功能。仿真系统由上位机和下位机两部分组成。上、下位机通过串行口进行通信交换数据。上位机利用PC机，下位机利用三菱的PLC。上位机内装MCGS组态软件和三菱编程软件。MCGS组态软件用以制作仿真画面、编写仿真程序并与下位机进行通信。本界面需实现的控制要求为A主要是控制“西安”，“工业”，“大学”，“50”，“周年”5个字形霓虹灯的闪亮过程，具体实现的控制功能为5个灯依次点亮后闪三闪，再沿相反的方向依次熄灭；字灯下两个灯轮流闪亮；利用组态设置周围的灯配合闪烁。5个字灯对应于PLC的5个输出结点Y0Y4,下面的两个灯对应于Y5，Y6。每个输出结点的输出值“0”或“1”对应于灯的灭与亮。B要求按动“开始”按钮时灯按控制要求依次点亮或熄灭，并循环往复，当按动“停止”按钮时霓虹灯全部熄灭。C当没有连接PLC时，利用脚本程序也可以完成霓虹灯的控制功能。由于涉及到灯亮灭的时间，所以需要使用组态软件内部的定时器。14课题研究意义长期以来，PLC始终处于工业自动化控制领域的主战场，为各种各样的自动化控制设备提供了非常可靠的控制应用。其主要原因，在于它能够为自动化控制应用提供安全可靠和比较完善的解决方案，适合于当前工业企业对自动化的需要。但在开发传统的工业控制软件时，当被控对象一旦变动，就必须修改控制系统源程序，导致开发周期长2。组态软件的出现解决了这个问题，使用户能通过自己的控制对象和控制目的任意组态，完成最终的自动控制目的。另一方面，组态软件还可以用于教学实验中。由于条件所限，学校可能无法提供一些实验设备，同学们通过试验只能看到I/O口的输入输出情况，验证程序的正确性。运用组态软件就可以让同学们看到直观生动的实验结果，使得理论和实际得到了完美的结合。2MCGS组态软件功能简介MCGS全中文工业自动化控制组态软件（以下简称MCGS工控组态软件或MCGS）为用户建立全新的过程测控系统提供了一整套解决方案。MCGS工控组态软件是一套32位工控组态软件，可稳定运行于WINDOWS95/98/NT操作系统，集动画显示、流程控制、数据采集、设备控制与输出、网络数据传输、双机热备、工程报表、数据与曲线等诸多强大功能于一身，并支持国内外众多数据采集与输出设备。21MCGS组态软件的功能和特点MCGS即“监视与控制通用系统“，英文全称为MONITORANDCONTROLGENERATEDSYSTEM。MCGS是为工业过程控制和实时监测领域服务的通用计算机系统软件，具有功能完善、操作简便、可视性好、可维护性强的突出特点。MCGS工控组态软件的功能和特点可归纳如下概念简单，易于理解和使用。普通工程人员经过短时间的培训就能正确掌握、快速完成多数简单工程项目的监控程序设计和运行操作。用户可避开复杂的计算机软硬件问题，集中精力解决工程本身的问题，按照系统的规定，组态配置出高性能、高可靠性、高度专业化的上位机监控系统。功能齐全，便于方案设计。MCGS为解决工程监控问题提供了丰富多样的手段，从设备驱动（数据采集）到数据处理、报警处理、流程控制、动画显示、报表输出、曲线显示等各个环节，均有丰富的功能组件和常用图形库可供选用，用户只需根据工程作业的需要和特点，进行方案设计和组态配置，即可生成用户应用软件系统。实时性与并行处理。MCGS充分利用了WINDOWS操作平台的多任务、按优先级分时操作的功能，使PC机广泛应用于工程测控领域成为可能。工程作业中，大量的数据和信息需要及时收集，即时处理，在计算机测控技术领域称其为实时性任务关键任务，如数据采集、设备驱动和异常处理等。另外许多工作则是非实时性的，或称为非时间关键任务，如画面显示，可在主机运行周期时间内插空进行。而像打印数据一类的工作，可运行于后台，称为脱机作业。MCGS是真正的32位系统，可同时运行于MICROSOFTWINDOWS95，98和MICROSOFTWINDOWSNT平台，以线程为单位进行分时并行处理。建立实时数据库，便于用户分步组态，保证系统安全可靠运行。MCGS组态软件由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略五部分构成。其中的“实时数据库”是整个系统的核心。在生成用户应用系统时，每一部分均可分别进行组态配置，独立建造，互不相干；而在系统运行过程中，各个部分都通过实时数据库交换数据，形成互相关联的整体。实时数据库是一个数据处理中心，是系统各个部分及其各种功能性构件的公用数据区。各个部件独立地向实时数据库输入和输出数据，并完成自己的差错控制。设立“设备工具箱”，针对外部设备的特征，用户从中选择某种“构件”，设置于设备窗口内，赋予相关的属性，建立系统与外部设备的连接关系，即可实现对该种设备的驱动和控制。不同的设备对应于不同的构件，所有的设备构件均通过实时数据库建立联系，而建立时又是相互独立的，即对某一构件的操作或改动，不影响其它构件和整个系统的结构，从这一意义上讲，MCGS是一个“设备无关”的系统，用户不必因外部设备局部改动，而影响整个系统。“面向窗口”的设计方法，增加了可视性和可操作性。以窗口为单位，构造用户运行系统的图形界面，使得MCGS的组态工作既简单直观，又灵活多变。用户可以使用系统的缺省构架，也可以根据需要自己组态配置，生成各种类型和风格的图形界面，包括DOS风格的图形界面、标准WINDOWS风格的图形界面以及带有动画效果的工具条和状态条。利用丰富的“动画组态”功能，快速构造各种复杂生动的动态画面。以图象、图符、数据、曲线等多种形式，为操作员及时提供系统运行中的的状态、品质及异常报警等有关信息。用变化大小、改变颜色、明暗闪烁、移动翻转等多种手段，增强画面的动态显示效果。图元、图符对象定义相应的状态属性，即可实现动画效果。同时，MCGS为用户提供了丰富的动画构件，模拟工程控制与实时监测作业中常用的物理器件的动作和功能。每个动画构件都对应一个特定的动画功能。如实时曲线构件、历史曲线构件、报警显示构件、自由表格构件等。引入“运行策略”的概念。复杂的工程作业，运行流程都是多分支的。用传统的编程方法实现，既繁琐又容易出错。MCGS开辟了“策略窗口”，用户可以选用系统提供的各种条件和功能的“策略构件”，用图形化的方法构造多分支的应用程序，实现自由、精确地控制运行流程，按照设定的条件和顺序，操作外部设备，控制窗口的打开或关闭，与实时数据库进行数据交换。同时，也可以由用户创建新的策略构件，扩展系统的功能。MCGS系统由五大功能部件组成，主要的功能部件以构件的形式来构造。不同的构件有着不同的功能，且各自独立。三种基本类型的构件（设备构件、动画构件、策略构件）完成了MCGS系统三大部分（设备驱动、动画显示和流程控制）的所有工作。用户也可以根据需要，定制特定类型构件，使MCGS系统功能得到扩充。这种充分利用“面向对象”的技术，大大提高了系统的可维护性和可扩充性。支持OLEAUTOMATION技术。MCGS允许用户在VISUALBASIC中操作MCGS中的对象，提供了一套开放的可扩充接口，用户可根据自己的需要用编制特定的功能构件来扩充系统的功能。MCGS中数据的存储不再使用普通的文件，而是用数据库来管理一切。组态时，系统生成的组态结果是一个数据库；运行时，数据对象、报警信息的存储也是一个数据库。利用数据库来保存数据和处理数据，提高了系统的可靠性和运行效率，同时，也使其它应用软件系统能直接处理数据库中的存盘数据。设立“对象元件库”，解决了组态结果的积累和重新利用问题。所谓对象元件库，实际上是分类存储各种组态对象的图库。组态时，可把制作完好的对象（包括图形对象，窗口对象，策略对象，以至位图文件等等）以元件的形式存入图库中，也可把元件库中的各种对象取出，直接为当前的工程所用。随着工作的积累，对象元件库将日益扩大和丰富，组态工作将会变得越来越简单方便。提供对网络的支持。考虑到工控系统今后的发展趋势，MCGS充分运用现今发展的DCCWDISTRIBUTEDCOMPUTERCOOPERATORWORK技术，即分布式计算机协同工作方式，来使分散在不同现场之间的采集系统和工作站之间协同工作。通过MCGS，不同的工作站之间可以实时交换数据，实现对工控系统的分布式控制和管理。22MCGS组态软件的系统构成221MCGS组态软件的整体结构MCGS组态软件（以下简称MCGS）由“MCGS组态环境”和“MCGS运行环境”两个系统组成。两部分互相独立，又紧密联系。MCGS组态环境是生成用户应用系统的工作环境，由可执行程序MCGSSETEXE支持，其存放于MCGS目录的PROGRAM子目录中。用户在MCGS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，又称为组态结果数据库，其与MCGS运行环境一起，构成了用户应用系统，统称为“工程”。MCGS运行环境是用户应用系统的运行环境，由可执行程序MCGSRUNEXE支持，其存放于MCGS目录的PROGRAM子目录中。在运行环境中完成对工程的控制工作。见图21。图21整体结构图222MCGS工程的五大部分MCGS组态软件所建立的工程由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略五部分构成，每一部分分别进行组态操作，完成不同的工作，具有不同的特性。见图22。主控窗口是工程的主窗口或主框架。在主控窗口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。主要的组态操作包括定义工程的名称，编制工程菜单，设计封面图形，确定自动启动的窗口，设定动画刷新周期，指定数据库存盘文件名称及存盘时间等。设备窗口是连接和驱动外部设备的工作环境。在本窗口内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。用户窗口本窗口主要用于设置工程中人机交互的界面，诸如生成各种动画显示画面、报警输出、数据与曲线图表等。实时数据库是工程各个部分的数据交换与处理中心，它将MCGS工程的各个部分连接成有机的整体。在本窗口内定义不同类型和名称的变量，作为数据采集、处理、输出控制、动画连接及设备驱动的对象。运行策略本窗口主要完成工程运行流程的控制。包括编写控制程序，选用各种功能构件，如数据提取、历史曲线、定时器、配方操作、多媒体输出等。23MCGS组态软件的工作方式MCGS如何与设备进行通讯MCGS通过设备驱动程序与外部设备进行数据交换。包括数据采集和发送设备指令。设备驱动程序是由VB程序设计语言编写的DLL（动态连接库）文件，设备驱动程序中包含符合各种设备通讯协议的处理程序，将设备运行状态的特征数据采集进来或发送出去。MCGS负责在运行环境中调用相应的设备驱动程序，将数据传送到工程中各个部分，完成整个系统的通讯过程。每个驱动程序独占一个线程，达到互不干扰的目的。图22功能图MCGS如何产生动画效果MCGS为每一种基本图形元素定义了不同的动画属性，如一个长方形的动画属性有可见度，大小变化，水平移动等，每一种动画属性都会产生一定的动画效果。所谓动画属性，实际上是反映图形大小、颜色、位置、可见度、闪烁性等状态的特征参数。然而，我们在组态环境中生成的画面都是静止的，如何在工程运行中产生动画效果呢方法是图形的每一种动画属性中都有一个“表达式”设定栏，在该栏中设定一个与图形状态相联系的数据变量，连接到实时数据库中，以此建立相应的对应关系，MCGS称之为动画连接。当工业现场中测控对象的状态（如储油罐的液面高度等）发生变化时，通过设备驱动程序将变化的数据采集到实时数据库的变量中，该变量是与动画属性相关的变量，数值的变化，使图形的状态产生相应的变化（如大小变化）。现场的数据是连续被采集进来的，这样就会产生逼真的动画效果（如储油罐的液面的升高和降低）。用户也可编写程序来控制动画界面，以达到满意的效果。3仿真画面的设计在清楚霓虹灯运行工作的基础上，制定出设计方案。确定任务目标，以设计出合理的仿真系统。仿真系统由上位机和下位机两部分组成。现在我们先着手于上位机的设计工作仿真界面的设计工作。对工程设计人员来说，使用MCGS首先要了解整个工程的系统构成和工艺流程，弄清测控对象的特征，明确主要的监控要求和技术要求等问题。在此基础上，拟定组建工程的总体规划和设想，主要包括系统应实现哪些功能，控制流程如何实现，需要什么样的用户窗口界面，实现何种动画效果以及如何在实时数据库中定义数据变量等环节，同时还要分析工程中设备的采集及输出通道与实时数据库中定义的变量的对应关系，分清哪些变量是要求与设备连接的，哪些变量是软件内部用来传递数据及用于实现动画显示的等问题。作好工程的整体规划，在项目的组态过程中能够尽量避免一些无谓的劳动，快速有效地完成工程项目。31工程的建立进入MCGS组态环境后，单击工具条上的“新建”按钮，或执行“文件”菜单中的“新建工程”命令，系统自动创建一个名为“新建工程XMCG”的新工程（X为数字，表示建立新工程的顺序，如1、2、3等）。由于尚未进行组态操作，新工程只是一个“空壳”，一个包含五个基本组成部分的结构框架，接下来要逐步在框架中配置不同的功能部件，构造完成特定任务的应用系统。311工程功能分析本课题是利用PLC来控制霓虹灯的闪烁及工作过程。本界面需实现的控制要求为A主要是控制“西安”，“工业”，“大学”，“50”，“周年”5个字形霓虹灯的闪亮过程，具体实现的控制功能为5个灯依次点亮后闪三闪，再沿相反的方向依次熄灭；字灯下两个灯轮流闪亮；利用组态设置周围的灯配合闪烁。5个字灯对应于PLC的5个输出结点Y0Y4,下面的两个灯对应于Y5，Y6。每个输出结点的输出值“0”或“1”对应于灯的灭与亮。B要求按动“开始”按钮时灯按控制要求依次点亮或熄灭，并循环往复，当按动“停止”按钮时霓虹灯全部熄灭。C当没有连接PLC时，利用脚本程序也可以完成霓虹灯的控制功能。由于涉及到灯亮灭的时间，所以需要使用组态软件内部的定时器。312工程的定义A选择文件菜单中的“工程另存为”菜单项，弹出文件保存窗口。B在文件名一栏内输入“霓虹灯演示工程”，点击“保存”按钮，工程创建完毕32用户窗口的组态321建立画面在“用户窗口”中单击“新建窗口”按钮，建立“窗口0”。如图31图31窗口的建立322编辑画面设置用户窗口属性选择待定义的用户窗口图标，点鼠标右键选择属性，弹出“用户窗口属性设置”对话框，按所列款项设置有关属性。用户窗口的属性包括基本属性、扩充属性和脚本控制（启动脚本、循环脚本、退出脚本），由用户选择设置。窗口的基本属性包括窗口名称、显示标题、背景颜色、窗口位置、窗口边界、窗口大小等项内容。窗口的扩充属性包括窗口的外观、位置坐标和视区大小等项内容。窗口的视区是指实际可用的区域，与屏幕上所见的区域可以不同，当选择视区大于可见区时，窗口侧边附加滚动条，操作滚动条可以浏览窗口内所有的图形对象。脚本控制包括启动脚本，循环脚本和退出脚本，启动脚本在用户窗口打开时，循环脚本是在窗口打开期间以指定的间隔循环执行，退出脚本则是在用户窗口关闭时执行。具体操作步骤为双击“窗口0”窗口图标，进入动画组态窗口，开始编辑画面双击画面，弹出设置窗口。见图32。图32窗口属性按上图将“窗口名称”设置为“霓虹灯主画面；“窗口位置”选中最大化显示；“窗口边界”设定为可变边，其余不变。323主画面的编辑MCGS提供了三类图形对象供用户选用，即图元对象、图符对象和动画构件。这些图形对象位于常用符号工具箱和动画工具箱内，用户从工具箱中选择所需要的图形对象，配置在用户窗口内，可以创建各种复杂的图形。图形对象创建完成后，要对图形对象进行各种编辑工作，如改变图形的颜色和大小，调整图形的位置和排列形式，图形的旋转及组合分解等项操作，MCGS提供了完善的编辑工具，使用户能快速制作各种复杂的图形界面，以图形方式精确表示外部物理对象。具体操作步骤如下A单击工具条中的“工具箱”按钮，打开绘图工具箱。B选择“工具箱”内的“标签”按钮，鼠标的光标呈“十字”形，在窗口顶端中心位置拖拽鼠标，根据需要拉出一个一定大小的矩形。C在光标闪烁位置输入文字“西安”，按回车键或在窗口任意位置用鼠标一下，文字输入完毕。D选中文字框，作如下设置点击（填充色）按钮，设定文字框的背景颜色为黑色点击填线色）按钮，设置文字框的边线颜色为没有边线。点击（字符字体）按钮，设置文字字体为SYSTEM；字型为粗体；大小为小四；点击（字符颜色）按钮，将文字颜色设为粉色；E按照以上步骤分别输入“工业”，“大学”，“50”，“周年”的字样，设置相应的颜色。F单击绘图工具箱中的（插入元件）图标，弹出对象元件管理对话框。如图33。从“按钮”中选择“按钮39”，点确定。图33元件管理对话框G选中工具箱中的“常用符号”的按钮就会出现一个常用符号工具栏，如图33。选中其中的“五角星”图形和“向日葵”图形来做彩灯。只需按自己所需大小拉出相应的形状，并且设置为相应得颜色。方法为双击图形，有静态属性一栏，即可设置。H另外还可以从外部环境寻找合适的图片用于画面中。操作时只需点击工具箱中的位图按钮，拉成一定大小。按鼠标右键，点装载位图，就可以把外部的图贴在自己所做的画面中。I最后我们可以把几个单元图形合并为一个整体图形。“西安”，“工业”，“大学”,“50”，“周年”几个灯字分别和一个星星合并到一起。方法为鼠标拖成一个大框，将需合并的图形都放入其中。点“排列”菜单中“构成图符”即可。最后的画面如图34图34霓虹灯主画面J点击工具栏中的“按钮输入”按钮，拉成一定大小，分别输入“开始”和“停止”。33定义数据对象数据对象是实时数据库的基本单元。在MCGS生成应用系统时，应对实际工程问题进行简化和抽象化处理，将代表工程特征的所有物理量，作为系统参数加以定义，定义中不只包含了数值类型，还包括参数的属性及其操作方法，这种把数值、属性和方法定义成一体的数据就称为数据对象。构造实时数据库的过程，就是定义数据对象的过程。在实际组态过程中，一般无法一次全部定义所需的数据对象，而是根据情况需要逐步增加。MCGS中定义的数据对象的作用域是全局的，像通常意义的全局变量一样，数据对象的各个属性在整个运行过程中都保持有效，系统中的其它部分都能对实时数据库中的数据对象进行操作处理。为了方便用户对数据变量的统计，MCGS组态软件提供了计数检查功能。通过使用计数检查，用户可清楚的掌握各种类型数据变量的数量及使用情况。具体操作方法极其简单，只需单击工具栏中“工具”菜单中的“使用计数检查”选项即可。定义数据对象的过程，就是构造实时数据库的过程。定义数据对象时，在组态环境工作台窗口中，选择“实时数据库”标签，进入实时数据库窗口页，显示已定义的数据对象。见图35图35实时数据库开关型数据对象开关信号（0或非0）的数据对象称为开关型数据对象，通常与外部设备的数字量输入输出通道连接，用来表示某一设备当前所处的状态。开关型数据对象也用于表示MCGS中某一对象的状态，如对应于一个图形对象的可见度状态。开关型数据对象没有工程单位和最大最小值属性，没有限值报警属性，只有状态报警属性。数值型数据对象在MCGS中，数值型数据对象的数值范围是负数是从3402823E38到1401298E45，正数是从1401298E45到3402823E38。数值型数据对象除了存放数值及参与数值运算外，还提供报警信息，并能够与外部设备的模拟量输入输出通道相连接。由于本画面是仿真霓虹灯的闪亮情况，所以只需将灯都定义为开关型数据下面以数据对象“灯1”为例，介绍一下定义数据对象的步骤单击工作台中的“实时数据库”窗口标签，进入实时数据库窗口页A单击“新增对象”按钮，在窗口的数据对象列表中，增加新的数据对象，系统缺省定义的名称为“DATA1”、“DATA2”、“DATA3”等（多次点击该按钮，则可增加多个数据对象）。B选中对象，按“对象属性”按钮，或双击选中对象，则打开“数据对象属性设置”窗口。C将对象名称改为灯1；对象类型选择开关型；在对象内容注释输入框内输入“控制灯1的点亮、熄灭的变量”，单击“确认”。按照此步骤，根据上面列表，设置其他10个开关型的数据对象。根据需要以后还可以增加实时数据,见图36图36建立实时数据需要注意的是，数据对象的名称中不能带有空格，否则会影响对此数据对象存盘数据的读取。34动画连接到现在为止，我们由图形对象搭制而成的图形界面是静止的，需要我们对这些图形对象进行动画属性设置，使它们“动”起来，真实地描述外界对象的状态变化，达到过程实时监控的目的。MCGS实现图形动画设计的主要方法是将用户窗口中的图形对象与实时数据库中的数据对象建立相关性连接，并设置相应的动画属性，这样在系统运行过程中，图形对象的外观和状态特征，就会由数据对象的实时采集结果进行驱动，从而实现图形的动画效果，使图形界面“动”起来。所谓动画连接，实际上是将用户窗口内创建的图形对象与实时数据库中定义的数据对象，建立起对应的关系，在不同的数值区间内设置不同的图形状态属性（如颜色、大小、位置移动、可见度、闪烁效果等），将物理对象的特征参数以动画图形方式来进行描述，这样在系统运行过程中，用数据对象的值来驱动图形对象的状态改变，进而产生形象逼真的动画效果。341动画连接方法图元、图符对象的动画连接方法，如下图37所示，图元、图符对象所包含的动画连接方式有四类共11种图37动画连接方式342特殊动画连接在MCGS中，特殊动画连接包括可见度和闪烁效果两种方式，用于实现图元、图符对象的可见与不可见交替变换和图形闪烁效果，图形的可见度变换也是闪烁动画的一种。MCGS中每一个图元、图符对象都可以定义特殊动画连接的方式。343设计连接本设计中需要制作动画效果的部分包括A灯的点亮和熄灭B闪烁效果灯的点亮和熄灭灯的点亮和熄灭效果是通过特殊动画连接中的可见度实现的。设置步骤如下以灯1的设置为例双击灯1，弹出单元属性设置窗口。选中“特殊动画连接“标签中的“可见度“选中标题栏的“可见度”。如图38表达式一栏填“灯1”，选“对应图符可见”。按此方法设置其余的六个灯。图38属性设置闪烁效果设置步骤如下A双击需要实现闪烁效果的图形，在“特殊动画连接”一栏将“可见度”和“闪烁效果”都选中。B单击标题栏的“闪烁效果”，表达式填“1”；闪烁实现方式选择“用图元可见度变化实现闪烁”；闪烁速度有三种，分为“快，中，慢”，选择慢。C单击标题栏的“可见度”，表达式填“开始11”，当表达式非零时选“对应图符可见”。“开始”，“停止”按钮的设置以“开始”按钮为例A双击图标，弹出标准按钮属性设置窗口，见图39B按钮标题写“开始”，按钮类型选“标准3D按钮”，水平对齐，垂直对齐选“中对齐”，在显示位图实际大小前打对号。C选操作属性一栏，选中数据对象值操作，选按1送0，点问号，选“开始”。停止按钮设置同上图39按钮属性设置35运行策略组态到目前为止，经各个部分组态配置生成的组态工程，只是一个顺序执行的监控系统，不能对系统的运行流程进行自由控制，这只能适应简单工程项目的需要。对于复杂的工程，监控系统必须设计成多分支、多层循环嵌套式结构，按照预定的条件，对系统的运行流程及设备的运行状态进行有针对性选择和精确的控制。为此，MCGS引入运行策略的概念，用以解决上述问题。351设置方法根据运行策略的不同作用和功能，MCGS把运行策略分为启动策略、退出策略、循环策略、用户策略、报警策略、事件策略、热键策略七种。由于霓虹灯是按一定的时间间隔点亮，熄灭，闪烁，因此就需用到运行策略里的定时器构件。控制要求为“西安”，“工业”，“大学”，“50”，“周年”5个字灯以05秒的时间间隔依次点亮后闪三闪，再沿相反的方向依次熄灭；字灯下两个灯轮流闪亮。可以看出一共需要两个定时器构件条件部件策略行中的条件部分和功能部分以独立的形式存在，策略行中的条件部分为策略条件部件。策略构件策略行中的功能部分为策略构件。MCGS提供了“策略工具箱”，一般情况下，用户只需从工具箱中选用标准构件，配置到“策略组态”窗口内，即可创建用户所需的策略块。当标准构件满足不了要求时，由于采用了构件作为最小元素来构造运行策略，使得MCGS具有了良好的开放性和可扩充性。对于特别复杂的应用工程，只须定制若干能完成特定功能的构件，将其增加到MCGS系统中来，就可使已有的监控系统增添各种控制功能，而无须对整个系统作任何修改。A在“运行策略”中，双击“循环策略”进入策略组态窗口。B双击图标进入“策略属性设置”，将循环时间设为500MS，按“确认”。在“运行策略”中，双击“循环策略”进入策略组态窗口。C在策略组态窗口中，单击工具条中的“新增策略行”图标，增加一策略行，如图310图310新增策略行如果策略组态窗口中，没有策略工具箱，请单击工具条中的“工具箱”图标，弹出“策略工具箱”，如图311图311策略工具箱D单击“策略工具箱”中的“定时器”，将鼠标指针移到策略块图标上，单击鼠标左键，添加定时器构件，如图312图312添加定时器构件按此步骤重复添加定时器构件。E分别对两个进入定时器基本属性的设置。双击打开基本属性设置，如图313从图313可以看出需要设定时间和当前时间两个数值，所以要增加实时数据库的数据。要增加四个“TIME”，“TIME1”，“TIME2”，“TIME3”，数据类型为“数值型”。它们的初值依次是“75S，00S，05S，00S”设定第一个定时器构件设定值为TIME；当前值为TIME1计时条件为开始11；复位条件为TIME18OR停止11设定第二个定时器构件设定值为TIME2当前值为TIME3计时条件开始1；复位条件TIME31OR停止1；图313定时器设置352脚本程序脚本程序是组态软件中的一种内置编程语言引擎。当某些控制和计算任务通过常规组态方法难以实现时，通过使用脚本语言，能够增强整个系统的灵活性，解决其常规组态方法难以解决的问题。脚本程序基本语句A赋值语句数据对象表达式。赋值语句用赋值号（“”号）来表示，它具体的含义是把“”右边表达式的运算值赋给左边的数据对象。赋值号左边必须是能够读写的数据对象，如开关型数据、数值型数据以及能进行写操作的内部数据对象，而组对象、事件型数据对象、只读的内部数据对象、系统函数以及常量，均不能出现在赋值号的左边，因为不能对这些对象进行写操作。B条件语句有如下三种形式IF表达式THEN赋值语句或退出语句IF表达式THEN语句ENDIFIF表达式THEN语句ELSE语句ENDIFC循环语句为WHILE和ENDWHILE单击“策略工具箱”中的“脚本程序”，将鼠标指针移到策略块图标上单击鼠标左键，添加脚本程序构件，如图314图314添加脚本程序策略行双击脚本程序图标进入脚本程序编辑环境，主要用到条件语句和赋值语句。IF开始11THENIFTIME105THEN灯01ENDIFIFTIME11THEN灯11ENDIFIFTIME115THEN灯21ENDIFIFTIME12THEN灯31ENDIFIFTIME125THEN灯41ENDIFIFTIME13THEN灯00灯10灯20灯30灯40ENDIFIFTIME135THEN灯01灯11灯21灯31灯41ENDIFIFTIME14THEN灯00灯10灯20灯30灯40ENDIFIFTIME145THEN灯01灯11灯21灯31灯41ENDIFIFTIME15THEN灯00灯10灯20灯30灯40ENDIFIFTIME155THEN灯01灯11灯21灯31灯41ENDIFIFTIME16THEN灯40ENDIFIFTIME165THEN灯30ENDIFIFTIME17THEN灯20ENDIFIFTIME175THEN灯10ENDIFIFTIME18THEN灯00ENDIFIFTIME305THEN灯51灯60ENDIFIFTIME31THEN灯61灯50ENDIFELSEIF停止11THEN灯00灯10灯20灯30灯40灯50灯60ENDIFENDIF36组态画面的完善和主控窗口的设置主画面设置完毕，可以加以完善。在用户窗口增加“封面”和“主控画面”。封面绘制好后，双击画面设置属性。选择按钮动作，对应得功能为“打开用户窗口”的封面窗口。主控画面的设置方法也类似于前面“用户窗口”的设置方法。如图315图315属性设置对于一个新建的工程，MCGS提供了一套缺省菜单，用户也可以根据需要设计自己的菜单。鼠标双击主控窗口图标，弹出菜单组态窗口，输入各级菜,如图图316主控设置具体设置方法点击新增菜单项，菜单名为“演示窗口”，在它之下新增菜单项，名称为“进入主控窗口”启动属性为“打开主控窗口画面”。同理设置增加“封面”，“霓虹灯主画面”的属性。如图317图317主控菜单以进入主控窗口为例设置基本属性,如图318图318菜单属性设置菜单操作时只需选择打开用户窗口中的主控画面即可4下位机可编程控制器程序的编写本设计使用的PLC型号为三菱FX2N型。不同的PLC的编程指令是不同的，使用的继电器名称也有所区别。所以在编程以前首先要对这种型号的PLC编程指令有所熟悉。41可编程控制器的概况可编程控制器（PROGRAMMABLECONTROLLER，简称PC）。与个人计算机的PC相区别，用PLC表示。PLC是在传统的顺序控制器的基础上引入了微电子技术、计算机技术、自动控制技术和通讯技术而形成的一代新型工业控制装置，目的是用来取代继电器、执行逻辑、记时、计数等顺序控制功能，建立柔性的程控系统。LC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。可以预料在工业控制领域中，PLC控制技术的应用必将形成世界潮流PLC程序既有生产厂家的系统程序，又有用户自己开发的应用程序，系统程序提供运行平台，同时，还为PLC程序可靠运行及信息与信息转换进行必要的公共处理。用户程序由用户按控制要求设计。图41结构框图42所需编程器件介绍FX系列产品，它内部的编程元件，也就是支持该机型编程语言的软元件，按通俗叫法分别称为继电器、定时器、计数器等，但它们与真实元件有很大的差别，一般称它们为“软继电器”。这些编程用的继电器，它的工作线圈没有工作电压等级、功耗大小和电磁惯性等问题；触点没有数量限制、没有机械磨损和电蚀等问题。它在不同的指令操作下，其工作状态可以无记忆，也可以有记忆，还可以作脉冲数字元件使用。一般情况下，X代表输入继电器，Y代表输出继电器，M代表辅助继电器，T代表定时器，C代表计数器。A输入继电器XPLC的输入端子是从外部开关接受信号的窗口，PLC内部与输入端子连接的输入继电器X是用光电隔离的电子继电器，它们的编号与接线端子编号一致（按八进制输入），线圈的吸合或释放只取决于PLC外部触点的状态。内部有常开/常闭两种触点供编程时随时使用，且使用次数不限。输入电路的时间常数一般小于10MS。各基本单元都是八进制输入的地址，输入为X000X007，它们一般位于机器的上端。B输出继电器（Y）PLC的输出端子是向外部负载输出信号的窗口。输出继电器的线圈由程序控制，输出继电器的外部输出主触点接到PLC的输出端子上供外部负载使用，其余常开/常闭触点供内部程序使用。输出继电器的电子常开/常闭触点使用次数不限。输出电路的时间常数是固定的。各基本单元都是八进制输出，输出为Y000Y007。它们一般位于机器的下端。C辅助继电器（M）PLC内有很多的辅助继电器，其线圈与输出继电器一样，由PLC内各软元件的触点驱动。辅助继电器也称中间继电器，它没有向外的任何联系，只供内部编程使用。它的电子常开/常闭触点使用次数不受限制。M8002为特殊继电器,功能为初始化脉冲D定时器（T）在PLC内的定时器是根据时钟脉冲的累积形式，当所计时间达到设定值时，其输出触点动作，时钟脉冲有1MS、10MS、100MS。定时器可以用用户程序存储器内的常数K作为设定值，也可以用数据寄存器（D）的内容作为设定值。在后一种情况下，一般使用有掉电保护功能的数据寄存器。即使如此，若备用电池电压降低时，定时器或计数器往往会发生误动作。定时器通道范围如下100MS定时器T0T199，共200点，设定值0132767秒；10MS定时器T200TT245，共46点，设定值00132767秒；1MS积算定时器T245T249，共4点，设定值000132767秒；100MS积算定时器T250T255，共6点，设定值0132767秒；定时器指令符号及应用如下图42所示图42定时器程序当定时器线圈T200的驱动输入X000接通时，T200的当前值计数器对10MS的时钟脉冲进行累积计数，当前值与设定值K123相等时，定时器的输出接点动作，即输出触点是在驱动线圈后的123秒（10123MS123S）时才动作，当T200触点吸合后，Y000就有输出。当驱动输入X000断开或发生停电时，定时器就复位，输出触点也复位。每个定时器只有一个输入，它与常规定时器一样，线圈通电时，开始计时；断电时，自动复位，不保存中间数值。定时器有两个数据寄存器，一个为设定值寄存器，另一个是现时值寄存器，编程时，由用户设定累积值。E计数器（C）FX2N中的16位增计数器，是16位二进制加法计数器，它是在计数信号的上升沿进行计数，它有两个输入，一个用于复位，一个用于计数。每一个计数脉冲上升沿使原来的数值减1，当现时值减到零时停止计数，同时触点闭合。直到复位控制信号的上升沿输入时，触点才断开，设定值又写入，再又进入计数状态。其设定值在K1K32767范围内有效。设定值K0与K1含义相同，即在第一次计数时，其输出触点就动作。通用计数器的通道号C0C99，共100点。举个例子如图43图43计时器程序由计数输入X011每次驱动C0线圈时，计数器的当前值加1。当第10次执行线圈指令时，计数器C0的输出触点即动作。之后即使计数器输入X011再动作，计数器的当前值保持不变。当复位输入X010接通（ON）时，执行RST指令，计数器的当前值为0，输出接点也复位。应注意的是，计数器C100C199，即使发生停电，当前值与输出触点的动作状态或复位状态也能保持。43程序的编写431I/O地址分配利用梯形图编程，首先必须确定所使用的编程元件编号，PLC是按编号来区别操作元件的。我们选用的FX2N型号的PLC，其内部元件的地址编号如下表所示，使用时一定要明确，每个元件在同一时刻决不能担任几个角色。一般讲，配置好的PLC，其输入点数与控制对象的输入信号数总是相应的，输出点数与输出的控制回路数也是相应的（如果有模拟量，则模拟量的路数与实际的也要相当）。程序需事先的功能主要是控制“西安”，“工业”，“大学”，“50”，“周年”5个字灯的闪亮过程，具体实现的控制功能为5个灯依次点亮后闪三闪，再沿相反的方向依次熄灭；字灯下两个灯轮流闪亮；利用组态设置周围的灯配合闪烁。5个字灯对应于PLC的5个输出结点Y0Y4,下面的两个字灯对应于Y5，Y6。每个输出结点的输出值“0”或“1”对应于灯的灭与亮。I/O地址分配清单输入地址启动按钮X0停止按钮X1输出地址灯0（西安）Y0灯1（工业）Y1灯2（大学）Y2灯3（50）Y3灯4（周年）Y4灯5Y5灯6Y6432时序图在编写PLC程序的过程中，分配好I/O地址后，将时序图画出可以使控制要求变得一目了然，程序的编写也就容易了很多，时序图如下图启动灯0灯1灯2灯3灯4灯5灯625S1S图45时序图433程序编写梯形图的编程规则A每个继电器的线圈和它的触点均用同一编号，每个元件的触点使用时没有数量限制。B梯形图每一行都是从左边开始，线圈接在最右边（线圈右边不允许再有接触点）C线圈不能直接接在左边母线上。D在一个程序中，同一编号的线圈如果使用两次，称为双线圈输出，它很容易引起误操作，应尽量避免E在梯形图中没有真实的电流流动，为了便于分析PLC的周期扫描原理和逻辑上的因果关系，假定在梯形图中有“电流”流动，这个“电流”只能在梯形图中单方向流动即从左向右流动，层次的改变只能从上向下。本设计的程序可以用步进指令来完成状态转移图和步进顺控图表达的都是同一个程序，它的优点是可以让编程者每次只考虑一个状态，而不用考虑其它的状态，使编程更容易。另外，状态的顺序可自由选择，不一定非按S编号的顺序选用。但是在一系列指令的最后，必须写入RET指令8。梯形图程序如下44FXPLC编程软件FXGPWIN使用方法本软件为三菱公司的PLC编程软件，适用于FX编程软件及我厂提供的编程，内含FX编程软件及我厂提供的PLC演示装置的全部8个程序。A运行FXGPWIN进入主菜单，主菜单位于屏幕上方。新建一个新文件，进入新建文件后，系统要求你选择PLC主机类型本实验台FX2N，OK。B系统进入指令编程状态，可在软件标志的行上按PLC的指令助记符及常数规则逐条编写出，软件为方便指令输入，在屏幕下方还列有LD、AND、OR、ANB、OUT等助记符图标，用户可用鼠标直接按点击，而不必用键盘逐个输入。C要用梯形图编程，可以点击视图里的梯形图编辑，系统即进入梯形图编和方