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压缩包内含有CAD图纸和说明书,咨询Q 197216396 或 11970985 摘要液体混合器的核心控制板块为 S7-200PLC、辅以 I/O 设备、电磁阀控制系统和采用 MCGS 组态软件而实现的实时监控系统。在石油冶炼、化学工程、药品制造等行业中，进行多种液体混合是必然而然的工作，而且在其生产过程中具有重要的意义，但在这些行业中大部分都具有易燃易爆、毒性以及腐蚀性的溶剂或溶质，会导致工人工作环境相对恶劣，更严重的时候工人无法在现场工作。再则，上述的所有行业中对于混合的比例具有严格的精准性要求，而且要求整体操作过程可靠，这两点是工人实操和半自动化控制很难实现的。本文总体上阐述了现阶段我国液体混合器的应用领域及应用情况，针对此种情况设计出以 MCGS 为实时监控的具有自动化功能的液体混合器，此系统重点设计了 PLC 的控制系统以及 MCGS 组态软件监控设计。本次设计可达成的效果是可以根据液位的变化过程和各液体含量相关参数的变化随时进行控制，液体混合器控制系统工作场合灵活且具有一定的精确性和安全性。关键词：组态软件；液体混合器；PLCABSTRACTThe core control plate of the liquid mixer is the real-time monitoring system implemented by s7-200plc, supplemented by I/O equipment, solenoid valve control system and MCGS configuration software. In the oil refining, chemical engineering, medicine, manufacturing and other industries, for a variety of liquid mixing is inevitable but work, and is of great importance in the process of its production, but in most of these industries are flammable and explosive, toxic and corrosive solvent or solute, leads to the workers working environment is relatively poor, is more serious when the workers cant work in the field. Moreover, all of the above industries to mix proportion with strict precision requirement, and overall process and reliable operation, both of which are workers in field and semi-automatic control is difficult to realize. This paper generally describes the present application and the application of liquid mixer, aimed at the situation designed with MCGS for real-time monitoring, which has the function of automatic liquid mixer, this system mainly design the PLC control system and MCGS configuration software monitoring design. This design can achieve the effect of the process can be according to the change of liquid level and the change of liquid content related parameters to control at any time, liquid mixer control system with the accuracy and security of the workplace flexibility.Key words: MCGS; Liquid mixer;PLC目录摘要3ABSTRACT41. 绪论11.1 课题的背景11.2 本课题的研究内容11.3 目前研究的概况和发展趋势12. 液体混合器结构设计32.1 液体混合器材料的选择32.2 液体混合器相关参数确定43. PLC 控制系统设计73.1 PLC 简介及选择依据73.2 多种液体混合器控制系统设计133.3 PLC 控制程序设计184. MCGS 的应用多种液体混合器的监控、反馈244.1 MCGS 的总体情况概述244.5 工程的建立264.6 工程画面的创建294.7 动画的连接314.8 组态运行345.总结36致谢38附录 1：外文译文39基于组态软件的液体混合器 PLC 控制设计1. 绪论1.1 课题的背景液体混合器是食品业、化工业、制药业等行业必不可少的设备。当前各生产以及科研领域所应用的液体混合器大致分为三类：动态液体混合器（行星齿轮动态混合器、动静齿圈式动态混合器、月牙槽型动态混合器）、静态液体混合器（ SV 型静态混合器、SK 型静态混合器、SX 型静态混合器、SH 型静态混合器、SL 型静态混合器）、微液体混合器（被动混合器、主动微混合器、新型混合器）。目前我国各类液体混合器研发正处在快速成长的阶段，包括用于混合高粘度流体,不但对流体具有很强的剪切作用.而且有分流、剥离配位、挤压捏合等综合作用,并且多数具有三维混合功能的高效动态混合器；利用固定在馆内的混合单元体改变流体在馆内的流动形态，以达到不同流体之间良好分散和充分混合的目的的静态混合器；还有微型混合器的发展尤为迅速，在分析化学和生命科学领域，系统的微型化是大势所趋，随着基于塑料基底的微细加工技术的快速发展，微流控在生物芯片及芯片实验室中具有越来越重要的作用。1.2 本课题的研究内容本课题以 PLC 控制为基础实现对液体混合器的自动控制来进行的讨论，在我国目前液体混合器的 PLC 控制还没有普及，但是社会在极速发展的状态下， 对液体混合器 PLC 自动控制的研究具有非常重要的意义，这符合了社会成长的潮流。目前绝大多数的生产要求其系统要具有混合精确、控制可靠等特点，这也是人工操作和半自动化控制所难以实现的。所有为了帮助相关行业，特别是其中的中小型企业实现多种液体混合的自动控制，从而达到液体混合的目的， 液体混合自动配料势必就是摆在我们眼前的一大课题。1.3 目前研究的概况和发展趋势我国混合机制造业有着悠久的历史和雄厚的基础，国产混合机已经在各个不同领域得到应用并经过验证，有些混合机还出口国外，得到国外用户的认可并受到好评，应该说我国混合机制造业在国内外市场仍然有着巨大的发展空间。38当今时代饮料生产、酒厂配液等等行业都离不开液体混合装置。液体混料比例的精确性和均匀性是产品质量的关键,同样也是产品品质一致性的保障。传统的液体混合装置完全由人工操作,无论在配料、混料等阶段都存在诸多不确定因素, 产品质量无法保证, 废品多、人工投入大。基于继电接触器控制的液体混合装置也由于继电接触装置自身的缺点如经常维修,抗干扰能力差以及系统升级改 造困难等等, 对产品质量和生产效率也难于提高。而可编程控制器有效地解决了这一问题。在目前还说，在国内外可编程控制器已已广泛在钢铁冶炼、石油提炼、化工、汽车、纺织、交通、电力、建材、机械、环保、文化娱乐等行业使用，使用的可编程控制器分为以下几类：（1） 开关量的逻辑控制这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。（2） 模拟量控制在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量(Analog)和数字量(Digital)之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。（3） 运动控制PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。（4） 过程控制过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。（5） 数据处理现代 PLC 具有数学运算(含矩阵运算、函数运算、逻辑运算)、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。（6） 通信及联网PLC 通信含 PLC 间的通信及 PLC 与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各 PLC 厂商都十分重视 PLC 的通信功能， 纷纷推出各自的网络系统。新近生产的 PLC 都具有通信接口，通信非常方便。从上世纪八十年代开始，我国的可编程控制器就一直在不断的引进与研发。起初的是用在引进设备中的。但随后来在各各企业中生产设备及产品中的慢慢PLC 控制的应用。目前，我国本身已经可以出产各种的中小型 PLC 等可编程控制器。于是可以预期到的是，伴随着我国的社会现代化发展的不断深入，PLC 控制将在我国工厂和生活中将有更为辽阔的应用市场。2. 液体混合器结构设计2.1 液体混合器材料的选择本次设计的液体混合器主要应用于医药业，故对材质的耐腐蚀性及稳定性有着一定的要求。经查阅资料可知，316 不锈钢由于在合金中添加了 Mo 元素， 使其耐腐蚀性和高温强度相当优秀，符合我们对材质的要求，故本次混合器容器部分材质应用 316 不锈钢。2.2 液体混合器相关参数确定（1） 壁厚计算查阅资料可知 316 不锈钢的许用应力为=465MPa设定其中装入液体为水银（密度最大的液体）其密度为 1.36*104kg/m3； 已知液体混合器整体尺寸为 250mm*170mm，焊缝系数=0.85；壁厚负加量C=1mm；根据钢制压力容器壁厚计算公式（GB150-89）可得到壁厚 S=0.73mm根据实际情况和机构牢固性及钢板规格考虑，设定壁厚为 5mm（2） 壁厚校核根据钢制压力容器壁厚校核公式（GB150-89）=9.86MPa465MPa（3） 轴的参数确定此轴的刚度强度足以使此装置正常长期运行。如图所示，轴的左侧较长部分是衔接搅拌叶片置于混合液体内部的，故其长度应足够深入混合器中下方位置设定其长度为 98cm，为了确保旋转的稳定性，接下来为配合 5106 推力球轴承将轴半径局部 5mm 内增大为 30mm，为防止轴向窜动，故设定一段长为 5mm，直径为 37mm 的轴肩，轴的最后尾端需通过联轴器与减速器配合，而轴与联轴器需要通过键来连接，所选键长为 22mm， 故尾端轴长度定为 24mm。（4） 搅拌叶片的材料及参数确定搅拌叶片应具有足够的刚度和稳定的耐腐蚀性，同时是选用 316 不锈钢作为制作材料。经查阅资料可知叶片的总体长度应为容器直径的 0.3-0.6 倍，即 75mm-150mm 之间，故确定叶片最大回转直径为 140mm。整体装配简图如下：3. PLC 控制系统设计3.1 PLC 简介及选择依据随着近一个世纪以来科学的飞速发展，可编程控制器（PLC）诞生了。 PLC 是通过研发于 1969 年开发的，其开发时间仅为近 50 年，但具有良好的通用性和可靠性，且使用相对简单。 PLC 内部包含不同类型的内存与顺序操作，并且期望的输入和输出功能在数字或模拟模式下实现。现在，PL 是工业生产自动化的三大支柱之一。1969 年，美国数字设备公司(DEC)开发了世界上第一个新控制器。他们将其命名为“可编程逻辑控制器(PLC)”在 PLC 在通用汽车的测试应用成功后，它开始广泛应用于各种逻辑控制场合。初期，我们所认识的的 PLC 就是一种小型的集成电路，上边有着大量的分立元器件，其所应用的相关指令系统，以及软件的大部分功能都比较简单，极大多数情况下应用于逻辑处理，但我们的计算机内部结构变得愈加简单化，有了一定可靠性的提升，极大程度的适应了工业的环境。PLC 的发展历程中， 20 世纪 70 年代早期，出现过序列控制器，由二极管矩阵和集成电路组成。在 1970 年代后期，有“ICU”，其主要核心是 MC14500 单元，有 MC14512 (8 通道数据选择器)、MC14516 (指令计数器)、MC14599 (双向 8 位可寻址锁存器)、2732 (存储器)和其他组件。虽然与 PLC 相比，其具有一定的价格优势，但由于其可靠性和功能，其发展停滞不前。PLC 作为现代工业自动化控制技术的重要支柱，具有较高的性价比。3.1.1 PLC 的分类由于 PLC 的产品性能不一，规格众多，其分类方法也较多。根据习惯 PLC 可分为以下三种。（1） 小型 PLC习惯性的划分为，能够进行控制的 I/O 点总数小于或等于 256 点的 PLC 称作“小型 PLC”。小型 PLC 所采用的结构为整体固定 I/O 型或基本单元加扩展性结构，其用户存储器的容量通常在 8000 步以内，PLC 的定时器、辅助继电器、数据存储器以及计数器数量相对较少，且限制了功能模块以及应用指令数量。（2） 中型 PLC可控制的最大 I/O 点数在 256-1024 之间的 PLC 称为“中型 PLC”。中型 PLC 采用的结构为模块型结构，可以根据使用要求添加适当的模块， 也正亦如此不同的中型 PLC 之间性能差距较大；通常我们所见的中型 PLC 存储器的容量在 16000 步以上；应用指令、功能模块的数量大大增加，通信能力大大增强。（3） 大型 PLC可控制的的最大的 I/O 点数大于 1024 点即可称为“大型 PLC”。大型 PLC 一贯采用模块型结构；一般情况下而言存储器的容量大于 32000 步；PLC 的计数器、定时器、数据寄存器、辅助继电器的数量很多；所应用的操作指令、相关功能的模块配套丰富；其网络功能强大，足以构建基于大型 PLC 的网络控制系统；其还可以实现冗余的系统功能，还可以适应对速度及可靠新要求较高的控制场合。按照其所应用的硬件分类，可分为五种，如下所示：（1） 整体固定 I/O 型 PLC:这是一个基于 I/O 定点的整体结构，也是一个小的 PLC。它的 I/O 接口、内存、电源、PLC 处理器和通信接口都安装在基本单元上，没有扩展模块接口。（2） 基本单元加扩展型 PLC：也是一种小型 PLC，其由可选的扩展 I/O 模块、整体结构以及固定的 I/O 点数的基本单元所构成。（3） 模块型 PLC：它将 PLC 部分或所有单元均变成模块的形式，且统一安装在一块基板上，是一种常用结构，通常应用于大中型 PLC。（4） 集成性 PLC：以补充功能为主，一般应用于数控系统，用以实现辅助机能控制。（5） 分布式 PLC: PLC 用来控制远程的体积规模较大的生产设备，依靠主站模块实控制远程 I/O 点。3.1.2 PLC 的系统组成PLC 的组成框图如图 2.1 所示。图 2.1 PLC 结构框图（1） 中央处理器（CPU）中央处理模块是直接决定 PLC 性能的关键组件。 其具体作用是：接受来自编程器的用户程序输入并将其存储在程序存储器中；采集站的输入状态和数据主要是同时扫描并存储在输入状态寄存器中；执行用户程序，生成相应的控制信号，实现程序指定的各项功能；通过诊断程序诊断 PLC 的各种操作错误。（2） I/O 模块输入电路可编程控制器中的输入电路是连接外部信号的方式。现场输入信号流过输入电路，并在输入电路中转换为 CPU 可处理的数字信号。输出电路输出电路是可编程控制器输送控制信号给外部执行器的通道。（3） 存储器模块可编程控制器的所有内部存储器分为以下三种：系统存储器系统储存器一般为 ROM、EPROM，用途是存储 PLC 系统程序。 可编程序控制器的系统程序主要有三种类型：命令解释器，管理程序和中断控制程序。可编程控制器的系统程序由生产厂家编制并安装，用户无权限进行更改， 因此 P 其一般情况下不会发生死机之类的故障。用户存储器用户存储器可分为两部分，一部分用来存储用户程序，另一部分则供监控和用户程序作为缓冲单元。用户程序是根据用户自己学习PLC 指令系统和程序以及所理解的实际问题， 可随时利用编程器完成指令的编辑输入，所有指令都由微处理器发送给用户程序处理器。为了使程序的修改、调试、完善、扩充更加方便，该存储器可采用具有掉电保护功能的 RAM。数据存储器数据存储器是为了存放 PLC 的内部逻辑变量而研制，因为其 CPU 需要随时读取并更新各个存储器的内容。（4） 编程器编程器是 PLC 重要的外围设备。其可以对程序进行编写和修改，还具有监视和调试功能。最终能够在在 EPROM 中巩固程序。 它分为简单和智能两种。简单编程器和 PLC 连接通过特殊接口相连，只能进行在线的程序编写，程序的输入形式是软件模块类型。 指令程序先存储于编程器的 RAM 中，然后存入控制器的存储器中。智能编程器可以在线编程，也可以在离线编程时，通过 PLC 直接插入到现场控制站的相应编程接口中，还可以实现事务管理，梯形图编程，通讯网络， 彩色图形显示和打印 输出控制等。编程器的键盘由两种类型（梯形语言键或指令语言键）表示。 另外，屏幕对话是用户编程的好途径。此外，用户还可以使用计算机编程通过 RS-232 接口将编织程序输出到 PLC。（5） 通信接口通信接口是可编程控制器与外部设备进行数据交换的接口。3.1.3 PLC 的工作方式PLC 通常使用循环扫描操作模式来扫描用户程序。 扫描方法大致分为以下五个阶段：（1） 自诊断执行自我诊断相关程序。（2） 与编程器进行通信如有通信请求，则 PLC 在自诊断后就会立刻进行通信相关处理。（3） 读入相关现场信号当 PLC 开始执行用户程序时，微处理器会优先顺序读取所有输出信号，并在相应的输入状态寄存器中逐个存储它们。（4） 进行用户程序的执行操作程序是由一条一条的指令所构成，且每条指令都有顺序号，这些顺序号在可编程控制器中被称作步号。根据步骤号将每条指令顺序存储在存储单元中。在执行程序的过程中，微处理器调用并执行指令序列，并对输入或输出状态执行相关的“处理”，即根据程序执行逻辑和算术运算，然后将计算结果存储在 输出状态寄存器。（5） 输出结果指令完成后，输出电路用于将输出状态寄存器中的状态转换为电压或电流信号输出。PLC 都有两种工作状态：STOP（停机状态，此时只能输入不能输出）和 RUN（运行状态，此时只能输出不能输入）。 根据工作状态、工作阶段不同，有以下两种工作路径。如图 2-2 所示。图 2.2 PLC 运行框图3.1.4 PLC 应用领域可编程控制器已广泛应用于国内外各行各业。 PLC 目前应用于以下几个方面：（1） 逻辑控制14（2） 顺序控制14（3） 运动控制14（4） 数据处理14（5） 过程控制142.1.5PLC 机型的选择PLC 产品种类和型号很多，其功能，价格和使用条件各不相同。 在选择中， 除了输入和输出点之外，通常应考虑以下方面。（1） PLC 的功能。PLC 的功能必须适应完成的控制任务。 这是最基本的要求。若所用的 PLC 功能不当或者功能不是很强，而且满足不了设计者的要求。控制过程中也必须考虑可编程控制器的计算速度。以顺序扫描工作方式进行工作的 PLC 并不能一直接受持续时间小于扫描周期的通讯信号。（2） 输入电路模块。PLC 输入连接到受控设备的输出。 因此，除了根据上述估计结果考虑使用的输入点的数量之外，还需要精确地选择传感器等。另外， 需要考虑输入点的相关参数。 主要目的是选择一个准确的工作电压和电流。（3） 输出电路模块。输出电路模块的任务是将 PLC 的内部输出信号转换为可驱动执行器的控制信号。除考虑输出点的数量外，通常还需要注意两个问题： 对于工作电压和电流，输出电路应该大于负载； 对于感性负载，应该注意的是， 断开时可能会产生较高的反向电感。3.2 多种液体混合器控制系统设计3.2.1 液体混合器的基本组成结构图 2.3 很好的诠释了多种液体混合器的结构，其所要达到的功能是能自动完成三种液体的混合和搅拌。该设备需要控制的组件如下：液位传感器 L1，L2， L3（当液体浸入此点时为 ON 状态）； 电磁阀 Y1，Y2，Y3，混合器 M.所有部件的控制都是数字控制，即通过导线和相应的控制系统来实现控制效果。图 2.3 液体混合器工作过程的叙述如下：（1） 初始状态：容器内部为空，Y1 至 Y4 以及搅拌机 M 处都是关闭的， 液面传感器 L1-L3 也都是关闭的。（2） 起始操作：拨动启动按钮，启动系统，复位 Q0.0-Q0.5.拨动 L3 按钮（即准备开始注入液体）电磁阀 Y1、Y2 处于开启状态，此时开始注入液体 A、B 两种液体，当其液面高度升高到 L2 时（此时 L2 和 L3 全部未开启状态）， 然后打开液体 C 的电磁阀 Y3，像 A、B 混合液体中注入液体 C，当最终混合液体液面到达 L1 高度时，L1 变为开启状态，即三种液体立刻停止注入，紧接着搅拌机 M 接通开始工作，程序设定的搅拌时间为 5 秒，搅拌过程结束后打开电磁阀 Y4，排出搅拌完的混合液体，最后按下停止按钮，复位系统复位并结束工作。（3） 停止及重复操作：按启动按钮可以重新开始工作。3.2.2 液位传感器的选择LSF 系列液位传感器开关可以提供相当准确的检测依据，能够在各种恶劣环境中进行工作。经查阅资料，选用 LSF-2.5 型液位传感器。相关元件主要技术参数及原理如下：表 2.1 相关部件的主要技术参数3.2.3 搅拌电机的选择结合电机效率，节能情况，噪音振动以及运行安全可靠性等方面考虑。选用 EJ15-3 型电动机。表 2.2 相关部件的主要技术参数其硬件接线如图 2.4。图 2.4 硬件接线3.2.4 电磁阀的选择（1） VF4-25 电磁阀用于罐装液体。表 2.3 相关部件的主要技术参数（2） AVF-40 型电磁阀用于储存液体。表 2.4 相关部件的主要技术参数3.2.5 接触器的选择及热继电器的选择（1）接触器的选择在日常实际作业中，不同的情况下电机总会时遇到电压或者电流过载的情况，长期过载的后果是绕组温度升高且超过允许值使绕组老化加速，明显降低电机使用寿命，最严重时会损坏使电机，因此，都需要提供过载保护装置以维持电机长时间的工作。选择热继电器需要考虑因素有：整定电流要大于被保护电路护的正常工作电流。保护电机时，综合考虑所选热继电器的型号、规格和特性等。本次设计中选用 CJ20-10/CJ20-16 型接触器。表 2.5 相关部件的主要技术参数（2）选择合适的热继电器热继电器的种类很多，我们大多时候应用的是双金属片的热继电器。本次设计选用 JR16B-60/3D 型热继电器。：表 2.6 相关元件主要技术参数3.3 PLC 控制程序设计3.3.1 I/O 地址对照表表 2.7 多种液体自动控制的 I/O 分配表3.3.2 外部接线图图 2.5 plc 接线图图 2.6 实验模块接线图3.3.3 梯形图经反复研究确认后设计了相关程序，梯形图绘制如下：功能：启动复位，停止复位。启动 SM0.1，启动 I0.0，并且检测到 I0.0 产生正跳变时，复位 T190-T191， Q0.0-Q0.5。,使其由高电平变为低电平。闭合停止开关，复位 Q0.0-Q0.5。功能：闭合 L3，点亮 Y1、Y2，注入液体 A、B。拨动 L3，使得电磁阀 Y1、Y2 线圈通电，电磁阀 Y1、Y2 闭合，变亮。功能；点亮 L3，即注入液体 C。闭合开关 L2（I0.2）电磁阀 Y3 线圈通电，其常开触点闭合，即 Y3 亮。功能：液面上升到了 L1 时，电磁阀 Y3 关闭，C 液体停止注入，开启搅拌机。闭合 L1，定时器 T190 开始计时，搅拌机 M 开始工作，计时器计满 5 秒后，常开跳为常闭，常闭跳常开，搅拌机停止工作，即 M 灭。功能：液面降低至 L3 时，再延时 5 秒。T190 计时满 5 秒后，T191 开始计时 5 秒。功能：T191 延时 5 秒，便于排除液体。5 秒后，Y4 亮。功能：复位操作。T191 计满 5 秒后，将 T190、T191 计时器复位。基于组态软件的液体混合器 PLC 控制设计实验整体接线图如图 3.3 所示。图 3.3 接线实物图4. MCGS 的应用多种液体混合器的监控、反馈4.1 MCGS 的总体情况概述监控和控制生成系统（MCGS）是一个以 Windows 平台为参考而研发的组态软件系统，可以完成实时操作现场的相关数据采集，对采集到的历史数据进行运算以及相关处理，具有故障报警和安全机制，能够随时随地的对过程进行控制，有强大的动画显示功能，生动而形象的反映工作进程等等。同时为用户提供了一个完整的解决方案和开发平台。MCGS 具有操作简单，可视性好，可维护性强，性能高，可靠性高等突出特点。4.2 MCGS 组态软件的整体结构图 3.1MCGS 软件系统组成图图 3.2MCGS 工程组成图MCGS 软件系统由组态环境和运行环境两大部分组成。组态环境：经实时数据库定义数据变量后，其可以构建动画、进行流程控制、组态报警、设计报表以及连接设备，近似于一整套十分完整的工具软件。运行环境：其主要是显示具体的动画情形、能够直接的观看现场并且进行控制、而且能够报警输出、打印相关情况的报表等功能。MCGS 的所有工程都由五个部分组成：主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略。每一部分都要进行组态的设定，完成不同的工作。4.3 MCGS 组态软件的功能和特点MCGS 具有大量的设备驱动，可以应用于现在我们所了解的大多数的硬件设备；另外，MCGS 将组态环境调试功能与设备操作命令结合，完美地实现了软件与硬件的衔接。采用的脚本语言为类 Basic 脚本语言，使用户能够经过简单的学习之后便可入手编程，而且在短时间内便可以编辑出与所需系统相对的复杂程序。数据处理的功能十分强大，能灵活的运用各种方式对现场随时产生的数据进行统计与相关处理，以确保用户能够获得现场的实时数据。具有完善的安全机制，使用者具有一定的操作权限，例如：自由设定菜单、按钮及退出系统等。MCGS 同时提供了 WWW 浏览功能，在整个企业范围内，仅仅通过 IE 浏览器就可以实现生产现场动画画面的监控，以及当下与以往生产信息，包括发展趋势，生产报表等，并具有完整的用户权限控制功能。4.4 MCGS 组态软件的工作方式MCGS 通讯外部设备：MCGS 利用自身携带的且与外部设备相匹配的驱动程序驱动有关设备后，彼此之间进行数据交换。MCGS 的动画效果产生：MCGS 中的每一个电器元件的图片都有与其相匹配的固有的动画属性。每一种动画属性都会产生动画效果，我们可以根据自身需求去设定。这里提到的动画属性，就是是一种特征参数，反映图形的各种状态。4.5 工程的建立4.5.1 工程的建立图 3.3 MCGS 工程建立4.5.2 赋予数据变量含义实时数据库是 MCGS 中相当重要的一个组成部分。是为了完成 PLC 的监控项目而定义出完备的数据变量用以交换和处理。正是数据变量的逐个定义累积构成了我们所见到的实时数据库，我们在建立实时数据库的时候就相当于定义了相关的数据变量（即确定了数据变量的类型、名称、初始值和数值范围）。变量的分配：对液体混合器进行分析，确定所需要的变量类型及名称。见图 3.4 多种液体混合器数据变量表定义数据变量的步骤：设备与变量连接：图 3.5 数据对象属性设置图 3.6 设备管理窗口4.6 工程画面的创建工程画面的创建按照以下步骤进行构造完的工程画面如下：图 3.7 工程画面的创建图 3.8 初始按下“启动按钮”，系统运行且将 PLC 的 Q0.0-Q0.5 复位，并实时监控液体混合器的工作状态。初始状态时， L3 灯亮，电磁阀 Y1、Y2 流通状态，A、B 液体同时流入；当 A、B 混合液体到达液位传感器 L2 所处高度时，液位传感器L2 灯亮，此时电磁阀 Y3 打开，A、B、C 三种液体同时流入进行混合；当混合液体到达液位传感器 L1 所处高度时，液位传感器 L1 灯亮，同时电磁阀 Y1、Y2、Y3 同时关闭，搅拌器开始搅拌，搅拌 5s 后，电磁阀 Y4 由关闭转为开启状态， 排出混合液体；按下“停止按钮”，系统复位，即停止工作。4.7 动画的连接在设定完每一个动画元件的动画属性之后，需要把我们在实施数据库中所定义好的数据变量与每一个动画元件相匹配，这是完成监控与控制的前提条件。启动按钮的动画连接图 3.9 动画组态属性窗口图 3.10 动画组态属性设置整体动画脚本循环设计（1）双击用户窗口中没有元件的空白处，将会弹出如下页面；图 3.11 整体动画脚本循环设计（2）左键单击选择“循环脚本”，点击“打开程序编辑器”进行相关编程。如下所示：图 3.12 脚本编程4.8 组态运行在我们把每一项设置都完成之后，进行项目的保存工作，然后可以把组态监控程序关闭，连接好数据线，在 PLCSTOP 状态下，将 PLC 程序下载到我们在实验室中所选定的 PLC 装置中，再一次启动 MCGS 组态软件，通过 USB 数据线将组态动画下载至触摸屏，之后我们可以清晰的见到操作界面，最后将 PLC 调到 RUN 状态，可以实现 MCGS 对 PLC 的监控与控制。纵观整个操作过程， 我们可以反复的按键来完成对我们已设定程序的检测。经过一次次的测试，组态监控软件可实现预期的监控与控制功能。PC 机、PLC、mcgs 整体运行情况如图 3.13 所示。图 3.13 整体工作图5. 总结本设计的目标是通过组态软件MCGS 以及可编程控制器实现对多种液体混合器的控制。MCGS 提供了更为直观、清晰以及更加准确的电磁阀开关、液位以及液体的流动；这样 PLC 的工作效率要比单独 PLC 工作的情况高得多。我对于 MCGS 的学习是零基础开始，一步步的了解、一步步的实践，最后成功的应用于多种液体混合器并且实现自动控制是让我感到很成功的一件事。利用组态软件 MCGS 监控的多种液体混合器，可以节省大量的人力资源，很大程度上提高了工作的效率。本设计是基于西门子 S7-200 型 PLC 进行的程序设计，也同时基于 PLC 系列产品的优势（具有灵活性强、可靠性高、抗干扰性能好以及对工作环境无要求等），所以今后相关的恶劣环境可以实现自动化，降低人们在此环境中工作的危害。同时本设计项目采用 PLC 来控制液体混合器，所以能够较为方便的随时修改 PLC 的程序，满足不同情况下液体的混合要求。此控制系统在具有一定的经济性的基础上，还具有相当高的精确性。我们现在所作的毕业设计，充分考验了我们对于所学知识的运用。另一方面，每一个环节都会端正我们做事的态度，毕业设计是严肃的，是需要认真对待的。整个毕业设计期间，我们的专业知识、技能在不断巩固的前提下一直在稳步的提升。而且我所得到的启发是在今后不管是任何的事情，都需要我们一点一滴的积累，不断的努力，才会完成。相信我们通过这次经历，会对我们以后的工作生活产生不可估量的鼓舞和影响。参考文献1 殷建国.工厂电气控制技术M.经济管理出版社,2006.2 廖常初.PLC 编程及应用M. 北京. 机械工业出版社, 2002.3 路林吉,王坚,江龙康.可编程控制器原理及应用M.清华大学出版社,2002. 4汪志锋.可编程控制器原理及应用M.西安电子科大出版社,2004.5周万珍,高鸿斌.PLC 分析与设计应用M.北京-电子工业出版社,2004 . 6汪晓平.PLC 可编程控制器系统开发实例导航M.人民邮电出版社,2004. 7张晓东.PLC 对步进电机的控制J.山西机械,2003,120(3)：13-14.8孙平,邢军.PLC 控制步进电机驱动系统J. 河南师范大学学报,2001,29（4）：112-113. 9晋小莉,王立莹. PLC 直接控制步进电机系统J. 小型内燃机与摩托车,2006,35（4）：45-46.10 包建华.基于 MCGS 的步进电机控制系统设计J.计算机测量与控制.2012,20(3)： 702-704.11 蒋冰华,涂志威,王国庆. 基于 PLC 与触摸屏的磨皮机控制系统设计J. 合肥工业大学学报, 2009,32(9):1351-1353.12 陈瑜.国外机电一体化技术发展趋势J.国外机电一体化技术.2000,(5).13 徐智,杜逸鸣,熊田忠,孙承志.基于西门子 S7-200PLC 控制步进电机的设计及应用J. 知识经济.2009,(17).14 基于 MCGSE 的电镀生产线 PLC 控制设计 阳志飞 -大学生论文联合比对库-2016-05-23；15 Xue Dun-song.The energy-saving technology of water-injection system in domestic and abroad oil filedJ.Energy Convervation of Oilfiled 1998.16 Wikipedia. Programmable logic controllerJ. the free encyclopedia,2008. 17He yong yi. A Control System of Material Handling in FMS. Journal of shanghaiuniversity. Vol.1.No.1.1997.18Ren Sheng-le.Development of PLC-based Tension Control System. Chinese Journal of Aeronautics20 (2007) 266-271.致谢经过两个月的写作以及不断修正,终于完成本文,在书面誊写的过程中遇到了许多困难和障碍,所幸的是一直有老师的帮助。十分感谢十四周以来,指导老师刘安生老师对我的耐心指导,无论何时何地,每当我遇到问题联系刘老师时,他总是能第一时间给予解答, 另外在图书馆图书的选择方面,给了我明确的方向；同时感谢四年以来机械工程学院所有老师的教导与帮助。本文应用了数位学者的论文成果,在此表示深切的感谢,每一篇论文在我的研究课题处于瓶颈期的时候都给了我明确的提示,一次又一次的启发,才能让我按时保质的完成论文。最后感谢我的同学和朋友,在写作过程中,他们不是帮我提意见,并给予了我很多的帮助,最终论文得以完成。附录 1：外文译文虚拟 plc 在 LabVIEW 软件中的实际应用Mohammad K. AbuzalataDepartment of Mechatronics Engineering, Faculty of Engineering Technology, Al-Balqa AppliedUniversity, P.O. Box 425530, Amman-Jordan摘要：在这项研究里测试并设计了 13 种不同的功能。其中包括,单输入单输出、单输入双输出、锁存器输出、计时器、计数器、逻辑函数、小于、大于以及等于的计算功能,异或函数、复合函数和移位寄存器。在研究的最后,为了说明目的,开发并测试了 7 天泡茶机、电空驱动系统和它们的模拟。实验结果表明,基于 plc 的控制与基于虚拟 plc 的程序结果完全吻合。关键词：函数,LabVIEW,梯形图,plc,仿真说明如今,传统的 PLC 仍在很多领域应用,但是对于新装置而言,基于 Windows 的PC 机使用 LabVIEW 软件（abuzalata et al.,2010；除 et al.,2011）是日益成为首选的控制机制。PLC 由于其稳定性、便捷的 I/O 接口以及其可靠的监控装置已经成为控制业中最受欢迎的工具。传统的 PLC 系统已被视为是企业访问数据信息的障碍。可以添加 PLC 固有的专有设计由于一些原因限制了数据通道,像存储器的容量,编程语言的随意性（继电器梯形图）以及通过数据表对表内的数据访问。PLCs 的一个重要特点是,标准 PLC 只能一次执行一个程序,而一台工业计算机能够同时执行多个程序,或 以任意顺序执行。还可以指出另外两个重要的PLC 缺点：第一个是对于 Morris（1982）系列和特拉维斯系列和克林（2006） 系列的 PLC 而言,其进行登记的访问在一个很低的水平上。第二个是,如果梯形图和上位机程序都写入 PLC 寄存器,则有明显的冲突。相反,所有寄存器都应该是单向的,也就是说或者是 PLC 输出信息或者是主机进行输出。与传统的 PLC 相比之下,PC 机实际上具有很大的内存。在实际应用程序中 lab-VIEW 很容易保持良好的架构,因为在使用中易于实现封装和模块化。39基于以上的研究目标是为了说明设计不同 PLC 功能是被用作使用 labVIEW 环境的应用。等价PLC/labVIEW 梯形图在表一部分,是 PLC 的梯形图,西门子软件以及其设备像 Thomas 一样从单向输入、单向输出的角度使用着 labVIEW。七天泡茶机七天泡茶机的操作：泡茶机的操作需要按照以下顺序进行,时间开关在上午的适当时间闭合,启动循环。阀门 V1 打开,让水充满水壶 K,直到浮动开关 FS 运行。它关闭阀门 V1 并接通加热元件 E,水壶里的水煮沸并启动恒温箱,之后将关闭加热元件 E 和打开阀门 V2。热水将注入茶壶,茶壶水满时关闭阀门 V2。这时会有闹钟通知使用者茶水已制作完毕。这个系统依赖于用户每天更换茶壶、茶叶,而且每周需要将配套的水箱注满水。以上所列举的顺序就是程序说明书。输入和输出：LabVIEW 是用来代替 PLC 控制系统的,正如我们所知道的那样,PLC 的输入和输出在程序设计之前都要确定。在泡茶机的应用方面,它输入和输出是什么呢？输入：它们是通知 PLC（LabVIEW 程序）控制系统的传感器所发出的信号/ 信息。输入系统告诉 PLC（LabVIEW 程序）将要发生什么。Res. J. App. Sci. Eng. Technol., 5(24): 5677-5682, 2013404142图 2:7 天泡茶机的西门子梯形图。开关、恒温器、传感器等都是输入设备。输出:它们是由 PLC (LabVIEW 程序)发布的命令,用于执行任务(通常需要电源)。输出设备必须被告知何时进行工作；如泵、电磁阀、灯具等。输出设备:图 1 中 7 天制茶机的图表说明了系统的操作。参照茶叶制造商系统,将每个元素标识为输入或输出设备,并赋予其唯一标识, 如表 2 所示。7 天泡茶机程序:因为 LabVIEW 是用来代替 PLC 来控制这个系统,而且然后由 PLC 西门子(S7-200)软件来设计程序,接着由 LabVIEW 软件继续执行。 PLC 梯形图:如图 2 所示,采用 PLC 西门子(S7-200)软件的 7 天泡茶机程序梯形图如图 2 所示。、 LabVIEW 的梯形图:如图 3 所示,7 天泡茶机程序的梯形图是 LabVIEW 的。43使用 LabVIEW 的 7 天泡茶机模拟:如图 4 所示,使用 LabVIEW 软件模拟 7 天泡茶机。44气动缸系统气动气缸的操作:气动气缸阀门的操作等(2011)需要以下步骤:通过外推按钮或软件内部的操作来初始化操作,电磁阀 SV 是工作的,并将气缸向前移动。当圆筒接触限位开关时,定时器 T1 将被激活。当 T1 的时间值结束后,SV 返回到