PLC及工控实训-基于MCGS的深孔钻组合机床PLC控制实训.doc

沈阳理工大学 PLC及工控实训课程设计任务书学院信息科学与工程学院专业自动化学生姓名XXX学号XXX设计题目基于MCGS的深孔钻组合机床PLC控制实训内容及要求： 熟悉使用西门子S7-200系列PLC的应用以及MCGS的组态的基本应用，通过对实例的模拟，熟练地掌握PLC控制的流程、程序调试和MCGS的编辑使用。 进行软、硬件设计，并对程序进行调试。进度安排：第一周：查阅相关资料。了解所需实训内容的大概情况，确立实训课程设计的大致框架，对MCGS有基本了解。第二周：选择PLC的型号，利用STEP 7Mirco进行梯形图设计，对设计程序进行调试，并且设计MCGS动画，定义数据变量，编写控制流程。第三周：对PLC和MCGS组态软件进行PPI通讯，设计系统流程示意图，列出I/O分配表，画出I/O接线图，完成整个组态系统设计。 指导教师（签字）： 年 月 日分院院长（签字）： 年 月 日目录概述1PLC的基本概念1PLC发展历史1 PLC技术发展动向2 PLC的型号2 MCGS组态软件通用版的基本介绍4 MCGS组态软件通用版的功能特点4硬件设计6控制要求6系统流程图7 I/O分配表8 I/O接线图9 软件设计10 MCGS组态过程以及与PLC的通讯17 工程项目系统分析17 工程立项搭建框架17 设置菜单基本体系17 编写控制流程程序17 完善菜单按钮功能17 编写程序调试工程17 制作动画显示画面17 连接设备驱动程序19 工程完工工程测试19 MCGS的运行画面20调试24结束语.25参考献.26.概述 PLC基本概念 可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程程序存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数、和算术运算等操作的指令。并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关外部设备，都应该易于与工业系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。 PLC发展概况PLC的发展与计算机技术、半导体技术、控制技术、和数字技术、通信网络技术等高新技术发展息息相关，这些高新技术的反战推动了PLC的发展，而PLC的发展又对这些高新技术提出了更高、更新的要求，促进了它们的发展。PLC的发展速度十分惊人，目前用可编程程序控制器设计自动控制系统已成为世界潮流，PLC的发展大致可分为四个阶段。第一阶段：从1969年第一台PLC问世到1972年，是PLC的初级阶段。第一台PLC的功绩是把计算机的程序存储技术引入继电器控制系统。这个阶段的PLC控制功能比较简单，主要用于逻辑运算和计时、和顺序控制等功能。第二阶段：从1973年到1978年，是PLC的成熟阶段。这个时期的PLC把计算机的编程灵活、功能齐全、应用面广等优点与继电器控制系统的结构简单、使用方便、价格便宜、抗干扰性强等优点结合起来，面向工业控制的鲜明特点显露出来，技术日趋完备，PLC进入实用化阶段。第三阶段：从1978年到1984年，是PLC的大发展阶段。这个时期的PLC采用8位、16位微处理器作为CPU，有些还采用了多位处理器结构。PLC的功能进一步增强，处理速度更快。增加了多种特殊功能，如浮点数运算、平方、三角函数、查表、列表、脉宽调制变换、高速计数、PID控制、定位控制、中断控制等；自诊断功能和容错技术发展迅速；还具有通信功能和远程I/O能力。初步形成了分布式通信网络体系。第四阶段：从1984年至今，是PLC的继续发展阶段。PLC的编程语言除了传统的梯形图、流程图、语句表外，还能用高级语言，如BASIC、PASCAL、ROETRAN、C语言、数控语句等。PLC的人机对话能力增强，是编程软件得以普及和简化，屏幕对话十分灵活，可以进行全屏幕编程。用户程序在编辑过程中，不但排错、纠错能力强，还可以进行在线仿真，加快了软件开发的周期。PLC技术发展动向PLC将向着两个方向发展：一方面向大型化发展，一方面向小型化发展，以适应不同场合和不同要求的控制需求。为了适应大规模控制系统的要求，大型PLC向着存储容量、高速度、高性能、增加I/O点数的方向发展。主要表现在以下几个方面：1增强网络通信功能。2发展智能模块。3外部故障诊断功能。4编程语言、编程工具标准化、高级化。5实现软化、硬件标准化。6编程组态软件发展迅速。发展小型PLC，其目的是为了占领广大的、分散的、中小型的工业控制场合，使PLC不仅成为继电器控制柜的替代物，而且超过继电器控制系统的功能。 PLC的型号 PLC的型号PLC按结构分为整体型和模块型两类；按应用环境氛围现场安装和控制室安装两类；按CPU字长分为1位、4位、8位、16位、32位、64位等。从应用角度出发通常可按控制功能或输入输出点数选型。整体型PLC的I/O点数固定，因此用户选择余地很小，用于小型控制系统；模块型PLC提供多种I/O卡件或插卡，因此用户可较合理的选择和配置控制系统的I/O点数，功能扩展方便灵活，一般用于大中型控制系统。输入输出模块的选择输入输出模块的选择应考虑与应用要求的统一。例如对输入模块应考虑信号电平、信号传输距离、信号隔离、信号供电方式等应用要求。对输出模块，应考虑选用的输出模块类型，通常继电器输出模块具有价格低、使用电压范围广、寿命短、响应时间较长等特点；可控硅输出模块适用于开关频繁，电感性低功率引述负荷场合，但价格较高，过载能力较差。输出模块还具有直流输出、交流输出和模拟量输出等，与应用要求应一致。可根据应用要求，合理选用智能型输入输出模块，以便提高控制水平和降低应用成本。考虑是否需要扩展机架或远程I/O机架等。电源的选择 PLC的供电电源，除了引进设备和引进PLC应根据产品说明书要求设计和选用外，一般PLC的供电电源应设计选用220VAC电源，与国内的电网电压一致。重要的应用场合，应采用不间断电源或稳压电源供电，如果LPC本身带有可使用电源时，应该对提供的电流时候满足应用要求，否则应设计外接供电电源，为防止外部高压电源因误差操作而引入PLC，对输入和输出信号的隔离是必要的，有时也可采用简单的二极管或熔丝管隔离。存储器的选择由于计算机集成芯片技术的发展，存储器的价格已下降，因此为保证应用项目的正常运行，一般要求PLC的存储器的存储功能容量，按256个I/O点至少选8K色存储器选择。需要复杂的控制功能时，应选择容量更大的，档次更高的存储器。经济性的考虑 选择PLC时，应考虑性能价格比，考虑经济性时，应同时考虑应用的可扩展性、可操作性、投入产出比等因素，进行比较和兼顾，最终选出较满意的产品。输入输出点数对价格有直接影响。每增加一块输入输出卡件就需要增加一定的费用，当点数增加到某一数值后，相应的存储器容量、机架、母版等也要响应增加，因此，点数的增加对CPU选用、存储器容量、控制功能范围等选择都有影响，在估算和选用时应充分考虑，是整个控制系统有较合理的性价比。根据所需用户输入输出设备及I/O点数，选择型PLC就可满足控制系统要求。西门子S7系列PLC优点：1)小型尺寸，不受安装场所限制。2)轻松扩展，扩展单元可直接连接到控制单元上、最多可扩展3单元128点，扩展单元可直接连接到。不需要电脑。3)实现综合精度 0.8 的高精度温度控制。4)最多可达24cm温度控制。5)扫描时间约1ms的告诉高速运算。6)输入信号：24VDC；输出信号：220VAC、24VDC。7)从I/O点到最大I/O点的选择空间。8)拥有广泛的应用领域MCGS组态软件通用版的基本介绍 MCGS(Monitor and Control Generated System，监视与控制通用系统)，它是一套基于Windows平台的软件，用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统，主要完成现场数据的采集与监测、前端数据的处理与控制，可运行于Microsoft Windows 95/98/Me/NT/2000/xp等操作系统。 具有功能完善、操作简便、可视性好、可维护性强的突出特点。通过与其他相关的硬件设备结合，可以快速、方便的开发各种用于现场采集、数据处理和控制的设备。用户只需要通过简单的模块化组态就可构造自己的应用系统，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。MCGS组态软件通用版的功能特点全中文可视化组态软件，简洁、大方，使用方便灵活 1)完善的中文在线帮助系统和多媒体教程 2)真正的32位程序，支持多任务、多线程，运行于Win95/98/NT/2000平台 3)提供近百种绘图工具和基本图符，快速构造图形界面 4)支持数据采集板卡、智能模块、智能仪表、PLC、变频器、网络设备等700多种国内外众多常用设备 5)支持温控曲线、计划曲线、实时曲线、历史曲线、XY曲线等多种工控曲线 6)支持ODBC接口，可与SQL Server、Oracle、Access等关系型数据库互联 7)支持OPC接口、DDE接口和OLE技术，可方便的与其他各种程序和设备互联 8)提供渐进色、旋转动画、透明位图、流动块等多种动画方式，可以达到良好的动画效果 9)上千个精美的图库元件，保证快速的构建精美的动画效果 10)功能强大的网络数据同步、网络数据库同步构建，保证多个系统完美结合 11)完善的网络体系结构，可以支持最新流行的各种通讯方式，包括电话通讯网，宽带通讯网，ISDN通讯网，GPRS通讯网和无线通讯网硬件设计控制要求 深孔钻组合机床机型切削时，为利于钻头排屑和冷却，需要周期性地从工件中退出钻头，道具进退与行程开关示意图如图2.1所示。 在起始位置O点时，行程开关SQ1被压合，按启动按钮SB2，电动机正转启动，刀具前进。退刀由行程开关控制，当动力头依次压在SQ3、SQ4、S15上时，电动机反转，刀具会自动退刀，退刀到起始位置时，SQ1被压合，退刀结束，又自动进刀，直到三个过程全部结束。SQ1CSQ3SQ4SQ51ABO图2.1 深孔钻组合机床工作示意图系统流程图电动机正转启动CO电动机正转启动OC电动机反转启动BO电动机正转启动OB电动机反转启动AO电动机正转启动OA压合SQ1压合SQ55压合SQ1压合SQ4压合SQ1压合SQ3654321SQ1压合起始位置0按下启动按钮SB2图2.2 深孔钻组合机床系统流程图2 I/O分配表编程元件I/O端口电路器件作用输入信号I0.1SB1停止按钮I0.2SB2启动按钮I0.3SQ3退刀行程开关I0.4SQ4退刀行程开关I0.5SQ5退刀行程开关I0.7SB3正向调整点动按钮I0.0SB4反向调整点动按钮I0.6SQ1原始位置行程开关输出信号Q0.1KM1钻头前进接触器线圈Q0.2KM2钻头后退接触器线圈表2.1 深孔钻组合机床I/O分配表I/O接线图图2.3 深孔钻组合机床控制I/O接线图软件设计主程序梯形图MCGS组态过程以及与PLC的通讯工程项目系统分析：深孔钻组合机床机型切削时，为利于钻头排屑和冷却，需要周期性地从工件中退出钻头。工作形式如控制要求所示。要求在上位机可以实时监测到PLC控制的工作过程，可以看到开始停止的过程，并且在MCGS软件中能看到深孔钻组合机床进刀退刀的每一个过程。工程立项搭建框架：定义工程名称、封面窗口名称以及启动窗口名称，指定存盘数据库文件的名称以及存盘数据库，设定动画刷新的周期。设置菜单基本体系：先搭建菜单的框架，再对各级菜单命令进行功能组态。编写控制流程程序：在运行策略窗口内，从策略构件箱中，选择所需功能模块，由这些模块实现各种人机交互过程。完善菜单按钮功能：包括对菜单命令、监测器件、操作按钮功能的组态。编写程序调试工程；利用调试程序产生的模拟数据，检查动画显示和控制流程时候正确制作动画显示画面：我们设置了启动指示灯以及停止指示灯，分别对应硬件里的启动按钮和停止按钮，在画面顶端的指示灯表示原始位置行程开关SQ1。画面底端的三个指示灯则分别表示SQ3、SQ4、SQ5。在画面中间有三组短、中、长的流动块，分别对应深孔钻三个来回的运行过程。当显示绿色流动时则表示正在进刀，当显示红色流动时，则表示退刀。变量设置如下表所示：变量名称类型注释对应寄存器状态表达式SB1开关型控制深孔钻“停止”的变量I0.1SB1=1时，SB1亮SB2开关型控制深孔钻“启动”的变量I0.2SB2=1时，SB2亮SQ1开关型控制“原始位置行程开关”的变量I0.6SQ=1时，SQ1亮SQ3开关型控制“第一次退刀行程开关”的变量I0.3SQ3=1时，SQ3亮SQ4开关型控制“第二次退刀行程开关”的变量I0.4SQ4=1时，SQ4亮SQ5开关型控制“第三次退刀行程开关”的变量I0.5SQ5=1时，SQ4亮SQ6开关型控制“第一次进刀流动块”的变量M2.1SQ6=1时，最短流动块绿色流动SQ7开关型控制“第二次进刀流动块”的变量M2.2SQ7=1时，中长流动块绿色流动SQ8开关型控制“第三次进刀流动块”的变量M2.3SQ8=1时，最长流动块绿色流动SQ9开关型控制“第一次退刀流动块”的变量M2.4SQ9=1时，最短流动块红色流动SQ10开关型控制“第二次退刀流动块”的变量M2.5SQ10=1时，中长流动块红色流动SQ11开关型控制“第三次退刀流动块”的变量M2.6SQ11=1时，最长流动块红色流动表4.1 变量设置连接设备驱动程序：选定与设备相匹配的设备构件，我们这里通过设备组态的设备窗口来选择“通用串口父设备0”，然后建立“设备0”，这里我们选择了“Siemen_S7200PPI”，即西门子200点对点通讯模式。工程完工工程测试：连好PC/PPI编程电缆，将PLC程序载入PLC中，经测试正确后，最后测试工程各部分的工作情况，完成整个工程的组态工作，实施工程交接，便可以进行通讯。MCGS的运行画面第三次退刀第三次进刀第二次退刀第二次进刀第一次退刀第一次进刀退刀行程开关退刀行程开关退刀行程开关停止按钮SQ1开始按钮 调试对MCGS软件进行通讯设置，具体步骤如上文“连接设备驱动程序”中介绍，然后再次运行PLC，进行组态调试。当按下SQ1，动画中SQ1亮，再按下启动按钮SB2，动画中SB2亮闪一次，最短的流动块显示绿色流动，表示正在第一次进刀；拨回SQ1，动画中SQ1熄灭，再按下SQ3，动画中SQ3亮，最短流动块显示红色流动，表示正在第一次退刀；拨回SQ3，动画中SQ3熄灭，再按下SQ1，动画中SQ1亮，中长流动块显示绿色流动，表示正在第二次进刀；拨回SQ1，动画中SQ1熄灭，再按下SQ4，动画中SQ4亮，中长流动块显示红色流动，表示正在第二次退刀；拨回SQ4，动画中SQ4熄灭，再按下SQ1，动画中SQ1亮，最长流动块显示绿色流动，表示正在第三次进刀；拨回SQ1，动画中SQ1熄灭，再按下SQ5，动画中SQ5亮，最长流动块显示红色流动，表示正在第三次退刀；拨回SQ5，按下SB1，整个系统复位，动画运行一致，表示组态运行正确。 结束语通过这次PLC课程设计，让我更加深刻理解了课本的知识，并使我熟悉和掌握了PLC基本指令的使用，掌握