基于MCGS的PLC实验平台的开发.doc

毕毕 业业 论论 文 设文 设 计 计 题 目 基于计算机的 PLC 实验平台的开发与研究 姓 名 马旭 学号 0817014085 所在院 系 电气工程学院 专业班级 自控 083 班 指导教师 曹立学 完成地点 陕西理工学院 北区 501 楼 2012 年 5 月 18 日 毕业论文 设计 任务书 院 系 电气工程系 专业班级 自控 083 学生姓名 马旭 一 毕业论文 设计 题目 基于计算机的 PLC 实验平台的开发与研究 二 毕业论文 设计 工作自 2012 年 2 月 28 日 起至 2012 年 6 月 10 日止 三 毕业论文 设计 进行地点 501 楼 过程控制实验室 四 毕业论文 设计 的内容要求 可编程控制器 以下简称 PLC 从其产生到现在 实现了接线逻辑到存储逻辑的飞跃 其功 能从弱到强 实现了逻辑控制到数字控制的进步 其应用领域从小到大 实现了单体设备简单控制 到胜任运动控制 过程控制及集散控制等各种任务的跨越 PLC 作为工业控制领域的主流控制设备 在各行各业发挥着越来越大的作用 而利用计算机监控 PLC 的工作情况及状态或进行调度 便于系 统的管理 本次设计主要以 MITSUBISHI PLC 为控制器 以实验室已有的 PLC 实验平台为控制对象 或 模拟工业过程 采用 MCGS 组态软件实现 PC 机和 PLC 之间的通讯 完成 PLC 实验系统的监督与控制 具体应完成以下任务 1 分析设计任务 搜集参考文献 根据设计任务要求进行分析与论证 认真完成开题报告 2 通过文献的阅读 熟悉过程控制 计算机控制技术的原理及 PLC 应用与开发技术 熟练掌 握 MITSUBISHIPLC 的编程软件 熟悉 MCGS 组态软件的使用方法 3 根据工艺及控制要求 通过 MCGS 开发应用软件 设计控制界面 利用 PLC 完成控制系统 设计 包括 PLC 的硬件设计及软件设计 主要有 PLC 机型的选择 输入 输出点数的选择 储器 类型及存储容量的选择 开关量输入 输出模块的选择 通讯方式的确定与实现 特殊功能模块的 选择 PLC 编程方式的选择 PLC 环境因素的考虑及控制系统的软件设计 4 利用 PLC 编程软件进行系统设计 调试 下装及诊断 用 MCGS 软件作为上位机监控组态 软件 设计界面友好的的人机交互窗口 能够实现系统工艺的显示 报表 系统控制及参数设置 形成实时及历史曲线和数据 4 系统调试与安装 5 总结设计过程 完成毕业设计 论文 指 导 教 师 曹立学 系 教 研 室 系 教研室 主任签名 批准日期 接受论文 设计 任务开始执行日期 学生签名 马旭 基于计算机的基于计算机的 PLCPLC 的实验平台的开发和研究的实验平台的开发和研究 马旭 陕西理工学院电气工程系自动化专业 083 班 陕西 汉中 723003 指导老师 曹立学 摘要 组态软件和 PLC 在课堂教学与应用实践中有时是脱节的 通过本次研究可以提高学生对组态软件的 理解和对 PLC 的应用能力 提高实验教学的质量 而且工控组态软件和 plc 广泛应用于社会各行各业 如 物流配 送中心 邮局 采矿 港口 组态软件的应用可以大大提高企事业单位该环节的生产效率 本文通过查阅大量资料 对 MCGS 和 PLC 及其相关的技术发展 现状和趋势作了一个比较全面的考察 在熟悉 了 MCGS 和 PLC 的原理的基础上 根据一定的控制要求以三菱 PLC 为控制核心 MCGS 组态软件为监控软件 设计出 几个常见的工程系统 这几个工程中上位机和 PLC 采用 RS 232 串口通信 以 PLC 为主控制器 结合传感器技术 组 态监控等技术 完成了 PLC 外部硬件的设计和软件的编程 通过分析具体系统的工作过程 设计了工程组态画面 对工程实现了模拟监控 通过调试 进一步提高了系统的稳定性 系统具有自动化程度高 运行稳定 人机交流人 性化 易控制的特点 关键词 教学 组态软件 三菱 PLC plc 和 mcgs 通信 The research and development of PLC experimental platform based on computer Maxu Grade 08 Class 3 Major atomation Electric work Dept Shaanxi University of Technology Hanzhong723003 Shaanxi Tutor Cao li xue Abstract Configuration software and PLC application in classroom teaching and practice in a sometimes disjointed this research can improve students understanding of the configuration software and PLC applications improving the quality of experiment teaching Industrial control configuration software and PLC and widely used in the industries of the community such as logistics distribution centers post offices mines ports Configuration software applications can greatly improve the productivity of enterprises and institutions that link This article by looking up a great deal of information in MCGS and PLC and their related technologies current situation and trend of the development of a more comprehensive review Familiar with MCGS and PLC on the basis of the principle Mitsubishi PLC in accordance with certain control requirements to control core in MCGS configuration software for monitoring software designed a few of the common project system This several engineering in the upper machine and PLC used RS 232 serial communications to PLC mainly controller combination sensor technology and group State monitoring technology completed has PLC external hardware of design and software of programming by analysis specific system of work process design has engineering group State picture on engineering implementation has simulation monitoring by debugging further improve has system of stability system has automation degree high and run stability and people machine AC human and easy control of features Keywords Teaching MCGS Mitsubishi PLC Communication 目录目录 引言 5 1 PLC 和 MCGS 概述 6 1 1 PLC 的由来及其定义 6 1 2 PLC 的发展历程 6 1 3 PLC 的基本结构及工作原理 7 1 3 1 PLC 的基本结构 7 1 3 2 PLC 的工作原理 9 1 4 PLC 的特点及功能 9 1 4 1 PLC 特点 9 1 4 2 PLC 的功能 10 1 5 FX2N 可编程序控制器 10 1 6 PLC 提供的编程语言 11 1 6 1 标准语言梯形图语言 11 1 6 2 语句表语言 11 1 7 MCGS 的介绍 11 1 7 1 MCGS 的简介 11 1 7 2 MCGS 组态软件的功能和特点 11 1 7 3 MCGS 组态软件的系统构成 13 1 7 4 MCGS 工程的五大部分 13 1 7 5 MCGS 组态软件的工作方式 14 2 PLC 与上位机通讯 16 2 1 PLC 与 MCGS 之间的通讯 16 2 2 串口通信父设备设置 16 2 3 PLC 子设备设定 17 2 4 PLC 与 MCGS 通道设定 18 2 5 PLC 和 SWOPC FXGP WIN C 之间的通信 18 2 5 1 三菱 SWOPC FXGP WIN C 18 2 5 2 三菱 SWOPC FXGP WIN C 和 PLC 通信 19 3 示例工程 21 3 1 天光五角星彩灯模仿系统 21 3 1 1 天光五角星彩灯模仿系统工艺要求 21 3 1 2 工程设计方案及其由来 21 3 1 3 天光五角星彩灯模拟系统建立用户窗口 22 3 1 4 天光五角星彩灯模拟系统 PLC 梯形图和语句表 23 3 1 5 天光五角星彩灯模拟系统调试结果 24 3 2水塔水位控制系统工程 24 3 2 1 水塔水位控制系统流程 24 3 2 2 水塔水位控制系统控制要求 25 3 2 3 工程设计方案及其由来 26 3 2 4 水塔水位控制系统工程建立用户窗口 27 3 2 5 水塔水位控制系统过程 PLC 梯形图和语句表 29 3 2 6 程序下载与整体调试 30 3 3 方波发生器 31 3 3 1 方波发生器控制要求 31 3 3 2 工程设计方案及其由来 32 3 3 3 方波发生器建立用户窗口 32 3 3 4 方波发生器工程调试结果 34 3 3 5 方波发生器 PLC 梯形图和语句表 34 4 工程设计总结 36 4 1 选择 PLC 型号 36 4 1 1 PLC 的类型 36 4 1 2 输入 输出模块的选择 36 4 1 3 电源的选择 36 4 1 4 存储器的选择 36 4 1 5 冗余功能的选择 36 4 1 6 经济性的考虑 36 4 2 本工程程序的下载过程 37 4 2 1 端口通讯参数设定 37 4 2 2 工程程序的下载 37 4 3 各个工程总体结果 38 4 3 1 天光五角星总体结果 38 4 3 2 水塔水位控制总体结果 38 4 3 3 方波发生器的总体结果 39 总结 41 致谢 42 参考文献 43 外文资料 44 中文翻译 47 引言引言 现代科学技术的飞速发展 改变了世界 也改变了人类的生活 作为新世纪的大学生 应该站在 时代发展的前列掌握现代科学技术知识调整自己的知识结构和能力结构 以适应社会发展的要求 新 世纪需要具有丰富的现代科学知识 能够独立解决面临的任务 充满活力 有创新意识的新型人才 自从上世纪 80 年代至 90 年代中期 是 PLC 发展最快的时期 年增长率一直保持为 30 40 在这时期 PLC 在处理模拟量能力 数字运算能力 人机接口能力和网络能力得到大幅度提高 PLC 逐渐进入过程控制领域 在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的 DCS 系统 PLC 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 PLC 在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位 在可预见的将来 是无法取代的 而且实现了接线逻 辑到存储逻辑的飞跃 其功能从弱到强 实现了逻辑控制到数字控制的进步 其应用领域从小到大 实现了单体设备简单控制到胜任运动控制 过程控制及集散控制等各种任务的跨越 PLC 作为工业 控制领域的主流控制设备 在各行各业发挥着越来越大的作用 而利用计算机监控 PLC 的工作情况 及状态或进行调度 便于系统的管理 利用计算机监控 PLC 的工作情况及状态或进行调度 主要是 便于系统的管理 节约成本 采用 MCGS 组态软件实现 PC 机和 PLC 之间的通讯 完成 PLC 实验系统 的监督与控制 应用组态软件在计算机屏幕上全真模拟 PLC 的控制对象 它能以动画形式演示 PLC 控制对象的工作过程 设计界面友好的的人机交互窗口 能够实现系统工艺的显示 报表 系统控 制及参数设置 形成实时及历史曲线和数据 设计过程灵活多变 可以制作出各种界面用以方便监 控 工程人员不用去现场能够及时的从电脑屏幕上了解到系统目前状况 及时了解和处理故障 节 约人力 节约时间 总结说来其具有成本低 免维护 形象直观等优点 所以基于 MCGS 的 PLC 监 控实验系统的开发与设计具有重要的实用意义 本次毕业设计是三菱利用 plc 掌握组态理论和组 态方法 制作多个过程监控界面 对电动机及其他设备进行实时监控 在实现以上全部功能的前提 下 再对监控界面的控制功能作进一步研究 监控界面的控制功能就是不在现场的情况下 对现场 的设备进行控制 最后 在该设计过程中给予极大鼓励和帮助的老师 同学 在此表示衷心的感谢 由于在设 计过程中存在许多不足 希望老师指正 1 1 PLCPLC 和和 MCGSMCGS 概述概述 1 11 1 PLCPLC 的由来及其定义的由来及其定义 在 60 年代 汽车生产流水线的自动控制系统基本上都是由继电器控制装置构成的 当时汽车 的每一次改型都直接导致继电器控制装置的重新设计和安装 随着生产的发展 汽车型号更新的周 期愈来愈短 这样 继电器控制装置就需要经常地重新设计和安装 十分费时 费工 费料 甚至 阻碍了更新周期的缩短 为了改变这一现状 美国通用汽车公司在 1969 年公开招标 要求用新的 控制装置取代继电器控制装置 可编程逻辑控制器 PLC 如图 1 1 的产生也正是顺应了这一当时 的生产要求 图 1 1 PLC 外部整体结构 PLC 是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置 它采用可以编制程序 的存储器 用来在其内部存储执行逻辑运算 计时 计数和算数运算等操作指令 并能通过数字式 或模拟式的输入和输出 控制各种类型的机械或生产过程 PLC 及其有关的外围设备都应该按易于 与工业控制系统形成一个整体 易于扩展其功能的原则而设计 1 21 2 PLCPLC 的发展历程的发展历程 1969 年 美国数字设备公司 DEC 研制出第一台 PLC 在美国通用汽车自动装配线上试用 获得了成功 这种新型的工业控制装置及其简单易懂 操作方便 可靠性高 通用灵活 体积小 使用寿命长等一系列优点 很快地在美国其他工业领域推广应用 到 1971 年 已经成功地应用于 饮料冶金造纸等工业 由于 PLC 同时提高了功能和柔性度 使其应用迅速增长 并普及到许多其他离散零件制造工 业领域 随后又扩展到与批量生产和连续生产过程有关的工业领域 随着 CIMS 计算机继承制造 系统 的发展 PLC 当前还被人们应用与工厂通信网络 柔性制造系统 工业机器人到大兴奋酸性 控制系统之中 与其其他智能控制器和计算机系统一起成为计算机综合控制系统中的重要组成部分 特别是单元级和工作站级 这一新兴工业控制装置的出现 也受到了世界其他国家的高度重视 1971 年日本从美国引进 了这项新技术 很快研制出了日本第一台 PLC 1973 年 西欧国家也研制出它们的第一台 PLC 我国从 1974 年开始研制 于 1977 年开始工业应用 我国可编程控制器的引进 应用 研制 生产是伴随着改革开放开始的 最初是在引进设备中 大量使用了可编程控制器 接下来在各种企业的生产设备及产品中不断扩大了 PLC 的应用 目前 我国自己已可以生产中小型可编程控制器 上海东屋电器有限公司生产的 CF 系列 杭州机床电器 厂生产的 DKK 及 D 系列 大连组合机床研究所生产的 系列 苏州电子计算机厂生产的 系列 等多种产品已具备了一定的规模并在工业产品中获得了应用 此外 无锡华光公司 上海乡岛公司 等中外合资也是我国比较著名的 PLC 生产厂家 可以预期 随着我国现代化进程的深入 PLC 在 我国将有更广阔的应用天地 1 31 3 PLCPLC 的基本结构及工作原理的基本结构及工作原理 1 3 11 3 1 PLCPLC 的基本结构的基本结构 PLC 实质上是一种专用于工业控制计算机 其硬件结构基本上与微型计算机相同 其结构如下 图 1 2 所示 图 1 2 PLC 的基本结构 1 中央处理单元 CPU 中央处理单元 CPU 是 PLC 控制中枢 PLC 系统程序赋予功能接收并存储从编程器键入用 户程序和数据 检查电源 存储器 I O 以及警戒定时器状态 并能诊断用户程序中语法错误 当 PLC 投入运行时 首先它以扫描方式接受现场各输入装置状态和数据 并分别存入 I O 映象区 然 后从用户程序存储器中逐条读取用户程序 命令解释后按指令规定执行逻辑或算数运算结果送入 I O 映象区或者数据存储器内 等所有用户程序执行完毕之后 最后将 I O 映象区各输出状态或输 出寄存器内数据传送到相应输出装置 如此循环运行 直到停止运行 进一步提高 PLC 可靠性 近年来对大型 PLC 还采用双 CPU 构成冗余系统 或采用三 CPU 表决式系统 这样 某个 CPU 出 现故障 整个系统仍能正常运行 2 存储器 存放系统软件存储器称为系统程序存储器 存放应用软件存储器称为用户程序存储器 PLC 常用存储器类型有 RAM Random Assess Memory 这是一种读 写存储器 随机存储器 其存取速度最快 由锂电池支持 EPROM Electrical Programmable Read Only Memory 这是一种 可擦除只读存储器 断电情况下 存储器内所有内容保持不变 紫外线连续照射下可以擦除存储器 内容 EEPROM Electrical Erasable Programmable Read Only Memory 这是一种电可擦除只读存储 器 使用编程器就能容易对其所存储内容进行修改 PLC 存储空间分配 各种 PLC 的 CPU 最大寻址空间各不相同 PLC 的工作原理 其存储空间 一般包括以下三个区域 系统程序存储区 系统 RAM 存储区 包括 I O 映像区和系统软设备等 用户程序存储区 编程器 中央处理单元 CPU 系统程序存储器 用户程序存储器 输出电路 电 源 输入电路 系统程序存储区 系统程序存储区中存放着相当于计算机操作系统系统程序 包括监控程序 管理程序 命令解释程序 功能子程序 系统诊断子程序等 由制造厂商将其固化 EPROM 中 用 户不能直接存取 它和硬件一起决定了该 PLC 性能 系统 RAM 存储区 系统 RAM 存储区包括 I O 映像区以及各类软设备 如 逻辑线圈 数据 存储器 计时器 变址寄存器 累加器等存储器 I O 映像区 PLC 投入运行后 输入采样阶段才依次读入各输入状态和数据 输出刷新阶段才 将输出状态和数据送至相应外设 它需要一定数量存储单元 RAM 以存放 I O 状态和数据 这些 单元称作 I O 映像区 一个开关量 I O 占用存储单元中一个位 bit 一个模拟量 I O 占用存储单元 中一个字 16 个 bit 整个 I O 映象区可以看作两个部分组成 开关量 I O 映像区 模拟量 I O 映 像区 系统软设备存储区 I O 映像区以外 系统 RAM 存储区还包括 PLC 内部各类软设备 逻辑线 圈 数据寄存器 计时器 变址寄存器 累加器等 存储区 该存储区又分为具有失电保持存储区 域和无失电保持存储区域 当前者 PLC 断电时 有内部锂电池供电 数据不会遗失 当后者 PLC 断电时 数据被清零 用户程序存储区 主要用来存放用户的应用程序 所谓用户程序是指使用户根据工程现场的产 生过程和工艺要求编写的控制程序 此程序由使用者通过编程器输入到 PLC 机的 RAM 存储器中 以便于用户随时修改 也可以将用户程序存放在 EEPROM 中 3 输入 输出模块 输入 输出模块是可编程控制器与工业生产设备或工业生产过程连接的接口 现场的输入信号 如按钮开关 行程开关 限位开关以及传感输出的开关量或模拟量 压力 流量 温度 电压 电 流 等 都要通过输入模块送到 PLC 由于这些信号电平各式各样 而可编程控制器 CPU 所处理 的信息只能是标准电平 所以输入模块还需将这些信号转换成 PLC 能够接受和处理的数字信号 输入模块的作用是接收中央处理器处理过的数字信号 并把它转换成现场执行部件所能接收的控制 信号 以驱动如电磁阀 灯光显示 电机等执行机构 可编程控制器有多种输入 输出模块 其类 型有数字量输入 输出模块和模拟量输入 输出模块 这些模块分直流和交流 电压和电流类型 每 种类型又有不同的参数等级 主要有数字量输入 输出模块和模拟量输入 输出模块 部件上都设有 接线端子排 为了滤除信号的噪声和便于 PLC 内部对信号的处理 这些模块上都带有滤波 电平 转换 信号锁存电路 数字量输入 输出模块带有光电耦合电路 其目的是把 PLC 与外部电路隔离 起来 以提高 PLC 的抗干扰能力 数字量输出有继电器输出 晶体管输出和可控硅输出三种方式 模拟量输入 输出模块主要用来实现模拟量与数字量之间的转换 即 A D 或 D A 转换 由于工业控 制系统中有工业传感器或执行机构有一些信号是连续变化的模拟量 因此这些模拟量必须通过模拟 量输入 输出模块与 PLC 的中央处理器连接 模拟量输入模块 A D 转换后的二进制数字量 经光电 耦合器和输出锁存器与 PLC 的 I O 总线挂接 模拟量输入模块接收标准量程的电压或电流输出信号 提供给执行机构 4 扩展模块 当一个 PLC 中心单元的 I O 点数不够用时 就要对系统进行扩展 扩展接口就是用于连接中心 基本单元与扩展单元的 模块随着可编程控制器在工业控制中的广泛应用和发展 使可编程控制器 的功能更加强大和完善 智能 I O 接口模块种类很多 例如高速计数模块 PLCA 控制模块 数字 位基于 PLC 的变频恒压供水系统的设计置译码模块 阀门控制模块 智能存储模块以及智能 I O 模 块等 5 编程器 它的作用是供用户进行程序的编制 编辑 调试和监视 有的编程器还可与打印机或磁带机相 连 以将用户程序和有关信息打印出来或存放起来 它的作用是供用户进行程序的编制 编辑 调 试和监视 有的编程器还可与打印机或磁带机相连 以将用户程序和有关信息打印出来或存放在磁 带上 磁带上的信息可以重新装入 PLC 6 电源 PLC 中的电源一般有三类 5V 15V 直流电源 供 PLC 中 TTL 芯片和集成运放使用 供输 出接口使用的高压大电流的功率电源 锂电池及其充电电源 考虑到系统的可靠性以及光电隔离器的使用 不同类型的电源其地线也不同 目前 PLC 的发展非常迅速 型号众多 各种特殊功能模板不断涌现 通常根据其 I O 点的数量 将 PLC 分为三大类 小型机 256 点以下 无模拟量 中型机 256 2048 点 64 128 路模拟量 大型机 2048 点以上 128 512 路模拟量 具体实现时 通常采用模板式结构 以便用户根据实际应用需求进行配置 但一些小型机常制 作成一体机 其配置固定 主要供定型成套设备使用 而一些大型机一般在电源或者 CPU 甚至 两者都做了热备份 1 3 2 PLC 的工作原理的工作原理 最初研制生产的 PLC 主要用于代替传统的由继电器接触器构成的控制装置 但这两者的运行 方式是不相同的 继电器控制装置采用硬逻辑并行运行的方式 即如果这个继电器的线圈通电或断 电 该继电器所有的触点 包括其常开或常闭触点 在继电器控制线路的哪个位置上都会立即同时 动作 PLC 的 CPU 则采用顺序逻辑扫描用户程序的运行方式 即如果一个输出线圈或逻辑线圈被接 通或断开 该线圈的所有触点 包括其常开或常闭触点 不会立即动作 必须等扫描到该触点时才 会动作 为了消除二者之间由于运行方式不同而造成的差异 考虑到继电器控制装置各类触点的动 作时间一般在 100ms 以上 而 PLC 扫描用户程序的时间一般均小于 100ms 因此 PLC 采用了一 种不同于一般微型计算机的运行方式的扫描技术 这样在对于 I O 响应要求不高的场合 PLC 与继 电器控制装置的处理结果上就没有什么区别了 1 PLC 的扫描技术 当 PLC 投入运行后 其工作过程一般分为三个阶段 即输入采样 用户 程序执行和输出刷新三个阶段 完成上述三个阶段称作一个扫描周期 在整个运行期间 PLC 的 CPU 以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段 2 输入采样阶段 在输入采样阶段 PLC 以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据 并将 它们存入 I O 映象区中的相应得单元内 输入采样结束后 转入用户程序执行和输出刷新阶段 在 这两个阶段中 即使输入状态和数据发生变化 I O 映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变 因此 如果输入是脉冲信号 则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期 才能保证在任何情况下 该输入均能被读入 3 用户程序执行阶段 在用户程序执行阶段 PLC 总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程 序 梯形图 在扫描每一条梯形图时 又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路 并 按先左后右 先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算 然后根据逻辑运算的结果 刷新该逻辑线圈在系统 RAM 存储区中对应位的状态 或者刷新该输出线圈在 I O 映象区中对应位 的状态 或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令 即在用户程序执行过程中 只有 输入点在 I O 映像区内的状态和数据不会发生变化 而其他输出点和软设备在 I O 映象区或系统 RAM 存储区内的状态和数据都有可能发生变化 而且排在上面的梯形图 其程序执行结果会对排 在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用 相反 排在下面的梯形图 其被刷新的逻辑线 圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用 4 输出刷新阶段 当扫描用户程序结束后 PLC 就进入输出刷新阶段 在此期间 CPU 按照 I O 映像区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路 再经输出电路驱动相应的外设 这时 才是 PLC 的真正输出 1 41 4 PLCPLC 的特点及功能的特点及功能 1 4 1 PLC 特点特点 PLC 具有如下特点 1 高可靠性 所有的 I O 接口电路均采用光电隔离使工业现场的外电路与 PLC 内部电路之间 电气上隔离 各输入端均采用 R C 滤波器 其滤波时间常数一般为 10 20ms 各模块均采用屏蔽措 施以防止屏蔽干扰 采用性能优良的开关电源 对采用的器件进行严格的筛选 良好的自诊断功能 一旦电源或其他软硬件发生异常情况 CPU 立即采用有效措施以防止故障扩大 大型 PLC 还可以采用 由双 CPU 构成冗余系统或有三 CPU 构成表决系统 是可靠性进一步提高 2 丰富的 I O 接口模块 PLC 针对不同的工业现场信号如 交流或直流 开关量或模拟量 电压或电源 脉冲或电位 强电或弱电等 有相应的 I O 模块与工业现场的器件或设备如 按钮 行程开关 接近开关 传感器及变送器 电磁线圈 控制阀 直接连接另外为了提高操作性能它 还有多种人 机对话的接口模块 为了组成工业局部网络它还有多种通讯联网的接口模块等等 3 采用模块化结构 为了适应各种工业控制需要除了单元式的小型 PLC 以外 绝大多数 PLC 均采用模块化结构 PLC 的各个部件包括 CPU 电源 I O 均采用模块化设计 由机架及电缆将各模 块连接起来 系统的规模和功能可以根据用户的需要自行组合 4 编程简单易学 PLC 的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式 对使用者来说 不需要具备计算机的专门知识 因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握 5 安装简单维修方便 PLC 不需要专门的机房可以在各种环境下直接运行 使用时只需将现 场的各种设备与 PLC 相应的 I O 端相连接即可投入运行 各种模块上均有运行和故障指示装置 便 于用户了解运行情况和查找故障 由于采用模块化结构 因此一旦某模块发生故障用户可以通过更 换模块的方法使系统迅速恢复运行 1 4 21 4 2 PLCPLC 的功能的功能 PLC 具有以下功能 1 数据采集与输出 2 控制功能 包括顺序控制 逻辑控制 定时 计数等 3 数据处理功能 包括基本数学运算 比较 对字节的运算 PID 运算 滤波等 4 输入 输出接口调理功能 具有 A D D A 转换功能 通过 I O 模块完成对模拟量的控制和 调节 具有温度 运动等测量接口 5 通信 联网功能 现代 PLC 大多数都采用了通信 网络技术 有 RS232 或 RS485 接口 可 进行远程 I O 控制 多台 PLC 可彼此间联网 通信 外部器件与一台或多台可编程控制器的信号 处理单元之间 实现程序和数据交换 如程序转移 数据文档转移 监视和诊断 在系统构成时 可由一台计算机与多台 PLC 构成 集中管理 分散控制 的分布式控制网络 以便完成较大规模的复 杂控制 通常所说的 SCADA 系统 现场端和远程端也可以采用 PLC 作现场机 6 支持人机界面功能 提供操作者以监视机器 过程工作必需的信息 允许操作者和 PC 系统 与其应用程序相互作用 以便作决策和调整 实现工业计算机的分散和集中操作与监视系统 7 编程 调试等 并且大部分支持在线编程 1 51 5 FX2NFX2N 可编程序控制器可编程序控制器 FX2N 是 FX 系列中功能最强 速度最高的微型可编程序控制器 它的基本指令执行时间高达 0 08 s 每条指令 远远超过了很多大型可编程序控制器 用户存储器容量可扩展到 16K 步 最大 可扩展到每 256 个 I O 点 有 5 种模拟量输入 输出模块 高速计数器模块 脉冲输出模块 4 种 位置控制模块 多种 RS 232C RS 242 RS 485 串行通信模块或功能扩展板 以及模拟定时器功能扩 展板 使用特殊功能模块和功能扩展板 可以实现模拟量控制 位置控制和联网通信等功能 以下 是可编程控制器的基础认识 三菱 FX2N PLC 的主要特点 1 集成型高性能 CPU 电源 输入输出三为一体 对 6 种基本单元 可以以最小 8 点为单 元连接输入输出扩展设备 最大可以扩展输入输出 256 点 2 高速运算 基本指令 0 08 s 指令 应用指令 1 52 几百 s 指令 3 安心 宽裕的存储器规格 内置 8000 步 RAM 存贮器 安装存储盒后 最大可以扩展到 16000 步 4 丰富的软元件范围 辅助继电器 3072 点 定时器 256 点 计数 235 点 数据寄存器 8000 点 5 除了具有输入输出 16 256 点的一般速途 还有模拟量控制 定位控制等特殊控制 6 面向海外的产品适合各种安全规格 为大量实际应用而开发的特殊功能 开发了各个范围 的特殊功能模块以满足不同的需要 模拟 I O 高速计数器 对每一个 FX2N 主单元可配置总计达 8 个特殊功能模块 1 61 6 PLCPLC 提供的编程语言提供的编程语言 1 6 11 6 1 标准语言梯形图语言标准语言梯形图语言 标准语言梯形图语言也是我们最常用的一种语言 它有以下特点 1 它是一种图形语言 沿用传统控制图中的继电器触点 线圈 串联等术语和一些图形符号 构成 左右的竖线称为左右母线 2 梯形图中接点 触点 只有常开和常闭 接点可以是 PLC 输入点接的开关也可以是 PLC 内部继电器的接点或内部寄存器 计数器等的状态 3 梯形图中的接点可以任意串 并联 但线圈只能并联不能串联 内部继电器 计数器 寄 存器等均不能直接控制外部负载 只能做中间结果供 CPU 内部使用 4 PLC 是按循环扫描事件 沿梯形图先后顺序执行 在同一扫描周期中的结果留在输出状态 暂存器中所以输出点的值在用户程序中可以当条件使用 1 6 21 6 2 语句表语言语句表语言 语句表语言 类似于汇编语言 逻辑功能图语言 沿用半导体逻辑框图来表达 一般一个运算 框表示一个功能 左边画输入 右边画输出 1 71 7 MCGSMCGS 的介绍的介绍 1 7 11 7 1 MCGSMCGS 的简介的简介 MCGS Monitor and Control Generated System 通用监控系统 是一套用于快速构造和生成 计算机监控系统的组态软件 它能够在基于 Microsoft 的各种 32 位 Windows 平台上运行 通过对 现场数据的采集处理 以动画显示 报警处理 流程控制和报表输出等多种方式向用户提供解决实 际工程问题的方案 它充分利用了 Windows 图形功能完备 界面一致性好 易学易用的特点 比 以往使用专用机开发的工业控制系统更具有通用性 在自动化领域有着更广泛的应用 MCGS 组态软件功能强大 操作简单 易学易用 普通工程人员经过短时间的培训就能迅速掌 握多数工程项目的设计和运行操作 同时使用 MCGS 组态软件能够避开复杂的计算机软 硬件问题 集中精力去解决工程问题本身 根据工程作业的需要和特点 组态配置出高性能 高可靠性和高度 专业化的工业控制监控系统 1 7 21 7 2 MCGSMCGS 组态软件的功能和特点组态软件的功能和特点 MCGS 具有如下特点 1 MCGS 即 监视与控制通用系统 英文全称为 Monitor and Control Generated System 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 2 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 3 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 4 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 Microsoft Windows95 98 和 Microsoft Windows NT 平台 以线程为单位进行分时 并行处理 5 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 6 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 7 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 8 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 9 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 10 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 系统的功能得到扩充 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 11 支持 OLE Automation 技术 MCGS 允许用户在 Visual Basic 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 VB 编制特定的功能构件来扩充系统的功能 12 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 13 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 14 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 DCCW Distributed Computer Cooperator Work 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 1 7 31 7 3 MCGSMCGS 组态软件的系统构成组态软件的系统构成 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 又紧密相关如图 1 3 所示 图 1 3 组态环境和运行环境关系 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 McgsSet exe 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 McgsRun exe 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 1 7 41 7 4 MCGSMCGS 工程的五大部分工程的五大部分 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 具有不同的特性如图 1 4 所示 1 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 2 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 3 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 4 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 5 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 if then 脚本程序 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 图 1 4 组态软件的构成 1 7 51 7 5 MCGSMCGS 组态软件的工作方式组态软件的工作方式 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