两种液体混合PLC控制系统设计 组态设计毕业论文.doc

如需组态文件 联系 QQ 425662555 I 两种液体混合两种液体混合 PLCPLC 控制系统设计控制系统设计 组态设计毕业论文组态设计毕业论文 目录 第一章 概述 1 1 1 PLC 的结构与特点 1 1 1 1 PLC 的基本结构 1 1 1 2 PLC 的特点 2 1 2 PLC 的发展趋势 3 第二章 硬件设计 4 2 1 总体方案设计 4 2 2 1 总体方案介绍 4 2 2 液体混合器总体结构 5 2 3 液位传感器的选择 6 2 4 搅拌机的选择 7 2 5 电磁阀的选择 8 2 6 接触器的选择 9 2 7 热继电器的选择 10 2 8 PLC 的选择 10 第三章 程序设计 13 3 1 功能图 13 3 2 梯形图 14 3 3 PLC 输人 输出地址分配 15 3 4 液体混合器输入输出接线图 16 3 5 手动控制 16 第四章 基于 MCGS 的监控系统设计 17 如需组态文件 联系 QQ 425662555 II 4 1 什么是 MCGS 组态软件 17 4 2 MCGS 组态软件系统构成 17 4 2 1 MCGS 组态软件的整体结构 17 4 2 2 MCGS 组态软件五大组成部分 18 4 3 MCGS 组态软件的特点及选型 19 4 3 1 MCGS 的主要特点 19 4 3 2 MCGS 的选型 19 4 4 基于 MCGS 的反应釜监控系统设计 21 4 4 1 组建系统工程 21 4 4 2 画面中构件的属性设置 22 第五章 MCGS 与 PLC 通信及工程模拟 25 5 1 制作动画显示画面 25 5 2 脚本程序编写 26 5 3 建立设备构件 27 5 4 程序下载整体运行与综合测试 28 总结 30 参考文献 31 致谢 32 如需组态文件 联系 QQ 425662555 III 如需组态文件 联系 QQ 425662555 1 第一章 概述 1 11 1 PLCPLC 的结构与特点的结构与特点 随着微处理器 计算机和数字通信技术的飞速发展 计算机控制已经广泛应用在 所有的工业领域 现代社会要求制造业对市场需求作出迅速的反应 生产出小批量 多品种 多规格 低成本和高质量的产品 为了满足这一要求 生产设备和自动生产 线的控制系统必须具有极高的可靠性和灵活性 可编程控制器 Programmable Logic Controller 正是顺应了这一要求出现的 它是以微处理器为基础的通用工业控制装置 可编程控制器简称为 PLC 它的应用面广 功能强大 使用方便 已经成为当代 工业自动化的主要支柱之一 PLC 广泛的应用在各种机械设备和生产过程的自动控制 系统中 PLC 在其他领域 例如在民用和家庭自动化中应用也得到了迅速的发展 国际电工委员会 International Electrical Committee IEC 在 1987 年标准草案第 3 稿中对 PLC 作了如下的定义 PLC 是一种数字运算的电子系统 专为工业环境下应 用而设计 它采用可编制程序的存储器 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 并通过数字式或模拟式的输入和输出 控制各 种类型的生产机械或生产过程 可编程控制器及其有关的外围设备 都应按照易于与 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 从上述定义可以看出 PLC 是一种用程序来改变控制功能的工业控制计算机 除了能完成各种控制功能外 还有与其他计算机通信联网的功能 1 1 1 1 PLC 的基本结构 PLC 主要由 CPU 模块 输入模块 输出模块和编程器组成 如图 1 1 所示 如需组态文件 联系 QQ 425662555 2 图 1 1 PLC 的控制系统示意图 1 1 2 PLC 的特点 PLC 能如此迅速发展的原因 除了工业自动化的客观需要外 还有许多独特的优点 它较好地解决了工业控制领域中普遍关心的可靠 安全 灵活 方便 经济等问题 其主要特点如下 1 可靠性高 抗干扰能力强 可靠性指的是 PLC 平均无故障工作时间 由于 PLC 采取了一系列硬件和软件抗干 扰 措施 具有很强的抗干扰能力 平均无故障时间达到数万小时以上 可以直接用于有 强烈干扰的工业生产现场 PLC 已被广大用户公认为是最可靠的工业控制设备之一 主要有这样几方面 1 输入 输出均采用光电隔离 提高了抗干扰能力 2 主机的 输人电源与输出电源均可相互独立 减少了电源间干扰 3 采用循环扫描工作方式 提高抗干扰能力 4 内部采用 监视器 电路 有良好的自诊断功能 以保证 CPU 可靠地工作 5 采用密封防尘抗震的外壳封装及内部结构 可适应恶劣环境 6 在 软件方面 增加故障检测和程序诊断等措施 2 控制功能强一台小型 PLC 内有成百上千个可供用户使用的编程元件 可以实现 非 常复杂的控制功能 与相同功能的继电器系统相比 它具有很高的性能价格比 PLC 可以通信联网 实现分散控制与集中管理 如需组态文件 联系 QQ 425662555 3 3 用户使用方便 PLC 产品已经标准化 系列化 模块化 配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选 用 用户能灵活方便地进行系统配置 组成不同功能 不同规模的系统 PLC 的安装 接线也很方便 有较强的带负载能力 可以直接驱动一般的电磁阀和交流接触器 硬 件配置确定后 可进行在线修改 柔性好 通过修改用户程序 方便快速地适应工艺 条件的变化 4 编程方便 简单 梯形图是 PLC 使用最多的编程语言 其电路符号 表达方式与继电器电路原理图 相似 梯形图语言形象 直观 简单 易学 熟悉继电器电路图的电气技术人员只要 花几天时间就可以熟悉梯形图语言 并用来编制用户程序 5 设计 安装 调试周期短 PLC 用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器 时间继电器 计数 器等器件 使控制柜的设计 安装 接线工作量大大减少 缩短了施工周期 PLC 的 用户程序可以在实验室模拟调试 模拟调试好后再将 PLC 控制系统在生产现场进行安 装和接线 在现场的统一调试过程中发现的问题一般通过修改程序就可以解决 大大 缩短了设计和投运周期 6 易于实现机电一体化 PLC 体积小 重量轻 功耗低 抗振防潮和耐热能力强 使之易于安装在机器设 备内部 制造出机电一体化产品 目前以 PLC 作为控制器的计算机数控装置 CNC 设 备和机器人装置已成为典型 11 1 21 2 PLCPLC 的发展趋势的发展趋势 目前 PLC 及其网络技术发展势头迅猛 PLC 及网络成为工企自动化设备的首选 由 PLC 组成的多级分布式 PLC 网络成为 CIMS 系统的基础组成部分 成为现代工业自 动化设备的三大支柱 可编程控制技术 机器人技术 CAD CAM 技术 之一 为了 适应信息技术的发展与工厂自动化的需要 PLC 的各种功能不断进步 一方面 PLC 在继续提高 CPU 运算速度 位数的同时 开发了适应与过程控制 运动控制的特殊功 能与模块 使 PLC 的应用范围开始涉及工业自动化的全部领域 与此同时 PLC 的网 络与通信功能得到迅速发展 PLC 不仅可以连接传统的编程与通用输入 输出设备 还 如需组态文件 联系 QQ 425662555 4 可以通过各种总线构成各个网络 为工厂自动化奠定了基础 这一时期 典型的 PLC 产品有西门子的 Simatic S5 系列 欧姆龙公司的 C 系列 松下电工的 FP 系列 三菱的 FX 系列 施耐德公司的 TSX Compact 系列 Twido 等 第二章 硬件设计 2 12 1 总体方案设计总体方案设计 整个设计过程是按思想工艺流程设计 为设备安装 运行和保护检修服务 设计 的编写按照国家关于电气自动化工程设计中的电气设备常用基本图形符号 GB4728 及其他相关标准和规范编写 设计原则主要包括 工作条件 工程对电气控制线路提 供的具体资料 系统在保证安全 可靠 稳定 快速的前提下 尽量做到经济 合理 合用 减小设备成本 在方案的选择 元器件的选型时更多的考虑新技术 新产品 控制由人工控制到自动控制 由模拟控制到微机控制 使功能的实现由一到多而且更 加趋于完善 对于本课题来说 如果液体混合系统部分是一个较大规模工业控制系统的改造升 级 新控制装置需要根据企业设备和工艺现况来构成并需尽可能的利用旧系统中的元 器件 对于人机交互方式改造后系统的操作模式应尽量和改造前的相类似 以便于操 作人员迅速掌握 从企业的改造要求可以看出在新控制系统中既需要处理模拟量也需 要处理大量的开关量 系统的可靠性要高 人机交互界面友好 应具备数据储存和分 析汇总的能力 要实现整个液体混合控制系统的设计 需要从怎样实现各电磁阀的开关以及电动 机启动的控制这个角度去考虑 现在就这个问题的如何实现以及选择怎样的方法来确 定系统方案 2 2 1 总体方案介绍 就目前的现状有以下几种控制方式满足系统的要求 继电器控制系统 单片机控 制 工业控制计算机控制 可编程序控制器控制 1 继电器控制系统 控制功能是用硬件继电器实现的 继电器串接在控制电路 中根据主电路中的电压 电流 转速 时间及温度等参量变化而动作 以实现电力拖 动装置的自动控制及保护 系统复杂 在控制过程中 如果某个继电器损坏 都会影 响整个系统的正常运行 查找和排除故障往往非常困难 虽然继电器本身价格不太贵 如需组态文件 联系 QQ 425662555 5 但是控制柜的安装接线工作量大 因此整个控制柜价格非常高 灵活性差 响应速度 慢 2 单片机控制 单片机作为一个超大规模的集成电路 机构上包括 CPU 存储 器 定时器和多种输入 输出接口电路 其低功耗 低电压和很强的控制功能 成为功 控领域 尖端武器 日常生活中最广泛的计算机之一 但是 单片机是一片集成电路 不能直接将它与外部 I O 信号相连 要将它用于工业控制还要附加一些配套的集成电 路和 I O 接口电路 硬件设计 制作和程序设计的工作量相当大 3 工业控制计算机控制 工控机采用总线结构 各厂家产品兼容性强 有实时 操作系统的支持 在要求快速 实用性强 功能复杂的领域中占优势 但工控机价格 较高 将它用于开关量控制有些大材小用 且其外部 I O 接线一般都用于多芯扁平电 缆和插头 插座 直接从印刷电路板上引出 不如接线端子可靠 4 可编程序控制器控制 可编程序控制器配备各种硬件装置供用户选择 用户 不用自己设计和制作硬件装置 只须确定可编程序控制器的硬件配制和设计外部接线 图 同时采用梯形图语言编程 用软件取代继电器电器系统中的触点和接线 通过修 改程序适应工艺条件的变化 可编程控制器 PLC 从上个世纪 70 年代发展起来的一种新型工业控制系统 起初 它主要是针对开关量进行逻辑控制的一种装置 可以取代中间继电器 时间继电器等 构成开关量控制系统 随着 30 多年来微电子技术的不断发展 PLC 也通过不断的升级 换代大大增强了其功能 现在 PLC 已经发展成为不但具有逻辑控制功能 还具有过程 控制功能 运动控制功能和数据处理功能 连网通讯功能等多种性能 是名符其实的 多功能控制器 由 PLC 为主构成的控制系统具有可靠性高 控制功能强大 性价比高 等优点 是目前工业自动化的首选控制装置 2 22 2 液体混合器总体结构液体混合器总体结构 由图 2 1 可知是一液体混合装置的工作示意图 用于将两种液体按一定的比例进 行充分混合 如需组态文件 联系 QQ 425662555 6 图 2 1 液体混合装置的工作示意图 此装置需要控制的元件有 其中 I H L 为液面传感器 液面到达该位置是传感 器接通 YV1 YV2 YV3 为电磁阀 M 为搅拌机 另外还有控制电磁阀和电动机的 1 个交流接触器 KM 所有这些元件的控制都属于数字量控制 可以通过引线与相应的 控制系统连接从而达到控制效果 混合装置的工作过程如下 1 按启动按钮 SB1 后 电磁阀 YV1 通电打开 液体 A 流入容器 2 当液位高度到达 I 时 液位传感器 I 接通 此时电磁阀 YV1 断电关闭 而电 磁 阀 YV2 通电打开 液体 B 流入容器 3 当液位高度到达 H 时 液位传感器 H 接通 这是电磁阀 YV2 关闭 同时启 动电动机 M 搅拌 4 1min 后 电动机 M 停止搅拌 这时电磁阀 YV3 自动打开 放出混合后的液 体到下一道工序 5 当液位高度下降到 L 后 再延时 2s 电磁阀 YV3 断电关闭 并自动开始新 的工作周期 此外 该液体混合装置在按下停机按钮 SB2 时 要求不要立即停止 而是将停机 信 号记忆下来 直到完成一个工作循环才停止工作 2 32 3 液位传感器的选择液位传感器的选择 选用上海仪华浮球液位开关 UQK 10 液位计 如图 2 2 所示 UQK 10 液位开关基于浮力原理工作 浮球随液位上下移动 驱动相应开关元件 动作 磁钢式浮球液位控制器由两个互不相通的测量部分和输出部分组成 当被测液 位发生变化时 浮球随之变化 从而使端部磁钢上 下摆动 根据磁钢同性相斥原理 使安装在外壳内的磁钢反向摆动 驱动微动开关接通或断开 本产品微动开关采用德 国 Veeder Root 公司的产品 动作可靠 寿命长 如需组态文件 联系 QQ 425662555 7 UQK 10 液位计各项技术参数如下 1 型号 UQK 10 2 工作温度 标准型 40 150 3 工作压力 4 0MPa 4 接液材质 不锈钢 防腐型 PPR 5 触点容量 AC250 7A 图 2 2 UQK 10 液位计 2 42 4 搅拌机的选择搅拌机的选择 选用宜兴市诺德环保设备有限公司 SIBLD 1 立式搅拌机 如图所示 SIBLD 1 立式搅拌机是采用摆线齿轮合行星传动原理 是当今国内最先进的传动 工具 具有钮距大 传动效率高 功率大 寿命长 价格低 主要技术参数如下 1 型号 SIDLD 1 2 搅拌机类型 行星搅拌机 3 应用领域 水处理 4 物料类型 液 液 5 布局形式 立式 6 电压 220V 50Hz 表 2 1 SIBLD 1 立式搅拌机参数 型号功率 KW 桶容积 L 轴转速 rpm 轴直径 cm 轴长 cm 叶轮 cm 如需组态文件 联系 QQ 425662555 8 SIDLD 11 5500010 136 2060 20025 图 2 3 SIBLD 1 立式搅拌机 其硬件接线如图 2 4 图 2 4 搅拌机硬件接线图 2 52 5 电磁阀的选择电磁阀的选择 选用上海金钢自控阀门有限公司的 ZCA 1P 电磁阀 如图所示 2 5 其主要参数如下 1 型号 ZCA 1P 2 介质温度 90 3 适用于中性介质 4 压力 MPa 0 07 1 6 MPa 如需组态文件 联系 QQ 425662555 9 5 功率 15W 6 使用电压 220V 50Hz 7 防护等级 IP65 8 材料 阀体采用不锈钢 密封采用氟橡胶 FKM 9 环境温度 20 60 图 2 5 ZCA 1P 电磁阀 2 62 6 接触器接触器的选择的选择 选用 乐清市上诚电气有限公司的 CJ20 10 型接触器 如图 2 6 所示 其中 C 表示接触器 J 表示交流 20 为设计编号 10 为主触头额定电流 相关元件主要技术参数及原理如下 1 操作频率为1200 h 2 机电寿命为1000 万次 3 主触头额定电流为10 A 4 额定电压为220 V 5 功率为 2 5KW 如需组态文件 联系 QQ 425662555 10 表 2 2 CJ20 10 型接触器尺寸 型号 ABCaBF CJ20 1044 567 510735 0 3155 0 37105 图 2 7 CJ20 10 型接触器结构图 2 72 7 热继电器的选择热继电器的选择 选用 JR16B 60 3D 型热继电器 如图 2 8 所示 其中 J 表示继电器 D 带断相保护 相关元件主要技术参数及原理如下 1 额定电流为20 A 图 2 6 CJ20 10 型接触 器 图 2 8 JR16B 60 3D 型热继电器 如需组态文件 联系 QQ 425662555 11 2 热元件额定电流为32 45 A 2 82 8 PLCPLC 的选择的选择 传统的控制方法是采用继电器 接触器控制 这种控制系统较复杂 并且大量 的硬件接线使系统可靠性降低 也间接地降低了设备的工作效率 采用可编程控制器 较好地解决了这一问题 可编程控制器是一种将计算机技术 自动控制技术和通信技 术结合在一起的新型工业自动控制设备 不仅能实现对开关量信号的逻辑控制 还能 实现与上位计算机等智能设备之间的通信 因此 将可编程控制器应用于多种液体混 合灌装机 完全能满足控制要求 且具有操作简单 运行可靠 工艺参数修改方便 自动化程度高等优点 1 在本控制系统中 所需的开关量输入为5点 开关量输出为4点 考虑到系统的可 扩展性和维修的方便性 选择模块式PLC 之所以选择这种PLC 主要考虑FX系列PLC 有以下特点 2 1 丰富的指令系统 在FX系列PLC中 即使是小型机 也具有近200条指令 除能实现一般的逻辑控制外 还可进行运动控制 复杂数据处理 甚至可直接控制变 频器实现电动机调速控制 而且各类PLC产品的指令系统都具有向上兼容性 便于应 用程序的移植 2 快速的CPU处理速度 大程序容量 3 大的网络通信功能 可直接连接调制解调器 可方便地与其他PLC或上位机 连成通信网络 通过上位计算机对生产现场的PLC进行实时监控 在生产规模较大 所控制的机床达到两台以上时 可采用1 n上位链接通信方式 用一台计算机管理多 台床 构成一个二级分布式集一散控制系统 4 编程及监控功能强大 维护简单 价格适中 国际电工委员会 International Electrotechnical Commission IEC 颁布的 PLC 的定 义为 可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统 专为在工业环境下的应用而设 计 它采用可编程序的存储器 用来在其内部存储执行逻辑运算 顺序控制 定时 计数和算数运算等操作的指令 并通过数字的 模拟的输入和输出来控制各种类型的 机械或生产过程 可编程控制器及其有关设备 都应该按易于与工业控制系统形成一 个整体 易于扩充其功能的原则设计 如需组态文件 联系 QQ 425662555 12 PLC 的一般结构如图 2 9 所示 由图可见主要有 6 个部分组成 包括 CPU 中央处 理器 存储器 输入 输出接口电路 电源 外设接口 I O 扩展接口 图 2 9 PLC 的一般结构 1 中央处理单元 CPU 与通用计算机中的 CPU 一样 PLC 中的 CPU 也是整个系统的核心部件 主要有 运算器 控制器 寄存器及实现它们之间联系的地址总线 数据总线和控制总线构成 此外还有外围芯片 总线接口及有关电路 CPU 在很大程度上决定了 PLC 的整体性能 如整个系统的控制规模 工作速度和内存容量等 2 存储器 存储器存放系统软件的存储器称为系统程序存储器 存放应用软件的存储器称为 用户程序存储器 PLC 常用的存储器类型有 RAM EPROM EEPROM 等 3 I O 模块 输入模块和输出模块通常称为 I O 模块或 I O 单元 PLC 的对外功能主要是通过各 种 I O 接口模块与外界联系而实现的 输入模块和输出模块是 PLC 与现场 I O 装置或 设备之间的连接部件 起着 PLC 与外部设备之间传递信息的作用 通常 I O 模块上还 有状态显示和 I O 接线端子排 以便于连接和监视 4 电源模块 输入 输出接口电路是 PLC 与现场 I O 设备相连接的部件 它的作用是将输入信 号转换为 PLC 能够接收和处理的信号 将 CPU 送来的弱电信号转换为外部设备所需要 的强电信号 5 如需组态文件 联系 QQ 425662555 13 本设计选三菱 FX2N 30MR 的 PLC 如图 2 10 所示 它是一种整体式结构的小型 PLC 并且指令丰富 功能强大 可靠性高 适应性好 结构紧凑 便于扩展 性价 比高 并且有多种特殊功能模块或功能扩展板 可以实现多轴定位控制 设计中使用 的 PLC 所用的模块共有 I O 总数 30 点 其中输入点 16 点 输出点 14 点 内置高速计 数器 具有 PID 控制器功能 并且通过通信扩展板或特殊适配器可以实现多种通信和 数据链接 例如 CC Link AS i RS 232C RS 422 可以实现与 MCGS 虚拟机的通讯 连接 N N 链接 并行链接 计算机链接 和 I O 链接等 图 2 10 三菱 FX2N 30MR PLC 如需组态文件 联系 QQ 425662555 14 第三章 程序设计 3 13 1 功能图功能图 图 3 1 液体混合功能图 如需组态文件 联系 QQ 425662555 15 3 23 2 梯形图梯形图 按启动按钮 SB1 后 电磁阀 YV1 通电打开 液体 A 流入容器 当液位高度到达 I 时 液位传感器 I 接通 此时电磁阀 YV1 断电关闭 而电磁阀 YV2 通电打开 液体 B 流入容器 当液位高度到达 H 时 液位传感器 H 接通 这时电磁阀 YV2 关闭 同时启动电 动 机 M 搅拌 1min 后 电动机 M 停止搅拌 这时电磁阀 YV3 自动打开 放出混合 如需组态文件 联系 QQ 425662555 16 后的液体到下一道工序 当液位高度下降到 L 后 再延时 2s 电磁阀 YV3 断电关闭 并自动开始新的工作 周期 3 33 3 PLCPLC 输人 输出地址分配输人 输出地址分配 表 3 1 输入 输出地址分配 IO 输入点地址功能输出点地址功能 X0 SB1 启动按钮 Y1 打开电磁阀 YV1 X1 I 液位传感器 Y2 打开电磁阀 YV2 X2 H 液位传感器 Y0 启动搅拌机搅 X3 L 液位传感器 Y3 打开电磁阀 YV3 X4 SB2 停止按钮 如需组态文件 联系 QQ 425662555 17 3 43 4 液体混合器输入输出接线图液体混合器输入输出接线图 两种液体混合装置输入输出接线图 1 按启动按钮 SB1 后 电磁阀 YV1 通电打开 液体 A 流入容器 当液位高度到 达 I 时 液位传感器 I 接通 此时电磁阀 YV1 断电关闭 而电磁阀 YV2 通电打 开 液体 B 流入容器 2 当液位高度到达 H 时 液位传感器 H 接通 这时电磁阀 YV2 关闭 同时启动 电动机 M 搅拌 1min 后 电动机 M 停止搅拌 这时电磁阀 YV3 自动打开 放 出混合后的液体到下一道工序 3 当液位高度下降到 L 后 再延时 2s 电磁阀 YV3 断电关闭 并自动开始新的工 作周期 图3 3 PLC 的接线图 3 53 5 手动控制手动控制 当 PLC 控制系统出现故障是 可以启动手动控制 三个手动控制阀与三个电磁阀 如需组态文件 联系 QQ 425662555 18 并联安装 通过控制手动阀的开关来控制液位 手动启动搅拌机混合两种液体 第四章 基于 MCGS 的监控系统设计 4 14 1 什么是什么是 MCGSMCGS 组态软件组态软件 MCGS Monitor and Control Generated System 通用监控系统 是一套基于 Windows 平台的 用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统 可运行于 Microsoft Windows95 98 Me NT 2000 等操作系统 MCGS 为用户提供了解决实际工程问题的完整方案和开发平台 能够完成现场数 据采集 实时和历史数据处理 报警和安全机制 流程控制 动画显示 趋势曲线和 报表输出以及企业监控网络等功能 使用 MCGS 用户无须具备计算机编程的知识 就可以在短时间内轻而易举地完 成一个运行稳定 功能全面 维护量小并且具备专业水准的计算机监控系统的开发工 作 MCGS 具有操作简便 可视性好 可维护性强 高性能 高可靠性等突出特点 已成功地应用于石油化工 钢铁行业 电力系统 水处理 环境监测 机械制造 交 通运输 能源原材料 农业自动化和航空航天等领域 经过各种现场的长期实际运行 系统稳定可靠 15 4 24 2 MCGSMCGS 组态软件系统构成组态软件系统构成 4 2 1 MCGS 组态软件的整体结构 MCGS 软件系统包括组态环境和运行环境两个部分 组态环境相当于一套完整的工 具 软件 用来帮助用户设计和构造自己的应用系统 运行环境则按照组态环境中构造的 组态工程 以用户指定的方式运行 并进行各种处理 完成用户组态设计的目标和功 能 组态环境和运行环境的关系如图 4 1 所示 组态环境 组态生成 应用系统 运行环境 解释执行 组态结果 组态结果 数据库 如需组态文件 联系 QQ 425662555 19 图 4 1 组态环境与运行环境的关系 4 2 2 MCGS 组态软件五大组成部分 用 MCGS 组态软件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 可完成不同的工作 且具有不同 的特性 1 主控窗口 主控窗口确定了工业控制中工程作业的总体轮廓 运行流程 菜单命令 特性参 数和启动特性等内容 是应用系统的主框架 在主控窗口中可以放置一个设备窗口和 多个用户窗 VI 主控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 设备窗口是连接和驱动外部设备的工作环境 设备窗 El 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 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 一个 应用系统只有一个设备窗口 运行时 系统自动打开设备窗口来管理和调度所有设备 构件正常工作 并在后台独立运行 3 用户窗口 用户窗口主要用于设置工程中人机交互的界面 其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 图元和图符对象为用户提供了一套完善的设计制作 图形画面和定义动画的方法 动画构件对应于不同的动画功能 它们是从工程实践经 验中总结出的常用的动画显示与操作模块 用户可以直接使用 通过在用户窗口内放 置不同的图形对象来搭建多个用户窗口 用户可以构造各种复杂的图形界面 以便用 如需组态文件 联系 QQ 425662555 20 不同的方式实现数据和流程的 可视化 4 实时数据库 实时数据库是工程各个部分的数据交换与处理中心 是 MCGS 系统的核心 它将 MCGS 工程的各个部分连接成有机的整体 本窗口内定义的不同类型和名称的变量 将作为数据采集 处理 输出控制 动画连接及设备驱动的对象 5 运行策略 运行策略是对系统运行流程实现有效控制的手段 本窗口主要完成对工程运行流 程的控制 包括编写控制程序 IF THEN 脚本程序 和选用各种功能构件 例如数据提 取 定时器 配方操作和多媒体输出等 15 4 34 3 MCGSMCGS 组态软件的特点及选型组态软件的特点及选型 4 3 1 MCGS 的主要特点 MCGS 的主要特点如下 9 1 简单灵活的可视化操作界面 2 实施性强 良好的并行处理性能 3 丰富生动的多媒体画面 4 开放式结构 广泛的数据获取和强大的数据处理功能 5 完善的安全机制 6 强大的网络功能 7 多样化的报警功能 8 实时数据库为用户分布处理组态提供极大的方便 9 支持多种硬件设备 实现 设备无关 10 控制方便复杂的运行流程 11 良好的可维护性和可扩充性 12 用数据库来管理数据存储 系统可靠性高 13 设立对象元件库 组态工作简单方便 14 实现对工控系统的分布式控制和管理 如需组态文件 联系 QQ 425662555 21 4 3 2 MCGS 的选型 MCGS TPC 是由北京昆仑通态投资 打造的新一代嵌入式一体化人机界面新产品 MCGS TPC 一经诞生 就因其先进的理念 卓越的性能 精美的外观而一枝独秀 使 同类产品黯然失色 MCGS TPC 一开始就受到广大客户的重视 它必将承担起历史的 重任 成为领导全球的 HMI 名族品牌 图 4 2 MCGS TPC 选型图表 本设计主要选择 MCGS TPC7062K 图 4 3 MCGS TPC7062K 产品外观 TPC 7062K 八大优势 高清 800X480 分辨率 体验精致 自然 通透的高清盛宴 真彩 65535 色数字真彩 丰富的图形库 享受顶级震撼画质 如需组态文件 联系 QQ 425662555 22 可靠 抗干扰性能达到工业 III 级标准 采用 LED 背光永不黑屏 配置 ARM9 内核 400MHz 主频 64M 内存 128M 存储空间 软件 MCGS 全功能组态软件 支持 U 盘备份恢复 功能更强大 环保 低功耗 整机功耗仅 5W 发展绿色工业倡导能源节约 时尚 7 寸宽屏显示 超轻 超薄 机身设计 引领简约时尚 服务 立足中国 全方位 本土化服务 星级标准 用户至上 4 44 4 基于基于 MCGSMCGS 的反应釜监控系统设计的反应釜监控系统设计 4 4 1 组建系统工程 MCGS组态软件安装在计算机中 双击桌面 组态环境 图标 进入MCGS组态环 境 单击 用户窗口 新建窗口 后 在用户窗口中新建一个 窗口0 并选中 它 单击 窗口属性 按钮 进入窗口属性设置界面 如图4 4 图4 4 用户窗口属性设置 然后进行工程的创建 组建系统工程 如图4 5 如需组态文件 联系 QQ 425662555 23 图 4 5 组态工程 4 4 2 画面中构件的属性设置 按启动按钮后 电磁阀 YV1 通电打开 液体 A 流入容器 当液位高度到达 50 时 液位传感器 1 接通 此时电磁阀 YV1 断电关闭 而电磁阀 YV2 通电打开 液体 B 流入 容器 当液位高度到达 100 时 液位传感器 2 接通 这是电磁阀 YV2 关闭 同时启动 电动机 M 搅拌 1min 后 电动机 M 停止搅拌 这是电磁阀 YV3 自动打开 放出混 合后的液体到下一道工序 当液位高度下降到 20 后 再延时 2s 电磁阀 YV3 断电关 闭 并自动开始新的工作周期 按停止按钮后 待本循环结束后停止 根据 PLC 控制 系统的 I O 表 对液体自动混合画面中的各个相关构件进行属性设置 定义数据变量 在实时数据库中定义 如图 4 6 所示 在液体自动混合画面中可 以看出 需要定义的数据变量有 控制 A 液体阀门和相应的流动块 控制 B 液体阀门 和相应的流动块 排放混合液体的阀门和相应的流动块 搅拌机等 如需组态文件 联系 QQ 425662555 24 图 4 6 阀体 罐 和传感器的数据定义 进一步对想要操作的流动块进行设置 定义动画连接 如图 4 7 图 4 7 流动块属性设置 如需组态文件 联系 QQ 425662555 25 同理可以设置水罐 传感器 以及各个阀体的动画属性 如图 4 8 图 4 8 设置水罐动画属性 如需组态文件 联系 QQ 425662555 26 第五章 MCGS 与 PLC 通信及工程模拟 5 15 1 制作动画显示画面制作动画显示画面 在组态工作台界面中 用鼠标单击 设备窗口 选项 出现设备窗口图标并双击 进入设备组态窗口 在此窗口中通过设备工具箱 完成设备组态 设备组态完成后 双击 通用串口父设备 0 进入 通用串口设备属性编辑 对 话框 根据设备通讯要求和连接情况 完成对话框中相关的参数设置 具体设置如图 6 1 所示 按 确认 键完成设置 返回设备组态窗口 双击 设备 0 三菱 FX2NCPU 进入 设备属性设置 对话框 在此窗口中有 基本属性 通道连接 设备调试 数据处理 选项卡 在液体自动混合控制中 不涉及 数据处理 其 余三项设置如图所示 在 设备调试 选项卡中 如果 通讯状态标志 栏中 显示 0 则表示通讯正常 若显示 1 则表示通讯不正常 图 5 1 通用串口父设备属性编辑窗口 在上述工程立项基础上 设置图形的动画属性与实时数据库中定义的变量的连接关 系 作为动画的驱动源 如图 5 2 所示 如需组态文件 联系 QQ 425662555 27 图 5 2 动画属性与数据库链接 5 25 2 脚本程序编写脚本程序编写 根据工艺流程和组态工程界面的设置 通过脚本程序在运行策略中的循环策略来仿 真液体混合的过程 图 5 3 运行策略 如需组态文件 联系 QQ 425662555 28 图 5 4 循环策略 5 35 3 建立设备构件建立设备构件 连接设备通道 确定数据变量处理方式 完成设备属性设置 在 MCGS 设备窗口中 添加串口通讯父设备和子设备三菱 FX2N 30MR 其父设备与子设备的设置属性的串口 端口号 通讯波特率 数据位位数和停止位位数 数据较验方式参数均一致 并且和 PLC 和上位机通信时属性设置参数一致 即采用 RS2232 标准 其传输速率固定为 9600bps 奇偶校验位采用偶校验 在设备属性的通道连接中电磁阀 1 3 和读 Y0 Y2 对应 电动机 1 与读 Y3 对应 传感器 1 3 与写 M3 M5 对应 开关与写 M10 对应 传感 器作为 PLC 的输入信号 本应该与 X 相对应 但 PLC 的 X 只能通过 PLC 的输入端子进 行控制 如图 5 5 所示 如需组态文件 联系 QQ 425662555 29 图 5 5 MCGS 对 PLC 的参数设定 5 45 4 程序下载整体运行与综合测试程序下载整体运行与综合测试 用调试程序产生的模拟数据 检查动画显示和控制流程是否正确 最后 对模拟设备 组成的控制系统进行模拟调试 进入运行环境 就能按照实验规定的控制流程 出现相 应的动画效果 再接上 PLC 进行连机调试 MCGS 的模拟运行界面应和 PLC 的输出运 行状态一致 通过实现上位机对下位机 PLC 的直接控制 如需组态文件 联系 QQ 425662555 30 图 5 6 工程下载模拟画面 工程最终效果图 如图 5 7 图 5 7 工程最终效果 如需组态文件 联系 QQ 425662555 31 总结 本论文利用功能强大的三菱