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毕业论文自动门控制系统设计及用MCGS组态软件仿真和监控摘 要：本人通过学习熟悉了MCGS工控组态软件的基本用法与功能，并学会了选择PLC来设计自动门控制系统，通过通讯连接使外部设备PLC与MCGS组态软件连接起来，达到用组态软件对自动门PLC控制系统工程的动态过程进行监控与仿真。这一工程可视性好，可维护性强，时效性优越。关键词：PLC（可编程序控制器） MCGS（组态软件） 变频器 前 言在超级市场，公共建筑，银行，医院等入口，经常使用自动门控制系统。早期的自动门系统采用继电器逻辑控制已经逐渐被淘汰。PLC控制自动门由于具有故障率低，可靠性高，维修方便等优点，因而得到广泛的应用由于直流电机的调速范围宽广，热动和制动转矩较大，所以执行机构使用直流电动机。但直流电动机采用机械换向器换向，它的单机容量，最高电压，最大转速等方面受到限制，而且维护，维修复杂。如今，变频器调速技术的应用几乎已经扩展到了工业生产的所有领域。在这我们用变频器调速。根据任务书自动门系统控制要求如下：现有一自动门控制系统，其门的打开和关闭通过变频器控制电机M实现，电机M正转为开门，电机M反转为关门，变频器速度控制要求如：1.当系统通电后必须按下系统上电按钮变频器才能接通电源。2.当自动门处于关闭时按下系统运行按钮系统才开始工作。3.在系统工作后有人由内到外或由外到内通过光电检测开关K1或K2时,自动门快速打开,当门压到SQ2后自动门减速并变为慢速,到达限位开关SQ1时自动门停止运行。4.自动门在开门位置停留5S,自动进入关门过程,自动门快速关闭,当门压到SQ3,自动门减速并变为慢速,到达限位开关SQ4时,自动门停止运行。5.若在关门过程中,当有人由内到外或由外到内通过光电检测开关K1或K2时,应立即停止关门,并自动转为开门过程。6.在门打开后的5S等待时间内,当有人由内到外或由外到内通过光电检测开关K1或K2时,必须重新计时5S,在进入关门过程,以保证人员安全通过。7.自动门处于关闭是按下系统停止键系统停止运行并切断变频器电源。8.有必要的电气保护及连锁。通过这次学习，我学会了MCGS,它主要用于实验进行模拟仿真，及其监控。三菱PLC软件用于编写梯形图。第一章 自动门控制系统的设计第一节 可编程控制器的简介可编程序控制器叫做PLC(Programmable logic Controller)。它是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。采用了可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型机械或生产过程。PLC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。可编程序控制器的特点主要有：1.可靠性高，抗干扰能力强；2.配套齐全，功能完善，适用性强；3.易学易用，深受工程技术人员欢迎；4.系统的设计、建造工作量小，维护方便，改造容易；5.体积小，重量轻，能耗低。可编程序控制器的应用领域主要有：1.开关量的逻辑控制；2.模拟量控制；3.运动控制；4.过程控制；5.数据处理；可编程序控制器的工作原理：1.分时处理及扫描工作方式；2.扫描周期及PLC的两种工作方式；3.输入/输出滞后时间；4.可编程序控制器系统与继电接触器系统工作原理的差别；应用软件常用的编程语言1.梯形图2.指令表3.顺序功能图4.功能块图第二节 FRA700变频器1PU模式PU模式，操作是通过变频器的面板进行的。用按键来设定频率，按FWD键电机正向旋转，按REV键电机反向旋转，按STOP键减速停止。运行中用按键来改变频率，以达到改变速度的目的。这种方式在接线完毕通电试运行时是非常有效的，但在正常工作中并不常用，因为它的信号都不受我们所控制，是变频器本身给定的。2. 变频器的接线（1）电源连接 电源接线端子为R、S、T。2）电动机连接电动机连接端子为U V W 实训时应将电动机联接到实训装置面板 “接电动机”U、V、W的接线柱，接地线接P1。 当接线正常时，如果按下正转起动按钮，从负载侧看，电动机应按逆时针方向旋转，如果转向相反，则可变换端子的任意两相。此外，还可以重新定义旋转方向，只要电动机转动方向满足要求即可。图6-2右半部分为电动机接线图。（3）电动机的运转合上三相空气开关，变频器控制回路接通电源，用按键来设定频率，FWD键电机正（）变频器的操作面板 使用变频调速器之前，首先要熟悉它的面板显示和键盘操作单元（或 控制单元），并且按照使用现场的要求合理设下参数。其上半部为面板显示器，下半部为各种按键。基向旋转，按REV键电机反向旋转，按STOP键减速停止。3.变频器的注意事项因为变频器在运行中会产生较强的电磁干扰，为保证PLC不因为变频器主电路断路器及开关器件等产生的噪音而出现故障，将变频器与PLC相连接时应该注意以下几点： （1）对PLC本身应按规定的接线标准和接地条件进行接地，而且应注意避免和变频器使用共同的接地线，且在接地时使二者尽可能分开。 （2）当电源条件不太好时，应在PLC的电源模块及输入/输出模块的电源线上接入噪音滤波器和降低噪音用的变压器等，另外，若有必要，在变频器一侧也应采取相应的措施。 （3）当把变频器和PLC安装于同一操作柜中时，应尽可能使与变频器有关的电线和与PLC有关的电线分开。 （4）通过使用屏蔽线和双绞线达到提高噪音干扰的水平。 PLC和变频器连接应用时，由于二者涉及到用弱电控制强电，因此，应该注意连接时出现的干扰，避免由于干扰造成变频器的误动作，或者由于连接不当导致PLC或变频器的损坏。4.变频器的操作Pr.1 上限频率，可以限制电机的速度。设定为50HZ。 Pr.2 下限频率，可以限制电机的速度。设定为10HZ。Pr.4 多段速度设定(高速)，设定为50HZ。Pr.5 多段速度设定(中速)，设定为10HZ。Pr.6 多段速度设定(低速)，设定为0HZ 。Pr. 7 加速时间,如果想慢慢加速就把加速时间设定得长些，如果想快点加速就把时间设定得短些。设定为3秒到50HZ。Pr. 8 减速时间,如果想慢慢减速就把加速时间设定得长些，如果想快点减速就把时间设定得短些。设定为1秒到10HZ。Pr.79 运行模式选择2。第三节 自动门控制程序的设计本人设计的自动门选择了三菱中的FX2n。FX2n系列是FX系列PLC家族中最先进的系列。由于FX2n系列具备如下特点：最大范围的包容了标准特点、程式执行更快、全面补充了通信功能、适合世界各国不同的电源以及满足单个需要的大量特殊功能模块，它可以为你的工厂自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。一、I/O分配表：元件名地址号含义元件名地址号含义SB0X0系统上电按钮KM1Y0正转开门SB1X1系统运行按钮KM2Y1反转关门SB2X2系统停止按钮KM3Y2高速SQ1X3开门到位KM4Y3低速SQ2X4开门减速位KM5Y4变频器电源SQ3X5关门减速位SQ4X6关门到位K1X7门内光电开关K2X10门外光电开关二、自动门控制系统：1.梯形图:252I/O 的外部接线: PLC外部接线图 3主线路图及控制线路图: 主线路图及控制线路图第二章 自动门系统MCGS组态的仿真和监控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。两部分相互独立，又紧密相关。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。 MCGS(Monitor and Control Generated System)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 Windows 95/98/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、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。第一节 MCGS组态软件的功能和特点MCGS的全名为“监视与控制通用系统”，是英文拼写单词字头的缩写（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。一、MCGS工控组态软件的功能和特点可归纳如下： 1、 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、高度专业化的上监控系统。2、 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，即可生成用户软件系统。3、 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，称为于脱机作业。MCGS是真争的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。4、 建立实时数据库，便于用户分部组态，保证系统安全可靠运行。MCGS由五部分组成，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型构件的公共数据区。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。5、 设立“设备工具”，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和改动，不影响其他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。6、 “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动画效果的工具条和状态条。7、 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。以图像、图符、数据、曲线等多种形式，为操作员及时提供系统运行的状态、品质及异常报警等相关信息。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。8、 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枝的应用程序，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，控制窗口的打开与关闭，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。第二节 MCGS的组态 制作画面一、双击自动门控制系统的窗口 ，如下图：第三节 定义实时数据库1、点击实时数据库按钮，出现如下图：2、建立所有使用到的对象，点击新增对象按钮，出现下图所示：3、双击，设计新增对象属性，首先设计系统上电按钮，按照下图设计：4、按照上述方法设计“系统停止按钮”、“系统运行按钮”、“关门减速位”、“关门到位”、“开门减速位”、“开门到位”、“自动门水平移动”、“水平移动”、“限位组”、“定时器”和“门内光电开关”等等的实时数据库。第四节 动画连接一、设置操作界面中的动画连接：1、在“数据对象值操作”打勾，如图：2、第一空出现“置一”改为“取反”第二空不变，如：3、点击“可见度”出现：4点击 ，选择“SB0”，并写“SB0=1”，当表达示非零时选“对应图符不可见”，如：5、点击确认。这样一个系统上电按钮的动画连接设置完毕。6、按照上述方法设计“系统运行按钮”、“开门到位”、“开门减速位”、“关门到位”、“关门减速位”、“门内光电开关”、“门外光电开关”、“水平移动”、“自动门水平移动”、“定时器”和“开位1”等等的动画连接。第五节 设备连接1、点击设备窗口，再双击设备窗口后点击工具箱按钮，出现下图：2、双击通用串口父设备，再点击设备管理，出现下图：3、选择PLC设备中三菱系列的FX-232，点击确认。4、双击设备管理中后关闭设备工具箱。5、双击设备窗口中，出现下图：点击基本属性按钮，出现下图：6、双击，出现下图：点击，再点击按钮，出现下图：7、选中所有的通道后点击， 点击确认。8、点击，出现下图：在通道地址中输入0，点击确认，这时就设置了PLC通道X0。9、用上述方法再设置通道X1、通道X2、通道X3、通道X4、通道X5和通道X6，通道X7和通道X10。10、下面设置通道Y0,通道Y1，通道Y2，通道Y3，通道Y4：点击，出现下图：选择通道类型中Y输出寄存器，在通道地址中输入1，在操作方式中选择读写方式，点击确认，这时就设置了PLC通道Y1。依次设置通道Y2、通道Y3、通道Y4和通道Y0。11、点击设备属性设置中的，出现下图：双击通道1的对应数据对象，输入“系统上电按钮”，依次在通道2、通道3、通道4、通道5、通道6、通道7、通道8输入“系统运行按钮”、“系统停止按钮”、 “正转开门”、“反转关门”、“高速”、“低速”和“变频器电源”等等。12、点击设备属性设置的确认按钮。这样就完成了设备连接。第六节 工程测试1.点击右键 出现下图:2.点击“设置为启动窗口”。3.将所做的工程保存后点击，出现如下的对话框：点击确认即进入了MCGS的运行环境。4、将PLC用数据线和电脑相连接后，即可按照工程要求按动启动按钮运行PLC程序，此时MCGS即可显示动画效果，让人在操作自动门时候有个很好的动画可视窗口。这样整个用MCGS组态软件监控与仿真自动门PLC控制系统完成了。结束语 毕业设计即将结束，在这次结束之时回忆这段时间，我收获良多。在做毕业设计之前，我对MCGS软件不太了解，而对于PLC虽然学过，但是掌握不太好。通过自己的努力学习，不断地探索尝试及在吴老师的帮助下，终于成功完成了本次设计。在设计过程中完成了资料查找、方案确定、调试和论文的撰写。设计中根据课题要求，完成并实现了利用PLC控制自动门的运行，用开发的MCGS工控组态工程系统来监视、模拟运行状态，达到了预期的设计要求。通过学习设计，我深深体会到PLC的重要性。很多先进国家在电梯控制中相继采用了PLC控制，可以将传统的继电器控制逻辑变为PLC的程序控制逻辑，PLC的内部继电器可代替所有用于逻辑控制的中间继电器，从而具有优越的稳定性及柔性。本次设计还采用了MCGS工控工程技术、计算机技术、脚本程序编制技术等许多方面的科学知识。让自动门系统在使用上更加方便（远程监视控制），更可靠，并且可随时更改、修葺完善。通过对MCGS的应用，使自动门控制系统更加直观、安全、方便，该技术的推广将在我国工业、交通发展中有着重要的意义。可编程序控制器是以微处理器为核心，综合了计算机技术