配料系统的组态实现仅供参考

毕毕 业业 论论 文文 题目 配料系统的组态实现 姓 名 所在学院 所学专业 班 级 学 号 指导教师 完成时间 I 毕业论文 设计 任务书毕业论文 设计 任务书 论文题目配料系统的组态实现 院部专业班级 毕业论文 设计 的要求 1 研究自动配料系统的发展及现状 了解自动配料系统 CGS 组态软件的发展 2 研究 PLC 技术及其应用和 MCGS 组态软件的发展 3 掌握 PLC 系统和 MCGS 组态基本组成和对西门公司各模块的选择应用和 MCGS 组态软件 的使用 熟悉自动配料系统各方面的知识 4 针对自动配料系统 将 PLC 和 MCGS 组态软件相结合 进行配料系统的组态监控设计 毕业论文 设计 的内容与技术参数 研究如何实现自动配料系统的组态 利用 PLC 具有通用性强 使用方便 适应面广 可靠性高 抗干扰能力强及编程简单的等特点 从而采用 PLC 西门公司的 SIMATIC S7 300 系列与 MCGS 组态软件来实现的自动配料组态 能够达到系统启动后自动识别配料系统 过程以及对配料系统监控 同时对货车自动配料时可能出现的故障进行监控 排查 保护 和停止 并且利用 MCGS 组态系统进行监控 真正实现自动化配料系统和监控系统相结合 毕业论文 设计 工作计划 1 2011 12 01 到 2011 12 10 进行相关资料收集 并书写开题报告 2 2011 12 11 到 2012 02 01 复习所学相关内容 了解各方面与 PLC 配料系统方面和 MCGS 组态软件的相关的知识 3 2012 02 01 到 2012 02 20 把所了解的内容进行系统化 各方面的知识进行分类汇总 并掌握 PLC 编程和 MCGS 的使用 4 2012 02 21 到 2011 04 08 根据所做汇总进行程序编写 调试 仿真实验 5 2011 04 08到2011 04 20完成毕业设计 接受任务日期 年 月 日 要求完成日期 年 月 日 学 生 签名 年 月 日 指 导 教 师 签名 年 月 日 院长 主任 签名 年 月 日 II 摘 要 可编程程序控制器 PLC Programmable Logic Controller 因其高可靠性和较高 的性价比 而在工业控制中被广泛应用 组态软件由于计算机的普及和其本身价值 实 时多任务 开放性 灵活性 通用性和可靠性 的被认知 也在快速的发展中 本文基于可编程序控制器 PLC 和组态软件设计自动配料系统的控制系统和监控系统 首先 利用德国 Siemens 公司的 S7 200 系列 PLC 对自动配料系统进行控制 运用与之相 配的 STEP7 编程 通过 LAD 编程语言编制了下位机的控制程序 从而使该配料系统可以 按要求完成自动配料 装料全过程 其次 自动配料系统的监控系统则采用了 MCGS 组态 软件对上位机监控软件组态 实现现场数据的实时监控 本文的主要内容包括对生产过程控制系统发展和现状的概述 配料系统工作原理和 配料控制系统的总体设计 重点描述了包括硬件设计 编程环境及软件设计在内的西门 子 PLC 在配料系统中应用的一些细节 MCGS 组态软件及其在上位机监控系统中一些基本 设计 以及 PLC 与上位机之间的通讯 关键词 可编程序控制器 配料 组态软件关键词 可编程序控制器 配料 组态软件 III Abstract Programmable Logic Controller PLC is widely used in industry for its high reliability and performance price ratio The configuration software also enjoys fast development due to the popularization of personal computer and is recognized of the value originated from the merits such as real time multitasking openness flexibility versatility and reliability Based on PLC and configuration software the control system and supervisory system of automatic ingredient system are designed in this paper First the Siemens PLC S7 200 is used to control automatic proportion system The proportioning system included the requirements of automatic proportioning weighing and loading Next the MCGS software is used to build the real time supervisory system The system can realize the real time data logging as well as various visual Paper s contents mainly include that the industrial control system development and present situation outline The ingredient system principle of work and the ingredient control system s design described with emphasis including the hardware design the programming environment and software design SIMENS PLC in ingredient system s application some details the configuration software configuration king and in the host computer supervisory system some basic designs as well as communication between PLC and host computer KeywordsKeywords programmableprogrammable controller controller proportioning proportioning configurationconfiguration softwaresoftware IV 目 录 摘 要 II 1 绪论 1 1 1 可编程序控制器 1 1 2 监控组态 1 2 PLC 与自动化软件 2 2 自动配料系统 2 2 1 自动配料系统的发展现状 2 2 2 自动配料前后工艺 2 2 2 1 前配工艺 2 2 2 2 后配工艺 2 2 3 配料系统监控系统的结构与功能 2 2 3 1 监控系统的结构 2 2 3 2 监控系统的功能 3 2 4 监控系统控制过程 3 2 4 1 前配料监控系统的控制过程 3 2 4 1 1 自动称料 3 2 4 1 2 自动配料 3 2 5 2 监控系统报警控制过程 3 2 9 配料系统的功能 4 3 MCGS 组态软件与 PLC 技术 5 3 1 组态软件简介 5 3 2 MCGS 组态软件的系统构成 5 3 2 1 MCGS 组态软件的整体结构 5 3 2 2 MCGS 组态软件五大组成部分 6 3 3 MCGS 组态软件常用术语 7 3 4 MCGS 组态软件的功能和特点 8 3 5 MCGS 组态软件的工作方式 9 3 6 PLC 简介 10 3 6 1 PLC 的发展历史 10 3 6 1 1 微小型 PLC 10 3 6 1 2 大型 PLC 10 3 6 2 PLC 的硬件和软件 10 3 6 2 1 PLC 的硬件构成 10 3 6 2 2 PLC 的软件构成 11 3 6 3 PLC 的工作原理 12 3 6 3 1 读取输入 12 3 6 3 2 执行用户程序 12 3 6 4 CPU 的处理过程 12 3 6 5 PLC 系统的辅助设备 13 3 6 7 PLC 的注意事由 13 3 7 MOGS 组态软件和 PLC 的连接使用 14 V 3 7 1MOGS 系统的建立 14 3 7 2 PLC 系统的连接 16 3 7 3 MCGS 如何产生动画效果 18 3 8 驱动程序 18 4 MCGS 组态软件 20 4 1 组建新工程的过程 20 4 2 配料系统工程效果图 20 4 3 组态实现流程 21 4 3 1 主控窗口的设计 21 4 3 2 实时数据库的设计 25 4 3 3 运行策略的设计 25 结论 29 致谢 30 参考文献 31 配料系统的组态实现 1 1 绪论 1 1 可编程序控制器 可编程序控制器是用微电脑技术制造的通用自动控制设备 它具有指令存储和数字 量或模拟量输入输出接口 能够进行位运算 并完成逻辑 顺序 定时 计数和算术运 算功能 实现复杂的逻辑控制 一般分为主模板 扩展模板 编程器等 每个模板的体 积都比较小 相互连接方便 有的还有模数和数模转换 数据处理和通讯网络等功能 它的最大特点是将控制过程以程序方式存放在存储器中 修改程序也就修改了控制过程 这就给控制过程的设计 调试 修改 扩展带来了极大的方便和灵活性 它的另一特点 是能够适应工业环境 在电源波动大 温差大 冲击震动较大的恶劣条件下仍能长时间 不间断运行 抗干扰能力强 稳定性好 具有很好的可靠性 由于它的种种优点 它己 经成为一种最重要 最普及 应用场合最多的工业控制器 占据了电气控制系统中应用 最为广泛的核心位置 1 2 监控组态 监控组态软件是伴随着计算机技术 网络技术的突飞猛进发展起来的 监控组态软 件是面向生产过程的监视 控制与数据采集的软件平台工具 具有实时多任务操作 设 置项目丰富 使用方便 灵活 功能强大 监控组态软件通用性强 解决了人机图形界 面的问题 通过监控组态软件对控制系统进行组态 可以把生产工艺上的参数在流程图 上显示出来 处理数据报警和系统报警 存储历史趋势曲线 各种报表的生成和打印输 出 在 PC 机的屏幕上进行整个生产过程的操作 接口开放 方便数据共享 支持多种硬 件设备 因此监控组态软件得到了广泛的应用 PLC 与监控组态软件的完美结合 通过监 控组态软件对 PLC 及其它智能设备的 I O 数据进行监控 应用越来越广泛 配料系统的组态实现 2 2 PLC 与自动化软件 2 自动配料系统 2 1 自动配料系统的发展现状 随着科学技术的日新月异 生产过程自动化程度要求越来越高 原有的生产配料装 置远不能满足当前高度自动化的需要 减轻劳动强度 保障生产的可靠性 安全性 降 低生产成本 减少环境污染 提高产品的质量及经济效益是企业生产必须面临的重大问 题 自动配料系统是融合了自动控制 计算机技术与通讯技术为一体的 具有技术先进 功 能完备 应用灵活 运行可靠的自动化系统 是需要物料自动计量 配料的企业实现全厂 自动集中管理 网络化管理不可缺少的部分 自动配料系统特别适用于工人不便操作的 恶劣环境 如高温 高粉尘有污染腐蚀等 已广泛应用于冶金 建材 化工 塑料等 行业中 如钢铁厂的烧结配料 焦化厂原煤配料 水泥厂的生熟料配料 化工厂的原料 配料 塑料厂的粉粒配料 建筑行业的水泥配料等等 目前自动配料控制系统已广泛应用于建材 饲料 化工 冶金 食品等多种行业中 它 集自动控制技术 计量技术 传感器技术 计算机管理技术于一体的机电一体化系统 具有重量值数字显示 过程画面动态显示 配方修改管理 配料速度快 控制精度高等 优点 采用上位计算机完全屏上控制系统 具有配料数据自动存储 配料过程清单查询 和班 日 月 年报表统计及打印等功能 2 2 自动配料前后工艺 2 2 1 前配工艺 前配工艺流程界面中可以实时显示前配料秤的瞬时流量 配方比例 称料配料状态 料位以及阀门关闭信号 锅的温度 电机电流等 在界面上还有其他一些操作 如自动 手动控制按钮 自动称料的单次和连续切换按钮 物料按钮及复位按钮等 2 2 2 后配工艺 后配工艺流程界面可以实时显示基粉秤 辅料秤 失重秤的流量 累积值 重量 显示基粉秤的载荷 预混器电流 卸料器状态 非离子瞬时流量 香精瞬时流量等 在 界面上还可以进行一些按钮控制操作 如失重秤的运行与停止 频率调节 手动与自动 转换 以及几种物料的配比设定等 2 3 配料系统监控系统的结构与功能 2 3 1 监控系统的结构 自动配料监控系统由两台计算机作为整个系统的人机界面 其中一台为主站 完成 全部系统参数设定 过程监控 数据记录 另一台作为从站 以主站为依托 主管后配 料系统的数据设定 过程监控 主站直接同西门子 S7 300 PLC 系统 前配料秤自动控 制仪表和后配料秤相通信 前配料监控系统现场采用密封型接线盒 防尘 防潮 可确保信号传输可靠 前配 配料系统的组态实现 3 料秤仪表采用专用工业过程控制仪 通过 RS 一 485 总线与中控室实现通信 既可独立控 制 又可实现 PLC 联机控制 各阀位及卸料器位置信号检测采用霍尔传感器 具有无触 点 抗干扰 抗粉尘 耐潮湿的特点 料仓仓位采用重锤式料位计 可实现连续仓位检 测 后配料监控系统主秤采用高精度配料皮带秤 附料采用减量秤 失重秤 非离子泵 香精泵 流量检测采用间接方式 即通过压力变送器实时检测管道压力 由压力变化判 断出料口 进料口是否堵塞 2 3 2 监控系统的功能 监控系统具有人机交互 通讯 显示及存储 打印等功能 并具有数据 图形显示 状态监控 数据输入 信息存储等各种有关操作的功能画面 系统可实现实时过程数据 监视 模拟显示工艺流程 实时数据记录查阅 系统操作员权限设定 工艺参数设定 设置运行过程事件报警及手动与自动控制切换 监控系统中现场控制仪表实时显示流量 载荷 累计值 温度等 温度指示通过现场温度显示仪表 压力指示通过现场压力显示 仪表及电机的电流经现场显示仪表远传至中控室集中显示 变频器调节配备自动切换开 关 与主控计算机通讯 2 4 监控系统控制过程 2 4 1 前配料监控系统的控制过程 2 4 1 1 自动称料 自动称料控制单元主要为 l0 台称重控制仪表 PLC 作为辅助控制系统 计算机人机 界面显示配比参数 配方 及监控记录实时数据 在自动控制方式下 单击前配工艺画 面中自动配料 启动 按钮 或前配控制柜 启动 按钮 称重控制仪表就按设定好的 配方打开 10 台秤的称料阀 如果系统检测到某台秤配料阀未关 会发生报警并进入暂停 状态 每台秤根据称料快慢设有提前量 当控制仪表检测到秤称料重量达到设定值时 会减去提前量 控制仪表则关闭进料阀 提前量可人为修正或自动修正 使控制仪表控 制配料秤每次配料精度达到设定的目标值 2 4 1 2 自动配料 自动配料是将已经称好的原料按一定的顺序投放到搅拌锅中 同时开启搅拌和加热 这一控制过程由温控仪表与 PLC 共同完成 温控仪表控制温度上限 加热由 PLC 控制完 成 自动配料有固定顺序和可编程序两种控制方式 在固定顺序方式下 各种原料的放 料顺序是固定的 不可改变 在可编程序方式下 各种原料的放料顺序可根据配方在人 机界面上人为没定 2 5 2 监控系统报警控制过程 2 5 2 1 报警事件 自动称料开始时 如果某个放料阀未关 或系统检测不到放料阀关闭信号 系统会发出 报警声响 暂停称重仪表的称料过程 并使运行指示灯闪烁 出现报警 自动放料不会 进行 待消除故障或认为产生的报警原因不影响放料 按复位按钮后 再按 放料 按 钮 则继续放料 2 5 2 2 切换报警 自动放料开始时 系统首先检查每种原料切换是否到位 如果切换不到位或切换不一致 报警系统开始报警 自动放料就不能进行 通过检查 认为可以放料 按复位按钮后 再按 放料 按钮 则开始放料 配料系统的组态实现 4 2 5 2 3 配料锅满报警 如果配料锅中已配原料浆未放出 仍往该锅放料 产生报警信号 自动放料就不能启动 待检查确认可以放料 按复位按钮 再按 放料 按钮 则开始进行自动放料 2 5 2 4 急停 称料过程中 由于紧急情况需要停止称料 按下自锁 称料急停 按钮 各个秤的 进料阀就全部关闭 停止称料 需要重新开始称料时 旋起 急停 按钮 再按 启动 按钮 则重新开始称料 自动放料时 按一下 放料急停 按钮 系统会关闭所有放料 阀 停止放料 搅拌和输送 2 9 配料系统的功能 配料系统主要功能说明 1 实现自动控制配料功能 2 美观实用的生产过程动态模拟 能显示实时的工作状态和每种物料的目标重量 实际重量及误差值 3 存贮配方预置 可随时进行配方调用 修改 删除和查询 4 每批配料数据的历史记录保存 可随时对产量及耗料进行班 日 月 年报表 统计 查询和打印 5 在配料过程中 具有缺料自动报警 并可在线人工更换装有相同物料的仓号 6 具有操作员权限管理 现场管理和网络化的远程服务等功能 7 采用进口工业计算机 IPC 作为上位机监控系统 配以 MCGS 监控组态软件 保证系统的稳定性 可靠性 长期性 8 整个系统均为人机对话模式 操作简单易用 维护方便 配料系统的组态实现 5 3 MCGS 组态软件与 PLC 技术 3 1 组态软件简介 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 功能成熟 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 3 2 MCGS 组态软件的系统构成 3 2 1 MCGS 组态软件的整体结构 MCGS 6 2 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 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 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 组态环境 组态环境 组态生成 应用系统 运行环境 运行环境 解释执行 组态结果 组态结果 数据库 配料系统的组态实现 6 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 3 2 2 MCGS 组态软件五大组成部分 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 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 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 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 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 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 配料系统的组态实现 7 3 3 MCGS 组态软件常用术语 工程 工程 用户应用系统的简称 引入工程的概念 是使复杂的计算机专业技术更贴近于普通工程 用户 在 MCGS 组态环境中生成的文件称为工程文件 后缀为 mcg 存放于 MCGS 目录的 WORK 子目录中 如 D MCGS WORK 水位控制系统 mcg 对象 对象 操作目标与操作环境的统称 如窗口 构件 数据 图形等皆称为对象 选中对象 选中对象 鼠标点击窗口或对象 使其处于可操作状态 称此操作为选中对象 被选中的对象 包 括窗口 也叫当前对象 组态 组态 在 MCGS 组态软件开发平台中对五大部分 进行对象的定义 制作和编辑 并设定其状态 特征 属性 参数 将此项工作称为组态 属性 属性 对象的名称 类型 状态 性能及用法等特征的统称 菜单 菜单 是执行某种功能的命令集合 如系统菜单中的 文件 菜单命令 是用来处理与工程文 件有关的执行命令 位于窗口顶端菜单条内的菜单命令称为顶层菜单 一般分为独立的 菜单项和下拉菜单两种形式 下拉菜单还可分成多级 每一级称为次级子菜单 构件 构件 具备某种特定功能的程序模块 可以用 VB VC 等程序设计语言编写 通过编译 生成 DLL OCX 等文件 用户对构件设置一定的属性 并与定义的数据变量相连接 即可在运 行中实现相应的功能 策略 策略 是指对系统运行流程进行有效控制的措施和方法 启动策略 启动策略 在进入运行环境后首先运行的策略 只运行一次 一般完成系统初始化的处理 该策略 由 MCGS 自动生成 具体处理的内容由用户充填 循环策略 循环策略 主控窗口主控窗口设备窗口设备窗口用户窗口用户窗口实时数据库实时数据库运行策略运行策略 MCGS 工控组态软件工控组态软件 菜单设计菜单设计 设置工程属性设置工程属性 设定存盘结构设定存盘结构 添加工程设备添加工程设备 连接设备变量连接设备变量 注册设备驱动注册设备驱动 创建动画显示创建动画显示 设置报警窗口设置报警窗口 人机交互界面人机交互界面 定义数据变量定义数据变量编写控制流程编写控制流程 使用功能构件使用功能构件 配料系统的组态实现 8 按照用户指定的周期时间 循环执行策略块内的内容 通常用来完成流程控制任务 退出策略 退出策略 退出运行环境时执行的策略 该策略由 MCGS 自动生成 自动调用 一般由该策略模块完 成系统结束运行前的善后处理任务 用户策略 用户策略 由用户定义 用来完成特定的功能 用户策略一般由按钮 菜单 其他策略来调用执行 事件策略 事件策略 当开关型变量发生跳变时 1 到 0 或 0 到 1 执行的策略 只运行一次 热键策略 热键策略 当用户按下定义的组合热键 如 Ctrl D 时执行的策略 只运行一次 可见度 可见度 指对象在窗口内的显现状态 即可见与不可见 变量类型 变量类型 MCGS 定义的变量有五种类型 数值型 开关型 字符型 事件型和组对象 事件对象 事件对象 用来记录和标识某种事件的产生或状态的改变 如开关量的状态发生变化 组对象 组对象 用来存储具有相同存盘属性的多个变量的集合 内部成员可包含多个其他类型的变量 组对象只是对有关联的某一类数据对象的整体表示方法 而实际的操作则均针对每个成 员进行 动画刷新周期 动画刷新周期 动画更新速度 即颜色变换 物体运动 液面升降的快慢等 以毫秒为单位 父设备 父设备 本身没有特定功能 但可以和其他设备一起与计算机进行数据交换的硬件设备 如 串 口通讯父设备 子设备 子设备 必须通过一种父设备与计算机进行通讯的设备 如 浙大中控 JL 26 无纸记录仪 研华 4017 模块等 模拟设备 模拟设备 在对工程文件测试时 提供可变化的数据的内部设备 可提供多种变化方式 如正弦波 三角波等 数据库存盘文件 数据库存盘文件 MCGS 工程文件在硬盘中存储时的文件 类型为 MDB 文件 一般以工程文件的文件名 D 进行命名 存储在 MCGS 目录下 WORK 子目录中 如 D MCGS Work 水位控制系统 D MDB 3 4 MCGS 组态软件的功能和特点 与国内外同类产品相比 MCGS 6 2 组态软件具有以下特点 全中文 可视化 面向窗口的组态开发界面 符合中国人的使用习惯和要求 真正 的 32 位程序 可运行于 Microsoft Windows95 98 Me NT 2000 等多种操作系统 庞大的标准图形库 完备的绘图工具集以及丰富的多媒体支持 使您能够快速地开 发出集图像 声音 动画等于一体的漂亮 生动的工程画面 全新的 ActiveX 动画构件 包括存盘数据处理 条件曲线 计划曲线 相对曲线 配料系统的组态实现 9 通用棒图等 使您能够更方便 更灵活地处理 显示生产数据 支持目前绝大多数硬件设备 同时可以方便地定制各种设备驱动 此外 独特的组态环 境调试功能与灵活的设备操作命令相结合 使硬件设备与软件系统间的配合天衣无缝 简单易学的类 Basic 脚本语言与丰富的 MCGS 策略构件 使您能够轻而易举地开发出复杂 的流程控制系统 强大的数据处理功能 能够对工业现场产生的数据以各种方式进行统计处理 使您 能够在第一时间获得有关现场情况的第一手数据 方便的报警设置 丰富的报警类型 报警存贮与应答 实时打印报警报表以及灵活 的报警处理函数 使您能够方便 及时 准确地捕捉到任何报警信息 完善的安全机制 允许用户自由设定菜单 按钮及退出系统的操作权限 此外 MCGS 5 1 还提供了工程密码 锁定软件狗 工程运行期限等功能 以保护组态开发者的 成果 强大的网络功能 支持 TCP IP Modem 485 422 232 以及各种无线网络和无线电 台等多种网络体系结构 良好的可扩充性 可通过 OPC DDE ODBC ActiveX 等机制 方便地扩展 MCGS 6 2 组态软件的功能 并与其他组态软件 MIS 系统或自行开发的软件进行连接 提供了 WWW 浏览功能 能够方便地实现生产现场控制与企业管理的集成 在整个企 业范内 只使用 IE 浏览器就可以在任意一台计算机上方便地浏览到与生产现场一致的动 画画面 实时和历史的生产信息 包括历史趋势 生产报表等等 并提供完善的用户权 限控制 3 5 MCGS 组态软件的工作方式 MCGS如何与设备进行通讯 MCGS通过设备驱动程序与外部设备进行数据交换 包括数据采集和发送设备指令 设备驱动程序是由VB VC程序设计语言编写的DLL 动态连接库 文件 设备驱动程序中 包含符合各种设备通讯协议的处理程序 将设备运行状态的特征数据采集进来或发送出 去 MCGS负责在运行环境中调用相应的设备驱动程序 将数据传送到工程中各个部分 完成整个系统的通讯过程 每个驱动程序独占一个线程 达到互不干扰的目的 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 在该栏中设定一个与图形状态相 联系的数据变量 连接到实时数据库中 以此建立相应的对应关系 MCGS称之为动画连 接 详细情况请参阅后面第四讲中的动画连接 MCGS如何实施远程多机监控 MCGS提供了一套完善的网络机制 可通过TCP IP网 Modem网和串口网将多台计算机 连接在一起 构成分布式网络监控系统 实现网络间的实时数据同步 历史数据同步和 网络事件的快速传递 同时 可利用MCGS提供的网络功能 在工作站上直接对服务器中 的数据库进行读写操作 分布式网络监控系统的每一台计算机都要安装一套MCGS工控组 态软件 MCGS把各种网络形式 以父设备构件和子设备构件的形式 供用户调用 并进 行工作状态 端口号 工作站地址等属性参数的设置 如何对工程运行流程实施有效控制 配料系统的组态实现 10 MCGS开辟了专用的 运行策略 窗口 建立用户运行策略 MCGS提供了丰富的功能 构件 供用户选用 通过构件配置和属性设置两项组态操作 生成各种功能模块 称为 用户策略 使系统能够按照设定的顺序和条件 操作实时数据库 实现对动画窗 口的任意切换 控制系统的运行流程和设备的工作状态 所有的操作均采用面向对象的 直观方式 避免了烦琐的编程工作 3 6 PLC简介 3 6 1 PLC 的发展历史 在工业生产过程中 大量的开关量顺序控制 它按照逻辑条件进行顺序动作 并按 照逻辑关系进行连锁保护动作的控制 及大量离散量的数据采集 传统上 这些功能是 通过气动或电气控制系统来实现的 1968 年美国 GM 通用汽车 公司提出取代继电气控 制装置的要求 第二年 美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置 首次采用程序化的手段应用于电气控制 这就是第一代可编程序控制器 称 Programmable Controller PC 可编程控制器对用户来说 是一种无触点设备 改变程序即可改变生产工艺 因此 可在初步设计阶段选用可编程控制器 在实施阶段再确定工艺过程 另一方面 从制造 生产可编程控制器的厂商角度看 在制造阶段不需要根据用户的要求专门设计控制器 适合批量生产 由于这些特点 可编程控制器问世以后很快受到工业控制界的欢迎 并 得到迅速的发展 PLC 具有通用性强 使用方便 适应面广 可靠性高 抗干扰能力强及编程简单等特 点 可以预料 在工业控制领域中 PLC 控制技术的应用必将形成世界潮流 现代可编程序控制器有两个方面的发展趋势 3 6 1 1 微小型 PLC 发展微小型 PLC 使其体积更小 速度更快 功能更强 价格更低 配置更加灵活 由于自动控制系统规模的不同 小型化 低成本的 PLC 将广泛应用于各行各业 其组成 由整体结构向小型模块化结构发展 增加了配置的灵活性 例如 SIEMENS 公司的 S7 200 的最小配置为 CPU221 主机有 6DI 4DO 数字量输入 数字量输出 而 CPU224 主机可扩 展 7 个模块 最大达 94DI 74DO 16AI 16AO 模拟量输入 模拟量输出 可满足比较复 杂的控制系统的要求 3 6 1 2 大型 PLC 发展大型 PLC 使其具有大型网络化 高可靠性 多性能 良好的兼容性等特点 网 络化和强化通信能力是 PLC 发展的一个重要方面 向上与以太网 MAP 网等相连 向下通 过现场总线 如 PROFIBUS 将多个 PLC 与远程 I O 等相连 构成整个工厂的自动化控制 系统 近年来各公司陆续推出各种智能模块 大大增强了 PLC 的控制功能 智能模块是 以微处理器为基础的功能部件 其 CPU 与 PLC 的 CPU 并行工作 能够独立完成某些控制 功能 如通信控制 高速计数 模拟量输入输出等 使系统设计和调试时间减少 控制 精度提高 好的兼容性是 PLC 深层次应用的重要保证 SIEMENS 公司的 S7 系列 PLC 与通 用微机兼容 可运行 DOS Windows 程序 PLC 的编程语言 STEP7 可运行在 Windows 环境下 提供了很强的梯形图 语句表的编程 调试和诊断等功能 体现了现代 PLC 的特点 3 6 2 PLC 的硬件和软件 3 6 2 1 PLC 的硬件构成 从结构上分 PLC分为固定式和组合式 模块式 两种 固定式PLC包括CPU板 I O 配料系统的组态实现 11 板 显示面板 内存块 电源等 这些元素组合成一个不可拆卸的整体 模块式PLC包括 CPU模块 I O模块 内存 电源模块 底板或机架 这些模块可以按照一定规则组合配 置 CPU的构成 CPU是PLC的核心 起神经中枢的作用 每套PLC至少有一个CPU 它按 PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据 用扫描的方式采集由现场输入装 置送来的状态或数据 并存入规定的寄存器中 同时 诊断电源和PLC内部电路的工作状 态和编程过程中的语法错误等 进入运行后 从用户程序存贮器中逐条读取指令 经分 析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号 去指挥有关的控制电路 CPU主要由运算器 控制器 寄存器及实现它们之间联系的数据 控制及状态总线构 成 CPU单元还包括外围芯片 总线接口及有关电路 内存主要用于存储程序及数据 是 PLC不可缺少的组成单元 在使用者看来 不必要详细分析CPU的内部电路 但对各部分的工作机制还是应有足 够的理解 CPU的控制器控制CPU工作 由它读取指令 解释指令及执行指令 但工作节 奏由震荡信号控制 运算器用于进行数字或逻辑运算 在控制器指挥下工作 寄存器参 与运算 并存储运算的中间结果 它也是在控制器指挥下工作 CPU速度和内存容量是PLC的重要参数 它们决定着PLC的工作速度 IO数量及软件容 量等 因此限制着控制规模 I O模块 PLC与电气回路的接口 是通过输入输出部分 I O 完成的 I O模块集 成了PLC的I O电路 其输入暂存器反映输入信号状态 输出点反映输出锁存器状态 输 入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统 输出模块相反 I O分为开关量输入 DI 开关量输出 DO 模拟量输入 AI 模拟量输出 AO 等模块 开关量是指只有开和关 或1和0 两种状态的信号 模拟量是指连续变化的量 常 用的I O分类如下 开关量 按电压水平分 有220VAC 110VAC 24VDC 按隔离方式分 有继电器隔离 和晶体管隔离 模拟量 按信号类型分 有电流型 4 20mA 0 20mA 电压型 0 10V 0 5V 10 10V 等 按精度分 有12bit 14bit 16bit等 除了上述通用IO外 还有特殊IO模块 如热电阻 热电偶 脉冲等模块 按I O点数确定模块规格及数量 I O模块可多可少 但其最大数受CPU所能管理的基 本配置的能力 即受最大的底板或机架槽数限制 电源模块 PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源 同时 有的还为输 入电路提供24V的工作电源 电源输入类型有 交流电源 220VAC或110VAC 直流电源 常用的为24VAC 3 6 2 2 PLC 的软件构成 系统软件系统软件 系统软件包含三个部分 系统管理程序 其作用一是运行时间管理 控制可编程控制器何时输入 何时输出 何 时计算 何时自检 何时通信 二是存储空间管理 规定个中参数 程序的存放位置 以生成用户环境 三是系统自检程序 包括各种系统出错检验 用户程序语法检验 句 法检验 警戒时钟运行 用户指令解释程序 用户指令解释程序是联系高级语言程序和机器码的桥梁 标准程序模块及其调用程序 这是许多独立的程序块 各程序块具有不同的功能 用户程序用户程序 用户程序即是应用程序 使 PLC 的使用者针对具体控制要求编制的程序 根据不同的控 配料系统的组态实现 12 制要求编制不同的程序 这相当于改变 PLC 的用途 相当于继电器控制设备的硬接线线 路 也正是所谓 可编程 一词的基本含义 3 6 3 PLC 的工作原理 PLC 通电后 需要对硬件和软件作一些初始化的工作 为了使 PLC 的输出及时地响应 各种输入信号 初始化后反复不停地分阶段处理各种不同的任务 如图 1 所示 这种周 而复始的循环工作模式称为扫描工作模式 图 1 扫描过程 3 6 3 1 读取输入 在 PLC 的存储器中 设置了一片区域来存放输入信号和输出信号的状态 它们分别 称为输入过程映像寄存器和输出过程映像寄存器 CPU 以字节为单位来读取输入 输出过 程映像寄存器 在读取输入阶段 PLC 把所有外部数字量输入电路的 1 0 状态读入输入过程映像寄存 器 外接的输入电路闭合时 对应的输入过程映像寄存器为 1 状态 梯形图中对应的输 入点的常开触点接通 常闭触点断开 外接的输入电路断开时 对应的输入过程映像寄 存器为 0 状态 梯形图中对应的输入点的常开触点断开 常闭触点接通 3 6 3 2 执行用户程序 PLC 的用户程序由若干条指令组成 指令在存储器中按顺序排列 在 RUN 工作模式的 程序执行阶段 在没有跳转指令时 CPU 从第一条指令开始 逐条顺序地执行用户程序 在执行指令时 从 I O 映像寄存器或别的位元件的映像寄存器读出其 0 1 状态 并 根据指令的要求执行相应的逻辑运算 运算的结果写入到相应的映像寄存器中 因此 各映像寄存器的内容随着程序的执行而变化 在程序执行阶段 即使外部输入信号的状态发生了变化 输入过程映像寄存器的状 态也不会随之而变 输入信号变化了的状态只能在下一个扫描周期的读取输入阶段被读 入 执行程序时 对输入 输出的存取通常是通过映像寄存器 而不是实际的 I O 点 这 样做有以下好处 1 程序执行阶段的输入值是固定的 程序执行完后再用输出过程映像寄存器的值更 新输出点 使系统的运行稳定 2 用户程序读写 I O 映像寄存器比读写 I O 点快得多 这样可以提高程序的执行速 度 配料系统的组态实现 13 3 6 4 CPU 的处理过程 3 6 4 1 通信处理 在通信请求处理阶段 CPU 处理从通信接口和智能块接收到的信息 例如读取智能模 块的信息并存放在缓冲区中 在适当的时候信息传送给通信请求方 3 6 4 2 CPU 的自诊断测试 自诊断测试包括定期检查 CPU 模块的操作和扩展模块的状态是否正常 将监控定时 器复位 以及完成一些别的内部工作 3 6 4 3 改写输出 CPU 执行完用户程序后 将输出过程映像寄存器的 0 1 状态传送到输出模块并锁存起 来 梯形图中某一输出位的线圈 通电 时 对应的输出过程映像寄存器为 1 状态 信 号经输出模块隔离和功率放大后 继电器型输出模块中对应的硬件继电器的线圈通电 其常开触点闭合 使外部负载通电工作 若梯形图中输出点的线圈 断电 对应的输出 过程映像寄存器中存放的二进制数为 0 将它送到继电器型输出模块 对应的硬件继电器 的线圈断电 其常开触点断开 外部负载断电 停止工作 当 CPU 的工作模式从 RUN 变为 STOP 时 数字量输出被置为系统块中的输出表定义的 状态 或保持当时的状态 3 6 5 PLC 系统的辅助设备 3 6 5 1 编程设备 编程器是 PLC 开发应用 监测运行 检查维护不可缺少的器件 用于编程 对系统作一 些设定 监控 PLC 及 PLC 所控制的系统的工作状况 但它不直接参与现场控制运行 小 编程器 PLC 一般有手持型编程器 目前一般由计算机 运行编程软件 充当编程器 3 6 5 2 机界面 最简单的人机界面是指示灯和按钮 目前液晶屏 或触摸屏 式的一体式操作员终端应 用越来越广泛 由计算机 运行组态软件 充当人机界面非常普及 3 6 5 3 输入输出设备 用于永久性地存储用户数据 如 EPROM EEPROM 写入器 条码阅读器 输入模拟量的电 位器 打印机等 3 6 6 PLC 的通信联网 PLC 具有通信联网的功能 它使 PLC 与 PLC 之间 PLC 与上位计算机以及其他智能设 备之间能够交换信息 形成一个统一的整体 实现分散集中控制 多数 PLC 具有 RS 232 接口 还有一些内置有支持各自通信协议的接口 3 6 7 PLC 的注意事由 保证PLC的正常运行 因此在使用中应注意以下问题 3 6 7 1 工作环境 1 温度 PLC 要求环境温度在 0 55 安装时不能放在发热量大的元件下面 四周通风散热的空 间应足够大 基本单元和扩展单元之间要有 30mm 以上间隔 开关柜上 下部应有通风的 百叶窗 防止太阳光直接照射 如果周围环境超过 55 要安装电风扇强迫通风 2 湿度 为了保证 PLC 的绝缘性能 空气的相对湿度应小于 85 无凝露 配料系统的组态实现 14 3 震动 应使 PLC 远离强烈的震动源 防止振动频率为 10 55Hz 的频繁或连续振动 当使用环境 不可避免震动时 必须采取减震措施 4 空气 避免有腐蚀和易燃的气体 例如氯化氢 硫化氢等 对于空气中有较多粉尘或腐蚀性气 体的环境 可将 PLC 安装在封闭性较好的控制室或控制柜中 并安装空气净化装置 5 电源 PLC 供电电源为 50Hz 220 110 V 的交流电 对于电源线来的干扰 PLC 本身具有足 够的抵制能力 3 7 MOGS 组态软件和 PLC 的连接使用 在 MCGS 系统中 由设备窗口负责建立系统与外部硬件设备的连接 使得 MCGS 能从 外部硬件设备的连接 使得 MCGS 能从外部设备读取数据并控制外部设备的工作状态 实 现对应工作过程的实时监控 因此 MCGS 与 PLC 设备的连接是通过设备窗口完成的 MCGS 程序程序 计算机计算机 外部接外部接 口口 PLC RS232 RS422 通信转换器通信转换器 PC机机 MCGSMCGS 设备驱设备驱 动动 3 7 1MOGS 系统的建立 打开 MCGS 组态环境 建立一个 MCGS 工程后 在用户编辑窗口中将会出现如图 4 5 的工作台窗口 配料系统的组态实现 15 图 4 5 单击工具栏上的工具箱按钮将会弹出如图 4 6 所示的设备工具箱窗口 需要说明 的是 在 MCGS 中 PLC 设备是作为子设备挂在串口父设备下的 因此在向设备组态窗口中 添加 PLC 设备前 必须先添加一个串口父设备 当直接用串口进行本地通讯时 我们添 加 串口通讯父设备 因此双击其中的串口通讯父设备 在设备组态窗口中添加一个 串口通讯设备 如图 4 7 图 4 6 图 4 7 现在就可以向设备组态窗口中添加我们所需的 PLC 设备了 如果所需设备没有出现 在设备工具箱中 按下 设备管理 按钮 在弹出的设备管理对话框中选定所需的设备 然后双击就可以将它添加到设备工具箱中 如图 4 8 配料系统的组态实现 16