基于MCGS的车床监控系统设计定稿.doc

摘 要随着工业自动化水平的迅速提高，计算机在工业领域的广泛应用，人们对工业自动化的要求越来越高，种类繁多的控制设备和过程监控装置在工业领域的应用，使得传统工业控制软件已无法满足用户的各种需求。MCGS工控组态软件的出现解决了一些实际工程问题，使用户能够根据自己的控制对象和控制目的任意组态，完成最终的自动化控制工程。本设计是针对轴承专用车床采用西门子PLC-200进行控制，程序分为手动程序、自动程序和轴承加工程序，并且用仿真软件进行仿真调试，验证了程序的正确性。利用MCGS组态软件设计了轴承专用车床控制系统监控界面，可以对轴承专用车床进行实时监控，提供了较为直观、清晰、准确的轴承加工状态，充分提高了系统的工作效率。关键词：MCGS；机械手；组态；PLC；AbstractWith the rapid increase in the level of industrial automation, computer applications in a wide range of industries, people have become increasingly demanding industrial automation, a wide variety of control equipment and process control devices in industrial applications, the traditional industrial control software is not meet user needs. The emergence of industrial configuration software MCGS solve some practical engineering problems, allowing users to control objects according to their own arbitrary configuration and control purposes, the final completion of the automatic control engineering.The design is based on the subject of special lathe MCGS bearing monitoring system, introduced bearing lathe of Research and Development PLC, describes the bearing dedicated lathe control system works and actions to achieve the process. MCGS configuration software is designed using dedicated lathe control system for monitoring bearing interface provides a more intuitive, clear, accurate bearing processing state, to fully enhance the efficiency of the system.Keywords: MCGS; manipulator; configuration; PLC;II目 录0 前言11 设计的前期工作21.1 设计目的及意义21.2 国内外研究概况31.3 设计研究内容42 PLC概述52.1 可编程序控制器简介52.1.1 PLC的结构52.1.2 PLC的特点62.1.3 PLC的主要功能72.2 PLC的选型73 轴承专用车床控制系统设计93.1 控制要求93.2 硬件设计103.2.1 机型选择与I/O分配103.2.2 建立内存变量分配表123.3 软件设计133.4 PLC程序的仿真144 MCGS在轴承专用车床系统中的应用174.1 MCGS的概述174.1.1 MCGS简介174.1.2 MCGS的构成174.1.3 MCGS的主要特性和功能184.1.4 MCGS编程语言194.2 工程的建立和变量的定义194.2.1 工程的建立194.2.2 变量定义的步骤204.3 工程画面的建立214.3.1 封面窗口及监控窗口的建立224.3.2 运行策略的建立及脚本程序的编写254.4动画的连接334.4.1 动画链接简介334.4.2 车床监控系统的动画链接335 结论37致 谢38参考文献39IV0 前言当今我过机械制造水平与发达国家相比差距较大，设备的陈旧，技术水平的落后，严重的影响了我过生产力和发展。我国现有大量可用的普通车床，采用先进的工艺设备，对这些车床进行改造已经成为我过制造业发展的一个趋势。特别是随着计算机技术和电子技术的发展，以PLC控制、变频调速、触摸屏人机对话、组态监控为主体的新型控制系统广泛的应用于各个行业。尤其在自动化行业领域，可编程控制器已成为大多数自动化系统控制的基础，同事也给工业控制带来了前所未有的变化。本次设计是运用PLC以及组态控制改造车床，这种改造能提高生产效率，是符合我国国情的提高机床数控化的一个主要途径。由于本人能力和水平有限，本论文之中肯定存在许多不足之处，敬请读者批评指正，在此深表诚挚的感谢！1 设计的前期工作1.1 设计目的及意义随着现代工业技术的发展，工业自动化技术越来越高，生产工况也有趋于恶劣的态势，这对一线工人的操作技能也提出了更高的要求，同时操作工人的工作安全也受到了相应的威胁。工人工作环境和工作内容也要求理想化简单化，对于一些往复的工作由机械手远程控制或自动完成显得非常重要。这样可以避免一些人不能接触的物质对人体造成伤害，如锻压、冲压、锻造、焊接、装配、机加、喷漆、热处理等。在机械制造行业中，机械手应用较多，发展较快。目前主要应用于机床、模锻压力机的上下料以及焊接、喷漆等作业，它可以按照事先制定的作业程序完成规定的操作。应用机械手，有利于提高劳动生产率，降低生产成本，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。可编程序控制器(PLC)是专为在工业环境下应用而设计的实时工业控制装置。随着微电子技术、自动控制技术和计算机通信技术的飞速发展，PLC在硬件配置、软件编程、通讯联网功能以及模拟量控制等方面均取得了长足的进步，已经成为工厂自动化的标准配置之一。由于自动化可以节省大量的人力、物力等，而PLC也具有其他控制方式所不具有的特殊优越性，如通用性好、实用性强、硬件配套齐全、编程方法简单易学，因此工业领域中广泛应用PLC。本次课题设计的轴承专用车床就是通过PLC来实现自动化控制，应用机械手来接送共件，进行自动加工。通过此次设计可以更进一步学习PLC的相关知识，了解世界先进水平，尽可能多的应用于实践。同时，借助组态软件的辅助作用，大大提高了系统的工作效率。MCGS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，在自动化领域中有着广泛的应用。本设计通过MCGS组态软件对机械手进行监控，将车床的各个动作过程进行了动画显示，使动作过程更加形象化。1.2 国内外研究概况20世纪初，由于电动机的出现，使得机床的拖动发生了变革，用电动机代替蒸汽机，机床的电气拖动随电动机的发展而发展。最初采用手动控制。最早的自动控制是继电接触器控制，为了解决复杂和程序可变控制对象需要，在60年代出现了顺序控制器。它是继电器和半导体元件综合应用的控制装置。随着计算机技术的发展，又出现了以微型计算机为基础的具有编程、存储、逻辑控制及数字运算功能的可编程序控制器PLC。PLC的设计以工业控制为目标，因而具有功率级输出、接线简单、通用性强、编程容易、抗干扰性强、工作可靠等一系列优点。PLC的发展方向是微型、简单、价廉，以取代传统的继电器控制；而它的另一个发展方向是大容量、高速、高性能、对大规模复杂控制系统能进行综合控制。数字控制室机床电器控制发展的另外一个重要方面。数控机床既有专用机床生产率高的优点，又有通用机床工艺范围广、适用灵活的特点，并且还具有能自动加工复杂成型表面，精度高的优点。数控机床集高效率、高精度、高柔性与一身，成为当今机床自动化的理想形式。国内在轴承行业中，中小型轴承车削加工设备多已老化，生产效率低，精度差且运转故障率高。针对这种状况，研制了63066310轴承内外套圈车削工序的全自动液压驱动车床，并于1992年底通过了技术鉴定，投入批量生产。在国际上，美国机床工业起步比英国要晚50年，但在制造技术方面很快就超过了英国，跃居世界首位。目前，美国机床制造业在高效自动化机床、自动生产线、NC机床、FMS等机床技术上仍处于世界领先地位。着眼未来，美国机床制造有以下明显的发展趋势：1）追求具有更高加工效率的机床。2）追求更加安全可靠和符合环保要求的机床。3）机床配套部件产业迅速发展。4）追求更加完善的控制系统。5）追求更高的机床外观质量。1.3 设计研究内容本设计主要研究的是基于MCGS轴承专用车床监控系统设计.包括自动过程和手动过程。利用组态软件MCGS设计出人机界面，实现动画连接，实现对车床加工轴承的监控。通过MCGS将车床动作过程进行动画演示，使机械手、夹具等的动作形象化。提供较为直观、清晰、准确的车床运行状态，为维修和故障诊断提供多方面的可能性，充分提高系统的工作效率。 通过设计，使机床实现自动与手动功能相结合，以实现机器智能化的目标，更方便、快捷的为工业生产和工业制造所用，同时实现车床的智能化能方便机器的检修及智能化操作，节省人力、物力及资金。当今社会已存在许多智能化车床，大多数智能化车床采用多种设计实现车床的自动化，但由于本人所学知识有限，有些知识没有学习透彻，故本次设计采用PLC与组态控制相结合，从而实现车床的智能化控制。并通过仿真系统直观的反映设计内容的正确性与可行性。 2 PLC概述对于机械手的控制系统可以采用多种方式，如继电器控制、单片机控制、PLC控制等。但由于PLC可编程控制器操作灵活性强和稳定性较好，所以，我选择PLC控制。2.1 可编程序控制器简介可编程序控制器（Programmable Logic Controller）简称PLC或PC，是从早期的继电器逻辑控制系统发展而来，它不断吸收微计算机技术使之功能不断增强，逐渐适应复杂的控制任务 。2.1.1 PLC的结构PLC和一般的微型计算机基本相同，也是由硬件系统和软件系统两大部分组成的。PLC的硬件系统由微处理器(CPU)、存储器(EPROM，ROM)、输入输出(I/O)部件、电源部件、编程器、I/O扩展单元和其他外围设备组成。各部分通过总线(电源总线、控制总线、地址总线、数据总线)连接而成。其结构简图如图2-1所示。外设I/O接口 输出部件存储器 EPROM 微处理器 运算器 控制器电源 输入部件I/O扩展接口 I/O扩展单元 受控元件输入信号外部设备图 2-1 PLC硬件结构图PLC的软件系统是指PLC所使用的各种程序的集合，通常可分为系统程序和用户程序两大部分。系统程序是每一个PLC成品必须包括的部分，由PLC厂家提供，用于控制PLC本身的运行，系统程序固化在EPROM中。用户程序是由用户根据控制需要而编写的程序。硬件系统和软件系统组成了一个完整的PLC系统，他们是相辅相成，缺一不可的。2.1.2 PLC的特点可编程控制器是在计算机技术、通信技术和继电器控制技术的发展基础上开发起来的，现已广泛应用于工业控制的各个领域。它以微处理器为核心，用编写的程序进行逻辑控制、定时、计数和算术运算等，并通过数字量和模拟量的输入/输出来控制机械设备或生产过程。高可靠性，1）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；2）各输入端均采用R-C滤波器，其滤波时间常数一般为1020ms；3）各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰；4）采用性能优良的开关电源。5）对采用的器件进行严格的筛选；6）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；7）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,使可靠性更进一步提高。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、电压或电流、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、控制阀等直接连接。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等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。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。安装简单，维修方便，PLC不需要专门的机房，可以在各种工业环境下直接运行。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。总之，可编程控制器是一台计算机，它是专为工业环境应用而设计制造的计算机。它具有丰富的输入/输出接口，并且具有较强的驱动能力。但可编程控制器产品并不针对某一具体工业应用，在实际应用时，其硬件需根据实际需要进行选用配置，其软件需根据控制要求进行设计编制。2.1.3 PLC的主要功能PLC是一种应用面很广、发展非常迅速的工业自动化装置，在工厂自动化(FA)和计算机集成制造系统(CIMS)内占重要地位。PLC系统主要有以下功能：1) 多种控制功能；2) 数据采集、存储与处理功能；3) 通信联网功能；4) 输入、输出接口调理功能；5) 人机界面功能；6) 编程、调试功能。PLC的重量、体积、功耗和硬件价格一直在降低，虽然软件价格占的比重有所增加，但是各厂商为了竞争也相应地降低了价格。另外，采用PLC还可以大大缩短设计、编程和投产周期，使总价格进一步降低。PLC产品面临现场总线的发展，将再次革新，满足工业与民用控制的更高需求。2.2 PLC的选型 对于PLC的选择，我们必须考虑多方面的因素。例如输入、输出的最多点数，扫描速度，内存容量，指令条数，功能模块等。同时还要考虑其经济实用性以及工作环境对其的影响。1）选择PLC类型本设计采用的是西门子SIMATIC S7-200，S7-200是SIEMENS公司推出的一种小型PLC，它的特点主要有结构紧凑，扩展性良好，指令功能强大，价格低廉，成为当代各种小型控制工程的理想控制器。 2）确定PLC的各个模块的型号目前S7-200系列PLC主要有CPU221、CPU222、CPU224和CPU226这四种，具体技术参数如表2-1所示。表 2-1 S7-200 CPU的技术参数技术指标 CPU221 CPU222 CPU224 CPU226程序存储器 2048B 2048 B 4096B 4096 B用户数据存储器 1024B 1024 B 2560B 2560 B本机I/O 6入/4出 8入/6出 14入/10出 24入/16出扩展模块数量 无 2个模块 7个模块 7个模块计数器/定时器 256/25 256/256 256/256 256/256提供5VDC电流 无 340Ma 660mA 1000mA扩展模块主要有：数字量扩展模块：EM221、EM222、EM223；模拟量扩展模块：EM231、EM232、EM235；通讯模块：EM227、EM241；本次设计需要34个输入点，14个输出点，由于对输入输出的点数较多，所以选择CPU226和扩展模块EM223。S7-200的编程软件：STEP7-Micro/WIN32。该编程软件可以方便地在WINDOWS环境下对PLC编程、调试、监控。使得PLC的编程更加方便、快捷。3 轴承专用车床控制系统设计3.1 控制要求对于控制要求，我们必须精益求精，借助组态软件的辅助作用，大大提高了系统的工作效率。由于车床控制系统是为了提高车床的工作效率，降低一些人不能接触的物质对人体造成伤害，如锻压、冲压、锻造、焊接、装配、机加、喷漆、热处理等。提高劳动生产率，降低生产成本，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。对于车床控制系统，从工艺要求上可知，车床控制系统的设计需要使车床实现自动化，通过机械手对工件的一系列操作，进而实现对工件的加工，只需要工作人员对电脑进行控制，以节省人力，提高效率，使用户能够根据自己的控制对象和控制目的任意组态，完成最终的自动化控制工程。实现对工件的所有要求。第一步是当工作台上有工件出现时（由光电耦合器I0.3、I0.4检测到），机械手开始下降。当机械手下降到中高位时（由限位开关I1.2检测到），机械手下降停止。第二步是机械手在中高位夹紧工件，3秒后右移。第三步是机械手向右移动到位停止（由限位开关I0.5检测到），1秒后开始下降到位停止（由限位开关I0.6检测到）。第四步是机械手到位，1秒后夹具夹紧，然后3秒后机械手松开，上升，返回到I0.5位等待工件加工。第五步是当机械手返回I0.5位，垂直刀具前进到位（由限位开关I3.0检测到），1秒后夹具开始旋转，当转速达到一定值时（4秒）夹具前进到位停止（由限位开关I1.0）检测到，2秒后垂直刀退回到位停止（由限位开关I3.1检测到），同时夹具退回到位停止（由限位开关I1.1检测到）。第六步是当夹具退回到位水平刀具前进到位停止（由限位开关I3.2检测到），1秒后夹具再次前进，到位停止。2秒后水平刀退回（由限位开关I3.3检测到）。水平刀退回到位3秒后夹具再次退回，旋转停止。第七步是2秒后机械手下降到位停止，1秒后夹紧工件。3秒后夹具松开。第八步是机械手上升到右限位开关然后左移到左限位开关（I1.4）停止。第九步是1秒后机械手下降到低位平台（由限位开关I1.5检测到）。1秒后机械手松开。第十步是机械手上升，到高位停止（由限位开关I1.3检测到）。机械手工作一个周期完成，当光电耦合器再次检测到工件机械手下降进入下一个循环。周而复始，如图 3-1所示。图 3-1 车床加工工艺流程图3.2 硬件设计3.2.1 机型选择与I/O分配从工艺要求中可以看出，从控制方式选择上需要两个具有连锁功能的启动按钮，用来分别完成自动方式和手动方式的启动，还需要一个停止按钮用来处理如何进入停止运行状态。机械手限位开关有6个，分别为高位限位开关、中高位限位开关、平台限位开关、左限位开关、右限位开关和下限位开关。夹具限位开关有和，垂直刀的限位开关和，水平刀的限位开关和。手动控制输入信号由17个按钮组成，分别为手动上升、手动下降、手动左移、手动右移、机械手夹紧、机械手松开、夹具夹紧、夹具松开、夹具前进、夹具后退、夹具旋转、夹具旋转停止、水平刀进、水平刀退、垂直刀进、垂直刀退，报警关闭。工件台上有检测工件ph器的两个输入信号。输出信号又机械手下降驱动信号，上升驱动信号，左移驱动信号，右移驱动信号，夹具夹紧，夹具旋转，夹具前进，夹具后退，水平刀进，水平刀退，垂直刀进，垂直刀退，机械手夹紧，报警，共14个输出信号。该系统由于输入输出点较多，输入34点，输出14点。所以选择S7-200系列的CPU226和一个I/O模块EM223组成控制系统。本系统输入点和输出点的分配如图 3-2所示。图 3-2 车床控制系统硬件组态3.2.2 建立内存变量分配表为了方便编制程序和修改程序，有时需要建立输入/输出变量分配表。但对于变量较少的可以不用建表，只需列出变量即可，本设计的输入/输出变量较多，需要一一列出，以方便以后编制程序和修改程序，变量如表3-1所示。表 3-1 系统输入/输出变量分配表输入/输出变量信号名称输入/输出变量信号名称I0.0自动启动按钮I3.0垂刀上限位开关I0.1手动启动按钮I3.1垂刀下限位开关I0.2系统停止按钮I3.2横刀前限位开关I0.3工件检测I3.3横刀后限位开关I0.4工件检测I3.4手动横刀进按钮I0.5右限位开关I3.5手动横刀退按钮I0.6下限位开关I3.6手动垂刀进按钮I0.7报警灯关按钮I3.7手动垂刀退按钮I1.0夹具前限位开关I4.0手动夹具进按钮I1.1夹具后限位开关I4.1手动夹具退按钮I1.2中高位限位开关Q0.0左移电磁阀I1.3高位限位开关Q0.1右移电磁阀I1.4左限位开关Q0.2上升电磁阀I1.5平台限位开关Q0.3下降电磁阀I1.6手动夹紧按钮Q0.4夹具夹紧电磁阀I1.7手动松开按钮Q0.5夹具旋转电磁阀I2.0手动左移按钮Q0.6夹具前进电磁阀I2.1手动右移按钮Q0.7夹具后退电磁阀I2.2手动上移按钮Q1.0横刀进电磁阀I2.3手动下移按钮Q1.1垂刀进电磁阀I2.4手动夹具夹紧按钮Q1.2横刀退电磁阀I2.5I2.6I2.7手动夹具松开按钮手动夹具旋转按钮手动夹具旋转停止按Q1.3Q1.4Q1.5垂刀退电磁阀机械手夹紧电磁阀报警灯3.3 软件设计1）逻辑流程图为了能用逻辑流程图设计PLC程序，首先要画出自动控制系统的逻辑流程图，如图 3-3所示。根据工艺要求逻辑流程分成十个步骤。当系统启动之前机械手在原始位置，机械手在原始位置的条件是高位I1.3=1且左位I1.4=1。当系统一个周期结束机械手又回到初始位置进入下一个周期。机械手的手动控制过程与自动控制过程大体是一样的，其区别是在于手动控制是由人操纵手动按钮去驱动机械手、夹具、刀具工作的。图 3-3 自动控制系统逻辑流程图2）控制程序系统程序由主程序（OB1）、自动块（SBR0）、手动（SBR1）、轴承加工过程（SBR2）组成的。OB1的任务是根据启动信号分别调用自动控制SBR0和手动控制SBR1，其中轴承加工过程SBR2由自动控制SBR0程序块调用。（1） 主程序OB1及其说明。M0.0为自动方式标志，只有按下自动按钮I0.0时才能使M0.0置位。当按下停止按钮I0.2时，M0.0复位，这一功能由网络1完成；M0.1为手动方式标志位，只有按下手动启动按钮I0.1时，才能使M0.1置位。当按下I0.2时，M0.1复位，这一功能由网络2完成。M0.0有效时，调用自动控制程序SBR0，有网络3完成；M0.1有效时，调用手动控制程序SBR1，由网络4完成；如果完成标志位有效，即工件加工完成待取回时工件检测为1则报警，由网络5完成。报警复位由网络6完成。（2） 自动控制程序SBR0及其说明。SBR0是一个子程序,它的功能是执行自动控制过程的部分操作。本程序的设计将所有机械手的下降的程序集中在网络1中由一个SR指令实现，同样将机械手上升、机械手左移、机械手右移分别由网络2、网络3、网络4中的一个SR指令完成，这样节省了大量空间，让读程序者一目了然。当夹具夹紧之后调用子程序轴承加工程序SBR2，由网络9实现。网络10中，当机械手重新返回高位，将M1.0完成标志位复位。（3） 手动程序SBR1及其说明。SBR1是一个子程序，它的功能是执行手动控制过程的全部操作。手动控制主要用于安装、调试和正常运行下的故障处理。因此，对手动控制过程的操作不应限制太严格，不要像自动控制过程的操作那样，每一步都要从起步位到结束位严格要求。对手动控制过程操作的主要限制是不要使运行超限，确保安全。可以看出，手动控制的约束力比较小，因此，手动控制时要特别谨慎和小心。这种程序设计的目的是，手动控制主要用于调试和维修工作。 （4）轴承加工程序SBR2及其说明。SBR2也是子程序，它的功能是执行轴承加工过程的操作。 轴承加工过程从夹具夹紧开始到夹具松开机械手取回工件结束，设计这一子程序的目的是为了使程序结构化，读起来更加方便快捷。3.4 PLC程序的仿真本次设计仿真采用西门子PLC200仿真软件，首先在V4.0 STEP 7 MicroWIN SP3软件中将编写好的程序导出，生成.AWL文件，然后打开仿真软件，插入需要的模块，本设计中采用CPU226和EM223，装载导出的程序，将PLC调成运行状态。即可仿真。如图3.24所示。当工件占位（I0.3、I0.4）、机械手在初始位置（I1.3），机械手开始下降，当机械手到中高位（I1.2）和左位（I1.4）机械手夹紧（Q0.4）然后右移（Q0.1）。I3.1和I3.3分别为水平刀具垂直刀具的初始位置。由仿真软件证明程序的正确性。首先进行仿真程序的装载，如图3-24所示。图 3-24 仿真装载程序当工件占位（I0.3、I0.4）、机械手在初始位置（I1.3），机械手下降，如图3-25所示。图 3-25 检测到工件机械手下降当机械手到中高位（I1.2）和左位（I1.4）机械手夹紧（Q0.4），右移（Q0.1）。如图3-26所示。图 3-26 机械手夹紧右移4 MCGS在轴承专用车床系统中的应用4.1 MCGS的概述4.1.1 MCGS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，在自动化领域有着广泛的应用。其主要特征和功能大体为：具有简单灵活的可视化操作界面、实时性强、有良好的并行处理性能、有丰富生动的多媒体画面、开放式结构、广泛的数据获取和强大的数据处理功能、完善的安全机制、强大的网络功能、多样化的报警功能、支持多种硬件设备、方便控制复杂的运行流程、良好的可维护性和可扩充性、设立对象元件库组态工作简单方便、能实现对工控系统的分布式控制和管理等等。4.1.2 MCGS的构成MCGS系统包括组态环境和运行环境两个部分。用户的所有组态配置过程都在组态环境中进行，组态环境相当于一套完整的工具软件，它帮助用户设计和构造自己的应用系统。用户组态生成的结果是一个数据库文件，称为组态结果数据库。运行环境是一个独立的运行系统，它按照组态结果数据库中用户指定的方式进行各种处理，完成用户组态设计的目标和功能。运行环境本身没有任何意义，必须与数据库一起作为一个整体，才能构成用户引用系统。组态结果数据库完成了MCGS系统从组态环境向运行环境的过渡，它们之间的关系如图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图4-1 组态环境和运行环境关系图由MCGS生成的用户应用系统，其结构由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略五个部分组成，如图4-2所示。主控窗口设备窗口用户窗口实时数据库运行策略MCGS工控组态软件菜单设计设置工程属性设定存盘结构添加工程设备连接设备变量注册设备驱动创建动画显示设置报警窗口人机交互界面定义数据变量编写控制流程使用功能构件图 4-2 MCGS用户应用系统结构图4.1.3 MCGS的主要特性和功能1）简单灵活的可视化操作界面。2）实时性强、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。MCGS系统由五大功能模块组成，主要的功能模块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。除此以外，MCGS还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、VC等高级开发语言，编制特定的构件来扩充系统的功能。MCGS用数据库来管理数据存储，系统可靠性高。MCGS设立对象元件库，组态工作简单方便，易于实现对工控系统的分布式控制和管理。4.1.4 MCGS编程语言MCGS全中文组态软件，采用C+语言编制，核心为组态结构。构架合理、连接灵活，结构层次清晰，方便用户的定制开发。它是基于WIN95/98/NT视窗结构，能够快速构造和生成数据管理、报警处理、流程控制、动画显示、报表输出等界面，轻松实现各种工程曲线、报表、数据浏览、远程通讯、远程采集、远程诊断等功能的先进软件。MCGS组态软件采用Basic的脚本语言编程，有强大的图形化流程策略组态工具，使编程工作降到最少，令用户爱不释手。MCGS全中文组态软件能支持目前市场上绝大部分硬件，其网络版更使“决胜千里之外”成为可能。4.2 工程的建立和变量的定义4.2.1 工程的建立1) 首先双击桌面MCGS组态环境图标，进入组态环境，屏幕中间窗口为工作台。2) 单击文件菜单中“新建工程”选项，自动生成新建工程，默认的工程名为：“新建工程0.MCG”。3) 选择文件菜单中的“工程另存为”菜单项，弹出文件保存窗口。4) 在文件名一栏内输入文件名，点击“保存”按钮，工程创建完毕。如图4-3所示。图4-3 MCGS工作台窗口4.2.2 变量定义的步骤1) 单击工作台中的“实时数据库”选项卡，进入“实时数据库”窗口页，如图4-4所示。窗口中列出了系统已有变量“数据对象”的名称。其中一部分为系统内部建立的数据对象。现在要将表中定义的数据对象添加进去。图4-4 实时数据库窗口2) 单击工作台右侧“新增对象” 按钮，在窗口的数据对象列表中，增加了一个新的数据对象，如图4-5所示。图 4-5 实时数据库窗口3) 选中该数据对象，按“对象属性”按钮，或双击选中对象，则打开“数据对象属性设置” 窗口。4) 将“对象名称”改为：自动启动；“对象初值”改为：0；“对象类型”选择：开关型。5) 单击“确定”。如图4-6所示。6) 单击“保存”按钮。图 4-6 数据对象属性设置窗口此时，我们已经添加了工程所需要的几个变量，按照这种方法，将剩下的其他变量一一的添加进去。完成这个步骤之后，我们就可以进行下一步的操作了。注意添加变量的时候要注意数据对象的属性，以及数据对象的类型。4.3 工程画面的建立1) 在“用户窗口”中单击“新建窗口”按钮，建立“窗口0”、“窗口1”。2) 选中“窗口0”，单击“窗口属性”，进入“用户窗口属性设置”。3) 将窗口名称改为：主窗口；窗口标题改为：主窗口，其他不变，单击“确定”。4) 选中“窗口1”，单击“窗口属性”，进入“用户窗口属性设置”。5) 画面会弹出二级窗口，如图4-7所示。6) 将窗口名称改为：轴承专用车床监控系统；窗口标题改为：轴承专用车床监控系统，单击“确认”。图4-7 用户窗口属性设置4.3.1 封面窗口及监控窗口的建立主窗口的设置。1）选中“主窗口”，单击“动画组态”，进入动画组态窗口，开始编辑画面。单击工具条中的“工具箱”按钮，打开绘图工具箱。2）选择“工具箱”内的“位图”按钮，鼠标的光标呈“十字”形，在窗口顶端中心位置拖拽鼠标，根据需要拉出一个一定大小的矩形。插入自己想要的背景图片。对图片的大小进行修改，直至满意。3）同样方法选中“标签”按钮，拉出一个一定大小的矩形，在闪烁位置输入文字。4）插入一个按钮，点击“填充色”按钮，设定文字框的背景颜色为：没有填充。边线设置为：没有边线。5）点击“字符字体”按钮，字体颜色、字型、大小根据自己设置。画面设置完毕如图4-8所示。图 4-8 主窗口画面控制窗口的设置。MCGS提供了基本的绘图工具，如：画线、画矩形等，同时也提供了元件库，用于较复杂的元件图形，如储液罐、电机等。窗口的设置不过是利用这些工具，对所提供的这些对象（线、矩形、元件等）进行组态，本设计窗口的控制如下：选中“轴承专用车床监控系统”窗口。1）单击“动画组态”，进入动画组态窗口。2）单击绘图工具箱的“插入元件”图标，弹出“对象元件管理”对话框。3）单击“其他文件夹”，选中“机械手”元件，画面中会出现各式各样的元件，在元件中找到“机械手”。4）按“确定”按钮把机械手元件添加到动画组态中。5）加入至动画组态中后，对元件进行大小、方向的调整，对象元件管理。如图 4-9所示。 图 4-9 对象元件管理在图 4-8中，主窗口中使用了“进入”按钮，用来进入MCGS运行环境中“轴承专用车床监控系统”窗口的。“轴承专用车床监控系统”窗口如图 4-10所示。图 4-10轴承专用车床监控系统窗口 监控窗口中十个指示灯，分别代表机械手左移、右移、上移、下移、夹紧、放松等动作。运行时，指示灯随系统动作变化做相应的指示。4.3.2 运行策略的建立及脚本程序的编写 1）运行策略的建立进入“运行策略”窗口中，点击“新增策略”，增加两个策略，单击属性按钮，更改策略名称，分别为“自动策略”、“手动策略”。双击进入“循环策略”窗口。右键单击工具条，选中“新增策略行”，双击工具箱中的“策略调用”，添加策略调用构件，更改属性，调用策略分别选中手动策略和自动策略。策略行条件分别改为自动启动和手动启动。进入“运行策略”窗口中，双击“手动策略”，右键单击点击工具条，选中 “新增策略行”，增加一策略行。单击“策略工具箱”中的“脚本程序”将鼠标指针移到策略块图标上，单击鼠标左键，添加脚本程序构件。同样设置“自动策略”。如图4-11所示。图 4-11策略的建立2）轴承加工手动控制脚本程序的编写进入手动策略，双击“脚本程序”工具条进入脚本程序编辑环境，编辑脚本程序。脚本程序如下：if 向下=1 and 垂直移动量38 then 垂直移动量=垂直移动量+2if 机械手夹紧=1 then 工件夹紧标志=1if 工件夹紧标志=1 and 水平移动量206 and 向右=1 then 水平移动量=水平移动量+2if 工件夹紧标志=1 and 水平移动量206 and 向右=1 then 工件水平移动量=工件水平移动量+2if 工件夹紧标志=0 and 垂直移动量=38 and 水平移动量0 and 向左=1 then 水平移动量=水平移动量-2if 水平移动量=206 and 向下=1 and 垂直移动量106 then 垂直移动量=垂直移动量+2if 水平移动量=206 and 向下=1 and 工件垂直移动量38 then 垂直移动量=垂直移动量-2if 水平刀=1 and 刀具水平移动-44 then 刀具水平移动=刀具水平移动 - 2if 垂直刀=1 and 刀具垂直移动-24 then 刀具垂直移动=刀具垂直移动 - 2if 水平刀退=1 and 刀具水平移动0 then 刀具水平移动=刀具水平移动 + 2if 垂直刀退=1 and 刀具垂直移动0 then 刀具垂直移动=刀具垂直移动 + 2if 夹具夹紧标志=1 and 夹具=1 and 夹具水平移动量88 then 夹具水平移动量=夹具水平移动量+2if 夹具夹紧标志=1 and 夹具=1 and 工件水平移动量0 then 夹具水平移动量=夹具水平移动量-2if 夹具夹紧标志=1 and 夹具退=1 and 工件水平移动量206 then 工件水平移动量=工件水平移动量-2if 夹具松开=1 then 夹具夹紧标志=0if 工件夹紧标志=1 AND 夹具夹紧标志=0 AND 向上=1 AND 垂直移动量38 then 垂直移动量=垂直移动量-2if 工件夹紧标志=1 AND 夹具夹紧标志=0 AND 向上=1 AND 工件垂直移动量0 then 工件垂直移动量=工件垂直移动量-2if 工件夹紧标志=1 AND 夹具夹紧标志=0 AND 向左=1 AND 水平移动量0 then 水平移动量=水平移动量-2if 工件夹紧标志