基于组态技术的材料分拣系统组态工程建立

1、.系统组态工程的设计MCGS工控组态软件能够很好地解决传统工业控制软件存在的种种问题，使用户能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。本章主要介绍材料分拣系统的组态软件部分。1 系统组态工程本次设计的重点就是通过组态软件模拟材料分拣系统的运行状态。设计的组态工程能够看到系统对各个不同的材料相对应的被分拣的出来。所模拟的材料分拣的具体过程为：进入组态运行环境后，通过控制开关的操作，系统开始工作。电动机带动传送带工作，首先上料传感器对料槽中的物料进行检测，如果有物料则将其推入传送带上，物料在传送带上移动；当物料通过传感器时，若不是要检测的物料则传感器和对应的气缸都不工作，物

2、料继续向前运动；当传感器检测出相应的物料后气缸做出动作将此物料推出，物料会沿着气缸动作的方向移动到料槽，相应的计数器进行计数；当料槽无料时会有报警提示表示无料，在无料状况一段时间后电机、传感器等会自动停止工作。设计中的控制开关具有材料分拣系统运行的开始按钮，分拣系统结束时要有停止按钮，当系统出现错误的时候单击复位按钮，模拟画面上的物料，传送带，计数器等可以全部复位，从而完善了整个分拣系统。2 系统监控画面的建立在实际工程的进行中，在使用MCGS之前要熟悉整个工程的规划，这样才能保证工程的顺利完成。首先要解决的是对整个工程的系统构成和工艺流程的了解，弄清测控对象的特征，明确主要的监控要求和技术要

3、求等问题。在这个基础上拟定整个系统应该实现的功能，如何控制流程，用户窗口建立，实现何种动画效果以及如何在实时数据库中定义数据变量等环节。然后分析工程中输入输出变量与系统中定义的变量的对应关系，以及他们之间是如何连接的，他们之间是如何通过动化实现的。在MCGS中，单击菜单中的“新建工程”命令，系统自动创建一个新工程，如图4-1所示。由于尚未进行组态操作，新工程只是一个空的骨架，包含主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略五个基本组成。材料分拣MCGS组态软件设计是对分拣系统的实时采集以及监控，从而实现操作者可以远离操作现场就能实现对生产线的控制。组建工程的总体规划是先建立一个用户窗口，

4、其次是编辑画面和定义数据对象，再次是动画连接和编写控制流程，最后是设备的连接和调试。在MCGS组态平台上，单击“用户窗口”，在“用户窗口”中单击“新建窗口”按钮，则产生新“窗口0”。选中“窗口0”，单击“窗口属性”，进入“用户窗口属性设置”，将“窗口名称”改为：材料分拣系统；将“窗口标题”改为：材料分拣系统；在“窗口位置”中选中“最大化显示”，其它不变，单击“确认”，如图4-2所示。同样新建一个“封面”窗口。在“用户窗口”中选定“封面”，单击鼠标右键，选择下拉菜单中的“设置为启动窗口”，将该窗口设置为运行时自动加载的窗口。图1 新建工程窗口图2 用户窗口属性设置图在上述的用户窗口中，鼠标选定该

5、用户窗口，单击“动画组态”按钮，系统会自动弹出一个空白页，用户可在该空白页上进行对工程的图形的创建。在用户窗口中创建图形对象之前，需要从工具箱中选取需要的图形构件，进行图形对象的创建工作。我们已经知道，MCGS提供了两个工具箱：放置图元和动画构件的绘图工具箱和常用图符工具箱。从这两个工具箱中选取所需的构件或图符，在用户窗口内进行组合，就构成用户窗口的各种图形界面。单击工具条中的“工具箱”按钮，打开绘图工具箱，单击绘图工具箱的“常用符号”，打开常用图符。通过在工具箱和常用图符制作传送带、物料、传感器、气缸和开关按键等画面，例如从“对象元件库管理”中的“传送带”中选取中意的传送带确认，则所选中的罐

6、在桌面的左上角，可以改变其大小及位置。此外还可以自己构件图符满足所需要的画面要求。材料分拣系统监控画面如图5-3所示。图4-3 材料分拣系统监控画面在监控画面中开始、停止、复位这三个操作按钮用来手动控制系统的运行状态。光电传感器用来检测料槽是否物料，与气缸1为一组，检测后将物料推入传送带。电容传感器与气缸2为一组，用来检测和分拣铝质的物料。电感传感器与气缸3为一组，用来检测和分拣铁质的物料。颜色传感器和气缸4为一组，用来对红色物料的检测和分拣。气缸5将所有的物料都会推出。红色的指示灯为料槽无料时进行提醒。3 建立实时数据库在MCGS中，用数据对象来描述系统中的实时数据，用数据变量代替传统意义上

7、的值变量，把数据库技术管理的所有数据对象的集合称为实时数据库。所用到的数据是以数据对象的形式来进行操作与处理的。实时数据库是MCGS系统的核心，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一个有机的整体。在MCGS中，数据对象有开关型、数值型、字符型、事件型和组对象等五种类型。不同类型的数据对象，属性不同，用途也不同。开关型数据对象：记录开关信号（0或非0）的数据对象称为开关型数据对象，通常与外部设备的数字量输入输出通道连接，用来表示某一设备当前所处的状态。开关型数据对象也用于表示MCGS中某一对象的状态，如对应于一个图形对象的可见度状态。开关型数据对象没有工程单位和最

8、大最小值属性，没有限值报警属性，只有状态报警属性。数值型数据对象：在MCGS中，数值型数据对象的数值范围是：负数是从 -3.402823E38到-1.401298E-45，正数是从1.401298E-45到3.402823E38。数值型数据对象有最大和最小值属性，其值不会超过设定的数值范围。当对象的值小于最小值或大于最大值时，对象的值分别取为最小值或最大值数值型数据对象有限值报警属性，可同时设置下下限、下限、上限、上上限、上偏差、下偏差等六种报警限值，当对象的值超过设定的限值时，产生报警；当对象值返回到所有的限值之内时，报警结束。字符型数据对象：字符型数据对象是存放文字信息的单元，用于描述外部

9、对象的状态特征，其值为多个字符组成的字符串，字符串长度最长可达64KB。字符型数据对象没有工程单位和最大、最小值属性，也没有报警属性。事件型数据对象：事件型数据对象用来记录和标识某种事件产生或状态改变的时间信息。事件型数据对象没有工程单位和最大最小值属性，没有限值报警，只有状态报警，不同于开关型数据对象，事件型数据对象对应的事件产生一次，其报警也产生一次，且报警的产生和结束是同时完成的。数据组对象：数据组对象是MCGS引入的一种特殊类型的数据对象，类似于一般编程语言中的数组和结构体，用于把相关的多个数据对象集合在一起，作为一个整体来定义和处理。建立实时数据库的过程中材料分拣将各个物块、传感器、

10、气缸、电机、开关按键和计数器定义出来，以便属性设置和编程时使用。4 动画连接所谓动画连接，实际上是将用户窗口内创建的图形对象与实时数据库中定义的数据对象，建立起对应的关系，在不同的数值区间内设置不同的图形状态属性（如颜色、大小、位置移动、可见度、闪烁效果等），将物理对象的特征参数以动画图形方式来进行描述。MCGS实现图形动画设计的主要方法是将用户窗口中图形对象与实时数据库中的数据对象建立相关性连接，并设置相应的动画属性。在系统运行过程中，图形对象的外观和状态特征，由数据对象的实时采集值驱动，从而实现了图像的动画效果。动画组态的设置主要有颜色动画连接、位置动画连接、输入输出连接和特殊动画连接。材

11、料分拣组态设计中的动画设计也是在这四种连接方式的基础上设置的。1颜色动画连接所谓颜色动画连接就是指将图形对象的颜色属性与数据对象值之间建立相关性关系，使图元、图符对象的颜色属性随着数据对象值的变化而变化，用这种方式实现颜色不断变化的动画效果。颜色属性包括填充颜色、边线颜色和字符颜色三种，只有“标签”图元对象才有字符颜色动画连接。2位置动画连接位置动画连接包括图形对象的水平移动、垂直移动和大小变化三种属性，使图形对象的位置和大小随着数据对象值的变化而变化。用户只要控制数据对象值的大小和值的变化速度，就能精确地控制所对应图形对象的大小、位置及其变化速度。用户可以定义一种或多种动画连接，图形对象的最

12、终动画效果是多种动画属性的合成效果。平行移动的方向包含水平和垂直两个方向，其动画连接的方法相同。首先要确定对应连接对象的表达式，然后再定义表达式的值所对应的位置偏移量。材料分拣系统中物料的移动就是按位置动画连接的方法设定的。3输入输出连接输入输出连接包括显示输出、按键输入、按钮动作三种方式。在材料分拣系统中物料的计数用到显示输出连接，输出值选择数值量输出，把num的数值以数值量表示出来。系统的开始与运行、是否停止、出错时需要重新运行并重新计数等都需要在控制面板里能够进行人工的操作。控制的面板设为三个按钮，分别为开始、停止、复位。对于按钮的输入设置可以在动画组态窗口属性设置里面选择按钮动作或者直

13、接在工具箱内选择标准按钮进行设。4特殊动画连接在MCGS中，特殊动画连接包括可见度和闪烁效果两种方式，用于实现图元、图符对象的可见与不可见交替变换和图形闪烁效果，图形的可见度变换也是闪烁动画的一种。MCGS中每一个图元、图符对象都可以定义特殊动画连接的方式。在材料分拣系统中料槽无料提醒中的制作用到了闪烁效果。在“料槽无料”的标签上双击进入属性设置，选中闪烁效果。当表达式num=10成立时，所设置的“料槽无料”标签就会成闪烁效果。当表达式不成立时就会呈现为初始状态。num的定义是总物料的数目计数器，因为设计中模拟分拣系统只设定了10个物料，所以当num的值为10时料槽中没有物料，通过闪烁进行提示

14、。5 脚本程序的编制脚本程序是组态软件中的一种内置编程语言引擎。当某些控制和计算任务通过常规组态方法难以实现时，通过使用脚本语言，能够增强整个系统的灵活性，解决其常规组态方法难以解决的问题。要确保材料分拣系统很好地动起来，首先动画界面属性要设置的完全正确，并且和和实时数据库里的数据变量对应起来，然后通过脚本程序来控制画面的运行。在MCGS中，脚本语言是一种语法上类似Basic的编程语言。可以应用在运行策略中，把整个脚本程序作为一个策略功能块执行，也可以在菜单组态中作为菜单的一个辅助功能运行，更常见的用法是应用在动画界面的事件中。MCGS引入的事件驱动机制，与VB或VC中的事件驱动机制类似。这些

15、事件发生时，就会触发一个脚本程序，执行脚本程序中的操作。在“运行策略”中，双击“循环策略”进入，双击“按照设定的时间循环运行”图标进入“策略属性设置”，只需要把“循环时间”设为：100ms，按确定即可。在策略组态中，如果没有出现策略工具箱，单击工具条中的“工具箱”图标，弹出“策略工具箱”，添加脚本程序。本设计的脚本程序包括物块的运行部分和传感器检测部分以及操作开关设定。物块的移动脚本是本次脚本设计的重点和难点。物料运动过程为：在料槽中传送带运动，在运动到上料气缸位置时，要沿着上料气缸推出的动作方向运动到传送带上，然后沿着传送带的方向继续移动，传送到相应的气缸位置时被气缸推出，最后沿着气缸推出的

16、方向继续移动，到达要被分拣到料槽后停止。每一个物料的传送有一定的时间间隔。物料在传送带上和被气缸推出的过程中一共有三次运动方向发生改变，这就要求在脚本编制的过程中对运动方向的次序能够设定清楚。传感器检测是用指示灯来模拟正在工作，当物块移动到相应的传感器的时候，传感器的指示灯亮，表面传感器已经检测到了该物块，控制相对应的气缸将其推入料槽。最后按“F5”或者按动工具条中图标进入运行环境后，可以通过操作控制按钮使整个画面动起来。通过反复的运行与调试，组态画面上很好的模拟出了整个分拣系统的动画，达到了起初设定的要求。6本文小结本章主要介绍了系统组态工程的建立具体过程，详细叙述了监控系统组态画面的建立和

17、链接，并简单说明了脚本程序的编制。控制系统的软件设计及脚本程序的编写软件设计是整个PLC电气控制部分设计的核心，根据系统的硬件结构特点，确定系统的控制过程。根据系统的控制要求，确定控制的操作方式、应完成的动作，以及必须的保护和连锁，还要确定所有的控制参数。根据生产设备现场需要，把所有的按钮、限位开关、接触器、指示灯等配置，按照输入、输出分类；每一类型设备按顺序分配输入/输出地址，列出PLC的I/O地址分配表；每一个输入信号占用一个输入地址，每一个输出地址驱动一个外部负载；然后再根据上述规划来绘制程序流程图。然后根据程序流程图编写程序。程序要以满足系统控制要求为主线，逐一编写实现各控制功能或各子

18、任务的程序，逐步完善系统指定的功能。程序通常包括：1）初始化程序；2）检测、故障诊断和显示等程序；3）保护和连锁程序。脚本程序包括物块移动脚本程序、传感器指示灯脚本程序、停止脚本程序。1 控制系统流程图设计根据系统生产工艺的要求，分析各个设备的操作内容和操作顺序，可画出PLC程序设计流程图，如图2-2所示。本系统可选择连续或单次运行工作状态。若为连续运行状态，则系统软件设计流程图中的汽缸4 动作后，程序再转到开始;若为单次运行，则汽缸4 动作后停机。如果需要，该系统可在分拣的同时对分拣的材料进行数量的统计，这只需在各汽缸动作的同时累计即可。应用高速计数器编制程序，可以实现系统的定位控制功能。用高速计数器计数步进电机转过的圈数，来确定物料到达传感器的距离，实现定位功能。定位时，电机停转，计数器清零，传感器开始工作，对物料进行分拣处理。在汽缸13 动作后，电机重新运行，高速计数器也重新计数。如果相应的传感器没有检测到物体，则电机重新运行，高速计数器也重新计数，继续运行到下一位置。 如果只对材料的某一特性进行分拣，比如只分拣金属和非金属，则只需对传感器的安放或程序进行修改即可。2 控制系统程序设计3脚本程序的编写3.1传