基于MCGS组态小车自动运料系统

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作者签名：日期：指导教师签名：日期：使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名：日期：学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日注意事项1.设计（论文）的内容包括：封面（按教务处制定的标准封面格式制作）原创性声明中文摘要（300字左右）、关键词外文摘要、关键词目次页（附件不统一编入）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论参考文献致谢附录（对论文支持必要时）2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。4.文字、图表要求：文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印图表应绘制于无格子的页面上软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档5.装订顺序设计（论文）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订指导教师评阅书指导教师评价：一、撰写（设计）过程学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神□优□良□中□及格□不及格学生掌握专业知识、技能的扎实程度□优□良□中□及格□不及格学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力□优□良□中□及格□不及格研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性□优□良□中□及格□不及格完成毕业论文（设计）期间的出勤情况□优□良□中□及格□不及格二、论文（设计）质量论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？□优□良□中□及格□不及格是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？□优□良□中□及格□不及格三、论文（设计）水平论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义□优□良□中□及格□不及格论文的观念是否有新意？设计是否有创意？□优□良□中□及格□不及格论文（设计说明书）所体现的整体水平□优□良□中□及格□不及格建议成绩：□优□良□中□及格□不及格（在所选等级前的□内画“√”）指导教师：（签名）单位：（盖章）年月日评阅教师评阅书评阅教师评价：一、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？□优□良□中□及格□不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？□优□良□中□及格□不及格二、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义□优□良□中□及格□不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？□优□良□中□及格□不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平□优□良□中□及格□不及格建议成绩：□优□良□中□及格□不及格（在所选等级前的□内画“√”）评阅教师：（签名）单位：（盖章）年月日教研室（或答辩小组）及教学系意见摘要组态控制技术属于一种计算机控制技术，它是利用计算机监控某种设备使其按照控制要求工作。本次设计软件主要使用通用版MCGS组态软件，硬件主要使用天津源锋科技的模块化生产线（简称MPS训练装置）的平面仓储系统。其中MCGS软件通过对现场平面仓储系统数据的采集处理，以动画显示、报警处理、流程控制等功能在PC机上开发出友好人机界面。仓储系统是通过网络读取分拣系统的工作信号以及存储的数据值，由系统设定将分拣系统送来的不同颜色芯质的料块，送至指定的料库中。本次设计就是使用MCGS软件系统和平面仓储硬件系统实现MCGS的仓储运料小车的运行和料块的入库数量监控，能在上位机组态运行环境中显示。关键词：MCGS组态平面仓储系统上位机组态运行环境Abstract:ThecaptionConfigurationcontroltechnologybelongstoakindofcomputercontroltechnology,itistheuseofthecomputermonitoringandadevicetomakeitworkinaccordancewiththecontrolrequirements.ThisdesignsoftwaremainlyusethegenericversionoftheMCGSconfigurationsoftware,thehardwaremainlyusetianjingfengyuantechnologyofmodularizationproductionline(hereinafterreferredtoasMPStrainingdevice)theplaneofthestoragesystem.SitestoragesystembasedontheMCGSsoftwareofdatacollectionandprocessing,animationdisplay,alarmprocessing,processcontrol,andotherfunctionsinthePCtodevelopfriendlyman-machineinterface.Storagesystemisthroughthenetworktoreadthesortingsystemsignals,andthedatastoredvalue,setbythesystemfromthesortingsystemcorequalitativematerial,differentcolorsenttothedesignatedmaterialsinthelibrary.ThisdesignistousetheMCGSsoftwareMCGSsystemandstoragehardwaresystemtheoperationofthestorageanddeliveryofthecarandthenumberofincomingmaterialblockmonitoring,candisplayintheupperunitstaterunningenvironment.Keywords:TheMCGSconfigurationPlanewarehousingsystemUpperunitstaterunningenvironment.目录摘要11.绪论41.1本课题的目的及意义41.2运料小车国内外研究状况41.3组态技术和MCGS组态简介51.3.1组态技术简介51.3.2组态技术概述52仓储运料小车精确定位工作原理及控制要62.1仓储运料小车精确定位系统控制要求63仓储运料小车定位的组态监控系统设计73.1组态软件73.1.1组态软件的功能73.2MCGS组态软件简介83.2.1MCGS通用版组态软件的功能特点83.2.2MCGS软件的整体结构83.2.3MCGS组态软件的组成部分93.3仓储运料小车工程及动画设计103.3.1MCGS组建新工程103.3.2仓储运料小车精确定位系统动画演示画面设计113.3.3数据对象的建立133.3.4动画连接153.3.5控制流程程序设计163.4演示工程运行调试动态画面17仓储运料小车PLC硬件和软件系统17PLC的硬件系统17S7-200PLC的硬件构成和性能特点18S7-200CPU结构和扩展模块184.2仓储运料小车的软件系统21STEP7-Micro/WIN32编程软件介绍21基本功能214.3其他功能21PLC与组态的联机调试23MCGS软件与西门子PLC通过串口连接通讯的方法23附录25结束语29谢辞30参考文献311.绪论1.1本课题的目的及意义小车自动运料系统，由于其控制简单你，成本低，因此广泛应用于车站、码头、仓库，矿井等生产场所。但传统夫人接触继电器控制系统，有着其自身的缺点。例如：整个运行过程中，小车的速度很难测定，如果太快，启动和制动是由于存在小车惯性很容易造成物料的掉落、抛洒、这样就不能实现安全的启动。随着经济的不断发展，运料小车的应用也不断扩大到各个领域。早期运料小车电气控制系统多为继电器——接触器组成的复杂系统，这种系统存在设计周期长，体积大、成本高等缺陷，几乎无数据处理和通信功能，必须由专人负责操作。现将PLC应用到运料小车控制系统，可实现运料小车的自动化控制，降低性的运行费用。Plc运料小车电气控制系统具有连线简单，控制速度快，精度高，可靠性和可维护性好，安装、维修和改造方便、设计施工调试周期短等优点。在自动化生产线上，有些生产机械的工作台需要一定的顺序实现自动往返运动，并且有的还要求在某些位置有一定时间的停留，以满足生产工艺要求。用PLC程序实现运料小车自动往返顺序控制，不仅具有程序设计简单、方便、可靠性高等特点，并且程序设计方法多样，便于不同层次的设计人员的理解和掌握。1.2运料小车国内外研究状况国内现状：我国可编程控制器的引进、应用。研制、生产是伴随改革开放开始的。最初是在引进设备中大量使用可编程控制器。接下来在各种企业的生产设备及产品中不断扩大了PLC的应用。目前，我国自己已经可以生产中小型可编程控制器。国外现状：在生产过程中，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联锁保护的控制，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。发展趋势：限于当时的元器件条件及计算机发展水平，早期的PLC主要有分立元件和中小规模集成电路组成，可以完成简单的逻辑控制及定时、技术功能。20世纪70年代初出现了微处理器，人们很快将其引入可编程控制器，使PLC增加了运算、数据传递及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。随着经济的发展，运料小车不断扩大到各个领域，从手动到自动，逐渐形成了机械化、自动化。将PLC应用到运料小车电气控制系统，可实现运料小车的自动化控制，降低系统的运行费用，它功能强大，可扩展到多达128I/O点，且能增加特殊功能模块或扩展板。通信和数据连接功能选项使得PLC226在体积、通信和特殊功能模块应用方面非常完美。PLC在运料小车控制系统的应用，具有巨大的经济和社会价值。1.3组态技术和MCGS组态简介1.3.1组态技术简介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化领域的广泛应用，使得传统的工业软件已无法满足用户的各种需求。在开发传统的工业控制软件时，当工业被控对象一旦有变动，就必须修改其控制系统的源程序，导致其开发周期延长；已开发成功的工控软件又由于每个控制项目的不同而使其重复使用率低，导致它价格昂贵。通用工业自动化组态软件的出现为解决上述实际工程问题提供了一种崭新的方法，因为它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。1.3.2组态技术概述组态（Configuration）意思就是模块化任意组合。组态技术属于一种计算机控制技术，它是利用计算机监控某种设备使其按照控制要求工作。利用组态控制技术构成的计算机组态监控系统主要由被控对象、传感器、I/O接口、计算机及执行机构等部分组成。在计算机控制系统中，组态可分为硬件组态和软件组态两个层面的含义。硬件组态是指系统中大量选用各种专业设备生产厂提供的成熟通用的硬件设备，通过对这些设备的简单组合与连接，构成自动控制系统。这些通用设备包括控制器（MUC、IPC、和PLC等）各种检测设备（传感器、变送器）、各种执行设备（如电动机、电磁阀、气缸等）、各种发出命令的输入设备（如按钮、开关、给定设备）以及各种I/O接口设备，这些设备可根据需要进行组合。目前，国内外许多自动化设备厂家都生产可供组态的自动化产品。例如，德国西门子公司，三菱、日本欧姆龙、松下电工等公司。法国施耐德公司，美国AB公司、中国浙大工控等公司。这些厂家可提供各种工控机、I/O板卡、I/O模块、PLC等硬件产品。软件组态是指利用专业软件公司提供的专业工控软件进行控制系统工程的设计。2仓储运料小车精确定位工作原理及控制要2.1仓储运料小车精确定位系统控制要求送料小车将分拣后的料块分别送入相应的料库中存放。系统硬件设备由直线导轨运料小车单元，步进电机单元，气动单元等组成。仓储系统是通过网络读取分拣系统的工作信号以及存储的数据值，由系统设定将分拣系统送来的不同颜色芯质的料块，送至指定的不同料库中。六种料块分别是：黄色塑芯、黄色铝芯、黄色铁芯、蓝色塑芯、蓝色铝芯和蓝色铁芯。本设计只做运料小车运料入库部分，所以料块由人工放置。仓储系统实物结构如图所示。仓库单元：1#～8#料库，每个料库末端各装有一个限位开关，用于实现满仓位检测。直线导轨运料小车单元：直线导轨1个，运料小车1个，导轨左右两侧安装的极限位检测用的限位开关2个，标志运料小车原点位置的限位开关1个。步进电机单元：森创两相步进电机，步进电机脉冲细分驱动器。步进电机用于控制运料小车的运行。气动单元：推料气缸，二位五通单电控电磁换向阀如图2-1为平面仓储系统图2-1平面仓储系统3仓储运料小车定位的组态监控系统设计3.1组态软件组态软件又称组态监控系统软件（SupervisoryControlandDataAcquisition,数据采集与监视控制）。它是指一些数据采集与过程控制的专用软件。它们处在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，使用灵活的组态方式，为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的，通用层次的软件工具。组态软件的应用领域很广，可以应用于电力系统，给水系统、石油、化工、等领域的数据采集与监视控制，以及过程控制等诸多领域。3.1.1组态软件的功能组态软件具有以下几个方面的功能。具有强大的界面显示组态功能。目前，工控组态软件大都运行于Windows环境下，充分利用Windows的图形功能完善、界面优美的特点。可视化的风格界面，丰富的工具栏，操作人员可直接进入开发状态，节省时间：丰富的图形控件和工控图库，既提供所需的组件，又是界面制作向导；提供给用户丰富的作图工具，可随心所欲绘制出各种工业界面，并可任意编辑，从而将开发人员从繁重的界面设计中解放出来；丰富的动画连接方式，如隐含、闪烁、移动等，使界面生动、直观。具有良好的开放性。社会化的大生产，使得系统构成的硬件不可能出自一家公司的产品，“异构”是当今控制系统的主要特点之一。开放性是指组态软件能与多种通信协议互联，支持多种硬件设备。开放性是衡量一个组态软件好坏的重要标志。组态软件向下应能与低层的数据采集设备通信，向上能与管理层通信，实现上位机与下位机的双向通信。提供丰富的功能模块，满足用户的测控要求和现场需求。利用各种功能模块完成事实监控、产生功能报表、显示历史曲线、实时曲线和提供报警等功能，使系统具有良好的人机界面，易于操作，系统既适用于单机集中式控制，DOS分布式控制，也可以是带远程通信能力的远程测控系统。具有强大的实时数据库，可存储各种数据，如模拟量、开关量、字符型数据等，实现与外部数据的交换。有可编程的命令语言，使用户可根据自己的需要编撰程序，增强图形界面交互能力。周密的系统安全防范，对不同的操作者赋予不同的操作权限，保证整个系统的安全可靠运行。具有强大的仿真功能，使系统并行设计，从而缩短开发周期。3.2MCGS组态软件简介MCGS(MonitorandControlGeneratedSystem,通用监控系统)组态软件是北京昆仑通态自动化软件科技有限公司研发的一套基于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。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、具有通用性和易学易用等特点，在自动化领域有着更广泛的应用。3.2.1MCGS通用版组态软件的功能特点它是一款全中文可视化组态软件，界面简洁、大方、使用方便灵活。MCGS通用版组态软件提供近百种绘图工具和基本图符，快速构造图形界面。此外还提供上千个精美的图库元件以及渐进色、旋转动画、透明位图、流动块等多种动画方式，可以保证快速地构建精美的动画，达到良好的动画效果。它支持数据采集板卡，智能模块、智能仪表、PLC、变频器、网络设备等700多种国内外众多常用设备；支持温控曲线、计划曲线、实时曲线、历史曲线XY曲线等多种工控曲线；支持ODBC接口，可与SQLServer、Oracle、Access等关系数据库互联；支持OPC接口、DDE接口和OLE技术，可方便地与其他各种程序和设备互联。它还有功能强大的网络数据同步、网络数据库同步构建等功能，完善的网络体系结构可以支持最新流行的各种通信方式，包括电话通信网，宽带通信网、ISDN通信网、GPRS通信网和无线通信网。支持设备包括采集板、PLC、智能仪表、智能模块及变频器。使用MCGS软件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。它具有功能完善、操作简单、可视性好、可维护性能强等突出特点已成功地应用于石油化工、钢铁行业、水处理、环境监测、机械制造、交通运输、电力系统、能源原材料和航空航天等领域。3.2.2MCGS软件的整体结构MCGS组态软件系统包括组态环境和运行环境两部分。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所构造的组态工程，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。组态环境与运行环境之间的关系和功能如图3-1、图3-2所示。图3-1组态环境与运行环境之间的关系图3-2组态环境与运行环境的功能MCGS组态环境是生成用户应用系统的工作环境。用户在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，生成默认名为“新建工程X.MCG”的文件。默认情况下，所有的工程文件都存放在安装MCGS时指定路径的Work文件夹里。开发好的工程文件再由MCGS运行环境来执行，其与MCGS运行环境一起构成了用户应用系统，统称为“工程”。创建一个工程就是创建一个新的用户应用系统。3.2.3MCGS组态软件的组成部分MCGS组态软件生成的应用系统由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略五大部分构成。如图3-3所示图3-3MCGS组态软件的五大组成部分主控窗口是工程的主窗口，它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、特征参数和启动命令等参数，是工程的主框架。设备窗口是连接和驱动外部设备的工作环境。它是MCGS系统与外部联系的媒介。用户窗口主要用于生成工程中人机交互的图形界面，如生成各种动画显示画面、报警输出、数据与曲线图表等，由用户自己定义。(4)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，是MCGS系统的核心。（5）运行策略是指用户为实现对系统运行自由控制所组态而成的一系列功能模块的总称，主要用于完成工程运行流程的控制，包括编写控制程序（IF„„THEN）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。通过对运行策略的定义，使系统能够按照设定的顺序和条件操作实时数据库，控制用户窗口的打开、关闭并确定设备构件的工作状态等，从而实现对外部设备工作过程的精确控制。3.3仓储运料小车工程及动画设计3.3.1MCGS组建新工程1工程系统分析在使用组态软件新建工程前，首先要熟悉工程的技术要求，分析工程项目的系统构成、工艺流程，确定监控系统的控制流程和被监控对象的特征等问题。控制系统要求用一台PLC和MCGS组态软件实现仓储运料小车的运行监控。系统的硬件组成A硬件输入设备：B硬件输出设备：C控制单元：西门子S7-200CPU226PLC及PC/PPI电缆一根。D监控单元：计算机及MCGS组态软件环境工程设计思路工程制作→模拟运行（演示工程）→PLC系统设计→MCGS设备组态→工程改进→联机调试→工程完善2建立新工程新工程建立主要包括：定义工程名称；封面窗口（系统进入运行状态，第一个显示的图形界面）名称；启动窗口名称；系统默认存盘数据库或指定存盘数据库文件的名称以及存盘数据库；设定动画刷新的周期。经过上述操作，即在MCGS组态环境中建立了由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略5个部分组成的工程结构框架。新建工程如图3-4图3-4新建工程窗口3.3.2仓储运料小车精确定位系统动画演示画面设计1料块选择与数量显示按钮的制作如图：3-5图3-5块选择与数量显示按钮图3-5中有六种料块选择按钮分别是：黄色塑芯、黄色铝芯、黄色铁芯、蓝色塑芯、蓝色铝芯和蓝色铁芯。白色输入框将用作显示料块数量。2操作面板及指示灯的制作如图：3-6 图3-6操作面板及指示灯启动按钮实现系统的启动。复位按钮实现系统的复位。四个指示灯实现系统初始状态、运行状态、以及步进电机的左行与右行。3步进电机的主视图显示如图3-7图3-7步进电机的主视图上图为步进电机的主视图显示界面，其设计初衷是为了清楚显示运料小车和步进电机的工作状态。4平面仓储系统如图3-图3-8平面仓储系统指示灯：从左至右为8个，将被用来分别展示料块满位后的状态。限行开关：图中各个仓库中黑色的部分。当第五个料块触到时，提示料已经满了。料块：从左至右依次为，黄色塑芯料块、黄色铝芯料块、黄色铁芯料块、蓝色塑芯料块、蓝色铝芯料块和蓝色铁芯料块。小车每到达相应的仓储位置时，料块将从下至上依次显示。运料小车：当触发相应的料块按钮时，其动作运行至相关料块仓储位前。限位开关：运料小车在原位时不动作，否则动作。步进电机：实现每个仓储位置的距离精确控制。5MCGS的仓储运料小车的运行演示系统如图3-9图图3-9MCGS的仓储运料小车的运行演示系统3.3.3数据对象的建立实时数据库是MCGS组态软件的数据交换和数据处理中心，数据对象则是构成实时数据库的基本单元。数据对象也叫数据变量。数据对象有开关型、数值型、字符型、事件型和组对象5种类型。开关型数据对象：MCGS中开关型数据对象主要是指那些具有开关特性的数字量。他们的数值只有两种形式，即“1”或“0”。。用来表征或控制如暗钮、水泵、指示灯、传感器等状态。数值型数据对象：MCGS中的数值型数据对象主要是指那些模拟量或数值量。它可以存储模拟量的现行参数。还可以存储运算的中间值或运算结果。（3）字符型数据对象：MCGS的字符型数据对象是用来存放文字信息的单元。它的组成特征是由多个字符组成的字符串，用来描述其它变量的特征。字符型数据变量并不存在数值大小、开关状态、报警参数等定义，它的字符串长度最长可达64KB。事件型数据对象：MCGS中的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。例如，开关量的状态发生变化、用户操作事件、有报警信息产生等，都可以看作是一种事件的发生，它精确记录着系统在运行过程中所发生事件的具体时刻。事件的发生既可以来自外部设备，也可以有内部某种功能构件。事件型数据对象的值是由19个字符组成的定长字符串，用来保留当前最近一次事件产生的时间。事件型数据对象不存在数值大小、开关状态、报警参数等定义。事件型数据对象是系统实现自诊断和数据库管理的有力助手。组对象：MCGS引入了一种特殊类型的数据对象，即组对象。组对象是多个数据对象的集合，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。组对象的成员可以是各种数据对象。在对组对象进行处理时只需指定组对象的名称，就包括了对其所有成员的处理。组对象没有工程单位、最大值/最小值属性。组对象只是在组态时对某一类对象的整体表示方法。构造实时数据库的过程就是定义数据对象的过程。要建立一个合理的实时数据库，在建立数据库之前，首先要了解整个工程的系统结构和工艺流程，熟悉被控对象的特征，明确主要的监控要求和技术要求。通过分析仓储运料小车的运行监控系统的设计要求，初步确定系统所需数据对象，如下图3-10所示。数据变量名称 类型 注释启动 开关型 启动运行系统的控制信号1有效，0无效复位 开关型 复位运行系统的控制信号1有效，0无效黄色塑芯 开关型 黄色塑芯料块的选择黄色铝芯 开关型 黄色铝芯料块的选择黄色铁芯 开关型 黄色铁芯料块的选择蓝色铝芯 开关型 蓝色铝芯料块的选择蓝色塑芯 开关型 蓝色塑芯料块的选择蓝色铁芯 开关型 蓝色铁芯料块的选择黄色塑芯数量 数值型 黄色塑芯数量显示黄色铝芯数量 数值型 黄色铝芯数量显示黄色铁芯数量 数值型 黄色铁芯数量显示蓝色铝芯数量 数值型 蓝色铝芯数量显示蓝色塑芯数量 数值型 蓝色塑芯数量显示蓝色铁芯数量 数值型 蓝色铁芯数量显示水平移动量 数值型 确定小车水平移动的距离垂直移动量 数值型 确定气缸垂直移动的距离图3-10初步数据对象3.3.4动画连接仅由图形对象搭建而成的画面是静止不动的，为了使画面获得动画效果，从而模拟或真实地描述外界对象的状态变化，达到过程实时监控的目的。在MCGS组态软件中，实现图形动画设计的主要方法是将用户窗口中的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，而这个过程也称为动画连接。在系统运行过程中，图形对象的外观和动态特征，由实时数据库中数据值的实时变化来驱动，从而实现图形的动画效果。实时数据库的相关数据定义如图3-10完成后，就可以在数据对象属性设置中添加相关属性。如图3-11和图3-12所示如图3-11图3-12如上图所示在每个需要建立其动画的属性对话框中添加表达式。即点击“？”出现数据框进行选择。动画效果连接检查经过上述连接后，可以将工程进行阶段性保存，然后放入MCGS的运行环境中运行，观察动画效果，具体操作步骤如下。按下计算机键盘上的功能键F5，进入MCGS运行环境。观察启动后指示灯的颜色。和相关图符的隐藏。单击图中的按钮，看指示灯的变化。3.3.5控制流程程序设计一般对于图符构件简单的动画，可以利用MCGS中的图符与相关变量之间的关联来完成。但对于复杂的工程，监控系统必须设计成多分支、多层次循环嵌套式结构，按照预定的条件，对系统的运行过程及设备的运行状态进行有针对性的选择和精确的控制。为此MCGS引入运行策略的概念，用以解决上述问题。运行策略是指用户为实现系统运行流程自由控制所组态生成的一系列功能模块的总称。MCGS中的运行策略可分为“启动策略”、“退出策略”“循环策略”“报警策略”“事件策略”“热键策略”和“用户策略”等7种，每一种策略都由一系列功能模块组成，每一种策略都在特定的环境下有其独特的功能。如图3-14MCGS为用户提供了进行策略组态的专用窗口和工具箱。策略工具箱提供了许多“策略构件”。如图3-15图3-14运行策略窗口图3-15策略构件基于MCGS的仓储运料小车的运行演示系统循环策略窗口如图3-16图3-16循环策略窗最后设置循环策略属性图3-17循环策略属性3.4演示工程运行调试动态画面基于MCGS的仓储运料小车的运行演示系统如图3-18图3-18运行演示系统4仓储运料小车PLC硬件和软件系统4.1PLC的硬件系统S7-200PLC是德国西门子公司生产的一种超小型可编程控制器，能够满足多种场合中的检测、监测及自动控制的需求，S7-200PLC适用于各种场合中的监测及系统自动控制，具有极高的可靠性、极其丰富的指令集、强大的通信能力和丰富的扩展模块，便捷的操作特性易于用户掌握。随着技术的进步，S7-200PLC的功能还在不断地提高和改进，主要表现以下几个方面：增强的内置集成功能，如CPU224XP集成14个输入/10个输出共24个数字量I/O点，CPU226集成24个输入/16个输出共40个数字量I/O点。增强的扩展模块特性，如数字扩展模块EM22324VDC支持32个输入/输出和32个输入/继电器输出的，高密度扩展模块EM232的模拟量输出多达4个，高密度扩展模块EM231的模拟量输入多达8个。4.1.1S7-200PLC的硬件构成和性能特点1．硬件系统构成S7-200PLC硬件系统主要包括CPU主机、扩展模块、功能模块、相关设备以及编程工具，如图4-1所示。CPU主机是PLC最基本的单元模块，是PLC的主要组成部分，包括CPU、存储器、基本I/O点和电源等。它实际就是一个完整的控制系统，可以单独完成一定的控制任务。主机I/O点数量不能满足控制系统的要求时，用户可以根据需要使用各种I/O扩展模块。当需要完成某些特殊功能的控制任务时，需要扩展功能模块，如模拟量输入扩展模块、热电阻（测温）功能模块等。图4-1S7-200PLC系统组成图4.1.2S7-200CPU结构和扩展模块1．CPU外形S7-200的CPU包括一个中央处理器、RAM、EEPROM、集成电源和输入/输出（I/O）点等，它们被封装在一个紧凑的外壳内。CPU负责执行程序，输入点用于从现场设备中采集信号，输出点则负责输出控制信号，用于驱动外部负载。CPU22x系列PLC主机（CPU模块）的外形示意图，如图4-2所示。前翻盖：前翻盖：模式选择开关模拟电位器扩展端口输入状态指示端子下翻盖终端连接器输出状态指示端子上翻盖运行状态指示可选卡插槽：存储卡、时钟卡、电池卡等通讯接口：（CPU224XP、CPU226有两图4-2S7-200系列PLC主机的外形图其中，前翻盖下面有模式选择开关、模拟电位器以及扩展端口。S7-200PLC有RUN和STOP两种工作模式，可由模式选择开关选择。当模式选择开关处于STOP位置时，不执行程序但可以对其编写程序；当开关处于RUN位置时，PLC处于运行状态，此时不能对其编写程序；当开关处于TERM监控状态时，可以运行程序也可以进行读/写操作。扩展端口用于连接扩展模块，实现I/O扩展。端子下翻盖下面为输入端子和传感器电源端子，输入端子的运行状态可以由端子盖上方的一排指示灯显示，正常工作时对应指示灯被点亮。端子上翻盖下面为输出端子和PLC供电电源端子，输出端子的运行状态可以由端子盖下方的一排指示灯显示，正常工作时对应指示灯被点亮。运行状态指示灯用于显示CPU所处的工作状态。STOP（停机方式，黄灯），CPU处于STOP状态或重新启动时常亮；RUN（运行方式，绿色），CPU处于RUN状态时常亮；SF（系统出错/故障显示，红色），CPU硬件故障或软件错误时亮。通讯接口可以连接RS-485通信电缆，实现PLC与上位机或者PLC之间的通讯。2．S7-200性能特点S7-200性能特点主要表现如下：立即读写I/O点S7-200的指令集提供了立即读写物理I/O点的指令，用户可以在程序中立即读写I/O点，而不受PLC循环扫描工作方式的影响。提供高速I/Ｏ点S7-200具有集成的高速计数功能，能够对外部高速事件计数而不会影响S7-200的性能。其输出点Q0.0和Q0.1可形成高速脉冲串（PTO）或脉宽调制（PWM）。对数字量输入加滤波器对模拟量输入加滤波器S7-200允许用户对每一路模拟量输入选择软件滤波器，滤波值是多个模拟量输入采样值的平均值。滤波器具有快速相应的特点，可以反映信号的快速变换，系统默认为对所有模拟量输入进行滤波配置。设置掉电保护存储区S7-200允许用户定义最多6个掉电保护区的地址范围，变量存储器V、位存储器M、计数器C和定时器T。在缺省情况下，M存储器的前14个字节是非保持的。对于定时器，只有保持型定时器TONR可以设为掉电保护。而且T和C只有当前值可以保持，定时器位和计数器位是不能保持的。快速响应中断服务程序S7-200允许用户在程序扫描周期中使用中断，与中断事情相关的中断服务程序作为程序的一部分被保存。在正常的程序扫描周期中，有中断请求就立即执行中断事件。在中断优先级相同的情况下，S7-200遵循“先来先服务”的原则来执行中断服务程序。提供口令保护3．CPU226模块外围接线图CPU226集成24输入/16输出共40个数字量I/O点，如图4-3所示，为CPU226模块典型的外围接线图。注意：在实际应用中，用户应参考相应PLC的CPU用户手册，正确进行I/O连接及配电要求（电源的正/负极和电压值）。2424VDC传感器电源输出CPU226DC/DC/DC（7ES6（a）直流电源/直流输入/直流+M10.00.10.20.30.40.50.60.71.01.11.21.31ML1+0.00.10.20.30.42M2L+ML+DC24VD电++1.42M1.51.61.72.02.12.22.32.42.52.62.7L+M0.50.60.71.01.11.21.31.41.51.61.7+图4-3CPU226典型外围接线图4.2仓储运料小车的软件系统4.2.1STEP7-Micro/WIN32编程软件介绍STEP7-Micro/WIN32是西门子公司专为SIMATICS7-200系列可编程序控制器研制开发的编程软件，它是基于Windows的应用软件，功能强大，既可用于开发用户程序，又可实时监控用户程序的执行状态。下面将介绍该软件的安装、基本功能以及如何应用编程软件进行编程、调试和运行监控等内容。4.2.2基本功能STEP7-Micro/WIN32编程软件的基本功能是协助用户完成应用软件的开发，其主要实现以下功能。1在脱机（离线）方式下创建用户程序，修改和编辑原有的用户程序。在脱机方式时，计算机与PLC断开连接，此时能完成大部分的基本功能，如编程、编译、调试和系统组态等，但所有的程序和参数都只能存放在计算机的磁盘上。2在联机（在线）方式下可以对与计算机建立通信关系的PLC直接进行各种操作如上载、下载用户程序和组态数据等。3编辑程序的过程中进行语法检查，可以避免一些语法错误和数据类型方面的错误。经语法检查后，梯形图中错误处的下方自动加红色波浪线，语句表的错误行前自动画上红色*，且在错误处加上红色波浪线。4对用户程序进行文档管理，加密处理等。5设置PLC的工作方式、参数和运行监控等。4.3其他功能运动控制S7-200提供有开环运动控制的三种方式：脉宽调制（P-内置于S7-20用于速度、位置或占空比控制。脉冲串输出（PTO）-内置于S7-200，用于速度和位置控制。EM253位控模块-用于速度和位置控制的附加模块。为了简化应用程序中位控功能的使用，STEP7-Micro/WIN提供的位控向导可以帮助在几分钟内全部完成PWM、PTO或位控模块的组态。该向导可以生成位控指令，可以用这些指令应用程序中对速度和位置进行动态控制。对于位控模块，STEP7-Micro/WIN还提供了一个控制面板，可以控制、监视和测试的运动操作。创建调制解调模块程序使用EM241调制解调模块可以将S7-200直接连到一个模拟电话线上，并且支持S7-200与STEP7-Micro/WIN的通讯。该调制解调模块还支持Modbus从站RTU协议，该模块与S7-200之间的通讯通过扩展I/O总线实现。STEP7-Micro/WIN提供一个调制解调扩展向导，它可以帮助设置一个远端的调制解调器，或者设置将S7-200连向远端设备的调制解调模块。（1）USS协议库STEP7-Micro/WIN指令库，该指令库包括预先组态好的子程序和中断程序，这些子程序和中断程序都是专门为通过USS协议与驱动通讯而设计的。通过USS指令，您可以控制这个物理驱动，并读/写驱动参数。可以在STEP7-Micro/WIN指令树的库文件夹中找到这些指令。当您选择一个USS指令时，系统会自动增加一个或多个相关的子程序（USS1到USS7）。西门子库在一张单独的CD上出售，STEP7-Micro/WIN附加件：指令库，订货号是6ES7830-2BC00-0YX0。在定购和安装了1.1版本的西门子库后，任何后续STEP7-Micro/WINV3.2x和V4.0升级都会在不需要附加费用的情况下自动升级您的库（当增加或修改库时）。Modbus从站协议指令STEP7-Micro/WIN指令库包含有专门为Modbus通讯设计的预先定义的子程序和中断服务程序，使得与Modbus主站的通讯简单易行。使用Modbus从站协议指令，您可以将S7-200组态作为ModbusRTU从站，与Modbus主站通讯。可以在STEP7-Micro/WIN指令树的库文件夹中找到这些指令。通过这些新指令，可以将S7-200作为Modbus从站。当选择一个Modbus从站指令时，会有一个或多个相关的子程序自动添加到您的项目中。西门子库在一张单独的光盘上出售，STEP7-Micro/WIN附加件：指令库，订货号为6ES7830-2BC00-0YX0。在定购和安装了1.1版本的西门子库后，任何后续的STEP7-Micro/WINV3.2x和V4.0升级都会在不需要附加费用的情况下自动升级您的库（当增加或修改库时）。使用配方STEP7-Micro/Win软件中提供了配方向导程序来帮助您组织配方和定义配方。配方存在存储卡中，而不是PLC中。STEP7-Micro/WIN软件和S7-200PLC已经支持配方功能。STEP7-Micro/Win软件中提供了配方向导程序来帮助您组织配方和定义配方。所有配方存在存储卡中。因此，为了使用配方功能，必须要在PLC中插入一块64K或者256K的存储卡。要查阅关于存储卡的更多信息。使用数据归档STEP7-Micro/Win提供数据归档向导，将过程测量数据存入存储卡中。将过程数据移入存储卡可以节省V存储区的地址空间，否则这些数据将储存在V存储区中。PID自整定和PID整定控制面板S7-200PLC已经支持PID自整定功能，STEP7-Micro/WIN中也添加了PID整定控制面板。这就大大增强了S7-200PLC的功能，并且使这一功能的使用变得更加容易。5PLC与组态的联机调试5.1MCGS软件与西门子PLC通过串口连接通讯的方法在工作台上，打开设备窗口在系统菜单选择“查看――设备工具箱”，打开设备工具箱，点击“设备管理”按钮。将通用串口父设备及西门子“S7200PPI”设备添加到选定设备栏中，确认退出；将设备工具箱内的通用串口父设备及西门子“S7200PPI”设备添加到设备窗口中，如下图所示：注意，这里表示是西门子PLC通过串口连接到计算机的串口下。如下图图5-1图5-1设备管理窗口注意，数据采集方式中，同步采集是指串口下挂的各个设备全部采用父设备的采集周期，异步采集是指各自设备采用自己的采集周期。建议下挂多个子设备时，采用异步采集方式。在串口父设备中，需要设置串口号/通讯波特率/数据位/停止位/数据校验方式等设置选项。如下图图5-1“通用串口设备属性编辑”对话框图5-2西门子_S7200PPI属性设置设备属性设置要达到实时监控的目的，上位机组态与下位机PLC的通信及设备通道连接也是设计中必不可少的环节。MCGS通过上位机的串口和下位PLC的通信口建立串行通信连接，从而对PLC中的数据进行读写。通信时，要注意，先添加串口通讯父设备，再选择西门子S7-200PPI为通讯子设备。具体通信参数设置为：通信远程地址2、通信协议为PPI、通信端口COM1、通信速率9600bps、通信模式11位、校验方式为偶校验。通道连接如下图所示图5-3图5-3数据对象的通道连接接通相关设备电源，并将PLC设置为“STOP”模式。关闭西门子StepMicro/Win32编程软件；否则，MCGS系统无法与PLC通信。在“设备属性设置”对话框中，打开“设备调试”，如果“HL1”变量对应的通道值为“1’说明已经可以读取PLC的I0.2端子的数据。说明通信连接好了。至此，仓储运料小车的运行监控系统组态工程就结束了。附录1、监控主程序监控子程序2、部分演示运行策略IF黄色塑芯=1THEN复位=0黄色=1蓝色=0铁芯=0铝芯=0塑芯=1endifIF启动=1AND复位=0AND黄色塑芯=1THEN计时器启动=1计时器复位=0endifIF2<计时时间<8THEN限位开关=0步进电机=1ENDIFIF计时器启动=1THENIF计时时间>=2THEN水平移动量=10水平移动量2=10endifIF1<计时时间<=4THEN左行=1IF计时时间>=4THEN黄色=0塑芯=0左行=0endifendifIF计时时间>=5THEN垂直移动量=5endifIF计时时间>=6THENhuangsu1=1endifIF计时时间>=6AND黄色塑芯数量>=2THENhuangsu2=1IF计时时间>=6AND黄色塑芯数量>=3THENhuangssu3=1IF计时时间>=6AND黄色塑芯数量>=4THENhuangsu4=1IF计时时间>=6AND黄色塑芯数量>=5THENhuangsu5=1endifendifendifendifIF计时时间>=7THEN垂直移动量=0右行=1endifIF黄色塑芯数量>=5AND计时时间>=7THEN灯7=1endifIF计时时间>=8THEN水平移动量=0水平移动量2=0计时器启动=0计时器复位=1黄色塑芯=0右行=0endifendif结束语用组态软件来模拟仓储运料小车的运行监控系,系统设计简单,思路明确,能充分体现出仓储运料小车的运行监控系统的方便,用人小,生产率高的特点。在组态软件中用户能直观的接触到仓储运料小车的运行监控系的功能和优点。本次设计中，由于我对组态的用法不是很熟悉，所以组态软件中的设备和画面难免有些粗糙，但画面运行正常，能直观的说明我想设计的内容。这是我第一次用组态来做一个相对复杂的动画，在设计中有很多瑕疵，画面有些粗糙，系统运行时存在一些问题，但是我努力的去完善这些遇见的问题，达到设计课题的要求。通过本次毕业设计，使我对仓储运料小车的运行的认识从不懂到了解，让我完全认识了一个新的作业形式，从而在以后的工作生活中多了一个知识面。通过本次组态软件的设计，使我对组态软件的用法更加熟悉，能让我在以后的专业设计中更加自如的使用应用组态软件。谢辞从确定论文选题至今，我的本科毕业论文已经顺利完成。在此，我要特别感谢我的论文指导老师——自动化工程学院李宁老师。从当初选定论文题目到搜集资料，从确定论文大体框架到进行开题报告，从修改初稿二稿到最终的定稿，老师给了我极悉心的指导。老师是一位十分认真严谨的老师，对我的论文要求十分严格，不论是内容格式，还是标点符号都进行了严格的把关。可以说，老师对我的论文指导尽职尽责、呕心沥血。这使得我的论文能够如期、保质保量地完成。在写毕业论文的这段日子里，老师严谨的治学态度、渊博的知识结构、精益求精的工作作风以及诲人不倦的高尚师德给我留下了深刻的印象，并将使我受益终身。在此，我向敬爱的老师致以最崇高的敬意与最衷心的谢意。此外，还要感谢我身边的朋友和同学，感谢他们在论文写作过程中对我的指导、帮助和支持，感谢他们的宝贵建议，感谢所有关心、支持、帮助过我的良师益友。最后，向在百忙中抽出时间对本文进行评审并提出宝贵意见的各位老师表示衷心地感谢！参考文献[1]李宁.电气控制与PLC应用技术[M].北京：北京理工大学出版社，2011[2]北京昆仑通态自动化软件科技有限公司.MCGS工控组态软件参考手册.[3]张文明，刘志军.组态软件控制技术[M].北京：电子工业出版社，2006.[4]李宁，边娟鸽，张芬.组态控制技术及应用[M].北京：清华大学出版社，2015.[5]袁秀英.组态控制技术[M].北京：电子工业出版社，2006

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作者签名：日期：指导教师签名：日期：使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名：日期：学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日指导教师评阅书指导教师评价：一、撰写（设计）过程学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神□优□良□中□及格□不及格学生掌握专业知识、技能的扎实程度□优□良□中□及格□不及格学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力□优□良□中□及格□不及格研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性□优□良□中□及格□不及格完成毕业论文（设计）期间的出勤情况□优□良□中□及格□不及格二、论文（设计）质量论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？□优□良□中□及格□不及格是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？□优□良□中□及格□不及格三、论文（设计）水平论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义□优□良□中□及格□不及格论文的观念是否有新意？设计是否有创意？□优□良□中□及格□不及格论文（设计说明书）所体现的整体水平□优□良□中□及格□不及格建议成绩：□优□良□中□及格□不及格（在所选等级前的□内画“√”）指导教师：（签名）单位：（盖章）年月日评阅教师评阅书评阅教师评价：一、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？□优□良□中□及格□不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？□优□良□中□及格□不及格二、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义□优□良□中□及格□不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？□优□良□中□及格□不及格3、