计算机控制系统课设

书目

一、摘要---------------------------------------------1

二、硬件设计-----------------------------------------2

1.硬件设计说明--------------------------------------------2

2.工作原理--------------------------------------------------2

3,元器件选择-------------------------------------------------3

4.电路元件表-------------------------------------------------6

三、软件设计-----------------------------------------7

1.软件设计说明----------------------------------------------7

2.梯形程序图------------------------------------------------7

3.程序连接示意图--------------------------------------------7

四、组态设计-----------------------------------------8

1.MCGS组态软件介绍------------------------------------------8

2.仿真画面的设计--------------------------------------------9

3.通过PLC进行编程-----------------------------------------13

五、系统总原理图-------------------------------------15

六、设计总结-----------------------------------------16

七、参考文献-----------------------------------------17

—.摘要

随着工业自动化水平的不断提高，计算机的广泛运用，人们对工业自动化的要求也越

来越高。而组态软件又有持续性和可扩充性，易学易用性和通用性，使得组态软件得到长足

的发展。并且随着科学技术发展迅猛，在工控自动化领域发展中也得到很快的提高。

MCGS（MonitorandControlGeneratedSystem,通用监控系统）是一套基于Microsoft

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MicrosoftWindows

95/98/Me/NT/2000等操作系统。

MCGS为用户供应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、报警和平安机制、流程限制、动画显示、趋势曲线和报表输出以及企

业监控网络等功能。它充分利用了Windows图形功能完备、界面一样性好、易学易用的特点,

比以往运用专用机开发的工业限制系统更具有通用性，在自动化领域有着更广泛的应用。

本文介绍了基于电力拖动的一种电动机的启动停止的设计方案，将两台电动机胜利的依

次启动，依次停止，依次启动、停止限制电路是在一个设备启动之后另一个设备才能启动运

行的一种限制方法，常用于主、辅设备之间的限制。我们运用其原理的思路是：用两套异步

电机Ml和M2,在M2限制回路中串入常开触头，实现只有先开加才能后开M2,在Ml停机

按钮上并联一常开触头，实现只有先停M2才能后停Ml。系统用到的元件有常开常闭开关，

熔断器，继电器等一些常用的电气元件。绘制电路图与工作流程图，并进行改进。

关键词：异步电机Ml和M2；常开常闭开关；熔断器：继电器

二.硬件的设计

1.硬件设计说明

硬件设计就是连接计算机，PLC和电动机的接口电路的设计，而硬件接线是依据限制线

路和程序梯形图而来的，所以须要依据主电路图，利用PLC学问画出限制电路，由限制电路

编制程序梯形图，使硬件接口与PLC软件指令对应。

2.工作原理

下图为两台电动机按依次起动/按依次停止限制线路。工作时，按下起动按钮SB1,接

触器KM1吸合，1号电动机Ml运转；同时，时间继电器KT1通电计时，计时时间到，由KT1

的延时闭合常开触点给接触器KM2通电，2号电动机M2运转。停止工作时，按下停止按钮

SB2,M2电动机马上停止工作；同时时间继电器KT2计时，计时时间到，由KT2的延时断开

常闭触点，将接触器KM1断电，Ml电动机停止运行。

（1）.主电路

(2).限制电路

两台电动机依次起动/停止限制线路

3,元器件选择

(1).电动机的选择

Y系列电动机是一般用途的全封闭自扇冷式鼠笼型三相异步电动机。安装尺寸和功率等

级符合IEC标准，外壳防护等级为IP44,冷却方法为IC411,连续工作制(S1)。适用于驱

动无特别要求的机械设备，如机床、泵、风机、压缩机、搅拌机、运输机械、农业机械、食

品机械等。

Y系列中，Y80〜315电动机符合Y系列(IP44)三相异步电动机技术条件JB/T96167999。

Y355电动机符合Y系列(1P44)三相异步电动机技术条件JB5274-91。Y8()~315电动机采纳B

级绝缘。Y355电动机采纳F级绝缘。额定电压为380V,额定频率为50Hz。功率3kK及以下为

Y接法；其它功率均为△接法。电动机运行地点的海拔不超过1000m；环境空气温度随季节

改变，但不超过40C；最低环境空气温度为-15℃；最湿月月平均最高相对湿度为90%同时

该月月平均最低温度不高于25℃。

电动机有一个轴伸，可制成双轴伸，其次轴伸亦能传递额定功率，但只能用联轴器传动。

选用的异步电机是转速3000r/min的电动机，详细实物图如图所示:

常用异步电机实物图

（2）.熔断器的选择

熔断器也被称为保险丝，IEC127标准将它定义为"熔断体（fuse-link）“。它是一种

安装在电路中，保证电路平安运行的电器元件。熔断器其实就是一种短路爱护器，广泛用于

配电系统和限制系统，主要进行短路爱护或严峻过载爱护。

熔断器（实物如图）是依据电流超过规定值一段时间后，以其自身产生的热量使熔体熔

化，从而使电路断开；运用这种原理制成的一种电流爱护器。熔断器广泛应用于高低压配电

系统和限制系统以及用电设备中，作为短路和过电流的爱护器,是应用最普遍的爱护器件

之一。熔断器是一种过电流第护器。熔断器主要由熔体和熔管以及外加埴料等部分组成。运

用时，将熔断器串联于被爱护电路中，当被爱护电路的电流超过规定值，并经过肯定时间后,

由熔体自身产生的热量熔新熔体，使电路断开，从而起到爱护的作用。

熔断器实物图

以金属导体作为熔体而分断电路的电器，串联于电路中，当过载或短路电流通过熔体时,

熔体自身将发热而熔断，从而对电力系统、各种电工设备以及家用电器都起到了肯定的爱护

作用o具有反时延特件,当过载电流小时,熔断时间K：过载电流大时,熔断时间短°因此.

在肯定过载电流范围内至电流复原正常，熔断器不会熔断，可以接着运用。熔断器主要由熔

体、外壳和支座3部分组成，其中熔体是限制熔断特性的关键元件。

（3）.继电器的选择

电磁继电器（如图〕一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两

端加上肯定的电压，线圈中就会流过肯定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力

吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）

吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消逝，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置,

使动触点与原来的静触点（常闭触点）释放。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、

切断的目的。对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：继电器线圈未通电时处

于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。继电

器一般有两股电路，为低压限制电路和高压工作电路。

继电器的结构及原理

当输入量（如电压、电流、温度等）达到规定值时，继电器使被限制的输出电路导通或断

开。输入量可分为电气量（如电流、电压、频率、功率等）及非电气量（如温度、压力、速度

等）两大类。继电器具有引作快、工作稳定、运用寿命长、体积小等优点。广泛应用于电力

爱护、自动化、运动、遥控、测量和通信等装置中。

（4）.常闭常开开关器的选择

按钮开关：一种短时接通或断开小电流电路的电器，它不干脆限制主电路的通断，而在

限制电路中发出手动“指令”去限制接触器、继电器等电器，再由它们去限制主电路，故称

“主令电器”。

按钮开关的结构：由按钮帽、复位弹簧、固定触点、可动触点、外壳和支柱连杆等组成。

常开触头（动合触头）：是指原始状态时（电器未受外力或线圈未通电），固定触点与可

动触点处于分开状态的触头。

常开（动合）按钮开关，未按下时，触头是断开的，按下时触头闭合接通；当松开后，按

钮开关在复位弹簧的作用下复位断开。在限制电路中，常开按钮常用来启动电动机，也称启

动按钮。

常闭（动断）按钮开关与常开按钮开关相反，末按下时，触头是闭合的，按下时触头断开;

当手松开后，按钮开关在复位弹簧的作用下复位闭合。常闭按钮常用于限制电动机停车，也

称停车按钮。

复合按钮开关：将常开与常闭按钮开关组合为一体的按钮开关，即具有常闭触头和常开

触头。未按下.时，常闭触头是闭合的，常开触头是断开的。按卜.按钮时，常闭触头首先断开,

常开触头后闭合；当松开后，按钮开关在复位弹簧的作月下，首先将常开触头断开，继而将

常闭触头闭合。复合按钮用干联锁限制电路中。

4.电路元件表

依据电路原理图所列个元件，如下表：

元件名称符号用途数量

熔断器FU用于短路爱护和严峻2

过载爱护

热继电器开关FR用于短路爱护和严峻1

过我爱护，进行爱护

时开关分断

按钮SB起动、停止主电路2

接触器线圈KM通断电时，使触点接3

通或分断

时间继电器线圈KT通电后经过肯定的延2

时后输出信号

接触器触点KM依据接触器线圈通断4

电接通、分断电路

继电器触点KT依据继电器通电延时2

后接通限制电路

三.软件的设计

1.软件设计说明

首先利用PLC编程软件依据三相笼型异步电动机串电阻降压起动/反接制动

限制电路编制梯形图程序，程序指令与PLC地址对应。完成后，编译将程序下载

到PLC中并运行。

2.梯形程序图

4

D

KM工

一T

KM2

兀件与其对应地址

硬件名称符号对应的PLC地址

停止按钮SB210.1

启动按钮SB110.3

热继电器BB10.5

接触器1KMIQ0.1

接触器2KM2Q0.2

接触器3KM3Q0.3

四.组态的设计

LUCGS组态软件介绍

MCGS(MonitorandControlGeneratedSystem,监视与限制通用系统)是北京昆仑通

态自动化软件科技有限公司研发的基于Windows操作系统可用来快速构造和生成上位机

监控系统的组态软件包，它为用户供应了从设备驱动、数据采集到数据处理、流程限制、动

画显示、报表输出等解决实际工程问题的完整方案和操作工具。MCGS组态软件具有多任务、

多线程功能，其系统框架采纳VC++编程，通过OLE技术司用户供应VB编程接口，供应丰富

的设备驱动构件、动画构件、策略构件，用户可随时便利地扩展系统的功能。

主要特点如下：

(1).丰富的设备驱动程序,通过ActiveDLL把设备驱动挂接在系统中，配置简洁、

速度快、牢靠性高。

(2).强大的网络功能。MCGS强大的网络功能可把TCP/IP网、485/422功能网、Modem

网结合在•起构成大型的监控系统和管理系统。

(3).开放的OLE接口。MCGS以OLE自动化技术为基础的开放式扩充接口允许用户运

用VB来快速编制各种设备驱动构件、动画构件和各种策略构件，通过OLE接口，用户可以

便利地定制自己特定的系统。

系统结构图如图2.1所示：

图2.1MCGS体系结构图

MCGS组态软件系统包括组态环境和运行环境两大部分，用户全部组态配置过程都是在

组态环境中进行的，用户组态后可生成一个“组态结果数据库”文件。MCGS运行环境是一

个独立的运行系统，它能依据“组态结果数据库”中的组态方式进行各种处理，完成用户组

态设计的目标和功能。

MCGS系统整体框图如图所示:

.i室任务ii

组

态动画显示

软

件

核现场控审J

心

流程控制

报磐输出

组态

设计报夹

)——X报表打印

构建动画

连接设备**.设备输出

建动画L______________________________

图2.2MCGS系铳整体框图

2.仿真画面的设计

(1).建立画面

在“用户窗口”中单击“新建窗口”按钮，建立“窗口0”。如图所示:

(2).编辑窗口

在工作台画面中，包括“主控窗口”、“设备窗口”、“用户窗口”、“实时数据

库”及“运行策略”选项。分别完成工程命名和属性设置、动画设计、设备连接、

编写限制流程、定义数据变量等项组态操作。创建工程后首先应进行限制设备的

组态，鼠标左键点击“设备窗口”，弹出“设备窗口”画面，双击设备窗口图标，

弹出画I面如图所示：

■9缶细玄:咬缶0口GO国

设4工（MWb

项目组态画面

首先用鼠标左键双击“通用串口父设备”，通用串口父设备是供应串口通讯

功能的父设备，每个通讯串口父设备与一个实际的物理串口对应，下面可以挂接

全部通过串口连接的设备。详细功能设定如图所示：

覆用中口设缶属性娱镒

基本属性I电话连接I

设密属性名设备属性值

设备名称通用串口父设备0

设备注探通用率口交设咨

初始工作状态1-启动

最小采集周期（ms）1000

串口端口号（1~255）1-COM2

通讯波特率6-9600

数据位位数1-8位

停止位位数0-1位

数据校盹方式0-无校拈1

检查&5，确认（工）取消（C）帮助（玲

通用串口设备属性编辑画面

然后双击对应的PLC设备，本书以西门子S7-200系列的PLC为例，所以双

击“西门子_S72（）（）PPI"，把限制设备加入到“通用串口父设备（）”的子书目下,

如图所示：

■设备组态：设备窗口*13回冈

-。通用电且欠匾上-［通用串口父设备］

设备。一［西门子』S72OOPPI］

设备组态画面

MCGS的驱动设备库特别丰富，除PLC之外还包含变频器、仪表、模块等。“实

时数据库”和“运行策略”可以在_1_程组态的过程中完成。在进行，程组态之前，

首先要建立项目的数据变量。然后依据组态设计要求进行详细操作。

(3).系统原理实物图的建立

1.单击工具条中的“工具箱”*1按钮，打开绘图工具箱。

2.单击绘图工具箱中的(插入元件)图标，弹出对象元件管理对话框。

3.依据原理图绘制实物图。

4.MCGS中定义的数据对象的作用域是全局的，像通常意义的全局变量一样，

数据对象的各个属性在整个运行过程中都保持有效，系统中的其它部分都能对实

时数据库中的数据对象进行操作处理。为了便利用户对数据变量的统计，MCGS

组态软件供应了计数检查功能。通过运用计数检查，用户可清晰的驾驭各种类型

数据变量的数量及运用状况。

定义数据变量，在电动机限制画面中可以看出，须要定义的数据变量有：二

个电动机的输入信号。QO.O、QO.1。

■工作台•：E:\PROGRA~2\MCGS\WORK\新建工程O.MCG*|o］〔臼IS3

画主控窗口IO设备由口I瑟用户苗口的实时数据库打运行策略

名手

类型出程

度

动

机

©电M1I新增对象

开关型I

机

区

动

0电M2

开关型

初

匠

动

©电M

3成组增加

理开关型

动

匠

0电M4

开关型

堀

盛

©数

组对象

揭

区

©数1

锯

匠

©数2组*f象对象属住I

据

匠

©数3组对象

掴

区

©物4组对象

组对较

电动机的数据定义

进一步对想要操作的流淌块进行设置，定义动画连接，如下图所示:

电磁阀开关属性设置

5.生成的系统图如图所示

3.通过PLC进行编程，其程序如下:

(1).在MCGS中创建工程后，对限制窗口中的各个元素进行动画组态，由

PTC限制程序可知，“起动”按钮对应的地址为“10.1”，“停止”按钮对应的地

址为“10.3”,“KM1”对应的地址为“Q0.1”,“KM2”对应的地址为“Q0.2”,“KM2”

对应的地址为“Q0.32地址安排后，起先对工程进行动画组态。

(2).该工程的动画主要分类：

1.触点(KM1、KM2)的动作：该动画可以用“可见度”来完成。用绘图

工具分别绘制开点图形\\一\和闭点图形卜一卜七用变量选择窗口生成开点图形

的表达式为“设备0_读写Q000_0"(KM1)或“设备0_读写Q000_l”(KM2)

或“设备()一读写Q()00_2”然后生成闭点图形的表达式为“设备0一读写Q(X)0_0"

(KM1)或“设备()一读写Q000_l"(KM2)表达式非零时，设为对应图符可见。

这样，当PLC程序运行时，即可完成触点的接触、断开动作了。

2.电动机旋转动作：这里介绍一种新的方法来完成旋转，即通过“运行策

略”和“可见度”协作完成。详细方法是选中绘制好的旋转图然“旋转1”和

哮“旋转2”。在“实时数据库”新增对象“旋转”，设置对象类型为“数值”,

对象初值为0。设定“旋转1”的“可见度”，表达式栏选“旋转”，当表达式非

零时，设定“对应图符不行见二设定“旋转2”的“可见度”，表达式栏选“旋

转”，当表达式非零时，设定”对应图符可见”。然后选择“工作台”中的“运行

策略”，双击“循环策略”进入“策略组态”窗口。在窗口空臼处单击鼠标右键，

在弹出选项中，选择“新增策略行”如图所示。

■策略组态:籥坏策略”

按照设定的时间借环运行

—-------O

策略组态

双击C逆图标，进入“表达式条件”窗口，在“表达式”栏中，可以设定

策略运行所满意得条件。由限制程序可知，当限制接触器触点KM1闭合的时候,

电动机起先起动，所以表达式栏应设定为“设备0_读写Q000_0or设备0_读写

Q000」”，“条件设置”栏点选表达式的值非0时条件成立，点击确认完成，用

鼠标右键点击空白处，在弹出选项中点击“策略工具箱”，把弹出的窗口中的“数

据对象”拖入图标口，图标变为“数据对象操作”。双击图标进入“数

据对象操作”窗口，在“对应数据对象名称”栏中，填入“起动”，在“值操作”

栏中勾选“对象的值”，输入变量为“起动”，点击确认完成设定，如图所示。