基于MCGS的四台电动机顺序起停设计Word文件下载.docx

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v方便控制复杂的运行流程

v良好的可维护性和可扩充性

v用数据库来管理数据存储，系统可靠性高

v设立对象元件库，组态工作简单方便

v实现对工控系统的分布式控制和管理

2MCGS组态软件介绍

2.1MCGS工控组态软件

MCGS（MonitorandControlGeneratedSystem，监视与控制通用系统）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，它为用户提供了从设备驱动、数据采集到数据处理、流程控制、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，其系统框架采用VC++编程，通过OLE技术向用户提供VB编程接口，提供丰富的设备驱动构件、动画构件、策略构件，用户可随时方便地扩展系统的功能。

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，配置简单、速度快、可靠性高。

（2）强大的网络功能。

MCGS强大的网络功能可把TCP/IP网、485/422/423网、Modem网结合在一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使用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，用户可以方便地定制自己特定的系统。

系统结构图如图2.1所示：

MCGS组态软件系统包括组态环境和运行环境两大部分，用户所有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，它能按照“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2.2所示：

2.2MCGS组态软件五大组成部分

MCGS组态软件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都成，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。

1.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：

定义工程名称，编制工程名单，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。

2.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。

3.用户窗口：

本窗口主要用于设置工程中的人机交互界面，诸如：

生成各种动画显示画面、报警输出、数据与曲线图表等。

4.实时数据库：

是工程各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的类型和名称的变量，作为数据采集、处理、输出控制、动画连接及设备驱动的对象。

5.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、定时器、配方操作、多媒体输出等。

MCGS组态软件组成如图2.3所示：

2.3MCGS组态软件的功能和特点

1.延续性和可扩充性。

使用MCGS工控组态软件开发的应用程序，当现场（包括硬件设备或系统结构）或用户需求发生改变时，不需作很多修改而方便地完成软件的更新和升级；

2.封装性（易学易用），MCGS工控软件所能完成的功能都用一种方便用户使用的方法包装起来，对于用户，不需要掌握太多的编程语言技术（甚至不需要编程技术），就能很好的完成一个复杂工程所要求的所有功能；

3.通用性和可扩充性，每个用户根据工程实际情况，利用MCGS工控组态软件提供的底层设备（PLC、智能仪表、智能模块、饭卡、变频器等）的设备驱动、开放式的数据库和画面制作工具，就能完成一个具有动画效果、实时数据处理、历史数据和曲线并存、具有网络功能的工程，不受行业限制。

4.全中文可视化组态软件，简洁、大方，使用方便灵活，完善的中文在线帮助系统和多媒体教程，真正的32位程序，支持多任务、多线程，运行于Win95/98/NT/2000平台。

5.提供近百种绘图工具和基本图符，快速构造图形界面，提供渐进色、旋转动画、透明位图、流动块等多种动画方式，可以达到良好的动画效果，上千个精美的图库元件，保证快速的构建精美的动画效果。

6.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等关系型数据库互联；

支持OPC接口、DDE接口和OLE技术，可方便的与其他各种程序和设备互联。

7.功能强大的网络数据同步、网络数据库同步构建，保证多个系统完美结合，完善的网络体系结构，可以支持最新流行的各种通讯方式，包括电话通讯网，宽带通讯网，ISDN通讯网，GPRS通讯网和无线通讯网。

2.4MCGS组态软件的工作方式

1.MCGS与设备通讯

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。

2.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。

当工业现场中测控对象的状态（如：

储油罐的液面高度等）发生变化时，通过设备驱动程序将变化的数据采集到实时数据库的变量中，该变量是与动画属性相关的变量，数值的变化，使图形的状态产生相应的变化（如大小变化）。

现场的数据是连续被采集进来的，这样就会产生逼真的动画效果（如储油罐的液面的升高和降低）。

用户也可编写程序来控制动画界面，以达到满意的效果。

3.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，构成分布式网络测控系统，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。

分布式网络测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。

4.如何对工程运行流程实施有效控制

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。

5.PLC与MCGS通讯要求

基于MCGS嵌入组态软件容量小、速度快、成本低、真正嵌入、稳定性高、功能强大、通讯方便、操作简便、支持多种设备、有助于建造完整的解决方案的特点。

所以选择其与PLC进行通讯连接。

MCGS一般通过上位机的串行口和PLC上的编程口建立物理上的通讯连接，从而达到操作PLC的目的。

而在MCGS组态软件设置方面需先进行“设备组态”。

设备组态方法是先调用MCGS串口通讯父设备构件，再找到三菱FX-232子设备构件，并挂接在串口父设备下。

对串口父设备需打开其属性窗口，在基本属性中设置好设备名称，初始工作状态，最小采样周期，串口端口号，通讯波特率，数据位位数，停此位位数，数据校验方式等。

而对于三菱FX-232子设备，要先打开其属性窗口，设置好基本属性中的设备名称，初始工作状态，最小采集周期（同父设备），然后根据MCGS与ＦＸ系列PLC之间两种不同的通讯方式，再进行后面的设置：

如果使用MCGS提供的read和write设备命令直接访问PLC，无需进一步设置，而如果要通过MCGS循环采样方式自动周期性地访问PLC，则必须还要对设备增加通道，建立通道连接，把PLC中相关继电器（X,Y,M）和寄存器（D）与MCGS实时数据库中变量建立一一对应关系，确定操作方式（读或写或读写）。

并且MCGS嵌入版系统与PLC联系的媒介设备窗口专门用来放置不同类型和功能的设备构件，实现对外部设备的操作和控制。

设备窗口通过设备构件把外部设备的数据采集进来，送入实时数据库，或把实时数据库中的数据输出到外部设备。

一个应用系统只有一个设备窗口，运行时，系统自动打开设备窗口，管理和调度所有设备构件正常工作，并在后台独立运行。

注意，对用户来说，设备窗口在运行时是不可见的。

2.5组建工程的一般过程

1.工程项目系统分析

分析工程项目的系统构成、技术要求和工艺流程，弄清系统的控制流程和测控对象的特征，明确监控要求和动画显示方式，分析工程中的设备采集及输出通道与软件中实时数据库变量的对应关系，分清哪些变量是要求与设备连接的，哪些变量是软件内部用来传递数据及动画显示的。

2.工程立项搭建框架

MCGS称为建立新工程。

主要内容包括：

定义工程名称、封面窗口名称和启动窗口（封面窗口退出后接着显示的窗口）名称，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。

经过此步操作，即在MCGS组态环境中，建立了由五部分组成的工程结构框架。

封面窗口和启动窗口也可等到建立了用户窗口后，再行建立。

3.设计菜单基本体系

为了对系统运行的状态及工作流程进行有效地调度和控制，通常要在主控窗口内编制菜单。

编制菜单分两步进行，第一步首先搭建菜单的框架，第二步再对各级菜单命令进行功能组态。

在组态过程中，可根据实际需要，随时对菜单的内容进行增加或删除，不断完善工程的菜单。

4.动画显示画面

动画制作分为静态图形设计和动态属性设置两个过程。

前一部分类似于“画画”，用户通过MCGS组态软件中提供的基本图形元素及动画构件库，在用户窗口内“组合”成各种复杂的画面。

后一部分则设置图形的动画属性，与实时数据库中定义的变量建立相关性的连接关系，作为动画图形的驱动源。

5.编写控制流程程序

在运行策略窗口内，从策略构件箱中，选择所需功能策略构件，构成各种功能模块（称为策略块），由这些模块实现各种人机交互操作。

MCGS还为用户提供了编程用的功能构件（称之为“脚本程序”功能构件），使用简单的编程语言，编写工程控制程序。

6.完善菜单按钮功能

包括对菜单命令、监控器件、操作按钮的功能组态；

实现历史数据、实时数据、各种曲线、数据报表、报警信息输出等功能；

建立工程安全机制等。

7.编写程序调试工程

利用调试程序产生的模拟数据，检查动画显示和控制流程是否正确。

8.连接设备驱动程序

选定与设备相匹配的设备构件，连接设备通道，确定数据变量的数据处理方式，完成设备属性的设置。

此项操作在设备窗口内进行。

9.工程完工综合测试

最后测试工程各部分的工作情况，完成整个工程的组态工作，实施工程交接。

3PLC简介

3.1PLC简介

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ProgrammableController（PC）。

个人计算机（简称PC）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为ProgrammableLogicController（PLC），现在，仍常常将PLC简称PC。

PLC的定义有许多种。

国际电工委员会（IEC）对PLC的定义是：

可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。

它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。

上世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为30~40%。

在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。

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、编程简单等特点。

PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。

3.2PLC功能特点

　可编程逻辑控制器具有以下鲜明的特点。

1.使用方便，编程简单

　　采用简明的梯形图、逻辑图或语句表等编程语言，而无需计算机知识，因此系统开发周期短，现场调试容易。

另外，可在线修改程序，改变控制方案而不拆动硬件。

　　2.功能强，性能价格比高

　　一台小型PLC内有成百上千个可供用户使用的编程元件，有很强的功能，可以实现非常复杂的控制功能。

它与相同功能的继电器系统相比，具有很高的性能价格比。

PLC可以通过通信联网，实现分散控制，集中管理。

　　3.硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强

　　PLC产品已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。

PLC的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。

PLC有较强的带负载能力，可以直接驱动一般的电磁阀和小型交流接触器。

　　硬件配置确定后，可以通过修改用户程序，方便快速地适应工艺条件的变化。

　　4.可靠性高，抗干扰能力强

　　传统的继电器控制系统使用了大量的中间继电器、时间继电器，由于触点接触不良，容易出现故障。

PLC用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件元件，接线可减少到继电器控制系统的1/10-1/100，因触点接触不良造成的故障大为减少。

　　PLC采取了一系列硬件和软件抗干扰措施，具有很强的抗干扰能力，平均无故障时间达到数万小时以上，可以直接用于有强烈干扰的工业生产现场，PLC已被广大用户公认为最可靠的工业控制设备之一。

　　5.系统的设计、安装、调试工作量少

PLC用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，使控制柜的设计、安装、接线工作量大大减少。

4PLC系统设计

4.1控制要求

按照本次实验要求，设计四台电机顺序起动和逆序停车，要求有四台电动机M1、M2、M3、M4，起、停顺序均为M4M3M2M1。

间隔时间均为30s。

4.2I/0地址分配

系统的I/O分配如表3.1所示：

输入/输出单元

输入/输出点

启动信号

I0.1

关断信号

I0.2

电动机M1

Q0.0

电动机M2

Q0.1

电动机M3

Q0.2

电动机M4

Q0.3

表4.1输入/输出单元分配

4.3选择PLC型号

PLC的选择主要应从PLC的机型、容量、I/O模块、电源模块、特殊功能模块、通信联网能力等方面加以综合考虑。

PLC机型选择的基本原则是在满足功能要求及保证可靠、维护方便的前提下,力争最佳的性能价格比。

PLC在正式运行时，不需要编程器。

编程器主要用来进行用户程序的编制、存储和管理等，并将用户程序送入PLC中，在调试过程中，进行监控和故障检测。

S7-200系列PLC可采用多种编程器，一般可分为简易型和智能型。

简易型编程器是袖珍型的，简单实用，价格低廉，是一种很好的现场编程及监测工具，但显示功能较差，只能用指令表方式输入，使用不够方便。

智能型编程器采用计算机进行编程操作，将专用的编程软件装入计算机内，可直接采用梯形图语言编程，实现在线监测，非常直观，且功能强大，S7-200系列PLC的专用编程软件为STEP7-Micro/WIN。

本实验采用S7—200CPU226的可编程控制器。

4.4流程图

操作工艺流程:

按下启动按钮后,电动机按照M1、M2、M3、M4的顺序依次启动，按下关断按钮后，M4、M3、M2、M1依次关断。

系统顺序功能流程图如图4.1所示：

图4.1

4.5系统梯形图

5仿真画面的设计

5.1建立组态

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4.2

图5.1窗口的建立

2.编辑画面

设置用户窗口属性：

选择待定义的用户窗口图标，点鼠标右键选择属性，弹出“用户窗口属性设置”对话框，按所列款项设置有关属性。

用户窗口的属性包括基本属性、扩充属性和脚本控制，由用户选择设置。

窗口的基本属性包括窗口名称、显示标题、背景颜色、窗口位置、窗口边界、窗口大小等项内容。

窗口的扩充属性包括窗口的外观、位置坐标和视区大小等项内容。

窗口的视区是指实际可用的区域，与屏幕上所见的区域可以不同，当选择视区大于可见区时，窗口侧边附加滚动条，操作滚动条可以浏览窗口内所有的图形对象。

脚本控制包括启动脚本，循环脚本和退出脚本，启动脚本在用户窗口打开时，循环脚本是在窗口打开期间以指定的间隔循环执行，退出脚本则是在用户窗口关闭时执行。

具体操作步骤为：

双击“窗口0”窗口图标，进入动画组态窗口，开始编辑画面;

双击画面，弹出设置窗口.

单击工具条中的“工具箱”

按钮，打开绘图工具箱。

选中“电动机控制系统”窗口图标，单击“动画组态”，进入动画组态窗口，开始编辑画面。

5.2设备连接

[1]在工作台“设备窗口”中双击“设备窗口”图标进入。

[2]点击工具条中的“工具箱”图标，打开“设备工具箱”。

[3]点击“设备工具箱”中的“设备管理”按钮。

如图4.7所示：

图5.2设备连接

[4]在可选设备列表中，双击“通用串口父设备”。

[5]在可控设备列表中，双击“PLC设备”，选择西门子S7-200。

之后进行动画连接。

如图所示：

图5.3添加设备

5.3串口设备属性设置

在这次的课程设计中模拟设备的添加及属性设置，进行通讯设置。

如图4.9所示：

图5.4通讯设置

1.设置串口端口号为0-COM1,数据校验方式为2-偶校验，设置后如图4.10所示：

图5.5属性设置

2.对设备进行内部设置，增加设备通道，添加后如图4.11所示：

图5.6增加通道

5.4制作电动机

1.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。

2.从“传送带”类中选4条传送带6，选两辆集装箱车2。

3.从“马达”类中选取4马达10。

4.将马达、传送带、集装箱车整为适当大小，放到适当位置，参照效果图。

5.选中工具箱内的流动块动画构件图标，鼠标的光标呈“十”字形，移动鼠标至窗口的预定位置，点击一下鼠标左键，移动鼠标，在鼠标光标后形成一道虚线，拖动一定距离后，点击鼠标左键，生成一段流动块。

再拖动鼠标（可沿原来方向，也可垂直原来方向），生成下一段流动块。

当用户想结束绘制时，双击鼠标左键即可。

当用户想修改流动块时，选中流动块（流动块周围出现选中标志：

白色小方块），鼠标指针指向小方块，按住左键不放，拖动鼠标，即可调整流动块的形状。

6.点击工具箱中的‘实时曲线’画出图。

7.用工具箱中的‘标准按钮’，在桌面上拖动3个框分别为启动、停止。

它们的设置参照效果图。

8.选择“文件”菜单中的“保存窗口”选项，保存画面。

5.5构件属性设置

电动机控制的动作过程如下：

开始启动，M1电动机符号变蓝，5s后M2电动机符号变蓝，5s后M3电动机符号变蓝，5s后M4电动机符号变蓝，按停止按钮后，5s后M1电动机符号变红，5s后M2电动机符号变红5s后M3电动机符号变红，5s后M4电动机符号变红。

根据PLC控制系统的I/O表，对电动机控制画面中的各个相关构件进行属性设置。

MCGS中定义的数据对象的作用域是全局的，像通常