基于MCGS组态和PLC控制的液压机研究试制Word文档格式.docx
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本系统有手动、自动以及维修三种运行方式;
2.1.1手动为步行运行,即操作一个按纽,一个动作执行,操作另外一个按纽,另外一个动作执行,主要用于分步控制流水线。
2.1.2自动为全部一次性执行,即在自动模式下,自动的完成整个压机工作所有动作,适用于长期生产,长时间生产。
2.1.3维修为单独的点动模式,专为维修调试的时候所用,所有操作都是点动。
即操作相应的按钮动作,否则不动作。
该系统的三种操作方式图如下图2-1所示:
2-1总体控制流程图
2.2.故障处理
系统设有安全保护,在自动运行模式下,当上次运行没有到位的情况下,第二轮循环不会进行并且报警。
在手动模式下,当操作人员没有按照生产流程进行操作的时候,系统将拒绝操作,同时报警。
机床故障的原因和消除方法:
故障
可能引起的原因
处理方法
液压机不动作
1.电机反转
2.油泵没有吸油
3.油液面太低
1.将电机三相电源任意换接二相。
2.开机时将泵的出油口松一下,经管口向泵内注满油后,拧紧油管。
3.增加液面。
液压机建立不起压力,速度太慢
1.溢流阀调节手柄没调好。
2.吸入通道上管接头漏气。
3.油的粘度太大或油温太低,溢流阀阻尼孔堵塞。
1.调整溢流阀手柄。
2.用清洁的黄油涂于吸入通道上,各接头处检查是否漏气。
3.更换较低粘度的油或将油箱加热。
清洗溢流阀阻尼孔。
液压机噪音过大
1.油的粘度过高,油温低于允许的工作温度范围。
2.油箱油面太低。
3.吸入通道上漏气。
1.更换适合工作温度的油液或起动前加热油箱。
2.增加液面。
3.排除漏气。
油温过高
油的粘度过高,工作时间不间断。
更换油液,一天工作时间不超过16小时,或增加冷却装置。
液压系统漏油
液压缸前端发兰与机床结合处漏油。
压力表接头漏油,更换压力表接头内的密封圈。
活塞杆油膜太多或渗油。
更换油缸导套密封圈。
第三章组态软件的界面设计及软件调试
3.1.MCGS组态软件的概况
MCGS(MonitorandControlGeneratedSystem,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(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、实时曲线、历史曲线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,它充分利用了Windows图形功能完备、界面一致性好、易学易用的特点,比以往使用专用机开发的工业控制系统更具有通用性,在自动化领域有着更广泛的应用。
MCGS的主要特点和基本功能如下:
1)简单灵活的可视化操作界面。
MCGS采用全中文、可视化、面向窗口的开发界面,以窗口为单位,构造用户运行系统的图面和图统的省构架,符合中国人的使用习惯和要求,并且带有动画效果的工具条和状态条等。
2)实时性强、良好的并行处理性能。
例如MCGS在处理数据采集、设备驱动和异常处理等关键任务时,可在主机运行周期时间内分时处理打印数据等类似的非关键性工作,实现系统并行处理多任务、多进程。
3)丰富、生动的多媒体画面。
MCGS以图像、图符、报表、曲线等多种形式,为操作员及时提供系统运行中的状态、品质及异常报警等有关信息;
MCGS还支持多媒体功能,使能够快速地开发出集图像、声音、动画于一体的漂亮、生动的工程画面。
4)开放式结构,广泛的数据获取和强大的数据处理功能。
MCGS采用开放式结构,系统可以与广泛的数据源交换数据,MCGS提供多种高性能的I/O驱动,提供及其灵活的面向对象的动态图形功能,并且包含丰富的图形库。
5)完善的安全机制。
MCGS提供了良好的安全机制,为多个不同级别用户设定不同的操作权限。
此外,MCGS还提供了工程密码、锁定软件狗、工程运行期限等功能,大大加强了保护组态开发者劳动成果的力度。
6)强大的网络功能。
使用MCGS网络版组态软件,可以在整个企业范围内,用IE浏览器方便地浏览到实时和历史的监控信息,实现设备管理与企业管理的集成。
7)多样化的报警功能。
MCGS提供多种不同的报警方式,具有丰富的报警类型和灵活多样的报警处理函数。
不仅方便用户进行报警设置,并且实现了系统实时显示、打印报警信息的功能。
报警信息的存储与应答,为工业现场安全可靠地生产运行提供了有力的保障。
8)实时数据库为用户分步组态提供极大方便。
实时数据库是一个数据处理中心,是系统各个部分及其各种功能性构件的公用数据区,是整个系统的核心,而在系统运行过程中,各个部分都通过实时数据库交换数据,形成互相关联的整体。
9)支持多种硬件设备,实现“设备无关"
。
MCGS针对外部设备的特征,设立设备工具箱,定义多种设备构件,建立系统与外部设备的连接关系,赋予相关的属性,实现对外部设备的驱动和控制。
10)方便控制复杂的运行流程。
MCGS开辟了“运行策略"
窗口,用户可以选用系统提供的各种条件和功能的策略构件,用图形化的方法和简单的类Basic语言构造多分支的应用程序,按照设定的条件和顺序,操作外部设备,控制窗口的打开或关闭,与实时数据库进行数据交换,实现自由、准确地控制运行流程,同时也可以由用户创建新的策略构件,扩展系统的功能。
11)良好的可维护性和可扩充性。
MCGS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。
12)用数据库来管理数据存储,系统可靠性高。
MCGS中数据的存储不再使用普通的文件,而是用数据库来管理。
同时,也使其它应用软件系统能直接处理数据库中的存盘数据。
13)设立对象元件库,组态工作简单方便。
对象元件库,实际上是分类存储各种组态对象的图库。
随着工作的积累,对象元件库将日益扩大和丰富,这样解决了对象元件库的元件积累和元件重复利用问题。
组态工作将会变得更加简单、方便。
14)实现对工控系统的分布式控制和管理。
根据工程作业的需要和特点,组态配置出高性能、高可靠性和高度专业化的工业控制监控系统。
3.2.系统控制各界面分析
根据本液压机的基本操作功能和自动控制设计要求,共创建了12个组态控制窗口,分别是“封面主页”、“主菜单”、“整机操作”、“工件选择”、“工件参数”、“工件参数修改”、“排气参数”、“比例泵参数”、“指示灯状态”、“电磁阀指示”、“工作流程”和“系统维护屏”。
各个窗口均在右上角设置显示当前的时间和日期年月。
打开软件,弹出开机密码输入画面,保护知识产权,防止其他人员胡乱修改。
画面显示如(图3.2开机密码),输入密码进入开机画面。
图3.2开机密码
3.2.1.开机画面
此画面显示了所有组态控制窗口的图标超链接,以及设备窗口,实时数据库和运行策略,如(图3.2.1开机画面)。
设备窗口主要用于建立系统与外部硬件设备的连接关系,使系统能够从外部设备读取数据并控制外部设备的工作状态,实现对工业过程的实时监控。
本课题选用西门子PLC进行研究试制,具体连接参照第五章。
实时数据库是用数据对象来描述系统中的实时数据,用对象变量代替传统意义上的值变量,把数据库技术管理的所有数据对象的集合。
实时数据库是MCGS嵌入版系统的核心,是应用系统的数据处理中心。
系统各个部分均以实时数据库为公用区交换数据,实现各个部分协调动作。
所谓“运行策略”,是为了实现对系统运行流程自由控制所组态生成的一系列功能块的总称。
运行策略的建立,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、关闭以及设备构件的工作状态,从而实现对系统工作过程精确控制及有序调度管理的目的。
图3.2.1开机画面
3.2.2.封面主页画面
当机器通电时,触摸屏的初始画面就是该屏如(图3.2.2封面主页画面),该屏显示是讯息为“毕业设计报告”,并且可以间断跳闪不同的液压机模型,其编程脚本程序为:
IfA<
3then
A=A+1
Else
A=0
Endif
触摸屏上任意键就会切换到主菜单画面。
图3.2.2封面主页画面
3.2.3.主菜单画面
用于设定工作参数和工作状态画面的显示,一共有七个切换按钮如(图3.2.3主菜单画面)所示:
(1)工作参数切换按钮:
触摸时就会切换到工作参数画面;
(2)工件选择切换按钮:
触摸时就会切换到工件选择画面。
;
(3)指示灯状态设定画面:
触摸时就会切换到指示灯状态画面;
(4)电磁阀指示设定画面:
触摸时就会切换到电磁阀指示设定画面;
(5)工作流程设定画面:
触摸时就会切换到工作流程设定画面;
(6)整机操作切换按钮:
触摸时就会切换到整机操作设定画面;
(7)返回切换按钮:
触摸时就会切换到封面主页画面。
图3.2.3主菜单画面
3.2.4.整机操作画面
用于设定工作参数和工作状态画面的显示,一共有六个开关按钮,三个切换按钮和一个显示输出框如(图3.2.4整机操作画面):
(1)油泵开启按钮:
按下油泵开按钮,油泵启动,在按钮上显示泵已开信息;
(2)油泵关闭按钮:
按下油泵关按钮,油泵关闭,在按钮上显示泵已关信息;
(3)滑块下行按钮:
在调整状态时,按住下压按钮,压头下压;
(4)滑块回程按钮:
在调整状态时,按住上升按钮,压头回程;
(5)报警解除按钮:
在报警状态下,按下报警解除按钮,解除警报;
(6)灯检按钮:
按下灯检按钮,显示非正常工作指示灯;
(7)模拟监控按钮:
按下模拟监控按钮,画面切换至监控状态;
(8)系统维护按钮:
按下系统维护按钮,画面切换至系统维护画面;
(9)显示输出框:
当液压机工作时显示当前液压机选择的工件选择编号;
(10)按返回按钮:
当前画面立即切换到主菜单画面。
图3.2.4整机操作画面
3.2.5工作参数画面
该画面共显示四个参数数据设定,四个切换画面按钮和一个显示输出框如(图3.2.5工作参数画面):
用于显示工作的位移、压力、下线压力值和保压时间的显示;
一个显示输出框为当液压机工作时显示当前液压机选择的工件选择编号;
触摸排气参数按钮,画面跳至排气参数画面;
触摸比例泵参数按钮,画面切换到比例泵参数画面;
按返回按钮:
图3.2.5工作参数画面
3.2.6排气参数画面
用于设定排气参数的设定,共有八组排气参数可以设定如(图3.2.6排气参数画面):
(1)排气高度:
主缸保压后主缸回程的高度;
(2)排气压力:
主缸到达这个压力值时主缸停止压制;
(3)保压时间:
主缸达到排气压力后保持压力的时间,时间到后回程;
(4)触摸工作参数按钮,画面跳至工作参数画面;
(5)触摸比例泵参数按钮,画面切换到比例泵参数画面;
(6)按返回按钮:
图3.2.6排气参数画面
3.2.7比列泵参数画面
用于设定比列泵的流量,控制主缸各个动作的流量。
一共有四个参数的设定和四个切换按钮如(图3.2.7比列泵参数画面):
(1)主缸慢压下行:
设定主缸慢速下行所需油泵流量的大小,该值所选范围在(0~2000);
(2)主缸慢速回程:
设定主缸慢速回程所需油泵流量的大小,该值所选范围在(0~2000);
(3)主缸快速回程:
设定主缸快速回程所需油泵流量的大小,该值所选范围在(0~2000);
图3.2.7比列泵参数画面
3.2.8指示灯显示画面
这组画面如(图3.2.8-1指示灯状态画面、图3.2.8-2电磁阀指示画面、图3.2.8-3工作流程画面)显示的是液压机工作状态下各电磁阀和工作程序的显示,通过观察这组显示窗口可以随时监控液压机的工作状态和工作进度,方便快捷,也便于维修。
点击对应的按钮,画面将切换到相应的监控窗口。
图3.2.8-1指示灯状态画面图3.2.8-2电磁阀指示画面
图3.2.8-3工作流程画面
3.2.9工件选择画面
此画面由九个输出框、一个输入框和三个切换按钮组成如(图3.2.9-2工件选择画面)所示:
机器运行时九个输出框的输出信息分别为当前液压机装载的工件编号、原位点、快传工、检测始、检测末、保压时间、上限压力、下限压力和下限位。
这九组数据是可以在触摸屏上更改的,具体操作参考下一节(3.2.10工件参数修改画面);
一个输入框为工件选择输入,点击该输入框将跳出一组键盘输入键可以选择数值如(图3.2.9-1数值输入框)所示。
键入数值(配方范围之内),点击装载按钮该配方所设定的数据将会加载到各输出框,按下“返回”按钮,画面切换到主菜单,这时液压机的工作参数就是刚才各输出框显示的参数。
关于配方将在下一章做介绍。
图3.2.9-1数值输入框
图3.2.9-2工件选择画面
3.2.10工件参数修改画面
该画面由两个输出框、八个输入框和三个切换按钮组成如(图3.2.10工件参数修改画面)所示:
两个输出框同时显示当前选择的工件编号;
八个输入框分别分别可以修改原位点、快传工、检测始、检测末、保压时间、上限压力、下限压力和下限位的数值,数值应在输入范围之内。
数据修改完毕,点击“保存当前数据到当前工作参数”按钮,即可保存设定值。
此操作仅可以修改当前参数,点击“工件选择及参数修改”按钮,直接切换到配方编辑框,可以修改所有工件编号的参数如右图所示。
按下“返回”按钮,切换到工件选择画面。
3.2.11系统维护画面
该画面的设计目的是为了严谨起见,确保非管理人员不能修改工件参数,一旦管理员开机密码被公开,可以进入该画面修改密码如(图3.2.11系统维护画面)所示:
必须先进入修改权限,才能修改密码。
图3.2.11系统维护画面
3.3配方编辑
早期的配方数据是存储于PLC中的,将需要的配方数据上传到HMI并显示,通过修改再下载到PLC中作为当前配方使用。
现在的HMI本身已经能存储配方了,直接可以从HMI中显示下载。
MCGS配方构件由三个部分组成:
组态环境配方设计,运行环境配方操作和运行环境配方操作脚本函数。
3.3.1组态环境配方设计
配方组态设计,即通过配方组态窗口输入配方所要求的成员变量及其参数值,本课题所需设计的是原位点、快传工、检测始、检测末、保压时间、上限压力、下限压力和下限位的数值如(图3.3.1-1配方设计)所示:
图3.3.1-1配方设计
“配方组态设计”窗口主要分为三部分:
左边是配方组列表,工程中所有的配方组都会显示在这里。
右边上部是配方组的名称、成员变量个数等配方组信息,下方则显示这个配方组的成员变量列表及其对应的数据对象名称、列标题等信息。
点击“工件编号”可以弹出如(图3.3.1-2配方修改)的编辑框,编辑各配方参数。
一共可以编辑50组数据。
图3.3.1-2配方修改
3.3.2运行环境配方操作
当组好一个配方后,在运行环境下就需要对配方进行操作,如装载配方记录,保存配方记录值等。
MCGS使用特定的配方脚本函数来实现对配方记录的操作。
可用的配方脚本函数有下面几类:
通过用户界面装载和编辑配方的函数、不带用户界面的配方装载和编辑函数、配方组中当前配方的定位函数、对当前配方进行操作的函数。
3.3.3运行环境配方操作脚本函数
3.2.10章节中,关于点击“工件选择及参数修改”按钮,直接弹出配方编辑框和点击“保存当前数据到当前工作参数”按钮,即可保存设定值的功能,就是通过脚本函数来实现的。
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。
(图3.3.3-1修改按钮脚本)即为按钮“工件选择及参数修改”的脚本函数:
RecipeLoadByDialog(strRecipeGroupName,strDialogTitle)。
其函数意义为弹出配方选择对话框,让用户选择要装入的配方。
选择后配方变量的值会输出到对应数据对象上。
参数:
strRecipeGroupName为配方组名称是字符型strDialogTitle为对话框标题也是字符型。
(图3.3.3-2保存按钮脚本)是按钮“保存当前数据到当前工作参数”的脚本函数:
RecipeGetValueFrom(strRecipeGroupName,GroupObject)。
其函数意义是将组对象成员中的值复制到指定配方组的当前配方中。
参数strRecipeGroupName是配方组名称属于字符型,GroupObject是组对象。
图3.3.3-1修改按钮脚本图3.3.3-2保存按钮脚本
第四章硬件连接及系统调试
4.1S7-200CPU介绍
如(图4.1S7-200CPU外型)所示:
图4.1S7-200CPU外型
S7-200CPU规格:
S7-200CPU将一个微处理器、一个集成的电源和若干数字量I/O点集成在一个紧凑的封装中,组成一个功能强大的PLC。
西门子提供多种类型的CPU以适应各种应用要求。
不同类型的CPU具有不同的数字量I/O点数、内存容量等规格参数。
目前提供的S7-200CPU有:
CPU221、CPU222、CPU224、CPU226和CPU226XM。
本系统采用的是CPU224规格的产品,其特性如下:
外形尺寸——120.5mm×
80mm×
62mm;
程序储存区为8192字节;
数据储存区为5120字节;
掉电保持时间是190个小时;
本机I/O是14入/10出;
扩展模块数量是7个;
两个模拟电位器;
内置实时时钟;
通讯口型号为1RS-485。
4.2S7-200CPU与数字量I/O扩展模块连接
根据设备需求及成本计算,本系统选用的数字量I/O扩展模块型号为EM223:
8点24VDC输入/8V继电器输出;
尺寸大小——71.2mm×
损耗为3W;
电源要求+5VDC为80mA,+24VDC接通时:
9mA/输出点20.4——28.8VDC。
将CPU和数字量I/O扩展模块连接,如果CPU和数字量I/O扩展模块不能安装在同一条导轨上,可以选用总线延长电缆,以适应灵活安装的需求,一个S7-200系统只能安装一条总线延长电缆。
如(图4.2S7-200系统的总线延长电缆)所示:
图4.2S7-200系统的总线延长电缆
4.3I/O端子接线
PLC与电气回路的接口,是通过输入输出部分(I/O)完成的。
I/O模块集成了PLC的I/O电路,其输入暂存器反映输入信号状态,输出点反映输出锁存器状态。
输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统,输出模块相反。
I/O分为开关量输入(DI),开关量输出(DO),模拟量输入(AI),模拟量输出(AO)等模块。
本系统选用的CPU224的输入、输出端子如(图4.3CPU224DC/DC/DC的端子连接)所示:
图4.3CPU224DC/DC/DC的端子连接
4.4建立触摸屏与PLC的通信连接
MCGS设备工具箱内一般只列出工程所需的设备构件,方便工程使用,如果需要在工具箱中添加新的设备构件,单击工具箱上部的“设备管理”按钮,弹出设备管理窗口,设备窗口的“可选设备”栏内列出了已经完成登记的、系统目前支持的所有设备,找到需要添加的设备构件选中即可。
或者单击“增加”按钮,该设备构件就添加到右侧的“选定设备”栏中。
选定设备栏中的设备构件就是设备工具箱中的设备构件。
如(图4.4-1设备连接)所示。
图4.4-1设备连接
本课题以西门子S7-200为例进行了如下设置:
当添加的子设备是父设备下的第一个子设备时,其父设备的参数会自动初始化为通讯默认参数值,添加一通用串口父设备,再为其添加子设备西门子S7-200PLC后,打开其父设备查看参数,为西门子S7-200的通讯默认参数值:
波特率9600,数据位8,停止位1,偶校验。
通过RS一232/PPI设备通讯电缆,把触摸屏TP270与PLC(S7—200CPU226)连接起来,如(图4.4-2触摸屏与PLC连
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- 基于 MCGS 组态 PLC 控制 液压机 研究 试制