基于MCGS和PLC的全自动洗衣机模拟系统

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基于MCGS和PLC的全自动洗衣机模拟系统

基于MCGS和PLC的全自动洗衣机模拟系统

无锡商业职业技术学院

冯志芬

[摘要]本文根据全自动洗衣机的控制过程,利用PLC技术对全自动洗衣机控制系统进行硬件及软件设计,并结合MCGS组态软件,设计全自动洗衣机仿真实验界面。[关键词]MCGSPLC全自动洗衣机

引言

可编程控制器(Programmablelogicalcontroller,简称PLC)是以微处

理器为基础,把计算机技术、

自动化技术和通信技术融为一体的,面向控制过程、面向用户,适应工业环境、操作方便、可靠性高的新一代通用

工业自动装置[1]

现已广泛应用于工业控制的各个领域,成为自动化技术的重要组成部分。MCGS(MonitorandControlGeneratedSystem)是一套基于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,能够完成现场数据采集、

实时和历史数据处理、报警和安全机制、

流程控制、动画显示、趋势曲线和报表输出以及企业监控网络等功能。本文介绍的全自动洗衣机的模拟系统就是结合PLC技术和MCGS技术,使学生能更加直观的了解PLC的应用及洗衣机的运作过程。

1.基于PLC全自动洗衣机的系统总体结构全自动洗衣机的工作过程一般包括启动、进水、洗涤、脱水及排水等,洗衣机的进水和排水分别由进水电磁阀和排水电磁阀控制。进水时,控制系统使进水电磁阀打开,将水注入外桶;排水时,使排水电磁阀

打开将水由外桶排到机外。

洗涤和脱水由同一台电机拖动,通过电磁离合器来控制,将动力传递给洗涤波轮或甩干桶(内桶)。电磁离合器失电,电动机带动洗涤波轮实现正、反转,进行洗涤;电磁离合器得电,电动机带动内桶单向旋转,进行甩干(此时波轮不转)。水位高低分别是由高低水位开关进行检测。启动按钮用来启动洗衣机工作。

在实现控制过程中,各种采样信息都是通过控制中心进行各种判断、比较和选择,再经信息线路反馈给洗衣机各控制执行机构,决定洗衣机的工作状态。其系统总体结构如图1所示。

图1基于PLC全自动洗衣机的系统总体结构图

2.基于PLC全自动洗衣机系统的硬件设计2.1PLC的选型

根据控制系统的需要,我们采用德国西门子公司生产的

S7-200CPU224型的PLC,该机器结构紧凑、

功能强,具有很高的性价比,使用简单,通过专门的编程软件STEP7-Micro/WIN32创建、测试、仿真和修改PLC程序,使用专用电缆进行程序的上传下载。

2.2I/O接口配置

系统的I/O接口分配表

输入元件

输出元件输入继输入输出继输出电器元件作用电器元件作用I0.0SB0启动按钮Q0.0DCF1进水电磁阀I0.3SQ1高水位开关Q0.1KA1电机正转控制I0.4

SQ2

低水位开关

Q0.2KA2电机反转控制Q0.3DCF2排水电磁阀Q0.4KM3脱水电磁离合器Q0.5S报警蜂鸣器Q0.6

HL

初始状态指示灯

根据总体结构可知,系统共有三个输入点和六个输出点,输入输出

设备及I/O点分配如表1所示。根据I/O接口分配表,

即可完成PLC的硬件接线。

3.基于PLC全自动洗衣机系统的软件设计

依据全自动洗衣机的运作特点,我们采用状态转移图进行软件设计,状态转移图设计过程分为:任务分解、弄清每个状态的功能、找出每

个状态的转移条件及方向和设置初始状态四个阶段。

根据分析,全自动洗衣机控制系统的状态转移图如图2所示。

图2全自动洗衣机控制系统的状态转移图

4.基于MCGS的全自动洗衣机仿真设计[2]4.1MCGS组态软件的整体结构

MCGS5.1软件系统包括组态环境和运行环境两个部分。组态环境相当于一套完整的工具软件,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。

图3

MCGS组态软件(以下简称MCGS)由“MCGS组态环境”和“MCGS

运行环境”

两个系统组成。两部分互相独立,又紧密相关。用户在MCGS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,生成扩展名为.mcg的工程文件,又称为组态结果数据库,其与MCGS运行环境一起,构成了用户应用系统,统称为“工程”。

MCGS运行环境是用户应用系统的运行环境,由可执行程序McgsRun.exe支持,其存放于MCGS目录的Program子目录中。在运行环境中完成对工程的控制工作。

4.2MCGS组态软件设计(1)用户窗口设计

用户窗口主要用于设置工程中人机交互的界面,通过图形库工具箱,设计出全自动洗衣机的模拟动画画面,进行(下转第113页)

基于MCGS和PLC的全自动洗衣机模拟系统

为储备库i到救灾物资发放点j的单位运输时间tij。表1-表5中的数据经过规范化处理,并不表示真实的数据[4]。

表5储备库i到救灾物资发放点j的单位运输时间tij1234

83238123412313224372

97209152279349311281

1072010292473261182218

15.992.483.985.202.30

24.512.322.023.094.02

34.003.492.022.781.40

45.511.010.514.020.91

52.712.020.523.681.53

61.120.510.123.103.10

74.495.291.023.392.21

80.220.120.232.302.02

91.511.210.312.300.50

101.510.521.021.710.61

作。采用最优个体保存法可以保证父代群体中最优个体直接进入子代群体中,避免局部最优个体过早被淘汰;采用轮盘法可以保证当代群体中最优个体能够进化到下一代而不被遗传操作破坏。

(2)交叉:本文采用单点交叉法进行交叉操作。(3)变异:本文采用反转变异和位移变异相结合的方法。两种变异操作随机的用于染色体的变异运算。

4.应用实例

表1备选中央储备库的容量

lMijNjdij12345

16201213269429331192

1350028252332451151202418

235004

340006

75217552371288353391

44500

53000

表2救灾物资发放点的需求量62110233501382548259252

4102219272121322

47410705261452402172129

6440183113289228

表3储备库i到救灾物资发放点j的单位运输费用

表4储备库i到救灾物资发放点j的固定成本

cij12345

11.992.081.180.411.10

20.310.720.221.890.72

30.990.211.481.382.08

40.990.114.070.813.47

50.611.491.010.522.01

60.400.820.921.201.39

71.691.180.421.590.81

80.991.100.110.711.88

90.520.811.080.602.68

100.910.720.611.482.68

遗传算法的参数分别取为:种群数30,交叉率0.5,变异率0.05,迭代次数为100,根据数学模型,并运用MatlabGUI遗传算法工具箱实

M3、M4。现,得到最优的中央储备库为M1、

5.结语

通过运用遗传算法求出中央储备库的选址问题的最优解,得到使调运时间和成本最小的中央储备库的地址,这对有效解决抗震救灾中中央储备库的选址问题有一定的参考意义。本文通过设置双目标函数,并用加权和的方法,给每个目标函数加上适当的权重,从而以一个整体

由于双目标函数很难同时达到最优,使用的目标函数来评价适应度值。

二进制编码不利于快速搜索到全局最优解,因此可以采用基于生成树的Prufer数编码,充分表现出个体染色体的特点,从而减少计算的复杂度,快速求得全局最优解。另外,随着中央储备库的新建以及覆盖区域的增大,选址问题的复杂度明显增大,采用含有高度并行计算的遗传算法可以有效解决选址问题。

参考文献[1]国家物资储备局政治处.国家物资储备职能与定位[M].北京:国家物资储备局,1981.05.

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[3]李策,马开城,刘树立.军事运筹学基本方法.北京:解放军出版社,2004.12:438-447.

[4]陶弈.军事物流中心选址模型及其遗传算法优化.解放军信息工

2007.04(3):36-38.程大学硕士论文,

[5]曾宪钊.军事最优化新方法.北京:军事科学出版社,2005.[6]黄友锐.智能优化算法及其应用.北京:国防工业出版社,2008.

假设有5个备选中央储备库,10个救灾物资发放点,需要从5个备

选中央储备库中选出3个符合要求的储备库,满足调运物资的总成本和总时间最小的目标要求。表1为每个储备库的容量Mi,表2为每个救灾物资发放点的需求量Nj,表3为储备库i到救灾物资发放点j的单位运输费用cij,表4为储备库i到救灾物资发放点j的固定成本dij,表5

(上接第111页)静态图形设计和动态属性设置。

(2)数据数据库设计

数据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。在本窗口内定义不同类型和名称

处理、输出控制、动画连接及设备驱动的对象。的变量,作为数据采集、

本系统需要定义的数据见表2所示。

表2实时数据库变量表变量名称启动正转反转进水阀排水阀液位

类型开关型开关型开关型开关型开关型

注释

控制系统启动的变量控制电机正转的变量控制电机反转的变量控制进水阀“打开”“关闭”、的变量控制排水阀“打开”“关闭”、的变量

then脚本程序),选用各种功能构件。本系统只涉及洗衣机液位控制的

循环脚本程序。

If进水阀=1then液位=液位+1Endif

If排水阀=1then液位=液位-1Endif结束语

基于MCGS和PLC的全自动洗衣机控制系统在实践教学过程中取得了较好的效果,不仅锻炼了学生实际动手接线的能力,而且学生在进行PLC设计及调试时有了形象的显示画面,提高了学生的积极性和主

经实践证明,在PLC教学实践中,借助工控MCGS软件,进行图形动性。绘制、动画设计等功能,开发PLC应用仿真实验界面,实施模拟实训及工业现场动画教学,以达到改善学生的听课效果的目的[3]。参考文献

[1]黄净.电气控制与可编程序控制器[M].北京:机械工业出版社,2004

[2]北京昆仑通态自动化软件科技有限公司.MCGS使用手册[Z].2005

[3]杨洁霞.运用MCGS组态构建全自动洗衣机PLC仿真实验教学的研究.知识经济,2010,10:120-120

数值型洗衣机的水位高度,用来控制洗衣机水位的变化

(3)设备窗口设计

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。通过基本属性和通道连接的设置,把PLC和MCGS软件连接起来。

(4)运行策略设计

运行策略主要完成工程运行流程的控制。包括编写控制程序(if…

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