PLC及MCGSMCGS组态软件具有动画显示流程控制数据采集设备控制与

1组态技术简介

1.1 MCGS组态软件的概述

MCGS组态软件具有动画显示、流程控制、数据采集、设备控制与输出、工程报表、数据与曲线等强大功能，在自动控制中占据主力军的位置，已逐渐成为工业自动化的灵魂。

1.2 MCGS组态软件功能及特点分析

MCGS 全中文组态软件是用于工业过程控制和实时监测的通用计算机系统软件。其功能和特点可分析归纳如下:

( 1) 图形动画显示功能。MCGS 运行于Windows 环境下, 利用其提供的直观图形工具、可视化开发环境, 能够较方便地创建各种复杂的画面; 用简单的状态特征( 即属性) 参数设置、动画连接, 可做出较逼真直观的动态显示效果。

( 2) 实时数据库。它是整个系统的数据交换和处理中心, 可存储不同类型和名称的数据对象, 作为数据采集、处理、输出控制、动画连接及设备驱动的对象。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。

( 3) 内嵌脚本语言。MCGS 提供的内置编程语言称为脚本语言, 其编程语法类似于普通的Basic 语言, 但比其在概念和使用上更为简单直观。通过脚本语言可编写特定的流程控制和操作处理程序, 增强系统的灵活性。

( 4) 开放式的设备管理功能。MCGS 对设备的处理采用了开放式的结构, 使其成为“ 与设备无关”的系统; 利用其相应的设备构件并设置相关属性, 可以对多种硬件设备包括各种PLC进行驱动, 实现系统和工控设备的连接。因此, 基于MCGS 软件的上述功能和特点, 通过组态编程, 可以对控制系统进行实时图形显示监控、报警显示; 此外, 利用MCGS 的其它功能模块, 还能完成所需的报表输出、曲线显示、安全机制等各项功能。

( 5) 应用MCGS 组态软件实现PLC 工作状态监控的方法。基于MCGS 组态软件的PLC 监控系统的典型硬件结构如图1-1 所示, PLC 与上位机( 普通PC 机或工业IPC 机) 之间通过RS232 或RS485 串行线路连接进行通信。PLC 作为可靠性极高的下位机主要承担对工业现场设备的直接控制功能; 而上位机主要承担监控管理功能, 兼备部分控制功能, 如在必要时可脱开PLC 发出启动、停止等命令, 实现远程控制。

上位机 通信连接 ?? 现场通信 PLC PLC 传感器 执行原件 图1-1 PLC 监控系统的典型硬件结构

软件方面, 上位机中既装有与PLC 配套的编程软件, 又装有MCGS 组态软件。利用MCGS 提供的工具, 一般经过以下步骤实现PLC 工作状态的计算机图形监控功能:

( 1) 绘制动画图形。用MCGS 组态软件中提供的基本图形元素及动画构件库, 可在用户窗口内“ 组合”成控制现场中的各种主要元件的画面图形, 例如泵、控制阀、液压缸、行程开关、运动部件等。绘制的现场元件动画图形应在形状、相对位置等方面与控制系统的实际情况相对应。

( 2) 定义数据对象。在对实际现场工程进行简化和抽象处理的基础上, 将代表现场工程特征的各物理量, 作为数据对象加以定义, 如行程开关通断、电磁阀得失电、活塞杆位置、压力大小等都可定义为数据对象。各数据对象具有自身的数值类型、属性及其操作方法, 由各数据对象组成实时数据库。

( 3) 进行动画连接。即设置图形的颜色、大小、位置移动、可见度、闪烁效果等动画属性, 将图形对象与实时数据库中定义的数据对象建立对应连接关系, 用数据对象值的变化来驱动图形对象, 使系统在运行过程中, 产生形象逼真的动画效果, 以直观描述外界现场控制对象的状态变化, 特别是直观显示故障环节。

( 4) 编写控制流程。对于比较复杂的工程控制系统, 仅用常规组态方法可能难以实现相应的控制和计算任务, 这就需要采用MCGS 提供的类似Basic 的内置编程语言, 编制各种特定的流程控制程序和操作处理程序, 从而有助于优化控制过程。

( 5) 与外部PLC 设备的联接调试。根据控制系统所采用的PLC 类型和特征, 首先设置相关的设备属性; 再设定和配置PLC 设备的输入输出通道与系统中数据对象之间的对应关系, 即建立系统实时数据库与PLC 输入输出端口的连接, 使得系统能读取外部设备数据并控制外部设备的工作状态; 最后对整个控制系

统进行调试, 检查组态设置和编程是否正确、硬件是否正常、计算机图形动画显示是否与现场实际动作同步等。

在完成整个工程的组态编程并测试现场工程各部分的工作情况后, 即可实现工程现场PLC 及被控对象工作状态的计算机图形实时监控功能, 此时上位机图形监控界面中的仿真工作流程与现场的实际生产动作同步。当现场发生故障或出现异常情况时, 上位机监控界面中对应的图形元件会同时以醒目颜色、闪烁效果等方式形象直观地显示出故障环节, 并发出音响报警; 这有助于工作人员及时排查故障处理或进行必要的远程控制干预, 从而保证整个PLC 控制系统安全可靠的运行。

1.3 MCGS组态软件的构成

MCGS组态软件由“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。如图1-2： （1）系统构成

图1－2 MCGS系统构成

（2）工程构成

MCGS组态软件所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构成，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。如图1-3：

图1-3 MCGS工控组态

2 设计目的要求及任务

2.1 设计目的

毕业设计的主要目的是通过某一生产设备的电气控制装置的设计实践，了解一般电气控制系统设计过程、设计要求、应完成的工作内容和具体设计方法。通过设计也有助于复习、巩固以往所学的知识，达到灵活应有的目的。电气设计必须满足生产设备和生产工艺的要求，因此，设计之前必须了解设备的用途、结构、操作要求和工艺过程，在此过程中培养从事设计工作的整体观念。毕业设计应强调能力培养为主，在独立完成设计任务的同时，还要注意其他几方面能了的培养与提高，如独立工作能力与创造力；综合运用专业及基础知识的能力，解决实际工程技术问题的能力；查阅图书资料、产品手册和各种工具书的能力；工程绘图的能力；书写及时报告和编制技术资料的能力。

2.2 设计要求

1、利用组态MCGS软件监控PLC实现对工件的自动加工控制； 2、用PLC进行控制； 3、PLC控制器的使用方法；

2.3 设计任务

1、认真研究PLC的软件、硬件及使用方法，仔细研究加工工作原理与过程，制定控制方案；

2、绘制顺序功能图；

3、根据所给出的程序清单（语句表）编制出梯形图； 4、根据控制工艺及要求做好组态动画；

5、相关元器件的计算与选型，制定元器件明细表与I/O分配表； 6、编写设计说明书；

2.4 系统设备构成

1、可编程控制器一个（S7200-224）； 2、工件的自动加工控制板一块； 3、编程软件STEP7-Micro/WIN32； 4、组态MCGS软件； 5、PC/PPI电缆一根；

2.5 设计顺序功能图原理

顺序功能图是一种位于其他编程语言之上的图形语言，用来编制顺序控制

程序，顺序功能图提供了一种组织程序的图形方法，在其中可以用其他语言嵌套编程，步、转换和动作是顺序功能图中三种主要的元件（见图2-1）。顺序功能图用来描述开关量控制系统的功能，根据他可以很容易的画出控制程序梯形图。

步1 转换1

步2 转换2

图2-1

动作1 动作2

1、手工将工件放好，延时30s作为时间间隔，此时汽缸Y1带动的钻臂向下运动，同时电机M1带动的钻头开始旋转。当钻头接近工件的表面（B1=1）时,延时5s（钻臂继续向下钻孔）后，钻比返回。钻臂在B1处出现下降沿时，钻头停止。

2、铰孔加工：加工台在左边时，压上限位开关S5，延时10s，此时汽缸Y2带动的绞臂向下运动，同时电机M2带动的铰刀开始旋转。当铰臂接近工件的表面（B2=1）时，延时5s（铰臂继续向下绞孔）后，铰臂返回。铰臂在B2处出现下降沿时，铰刀停止。

3、小车传送：当钻臂在B1处或铰臂在B2处出现下降沿时，送料下车开始左、右行，压上期限为开关后停止。

4、其他：初次加工时，应按复位按钮S3将送料小车移到右位，该加工应具有记忆功能，按下急停按钮S0或各个电机过载时，加工停止，并产生不同周期的报警信号。

2.6 加工工艺及控制过程

工作方式：单周期、连续循环、手动控制 输入设备：按钮、开关 输出设备：指示灯、电机转动 控制过程动作程序：

1、处在初始位置，且在右限位，此时S4=1；

2、在右限位S4时，按下启动按钮S2钻头电机（M1）和钻头开始旋转并向下运动；

3、定时30s到达工件表面时，工件表面传感器（B1=1）动作，且钻头继续

自动加工监控系统窗口、制作监控画面, 并对画面进行连接变量、连接动画及其权限进行设置。在设备窗口调用驱动程序，定义PLC 的通信协议，开通PLC 通信并与数据库变量实现连接，这些设置非常重要，一定要正确设置，最后编写策略和脚本程序。

4-1MCGS的数据库变量表 变量名类型 称 S1 S2 S3 S4 S5 B1 B2 定时器启动 计时时间 时间到 定时器复位 开关型 开关型 开关型 开关型 开关型 开关型 开关型 开关型 变量说明 停止按钮 启动按钮 复位按钮 送料小车右限位开关 送料小车左限位开关 钻臂下移到位传感器 铰臂下移到位传感器 1启动，0停止 变量名类型 称 K1M K2M K3M K4M Y1 Y2 H1 小车行程 钻头行程 铰刀行程 开关型 开关型 开关型 开关型 开关型 开关型 开关型 数值型 数值型 数值型 变量说明 钻头电机 铰刀电机 送料小车右行 送料小车左行 钻臂下移 铰臂下移 加工正常指示灯 小车型做模拟 钻臂运动模拟 绞臂运动模拟 数值型 定时器计时时间 开关型 开关型 时间到为1，反之0 控制定时器复位，1复位 4.1 建立工程

建立如图4-2所示的工件自动加工控制工程运行效果图。

[1]鼠标单击文件菜单中“新建工程”选项，如果MCGS安装在D：盘根目录下，则会在D：\\MCGS\\WORK\\下自动生成新建工程，默认的工程名为：“新建工程X.MCG”(X表示新建工程的顺序号，如：0、1、2等)

[2]选择文件菜单中的“工程另存为”菜单项，弹出文件保存窗口。 [3]在文件名一栏内输入“工件自动加工”，点击“保存”按钮，工程创建完毕。

图4-2 工件自动加工主界面

4.1.1 建立工件自动加工工程

[1]在“用户窗口”中单击“新建窗口”按钮，建立“窗口0”如图4-3

图4-3 新建用户窗口

[2]选中“窗口0”，单击“窗口属性”，进入“用户窗口属性设置”。 [3]将窗口名称改为：工件自动加工；窗口标题改为：工件自动加工；窗口位置选中“最大化显示”，其它不变，单击“确认”，如图4-4

图4-4 用户窗口属性设置

[4]在“用户窗口”中，选中“工件自动加工”，点击右键，选择下拉菜单中的“设置为启动窗口”选项，将该窗口设置为运行时自动加载的窗口。如图4-5：

图4-5 设置启动窗口

4.1.2编辑画面

选中“工件自动加工”窗口图标，单击“动画组态”，进入动画组态窗口，开始编辑画面。 （1）制作文字框图

[1]单击工具条中的“工具箱”

按钮，打开绘图工具箱。

，鼠标的光标呈“十字”形，在窗

[2]选择“工具箱”内的“标签”按钮

口顶端中心位置拖拽鼠标，根据需要拉出一个一定大小的矩形。

[3]在光标闪烁位置输入文字“工件自动加工系统演示工程”，按回车键或在窗口任意位置用鼠标点击一下，文字输入完毕。

[4]选中文字框，作如下设置： 点击点击点击为：小初

点击

（字符颜色）按钮，将文字颜色设为：黑色，如图4-6 （填充色）按钮，设定文字框的背景颜色为：没有填充； （线色）按钮，设置文字框的边线颜色为：没有边线。

（字符字体）按钮，设置文字字体为：宋体；字型为：粗体；大小

图4-6 字形演示

（2）制作电机

[1]单击绘图工具箱中的如图4-7：

（插入元件）图标，弹出对象元件管理对话框，

图4-7 对象元件库

依照电机的选择方式选取下列各元件。 [2]从“马达”类中选取2个马达（马达30）。 [3]从“传感器”类中选取2个传感器（传感器32）。 [4] 选中工具箱内的常用符号图标

，单击图标

，当鼠标的光标呈“十”

字形，拖动适合距离后，点击鼠标左键，生成一钻头。用同样的方法制成一铰刀。

[5]从“按钮”类中选取3个按钮（按钮82）。 [6]从“指示灯”类中选取指示灯2个（指示灯4）。 [7]利用绘图工具箱的按钮工具增加两个按钮。 [8]使用工具箱中的

图标，分别对元件进行文字注释。

[9]选择“文件”菜单中的“保存窗口”选项，保存画面。如图4-8所示。

图4-8 工件自动加工演示工程画面

4.2 定义数据对象

定义数据对象的内容主要包括：

指定数据变量的名称、类型、初始值和数值范围

确定与数据变量存盘相关的参数，如存盘的周期、存盘的时间范围和保存期限等。

在开始定义之前，我们先对所有数据对象进行分析。在本样例工程中需要用到表4-1所示MCGS数据库变量表：

下面以数据对象“钻头电机”为例，介绍一下定义数据对象的步骤： 单击工作台中的“实时数据库”窗口标签，进入实时数据库窗口页。 单击“新增对象” 按钮，在窗口的数据对象列表中，增加新的数据对象，系统缺省定义的名称为“Data1”、“Data2”、“Data3”等（多次点击该按钮，则可增加多个数据对象）。如图4-9：

图4-9 实时数据库窗口

选中对象，按“对象属性”按钮，或双击选中对象，则打开“数据对象属性设置” 窗口。将对象名称改为：小车行程，对象类型选择：数值型；在对象内容注释输入框内输入：“小车行走模拟”，单击“确认”。如图4-10：

Y2=1 /铰臂气缸启动/ EXIT ENDIF

IF 计时时间<20 THEN

B2=1 /铰臂下移到位传感器启动/ EXIT ENDIF

IF 计时时间<22 THEN

铰刀行程=铰刀行程+2 /铰臂下移/ EXIT ENDIF

IF 计时时间<23 THEN

B2=0 /铰臂下移到位传感器停止/ EXIT ENDIF

IF 计时时间<25 THEN

铰刀行程=铰刀行程-2 /铰臂上移/ K3M=1 EXIT ENDIF

IF 计时时间<34 THEN

小车行程=小车行程+5 / 送料小车右行/ EXIT ENDIF

IF 计时时间>35 THEN

定时器复位=1 /定时器复位，开始循环执行控制过程/ 计时时间=计时时间-计时时间 小车行程=小车行程=5 EXIT

ENDIF属性设置完以后，进入运行环境后单击启动按钮使整个画面动起来，如图5-8所示。

图5-8 工件自动加工运行画面

2.5 设计顺序功能图原理

顺序功能图是一种位于其他编程语言之上的图形语言，用来编制顺序控制程序，顺序功能图提供了一种组织程序的图形方法，在其中可以用其他语言嵌套编程，步、转换和动作是顺序功能图中三种主要的元件（见图2-1）。顺序功能图用来描述开关量控制系统的功能，根据他可以很容易的画出控制程序梯形图。

步1 转换1

步2 转换2

图2-1

动作1 动作2

1、手工将工件放好，延时30s作为时间间隔，此时汽缸Y1带动的钻臂向下运动，同时电机M1带动的钻头开始旋转。当钻头接近工件的表面（B1=1）时,延时5s（钻臂继续向下钻孔）后，钻比返回。钻臂在B1处出现下降沿时，钻头停止。

2、铰孔加工：加工台在左边时，压上限位开关S5，延时10s，此时汽缸Y2带动的绞臂向下运动，同时电机M2带动的铰刀开始旋转。当铰臂接近工件的表面（B2=1）时，延时5s（铰臂继续向下绞孔）后，铰臂返回。铰臂在B2处出现下降沿时，铰刀停止。

3、小车传送：当钻臂在B1处或铰臂在B2处出现下降沿时，送料下车开始左、右行，压上期限为开关后停止。

4、其他：初次加工时，应按复位按钮S3将送料小车移到右位，该加工应具有记忆功能，按下急停按钮S0或各个电机过载时，加工停止，并产生不同周期的报警信号。

2.6 加工工艺及控制过程

工作方式：单周期、连续循环、手动控制 输入设备：按钮、开关 输出设备：指示灯、电机转动 控制过程动作程序：

1、处在初始位置，且在右限位，此时S4=1；

2、在右限位S4时，按下启动按钮S2钻头电机（M1）和钻头开始旋转并向下运动；

3、定时30s到达工件表面时，工件表面传感器（B1=1）动作，且钻头继续下移开始钻孔；

4、定时5s后，钻头开始向上运动，即钻臂返回；

5、当钻臂在B1处出现下降沿时，钻头电机停止旋转，且钻头停止上升，钻孔完毕；

6、同时送料小车向左移动；

7、当小车到达限位开关并按下S5时，铰刀电机（M2）和铰刀旋转，并开始下移；

8、定时10s到达工件表面时，工件表面传感器（B2=1）动作，且交道继续下移开始铰孔；

9、定时5s后，铰刀开始向上运动

10、当铰臂在B2出出现下降沿时，铰刀电机停止旋转，铰刀停止上升，铰孔完成；

11、此时按下复位按钮S3，小车回到右限位；从而回到初始状态，循环执行任务；

12、系统原位及报警：初次加工时, 系统应处于原位, 由原位指示灯是否亮确定系统是否在原位。按复位按钮SB3将运料小车移动到右位, 按下急停按钮S0或电机过载报警时, 加工停止, 同时报警指示灯亮, 蜂鸣器鸣叫。由于带动气缸上下运动的电机(M1、M2)一般不会过载, 所有只对气缸电机M1、M2和小车运行电机M3作过载保护。

3 PLC程序设计

3.1 PLC I/O地址分配

I/O的分配表请参考表3-1 输入 PLC电气地址 符号 I0.0 S0 I0.1 I0.2 I0.3

输出 功能说明 急停按钮 送料小车电机过载 钻头、铰刀电机过载 停止按钮 PLC地址 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 电气符号 K1M K2M K3M K4M 状态 功能说明 钻头电机 铰刀电机 送料小车右行 送料小车左行 状态 NC NC NC NC RF1 RF2 S1

I0.4 I0.5 I0.6 I0.7 I1.0 I1.1 S2 S3 S4 S5 B1 B2 NO NO NO NO NO NO 启动按钮 复位按钮 送料小车右限位开关 送料小车左限位开关 钻臂下移到位传感器 铰臂下移到位传感器 Q0.4 Q0.5 Q0.6 Q0.7 Y1 Y2 H1 BJD 钻臂下移 铰臂下移 加工正常指示灯 报警灯 3.2 PLC的接线图

根据PLC选型和主要工艺要求，以及I/O地址分配数目，并且留有一定的余量。本系统选用S7 - 200( CPU 224), 本机数字量I/O 为24 /16, 满足设计要求。PLC 接线图如3-2所示：

图3-2 PLC外部接线

3.3 PLC的程序设计

PLC程序设计主要是安装工艺要求进行编程，系统分手动和自动两种工作方式。所有的控制工作均由PLC完成。只用MCGS进行状态监控和动画模拟。在PLC程序设计时考虑了软件和硬件连锁，以保证设备和人生安全。自动方式下部分PLC梯形图如图3-3所示及调试如图3-4所示。

将PLC程序通过PC/PPI（个人计算机/点对点接口）下载到PLC的CPU中然后联机调试完成后即可使用。

图3-3 PLC梯形图

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/buog.html