本本科科畢畢業業設設計計 論論文文 題 目 反應釜 PLC 智能控制系統設計 學 院 年 級 專 業 機械工程及自動化 班 級 學 號 指導教師 職 稱 論文提交日期 如需組態文件 聯系 QQ 425662555 常熟理工學院本科畢業設計 論文 誠信承諾書 本人鄭重聲明 所呈交的本科畢業設計 論文 是本人在導師的指導下 獨立進行研究工作所取得的成果 除文中已經注明引用的內容外 本論文不 含任何其他個人或集體已經發表或撰寫過的作品成果 對本文的研究做出重 要貢獻的個人和集體 均已在文中以明確方式標明 本人完全意識到本聲明 的法律結果由本人承擔 本人簽名 日期 常熟理工學院本科畢業設計 論文 使用授權說明 本人完全了解常熟理工學院有關收集 保留和使用畢業設計 論文 的規 定 即 本科生在校期間進行畢業設計 論文 工作的知識產權單位屬常熟理 工學院 學校有權保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和電子版 允許畢業設計 論文 被查閱和借閱 學校可以將畢業設計 論文 的全部或部分 內容編入有關數據庫進行檢索 可以采用影印 縮印或掃描等復制手段保存 匯編畢業設計 論文 并且本人電子文檔和紙質論文的內容相一致 保密的畢業設計 論文 在解密后遵守此規定 本人簽名 日期 導師簽名 日期 如需組態文件 聯系 QQ 425662555 I 反應釜 PLC 智能控制系統設計 摘 要 本組課題是對液體自動混合裝置的模擬控制 實現液體混合裝置的自動添加液體 自動混合等自動控制功能 在本設計的梯形圖設計中是運用計時器和步進指令來完成 在 PLC 程序設計的基礎上結合有關的外圍設備形成一個易于工業控制的系統整體 在 易于擴展其功能的原則而設計 本監控系統采用 PLC 為控制核心 具備自動混合兩種 液體的功能 由傳感器檢測儲藏罐中的液面高度 按順序加入 A 和 B 兩種液體 攪 拌 60s 后放出混合液體 過程監控上 我們采用的是 MCGS 組態軟件 這是我國自主 研發的組態軟件 適用于各品牌的 PLC 其中主要進行的是設備元器件的選擇 PLC 的選型 外部硬件接線圖 以及繪制 所要實現的功能圖 進而 PLC 編程控制軟件中仿真調試 輸出對應的指令表 在 MCGS 中設計監控的人機界面 對于儲藏罐以及傳感器和電磁閥和流動塊的屬性設置 最后將 PLC 中的程序同步到 MCGS 中 進行仿真調試 實現界面的實時監控 關鍵詞關鍵詞 液體自動混合 可編程控制器 PLC MCGS 組態軟件 如需組態文件 聯系 QQ 425662555 II Abstract This topic is for liquid automatically mixing device simulation control the fulfilling liquid mixing device automatically add liquid automatic mixing automatic control function In this design ladder diagram design is application of a timer and step instructions to finish On the basis of the PLC program design combined with related peripheral devices formed an easy to industrial control of the whole system easy to expand its function in the principle of design The monitor system adopts PLC as control core with automatic mixing two liquids function by the tanks sensor test highly liquid surface in order to join A and B two liquids stirring 1min after release mixture liquid Process monitoring we use is MCGS software this is our country self developed configuration software applicable to the brand of PLC In the course design of main equipment of the components PLC selection external hardware hookup With weathering steel during commissioning output of simulation corresponding instruction form In the MCGS in design human machine interface for monitoring and tanks sensor and solenoid and flow pieces of attribute to set will last a program in a PLC synchronization to MCGS debugging realize simulation Keywords liquid automatically mixing PLC programmable controller MCGS 如需組態文件 聯系 QQ 425662555 III 目錄 第一章 概述 1 1 1 PLC 的結構與特點 1 1 1 1 PLC 的基本結構 1 1 1 2 PLC 的特點 2 1 2 PLC 的發展趨勢 3 第二章 硬件設計 4 2 1 總體方案設計 4 2 2 1 總體方案介紹 4 2 2 液體混合器總體結構 5 2 3 液位傳感器的選擇 6 2 4 攪拌機的選擇 7 2 5 電磁閥的選擇 8 2 6 接觸器的選擇 9 2 7 熱繼電器的選擇 10 2 8 PLC 的選擇 10 第三章 程序設計 13 3 1 功能圖 13 3 2 梯形圖 14 3 3 PLC 輸人 輸出地址分配 15 3 4 液體混合器輸入輸出接線圖 16 3 5 手動控制 16 第四章 基于 MCGS 的監控系統設計 17 如需組態文件 聯系 QQ 425662555 IV 4 1 什么是 MCGS 組態軟件 17 4 2 MCGS 組態軟件系統構成 17 4 2 1 MCGS 組態軟件的整體結構 17 4 2 2 MCGS 組態軟件五大組成部分 18 4 3 MCGS 組態軟件的特點及選型 19 4 3 1 MCGS 的主要特點 19 4 3 2 MCGS 的選型 19 4 4 基于 MCGS 的反應釜監控系統設計 21 4 4 1 組建系統工程 21 4 4 2 畫面中構件的屬性設置 22 第五章 MCGS 與 PLC 通信及工程模擬 25 5 1 制作動畫顯示畫面 25 5 2 腳本程序編寫 26 5 3 建立設備構件 27 5 4 程序下載整體運行與綜合測試 28 總結 30 參考文獻 31 致謝 32 如需組態文件 聯系 QQ 425662555 V 如需組態文件 聯系 QQ 425662555 1 第一章 概述 1 11 1 PLCPLC 的結構與特點的結構與特點 隨著微處理器 計算機和數字通信技術的飛速發展 計算機控制已經廣泛應用在 所有的工業領域 現代社會要求制造業對市場需求作出迅速的反應 生產出小批量 多品種 多規格 低成本和高質量的產品 為了滿足這一要求 生產設備和自動生產 線的控制系統必須具有極高的可靠性和靈活性 可編程控制器 Programmable Logic Controller 正是順應了這一要求出現的 它是以微處理器為基礎的通用工業控制裝置 可編程控制器簡稱為 PLC 它的應用面廣 功能強大 使用方便 已經成為當代 工業自動化的主要支柱之一 PLC 廣泛的應用在各種機械設備和生產過程的自動控制 系統中 PLC 在其他領域 例如在民用和家庭自動化中應用也得到了迅速的發展 國際電工委員會 International Electrical Committee IEC 在 1987 年標準草案第 3 稿中對 PLC 作了如下的定義 PLC 是一種數字運算的電子系統 專為工業環境下應 用而設計 它采用可編制程序的存儲器 用來在其內部存儲執行邏輯運算 順序控制 定時 計數和算術運算等操作的指令 并通過數字式或模擬式的輸入和輸出 控制各 種類型的生產機械或生產過程 可編程控制器及其有關的外圍設備 都應按照易于與 工業控制系統形成一個整體 易于擴展其功能的原則而設計 從上述定義可以看出 PLC 是一種用程序來改變控制功能的工業控制計算機 除了能完成各種控制功能外 還有與其他計算機通信聯網的功能 1 1 1 1 PLC 的基本結構 PLC 主要由 CPU 模塊 輸入模塊 輸出模塊和編程器組成 如圖 1 1 所示 如需組態文件 聯系 QQ 425662555 2 圖 1 1 PLC 的控制系統示意圖 1 1 2 PLC 的特點 PLC 能如此迅速發展的原因 除了工業自動化的客觀需要外 還有許多獨特的優點 它較好地解決了工業控制領域中普遍關心的可靠 安全 靈活 方便 經濟等問題 其主要特點如下 1 可靠性高 抗干擾能力強 可靠性指的是 PLC 平均無故障工作時間 由于 PLC 采取了一系列硬件和軟件抗干 擾 措施 具有很強的抗干擾能力 平均無故障時間達到數萬小時以上 可以直接用于有 強烈干擾的工業生產現場 PLC 已被廣大用戶公認為是最可靠的工業控制設備之一 主要有這樣幾方面 1 輸入 輸出均采用光電隔離 提高了抗干擾能力 2 主機的 輸人電源與輸出電源均可相互獨立 減少了電源間干擾 3 采用循環掃描工作方式 提高抗干擾能力 4 內部采用 監視器 電路 有良好的自診斷功能 以保證 CPU 可靠地工作 5 采用密封防塵抗震的外殼封裝及內部結構 可適應惡劣環境 6 在 軟件方面 增加故障檢測和程序診斷等措施 2 控制功能強一臺小型 PLC 內有成百上千個可供用戶使用的編程元件 可以實現 非 常復雜的控制功能 與相同功能的繼電器系統相比 它具有很高的性能價格比 PLC 可以通信聯網 實現分散控制與集中管理 如需組態文件 聯系 QQ 425662555 3 3 用戶使用方便 PLC 產品已經標準化 系列化 模塊化 配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選 用 用戶能靈活方便地進行系統配置 組成不同功能 不同規模的系統 PLC 的安裝 接線也很方便 有較強的帶負載能力 可以直接驅動一般的電磁閥和交流接觸器 硬 件配置確定后 可進行在線修改 柔性好 通過修改用戶程序 方便快速地適應工藝 條件的變化 4 編程方便 簡單 梯形圖是 PLC 使用最多的編程語言 其電路符號 表達方式與繼電器電路原理圖 相似 梯形圖語言形象 直觀 簡單 易學 熟悉繼電器電路圖的電氣技術人員只要 花幾天時間就可以熟悉梯形圖語言 并用來編制用戶程序 5 設計 安裝 調試周期短 PLC 用軟件功能取代了繼電器控制系統中大量的中間繼電器 時間繼電器 計數 器等器件 使控制柜的設計 安裝 接線工作量大大減少 縮短了施工周期 PLC 的 用戶程序可以在實驗室模擬調試 模擬調試好后再將 PLC 控制系統在生產現場進行安 裝和接線 在現場的統一調試過程中發現的問題一般通過修改程序就可以解決 大大 縮短了設計和投運周期 6 易于實現機電一體化 PLC 體積小 重量輕 功耗低 抗振防潮和耐熱能力強 使之易于安裝在機器設 備內部 制造出機電一體化產品 目前以 PLC 作為控制器的計算機數控裝置 CNC 設 備和機器人裝置已成為典型 11 1 21 2 PLCPLC 的發展趨勢的發展趨勢 目前 PLC 及其網絡技術發展勢頭迅猛 PLC 及網絡成為工企自動化設備的首選 由 PLC 組成的多級分布式 PLC 網絡成為 CIMS 系統的基礎組成部分 成為現代工業自 動化設備的三大支柱 可編程控制技術 機器人技術 CAD CAM 技術 之一 為了 適應信息技術的發展與工廠自動化的需要 PLC 的各種功能不斷進步 一方面 PLC 在繼續提高 CPU 運算速度 位數的同時 開發了適應與過程控制 運動控制的特殊功 能與模塊 使 PLC 的應用范圍開始涉及工業自動化的全部領域 與此同時 PLC 的網 絡與通信功能得到迅速發展 PLC 不僅可以連接傳統的編程與通用輸入 輸出設備 還 如需組態文件 聯系 QQ 425662555 4 可以通過各種總線構成各個網絡 為工廠自動化奠定了基礎 這一時期 典型的 PLC 產品有西門子的 Simatic S5 系列 歐姆龍公司的 C 系列 松下電工的 FP 系列 三菱的 FX 系列 施耐德公司的 TSX Compact 系列 Twido 等 第二章 硬件設計 2 12 1 總體方案設計總體方案設計 整個設計過程是按思想工藝流程設計 為設備安裝 運行和保護檢修服務 設計 的編寫按照國家關于電氣自動化工程設計中的電氣設備常用基本圖形符號 GB4728 及其他相關標準和規范編寫 設計原則主要包括 工作條件 工程對電氣控制線路提 供的具體資料 系統在保證安全 可靠 穩定 快速的前提下 盡量做到經濟 合理 合用 減小設備成本 在方案的選擇 元器件的選型時更多的考慮新技術 新產品 控制由人工控制到自動控制 由模擬控制到微機控制 使功能的實現由一到多而且更 加趨于完善 對于本課題來說 如果液體混合系統部分是一個較大規模工業控制系統的改造升 級 新控制裝置需要根據企業設備和工藝現況來構成并需盡可能的利用舊系統中的元 器件 對于人機交互方式改造后系統的操作模式應盡量和改造前的相類似 以便于操 作人員迅速掌握 從企業的改造要求可以看出在新控制系統中既需要處理模擬量也需 要處理大量的開關量 系統的可靠性要高 人機交互界面友好 應具備數據儲存和分 析匯總的能力 要實現整個液體混合控制系統的設計 需要從怎樣實現各電磁閥的開關以及電動 機啟動的控制這個角度去考慮 現在就這個問題的如何實現以及選擇怎樣的方法來確 定系統方案 2 2 1 總體方案介紹 就目前的現狀有以下幾種控制方式滿足系統的要求 繼電器控制系統 單片機控 制 工業控制計算機控制 可編程序控制器控制 1 繼電器控制系統 控制功能是用硬件繼電器實現的 繼電器串接在控制電路 中根據主電路中的電壓 電流 轉速 時間及溫度等參量變化而動作 以實現電力拖 動裝置的自動控制及保護 系統復雜 在控制過程中 如果某個繼電器損壞 都會影 響整個系統的正常運行 查找和排除故障往往非常困難 雖然繼電器本身價格不太貴 如需組態文件 聯系 QQ 425662555 5 但是控制柜的安裝接線工作量大 因此整個控制柜價格非常高 靈活性差 響應速度 慢 2 單片機控制 單片機作為一個超大規模的集成電路 機構上包括 CPU 存儲 器 定時器和多種輸入 輸出接口電路 其低功耗 低電壓和很強的控制功能 成為功 控領域 尖端武器 日常生活中最廣泛的計算機之一 但是 單片機是一片集成電路 不能直接將它與外部 I O 信號相連 要將它用于工業控制還要附加一些配套的集成電 路和 I O 接口電路 硬件設計 制作和程序設計的工作量相當大 3 工業控制計算機控制 工控機采用總線結構 各廠家產品兼容性強 有實時 操作系統的支持 在要求快速 實用性強 功能復雜的領域中占優勢 但工控機價格 較高 將它用于開關量控制有些大材小用 且其外部 I O 接線一般都用于多芯扁平電 纜和插頭 插座 直接從印刷電路板上引出 不如接線端子可靠 4 可編程序控制器控制 可編程序控制器配備各種硬件裝置供用戶選擇 用戶 不用自己設計和制作硬件裝置 只須確定可編程序控制器的硬件配制和設計外部接線 圖 同時采用梯形圖語言編程 用軟件取代繼電器電器系統中的觸點和接線 通過修 改程序適應工藝條件的變化 可編程控制器 PLC 從上個世紀 70 年代發展起來的一種新型工業控制系統 起初 它主要是針對開關量進行邏輯控制的一種裝置 可以取代中間繼電器 時間繼電器等 構成開關量控制系統 隨著 30 多年來微電子技術的不斷發展 PLC 也通過不斷的升級 換代大大增強了其功能 現在 PLC 已經發展成為不但具有邏輯控制功能 還具有過程 控制功能 運動控制功能和數據處理功能 連網通訊功能等多種性能 是名符其實的 多功能控制器 由 PLC 為主構成的控制系統具有可靠性高 控制功能強大 性價比高 等優點 是目前工業自動化的首選控制裝置 2 22 2 液體混合器總體結構液體混合器總體結構 由圖 2 1 可知是一液體混合裝置的工作示意圖 用于將兩種液體按一定的比例進 行充分混合 如需組態文件 聯系 QQ 425662555 6 圖 2 1 液體混合裝置的工作示意圖 此裝置需要控制的元件有 其中 I H L 為液面傳感器 液面到達該位置是傳感 器接通 YV1 YV2 YV3 為電磁閥 M 為攪拌機 另外還有控制電磁閥和電動機的 1 個交流接觸器 KM 所有這些元件的控制都屬于數字量控制 可以通過引線與相應的 控制系統連接從而達到控制效果 混合裝置的工作過程如下 1 按啟動按鈕 SB1 后 電磁閥 YV1 通電打開 液體 A 流入容器 2 當液位高度到達 I 時 液位傳感器 I 接通 此時電磁閥 YV1 斷電關閉 而電 磁 閥 YV2 通電打開 液體 B 流入容器 3 當液位高度到達 H 時 液位傳感器 H 接通 這是電磁閥 YV2 關閉 同時啟 動電動機 M 攪拌 4 1min 后 電動機 M 停止攪拌 這時電磁閥 YV3 自動打開 放出混合后的液 體到下一道工序 5 當液位高度下降到 L 后 再延時 2s 電磁閥 YV3 斷電關閉 并自動開始新 的工作周期 此外 該液體混合裝置在按下停機按鈕 SB2 時 要求不要立即停止 而是將停機 信 號記憶下來 直到完成一個工作循環才停止工作 2 32 3 液位傳感器的選擇液位傳感器的選擇 選用上海儀華浮球液位開關 UQK 10 液位計 如圖 2 2 所示 UQK 10 液位開關基于浮力原理工作 浮球隨液位上下移動 驅動相應開關元件 動作 磁鋼式浮球液位控制器由兩個互不相通的測量部分和輸出部分組成 當被測液 位發生變化時 浮球隨之變化 從而使端部磁鋼上 下擺動 根據磁鋼同性相斥原理 使安裝在外殼內的磁鋼反向擺動 驅動微動開關接通或斷開 本產品微動開關采用德 國 Veeder Root 公司的產品 動作可靠 壽命長 如需組態文件 聯系 QQ 425662555 7 UQK 10 液位計各項技術參數如下 1 型號 UQK 10 2 工作溫度 標準型 40 150 3 工作壓力 4 0MPa 4 接液材質 不銹鋼 防腐型 PPR 5 觸點容量 AC250 7A 圖 2 2 UQK 10 液位計 2 42 4 攪拌機的選擇攪拌機的選擇 選用宜興市諾德環保設備有限公司 SIBLD 1 立式攪拌機 如圖所示 SIBLD 1 立式攪拌機是采用擺線齒輪合行星傳動原理 是當今國內最先進的傳動 工具 具有鈕距大 傳動效率高 功率大 壽命長 價格低 主要技術參數如下 1 型號 SIDLD 1 2 攪拌機類型 行星攪拌機 3 應用領域 水處理 4 物料類型 液 液 5 布局形式 立式 6 電壓 220V 50Hz 表 2 1 SIBLD 1 立式攪拌機參數 型號功率 KW 桶容積 L 軸轉速 rpm 軸直徑 cm 軸長 cm 葉輪 cm 如需組態文件 聯系 QQ 425662555 8 SIDLD 11 5500010 136 2060 20025 圖 2 3 SIBLD 1 立式攪拌機 其硬件接線如圖 2 4 圖 2 4 攪拌機硬件接線圖 2 52 5 電磁閥的選擇電磁閥的選擇 選用上海金鋼自控閥門有限公司的 ZCA 1P 電磁閥 如圖所示 2 5 其主要參數如下 1 型號 ZCA 1P 2 介質溫度 90 3 適用于中性介質 4 壓力 MPa 0 07 1 6 MPa 如需組態文件 聯系 QQ 425662555 9 5 功率 15W 6 使用電壓 220V 50Hz 7 防護等級 IP65 8 材料 閥體采用不銹鋼 密封采用氟橡膠 FKM 9 環境溫度 20 60 圖 2 5 ZCA 1P 電磁閥 2 62 6 接觸器接觸器的選擇的選擇 選用 樂清市上誠電氣有限公司的 CJ20 10 型接觸器 如圖 2 6 所示 其中 C 表示接觸器 J 表示交流 20 為設計編號 10 為主觸頭額定電流 相關元件主要技術參數及原理如下 1 操作頻率為1200 h 2 機電壽命為1000 萬次 3 主觸頭額定電流為10 A 4 額定電壓為220 V 5 功率為 2 5KW 如需組態文件 聯系 QQ 425662555 10 表 2 2 CJ20 10 型接觸器尺寸 型號 ABCaBF CJ20 1044 567 510735 0 3155 0 37105 圖 2 7 CJ20 10 型接觸器結構圖 2 72 7 熱繼電器的選擇熱繼電器的選擇 選用 JR16B 60 3D 型熱繼電器 如圖 2 8 所示 其中 J 表示繼電器 D 帶斷相保護 相關元件主要技術參數及原理如下 1 額定電流為20 A 圖 2 6 CJ20 10 型接觸 器 圖 2 8 JR16B 60 3D 型熱繼電器 如需組態文件 聯系 QQ 425662555 11 2 熱元件額定電流為32 45 A 2 82 8 PLCPLC 的選擇的選擇 傳統的控制方法是采用繼電器 接觸器控制 這種控制系統較復雜 并且大量 的硬件接線使系統可靠性降低 也間接地降低了設備的工作效率 采用可編程控制器 較好地解決了這一問題 可編程控制器是一種將計算機技術 自動控制技術和通信技 術結合在一起的新型工業自動控制設備 不僅能實現對開關量信號的邏輯控制 還能 實現與上位計算機等智能設備之間的通信 因此 將可編程控制器應用于多種液體混 合灌裝機 完全能滿足控制要求 且具有操作簡單 運行可靠 工藝參數修改方便 自動化程度高等優點 1 在本控制系統中 所需的開關量輸入為5點 開關量輸出為4點 考慮到系統的可 擴展性和維修的方便性 選擇模塊式PLC 之所以選擇這種PLC 主要考慮FX系列PLC 有以下特點 2 1 豐富的指令系統 在FX系列PLC中 即使是小型機 也具有近200條指令 除能實現一般的邏輯控制外 還可進行運動控制 復雜數據處理 甚至可直接控制變 頻器實現電動機調速控制 而且各類PLC產品的指令系統都具有向上兼容性 便于應 用程序的移植 2 快速的CPU處理速度 大程序容量 3 大的網絡通信功能 可直接連接調制解調器 可方便地與其他PLC或上位機 連成通信網絡 通過上位計算機對生產現場的PLC進行實時監控 在生產規模較大 所控制的機床達到兩臺以上時 可采用1 n上位鏈接通信方式 用一臺計算機管理多 臺床 構成一個二級分布式集一散控制系統 4 編程及監控功能強大 維護簡單 價格適中 國際電工委員會 International Electrotechnical Commission IEC 頒布的 PLC 的定 義為 可編程控制器是一種數字運算操作的電子系統 專為在工業環境下的應用而設 計 它采用可編程序的存儲器 用來在其內部存儲執行邏輯運算 順序控制 定時 計數和算數運算等操作的指令 并通過數字的 模擬的輸入和輸出來控制各種類型的 機械或生產過程 可編程控制器及其有關設備 都應該按易于與工業控制系統形成一 個整體 易于擴充其功能的原則設計 如需組態文件 聯系 QQ 425662555 12 PLC 的一般結構如圖 2 9 所示 由圖可見主要有 6 個部分組成 包括 CPU 中央處 理器 存儲器 輸入 輸出接口電路 電源 外設接口 I O 擴展接口 圖 2 9 PLC 的一般結構 1 中央處理單元 CPU 與通用計算機中的 CPU 一樣 PLC 中的 CPU 也是整個系統的核心部件 主要有 運算器 控制器 寄存器及實現它們之間聯系的地址總線 數據總線和控制總線構成 此外還有外圍芯片 總線接口及有關電路 CPU 在很大程度上決定了 PLC 的整體性能 如整個系統的控制規模 工作速度和內存容量等 2 存儲器 存儲器存放系統軟件的存儲器稱為系統程序存儲器 存放應用軟件的存儲器稱為 用戶程序存儲器 PLC 常用的存儲器類型有 RAM EPROM EEPROM 等 3 I O 模塊 輸入模塊和輸出模塊通常稱為 I O 模塊或 I O 單元 PLC 的對外功能主要是通過各 種 I O 接口模塊與外界聯系而實現的 輸入模塊和輸出模塊是 PLC 與現場 I O 裝置或 設備之間的連接部件 起著 PLC 與外部設備之間傳遞信息的作用 通常 I O 模塊上還 有狀態顯示和 I O 接線端子排 以便于連接和監視 4 電源模塊 輸入 輸出接口電路是 PLC 與現場 I O 設備相連接的部件 它的作用是將輸入信 號轉換為 PLC 能夠接收和處理的信號 將 CPU 送來的弱電信號轉換為外部設備所需要 的強電信號 5 如需組態文件 聯系 QQ 425662555 13 本設計選三菱 FX2N 30MR 的 PLC 如圖 2 10 所示 它是一種整體式結構的小型 PLC 并且指令豐富 功能強大 可靠性高 適應性好 結構緊湊 便于擴展 性價 比高 并且有多種特殊功能模塊或功能擴展板 可以實現多軸定位控制 設計中使用 的 PLC 所用的模塊共有 I O 總數 30 點 其中輸入點 16 點 輸出點 14 點 內置高速計 數器 具有 PID 控制器功能 并且通過通信擴展板或特殊適配器可以實現多種通信和 數據鏈接 例如 CC Link AS i RS 232C RS 422 可以實現與 MCGS 虛擬機的通訊 連接 N N 鏈接 并行鏈接 計算機鏈接 和 I O 鏈接等 圖 2 10 三菱 FX2N 30MR PLC 如需組態文件 聯系 QQ 425662555 14 第三章 程序設計 3 13 1 功能圖功能圖 圖 3 1 液體混合功能圖 如需組態文件 聯系 QQ 425662555 15 3 23 2 梯形圖梯形圖 按啟動按鈕 SB1 后 電磁閥 YV1 通電打開 液體 A 流入容器 當液位高度到達 I 時 液位傳感器 I 接通 此時電磁閥 YV1 斷電關閉 而電磁閥 YV2 通電打開 液體 B 流入容器 當液位高度到達 H 時 液位傳感器 H 接通 這時電磁閥 YV2 關閉 同時啟動電 動 機 M 攪拌 1min 后 電動機 M 停止攪拌 這時電磁閥 YV3 自動打開 放出混合 如需組態文件 聯系 QQ 425662555 16 后的液體到下一道工序 當液位高度下降到 L 后 再延時 2s 電磁閥 YV3 斷電關閉 并自動開始新的工作 周期 3 33 3 PLCPLC 輸人 輸出地址分配輸人 輸出地址分配 表 3 1 輸入 輸出地址分配 IO 輸入點地址功能輸出點地址功能 X0 SB1 啟動按鈕 Y1 打開電磁閥 YV1 X1 I 液位傳感器 Y2 打開電磁閥 YV2 X2 H 液位傳感器 Y0 啟動攪拌機攪 X3 L 液位傳感器 Y3 打開電磁閥 YV3 X4 SB2 停止按鈕 如需組態文件 聯系 QQ 425662555 17 3 43 4 液體混合器輸入輸出接線圖液體混合器輸入輸出接線圖 兩種液體混合裝置輸入輸出接線圖 1 按啟動按鈕 SB1 后 電磁閥 YV1 通電打開 液體 A 流入容器 當液位高度到 達 I 時 液位傳感器 I 接通 此時電磁閥 YV1 斷電關閉 而電磁閥 YV2 通電打 開 液體 B 流入容器 2 當液位高度到達 H 時 液位傳感器 H 接通 這時電磁閥 YV2 關閉 同時啟動 電動機 M 攪拌 1min 后 電動機 M 停止攪拌 這時電磁閥 YV3 自動打開 放 出混合后的液體到下一道工序 3 當液位高度下降到 L 后 再延時 2s 電磁閥 YV3 斷電關閉 并自動開始新的工 作周期 圖3 3 PLC 的接線圖 3 53 5 手動控制手動控制 當 PLC 控制系統出現故障是 可以啟動手動控制 三個手動控制閥與三個電磁閥 如需組態文件 聯系 QQ 425662555 18 并聯安裝 通過控制手動閥的開關來控制液位 手動啟動攪拌機混合兩種液體 第四章 基于 MCGS 的監控系統設計 4 14 1 什么是什么是 MCGSMCGS 組態軟件組態軟件 MCGS Monitor and Control Generated System 通用監控系統 是一套基于 Windows 平臺的 用于快速構造和生成上位機監控系統的組態軟件系統 可運行于 Microsoft Windows95 98 Me NT 2000 等操作系統 MCGS 為用戶提供了解決實際工程問題的完整方案和開發平臺 能夠完成現場數 據采集 實時和歷史數據處理 報警和安全機制 流程控制 動畫顯示 趨勢曲線和 報表輸出以及企業監控網絡等功能 使用 MCGS 用戶無須具備計算機編程的知識 就可以在短時間內輕而易舉地完 成一個運行穩定 功能全面 維護量小并且具備專業水準的計算機監控系統的開發工 作 MCGS 具有操作簡便 可視性好 可維護性強 高性能 高可靠性等突出特點 已成功地應用于石油化工 鋼鐵行業 電力系統 水處理 環境監測 機械制造 交 通運輸 能源原材料 農業自動化和航空航天等領域 經過各種現場的長期實際運行 系統穩定可靠 15 4 24 2 MCGSMCGS 組態軟件系統構成組態軟件系統構成 4 2 1 MCGS 組態軟件的整體結構 MCGS 軟件系統包括組態環境和運行環境兩個部分 組態環境相當于一套完整的工 具 軟件 用來幫助用戶設計和構造自己的應用系統 運行環境則按照組態環境中構造的 組態工程 以用戶指定的方式運行 并進行各種處理 完成用戶組態設計的目標和功 能 組態環境和運行環境的關系如圖 4 1 所示 組態環境 組態生成 應用系統 運行環境 解釋執行 組態結果 組態結果 數據庫 如需組態文件 聯系 QQ 425662555 19 圖 4 1 組態環境與運行環境的關系 4 2 2 MCGS 組態軟件五大組成部分 用 MCGS 組態軟件建立的工程由主控窗口 設備窗口 用戶窗口 實時數據庫和 運行策略五部分構成 每一部分分別進行組態操作 可完成不同的工作 且具有不同 的特性 1 主控窗口 主控窗口確定了工業控制中工程作業的總體輪廓 運行流程 菜單命令 特性參 數和啟動特性等內容 是應用系統的主框架 在主控窗口中可以放置一個設備窗口和 多個用戶窗 VI 主控窗口負責調度和管理這些窗口的打開或關閉 主要的組態操作包 括 定義工程名稱 編制工程菜單 設計封面圖形 確定自動啟動的窗口 設定動畫 刷新周期 指定數據庫存盤文件名稱及存盤時間等 2 設備窗口 設備窗口是連接和驅動外部設備的工作環境 設備窗 El 專門用來放置不同類型和 功能的設備構件 實現對外部設備的操作和控制 設備窗口通過設備構件把外部設備 的數據采集進來 送入實時數據庫 或把實時數據庫中的數據輸出到外部設備 一個 應用系統只有一個設備窗口 運行時 系統自動打開設備窗口來管理和調度所有設備 構件正常工作 并在后臺獨立運行 3 用戶窗口 用戶窗口主要用于設置工程中人機交互的界面 其中可以放置三種不同類型的圖 形對象 圖元 圖符和動畫構件 圖元和圖符對象為用戶提供了一套完善的設計制作 圖形畫面和定義動畫的方法 動畫構件對應于不同的動畫功能 它們是從工程實踐經 驗中總結出的常用的動畫顯示與操作模塊 用戶可以直接使用 通過在用戶窗口內放 置不同的圖形對象來搭建多個用戶窗口 用戶可以構造各種復雜的圖形界面 以便用 如需組態文件 聯系 QQ 425662555 20 不同的方式實現數據和流程的 可視化 4 實時數據庫 實時數據庫是工程各個部分的數據交換與處理中心 是 MCGS 系統的核心 它將 MCGS 工程的各個部分連接成有機的整體 本窗口內定義的不同類型和名稱的變量 將作為數據采集 處理 輸出控制 動畫連接及設備驅動的對象 5 運行策略 運行策略是對系統運行流程實現有效控制的手段 本窗口主要完成對工程運行流 程的控制 包括編寫控制程序 IF THEN 腳本程序 和選用各種功能構件 例如數據提 取 定時器 配方操作和多媒體輸出等 15 4 34 3 MCGSMCGS 組態軟件的特點及選型組態軟件的特點及選型 4 3 1 MCGS 的主要特點 MCGS 的主要特點如下 9 1 簡單靈活的可視化操作界面 2 實施性強 良好的并行處理性能 3 豐富生動的多媒體畫面 4 開放式結構 廣泛的數據獲取和強大的數據處理功能 5 完善的安全機制 6 強大的網絡功能 7 多樣化的報警功能 8 實時數據庫為用戶分布處理組態提供極大的方便 9 支持多種硬件設備 實現 設備無關 10 控制方便復雜的運行流程 11 良好的可維護性和可擴充性 12 用數據庫來管理數據存儲 系統可靠性高 13 設立對象元件庫 組態工作簡單方便 14 實現對工控系統的分布式控制和管理 如需組態文件 聯系 QQ 425662555 21 4 3 2 MCGS 的選型 MCGS TPC 是由北京昆侖通態投資 打造的新一代嵌入式一體化人機界面新產品 MCGS TPC 一經誕生 就因其先進的理念 卓越的性能 精美的外觀而一枝獨秀 使 同類產品黯然失色 MCGS TPC 一開始就受到廣大客戶的重視 它必將承擔起歷史的 重任 成為領導全球的 HMI 名族品牌 圖 4 2 MCGS TPC 選型圖表 本設計主要選擇 MCGS TPC7062K 圖 4 3 MCGS TPC7062K 產品外觀 TPC 7062K 八大優勢 高清 800X480 分辨率 體驗精致 自然 通透的高清盛宴 真彩 65535 色數字真彩 豐富的圖形庫 享受頂級震撼畫質 如需組態文件 聯系 QQ 425662555 22 可靠 抗干擾性能達到工業 III 級標準 采用 LED 背光永不黑屏 配置 ARM9 內核 400MHz 主頻 64M 內存 128M 存儲空間 軟件 MCGS 全功能組態軟件 支持 U 盤備份恢復 功能更強大 環保 低功耗 整機功耗僅 5W 發展綠色工業倡導能源節約 時尚 7 寸寬屏顯示 超輕 超薄 機身設計 引領簡約時尚 服務 立足中國 全方位 本土化服務 星級標準 用戶至上 4 44 4 基于基于 MCGSMCGS 的反應釜監控系統設計的反應釜監控系統設計 4 4 1 組建系統工程 MCGS組態軟件安裝在計算機中 雙擊桌面 組態環境 圖標 進入MCGS組態環 境 單擊 用戶窗口 新建窗口 后 在用戶窗口中新建一個 窗口0 并選中 它 單擊 窗口屬性 按鈕 進入窗口屬性設置界面 如圖4 4 圖4 4 用戶窗口屬性設置 然后進行工程的創建 組建系統工程 如圖4 5 如需組態文件 聯系 QQ 425662555 23 圖 4 5 組態工程 4 4 2 畫面中構件的屬性設置 按啟動按鈕后 電磁閥 YV1 通電打開 液體 A 流入容器 當液位高度到達 50 時 液位傳感器 1 接通 此時電磁閥 YV1 斷電關閉 而電磁閥 YV2 通電打開 液體 B 流入 容器 當液位高度到達 100 時 液位傳感器 2 接通 這是電磁閥 YV2 關閉 同時啟動 電動機 M 攪拌 1min 后 電動機 M 停止攪拌 這是電磁閥 YV3 自動打開 放出混 合后的液體到下一道工序 當液位高度下降到 20 后 再延時 2s 電磁閥 YV3 斷電關 閉 并自動開始新的工作周期 按停止按鈕后 待本循環結束后停止 根據 PLC 控制 系統的 I O 表 對液體自動混合畫面中的各個相關構件進行屬性設置 定義數據變量 在實時數據庫中定義 如圖 4 6 所示 在液體自動混合畫面中可 以看出 需要定義的數據變量有 控制 A 液體閥門和相應的流動塊 控制 B 液體閥門 和相應的流動塊 排放混合液體的閥門和相應的流動塊 攪拌機等 如需組態文件 聯系 QQ 425662555 24 圖 4 6 閥體 罐 和傳感器的數據定義 進一步對想要操作的流動塊進行設置 定義動畫連接 如圖 4 7 圖 4 7 流動塊屬性設置 如需組態文件 聯系 QQ 425662555 25 同理可以設置水罐 傳感器 以及各個閥體的動畫屬性 如圖 4 8 圖 4 8 設置水罐動畫屬性 如需組態文件 聯系 QQ 425662555 26 第五章 MCGS 與 PLC 通信及工程模擬 5 15 1 制作動畫顯示畫面制作動畫顯示畫面 在組態工作臺界面中 用鼠標單擊 設備窗口 選項 出現設備窗口圖標并雙擊 進入設備組態窗口 在此窗口中通過設備工具箱 完成設備組態 設備組態完成后 雙擊 通用串口父設備 0 進入 通用串口設備屬性編輯 對 話框 根據設備通訊要求和連接情況 完成對話框中相關的參數設置 具體設置如圖 6 1 所示 按 確認 鍵完成設置 返回設備組態窗口 雙擊 設備 0 三菱 FX2NCPU 進入 設備屬性設置 對話框 在此窗口中有 基本屬性 通道連接 設備調試 數據處理 選項卡 在液體自動混合控制中 不涉及 數據處理 其 余三項設置如圖所示 在 設備調試 選項卡中 如果 通訊狀態標志 欄中 顯示 0 則表示通訊正常 若顯示 1 則表示通訊不正常 圖 5 1 通用串口父設備屬性編輯窗口 在上述工程立項基礎上 設置圖形的動畫屬性與實時數據庫中定義的變量的連接關 系 作為動畫的驅動源 如圖 5 2 所示 如需組態文件 聯系 QQ 425662555 27 圖 5 2 動畫屬性與數據庫鏈接 5 25 2 腳本程序編寫腳本程序編寫 根據工藝流程和組態工程界面的設置 通過腳本程序在運行策略中的循環策略來仿 真液體混合的過程 圖 5 3 運行策略 如需組態文件 聯系 QQ 425662555 28 圖 5 4 循環策略 5 35 3 建立設備構件建立設備構件 連接設備通道 確定數據變量處理方式 完成設備屬性設置 在 MCGS 設備窗口中 添加串口通訊父設備和子設備三菱 FX2N 30MR 其父設備與子設備的設置屬性的串口 端口號 通訊波特率 數據位位數和停止位位數 數據較驗方式參數均一致 并且和 PLC 和上位機通信時屬性設置參數一致 即采用 RS2232 標準 其傳輸速率固定為 9600bps 奇偶校驗位采用偶校驗 在設備屬性的通道連接中電磁閥 1 3 和讀 Y0 Y2 對應 電動機 1 與讀 Y3 對應 傳感器 1 3 與寫 M3 M5 對應 開關與寫 M10 對應 傳感 器作為 PLC 的輸入信號 本應該與 X 相對應 但 PLC 的 X 只能通過 PLC 的輸入端子進 行控制 如圖 5 5 所示 如需組態文件 聯系 QQ 425662555 29 圖 5 5 MCGS 對 PLC 的參數設定 5 45 4 程序下載整體運行與綜合測試程序下載整體運行與綜合測試 用調試程序產生的模擬數據 檢查動畫顯示和控制流程是否正確 最后