组态监控PLC-三工位旋转工作台系统的设计

上海工程技术大学毕业设计（论文）组态监控PLC三工位旋转工作台系统设计1摘要随着科学技术的不断发展，对生产工艺的要求不断提高，电气控制技术经历了从手动到自动、从简单到复杂、从单一到多功能、从硬件控制到软件控制的不断变革。工业控制自动化技术正向智能化、网络化和集成化方向发展。组态王是运行在Windows95/NT/2000上的一种组态软件。使用组态王，用户可以方便地构造适应自己需要的“数据采集系统”，在任何需要的时候把生产现场的信息实时地传送到控制室，保证信息在全厂范围内的畅通。可编程控制器简称(PLC),是在继电器控制和计算机控制的基础上开发出来的，并逐渐发展成以微处理器为核心，把自动化技术、计算机技术、通讯技术融为一体的新型工业自动控制装置。本文用组态王软件设计、三菱FX2N型PLC通讯连接，监控现场三工位旋转工作台钻孔，无需人员到现场检查，节省了人力，实现远程监控功能。关键词：PLC，组态王，自动化，动画连接，远程监控上海工程技术大学毕业设计（论文）组态监控PLC三工位旋转工作台系统设计2组态监控PLC三工位旋转工作台系统的设计陈昊鹰16460510引言监控组态软件自20世纪80年代初诞生至今，已有20多年的发展历史。随着计算机技术发展的日新月异，围绕工控计算机的自动化集成系统新产品、新技术的推陈出新，监控组态软件将会扮演越来越重要的角色。当前，世界上的组态软件种类繁多，但在中国市场上还是国外组态软件占据了大部分的市场，如Wonderware公司的InTouch、Intellution公司的iFIX等，而国产组态软件，如北京亚控的组态王（Kingview）的市场占有量挺高。组态王是一个具有易用性、开放性和集成能力的通用组态软件。应用组态王可以使工程师把主要精力放在控制对象上，而不是形形色色的通信协议、复杂的图形处理、枯燥的数字统计，只需要进行填表式操作即可生成一个监控和数据采集系统。它可以在整个生产企业内部将各种系统和应用集成在一起，实现企业综合自动化的目标。组态王软件作为一种工业控制组态软件在国内已得到了非常广泛的应用。其具有强大的硬件支持能力，对国内外绝大多数PLC、变频器、板卡、模块、仪器仪表都编写了相应的驱动程序，使用起来相当方便快捷。在“组态监控PLC三工位旋转工作台系统的设计”项目中，本文使用的软件是北京亚控自动化软件开发的组态王5.1软件。今天，随着对工业自动化的要求越来越高，以及大量控制设备和过程监控装置之间的通讯的需要，“监控和数据采集系统”越来越受到用户的重视，从而导致组态软件的大量使用。组态王是运行在Windows95/NT上海工程技术大学毕业设计（论文）组态监控PLC三工位旋转工作台系统设计3上的一种组态软件。使用组态王，用户可以方便地构造适应自己需要的“数据采集系统”，在任何需要的时候把生产现场的信息实时地传送到控制室，保证信息在全厂范围内的畅通。组态王的网络功能使企业的基层和其它部门建立起联系，现场操作人员和工厂管理人员都可以看到各种数据。管理人员不需要深入生产现场，就可以获得实时和历史数据，优化控制现场作业，提高生产率和产品质量。PLC的处理器速度和功能在不断增加，已发展成具有逻辑控制功能过程控制功能运动控制功能、数据处理功能、联网通信功能等的多功能控制器，加上它的价格低廉、操作简便、改变功能灵活易用、维护工作量小等优势，使PLC在工业生产过程自动化中获得广泛应用。本文介绍采用PLC系统对三工位旋转工作台进行精确定位的一种低成本、高精度的控制方式，该设备的整体结构是以三菱公司FX2软件和组态王之间的实现实时通讯的三工位旋转工作台钻孔，工作台系统是该设备的重要结构之一，要求工作台在一定范围内实现旋转角度与速度的精确控制，并将定位结果及时反馈给PLC以进行相应的调整。1组态王软件的概述组态王易于学习和使用，拥有丰富的工具箱、图库和操作向导，既可以节省的大量时间，又能提高系统性能。下面从工程浏览器、图库、数据词典、动画连接、I/O设备管理、命令语言、组态王支持的硬件设备（三菱FX2）、串行通讯方式的设置配置向导等这几方面来说明组态王的工作情况。1.1工程浏览器概述工程浏览器是“组态王”软件的核心部分和管理开发系统，内嵌组态王画面开发系统。组态王的工程浏览器由菜单栏、工具条、工程目录显示区、目录内容显示区、状态条组成，工程目录显示区以树形结构图显示大上海工程技术大学毕业设计（论文）组态监控PLC三工位旋转工作台系统设计4纲领节点，用户可以扩展或收缩工程浏览器中所列的大纲项。组态王工程浏览器的结构如下图1.1所示：图1.1组态王工程浏览器工程浏览器内嵌画面开发系统，用户单击工程浏览器工程目录显示区的“画面”大纲项，在工程浏览器目录内容显示区双击“新建”图标或双击已制作好的画面，可启动画面开发系统。工程浏览器有以下七方面组成:画面制作与管理:用于构造工业控制现场的画面。组态王提供256色调色板、多种绘图工具、十几个常用图库多达几百种组件。此外，组态王还提供多达21种动画连接，可以使您快速便捷地构造出丰富多采、生动逼真的画面。命令语言:组态王允许用户定义类似Ｃ语言的命令语言来驱动应用程序，提供四种命令语言包括应用程序命令语言、热键命令语言、事件命令语言和变量改变命令语言，极大地增强了应用程序的灵活性。数据库:组态王包含实时数据库，支持多种内存变量类型和I/O变量上海工程技术大学毕业设计（论文）组态监控PLC三工位旋转工作台系统设计5类型，支持报警窗口变量、报警组变量、历史趋势曲线变量、时间变量四种。设备:组态王支持多种硬件设备，包括PLC、智能仪表、智能模块、板卡、变频器和现场总线。与硬件设备的通讯采用Window95中最新的COM技术、多线程多任务技术，确保实时性。同时，对于组态王2.0等早期版本采用的DDE方式，也予以保留。配置:用户可在组态王中对系统进行灵活有效的配置，适应于不同的应用场合。可配置的对象包括：主画面配置、历史数据记录配置、报警配置、用户配置、网络配置、开发和运行系统外观配置等等。配方管理:组态王中新增配方管理系统，用来描述生产一件产品所用的不同配料之间的比例关系。用户利用此功能可以在控制生产过程中得心应手，提高效率。报告处理:组态王5.0提供内嵌的数据报告模块，用户可以用此数据报告功能建立自定义的产品报告，并可以在指定时间产生数据报告文件供打印，或将一段时间内的数据生成报告文件，最后生成的各种数据报告文件可以供用户查阅、存档。1.2图库概述图库是系统预先建立好的组合图形对象。组态王系统提供十几个图形库几百个元件，包括控制按钮、指示表、阀门、电机、泵、管路和其它标准工业元件。设计者可以简单地从图库中取出元件加到自己的应用中。图库单元还包含动画连接，可以方便地实现动画效果。为满足不同行业用户的需要，图库是可扩充的。设计者可以创建自己的图库单元，把它们加入到已有的图库中，或者把不再需要的图库单元从图库中删除。也可以创建自己的图库。使用图库开发用户界面有三方面的好处：第一、降低了开发者设计界面的难度，使开发者能更加集中精力于维上海工程技术大学毕业设计（论文）组态监控PLC三工位旋转工作台系统设计6护数据库和增强软件内部的逻辑控制，缩短开发周期；第二、用图库开发的软件将具有统一的外观，方便使用者学习和掌握；第三、利用图库的开放性，开发者可以生成自己的图库元素，节省了用户投资。1.3数据词典概述数据词典（数据库）是组态王软件的核心部分。在TOUCHVEW运行时，工业现场的生产状况将实时地反映在变量的数值中，操作者在计算机前发布的指令也要迅速送达生产现场，这一切都是以实时数据库为中介环节。组态王系统支持多种变量类型，主要分为基本类型变量与特殊类型变量两大类。变量定义在工程浏览器的“数据词典”中进行，定义时要指定变量名和变量类型，某些类型的变量还需要一些附加信息。不同类型的变量具有不同的变量属性，在定义变量时，有时需要设置它的部分属性。组态王中变量主要分为基本类型变量与特殊类型变量两大类。基本类型变量:基本类型变量与一般程序设计语言的变量相似，一共有8种，分为内存变量和I/O变量两类。内存变量有内存离散变量、内存实型变量、内存字符串变量、内存长整数变量；I/O变量有I/O离散变量、I/O实型变量、I/O字符串变量、I/O长整数变量。特殊类型变量:特殊类型变量是考虑到工控软件的特殊需要而设计的变量。特殊类型变量正是体现了“组态王”系统面向工控软件、自动生成人机接口的特色。包括报警窗口变量、报警组变量、历史趋势曲线变量、系统预设变量四种。基本变量的定义：内存离散、内存实型、内存长整数、内存字符串、I/O离散、I/O实型、I/O长整数、I/O字符串，这八种基本类型的变量是通过数据词典对话框定义的，同时在变量属性对话框的属性标签中设置它们的部分属性。特殊变量的定义：报警窗口变量和历史趋势曲线变量分别是在画面上上海工程技术大学毕业设计（论文）组态监控PLC三工位旋转工作台系统设计7绘制报警窗口和历史趋势曲线时自动定义的，设置它们的属性只需用鼠标左键双击画面上的报警窗口或历史趋势曲线。变量的属性：“变量的属性”也称为“变量的域”。域的引用就是把变量名和域名用“.”号（西文输入状态下的句号）连接起来即可。变量的域越多，表明属性越丰富。设计者可以用命令语言编制程序来读取或设置变量的属性1.4动画连接概述所谓“动画连接”就是建立画面的图素与数据库变量的对应关系。建立动画连接后，根据数据库中变量的变化，图形对象可以按动画连接的要求进行改变。“组态王”动画连接的特点：一个图形对象可以同时定义多个动画连接，从而可以实现复杂的动画功能。建立动画连接的过程非常简单，不需要编写任何程序即可完成。动画过程的引发不限于变量，也可以是由变量组成的连接表达式。为每一个有动画连接的图形对象设置了访问权限，以增强系统安全性。创建或选择链接对象。双击图形对象，弹出动画连接对话框，如图1.2所示。图1.2动画连接对话框上海工程技术大学毕业设计（论文）组态监控PLC三工位旋转工作台系统设计8双击图形对象，可弹出该对象的动画连接对话框，对不同类型的对象其动画连接对话框大致相同。1.5I/O设备管理概述组态王可以与一系列I/O设备进行通讯，支持的I/O设备包括：可编程控制器(PLC)、智能模块、板卡、智能仪表等等。组态王与I/O设备之间的数据交换采用以下五种方式：串行通讯方式、板卡方式、网络节点方式、人机接口卡方式、DDE方式。组态王中增加了设备配置向导，用户只需要按照安装向导的提示就可以完成I/O设备的配置工作。在系统运行的过程中，组态王通过内嵌的设备管理程序负责与I/O设备的实时数据交换。已配置的I/O设备在工程浏览器的设备节点中分类列出，用户可以随时查询和修改。如下图1.3所示：图1.3设备配置向导I/O设备的引用：I/O设备在变量定义是通过I/O设备名进行引用。每个I/O设备中的一个寄存器对应于数据库中的一个I/O变量。在变量属性对话框的基本属性标签中确定I/O变量与设备名、寄存器的对应关系。如果I/O设备未定义，可以按“连接设备”按钮，此时弹出“设备配置向上海工程技术大学毕业设计（论文）组态监控PLC三工位旋转工作台系统设计9导”，可以定义一个新的I/O设备。1.6命令语言概述组态王除了在定义动画连接时支持连接表达式，还允许用户定义命令语言来驱动应用程序，极大地增强了应用程序的灵活性。命令语言是一段类似Ｃ语言的程序，工程人员可以利用这段程序来增强应用程序的灵活性。命令语言的句法和Ｃ语言非常类似，是Ｃ的一个子集，具有完备的词法语法查错功能和丰富的运算符、数学函数、字符串函数、控件函数和系统函数。命令语言通过“命令语言”对话框编辑输入，在组态王运行系统中编译执行。命令语言有五种形式，其区别在于命令语言执行的时机或条件不同：第一、应用程序命令语言:可以在程序启动时执行、关闭时执行或者在程序运行期间定时执行。如果希望定时执行，还需要指定时间间隔。第二、热键命令语言:被链接到设计者指定的热键上，软件运行期间，操作者随时按下热键都可以启