基于PLC运料小车装置MCGS组态设计

毕业设计1摘要随着微电子技术和计算机技术的迅猛发展，使PLC从开关量的逻辑控制扩展到数字控制及生产过程控制域，真正成为一种电子计算机工业控制装置，故称为可编程控制器。随着现代工业设备的自动化越来越多的工厂设备采用PLC,变频器,人机界面自动化器件来控制,因此自动化程度越来越高。送料小车控制系统使用了PLC控制，被控对象是送料车，属于自动循环控制系统，该系统能安全、可靠运行的情况，实现计算机自动监控。本次设计介绍了FX2NPLC机的性能及其特点，可编程序控制器（programmablecontroller）简称PLC。由于PLC的性能优越，功能完备，灵活性强，通用性好和继电接触器控制简单易懂，维修方便等双重优点，形成以微电脑为核心的电子控制设备，可编程序控制器是近年来一种极为迅速，应用极为广泛的工业控制装置。可编程控制器（PLC）具有编程软件采自易学易懂的梯形图语言，控制灵活方便，抗干扰能力强，运行稳定可靠等特点，现在的工业自动化生产控制多采用可编程控制器来实现。该控制系统，根据实际要求利用PLC的实时控制和顺序处理功能，完成系统控制，在本次论文中给出了控制系统的主电路图及软件设计关键词：可编程序控制器(PLC)计算机技术自动送料小车毕业设计2绪论二十世纪六十年代美国推出可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController，PLC）取代传统继电器控制装置以来，PLC得到了快速发展，在世界各地得到了广泛应用。同时，PLC的功能也不断完善。随着计算机技术、信号处理技术、控制技术网络技术的不断发展和用户需求的不断提高，PLC在开关量处理的基础上增加了模拟量处理和运动控制等功能。今天的PLC不再局限于逻辑控制，在运动控制、过程控制等领域也发挥着十分重要的作用。作为离散控的制的首选产品，PLC在二十世纪八十年代至九十年代得到了迅速发展，世界范围内的PLC年增长率保持为20%～30%。随着工厂自动化程度的不断提高和PLC市场容量基数的不断扩大，近年来PLC在工业发达国家的增长速度放缓。但是，在中国等发展中国家PLC的增长十分迅速。综合相关资料，2004年全球PLC的销售收入为100亿美元左右，在自动化领域占据着十分重要的位置。PLC是由摸仿原继电器控制原理发展起来的，二十世纪七十年代的PLC只有开关量逻辑控制，首先应用的是汽车制造行业。它以存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和运算等操作的指令；并通过数字输入和输出操作，来控制各类机械或生产过程。用户编制的控制程序表达了生产过程的工艺要求，并事先存入PLC的用户程序存储器中。运行时按存储程序的内容逐条执行，以完成工艺流程要求的操作。PLC的CPU内有指示程序步存储地址的程序计数器，在程序运行过程中，每执行一步该计数器自动加1，程序从起始步（步序号为零）起依次执行到最终步（通常为END指令），然后再返回起始步循环运算。PLC每完成一次循环操作所需的时间称为一个扫描周期。不同型号的PLC，循环扫描周期在1微秒到几十微秒之间。PLC用梯形图编程，在解算逻辑方面，表现出快速的优点，在微秒量级，解算1K逻辑程序不到1毫秒。它把所有的输入都当成开关量来处理，16位（也有32位的）为一个模拟量。大型PLC使用另外一个CPU来完成模拟量的运算。把计算结果送给PLC的控制器。相同I/O点数的系统，用PLC比用DCS，其成本要低一些（大约能省40%左右）。PLC没有专用操作站，它用的软件和硬件都是通用的，所以维护成本比DCS要低很多。一个PLC的控制器，可以接收几千个I/O点（最多可达8000多个I/O）。如果被控对象主要是设备连锁、回路很少，采用PLC较为合适。PLC由于采用通用软件，在设计企业的管理信息系统方面，要容易一些。近10年来，随着PLC价格的不断降低和用户需求的不断扩大，越来越多的中小设备开始采用PLC毕业设计3进行控制，PLC在我国的应用增长十分迅速。随着中国经济的高速发展和基础自动化水平的不断提高，今后一段时期内PLC在我国仍将保持高速增长势头。第一章设计任务和要求1.1课题的背景及意义随着现代工业设备的自动化越来越多的工厂设备采用PLC，变频器，人机界面自动化器件来控制，因此自动化程度越来越高。电器控制技术是随着科学技术的不断发展，生产工艺不断提出新的要求而得到迅速发展的。在现代化工业生产中，为了提高劳动生产率，降低成本，减轻工人的劳动负担，要求整个工艺生产过程全盘自动化，这就离不开控制系统。控制系统是整个生产线的灵魂，对整个生产线起着指挥的作用。一旦控制系统出现故障，轻者影响生产线的继续进行，重者甚至发生人生安全事故，这样将给企业造成重大损失。运料小车是基于PLC控制系统来设计的，控制系统的每一步动作都直接作用于运料小车的运行，因此，运料小车性能的好坏与控制系统性能的好坏有着直接的关系。运料小车能否正常运行、工作效率的高低都与控制系统密不可分。所以，对运料小车控制系统的设计要予以重视。1.２设计内容及要求本课题的主要设计内容有：1)确定运料小车控制系统的总体设计方案；2)设计运料小车拖动电机的电器控制线路原理图；3)确定运料小车控制系统PLC的型号规格，确定PLCI/O元件，列出PLCI/O元件分配表；4)设计运料小车控制系统的PLCI/O接线图，PLC程序的总体结构图和梯形图（包括公用程序、控制程序、信号显示和故障报警程序等。毕业设计4设计题目：PLC自动运料车目的及要求：1）熟练掌握PLC的指令系统，学会定时器、计数器和特殊继电器等等在实际中的应用；2）通过设计牢固掌握用功能图设计梯形图的方法、步骤及绘制梯形图所遵循的规则和设计技巧：3）学会时序控制程序的设计和调试方法：4）学会PLC输入/输出点的分配、接线，对PLC有系统的了解。第二章总体方案设计本系统采用了PLC控制原理，设计总体控制方案，用组态软件进行实时控制的监控。2．1送料车自动循环控制系统的构成送料车前进和后退用开关来控制。在装料和卸料的地方有限位开关来实现，当小车到达装料出时，碰到限位开关SQ1，实现小车的装料动作；当小车到达卸料处时，碰到限位开关SQ2，实现小车的停车和卸料动作。2．2工作过程（1）第一次按下送料按钮，预先装满料的小车前进送料到达卸料处（SQ2）自动停下并卸料；（2）经过对卸料所需设定的时间ｔ2延时后，车子则自动的返回到装料处（SQ1）；毕业设计5（3）经过装料所需设定的时间ｔ1延时后，车子自动的再次前进送料，卸完料后车子又自动返回装料，如此自动往返循环送料。当输入为停止信号时，系统将停止运行。工作过程如图2.1所示。图2.1送料车工作过程流程图2．3方案设计1）根据控制目的和要求，经过仔细分析各种因素，制定了整体的设计方案：以FX2NPLC为核心，完成对输入输出点的控制。监控系统通过MODBUS通信协议与PLC进行I/O点的通信。输入部分包括：启动/停止按钮输入;输出部分包括:装料和卸料的控制。运料小车工作示意图如图2-2所示。图2-2运料小车工作示意图开始信号小车前进小车卸料小车后退小车装料毕业设计62）PLC运料小车接线示意图如图2-3所示。图2-3小车接线示意图3)运料小车的工作流程图如图2-4所示。毕业设计7图2-4运料小车工作流程图4）运料小车自动往返控制状态转移如图2-5所示。图2-5运料小车自动往返图2.4硬件设计根据控制要求，主控设备选用三菱PLC，小车的行程控制采用限位开关（2个），系统的启动、停止、采用按钮实现，输出采用接触器（2个）控制，一个实现前进，另一个完成后退功能。毕业设计8第三章软件设计3．1PLC程序编写根据控制要求和现有条件，使用实训室计算机已经安装的编程软件，编写PLC控制程序。控制程序包括启动、停止按钮、数据采集等等。本实验要用到的是I/O数字量，实验中采用了四个输入四个输出的I/O点，I/O点分配如表3.1。输入点输入点作用输出点输出点作用X0启动按钮SB0Y0前进KM1X1停止按钮SB1Y1卸料KM2X2前进限位开关SQ2Y2后退KM3X3后退限位开关SQ1Y3装料KM4表3.1I/O点分配3．2监控软件设计送料车自动往返循环控制系统的监控界面组态软件作为开发平台，主要有控制对象的图形界面和数据库变量组成，数据库变量通过通信接口与PLC进行I/O联接，完成数据交换。创建新的应用程序关系式的一般过程是：绘制图形界面、创建数据库、配置I/O数据联接、建立动画连接、运行及调试。3．3通讯软件设计本实验采用了MODBUS通信协议来实现PLC之间的通讯。本实验用动态数据交换（DDE）实现数据交换。它在同时运行的两个应用程序之间实现一种客户端与服务器之间的关系，服务器应用程序提供数据，并接受对这些数据感兴趣的任何其它应用程序的请求。发出请求的应用程序被称为客户端。毕业设计93.4运料小车自动往返梯形如图3-1所示。图3-1自动运料小车梯形图毕业设计103.5运料小车自动往返程序指令如表3.1所示。表3.1自动运料小车程序步数指令步数指令0LDM800225SETS231SETS027STLS233STLS028OUTY0034LDX00029OUTT1K605SETS2032LDT17STLS2033OUTS08LDIX00135RET9OUTY00036END10LDX00111SETS2113STLS2114OUTY00115OUTT018LDT019SETS2221STLS2222LDIX00223OUTY00224LDX002毕业设计11第四章MCGS组态软件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的各种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，在自动化领域有着广泛的应用。其主要特征和功能大体为：具有简单灵活的可视化操作界面、实时性强、有良好的并行处理性能、有丰富生动的多媒体画面、开放式结构、广泛的数据获取和强大的数据处理功能、完善的安全机制、强大的网络功能、多样化的报警功能、支持多种硬件设备、方便控制复杂的运行流程、良好的可维护性和可扩充性、设立对象元件库组态工作简单方便、能实现对工控系统的分布式控制和管理等等。4.1MCGS组态软件结构功能特点MCGS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，用来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，以用户的制定方式运行，并进行各种处理，完成用户组态环境所设计的目标和功能。组态环境和运行环境的关系如图4-1所示；图4-1组态环境运行和运行环境图由MCGS生成的用户应用系统，其结构由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略五部分组成。如图4-2所示。图4-2组态控制窗口MCGS主控窗口设备窗口用户窗口实时数据库运行策略运行环境：解释执行状态结果组态环境：组态生成应用系统组态结果数据库毕业设计12MCGS的五大组成部分MCGS组态软件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，可以完成不同的工作，且具有不同的特性。（1）主控窗口主控窗口确定了工业控制中工程作业的总体轮廓、运行流程、菜单命令、特性参数和启动特性等内容，是应用系统的主框架。在主窗口中可以放置一个设备窗口和多个用户窗口，主控窗口负责调度和管理这些窗口的打开或关闭。主要的组态操作包括：定义工程名称，编制工程菜单，设计封面图形，确定启动的窗口，设定动画刷新周期，指定数据库存盘文件名称及存盘时间等。（2）设备窗口设备窗口是连接和驱动外部设备的工作环境。设备窗口专门用来放置不同类型和功能的设备构件，实现对外部设备的操作和控制。设备窗口通过设备构件把外部设备的数据采集进来，送入实时数据库中，然后再把数据输出到外部设备。一个应用系统只有一个设备窗口，运行时，系统自动打开设备窗口来管理和