基于MCGS的节日彩灯PLC控制实训课程设计论文

1、1 MCGS组态软件概述1.1 什么是MCGS组态软件MCGS（Monitor and Control Generated System,通用监控系统）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。 MCGS为用户提供了解决实际工程问题的完整方案和开发平台，能够完成现场数据采集、和报表输出以与企业监控网络等功能。MCGS具有操作简便、可视性好、可维护性强、高性能、高可靠性等突出特点，已成功应用于石油化工、钢铁行业、电力系统、水处理、环境监测、机械制造、交通运输、能源原材料、农业自动化和航天等领域，经过各种现场的长期实际运行，系统稳定可靠。1.2 MCGS组态软

2、件系统的构成1.2.1 MCGS组态软件的整体结构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。两部分相互独立，有紧密相关。1.2.2 MCGS组态软件的五大组成部分用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，可完成不同的工作，且具有不同的特性。（1） 主控窗口构造了应用系统的主框架（2） 设备窗口是MCGS嵌入版系统与外部设备联系的媒介（3

3、） 用户窗口实现了数据和流程的“可视化”（4） 实时数据库是MCGS嵌入版系统的核心（5） 运行策略是对系统运行流程实现有效控制的手段1.3 MCGS组态软件功能和特点MCGS的主要特点和基本功能如下：（1） 简单灵活的可视化操作界面（2） 实时性强、良好的并行处理性能（3） 丰富、生动的多媒体画面（4） 开放式结构，广泛的数据获取和强大的数据处理功能（5） 完善的安全体制（6） 强大的网络功能（7） 多样化的报警功能（8） 实时数据库为用户分步组态提供极大方便（9） 支持多种硬件设备，实现“设备无关”（10） 控制方便复杂的运行流程（11） 良好的可维护性和扩展性（12） 用数据库来管理数据

4、存储，系统可靠性高（13） 设立对象元件库，组态工作简单方便（14） 实现对工控系统的分布式控制和管理2 西门子S7-200 PLC 简介2.1 S7-200 编程软件介绍西门子S7-200 系列PLC 是德国西门子公司（Siemens）出品的,小型PLC。1994 年S7-200PLC 进入中国，立刻受到了用户的广泛欢迎；随着1998 年S7-200PLC 升级为第二代产品，2004 年S7-200PLC升级为第三代产品，S7-200PLC 已经成为小型PLC 中的佼佼者。S7-200 CN 继承了S7-200 的优良品质和卓越性能，适用围可覆盖从替代继电器的简单控制到复杂的自动化控制，应用

5、领域极为广泛，覆盖所有与自动监测，自动化控制有关的工业与民用领域，包括各种纺织机械、中央空调、印刷机械、包装机械、工程机械、小型机床、楼宇自控、民用设施、环境保护设备等等。适用于各行各业，各种场合中的检测、监测与控制的自动化。S7-200 系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能，具有较高的性能/价格比。2.2 S7-200 通讯方式S7200PLC 的通讯端口为RS485 模式。通讯连接方式：（1）采用标准串口型号的西门子PC/PPI 电缆；（2）采用RS232/485 转换器连接，RS485 的A 正B 负与PLC 编程口3 正8 负连接；（3）TPC 触摸屏的

6、RS485 接口的A 正B 负与PLC 编程口3 正8 负连接。2.3 S7-200 通讯参数设置S7-200 系列PLC 可以通过西门子STEP7-Micro/WIN 为S7-200PLC 配置波特率和PLC 地址。当为S7-200 修改参数后，需要将改动参数的系统块下载至S7-200。每台S7-200 CPU 的默认波特率为9.6 kbps(即: 9600 bps)，默认PLC 地址为2。当PLC 设置地址时，一次只能连接并设置一个PLC。参数设置方法：（1) 连接好PLC 与PPI 电缆，PLC 上电，运行STEP7-Micro/WIN 编程软件。（2) 设置PG/PC 接口：2.4 S

7、7-200 与MCGS的通讯连接S7-200PLC 的通讯端口是RS485。MCGS通讯端口有两个：COM1是RS232通讯协议COM2是RS485通讯协议（1）一个S7200PLC 与一个MCGS 通讯连接 PLC 连接MCGS 的COM2(RS485)端口PLC 连接MCGS的COM1(RS232)端口（2）多个S7-200PLC 与一个MCGS 通讯相连所有PLC 的波特率一样设置各个PLC 的地址不一样，围：1-32所有的PLC 的波特率为9600 或者19200，将PLC 按照波特率分成两组，波特率9600 一组，波特率19200 一组，参照进行设置。3 控制系统的设计3.1 控制要

8、求控制系统按预定节拍产生一个“环形分配器”，有了环形分配器，彩灯就得到预设频率和预设花样的闪亮信号，在整个工作过程中定时实现花样的变换。先根据花样变换的规律列出动作时序表，再按预设彩灯变换花样在表中“打点”，然后再根据动作时序表输出即可。此次实训所选彩灯变换花样为跳闪方式：1隔1跳2，回跳1，隔1跳2，回跳1，其动作时序表为表3-1 动作时序表节拍输出12345678910111213141516Q0.0+ Q0.1+ Q0.2+ Q0.3+ Q0.4+ Q0.5+ Q0.6+ Q0.7+3.2 PLC的输入/出分配表表3-2 输入/出分配表输入信号启动按钮SB1 I0.7输出信号灯1 Q0.

9、0灯2 Q0.1灯3 Q0.2灯4 Q0.3灯5 Q0.4灯6 Q0.5灯7 Q0.6灯8 Q0.73.3 电气图I0.0 Q0.0I0.1 Q0.1 I0.2 Q0.2I0.3 Q0.3I0.4 Q0.4I0.5 Q0.5I0.6 Q0.6I0.7 Q0.7 SDI1.0 Q1.0 I1.1 Q1.1 I1.2 Q1.2 I1.3 Q1.3 I1.4 Q1.4 I1.5 Q1.5 I1.6 Q1.6I1.7 Q1.71M1L _ + 220V FU 24V CPU 226 CN图3-1 I/O接线图3.4 系统程序设计3.4.1 PLC程序3.4.2 工作过程分析按下启动按钮I0.0接通，M

10、2.0得电闭合，开始计时同时正跳变指令检测到正跳变信号后，开灯初始Q0.0灯亮（此时MW0为0000 0000 0000 0001，Q0.0Q0.1Q0.2Q0.3Q0.4Q0.5Q0.6Q0.7 10000000）；0.5s后T33接通，网络3的正跳变触电指令检测到第一次正跳变信号执行左循环移位指令（即MW0为0000 0000 0000 0010），灯Q0.2和Q0.3亮（此时Q0.0Q0.1Q0.2Q0.3Q0.4Q0.5Q0.6Q0.7 00110000），此时T33再次开始计时；0.5s后，网络3的正跳变触点指令检测到第二次信号，第二次执行左移位指令（即MW0为0000 0000 0

11、000 0100），灯Q0.1亮（此时Q0.0Q0.1Q0.2Q0.3Q0.4Q0.5Q0.6Q0.7 01000000），此时T33第三次开始计时；0.5s后，网络3的正跳变触点指令检测到第三次信号，第三次执行左移位指令（即MW0为0000 0000 0000 1000），灯Q0.3和Q0.4亮（此时Q0.0Q0.1Q0.2Q0.3Q0.4Q0.5Q0.6Q0.7 00011000），此时T33第四次开始计时如此循环下去。3.5 MCGS组态过程3.5.1 建立工程双击桌面“MCGS组态环境”图标，进入MCGS组态环境，如图3-2所示。图3-2 MCGS组态环境在菜单“文件”中选择“新建工程

12、”菜单项，在“D/MCGS/WORK/”自动生成新建工程，将工程保存为“节日彩灯控制系统.MCG”。3.5.2 设计监控画面在MCGS组态平台上单击“用户窗口”，“新建窗口”，在“用户窗口”中新建一个“窗口0”，选中“窗口0”，点击“窗口属性”按钮，进入窗口属性设置界面，如图3-3所示。将“窗口名称”和“窗口标题”选项中的容改为“节日彩灯控制系统”，按“确认”。图3-3 “用户窗口属性设置”对话框按“动画组态”按钮，进入画面编辑窗口，如图3-4所示。图3-4 动画制作窗口在窗口中利用工具箱中的绘图工具，单击工具条中的“工具箱”按钮，则打开动画工具箱。工具箱中的图标用于从对象元件库中读取存盘的图

13、形对象；图标用于把当前用户窗口中的图形对象存入对象元件库中，如图3-5所示。图3-5 “对象元件库管理”对话框从“对象元件库管理”中的“指示灯”中选取中意的灯，单击“确认”，则所选中的灯在桌面的左上角，可以改变其大小与位置。从“对象元件库管理”中的“开关”中选取个开关。通过图形组合，最后生成的画面如图3-6所示。选择菜单项“文件”中的“保存窗口”，则完成了画面的保存。图3-6 节日彩灯控制系统整体画面3.5.3 建立数据库变量（1） 首先定义数据变量。在MCGS中，数据对象有开关型数值型字符型事件型和组对象等五种类型。不同类型的数据对象，属性不同，用途也不同。根据此次控制要求，监控画面中八个彩

14、灯和一个开关灯均为开关量。（2） 设定实时数据库。单击工作台的“实时数据库”窗口标签，进入实时数据库窗口。按“成组增加”按钮，弹出成组增加窗口，根据工程需要进行设置结果如图3-7所示。（3） 设定数据对象属性。选中变量，按“对象属性”按钮，则打开“数据对象属性设置”对话框。图3-7 “实时数据库”选项卡3.5.4 动画连接由图形对象搭建而成的图形界面是静止不动的，需要对这些图形对象进行动画设计，从而真实的描述外界对象的状态变化，达到过程实时监控的目的。MCGS实现图形动画设计的主要方法是将用户窗口中图形对象与实时数据库中的数据对象建立相关性连接并设置相应的动画属性。在系统运行过程中，图形对象的

15、外观和状态特征，有数据对象的实时采集值驱动，从而实现了图形的动画效果。在用户窗口中，双击第一个灯，弹出“单元属性设置”对话框，如图3-8所示。选中“组合图符”，则进入“动画组态属性设置”对话框，如图3-9所示进行设置。其他属性不变。设置好后。按“确认”|“确定”，变量连接成功。对于其他的灯，按同样的方式进行设置。图3-8 节日彩灯动画连接设置图3-9 灯“动画组态属性设置”对话框3.5.5 设备窗口属性设置设备窗口是MCGS系统的重要组成部分，负责建立系统与外部硬件设备的连接，使得MCGS能从外部设备读取数据并控制外部设备的工作状态，实现对工业过程的实时监控。MCGS实现设备驱动的基本方法是：

16、在设备窗口配置不同类型的设备构件，并根据外部设备的类型和特征，设置相关的属性，将设备的操作方法，如硬件参数配置、数据转换、设备调试等都封装在构件之，以对象的形式与外部设备建立数据的传输通道连接。系统运行过程中，设备构件由设备窗口统一调度管理，通过通道连接，向实时数据库提供从外部设备采集到的数据，从实时数据库查询控制参数，发送给系统其它部分，进行控制运算和流程调度，实现对设备工作状态的实时检测和过程的自动控制。在MCGS单机版中，一个用户工程只允许有一个设备窗口，设置在主控窗口。运行时，由主控窗口负责打开设备窗口。设备窗口是不可见的窗口，在后台独立运行，负责管理和调度设备驱动构件的运行。对已经编

17、好的设备驱动程序，MCGS使用设备构件管理工具进行管理，单击在MCGS“工具”菜单下的“设备构件管理项”，将弹出如下图所示的“设备管理”窗口：图3-10 设备管理窗口设备管理工具的主要功能是方便用户在上百种的设备驱动程序中快速的找到适合自己的设备驱动程序， MCGS设备目录的分类方法，为了用户在众多的设备驱动中方便快速的找到需要的设备驱动，MCGS所有的设备驱动都是按合理的分类方法排列的。在组态工作台界面中，用鼠标单击“设备窗口”选项，出现设备窗口图标并双击进入设备组态窗口；在此窗口过设备工具箱，完成设备组态，如图3-11所示。图3-11 设备组态窗口设备组态完成后，双击“通用串口父设备0”，

18、进入通用串口父设备属性编辑界面，根据设备通讯要求和连接情况，完成通用串口父设备属性编辑界面中相关的参数设置，具体设置如图3-12所示，按“确认”完成设置。图3-12 通用串口父设备属性编辑窗口返回设备组态窗口，双击“设备0西门子S7200PPI”进入设备属性设置窗口，在此窗口中有“基本属性”、“通道连接”、“设备调试”、“数据处理”选项卡。在节日彩灯控制中，不涉与“数据处理”。其余三项设置如图3-13、3-14、3-15所示。在设备调试窗口中，如果“通讯状态标志”栏中，显示“0”则表示通讯正常，若显示“1”则表示通讯不正常。图3-13 设备属性编辑窗口图3-14 通道连接窗口图3-15 设备调试窗口3.5.6 MCGS的运行画面在组态调试之前将控制程序下载到PLC中，并将PLC设置为RUN状态。通过设备调试，使MCGS与PLC通讯正常，即设备调试窗口中“通讯状态标志”显示为“0”，按确认即可。单击主菜单中的“进入运行环境”按钮，即可进入监控运行界面，实时监控系统的工作情况，如图3-16所示。图3-16 监控画面结束语 MCGS具有操作简便、可视性好、可维护性强、高性能、高可靠