基于MCGS的四台电动机顺序起、停设计

1、沈阳理工大学MCGS课程设计分院信息科学与工程学院专业自动化学生姓名XXX学号XXX设计题目 四台电动机顺序起、停的MCGS设计内容：1、了解MCGS的组成及工作原理 2、完成四台电机顺序起、停的PLC设计及仿真，四台电机 能按照要求完成正常的起、停运转仿真要求：1、按实验要求选择PLC型号，画出系统设计流程示意图 2、设计梯形图，指令表,完成调试 3、设计系统的操作面板，进行仿真实现实时监控 4、进行总结，编写课程设计报告，形成符合要求的书面 文档进度及安排： 1、收集课程设计的资料及其相关背景（2天） 2、设计实验的总体方案（2天） 3、硬件电路和软件程序的设计（2天） 4、软硬件的调试，

2、写实验报告（2天） 5、修改实验报告，打印（2天） 指导教师（签字）： 年 月 日分院院长（签字）： 年 月 日摘要 随着计算机技术和网络技术的飞速发展，为工业自动化开辟了广阔的发展空间，用户可以方便快捷地组建优质高效的监控系统，并且通过采用远程监控及诊断、双机热备等先进技术，使系统更加安全可靠，在这方面，MCGS工程组态软件将为您提供强有力的软件支持。MCGS是一套32位工控组态软件，可稳定运行于Windouws95/98/Me/NT/2000等多种操作系统，集动画显示、流程控制、数据采集、设备控制与输出、网络数据传输、双机热备、工程报表、数据与曲线等诸多强大功能于一身，并支持国内外众多数据

3、采集与输出设备，广泛应用于石油、电力、化工、钢铁、矿山、冶金、机械、纺织、航天、建筑、材料、制冷、交通、通讯、食品、制造与加工业、水处理、环保、智能楼宇、实验室等多种工程领域。 本课题的主要内容为基于MCGS的四台电动机的顺序起、停的PLC的控制实训。此仿真系统由上位机和下位机两部分组成，上位机主要用来完成仿真界面的制作工作，下位机则用来完成PLC程序的编写，最后，进行上位机设计结果与下位机结果的配合，完成整个系统的设计连接。利用组态软件模拟PLC的控制对象，我们不需要实物而仅通过微机显示器就可以检验所编程序的正确与否和执行结果，为PLC的试验教学提供了一条新途径。关键词：MCGS ；PLC

4、；四台电机顺序起、停目录1绪论12 MCGS组态软件介绍22.1 MCGS工控组态软件22.2 MCGS组态软件五大组成部分42.3 MCGS组态软件的功能和特点52.4 MCGS组态软件的工作方式52.5 PLC与MCGS通讯要求63 PLC系统软件设计83.1 PLC的发展历程83.2 I/0地址分配83.3系统流程图设计93.4系统设计梯形图104仿真画面的设计154.1新建工程154.2 用户窗口的组态164.2.1建立画面164.2.2 编辑画面164.2.3 制作文本框184.2.4 制作电动机184.3电动机顺序控制画面中构件的属性设置194.4定义数据对象214.5 设备连接2

5、14.6串口设备属性设置235程序下载整体运行与综合测试256结束语26参考文献271绪论随着工业自动化水平的迅速提高，计算机在工业领域的广泛应用，人们对工业自动化的要求越来越高，种类繁多的控制设备和过程监控设备和过程控制装置在工业领域的应用，使得传统的工业控制软件已无法满足用户的各种要求。MCGS工控组态软件的出现为解决一些实际工程问题提供了一种崭新的方法，因为它能够就很好的解决传统工业控制软件存在的种种问题，使用户能根据自己的控制对象和控制目的任意组态，完成最终的自动化控制工程。MCGS全中文工业自动化控制组态软件（简称MCGS工控组态软件或MCGS）是一套32位工控组态软件，可稳定运行于

6、Windouws95/98/Me/NT/2000等多种操作系统，集动画显示、流程控制、数据采集、设备控制与输出、网络数据传输、双机热备、工程报表、数据与曲线等诸多强大功能于一身，并支持国内外众多数据采集与输出设备，广泛应用于石油、电力、化工、钢铁、矿山、冶金、机械、纺织、航天、建筑、材料、制冷、交通、通讯、食品、制造与加工业、水处理、环保、智能楼宇、实验室等多种工程领域。它的主要特点有：（1）延续性和可扩充性。使用MCGS工控组态软件开发的应用程序，当现场（包括硬件设备或系统结构）或用户需求发生改变时，不需作很多修改而方便地完成软件的更新和升级；（2）封装性（易学易用），MCGS工控软件所能完

7、成的功能都用一种方便用户使用的方法包装起来，对于用户，不需要掌握太多的编程语言技术（甚至不需要编程技术），就能很好的完成一个复杂工程所要求的所有功能；（3）通用性和可扩充性，每个用户根据工程实际情况，利用MCGS工控组态软件提供的底层设备（PLC、智能仪表、智能模块、饭卡、变频器等）的设备驱动、开放式的数据库和画面制作工具，就能完成一个具有动画效果、实时数据处理、历史数据和曲线并存、具有网络功能的工程，不受行业限制。2 MCGS组态软件介绍以工控PC机为主控上位机，利用人机接口的智能软件包-MCGS组态软件在PC机上建立工控的对象，完成对多台PLC(下位机)的控制，由于上位机只需要完成对监控信

8、息的收集和处理而不需要对设备的运行进行具体控制，上下位机处理同时进行，可以以最少的人员配备对远程监控的管理，提供较为直观、清晰、准确的现场状态信息，进而为维修和错误诊断提供多方面可能性，减少维修人员路上往返时间，整体提高远程监控系统的运行速度。现代远程监控技术采取的是实时在线监控方式，它借助于计算机网络和通信技术，通过安装在现场各种监控设备以及软件实现监控者在异地对现场工业设备的实时监控、诊断与控制。当系统运行时，现场的下位机需要安排有人值守，这样实际上并没有实现真正意义上远程监控。为解决这一问题，文中通过开发相关的程序，配合必要的硬件设施来实现远程监控，完全可以通过网络来监控现场的运行。2.

9、1 MCGS工控组态软件MCGS(Monitor and Control Generated System，监视与控制通用系统)是北京昆仑通态自动化软件科技有限公司研发的一套基于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，主要完成现场数据的采集与监测、前端数据的处理与控制，可运行于Microsoft Windows 95/98/Me/NT/2000/xp等操作系统。 MCGS是一套基于Windows操作系统可用来快速构造和生成上位机监控系统的组态软件包，它为用户提供了从设备驱动、数据采集到数据处理、流程控制、动画显示、报表输出等解决实际工程问题的完整方案和操作工具。M

10、CGS组态软件具有多任务、多线程功能，其系统框架采用VC+编程，通过OLE技术向用户提供VB编程接口，提供丰富的设备驱动构件、动画构件、策略构件，用户可随时方便地扩展系统的功能。主要特点如下：（1）丰富的设备驱动程序，通过Active DLL把设备驱动挂接在系统中，配置简单、速度快、可靠性高。（2）强大的网络功能。MCGS强大的网络功能可把TCP/IP网、485/422/423网、Modem网结合在一起构成大型的监控系统和管理系统。（3）开放的OLE接口。MCGS以OLE自动化技术为基础的开放式扩充接口允许用户使用VB来快速编制各种设备驱动构件、动画构件和各种策略构件，通过OLE接口，用户可以

11、方便地定制自己特定的系统。系统结构图如图2.1所示： MCGS组态软件系统包括组态环境和运行环境两大部分，用户所有组态配置过程都是在组态环境中进行的，用户组态后可生成一个“组态结果数据库”文件。MCGS运行环境是一个独立的运行系统，它能按照“组态结果数据库”中的组态方式进行各种处理，完成用户组态设计的目标和功能。MCGS系统整体框图如图2.2所示： 2.2 MCGS组态软件五大组成部分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都成，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。1. 主控窗口：是工程的主窗口或主框架。在主控窗口中可以放置一个

12、设备窗口和多个用户窗口，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，编制工程名单，设计封面图形，确定自动启动的窗口，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：是连接和驱动外部设备的工作环境。在本窗口内配置数据采集与控制输出设备，注册设备驱动程序，定义连接与驱动设备用的数据变量。3. 用户窗口：本窗口主要用于设置工程中的人机交互界面，诸如：生成各种动画显示画面、报警输出、数据与曲线图表等。4. 实时数据库：是工程各部分的数据交换与处理中心，它将MCGS工程的各个部分连接成有机的整体。在本窗口内定义不同的类型和名称的变量，作为数据采集、处理、输

13、出控制、动画连接及设备驱动的对象。5. 运行策略：本窗口主要完成工程运行流程的控制。包括编写控制程序（if.then脚本程序），选用各种功能构件，如：数据提取、定时器、配方操作、多媒体输出等。MCGS组态软件组成如图2.3所示：2.3 MCGS组态软件的功能和特点 1.延续性和可扩充性。使用MCGS工控组态软件开发的应用程序，当现场（包括硬件设备或系统结构）或用户需求发生改变时，不需作很多修改而方便地完成软件的更新和升级； 2.封装性（易学易用），MCGS工控软件所能完成的功能都用一种方便用户使用的方法包装起来，对于用户，不需要掌握太多的编程语言技术（甚至不需要编程技术），就能很好的完成一个复

14、杂工程所要求的所有功能； 3.通用性和可扩充性，每个用户根据工程实际情况，利用MCGS工控组态软件提供的底层设备（PLC、智能仪表、智能模块、饭卡、变频器等）的设备驱动、开放式的数据库和画面制作工具，就能完成一个具有动画效果、实时数据处理、历史数据和曲线并存、具有网络功能的工程，不受行业限制。 4.全中文可视化组态软件，简洁、大方，使用方便灵活，完善的中文在线帮助系统和多媒体教程，真正的32位程序，支持多任务、多线程，运行于Win95/98/NT/2000平台。 5.提供近百种绘图工具和基本图符，快速构造图形界面，提供渐进色、旋转动画、透明位图、流动块等多种动画方式，可以达到良好的动画效果，上

15、千个精美的图库元件，保证快速的构建精美的动画效果 。 6.支持数据采集板卡、智能模块、智能仪表、PLC、变频器、网络设备等700多种国内外众多常用设备；支持温控曲线、计划曲线、实时曲线、历史曲线、XY曲线等多种工控曲线；支持ODBC接口，可与SQL Server、Oracle、Access等关系型数据库互联；支持OPC接口、DDE接口和OLE技术，可方便的与其他各种程序和设备互联。7.功能强大的网络数据同步、网络数据库同步构建，保证多个系统完美结合，完善的网络体系结构，可以支持最新流行的各种通讯方式，包括电话通讯网，宽带通讯网，ISDN通讯网，GPRS通讯网和无线通讯网 。2.4 MCGS组态

16、软件的工作方式 MCGS如何与设备进行通讯：MCGS通过设备驱动程序与外部设备进行数据交换。包括数据采集和发送设备指令。设备驱动程序是由VB程序设计语言编写的DLL（动态连接库）文件，设备驱动程序中包含符合各种设备通讯协议的处理程序，将设备运行状态的特征数据采集进来或发送出去。MCGS负责在运行环境中调用相应的设备驱动程序，将数据传送到工程中各个部分，完成整个系统的通讯过程。每个驱动程序独占一个线程，达到互不干扰的目的。MCGS如何产生动画效果：MCGS为每一种基本图形元素定义了不同的动画属性，如：一个长方形的动画属性有可见度，大小变化，水平移动等，每一种动画属性都会产生一定的动画效果。所谓动

17、画属性，实际上是反映图形大小、颜色、位置、可见度、闪烁性等状态的特征参数。然而，我们在组态环境中生成的画面都是静止的，如何在工程运行中产生动画效果呢？方法是：图形的每一种动画属性中都有一个“表达式”设定栏，在该栏中设定一个与图形状态相联系的数据变量，连接到实时数据库中，以此建立相应的对应关系，MCGS称之为动画连接。当工业现场中测控对象的状态（如：储油罐的液面高度等）发生变化时，通过设备驱动程序将变化的数据采集到实时数据库的变量中，该变量是与动画属性相关的变量，数值的变化，使图形的状态产生相应的变化（如大小变化）。现场的数据是连续被采集进来的，这样就会产生逼真的动画效果（如储油罐的液面的升高和

18、降低）。用户也可编写程序来控制动画界面，以达到满意的效果。2.5 PLC与MCGS通讯要求基于MCGS嵌入组态软件容量小、速度快、成本低、真正嵌入、稳定性高、功能强大、通讯方便、操作简便、支持多种设备、有助于建造完整的解决方案的特点。所以选择其与PLC进行通讯连接。MCGS一般通过上位机的串行口和PLC上的编程口建立物理上的通讯连接，从而达到操作PLC的目的。而在MCGS组态软件设置方面需先进行“设备组态”。设备组态方法是先调用MCGS串口通讯父设备构件，再找到三菱FX-232子设备构件，并挂接在串口父设备下。对串口父设备需打开其属性窗口，在基本属性中设置好设备名称，初始工作状态，最小采样周期

19、，串口端口号，通讯波特率，数据位位数，停此位位数，数据校验方式等。而对于三菱FX-232子设备，要先打开其属性窗口，设置好基本属性中的设备名称，初始工作状态，最小采集周期（同父设备），然后根据MCGS与系列PLC之间两种不同的通讯方式，再进行后面的设置：如果使用MCGS提供的read和write设备命令直接访问PLC，无需进一步设置，而如果要通过MCGS循环采样方式自动周期性地访问PLC，则必须还要对设备增加通道，建立通道连接，把PLC中相关继电器（X,Y,M）和寄存器(D)与MCGS实时数据库中变量建立一一对应关系，确定操作方式（读或写或读写）。并且MCGS嵌入版系统与PLC联系的媒介设备窗

20、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，或把实时数据库中的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，管理和调度所有设备构件正常工作，并在后台独立运行。注意，对用户来说，设备窗口在运行时是不可见的。3 PLC系统软件设计3.1 PLC的发展历程1969 年，美国数字设备公司（DEC） 研制出第一台PLC，在美国通用汽车自动装配线上试用，获得了成功。这种新型的工业控制装置以其简单易懂，操作方便，可靠性高，通用灵活，体积小，使用寿命长等一系列优点，很快地在美国其他工业领域推

21、广应用。到1971 年，已经成功地应用于食品饮料冶金造纸等工业。 由于PLC同时提高了功能和柔性度，使其应用迅速增长，并普及到许多其它离散零件制造工业领域。随后又扩展到与批量生产和连续生产过程有关的工业领域。随着CIMS(计算机集成制造系统)的发展，PLC当前还被人们应用于工厂通信网络、柔性制造系统、工业机器人到大型分散型控制系统，之中，与其它智能控制器和计算机系统一起成为计算机综合控制系统中的重要组成部分，特别是单元级和工作站级。这一新型工业控制装置的出现，也受到了世界其他国家的高度重视。1971日本从美国引进了这项新技术，很快研制出了日本第一台PLC。1973年，西欧国家也研制出它们的第一

22、台PLC。我国从1974 年开始研制，于1977年开始工业应用。我国可编程控制器的引进、应用、研制、生产是伴随着改革开放开始的。最初是在引进设备中大量使用了可编程控制器。接下来在各种企业的生产设备及产品中不断扩大了PLC的应用。目前，我国自己已可以生产中小型可编程控制器。上海东屋电气有限公司生产的CF系列、杭州机床电器厂生产的DKK及D系列、大连组合机床研究所生产的S系列、苏州电子计算机厂生产的YZ系列等多种产品已具备了一定的规模并在工业产品中获得了应用。此外，无锡华光公司、上海乡岛公司等中外合资企业也是我国比较著名的PLC生产厂家。可以预期，随着我国现代化进程的深入，PLC在我国将有更广阔的

23、应用天地。3.2 I/0地址分配按照本次实验要求，设计四台电机顺序起动和顺序停车，要求有四台电动机M1、M2、M3、M4，起、停顺序均为M1 M2 M3 M4。间隔时间均为30s。系统的I/O分配如表3.1所示：输入/输出单元输入/输出点启动信号I0.0关断信号I0.1电动机M1Q0.0电动机M2Q0.1电动机M3Q0.2电动机M4Q0.3表3.1输入/输出单元分配3.3系统流程图设计操作工艺流程:按下启动按钮后,电动机按照M1、M2、M3、M4的顺序依次启动，按下关断按钮后，M1、M2、M3、M4依次关断。系统顺序功能流程图如图3.1所示： 3.4系统设计梯形图4仿真画面的设计4.1新建工程

24、在Windows系统桌面上，通过以下三种方式中的任一种，都可以进入MCGS组态环境：鼠标双击Windows桌面上的“MCGS组态环境”图标； 选择“开始”“程序”“MCGS组态软件”“MCGS 组态环境”命令；按快捷键“Ctrl + Alt + G”。进入MCGS组态环境后，单击工具条上的“新建”按钮，或执行“文件”菜单中的“新建工程”命令，系统自动创建一个名为“新建工程X.MCG”的新工程（X为数字，表示建立新工程的顺序，如1、2、3等）。由于尚未进行组态操作，新工程只是一个“空壳”，一个包含五个基本组成部分的结构框架，如图4.1所示： 图4.1 新建工程 4.2 用户窗口的组态4.2.1建

25、立画面 在“用户窗口”中单击“新建窗口”按钮，建立“窗口0”。如图4.2 图4.2窗口的建立 4.2.2 编辑画面 设置用户窗口属性：选择待定义的用户窗口图标，点鼠标右键选择属性，弹出“用户窗口属性设置”对话框，按所列款项设置有关属性。用户窗口的属性包括基本属性、扩充属性和脚本控制，由用户选择设置。窗口的基本属性包括窗口名称、显示标题、背景颜色、窗口位置、窗口边界、窗口大小等项内容。窗口的扩充属性包括窗口的外观、位置坐标和视区大小等项内容。窗口的视区是指实际可用的区域，与屏幕上所见的区域可以不同，当选择视区大于可见区时，窗口侧边附加滚动条，操作滚动条可以浏览窗口内所有的图形对象。脚本控制包括启

26、动脚本，循环脚本和退出脚本，启动脚本在用户窗口打开时，循环脚本是在窗口打开期间以指定的间隔循环执行，退出脚本则是在用户窗口关闭时执行。具体操作步骤为：双击“窗口0”窗口图标，进入动画组态窗口，开始编辑画面;双击画面，弹出设置窗口。 按图4.3所示将“窗口名称”设置为“四台电机顺序起、停”； “窗口位置”选中最大化显示；“窗口边界” 设定为可变边，其余不变。MCGS提供了三类图形对象供用户选用， 即图元对象、图符对象和动画构件。这些图形对象位于常用符号工具箱和动画工具箱内，用户从工具箱中选择所需要的图形对象，配置在用户窗口内，可以创建各种复杂的图形。图形对象创建完成后，要对图形对象进行各种编辑工

27、作，如：改变图形的颜色和大小，调整图形的位置和排列形式，图形的旋转及组合分解等项操作，MCGS提供了完善的编辑工具，使用户能快速制作各种复杂的图形界面，以图形方式精确表示外部物理对象。具体操作步骤如下：单击工具条中的“工具箱”按钮，打开绘图工具箱。选中“电动机控制系统”窗口图标，单击“动画组态”，进入动画组态窗口，开始编辑画面。 图4.3窗口属性4.2.3 制作文本框1单击工具条中的“工具箱”按钮，打开绘图工具箱。2 选择“工具箱”内的“标签”按钮，鼠标的光标呈“十字”形，在窗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“四台电动机起、停顺序控制系统设计”，

28、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（填充色）按钮，设定文字框的背景颜色为：没有填充；点击（线色）按钮，设置文字框的边线颜色为：没有边线。点击（字符字体）按钮，设置文字字体为：仿宋；字型为：粗体；大小为：一号点击（字符颜色）按钮，将文字颜色设为：粉色。4.2.4 制作电动机1 单击绘图工具箱中的（插入元件）图标，弹出对象元件管理对话框。 2 从“传送带”类中选4条传送带6，选两辆集装箱车2。3从“马达”类中选取4马达10。4 将马达、传送带、集装箱车整为适当大小，放到适当位置，参照效果图。5选中工具箱内的流动块动画构件图标，鼠标的光标呈“十”字

29、形，移动鼠标至窗口的预定位置，点击一下鼠标左键，移动鼠标，在鼠标光标后形成一道虚线，拖动一定距离后，点击鼠标左键，生成一段流动块。再拖动鼠标（可沿原来方向，也可垂直原来方向），生成下一段流动块。当用户想结束绘制时，双击鼠标左键即可。当用户想修改流动块时，选中流动块（流动块周围出现选中标志：白色小方块），鼠标指针指向小方块，按住左键不放，拖动鼠标，即可调整流动块的形状。6 分别用标签设置右上脚的文本框。7点击工具箱中的实时曲线画出图。8用工具箱中的标准按钮，在桌面上拖动3个框分别为启动、停止。它们的设置参照效果图。9选择“文件”菜单中的“保存窗口”选项，保存画面。10单击“窗口属性”按钮，进入窗

30、口属性设置界面。4.3电动机顺序控制画面中构件的属性设置电动机控制的动作过程如下：开始启动，M1电动机符号变蓝，5s后M2电动机符号变蓝，5s后M3电动机符号变蓝，5s后M4电动机符号变蓝，按停止按钮后，5s后M1电动机符号变红，5s后M2电动机符号变红5s后M3电动机符号变红，5s后M4电动机符号变红。根据PLC控制系统的I/O表，对电动机控制画面中的各个相关构件进行属性设置。MCGS中定义的数据对象的作用域是全局的，像通常意义的全局变量一样，数据对象的各个属性在整个运行过程中都保持有效，系统中的其它部分都能对实时数据库中的数据对象进行操作处理。为了方便用户对数据变量的统计，MCGS组态软件

31、提供了计数检查功能。通过使用计数检查，用户可清楚的掌握各种类型数据变量的数量及使用情况。定义数据变量，在电动机控制画面中可以看出，需要定义的数据变量有：四个电动机的输入信号。Q0.0、Q0.1、Q0.3、Q0.3。图4.4 电动机的数据定义进一步对想要操作的流动块进行设置，定义动画连接，如下图所示： 图4.5 电磁阀开关属性设置可以设置小车，传送带，其他电动机的动画属性整体画面最后生成的画面图4.6所示：图4.6整体画面 4.4定义数据对象定义数据变量的内容主要包括：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，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

32、工程中需要用到以下数据对象：变量名称类型对应PLC的继电器电动机M1开关型控制电动机M1的启动和关断电动机M1开关型控制电动机M2的启动和关断电动机M1开关型控制电动机M3的启动和关断电动机M1开关型控制电动机M4的启动和关断小车开关型小车移动小车开关型小车移动表4.1 数据对象鼠标点击工作台的“实时数据库”窗口标签，进入实时数据库窗口页，对实时数据进行修改。1 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。2 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）。3 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。4将对象名称改为电动机M1；对象类型选择：开关型；4.5 设备连接1 在工作台“设备窗口”中双击“设备窗口”图标进入。2 点击工具条中的“工具箱”图标，打开“设备工具箱”。3 点击“设备工具箱”中的“设备管理”按钮。如图4.7所示：图 4.7 设备连接4 在可选设备列表中，双击“通用串口父设备”。5 在可控设备列表中，双击“PLC设备”，选择西门子S7-200。之后进行动画连接。如图所示：图 4.8 添加设备4