自动送料装车系统的MCGS界面控制设计

1、CHANGZHOU INSTITUTE OF TECHNOLOGY组态软件与触摸屏控制技术课程设计报告书题目：自动送料装车系统的MCGS界面控制设计二级学院（直属学部）： 电子信息与电气工程学院 专业：电气工程及其自动化 班级： 学生姓名： 学号： 指导教师姓名： 史建平 职称： 副教授 目 录绪论3第一章 邮件分拣系统的PLC部分51.1 PLC材料分拣系统的设计要求51.2实验面板图61.3元器件的选择61.4 PLC的I/O资源配置71.5设计思想与程序框图71.6程序及其说明8第二章 材料分拣系统的组态部分142.1 MCGS组态软件的介绍142.1.1 MCGS的主要特性和功能142

2、.1.2 MCGS系统的构成 MCGS152.2 材料分拣系统组态监控工程简介172.3 分拣系统组态工程的建立182.4 制作分拣系统的组态工程画面192.4.2 设置分拣系统监控的用户窗口属性202.4.3 创建工程图形212.4.4 编辑工程图形222.5 定义分拣系统组态数据对象24第三章 MCGS组态软件与PLC的通讯313.1 选择分拣系统设备构件313.2 设置分拣系统的设备构件属性323.3 通讯通道的连接32第四章触摸屏36小结38绪论MCGS是一套用于快速构造和生成计算机控制系统的组态软件时它能够在基于Microsoft的各种各样32位Windows平台上运行时通过对现场数

3、据的采集处理时以动画显示、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时在自动化领域有着广泛应用。MCGS组态软件功能强大时操作简单时易学易用时普通工程人员经过短时间的培训就能迅速掌握多数工程项目的设计和运行操作。同时使用MCGS组态软件能够避开复杂的计算机软、硬件问题时集中精力去解决工程本身问题时根据工程作业的需要和特点时组态配置出高性能、高可靠性和高度专业化的工业控制监控系统。 随着商品品种的增多时配送中心的增多时多品种、高频次、随机性的商品分类分拣作业时进入九十年代后得到迅速发展。出错率高、费时费力的人力分类作业时很快被自动分拣机及其系统所替代时开始于邮政包裹分

4、拣系统时目前广泛应用于流通、商业的物流中心和配送中心。 分拣系统为邮政、工厂的工作效率等方面带来的方便是显而易见的。在国内外都应用的非常广泛时它之所以能得到大家的认可除了它能大大提高工作效率外还能使工作变的轻松、方便。操作人员可以在办公室就能清楚的知道工作现场的情况时能随时开始时暂停生产线的工作时也就实现了远程操控的目的。 本课题的主要研究的内容是如何使上下位机实现监控时这就要求设计者对课题要充分了解时在了解了PLC是如何控制分拣系统的前提下采用组态软件MCGS对其进行监控时监控的过程正是本次设计的主要研究对象。组态软件是如何设计的时组态软件是如何同PLC进行通讯的时这些都是本设计需要解决的问

5、题 第一章 邮件分拣系统的PLC部分20世纪60年代末，为了克服传统继电器的种种应用上的缺点，人们研制出了一种先进的可编程序控制器PLC（Programmable logic Controller），由于PLC具有优良的技术性能，因此它一问世就很快得到了推广应用。随着微电子技术和计算机技术的迅速发展，PLC在工业控制领域内得到广泛的应用愈加明显。1.1 PLC材料分拣系统的设计要求启动后绿灯L1亮表示可以进邮件，S1为ON表示模拟检测邮件的光标号检测到邮件，拨号器模拟邮件的邮码，从拨号器读到的邮码，从拨号器读到的邮码的正常值为1,2,3,4,5。若是此5个数的任意一个，则红灯L2亮，电机M5运

6、行，将邮件分拣到邮箱内，完后L2灭，L1亮，表示可以分拣邮件。若读到的邮码不是该5个数，曾红灯L2闪烁，表示出错，电机M5停止，重新启动后，能重新运行。1.2实验面板图 图 11.3元器件的选择序号名称型号数量1PlcFx2N-48MR12电动机Y250M-453传感器WBCO154传送带V6015电磁阀34EF30-E10B16启动按钮LA2517电源SITOP18灯泡2.5w29熔断器RL6-25310低压隔离器HD-11311时间继电器JRO312按钮LA25213压力继电器JT4-22A314热继电器JR16-20/331.4 PLC的I/O资源配置输入SD启动S1检测邮码A传感器B传

7、感器 C传感器D传感器E复位X0 X1X2X3X4X5输出L进邮件L2检邮件M5 电机M1电机M2电机M3电机M4电机5Y0Y1 Y2Y3Y4Y5Y6Y71.5设计思想与程序框图邮件入箱控制软件设计流程：一是邮件检测；二是编码信息检测；三是编码信息转化为脉冲信号；四是邮件入箱；五是出错控制。PLC控制部分程序流程图启动检测红灯灭绿灯亮入箱红灯亮绿灯灭采集判别编码信息读取编码信息红绿灯交替闪重启图21.6程序及其说明电机正常起动灯L1亮，可以开始进邮件灯L2亮，满足检邮件的条件，开始检邮件。满足拨码器的正常数值1，2，3，4，5，邮件分拣到对应邮箱中去邮件分检到第一个邮箱中去邮件分检到第二个邮箱

8、中去邮件分检到第三个邮箱中去邮件分检到第四个邮箱中去邮件分检到第五个邮箱中去第二章 材料分拣系统的组态部分计算机的发展给工业自动化带来了很多的方便。MCGS组态软件CAD等软件给自动化的实际操作带来了太多的方便。本章主要介绍材料分拣系统的组态软件部分。 2.1 MCGS组态软件的介绍 2.1.1 MCGS的主要特性和功能 MCGS (Monitor and Control Generated System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

9、等多种方式向用户提供解决实际工程问题的方案在工业控制领域有着广泛的应用。 MCGS是真正的32位系统充分利用了32位Windows操作平台的多任务、按优先级分时操作的功能以线程为单位对在工程作业中实时性强的关键任务和实时性不强的非关键任务进行分时并行处理使PC机广泛应用于工程测控领域成为可能。例如MCGS在处理数据采集、设备驱动和异常处理等关键任务时可在主机运行周期时间内插空进行像打印数据一类的非关键性工作实现并行处理。 实时数据库为用户分部组态提供极大方便。MCGS由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略五个部分构成其中实时数据库是一个数据处理中心是系统各个部分及其各种功能性构件

10、的公用数据区是整个系统的核心。各个部件独立地向实时数据库输入和输出数据并完成自己的差错控制。在生成用户应用系统时每一部分均可分别进行组态配置独立建造互不相干而在系统运行过程中各个部分都通过实时数据库交换数据形成互相关联的整体。 支持多种硬件设备实现“设备无关”。MCGS针对外部设备的特征设立设备工具箱定义多种设备构件建立系统与外部设备的连接关系赋予相关的属性实现对外部设备的驱动和控制。用户在设备工具箱中可方便选择各种设备构件。不同的设备对应不同的构件所有的设备构件均通过实时数据库建立联系而建立时又是相互独立的即对某一构件的操作或改动不影响其它构件和整个系统的结构因此MCGS是一个“设备无关”的

11、系统用户不必因外部设备的局部改动而影响整个系统。 MCGS组态软件功能强大操作简单易学易用普通工程人员经过短时间的培训就能迅速掌握多数工程项目的设计和运行操作。同时使用MCGS组态软件能够避开复杂的计算机软、硬件问题集中精力去解决工程问题本身根据工程作业的需要和特点组态配置出高性能、高可靠性和高度专业化的工业控制监控系统。 2.1.2 MCGS系统的构成 MCGS系统包括组态环境和运行环境两个部分用户的所有组态配置过程都在组态环境中进行组态环境相当于一套完整的工具软件它帮助用户设计和构造自己的应用系统。用户组态生成的结果是一个数据库文件称为组态结果数据库。运行环境是一个独立的运行系统时它按照组

12、态结果数据库中用户指定的方式进行各种处理时完成用户组态设计的目标和功能。运行环境本身没有任何意义时必须与组态结果数据库一起作为一个整体时才能构成用户应用系统。一旦组态工作完成时运行环境和组态结果数据库就可以离开组态环境而独立运行在监控计算机上。 实时数据库相当于一个数据处理中心时同时也起到公用数据交换区的作用。MCGS用实时数据库来管理所有实时数据。从外部设备采集来的实时数据送入实时数据库时系统其它部分操作的数据也来自于实时数据库。实时数据库自动完成对实时数据的报警处理和存盘处理时同时它还根据需要把有关信息以事件的方式发送给系统的其它部分时以便触发相关事件时进行实时处理。因此时实时数据库所存储

13、的单元时不单单是变量的数值时还包括变量的特征参数属性及对该变量的操作方法报警属性、报警处理和存盘处理等。这种将数值、属性、方法封装在一起的数据我们称之为数据对象。实时数据库采用面向对象的技术时为其它部分提供服务时提供了系统各个功能部件的数据共享。 设备窗口专门用来放置不同类型和功能的设备构件时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时送入实时数据库时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时运行时时系统自动打开设备窗口时管理和调度所有设备构件正常工作时并在后台独立运行。注意对用户来说时设备窗口是不可见的。 用户窗口中可以放置三种不同类型

14、的图形对象图元、图符和动画构件。图元和图符对象为用户提供了一套完善的设计制作图形画面和定义动画的方法。动画构件对应于不同的动画功能时它们是从工程实践经验中总结出的常用的动画显示与操作模块时用户可以直接使用。通过在用户窗口内放置不同的图形对象时搭制多个用户窗口时用户可以构造各种复杂的图形界面时用不同的方式实现数据和流程的“可视化”。 综上所述时一个应用系统由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略五个部分组成。组态工作开始时时系统只为用户搭建了一个能够独立运行的空框架时提供了丰富的动画部件与功能部件。如果要完成一个实际的应用系统时应主要完成以下工作 首先时要像搭积木一样时在组态环境中用

15、系统提供的或用户扩展的构件构造应用系统时配置各种参数时形成一个有丰富功能可实际应用的工程 然后时把组态环境中的组态结果提交给运行环境。运行环境和组态结果一起就构成了用户自己的应用系统。2.2 材料分拣系统组态监控工程简介 在实际工程的进行中时在使用MCGS之前要熟悉整个工程的规划时这样才能保证工程的顺利完成。 首先要解决的是对整个工程的系统构成和工艺流程的了解时弄清测控对象的特征时明确主要的监控要求和技术要求等问题。在这个基础上拟定整个系统应该实现的功能时如何控制流程时用户窗口建立时实现何种动画效果以及如何在实时数据库中定义数据变量等环节。然后分析工程中输入输出变量与系统中定义的变量的对应关系

16、时以及他们之间是如何连接的时他们之间是如何通过动化实现的。做好整个工程的规划能极大的提高工程实现的效率时省掉许多无谓的工作时能快速有效的完成工程。2.3 分拣系统组态工程的建立 在MCGS中每个工程的建立就创建了一个新的用户系统。工程文件的命名规则和Windows系统相同MCGS自动给工程文件名加上后缀“.mcg”。每个工程都对应一个组态结果数据库文件。 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”的新工程时X为数字表示该工程是新建立的第几个工程如1、2、3等。由于尚未进行组态操作新工程只是一个空的骨架一个包含五个基本组成部分的结构框架接下来要逐步在框架中配置不同的功能部

17、件构造完成特定任务的应用系统这样就能把整个工程的血和肉组合在一起。 下图就是MCGS的“工作台”界面。每个新的工程的建立就是从这个界面开始的。它包括5个部分主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略每个部分都是一个窗口他们5个部分都是组态软件的重要组成部分分别管理组态软件的5个部分用鼠标单击不同的标签可选取不同窗口页面对应用系统的相应部分进行组态操作进入新工程的编辑和运行的时候用户可随意更改该工程的属性。一般情况下所有的工程文件都存放在MCGS安装目录下的Work子目录里用户也可以根据自身需要指定存放工程文件的目录。 本次设计的分拣系统的工程的建立过程如下 1、 鼠标单击文件菜单中“新

18、建工程”选项生成名称为“新建工程X.MCG”的文件。该工程默认保存在用户安装MCGS的目录下的Work子目录里用户也可自行修改保存路径。图12、 选择文件菜单中的“工程另存为”菜单项弹出文件保存窗口。然后保存该工程。 3、 在文件名一栏内输入“材料分拣组态监控系统”点击“保存”按扭工程创建完毕。 2.4 制作分拣系统的组态工程画面 工程画面是观的反映整个系统的工具组态软件拥有强大的编辑工程画面的工具能编辑出非常漂亮的各种工程的画面给用户很大的帮助。以下是分拣系统的工程画面的编辑的步骤 1. 创建用户窗口 2. 设置用户窗口属性 3. 创建工程图形 4. 编辑工程图形 2.4.1创建分拣系统监控

19、的用户窗口 打开工作环境，选择用户窗口，如下图所示 点击“新建窗口”按钮，即可创建一新的窗口。图2 2.4.2 设置分拣系统监控的用户窗口属性 选定上面创建的窗口，单击右边的“窗口属性”按钮，设置该窗口的属性。也可单击鼠标右键来选择设置属性。用户窗口的属性包括基本属性、扩充属性和脚本控制时启动脚本、循环脚本、退出脚本由用户选择设置。图3在“用户窗口”中选定“材料分拣系统”时单击鼠标右键时选择下拉菜单中的“设置为启动窗口” 时将该窗口设置为运行时自动加载的窗口。 2.4.3 创建工程图形 在上述的用户窗口中时鼠标选定该用户窗口时单击“动画组态”按钮时系统会自动弹出一个空白页时用户可在该空白页上进

20、行对工程的图形的创建。 在用户窗口中创建图形对象之前时需要从工具箱中选取需要的图形构件时进行图形对象的创建工作。我们已经知道时MCGS提供了两个工具箱放置图元和动画构件的绘图工具箱和常用图符工具箱。从这两个工具箱中选取所需的构件或图符时在用户窗口内进行组合时就构成用户窗口的各种图形界面。MCGS组态软件的工具箱有着很强大的功能它的“对象元件库”里储存着大量的元件的样本用户在做一般常见的系统时可以很方便的直接从元件库中调用元件本次设计所用的元件在元件库中不容易找到所以作者用了编辑器把所要用的元件画了出来。在用户窗口中绘制一个图形对象实际上是将工具箱内的图符或构件放置到用户窗口中组成新的图形。操作

21、方法是 打开工具箱鼠标单击工具箱内对应的图标选中所要绘制的图元、图符或动画构件。把鼠标移到用户窗口内此时鼠标光标变为十字形按下鼠标左键不放在窗口内拖动鼠标到适当的位置然后松开鼠标左键则在该位置建立了所需的图形绘制图形对象完成此时鼠标光标恢复为箭头形状。2.4.4 编辑工程图形 编辑工程图形就是用MCGS的图形库中的图形或工具箱画出来的图形经过用户的组合个编辑做成可以反映工程的图形。清晰的外观可以给使用者带来最直观的反映。 在对图形对象进行编辑操作之前首先要选择被编辑的图形对象选择的方法如下 1. 打开工具箱鼠标单击工具箱中的“选择器”此时鼠标变成箭头形状。用户可以在用户窗口中选择任意的形状单击

22、鼠标左键在该对象周围显示多个小方块时称为拖拽手柄即表示该图形对象被选中。 2. 用户按“Tab”键可依次在所有图形对象周围显示选中的标志。3. 鼠标单击“选择器”不放可在用户窗口中画出一个任意大小的虚拟矩形在这个矩形框范围中都是被选中的图形松开鼠标左键则显示被选中图形。用户可对其进行处理。 4. 用户按“Shift”键不放逐个选择图形可完成对所有选择图形的编辑松开“Shift”键则可完成对图形的选择。如果要将一组零散的图形组合成一个整图形就要使用“图形整合”。使用方法如下时用上述的方法选择该组零散图形选定后单击鼠标右键选择“排列”菜单中的“构成图符”则该组零件就会构成一个整图用户可任意放大缩小

23、该图形也可移动该图形当用户要分解某图形时选定该图形单击鼠标右键选择“排列”菜单中的“分解图符”则该图形就会分解为原零图42.5 定义分拣系统组态数据对象 在MCGS中所用到的数据是以数据对象的形式来进行操作与处理的。数据对象它不仅包含了数据变量的数值特征还将与数据相关的其它属性时如数据的状态、报警限值等以及对数据的操作方法时如存盘处理、报警处理等封装在一起作为一个整体以对象的形式提供服务这种把数值、属性和方法定义成一体的数据称为数据对象在MCGS中时用数据对象来描述系统中的实时数据时用数据变量代替传统意义上的值变量时把数据库技术管理的所有数据对象的集合称为实时数据库。 实时数据库是整个MCGS

24、的核心时是应用系统的数据处理中心。系统各个部分均以实时数据库为公用区交换数据时实现各个部分协调动作。 设备窗口通过设备构件驱动外部设备时将采集的数据送入实时数据库由用户窗口组成的图形对象时与实时数据库中的数据对象建立连接关系时以动画形式实现数据的可视化运行策略通过策略构件时对数据进行操作和处理。 为了方便用户的检查方便时MCGS拥有计数检查功能时用户可以用计数检查功能随时对系统进行检查时掌握系统的数据变量的数量和使用情况。定义数据对象的过程时就是构造实时数据库的过程。定义数据对象时时在组态环境工作台窗口中时选择“实时数据库”标签时进入实时数据库窗口页时显示已定义的数据对象。图5对于新建工程时窗

25、口中显示系统内建的四个字符型数据对象时分别是InputETime、InputSTime、InputUser1和InputUser2。当在对象列表的某一位置增加一个新的对象时可在该处选定数据对象时鼠标单击“新增对象”按钮时则在选中的对象之后增加一个新的数据对象如不指定位置时则在对象表的最后增加一个新的数据对象。新增对象的名称以选中的对象名称为基准时按字符递增的顺序由系统缺省确定。对于新建工程时首次定义的数据对象。缺省名称为Data1。需要注意的是时数据对象的名称中不能带有空格时否则会影响对此数据对象存盘数据的读取图6在“实时数据库”窗口页中时可以象在Windows95的文件操作窗口中一样时能够以

26、大图标、小图标、列表、详细资料四种方式显示实时数据库中已定义的数据对象时可以选择按名称的顺序或按类型顺序来显示数据对象时也可以剪切、拷贝、粘贴指定的数据对象时还可以直接修改数据对象的名称。图7为了快速生成多个相同类型的数据对象可以选择“成组增加”按钮弹出“成组增加数据对象”对话框一次定义多个数据对象如上图所示。成组增加的数据对象名称由主体名称和索引代码两部分组成。其中“对象名称”一栏代表该组对象名称的主体部分而“起始索引值”则代表第一个成员的索引代码其它数据对象的主体名称相同索引代码依次递增。成组增加的数据对象其他特性如数据类型、工程单位、最大最小值等都是一致的。 数值型数据对象有最大和最小值

27、属性其值不会超过设定的数值范围。当对象的值小于最小值或大于最大值时对象的值分别取为最小值或最大值。 数据对象定义之后应根据实际需要设置数据对象的属性。在组态环境工作台窗口中选择“实时数据库”标签从数据对象列表中选中某一数据对象鼠标单击“对象属性”按钮或者鼠标双击数据对象即可弹出如下图所示的“数据对象属性设置”对话框。对话框设有三个窗口页基本属性、存盘属性和报警属性。 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。 开关型数据对象记录开关信号时0或非0的数据对象称为开关型数据对象通常与外部设备的数字量输入输出通道连接用来表示某一设备

28、当前所处的状态。开关型数据对象也用于表示MCGS中某一对象的状态如对应于一个图形对象的可见度状态。开关型数据对象没有工程单位和最大最小值属性没有限值报警属性只有状态报警属性。 数值型数据对象在MCGS中数值型数据对象的数值范围是负数是从 -3.402823E38 到 -1.401298E-45正数是从 1.401298E-45 到 3.402823E38。数值型数据对象除了存放数值及参与数值运算外还提供报警信息并能够与外部设备的模拟量输入输出通道相连接。数值型数据对象有最大和最小值属性其值不会超过设定的数值范围。当对象的值小于最小值或大于最大值时对象的值分别取为最小值或最大值数值型数据对象有限

29、值报警属性可同时设置下下限、下限、上限、上上限、上偏差、下偏差等六种报警限值当对象的值超过设定的限值时产生报警当对象的值回到所有的限值之内时报警结束。2.6 分拣系统的动画连接 到现在为止我们由图形对象搭制而成的图形界面是静止的需要我们对这些图形对象进行动画属性设置使它们“动”起来真实地描述外界对象的状态变化达到过程实时监控的目的。 MCGS实现动画设计的主要方法就是将用户窗口中的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这样在系统运行过程中图形对象的外观和状态特征就会由数据对象的实时采集结果进行驱动从而实现图形的动画效果使图形界面“动”起来时 用户窗口中的图形界面是由系统提供的图元、图符及动画构件等图形对象搭制而成的动画构件是作为一个独立的整体供选用的每一个动画构件都具有特定的动画功能一般说来动画构件用来完成图元和图符对象所不能完成或难以完成的、比较复杂的动画功能而图元和图符对象可以作为基本图形元素便于用户自由组态配置来完成动画构件中所没有的动画功能。 所谓动画连接实际上是将用户窗口内创建的图形对象与实时数据库中定义的数据对象建立起对应的关系在不同的数值区间内设置不同的图形状态属性如颜色、大小、位置移动、可见度、闪烁效果等将物理对象的特征参数以动画图形方式来进行描述这样在系统运行过程中用数据对象的值来驱动图形对象的状态