计算机控制系统课设 (2)

1、目录一、 摘要-1二、 硬件设计-21.硬件设计说明 -22.工作原理-23.元器件选择-34.电路元件表-6三、 软件设计-71.软件设计说明-72.梯形程序图-73.程序连接示意图-7四、 组态设计-81.MCGS组态软件介绍-82.仿真画面的设计-93.通过PLC进行编程-13五、 系统总原理图-15六、 设计总结-16七、 参考文献-17一 摘要随着工业自动化水平的不断提高，计算机的广泛运用，人们对工业自动化的要求也越来越高。而组态软件又有延续性和可扩充性，易学易用性和通用性，使得组态软件得到长足的发展。并且随着科学技术发展迅猛，在工控自动化领域发展中也得到很快的提高。MCGS (Mo

2、nitor and Control Generated System，通用监控系统)是一套基于Microsoft的，用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统，可运行于Microsoft Windows 95/98/Me/NT/2000等操作系统。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、实时和历史数据处理、报警和安全机制、流程控制、动画显示、趋势曲线和报表输出以及企业监控网络等功能。它充分利用了Windows图形功能完备、界面一致性好、易学易用的特点，比以往使用专用机开发的工业控制系统更具有通用性，在自动化领域有着更广泛的应用。本文介绍了基于电力拖动

3、的一种电动机的启动停止的设计方案，将两台电动机成功的顺序启动，顺序停止，顺序启动、停止控制电路是在一个设备启动之后另一个设备才能启动运行的一种控制方法，常用于主、辅设备之间的控制。我们运用其原理的思路是：用两套异步电机M1和M2，在M2控制回路中串入常开触头，实现只有先开M1才能后开M2，在M1停机按钮上并联一常开触头，实现只有先停M2才能后停M1。系统用到的元件有常开常闭开关，熔断器，继电器等一些常用的电气元件。绘制电路图与工作流程图，并进行改进。关键词：异步电机 M1和M2；常开常闭开关；熔断器；继电器二 硬件的设计1硬件设计说明硬件设计就是连接计算机，PLC和电动机的接口电路的设计，而硬

4、件接线是根据控制线路和程序梯形图而来的，所以需要根据主电路图，利用PLC知识画出控制电路，由控制电路编制程序梯形图，使硬件接口与PLC软件指令对应。2工作原理下图为两台电动机按顺序起动/按顺序停止控制线路。工作时，按下起动按钮SB1，接触器KM1吸合，1号电动机M1运转；同时，时间继电器KT1通电计时，计时时间到，由KT1的延时闭合常开触点给接触器KM2通电，2号电动机M2运转。停止工作时，按下停止按钮SB2，M2电动机立即停止工作；同时时间继电器KT2计时，计时时间到，由KT2的延时断开常闭触点，将接触器KM1断电，M1电动机停止运行。（1）.主电路（2）.控制电路两台电动机顺序起动/停止控

5、制线路3元器件选择（1）.电动机的选择Y系列电动机是一般用途的全封闭自扇冷式鼠笼型三相异步电动机。安装尺寸和功率等级符合IEC标准，外壳防护等级为IP44，冷却方法为IC411，连续工作制（S1）。适用于驱动无特殊要求的机械设备，如机床、泵、风机、压缩机、搅拌机、运输机械、农业机械、食品机械等。 Y系列中，Y80315电动机符合Y系列（IP44）三相异步电动机技术条件JB/T9616-1999。Y355电动机符合Y系列（IP44）三相异步电动机技术条件JB5274-91。Y80315电动机采用B级绝缘。Y355电动机采用F级绝缘。额定电压为380V，额定频率为50Hz。功率3kW及以下为Y接法

6、；其它功率均为接法。电动机运行地点的海拔不超过1000m；环境空气温度随季节变化，但不超过40；最低环境空气温度为-15；最湿月月平均最高相对湿度为90%；同时该月月平均最低温度不高于25。电动机有一个轴伸，可制成双轴伸，第二轴伸亦能传递额定功率，但只能用联轴器传动。选用的异步电机是转速3000r/min的电动机，具体实物图如图所示： 常用异步电机实物图（2）.熔断器的选择 熔断器也被称为保险丝，IEC127标准将它定义为熔断体（fuse-link)。它是一种安装在电路中，保证电路安全运行的电器元件。熔断器其实就是一种短路保护器，广泛用于配电系统和控制系统，主要进行短路保护或严重过载保护。熔断

7、器（实物如图）是根据电流超过规定值一段时间后，以其自身产生的热量使熔体熔化，从而使电路断开；运用这种原理制成的一种电流保护器。熔断器广泛应用于高低压配电系统和控制系统以及用电设备中，作为短路和过电流的保护器，是应用最普遍的保护器件之一。熔断器是一种过电流保护器。熔断器主要由熔体和熔管以及外加填料等部分组成。使用时，将熔断器串联于被保护电路中，当被保护电路的电流超过规定值，并经过一定时间后，由熔体自身产生的热量熔断熔体，使电路断开，从而起到保护的作用。 熔断器实物图以金属导体作为熔体而分断电路的电器，串联于电路中，当过载或短路电流通过熔体时，熔体自身将发热而熔断，从而对电力系统、各种电工设备以及

8、家用电器都起到了一定的保护作用。具有反时延特性，当过载电流小时，熔断时间长；过载电流大时，熔断时间短。因此，在一定过载电流范围内至电流恢复正常，熔断器不会熔断，可以继续使用。熔断器主要由熔体、外壳和支座3 部分组成，其中熔体是控制熔断特性的关键元件。（3）.继电器的选择电磁继电器（如图）一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静

9、触点（常闭触点）释放。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。继电器一般有两股电路，为低压控制电路和高压工作电路。 继电器的结构及原理当输入量(如电压、电流、温度等)达到规定值时，继电器使被控制的输出电路导通或断开。输入量可分为电气量(如电流、电压、频率、功率等)及非电气量(如温度、压力、速度等)两大类。继电器具有动作快、工作稳定、使用寿命长、体积小等优点。广泛应用于电力保护、自动化、运动、遥控、测量和通信等装置中。（4）.常闭常开开关器

10、的选择按钮开关：一种短时接通或断开小电流电路的电器，它不直接控制主电路的通断，而在控制电路中发出手动“指令”去控制接触器、继电器等电器，再由它们去控制主电路，故称“主令电器”。 按钮开关的结构：由按钮帽、复位弹簧、固定触点、可动触点、外壳和支柱连杆等组成。常开触头（动合触头）：是指原始状态时（电器未受外力或线圈未通电），固定触点与可动触点处于分开状态的触头。常开(动合)按钮开关，未按下时，触头是断开的，按下时触头闭合接通；当松开后，按钮开关在复位弹簧的作用下复位断开。在控制电路中，常开按钮常用来启动电动机，也称启动按钮。常闭(动断)按钮开关与常开按钮开关相反，末按下时，触头是闭合的，按下时触头

11、断开；当手松开后，按钮开关在复位弹簧的作用下复位闭合。常闭按钮常用于控制电动机停车，也称停车按钮。 复合按钮开关：将常开与常闭按钮开关组合为一体的按钮开关，即具有常闭触头和常开触头。未按下时，常闭触头是闭合的，常开触头是断开的。按下按钮时，常闭触头首先断开，常开触头后闭合；当松开后，按钮开关在复位弹簧的作用下，首先将常开触头断开，继而将常闭触头闭合。复合按钮用于联锁控制电路中。4电路元件表根据电路原理图所列个元件，如下表：元件名称符号用途数量熔断器FU用于短路保护和严重过载保护2热继电器开关FR用于短路保护和严重过载保护,进行保护时开关分断1按钮SB起动、停止主电路2接触器线圈KM通断电时，使

12、触点接通或分断3时间继电器线圈KT通电后经过一定的延时后输出信号2接触器触点KM根据接触器线圈通断电接通、分断电路4继电器触点KT根据继电器通电延时后接通控制电路2三 软件的设计1软件设计说明 首先利用PLC编程软件根据三相笼型异步电动机串电阻降压起动/反接制动控制电路编制梯形图程序，程序指令与PLC地址对应。完成后，编译将程序下载到PLC中并运行。2梯形程序图3.程序连接示意图元件与其对应地址硬件名称符号对应的PLC地址停止按钮SB2I0.1启动按钮SB1I0.3热继电器BBI0.5接触器1KM1Q0.1接触器2KM2Q0.2接触器3KM3Q0.3四 组态的设计1.MCGS组态软件介绍MCG

13、S(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。MCGS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

14、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

15、态方式进行各种处理，完成用户组态设计的目标和功能。MCGS系统整体框图如图所示： 2.仿真画面的设计（1）.建立画面 在“用户窗口”中单击“新建窗口”按钮，建立“窗口0”。如图所示：（2）.编辑窗口在工作台画面中，包括“主控窗口”、“设备窗口”、“用户窗口”、“实时数据库”及“运行策略”选项。分别完成工程命名和属性设置、动画设计、设备连接、编写控制流程、定义数据变量等项组态操作。创建工程后首先应进行控制设备的组态，鼠标左键点击“设备窗口”，弹出“设备窗口”画面，双击图标，弹出画面如图所示： 项目组态画面首先用鼠标左键双击“通用串口父设备”， 通用串口父设备是提供串口通讯功能的父设备，每个通讯串

16、口父设备与一个实际的物理串口对应，下面可以挂接所有通过串口连接的设备。具体功能设定如图所示： 通用串口设备属性编辑画面然后双击对应的PLC设备，本书以西门子S7-200系列的PLC为例，所以双击“西门子_S7200PPI”，把控制设备加入到“通用串口父设备0”的子目录下，如图所示：设备组态画面MCGS的驱动设备库非常丰富，除PLC之外还包含变频器、仪表、模块等。“实时数据库”和“运行策略”可以在工程组态的过程中完成。在进行工程组态之前，首先要建立项目的数据变量。然后根据组态设计要求进行具体操作。（3）.系统原理实物图的建立1.单击工具条中的“工具箱”按钮，打开绘图工具箱。2.单击绘图工具箱中的

17、（插入元件）图标，弹出对象元件管理对话框。3.根据原理图绘制实物图。4.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：二个电动机的输入信号。Q0.0、Q0.1。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：电磁阀开关属性设置 5.生成的系统图如图

18、所示3通过PLC进行编程，其程序如下：（1）.在MCGS中创建工程后，对控制窗口中的各个元素进行动画组态，由PLC控制程序可知，“起动”按钮对应的地址为“I0.1”，“停止”按钮对应的地址为“I0.3”，“KM1”对应的地址为“Q0.1”，“KM2”对应的地址为“Q0.2”，“KM2”对应的地址为“Q0.3”。地址分配后，开始对工程进行动画组态。（2）.该工程的动画主要分类：1.触点（KM1、KM2）的动作：该动画可以用“可见度”来完成。用绘图工具分别绘制开点图形和闭点图形，用变量选择窗口生成开点图形的表达式为“设备0_读写Q000_0”（KM1）或“设备0_读写Q000_1”（KM2）或“设

19、备0_读写Q000_2”然后生成闭点图形的表达式为“设备0_读写Q000_0”（KM1）或“设备0_读写Q000_1”（KM2）表达式非零时，设为对应图符可见。这样，当PLC程序运行时，即可完成触点的接触、断开动作了。2电动机旋转动作：这里介绍一种新的方法来完成旋转，即通过“运行策略”和“可见度”配合完成。具体方法是选中绘制好的旋转图“旋转1”和 “旋转2”。 在“实时数据库”新增对象“旋转”，设置对象类型为“数值”，对象初值为0。设定“旋转1”的“可见度”，表达式栏选“旋转”，当表达式非零时，设定“对应图符不可见”。设定“旋转2”的“可见度”，表达式栏选“旋转”，当表达式非零时，设定“对应图

20、符可见”。然后选择“工作台”中的“运行策略”，双击“循环策略”进入“策略组态”窗口。在窗口空白处单击鼠标右键，在弹出选项中，选择“新增策略行”如图所示。策略组态双击图标，进入“表达式条件”窗口，在“表达式”栏中，可以设定策略运行所满足得条件。由控制程序可知，当控制接触器触点KM1闭合的时候，电动机开始起动，所以表达式栏应设定为“设备0_读写Q000_0 or设备0_读写Q000_1”，“条件设置”栏点选表达式的值非0时条件成立，点击确认完成。用鼠标右键点击空白处，在弹出选项中点击“策略工具箱”，把弹出的窗口中的“数据对象”拖入图标，图标变为“数据对象操作”。双击图标进入“数据对象操作”窗口，在

21、“对应数据对象名称”栏中，填入“起动”，在“值操作”栏中勾选“对象的值”，输入变量为“起动”，点击确认完成设定，如图所示。 数据对象操作3接触器线圈变色：根据控制要求，当接触器处于断电状态时，线圈应为绿色，接触器处于通电状态时，线圈应为红色。该动作可以通过“填充颜色”来实现。在工曾窗口中双击线圈，在弹出的“动画组态属性设置”窗口中勾选“填充颜色”，进入填充颜色选项，“KM1”接触器对应的表达式应为“串电阻起动”，“KM2”接触器对应的表达式应为“反接制动”。“分段点0”设为绿色，“分段点1”设为红色，点击确认完成组态。4.转动方向显示：建立“串电阻起动”标签和“顺序停止”标签，两个标签的动画均用可见度来完成，其中“串电阻起动”标签可见度表达式为“设