PLC組態(tài)軟件設計

1、1 MCGS簡介1.1 MCGS簡單概況MCGS (Monitor and Control Generated System，通用監(jiān)控系統(tǒng))是一套基于Microsoft的，用于快速構造和生成上位機監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件系統(tǒng)，可運行于Microsoft Windows 95/98/Me/NT/2000等操作系統(tǒng)。MCGS為用戶提供了解決實際工程問題的完整方案和開發(fā)平臺，能夠完成現場數據采集、實時和歷史數據處理、報警和安全機制、流程控制、動畫顯示、趨勢曲線和報表輸出以及企業(yè)監(jiān)控網絡等功能。它充分利用了Windows圖形功能完備、界面一致性好、易學易用的特點，比以往使用專用機開發(fā)的工業(yè)控制系統(tǒng)更具有通用

2、性，在自動化領域有著更廣泛的應用。MCGS的主要特點和基本功能如下：v 簡單靈活的可視化早做界面v 實時性強、良好的并行處理性能v 開放式結構，廣泛的數據獲取和強大的數據處理功能v 實時數據庫為用戶分部組態(tài)提供極大方便v 支持多種硬件設備，實現“設備無關”v 方便控制復雜的運行流程v 良好的可維護性和可擴充性v 用數據庫來管理數據存儲，系統(tǒng)可靠性高v 設立對象元件庫，組態(tài)工作簡單方便v 實現對工控系統(tǒng)的分布式控制和管理1.2 MCGS組態(tài)軟件的構成1.2.1 MCGS組態(tài)軟件的整體結構MCGS組態(tài)軟件（以下簡稱MCGS）由“MCGS組態(tài)環(huán)境”和“MCGS運行環(huán)境”兩個系統(tǒng)組成。兩部分互相獨立，

3、又緊密相關。MCGS組態(tài)環(huán)境是生成用戶應用系統(tǒng)的工作環(huán)境，它由可執(zhí)行程序McgsSet.exe支持，其存放于MCGS目錄的Program子目錄中。用戶在MCGS組態(tài)環(huán)境中完成動畫設計、設備連接、編寫控制流程、編制工程打印報表等全部組態(tài)工作后，生成擴展名為.mcg的工程文件，又稱為組態(tài)結果數據庫，其與MCGS 運行環(huán)境一起，構成了用戶應用系統(tǒng)，統(tǒng)稱為“工程” 。1.2.2 MCGS工程的五大部分MCGS組態(tài)軟件所建立的工程由主控窗口、設備窗口、用戶窗口、實時數據庫和運行策略五部分構成，每一部分分別進行組態(tài)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

4、放置一個設備窗口和多個用戶窗口，負責調度和管理這些窗口的打開或關閉。主要的組態(tài)操作包括：定義工程的名稱，編制工程菜單，設計封面圖形，確定自動啟動的窗口，設定動畫刷新周期，指定數據庫存盤文件名稱及存盤時間等。2、設備窗口：是連接和驅動外部設備的工作環(huán)境。在本窗口內配置數據采集與控制輸出設備，注冊設備驅動程序，定義連接與驅動設備用的數據變量。3、用戶窗口：本窗口主要用于設置工程中人機交互的界面，諸如：生成各種動畫顯示畫面報警輸出、數據與曲線圖表等。4、實時數據庫：是工程各個部分的數據交換與處理中心，它將MCGS工程的各個部分連接成有機的整體。在本窗口內定義不同類型和名稱的變量，作為數據采集、處理、

5、輸出控制、動畫連接及設備驅動的對象。5、運行策略：本窗口主要完成工程運行流程的控制。包括編寫控制程序（ifthen腳本程序），選用各種功能構件，如：數據提取、歷史曲線、定時器、配方操作、多媒體輸出等。1.3 MCGS組態(tài)軟件的工作方式1.3.1 MCGS如何與設備進行通訊MCGS通過設備驅動程序與外部設備進行數據交換。包括數據采集和發(fā)送設備指令。設備驅動程序是由VB程序設計語言編寫的DLL（動態(tài)連接庫）文件，設備驅動程序中包含符合各種設備通訊協(xié)議的處理程序，將設備運行狀態(tài)的特征數據采集進來或發(fā)送出去。MCGS負責在運行環(huán)境中調用相應的設備驅動程序，將數據傳送到工程中各個部分，完成整個系統(tǒng)的通訊

6、過程。每個驅動程序獨占一個線程，達到互不干擾的目的。1.3.2 MCGS如何產生動畫效果MCGS為每一種基本圖形元素定義了不同的動畫屬性，如：一個長方形的動畫屬性有可見度，大小變化，水平移動等，每一種動畫屬性都會產生一定的動畫效果。所謂動畫屬性，實際上是反映圖形大小、顏色、位置、可見度、閃爍性等狀態(tài)的特征參數。然而，我們在組態(tài)環(huán)境中生成的畫面都是靜止的，如何在工程運行中產生動畫效果呢？方法是：圖形的每一種動畫屬性中都有一個“表達式”設定欄，在該欄中設定一個與圖形狀態(tài)相聯(lián)系的數據變量，連接到實時數據庫中，以此建立相應的對應關系，MCGS稱之為動畫連接。當工業(yè)現場中測控對象的狀態(tài)（如：儲油罐的液面

7、高度等）發(fā)生變化時，通過設備驅動程序將變化的數據采集到實時數據庫的變量中，該變量是與動畫屬性相關的變量，數值的變化，使圖形的狀態(tài)產生相應的變化（如大小變化）?，F場的數據是連續(xù)被采集進來的，這樣就會產生逼真的動畫效果（如儲油罐的液面的升高和降低）。用戶也可編寫程序來控制動畫界面，以達到滿意的效果。1.3.3 MCGS如何實施遠程多機監(jiān)控MCGS提供了一套完善的網絡機制，可通過TCP/IP網、Modem網和串口網將多臺計算機連接在一起，構成分布式網絡測控系統(tǒng)，實現網絡間的實時數據同步、歷史數據同步和網絡事件的快速傳遞。同時，可利用MCGS提供的網絡功能，在工作站上直接對服務器中的數據庫進行讀寫操作

8、。分布式網絡測控系統(tǒng)的每一臺計算機都要安裝一套MCGS工控組態(tài)軟件。MCGS把各種網絡形式，以父設備構件和子設備構件的形式，供用戶調用，并進行工作狀態(tài)、端口號、工作站地址等屬性參數的設置。1.3.4 如何對工程運行流程實施有效控制MCGS開辟了專用的“運行策略”窗口，建立用戶運行策略。MCGS提供了豐富的功能構件，供用戶選用，通過構件配置和屬性設置兩項組態(tài)操作，生成各種功能模塊（稱為“用戶策略”），使系統(tǒng)能夠按照設定的順序和條件，操作實時數據庫，實現對動畫窗口的任意切換，控制系統(tǒng)的運行流程和設備的工作狀態(tài)。所有的操作均采用面向對象的直觀方式，避免了煩瑣的編程工作。1.4 組建工程的一般過程1.

9、4.1 工程項目系統(tǒng)分析分析工程項目的系統(tǒng)構成、技術要求和工藝流程，弄清系統(tǒng)的控制流程和測控對象的特征，明確監(jiān)控要求和動畫顯示方式，分析工程中的設備采集及輸出通道與軟件中實時數據庫變量的對應關系，分清哪些變量是要求與設備連接的，哪些變量是軟件內部用來傳遞數據及動畫顯示的。1.4.2 工程立項搭建框架MCGS稱為建立新工程。主要內容包括：定義工程名稱、封面窗口名稱和啟動窗口（封面窗口退出后接著顯示的窗口）名稱，指定存盤數據庫文件的名稱以及存盤數據庫，設定動畫刷新的周期。經過此步操作，即在MCGS組態(tài)環(huán)境中，建立了由五部分組成的工程結構框架。封面窗口和啟動窗口也可等到建立了用戶窗口后，再行建立。1

10、.4.3 設計菜單基本體系為了對系統(tǒng)運行的狀態(tài)及工作流程進行有效地調度和控制，通常要在主控窗口內編制菜單。編制菜單分兩步進行，第一步首先搭建菜單的框架，第二步再對各級菜單命令進行功能組態(tài)。在組態(tài)過程中，可根據實際需要，隨時對菜單的內容進行增加或刪除，不斷完善工程的菜單。1.4.4 制作動畫顯示畫面動畫制作分為靜態(tài)圖形設計和動態(tài)屬性設置兩個過程。前一部分類似于“畫畫”，用戶通過MCGS組態(tài)軟件中提供的基本圖形元素及動畫構件庫，在用戶窗口內“組合”成各種復雜的畫面。后一部分則設置圖形的動畫屬性，與實時數據庫中定義的變量建立相關性的連接關系，作為動畫圖形的驅動源。1.4.5 編寫控制流程程序在運行策

11、略窗口內，從策略構件箱中，選擇所需功能策略構件，構成各種功能模塊（稱為策略塊），由這些模塊實現各種人機交互操作。MCGS還為用戶提供了編程用的功能構件（稱之為“腳本程序”功能構件），使用簡單的編程語言，編寫工程控制程序。1.4.6 完善菜單按鈕功能包括對菜單命令、監(jiān)控器件、操作按鈕的功能組態(tài)；實現歷史數據、實時數據、各種曲線、數據報表、報警信息輸出等功能；建立工程安全機制等。1.4.7 編寫程序調試工程利用調試程序產生的模擬數據，檢查動畫顯示和控制流程是否正確。1.4.8 連接設備驅動程序選定與設備相匹配的設備構件，連接設備通道，確定數據變量的數據處理方式，完成設備屬性的設置。此項操作在設備窗

12、口內進行。1.4.9 工程完工綜合測試最后測試工程各部分的工作情況，完成整個工程的組態(tài)工作，實施工程交接。2 PLC簡介2.1 PLC的介紹在PLC問世之前，工業(yè)控制領域中是繼電器控制占主導地位。繼電器控制系統(tǒng)有著十分明顯的缺點：體積大、耗電多、可靠性差、壽命短、運行速度慢、適應性差，尤其當生產工藝發(fā)生變化時，就必須重新設計、重新安裝，造成時間和資金的嚴重浪費。為了改變這一現狀，1968年美國最大的汽車制造商通用汽車公司（GM），為了適應汽車型號不斷更新的要求，以在激烈的競爭的汽車工業(yè)中占有優(yōu)勢，提出要研制一種新型的工業(yè)控制裝置來取代繼電器控制裝置 在PLC的發(fā)展過程中，美國電氣制造商協(xié)會（N

13、EMA）經過4年的調查，于1980年把這種新型的控制器正式命名為可編程序控制器（Programmable Controller），英文縮寫為PC，并作如下定義：“可編程序控制器是一種數字式電子裝置。它使用可編程序的存儲器來存儲指令，并實現邏輯運算、順序控制、計數、計時和算術運算功能，用來對各種機械或生產過程進行控制?！逼涮攸c有以下幾點：1、高可靠性；2、豐富的I/O接口模塊；3、采用模塊化結構；4、編程簡單易學 ；5、安裝簡單，維修方便。2.1.1 PLC的運行介紹PLC采用循環(huán)掃描的工作方式，在PLC中用戶程序按先后順序存放，CPU從第一條指令開始執(zhí)行程序，直到遇到結束符后又返回第一條，如此

14、周而復始不斷循環(huán)。PLC的掃描過程分為內部處理、通信操作、程序輸入處理、程序執(zhí)行、程序輸出幾個階段。全過程掃描一次所需的時間稱為掃描周期。當PLC處于停狀態(tài)時，只進行內部處理和通信操作服務等內容。在PLC處于運行狀態(tài)時，從內部處理、通信操作、程序輸入、程序執(zhí)行、程序輸出，一直循環(huán)掃描工作。 3 四臺電動機的順序起、停的PLC控制3.1 控制要求 現有四臺電動機M1、M2、M3、M4，要求四臺電動機順序起動和順序停車。起、停的順序均為 M1M2M3M4。順序起動的時間間隔為 1min，順序停車的時間間隔為30s。 可選用S7-200(CPU222) 進行控制。輸入輸出分配表如表3-1所示。PLC

15、的I/O接線圖如圖3.2所示。3.2 I/O分配表輸入信號啟動按鈕SB1I0.0停止按鈕SB2I0.1輸出信號電機1Q0.1電機2Q0.2電機3Q0.3電機4Q0.4表3.1 I/O分配表3.3 程序設計根據控制要求編寫如下控制程序：3.4 四臺電動機的順序起、停的PLC控制3.4.1 建立工程進入組態(tài)環(huán)境，單擊“用戶窗口”，“新建窗口”,新建一個窗口0，如圖3.1所示。圖 3.1 MCGS組態(tài)環(huán)境選中窗口0之后，單擊“窗口屬性”，進入“用戶窗口屬性設置”。 將窗口名稱改寫成為“四臺電動機的順序起、停監(jiān)控系統(tǒng)”；窗口標題改為：“四臺電動機的順序起、?！?；窗口位置選中“任意位置”，則如圖3.2

16、的窗口所示，單擊“確認”。圖3.2 窗口屬性設置3.4.2 定義數據對象返回圖3.1所示界面1、單擊工作臺中的“實時數據庫”窗口標簽，進入實時數據庫窗口頁。2、單擊“新增對象” 按鈕，在窗口的數據對象列表中，增加新的數據對象，系統(tǒng)缺省定義的名稱為“Data1”、“Data2”、“Data3”等（多次點擊該按鈕，則可增加多個數據對象）。3、選中對象，按“對象屬性”按鈕，或雙擊選中對象，則打開“數據對象屬性設置” 窗口。4、以四臺電動機的順序起、停為例：將對象名稱改為d1；對象類型選擇“開關型”，單擊“確認”。按照此方法依次定義其它變量則最后定義結束后如圖3.3所示圖3.3 變量定義窗口3.4.3

17、 界面設計工程效果圖如圖3.4所示：圖3.4 四臺電動機的順序起、停系統(tǒng)效果圖文字添加方法:1、單擊工具條中的“工具箱”按鈕，打開繪圖工具箱。2、 選擇“工具箱”內的“標簽”按鈕，鼠標的光標呈“十字”形，在窗口中需要添加文字的地方，根據需要拉出一個一定大小的矩形。3、在漏斗位置輸入文字例如“漏斗”，按回車鍵或在窗口任意位置用鼠標點擊一下，文字輸入完畢。選擇沒有填充沒有邊線則文字輸入完成。3.4.4 四臺電動機的順序起、停屬性設置四臺電動機的順序起、停屬性設置選中界面中南北紅燈，單擊右鍵，選擇屬性。在基本屬性設置中，填充顏色選擇紅色，顏色動畫連接選擇填充顏色。則生成窗口如圖3.5所示。圖3.5

18、構件屬性設置 點擊填充顏色選項卡，表達式填d1，填充顏色連接0為灰色，1為紅色，如圖3.6所示：圖3.6電動機屬性設置其它三臺電動機的屬性設置電動機設置的區(qū)別為表達式和填充顏色連接項的內容不同，則需要根據控制要求分別對其進行屬性設置。3.4.5 設備連接 返回圖3.1的界面，按照下列步驟進行設置在工作臺“設備窗口”中雙擊“設備窗口”圖標進入。點擊工具條中的“工具箱” 圖標，打開“設備工具箱”。單擊“設備工具箱”中的“設備管理”按鈕，彈出如圖3.7所示窗口。圖3.7 設備管理窗口將通用串口父設備和西門子_S7200PPI設備添加到選定設備窗口中，點擊確認。通過設備管理窗口將這兩個設備添加到設備組

19、態(tài)窗口。圖3.8 設備組態(tài)窗口設備組態(tài)完成后，雙擊“通用串口父設備0”進入通用串口父設備屬性編輯界面，對其基本屬性進行設置。按圖3.9所示進行設置。單擊“確認”設置完畢。圖3.9通用串口父設備屬性設置返回設備組態(tài)窗口，（圖3.8所示窗口），雙擊“設備0【西門子S7200PPI】”進入設備屬性設置窗口，首先按照下圖所示對其基本屬性進行設置，如圖3.10圖3.10 設備屬性設置基本屬性設置完之后，單擊“設置內部屬性” ，此時內部屬性后面會出現一個選項按鈕，單擊此按鈕，對內部屬性進行設置。點擊增加通道按鈕，出現圖3.11所示窗口圖3.11 增加通道窗口選擇Q寄存器，通道數量改為8，則可以增加八個輸出通道，操作方式選擇讀寫單擊確認則通道屬性變?yōu)閳D3.12所示。圖3.12 通道屬性單擊確認，然后對通道進行設置，按圖3.13設置：通道類型前面填入對應的數據對象。圖3.13 通道連接窗口3.4.6 設備調試1、單擊圖3.13中的設備調試選項卡，在調試之前確保PLC處于正常運行狀態(tài)。圖 3.14設備調試窗口此時通訊狀態(tài)顯示為0則表示通訊正常，如果顯示其它數據則表示通訊狀態(tài)不正常，需要繼續(xù)進