1、陕西理工学院毕业设计第 1 页 共 38 页目录1 绪论 .12 PLC 和 MCGS 简介 .22.1 PLC 的由来及其定义 .22.2 PLC 的发展历程 .22.4 MCGS 运行环境 .33 全自动洗衣机的工作原理及控制要求 .43.1 整体系统介绍及原理 .43.2 全自动基于三菱 PLC 的全自动洗衣机的设计 .44 全自动洗衣机的 MCGS 组态软件控制 .44.1 MCGS 组态软件概述 .44.2 全自动洗衣机工程及动画设计 .54.2.1 建立工程 .54.2.2 画面设计及动画连接 .54.2.3 报警显示与数据 .74.2.4 历史报表与实时报表 .84.2.5 编辑
2、脚本程序 .105 全自动洗衣机控制系统 PLC 程序设计 .115.1 设计功能顺序图 .115.2 I/O 口分配表 .125.3 梯形图 .135.4 指令表 .156 MCGS 与 PLC 的连接与调试 .177 基于 PLC 的自动售货机设计 .187.1 设计目的及控制要求 .187.2 自动售货机的基本功能 .187.3 PLC 的 I/O 分配 .197.4 PLC 控制程序梯形图 .207.5 MCGS 组态程序设计说明 .238 基于 MCGS 的 PLC 液体混合控制系统设计 .248.1 选择 PLC 型号 .248.2 I/O 分配表 .248.3 机械装置图 .25
3、8.4 工作过程分析 .268.5 梯形图 .278.6 指令表 .308.7 组建系统工程 .318.7.1 制作动画显示画面 .318.7.2 脚本程序编写 .32陕西理工学院毕业设计第 2 页 共 38 页8.8 程序下载整体运行与综合测试 .33结束语 .34致 谢 .35参考文献 .36陕西理工学院毕业设计第 1 页 共 38 页1 绪论现代科学技术的飞速发展,改变了世界,也改变了人类的生活。作为新世纪的大学生,应该站在时代发展的前列掌握现代科学技术知识调整自己的知识结构和能力结构,以适应社会发展的要求.新世纪需要具有丰富的现代科学知识,能够独立解决面临的任务,充满活力,有创新意识的
4、新型人才。洗衣机是人们日常生活中常见的一种家电，已经成为人们生活中不可缺少的家用电器。在工业生产中的应用也十分广泛，本课题在于自动控制洗衣机的研究，自动控制用洗衣机适用于洗涤棉、毛、化纤、丝绸等衣物织品。水磨洗涤机可用于服装厂水洗牛仔服及丝绸等衣物。自动控制用洗衣机适用于宾馆、饭店、医院、学校、工厂等领域，满足大容量的洗衣要求。但是传统的基于半手动的控制，已经不能满足人们对洗衣机的自动化程度的要求了。洗衣机需要更好地满足人们的需求，必须借助于自动化技术的发展。而随着 PLC 技术的发展，用 PLC 作为控制器，就能很好地满足全自动洗衣机对自动化的要求，并且控制方式灵活多样，控制模式可以根据不同
5、场合的应用而有所不同。自动化技术的飞速发展使得洗衣机由初始的半自动式洗衣机发展到现在的全自动洗衣机，又正在向智能化洗衣机方向发展。洗衣机是国内家电业唯一不打价格战的行业，经过几年的平稳发展，国产洗衣机无论在质量上还是功能上都和世界领先水平同步。纵观省会的洗衣机市场，高效节能、省水、省电、环保型洗衣机一直在市场上占主导地位。本次毕业设计是利用欧姆龙 C 系列 P 型机 PLC 对洗衣机进行全自动控制，掌握 STEP7-Micro/KINGVIEW 组态王的组态理论和组态方法，制作整个洗衣过程监控界面，对电动机及其他设备进行实时监控。在实现以上全部功能的前提下，再对监控界面的控制功能作进一步研究，
6、监控界面的控制功能就是不在现场的情况下，对现场的设备进行控制。最后，在该设计过程中给予极大鼓励和帮助的老师、同学，在此表示衷心的感谢。由于在设计过程中存在许多不足，希望老师指正。陕西理工学院毕业设计第 2 页 共 38 页2 PLC 和 MCGS 简介2.1 PLC 的由来及其定义在 60 年代，汽车生产流水线的自动控制系统基本上都是由继电器控制装置构成的。当时汽车的每一次改型都直接导致继电器控制装置的重新设计和安装。随着生产的发展，汽车型号更新的周期愈来愈短，这样，继电器控制装置就需要经常地重新设计和安装，十分费时，费工，费料，甚至阻碍了更新周期的缩短。为了改变这一现状，美国通用汽车公司在
7、1969 年公开招标，要求用新的控制装置取代继电器控制装置，可编程逻辑控制器（PLC 如图 1.1）的产生也正是顺应了这一当时的生产要求。PLC 是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC 及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。2.2 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
8、。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，
9、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
10、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应用天地。2.3 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 MCG
11、S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，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 提供的陕西理工学院毕业设计第 3 页 共 38 页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
12、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。2.4 MCGS
13、 运行环境由于 MCGS 实时性强、有良好的并行处理性能。MCGS 嵌入版是真正的 32 位系统，充分利用了 32 位 WindowsCE 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，使嵌入式 PC 机广泛应用于工程测控领域成为可能。例如，MCGS 嵌入版在处理数据采集、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象打印数据一类的非关键性工作，实现并行处理。MCGS 嵌入版组态环境运行于具备良好人机界面的 Windows 操作系统上，具备与北京昆仑通态公司已经推出的通用版本组态软件和网络版组态
14、软件相同的组态环境界面，可有效帮助用户建造从嵌入式设备，现场监控工作站到企业生产监控信息网在内的完整解决方案；并有助于用户开发的项目在这三个层次上的平滑迁移。MCGS 嵌入式体系结构分为组态环境、模拟运行环境和运行环境三部分。 组态环境和模拟运行环境相当于一套完整的工具软件，可以在 PC 机上运行。用户可根据实际需要裁减其中内容。它帮助用户设计和构造自己的组态工程并进行功能测试。 运行环境则是一个独立的运行系统，它按照组态工程中用户指定的方式进行各种处理，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，必须与组态工程一起作为一个整体，才能构成用户应用系统。一旦组态工作完成，并且将组态好
15、的工程通过串口或以太网下载到下位机的运行环境中，组态工程就可以离开组态环境而独立运行在下位机上。从而实现了控制系统的可靠性、实时性、确定性和安全性。陕西理工学院毕业设计第 4 页 共 38 页3 全自动洗衣机的工作原理及控制要求3.1 整体系统介绍及原理洗衣机的工作流程由进水，洗衣，排水和脱水四个过程组成。在半自动洗衣机中，这四个过程分别用相应的按扭开关来控制。全自动洗衣机中，这四个过程可做到全自动依次运行，直至洗衣结束。洗衣机的工作流程示意图。如图 3.1 所示。图 3.1 洗 衣 机 的 工 作 流 程 示 意 图自动洗衣机的进水，洗衣，排水，脱水是通过水位开关，电磁进水阀和电磁排水阀配合
16、进行控制，从而实现自动控制的，水位开关用来控制进水到洗衣机内高低水位，电磁进水阀起着通断水源的作用。进水时，电磁进水阀打开，将水注入，排水时，电磁排水阀打开，将水排出，洗衣时，洗涤电动机启动，脱水时，脱水桶启动。3.2 全自动基于三菱 PLC 的全自动洗衣机的设计1） 按下启动按钮及水位选择开关，开始进水，水满（即水位到达高低）时停止进水。2） 2 秒后开始洗涤。3） 洗涤时，正转 15 秒后暂停，暂停 3 秒后开始反转洗涤，反转洗涤 15 秒后暂停，暂停 3 秒。4） 如此循环 3 次，总共 180 秒后开始排水，排空后（水位下降到低位）开始脱水并继续排水。脱水 10 秒即完成一次从进水到脱
17、水的工作循环过程。5） 若未完成 3 次大循环，则返回从进水开始的全部动作，进行下一次大循环；若完成了 3 次大循环，则进行洗完报警。6） 报警 10 秒结束全过程，自动停机。7） 此外按排水按钮可实现手动排水；按停车按钮可停止进水、排水、脱水及报警。4 全自动洗衣机的 MCGS 组态软件控制4.1 MCGS 组态软件概述MCGS(Monitor and Control Generated System)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，可运行于 Microsoft Windows 95/98/Me/NT/2000 等操作系统。MCGS 为用户
18、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。陕西理工学院毕业设计第 5 页 共 38 页使用 MCGS，用户无须具备计算机编程的知识，就可以在短时间内轻而易举地完成一个运行稳定，功能全面，维护量小并且具备专业水准的计算机监控系统的开发工作。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、航空航天等领域，经过各种现场的长期实际运行，系统稳定可靠。MC
19、GS 5.1 软件系统包括组态环境和运行环境两个部分。MCGS 组态软件（以下简称 MCGS）由“MCGS 组态环境”和“MCGS 运行环境”两个系统组成。两部分互相独立，又紧密相关。MCGS 组态环境是生成用户应用系统的工作环境，由可执行程序 McgsSet.exe 支持，其存放于MCGS 目录的 Program 子目录中。用户在 MCGS 组态环境中完成动画设计、设备连接、编写控制流程、编制工程打印报表等全部组态工作后，生成扩展名为.mcg 的工程文件，又称为组态结果数据库，其与 MCGS 运行环境一起，构成了用户应用系统，统称为“工程” 。MCGS 运行环境是用户应用系统的运行环境，由可
20、执行程序 McgsRun.exe 支持，其存放于MCGS 目录的 Program 子目录中。在运行环境中完成对工程的控制工作。MCGS 组态软件所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，完成不同的工作，具有不同的特性。 4.2 全自动洗衣机工程及动画设计4.2.1 建立工程简单的自动洗衣控制系统。本设计工程中涉及到动画制作、控制流程的编写、模拟设备的连接、如何应用 MCGS 组态软件完成全自动洗衣的组态过程。应用 MCGS 组态软件建立一个比较报警输出、报表曲线显示与打印等多项组态操作。如果已在计算机上安装了“MCGS 组态软件” ，
21、在Windows 桌面上，会有“Mcgs 组态环境”与“Mcgs 运行环境” 图标。鼠标双击“Mcgs 组态环境”图标，进入 MCGS 组态环境在菜单“文件”中选择“新建工程”菜单项，如果 MCGS 安装在 D：根目录下，则会在 D：MCGSWORK下自动生成新建工程，默认的工程名为新建工程 X.MCG(X表示新建工程的顺序号在菜单“文件”中选择“工程另存为”选项，把新建工程存为：D：MCGSWORK全自动洗衣机。 4.2.2 画面设计及动画连接在 MCGS 组态平台上，单击“用户窗口” ，在“用户窗口”中单击“新建窗选 0”，单击“窗口属性” ，进入“用户窗口属性设置” ，将“窗口名称”改为
22、：全自动洗衣机；将“窗口标题”改为：全自动洗衣机；在“窗口位置”中选中“最大化显示” ，其它不变，单击“确认”选中刚创建的“全自动洗衣机”用户窗口，单击“动画组态” ，进入动画制作窗 单击工具条中的“工具箱”按钮，则打开动画工具箱，图标 对应于选择器，用于在编辑图形时选取用户窗口中指定的图形对组态环境：组态生成应用系统运行环境：解释执行组态结果组态结果数据库陕西理工学院毕业设计第 6 页 共 38 页象；为了快速构图和组态，MCGS 系统内部提供了常用的图元、图符、动画构件对象，称为系统图形对象。 。单击“工具”菜单，选中“对象元件库管理”或单击工具条中的“工具箱”按钮，则打开动画工具箱,工具
23、箱中的图标 用于从对象元件库中读取存盘的图形对象；图标 用于把当前用户窗口中选中的图形对象存入对象元件库中。 从“对象元件库管理”中的“储藏罐”中选取中意的罐，按“确认” ，则所选中的罐在桌面的左上角，可以改变其大小及位置，从“对象元件库管理”中的“阀”中分别选取 2 个阀（均为阀 46） 、2 个马达（马达 30） 、一个指示灯（指示灯 1） 。如图 4.2.2 所示。图 4.2.2 控制主界面选择菜单项 “文件” 中的“保存窗口” ，则可对所完成的画面进行保存。由图形对象搭制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，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。M
24、CGS 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，图形对象的外观和状态特征，由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，双击全自动洗衣机窗口进入，选中水罐 43 双击，则弹出单元属性设置窗口。选中符合图符，则会出现 ，单击 则进入动画组态属性设置窗口， ，其它属性不变。设置好后，按确定，再按确定，变量连接出水阀属性设置跟进水阀属性设置一样。在“用户窗口”中选中“全自动洗衣机” ，单击鼠标右键，点击“设置为启动窗口”这样工程运行后会自动进入“全自动洗衣机”窗口。在菜单项“文件”中选“进入
25、运行环境”或直接按“F5”或直接按工具条中 图标，都可以进入运行环境。但看见的画面并不能动，移动鼠标到 “进水阀” 、 “出水阀”上面的红色部分，会出现一只小“手” ，单击一下，红色部分变为绿色，同时流动块相应地运动起来。但水罐仍没有变化，这是由于我们没有信号输入，也没有人为地改变其值。现在可以用如下方法改变其值，使液位动起来。此方法只是模拟动画，只在设计过程中应用到了，最终并没有出现。在“工具箱”中选中滑动输入器 图标，当鼠标变为“十”后，拖动鼠标到适当大小，然后双击进入属性设置。在“滑动输入器构件属性设置”的“操作属性”中，把对应数据对象的名称改为：液位，可以通过单击 图标，到库中选，自己
26、输入也可；“滑块在最上边时对应的值”为：100。陕西理工学院毕业设计第 7 页 共 38 页在“滑动输入器构件属性设置”的“基本属性”中,在“滑块指向”中选中“指向左（上） ”，其它不变。在“滑动输入器构件属性设置”的“刻度与标注属性”中,把“主划线数目”改为：10，即能被 10 整除，其它不变。为了准确了解液位的值，我们可以用数字显示其值，在“工具箱”中单击“标签” 图标，调整大小放在水罐下面，双击进行属性设置如图 4.2.3 所这时再按“F5”或直接按工具条中 图标，进入运行环境后，可以通过拉动滑动输入器使整个画面动起来。图 4.2.3 组态效果图4.2.3 报警显示与数据按“F5”或直接
27、按工具条中 图标，进入运行环境，就会发现报警显示已经轻松地实现了。报警数据在报警定义时，已经让洗衣机当有报警产生时， “自动保存产生的报警信息” ，在“运行策略”中，单击“新建策略” ，弹出“选择策略的类型” ，选中“用户策略” ，按“确定” 。选中“策略1”，单击“策略属性” 按钮，弹出“策略属性设置”窗口，把“策略名称”设为：报警数据， “策略内容注释”为“水罐的报警数据” 。 选中“报警数据” ，单击“策略组态”按钮进入，在策略组态中，单击工具条中的“新增策略行” 图标，新增加一个策略行。再从“策略工具箱”中选取“报警信息浏览” ，加到策略行上，单击鼠标左键双击 图标，弹出 “报警信息浏
28、览构件属性设置”窗口，在“基本属性”中，把“报警信息来源”中的“对应数据对象”改为：液位组。退出策略组态时，会弹出如窗口，按“是”按钮，就可对所做设置进行保存。操作将在运行环境中看到刚才的报警数据。在 MCGS 组态平台上，单击“主控窗口” ，在“主控窗口”中，选中“主控窗口” ，单击“菜单组态”进入。单击工具条中的“新增菜单项” 图标，会产生“操作 0”菜单。双击“操作陕西理工学院毕业设计第 8 页 共 38 页0”菜单，弹出“菜单属性设置”窗口。在“菜单属性”中把“菜单名”改为：报警数据。在“菜单操作”中选中“执行运行策略块” ，选中“报警数据” ，按“确认”设置完毕。按“F5”或直接按工
29、具条中 图标，进入运行环境，就可以用菜单“报警数据”打开报警历史数据。当有报警产生时，可以用提示灯显示，具体操作如下：在“用户窗口”中选中“水位控制” ，双击进入，单击“工具箱”中的“插入元件” 图标，进入“对象元件库管理” ，从“指示灯”中选取如：，调整大小放在适当位置。 作为“洗完”的报警指示。4.2.4 历史报表与实时报表在工程应用中，大多数监控系统需要对数据采集设备采集的数据进行存盘，统计分析，并根据实际情况打印出数据报表，所谓数据报表就是根据实际需要以一定格式将统计分析后的数据记录显示和打印出来，如：实时数据报表、历史数据报表（班报表、日报表、月报表等） 。数据报表在工控系统中是必不
30、可少的一部分，是数据显示、查询、分析、统计、打印的最终体现，是整个工控系统的最终结果输出；数据报表是对生产过程中系统监控对象的状态的综合记录和规律总结。实时数据报表是实时的将当前时间的数据变量按一定报告格式（用户组态）显示和打印，即：对瞬时量的反映，实时数据报表可以通过 MCGS 系统的实时表格构件来组态显示实时数据报表。在全自动洗衣机 MCGS 组态平台上，单击“用户窗口” ，在“用户窗口”中单击“新建窗口”按钮产生一个新窗口，单击“窗口属性”按钮，弹出“用户窗口属性设置”窗口，进行设置所示。在工具条中单击“帮助” 图标，拖放在“工具箱”中单击“自由表格” 图标上就会获得“MCGS 在线帮助
31、” ，仔细阅读，然后再按下面操作进行。在“工具箱”中单击“自由表格” 图标，拖放到桌面适当位置。双击表格进入，如要改变单元格大小，把鼠标移到 A 与 B 或 1 与 2 之间，当鼠标变化时，拖动鼠标即可；单击鼠标右键进行编辑。单击“连接”或直接按“F9” ，再单击鼠标右键从实时数据库选取所要连接的变量双击。在全自动洗衣机 MCGS 组态平台上，单击“主控窗口” ，在“主控窗口”中，单击“菜单组态” ，在工具条中单击“新增菜单项” 图标，会产生“操作 0”菜单。双击“操作 0”菜单，弹出“菜单属性设置”窗口按“F5”进入运行环境后，单击菜单项中的“曲线”会“曲线”窗口，实时数据就会显示出来。历史
32、报表历史数据报表是从历史数据库中提取数据记录，以一定的格式显示历史数据。实现历史报表由两种方式，一种用策略“存盘数据浏览”构件，另一种利用历史表格构件。在“运行策略”中单击“新建策略”按钮，弹出“选择策略的类型” ，选中“用户策略” ，按“确认”。单击“策略属性” ，弹出“策略属性设置” ，把“策略名称”改为：历史数据，双击“历史数据”进入策略组态环境，从工具条中单击“新增策略行” ，再从“略工具箱”中单击“存盘数据浏览”.弹出“存盘数据浏览构件属性设置”窗所示设置单击“测试”按钮，进入“数据存盘浏览” 。单击“退出”按钮，再单击“确认”按钮，退出运行策略时，保存所做修改。如果想在运行环境中看到历史数据，请在“主控窗口”中新增加一个菜单，取名为：历史另外可以做历史数据报表利用MCGS 的历史表格构件。历史表格构件是基于“Windows 的窗口”和“所见即所得”机制，用户可以在窗用历史表格构件强大的格式编辑功能配合 MCGS 的在 MCGS 开发平台上，单击“用户窗口” ，在“用户窗口”中双击“数据显示”进入，在“工具箱”中单击“历史表格” ，拖放到桌面，双击表
