1、摘要 I 本科毕业设计论文 题目 ： 霓虹灯 PLC 控制与监控组态设计 院、 系： 电子信息工程学院 学科专业： 自 动 化 学 生： 学 号： 指导教师： 摘要 II 霓虹灯 PLC 控制与监控组态设计 摘要 本课题的主要内容为用 MCGS 组态软件仿真 PLC 的控制对象 霓虹灯。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
2、教学提供了一条新途径。 关键词 ： MCGS ；仿真系统 ； PLC ； Abstract II The Neon Light PLC Control and the Configuration Monitor Design Abstract The topic for the main elements in MCGS configuration software simulation PLC control target - neon light. This simulation system is composed by Position Machine and Subordinate
3、Machine two parts. The Position Machine uses for complete the design of simulation interface ,the .Subordinate Machine will be used to complete the programming.Finally, a Position Machine design results with the results of Subordinate Machine with the completion of the design of the entire system co
4、nnecting. Use of software simulation Programmable Controller control targets, we need not only through physical and computer monitors can be prepared for the correct procedures and the implementation of the outcome or not, providing a new way of teaching for PLC teaching. Key Words: Monitor and Cont
5、rol Generated System； Emulation System; Programmable Controller; 目录 i 目录 中文摘要 . (II) 英文摘要 . (错误 !未定义书签。 ) 1 绪论 . (1) 1.1 引言 . (1) 1.2 组态软件的发展 . (1) 1.2.1 组态软件在我国的发展历程 . (1) 1.2.2 流行的组态软件 . (1) 1.3 本文主要研究内容 . (2) 1.4 课题研究意义 . (2) 2 MCGS 组态软件功能简介 . (3) 2.1 MCGS 组态软件的功能和特点 . (3) 2.2MCGS 组态软件的系统构成 . (5)
6、 2.2.1MCGS 组态软件的整体结构 . (5) 2.2.2 MCGS 工程的五大部分 . (6) 2.3 MCGS 组态软件的工作方式 . (7) 3 仿真画面的设计 . (8) 3.1 工程的建立 . (8) 3.1.1 工程功能分析 . (8) 3.1.2 工程的定义 . (9) 3.2 用户窗口的组态 . (9) 3.2.1 建立画面 . (9) 目录 ii 3.2.2 编辑画面 . (9) 3.2.3 主画面的编辑 . (10) 3.3 定义数据对象 . (12) 3.4 动画连接 . (14) 3.4.1 动画连接方法 . (15) 3.4.2 特殊动画连接 . (15) 3.
7、4.3 设计连接 . (15) 3.5 运行策略组态 . (17) 3.5.1 设置方法 . (18) 3.5.2 脚本程序 . (20) 4 下位机可编程控制器程序的编写 . （ 27） 4.1 可编程控制器的概况 . (27) 4.2 所需编程器件介绍 . (27) 4.3 程序的编写 . (30) 4.3.1I/O 地址分配 . (30) 4.3.2 时序图 . (30) 4.3.3 程序编写 . (31) 4.4 FX PLC 编程软件 (FXGPWIN)使用方法 . (36) 5 连接调试 . （ 38) 5.1 组态软件设备窗口的作用 . (38) 5.2 设备构件的选择 . (3
8、8) 5.3 三菱 PLC 设备使用说明 . (39) 5.4 连接调试 . (41) 6 结论 . (44) 目录 iii 致谢 . (45) 参考文献 . (46) 1 绪论 1 绪论 1.1 引言 每当夜 幕降临，楼宇上、道路旁缤纷夺目的霓虹 灯 广 告，构筑了一道璀灿的城市夜景 ， 作为主角 霓虹灯功不可没 ， 而可编程序控制器是专用于工业控制的工业计算机，是现代化工业的三大 支 柱之一。长期以来， PLC 始终处于工业自动化控制领域的主战场，为各种各样的自动化控制设备提供了非常可靠的控制应用 ， 其主要原因在于它能够为自动化控制应用提供安全可靠和比较完善的解决方案，适合于当前工业企业
9、对自动化的需要。但在开发传统的工业控制软件时，当 被控对象一旦变动，就必须修改控制系统源程序，导致开发周期长。组态软件的出现解决了这个问题，通过MCGS 组态软件仿真 PLC 的控制对象， （ 我们不需要实物而通过微机的显示器就可以检验所编程序的正确与否和执行结果。 1.2 组态软件的发展 新型的工业自动控制系统正以标准的工业计算机软、硬件平台构成的集成系统，具有适应性强、开发性好、易于扩展、经济、开发周期短等明显优点。组态软件指数据采集与过程控制的专用软件，它们是在自动控制系统监控一级的软件平台和开发环境，能以灵活多样的组态方式提供良好的用户开发界面和简洁的使用方法，并同时支持各种硬件厂家的
10、计算机和 I/O 产品。目前世界上不少专业厂商提供各种组态软件产品。 1.2.1 组态软件在我国的发展历程 最 早开发的通用组态软件是 DOS 环境下的组态软件，其特点是具有简单的人机界面、图库、绘图工具箱等基本功能。随着 Windows 的广泛应用， Windows 环境下的组态软件与 DOS 环境下的组态软件成为主流。与 DOS 环境下的组态软件相比，其最突出的特点是图形功能有了很大的增强。国外很多优秀通用组态软件是在英文状态下开发的，对国内而言，它具有应用时间长，用户界面不理想，不支持国内普遍使用的硬件设备，这些正是国外通用组态软件在国内部能广泛应用的原因。随着国内计算机水平和工业自动化
11、水平的不断提高，近年来，一些技术力量雄厚的高 科技公司相继开发出了适合国内使用的通用组态软件。 MCGS 组态软件就是其中的一种。 1.2.2 流行的组态软件 目前中国市场上的组态软件产品按厂商划分大致可以分为三类：国外专业软件厂西安工业大学学士学位论文 2 商提供的产品；国外硬件和系统厂商提供的产品；国内自行开发的国产化产品。近年来国外一些著名硬件或系统厂商亦推出了日趋成熟的组态软件产品，如美国 GE 公司的 Cimplicity,德国西门子公司的 WinCC 等 1。这些软件一改过去仅为其本身硬件配套的 OEM 形式，通过大力加强对其它硬件产品的驱动支持和软件内部的各种功能，而发展成为专业
12、化的通 用组态软件。 1.3 本文主要研究内容 课题主要内容为霓虹灯仿真系统的设计，组态软件主要用于实现实时监控；同时编制相应的脚本程序完成控制功能。仿真系统由上位机和下位机两部分组成。上、下位机通过串行口进行通信交换数据。上位机利用 PC 机，下位机利用三菱的 PLC 。上位机内装 MCGS 组态软件和三菱编程软件。 MCGS 组态软件用以制作仿真画面、编写仿真程序并与下位机进行通信。本界面需实现的控制要求为： a 主要是控制“西安”，“工业”，“大学”，“ 50”，“周年” 5 个字形霓虹灯的闪亮过程，具体实现的控制功能为： 5 个灯 依次点亮后闪三闪，再沿相反的方向依次熄灭；字灯下两个灯
13、轮流闪亮；利用组态设置周围的灯配合闪烁。 5 个字灯对应于 PLC 的 5个输出结点 Y0 Y4,下面的两个灯对应于 Y5， Y6。每个输出结点的输出值“ 0”或“ 1”对应于灯的灭与亮。 b 要求按动“开始”按钮时灯按控制要求依次点亮或熄灭，并循环往复，当按动“停止 ”按钮时霓虹灯全部熄灭。 c 当没有连接 PLC 时，利用脚本程序也可以完成霓虹灯的控制功能。由于涉及到灯亮灭的时间，所以需要使用组态软件内部的定时器。 1.4 课题研究意义 长期以来， PLC 始终处于工业自动化 控制领域的主战场，为各种各样的自动化控制设备提供了非常可靠的控制应用。其主要原因，在于它能够为自动化控制应用提供安
14、全可靠和比较完善的解决方案，适合于当前工业企业对自动化的需要。但在开发传统的工业控制软件时，当被控对象一旦变动，就必须修改控制系统源程序，导致开发周期长 2。组态软件的出现解决了这个问题，使用户能通过自己的控制对象和控制目的任意组态，完成最终的自动控制目的。另一方面，组态软件还可以用于教学实验中。由于条件所限，学校可能无法提供一些实验设备，同学们通过试验只能看到 I/O 口的输入输出情况，验证程序 的正确性。运用组态软件就可以让同学们看到直观生动的实验结果，使得理论和实际得到了完美的结合。 2 MCGS 组态软件功能简介 3 2 MCGS 组态软件功能简介 MCGS 全中文工业自动化控制组态软
15、件（以下简称 MCGS 工控组态软件或MCGS）为用户建立全新的过程测控系统提供了一整套解决方案。 MCGS 工控组态软件是一套 32 位工控组态软件，可稳定运行于 Windows95/98/NT 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 。 2.1 MCGS 组态软件的功能和特点 MCGS 即 “监视与控制通用系统 “，英文全称为 Monitor and Control Generated System。 MCGS 是为工业过程控制和实时监测领域服务的通用计算机系统软件，具有
16、功能完善、操作简便、可视性好、可维护性强的突出特点。 MCGS工控组态软件的功能和特点可归纳如下： 概念简单，易于理解和使用。普通工程人员经过短时间的培训就能正确掌握、快速完成多数简单工程项目的监控程序设计和运行操作。用户可避开复杂的计算机软硬件问题，集中精力解决工 程本身的问题，按照系统的规定，组态配置出高性能、高可靠性、高度专业化的上位机监控系统。 功能齐全，便于方案设计。 MCGS 为解决工程监控问题提供了丰富多样的手段，从设备驱动（数据采集）到数据处理、报警处理、流程控制、动画显示、报表输出、曲线显示等各个环节，均有丰富的功能组件和常用图形库可供选用，用户只需根据工程作业的需要和特点，
17、进行方案设计和组态配置，即可生成用户应用软件系统。 实时性与并行处理。 MCGS充分利用了 Windows操作平台的多任务、按优先级分时操作的功能，使 PC机广泛 应用于工程测控领域成为可能。工程作业中，大量的数据和信息需要及时收集，即时处理，在计算机测控技术领域称其为实时性任务关键任务，如数据采集、设备驱动和异常处理等。另外许多工作则是非实时性的，或称为非时间关键任务，如画面显示，可在主机运行周期时间内插空进行。而像打印数据一类的工作，可运行于后台，称为脱机作业。 MCGS是真正的 32位系统，可同时运行于 Microsoft Windows95， 98和Microsoft Windows
18、NT 平台，以线程为单位进行分时并行处理。 西安工业大学学士学位论文 4 建立实时数据库，便于 用户分步组态，保证系统安全可靠运行。 MCGS组态软件由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略五部分构成。其中的“实时数据库”是整个系统的核心。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。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的公用数据区。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。 设立“设备工具箱”，针对外部设备的特征，用户从中选 择某种“
19、构件”，设置于设备窗口内，赋予相关的属性，建立系统与外部设备的连接关系，即可实现对该种设备的驱动和控制。不同的设备对应于不同的构件，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，从这一意义上讲， MCGS 是一个“设备无关”的系统，用户不必因外部设备局部改动，而影响整个系统。 “面向窗口”的设计方法，增加了可视性和可操作性。以窗口为单位，构造用户运行系统的图形界面，使得 MCGS的组态工作既简单直观，又灵活多变 。用户可以使用系统的缺省构架，也可以根据需要自己组态配置，生成各种类型和风格的图形界面，包括 DOS风格的图
20、形界面、标准 Windows风格的图形界面以及带有动画效果的工具条和状态条。 利用丰富的“动画组态”功能，快速构造各种复杂生动的动态画面。以图象、图符、数据、曲线等多种形式，为操作员及时提供系统运行中的的状态、品质及异常报警等有关信息。用变化大小、改变颜色、明暗闪烁、移动翻转等多种手段，增强画面的动态显示效果。图元、图符对象定义相应的状态属性，即可实现动画效果。同时， MCGS为用户提供 了丰富的动画构件，模拟工程控制与实时监测作业中常用的物理器件的动作和功能。每个动画构件都对应一个特定的动画功能。如：实时曲线构件、历史曲线构件、报警显示构件、自由表格构件等。 引入“运行策略”的概念。复杂的工程作业，运行流程都是多分支的。用传统的编程方法实现，既繁琐又容易出错。 MCGS开辟了“策略窗口”，用户可以选用系统提供的各种条件和功能的“策略构件”，用图形化的方法构造多分支的应用程序，实现自由、精确地控制运行流程，按照设定的条件和顺序，操作外部设备，控制窗口的打开或关闭，与实时数据 库进行数据交换。同时，也可以由用户创建新的策略构件，扩展系统的功能。 MCGS系统由五大功能部件组成，主要的功能部件以构件的形式来构造。不同的构件有着不同的功能，且各自独立。三种基本类型的构件（设备构件、
