毕业设计论文基于MCGS及PLC的全自动洗衣机系统设计.docx
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毕业设计论文基于MCGS及PLC的全自动洗衣机系统设计
西安航空职业技术学院
毕业设计（论文）
论文题目：
基于MCGS及PLC的全自动洗衣机系统设计
所属系部：
自动化工程系
指导教师：
职 称：
讲师
学生姓名：
学 号:
086033-11
专 业：
电气自动化技术
西安航空职业技术学院制
西安航空职业技术学院
毕业设计（论文）任务书
题目：
基于MCGS及PLC的全自动洗衣机系统设计
任务与要求：
①全自动洗衣机功能的组态实现；
②编写完整的脚本控制程序；
③写出动画连接表达式；
④编写PLC控制程序；
⑤与PLC通信的实现。
时间：
2011年2月23日至2011年4月30日共8周
所属系部：
自动化工程系
学生姓名：
学号：
086033-11
专业：
电气自动化技术
指导单位或教研室：
电气自动化教研室
指导教师：
职称：
讲师
西安航空职业技术学院制
毕业设计（论文）进度计划表
日期
工作内容
执行情况
指导教师
签字
2011.2.23-2011.2.25
分析课题
2011.2.26-2011.3.1
对设计的总体规划，请教知道老师
2011.3.2-2011.3.18
组态设计画面并调试，出现问题与老师沟通
2011.3.19-2011.4.1
编写PLC控制程序并调试。
与老师讨论确定程序
2011.4.2-2011.4.15
在老师指导下，规范格式，撰写论文
2011.4.16-2011.4.30
修改论文并上交
教师对进度计划实施情况总评
签名
年月日
摘要
随着社会经济的发展和科学技术水平的提高，家庭电器全自动化成为必然的发展趋势。
全自动洗衣机的产生极大的方便了人们的生活。
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。
尽管洗衣机有了很大发展，但消费者的需求不断提高。
为使洗对衣机的操作更方便、更人性化，本论文就怎样利用MCGS来仿真并通过PLC控制全自动洗衣机进行了调查，对其中软件设计、硬件设计等问题进行了分析和研究，实现了全自动洗衣机的正常运行和强制性停止功能。
关键词：
PLC；全自动洗衣机；控制
Abstract
Alongwiththesocialeconomydevelopmentandthescienceandtechnologylevelenhancement,thefamilyelectricapplianceentireautomationbecomestheinevitabledevelopmenttendency.Entireautomaticwasherproductionenormousconveniencepeople'slife.Thewasheristhedomesticelectricalappliancesindustrydoesnotonlyhittheprofessionwhichthepricefights,passesthroughseveralyearsteadydevelopment,thedomesticallyproducedwasherregardlessofinqualityorinfunctionallwithworldleadinghorizontalsynchronization.Looksoverthewashermarket,thehighlyeffectiveenergyconservation,theprovincewater,theprovinceelectricity,theenvironmentalprotectionwashercontinuouslyoccupythedominantpositioninthemarket.
Inspiteofthewashingmachinehasbeendeveloped,consumersdemandconstantincrease.forwashingtotheoperationofmoreconvenientandhumanized,thispaperishowtousemcgsforsimulationandplccontrolautomaticwashingmachine,asurveytowhichthedesignofsoftware,hardwaredesignissueanalysisandresearch,theautomaticwashingmachineofthenormaloperationandforcedtostopfunction
Keyword:
PLC；entireautomaticwasher；control
1绪论4
2全自动洗衣机的工作原理及控制要求5
2.1整体系统介绍及原理5
2.2全自动洗衣机的控制要求5
2.2.1正常运行5
2.2.2强制停止6
3全自动洗衣机的MCGS组态软件控制7
3.1MCGS组态软件概述7
3.1.1认识MCGS组态软件7
3.1.2MCGS组态软件的系统构成7
3.2全自动洗衣机工程及动画设计9
3.2.1建立工程9
3.2.2画面设计及动画连接10
3.3全自动洗衣机的数据处理及相关曲线16
3.3.1报警显示与数据16
3.3.2历史报表与实时报表21
3.4编写控制流程28
3.4.1新增策略28
3.4.2编辑脚本程序29
4全自动洗衣机控制系统PLC程序设计31
4.1全自动洗衣机控制系统的PLC选型和资源配置31
4.1.1CPU功能与结构的选择31
4.1.2通讯方式32
4.2全自动洗衣机PLC的硬件系统32
4.2.1全自动洗衣机的硬件介绍32
4.2.2硬件接线图33
4.3全自动洗衣机的PLC的软件系统34
4.3.1控制系统程序流程图34
4.3.2I/O地址分配表36
4.3.3全自动洗衣机的PLC程序37
5MCGS与PLC的连接与调试41
5.1概述41
5.2西门子S7-200在线连接与调试42
结束语46
谢辞47
参考文献48
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，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。
2全自动洗衣机的工作原理及控制要求
2.1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见图2-1。
图2-1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。
2.2全自动洗衣机的控制要求
全自动洗衣机控制系统的要求是能实现“正常运行”和“强制停止”两种控制方式。
2.2.1正常运行
“正常运行”方式具体控制要求如下：
（1）按下启动按扭；
（2）开始进水直到水满（即水位达到高水位）时停止进水进水停止2s后开始洗衣；
（3）洗衣时，正转30s，停2s，然后反转30s，停2s；
（4）如此循环共5次，总共320s后开始排水，水位下降到低水位时开始脱水30s；
（5）然后再进水，重复
（2）～（4）步，如此循环共2次；
（6）洗衣过程完成，报警3s并自动停机。
2.2.2强制停止
“强制停止”方式具体控制要求如下：
（1）若按下“停止”按扭，洗衣过程停止，即洗涤电机和脱水桶转、进水电磁阀和排水电磁阀全部闭合；
（2）可用手动排水开关和手动脱水开关进行手动排水和脱水并报警。
3全自动洗衣机的MCGS组态软件控制
3.1MCGS组态软件概述
3.1.1认识MCGS组态软件
MCGS（MonitorandControlGeneratedSystem）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MicrosoftWindows95/98/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。
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。
3.1.2MCGS组态软件的系统构成
（1）MCGS组态软件的整体结构
MCGS5.1软件系统包括组态环境和运行环境两个部分。
如图3-1。
图3-1MCGS的组成
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。
（2）MCGS组态软件五大组成部分
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。
如图3-2。
主控窗口：
是工程的主窗口或主框架。
在主控窗口中可以放置一个设备窗口和多个用户窗口，负责调度和管理这些窗口的打开或关闭。
主要的组态操作包括：
定义工程的名称，编制工程菜单，设计封面图形，确定自动启动的窗口，设定动画刷新周期，指定数据库存盘文件名称及存盘时间等。
设备窗口：
是连接和驱动外部设备的工作环境。
在本窗口内配置数据采集与控制输出设备，注册设备驱动程序，定义连接与驱动设备用的数据变量。
用户窗口：
本窗口主要用于设置工程中人机交互的界面，诸如：
生成各种动画显示画面、报警输出、数据与曲线图表等。
实时数据库：
是工程各个部分的数据交换与处理中心，它将MCGS工程的各个部分连接成有机的整体。
运行策略：
本窗口主要完成工程运行流程的控制。
包括编写控制程序（if…then脚本程序），选用各种功能构件，如：
数据提取、定时器、配方操作、多媒体输出等。
图3-2MCGS组态软件五大组成部分
3.2全自动洗衣机工程及动画设计
3.2.1建立工程
（1）工程简介
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、报警输出、报表曲线显示与打印等多项组态操作。
（2）建立MCGS新工程
如果已在计算机上安装了“MCGS组态软件”，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。
如图3-3所示。
图3-3MCGS工作台窗口
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：
\MCGS\WORK\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，如：
0、1、2等）。
如下图3-4所示。
图3-4工程另存为窗口
在菜单“文件”中选择“工程另存为”选项，把新建工程存为：
D：
\MCGS\WORK\全自动洗衣机。
如图3-5所示。
图3-5保存新建的工程
3.2.2画面设计及动画连接
（1）建立新画面
在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，则产生新“窗口0”，如图3-6所示。
图3-6新建用户窗口
选中“窗口0”，单击“窗口属性”，进入“用户窗口属性设置”，将“窗口名称”改为：
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”如图3-7所示。
图3-7设置用户窗口属性
选中刚创建的“全自动洗衣机”用户窗口，单击“动画组态”，进入动画制作窗口，如图3-8所示。
图3-8动画制作窗口
（2）工具箱
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。
如下图3-9所示。
图3-9绘图工具箱窗口
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。
如下图3-10：
图3-10对象元件库管理窗口
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，如罐17、罐43。
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）。
流动的水是由MCGS动画工具箱中的“流动块”构件制作成的。
选中工具箱内的“流动块”动画构件（
）。
移动鼠标至窗口的预定位置，（鼠标的光标变为十字形状），点击一下鼠标左键，移动鼠标，在鼠标光标后形成一道虚线，拖动一定距离后，点击鼠标左键，生成一段流动块。
再拖动鼠标（可沿原来方向，也可垂直原来方向），生成下一段流动块。
当用户想结束绘制时，双击鼠标左键即可。
当用户想修改流动块时，先选中流动块（流动块周围出现选中标志：
白色小方块），鼠标指针指向小方块，按住左键不放，拖动鼠标，就可调整流动块的形状。
用工具箱中的
图标，分别对阀，罐进行文字注释，方法见上面做“全自动洗衣机仿真系统”。
（3）整体画面
最后生成的画面如下图3-11所示：
图3-11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。
（4）动画连接
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。
MCGS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，按下图3-12所示修改，其它属性不变。
设置好后，按确定，再按确定，变量连接成功。
图3-12属性设置窗口
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”如图3-13所示，这样工程运行后会自动进入“全自动洗衣机”窗口。
图3-13设置启动窗口
在菜单项“文件”中选“进入运行环境”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，具体操作如下图所示：
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，自己输入也可；“滑块在最上边时对应的值”为：
100。
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。
属性设置与效果图如下图3-14所示：
（a）（b）
（c）（d）
图3-14添加滑动输入器
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3-15所示：
（a）（b）
图3-15动画组态属性窗口
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。
3.3全自动洗衣机的数据处理及相关曲线
3.3.1报警显示与数据
MCGS把报警处理作为数据对象的属性，封装在数据对象内，由实时数据库来自动处理。
当数据对象的值或状态发生改变时，实时数据库判断对应的数据对象是否发生了报警或已产生的报警是否已经结束，并把所产生的报警信息通知给系统的其它部分，同时，实时数据库根据用户的组态设定，把报警信息存入指定的存盘数据库文件中。
（1）定义报表
对全自动洗衣机的“液位”的变量，在实时数据库中，双击“液位”，在报警属性中，选中“允许进行报警处理”；在报警设置中选中“上限报警”，把报警值设为：
85；报警注释为：
水马上装满；在报警设置中选中“下限报警”，把报警值设为5；报警注释为:
水马上排完。
在存盘属性中，选中“自动保存产生的报警信息”。
（a）（b）
图3-16数据对象属性设置窗口
如图3-16所示，属性设置好后，按“确认”即可。
（2）报警显示
实时数据库只负责关于报警的判断、通知和存储三项工作，而报警产生后所要进行的其它处理操作（即对报警动作的响应），则需要您在组态时实现。
此全自动洗衣机报警显示具体操作如下：
在MCGS组态平台上，单击“用户窗口”，在“用户窗口”中，选中“全自动洗衣机”窗口，双击“全自动洗衣机”或单击“动画组态”进入。
在工具条中单击“工具箱”，弹出“工具箱”，从“工具箱”中单击“报警显示”
图标，变“十”后用鼠标拖动到适当位置与大小。
如下图3-17所示。
双击,再双击出现以下图3-18所示。
图3-17报警显示窗口
图3-18报警显示构件属性设置窗口
在“报警显示构件属性设置”中，把“对应的数据对象的名称”改为：
液位组，“最大记录次数”为：
6，其它不变。
按“确认”后，则报警显示设置完毕。
此时按“F5”或直接按工具条中
图标，进入运行环境，就会发现报警显示已经轻松地实现了。
（3）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”。
如图3-19所示。
（a）（b）
图3-19选择策略的类型
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。
如下图3-20所示：
图3-20报警数据策略组态
双击
图标，弹出如图3-21“报警信息浏览构件属性设置”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。
图3-21报警信息浏览构件属性设置
按“测试”按钮，进入“报警信息浏览”。
如下图3-22所示。
图3-22报警信息浏览
退出策略组态时，会弹出如下图3-23窗口，按“是”按钮，就可对所做设置进行保存
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