节日彩灯.docx
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节日彩灯
目录
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
2MCGS组态软件功能简介2
2.1什么是MCGS组态软件2
2.2MCGS组态软件组成部分3
2.3MCGS组态软件的功能和特点4
2.4MCGS组态软件的工作方式5
3西门子PLC-200的简介7
3.1S7-200编程软件介绍7
3.2S7-200通讯方式7
3.3S7-200通讯参数设置7
3.4S7-200与MCGS的通讯连接8
4仿真画面的设计9
4.1新建工程9
4.2用户窗口的组态9
4.2.1建立画面9
4.2.2编辑画面10
4.2.3主画面的编辑10
4.3定义数据对象12
4.4动画连接13
5下位机程序的编写15
5.1可编程控制器的概况15
5.2程序的编写16
6连接调试18
6.1设备连接18
6.2串口设备属性设置19
7结束语21
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。
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。
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计算机和I/O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。
随着国内计算机水平和工业自动化水平的不断提高，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。
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，而发展成为专业化的通用组态软件。
2MCGS组态软件功能简介
2.1什么是MCGS组态软件
MCGS（MonitorandControlGeneratedSystem，监视与控制通用系统）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，主要完成现场数据的采集与监测、前端数据的处理与控制，可运行于MicrosoftWindows95/98/Me/NT/2000/xp等操作系统。
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、农业自动化和航天等领域，经过各种现场的长期实际运行，系统稳定可靠。
系统结构图：
图2.1MCGS体系结构图
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：
图2.2MCGS系统整体框图
2.2MCGS组态软件组成部分
MCGS组态软件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都成，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。
（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：
定义工程名称，编制工程名单，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。
（3）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。
（4）用户窗口：
本窗口主要用于设置工程中的人机交互界面，诸如：
生成各种动画显示画面、报警输出、数据与曲线图表等。
（5）实时数据库：
是工程各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。
在本窗口内定义不同的类型和名称的变量，作为数据采集、处理、输出控制、动画连接及设备驱动的对象。
（6）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2.3MCGS组态软件组成
2.3MCGS组态软件的功能和特点
MCGS的主要特点和基本功能如下：
1.简单灵活的可视化操作界面
2.实时性强、良好的并行处理性能
3.丰富、生动的多媒体画面
4.开放式结构，广泛的数据获取和强大的数据处理功能
5.完善的安全体制
6.强大的网络功能
7.多样化的报警功能
8.实时数据库为用户分步组态提供极大方便
9.支持多种硬件设备，实现“设备无关”
10.控制方便复杂的运行流程
11.良好的可维护性和扩展性
12.用数据库来管理数据存储，系统可靠性高
13.设立对象元件库，组态工作简单方便
14.实现对工控系统的分布式控制和管理
2.4MCGS组态软件的工作方式
MCGS如何与设备进行通讯：
MCGS通过设备驱动程序与外部设备进行数据交换。
包括数据采集和发送设备指令。
设备驱动程序是由VB程序设计语言编写的DLL（动态连接库）文件，设备驱动程序中包含符合各种设备通讯协议的处理程序，将设备运行状态的特征数据采集进来或发送出去。
MCGS负责在运行环境中调用相应的设备驱动程序，将数据传送到工程中各个部分，完成整个系统的通讯过程。
每个驱动程序独占一个线程，达到互不干扰的目的。
MCGS如何产生动画效果：
MCGS为每一种基本图形元素定义了不同的动画属性，如：
一个长方形的动画属性有可见度，大小变化，水平移动等，每一种动画属性都会产生一定的动画效果。
所谓动画属性，实际上是反映图形大小、颜色、位置、可见度、闪烁性等状态的特征参数。
然而，我们在组态环境中生成的画面都是静止的，如何在工程运行中产生动画效果呢？
方法是：
图形的每一种动画属性中都有一个“表达式”设定栏，在该栏中设定一个与图形状态相联系的数据变量，连接到实时数据库中，以此建立相应的对应关系，MCGS称之为动画连接。
当工业现场中测控对象的状态（如：
储油罐的液面高度等）发生变化时，通过设备驱动程序将变化的数据采集到实时数据库的变量中，该变量是与动画属性相关的变量，数值的变化，使图形的状态产生相应的变化（如大小变化）。
现场的数据是连续被采集进来的，这样就会产生逼真的动画效果（如储油罐的液面的升高和降低）。
用户也可编写程序来控制动画界面，以达到满意的效果。
3西门子PLC-200的简介
3.1S7-200编程软件介绍
西门子S7-200系列PLC是德国西门子公司（Siemens）出品的,小型PLC。
1994年S7-200PLC进入中国，立刻受到了用户的广泛欢迎；随着1998年S7-200PLC升级为第二代产品，2004年S7-200PLC升级为第三代产品，S7-200PLC已经成为小型PLC中的佼佼者。
S7-200CN继承了S7-200的优良品质和卓越性能，适用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到复杂的自动化控制，应用领域极为广泛，覆盖所有与自动监测，自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种纺织机械、中央空调、印刷机械、包装机械、工程机械、小型机床、楼宇自控、民用设施、环境保护设备等等。
适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。
S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能，具有较高的性能/价格比。
3.2S7-200通讯方式
S7200PLC的通讯端口为RS485模式。
通讯连接方式：
1．采用标准串口型号的西门子PC/PPI电缆；
2．采用RS232/485转换器连接，RS485的A正B负与PLC编程口3正8负连接；
3.TPC触摸屏的RS485接口的A正B负与PLC编程口3正8负连接。
3.3S7-200通讯参数设置
S7-200系列PLC可以通过西门子STEP7-Micro/WIN为S7-200PLC配置波特率和PLC地址。
当为S7-200修改参数后，需要将改动参数的系统块下载至S7-200。
每台S7-200CPU的默认波特率为9.6kbps（即:
9600bps），默认PLC地址为2。
当PLC设置地址时，一次只能连接并设置一个PLC。
参数设置方法：
1.连接好PLC及PPI电缆，PLC上电，运行STEP7-Micro/WIN编程软件。
2.设置PG/PC接口：
3.4S7-200与MCGS的通讯连接
S7-200PLC的通讯端口是RS485。
MCGS通讯端口有两个：
①COM1是RS232通讯协议②COM2是RS485通讯协议
1．一个S7200PLC与一个MCGS通讯连接
①PLC连接MCGS的COM2（RS485）端口
②PLC连接MCGS的COM1（RS232）端口
2.多个S7-200PLC与一个MCGS通讯相连
①所有PLC的波特率相同
设置各个PLC的地址不相同，范围：
1--32
②所有的PLC的波特率为9600或者19200，将PLC按照波特率分成两组，波特率9600一组，波特率19200一组，参照①进行设置。
4仿真画面的设计
4.1新建工程
在Windows系统桌面上，通过以下三种方式中的任一种，都可以进入MCGS组态环境：
鼠标双击Windows桌面上的“Mcgs组态环境”图标；
选择“开始”→“程序”→“MCGS组态软件”→“MCGS组态环境”命令；按快捷键“Ctrl+Alt+G”。
进入MCGS组态环境后，单击工具条上的“新建”按钮，或执行“文件”菜单中的“新建工程”命令，系统自动创建一个名为“新建工程X.MCG”的新工程（X为数字，表示建立新工程的顺序，如1、2、3等）。
由于尚未进行组态操作，新工程只是一个“空壳”，一个包含五个基本组成部分的结构框架，如图所示：
图4.1新建工程
4.2用户窗口的组态
4.2.1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3.2
图4.2窗口的建立
4.2.2编辑画面
设置用户窗口属性：
选择待定义的用户窗口图标，点鼠标右键选择属性，弹出“用户窗口属性设置”对话框，按所列款项设置有关属性。
用户窗口的属性包括基本属性、扩充属性和脚本控制，由用户选择设置。
窗口的基本属性包括窗口名称、显示标题、背景颜色、窗口位置、窗口边界、窗口大小等项内容。
窗口的扩充属性包括窗口的外观、位置坐标和视区大小等项内容。
窗口的视区是指实际可用的区域，与屏幕上所见的区域可以不同，当选择视区大于可见区时，窗口侧边附加滚动条，操作滚动条可以浏览窗口内所有的图形对象。
脚本控制包括启动脚本，循环脚本和退出脚本，启动脚本在用户窗口打开时，循环脚本是在窗口打开期间以指定的间隔循环执行，退出脚本则是在用户窗口关闭时执行。
具体操作步骤为：
双击“窗口0”窗口图标，进入动画组态窗口，开始编辑画面;双击画面，弹出设置窗口。
见图3.3
图4.3窗口属性
按上图将“窗口名称”设置为“节日彩灯”；“窗口位置”选中最大化显示；“窗口边界”设定为可变边，其余不变。
4.2.3主画面的编辑
MCGS提供了三类图形对象供用户选用，即图元对象、图符对象和动画构件。
这些图形对象位于常用符号工具箱和动画工具箱内，用户从工具箱中选择所需要的图形对象，配置在用户窗口内，可以创建各种复杂的图形。
图形对象创建完成后，要对图形对象进行各种编辑工作，如：
改变图形的颜色和大小，调整图形的位置和排列形式，图形的旋转及组合分解等项操作，MCGS提供了完善的编辑工具，使用户能快速制作各种复杂的图形界面，以图形方式精确表示外部物理对象。
具体操作步骤如下：
a 单击工具条中的“工具箱”
按钮，打开绘图工具箱。
b选择“工具箱”内的“标签”按钮
，鼠标的光标呈“十字”形，在窗口
顶端中心位置拖拽鼠标，根据需要拉出一个一定大小的矩形。
c在光标闪烁位置输入文字“西安”，按回车键或在窗口任意位置用鼠标
一下，文字输入完毕。
d选中文字框，作如下设置：
点击
（填充色）按钮，设定文字框的背景颜色为：
黑色
点击
（填线色）按钮，设置文字框的边线颜色为：
没有边线。
点击
（字符字体）按钮，设置文字字体为：
System；字型为：
粗体；大小为：
小四；
点击
（字符颜色）按钮，将文字颜色设为：
粉色；
e按照以上步骤分别输入“工业”，“大学”，“50”，“周年”的字样，设置相应的颜色。
f单击绘图工具箱中的
（插入元件）图标，弹出对象元件管理对话框。
如图3.4。
图4.4元件管理对话框
g选中工具箱中的“其他”的按钮就会出现一个常用符号工具栏，图形来做装饰。
h另外还可以从外部环境寻找合适的图片用于画面中。
操作时只需点击工具箱中的位图按钮
，拉成一定大小。
按鼠标右键，点装载位图，就可以把外部的图贴在自己所做的画面中。
i最后我们可以把几个单元图形合并为一个整体图形。
最后的画面如图3.5：
图4.5霓虹灯主画面
4.3定义数据对象
数据对象是实时数据库的基本单元。
在MCGS生成应用系统时，应对实际工程问题进行简化和抽象化处理，将代表工程特征的所有物理量，作为系统参数加以定义，定义中不只包含了数值类型，还包括参数的属性及其操作方法，这种把数值、属性和方法定义成一体的数据就称为数据对象。
构造实时数据库的过程，就是定义数据对象的过程。
在实际组态过程中，一般无法一次全部定义所需的数据对象，而是根据情况需要逐步增加。
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。
具体操作方法极其简单，只需单击工具栏中“工具”菜单中的“使用计数检查”选项即可。
定义数据对象的过程，就是构造实时数据库的过程。
定义数据对象时，在组态环境工作台窗口中，选择“实时数据库”标签，进入实时数据库窗口页，显示已定义的数据对象。
见图3.6
图4.6实时数据库
开关型数据对象：
开关信号（0或非0）的数据对象称为开关型数据对象，通常与外部设备的数字量输入输出通道连接，用来表示某一设备当前所处的状态。
由于本画面是仿真节日彩灯灯的闪亮情况，所以只需将灯都定义为开关型数据下面以数据对象“灯1”为例，介绍一下定义数据对象的步骤：
单击工作台中的“实时数据库”窗口标签，进入实时数据库窗口页
a单击“新增对象”按钮，在窗口的数据对象列表中，增加新的数据对象，系统缺省定义的名称为“Data1”、“Data2”、“Data3”等（多次点击该按钮，则可增加多个数据对象）。
b选中对象，按“对象属性”按钮，或双击选中对象，则打开“数据对象属性设置”窗口。
c将对象名称改为：
灯1；对象类型选择：
开关型；在对象内容注释输入框内输入：
“控制灯1的点亮、熄灭的变量”，单击“确认”。
按照此步骤，根据上面列表，设置其他10个开关型的数据对象。
根据需要以后还可以增加实时数据,见图3.7
图4.7建立实时数据
需要注意的是，数据对象的名称中不能带有空格，否则会影响对此数据对象存盘数据的读取。
4.4动画连接
到现在为止，我们由图形对象搭制而成的图形界面是静止的，需要我们对这些图形对象进行动画属性设置，使它们“动”起来，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的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，这样在系统运行过程中，图形对象的外观和状态特征，就会由数据对象的实时采集结果进行驱动，从而实现图形的动画效果，使图形界面“动”起来。
所谓动画连接，实际上是将用户窗口内创建的图形对象与实时数据库中定义的数据对象，建立起对应的关系，在不同的数值区间内设置不同的图形状态属性（如颜色、大小、位置移动、可见度、闪烁效果等），将物理对象的特征参数以动画图形方式来进行描述，这样在系统运行过程中，用数据对象的值来驱动图形对象的状态改变，进而产生形象逼真的动画效果。
灯的点亮和熄灭:
灯的点亮和熄灭效果是通过特殊动画连接中的可见度实现的。
设置步骤如下：
以灯1的设置为例：
双击灯1，弹出单元属性设置窗口。
选中"特殊动画连接"标签中的"可见度"
选中标题栏的“可见度”。
如图3.8表达式一栏填“灯1”，选“对应图符可见”。
按此方法设置其余的八个灯。
图4.8属性设置
5下位机程序的编写
5.1可编程控制器的概况
本设计使用的PLC型号为：
西门子s7-200。
不同的PLC的编程指令是不同的，使用的继电器名称也有所区别。
所以在编程以前首先要对这种型号的plc编程指令有所熟悉。
可编程控制器（PROGRAMMABLECONTROLLER，简称PC）。
与个人计算机的PC相区别，用PLC表示。
PLC是在传统的顺序控制器的基础上引入了微电子技术、计算机技术、自动控制技术和通讯技术而形成的一代新型工业控制装置，目的是用来取代继电器、执行逻辑、记时、计数等顺序控制功能，建立柔性的程控系统。
LC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。
可以预料：
在工业控制领域中，PLC控制技术的应用必将形成世界潮流。
PLC程序既有生产厂家的系统程序，又有用户自己开发的应用程序，系统程序提供运行平台，同时，还为PLC程序可靠运行及信息与信息转换进行必要的公共处理。
用户程序由用户按控制要求设计。
图5.1结构框图
5.2程序的编写
6连接调试
6.1设备连接
[1]在工作台“设备窗口”中双击“设备窗口”图标进入。
[2]点击工具条中的“工具箱”图标，打开“设备工具箱”。
[3]点击“设备工具箱”中的“设备管理”按钮。
如图所示：
图6.1设备连接
[4]在可选设备列表中，双击“通用串口父设备”。
[5]在可控设备列表中，双击“PLC设备”，选择西门子S7-200。
之后进行动画连接。
如图所示：
图6.2添加设备
6.2串口设备属性设置
在这次的课程设计中模拟设备的添加及属性设置，进行通讯设置。
如下图所示：
图6.3添加设备
1.设置串口端口号为0-COM1,数据校验方式为2-偶校验，设置后如图所示：
图6.4属性设置
2.对设备进行内部设置，增加设备通道，添加后如图所示：
图6.5增加通道
3.进行动态连接，模拟后，如图所示：
图6.6系统动态运行
7结束语
通过这次PLC课程设计，让我更加深刻理解了课本的知识，并使我熟悉和掌握了PLC基本指令的使用，掌握了PLC的I/O分配、程序调试等和MCGS软件。
通这次设计，提高了我的动手和动脑能力，更让我们体会到了理论与实践相结合的重要性，使我得到了一次用专业知识、专业技能分析和解决问题全面系统的锻炼。
使我在PLC的基本原理以及编程设计思路技巧的掌握方面都能向前迈了一大步。
在本次课程设计中，学会如何更好的与老师和同学去交流，这样自己不太懂得一些知识，在自己熟悉的过程中会发现许多问题，现在对于这学期的课程设计—基于MCGS的PLC节日彩灯控制系统设计，自己学到很多，先前没有接触过组态软件，现在自己也能很熟练进行工程的搭建与操作，还有自己可以更好的将自己大学里学过的知识进行一次实战性的综合应用，我觉得这是最好的。
这学期的课程设计本身对于我们大四的学生来说就是为了下学期的毕业设计做的准备。
在这次课程设计中自己学到很多，也去尝试着让老师指导着去从事一些东西的研究，更好的学到了一些东西，我觉得这是最重要的。
参考文献
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人民邮电社，2004.
[2]李刚.MCGS组态软件在液位控制系统中的应用[J].可编程控制器与工厂自动化,2005.
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[4]王兆义.可编程控制器.北京机械工业出版社.2000.
[5]李乃夫.可编程控制器原理.应用.实验.北京：
中国轻工业出版社，1998.
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机械工业出版社，1994.
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