加热反应炉监控系统组态界面及PLC程序设计.docx
《加热反应炉监控系统组态界面及PLC程序设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《加热反应炉监控系统组态界面及PLC程序设计.docx（39页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
加热反应炉监控系统组态界面及PLC程序设计
加热反应炉监控系统组态界面及PLC程序设计
摘要：
加热反应炉监控系统其研究目的是通过利用MCGS组态软件和欧姆龙PLC编程软件实现对加热炉的温度控制。
它通过编程、组态器件的连接，最后调试的研究方法来实现加热炉的功能与监控的实现。
它的研究结果可以通过MCGS组态界面呈现给用户，也可以通过观测实验箱上面的指示灯来实现，然后对照着加热反应炉监控系统组态界面及PLC程序设计的控制要求逐一核对其功能是否实现。
通过这两个检测部分及在研究过程中会实现一个对它的基本控制，但是实际工业应用中不排除环境对炉温控制过程的影响。
关键字：
MCGS组态欧姆龙PLC温度
Abstract：
TheheatedreactormonitoringsystemresearchpurposesMCGSconfigurationsoftwareandOmronPLCprogrammingsoftwarefurnacetemperaturecontrol.Throughprogramming,configurationdeviceconnections,thelastdebuggingmethodtoachievetherealizationofthethefurnacefeaturesandmonitoring.ItsfindingscanbepresentedtotheuserthroughtheMCGSconfigurationinterfacecanalsobeachievedthroughobservationexperimentboxaboveindicator,andthencheckonebyoneaccordingtotheheatingreactormonitoringsystemconfigurationinterfaceandPLCprogramdesigncontrolrequirementsimplementation.Bythetwodetectionportionandinthecourseofthestudy,oneofitsbasiccontrol,buttheactualindustrialapplicationsdonotruleouttheimpactoftheenvironmentonthetemperaturecontrolprocess.
Keywords:
MCGSconfigurationOMRONPLCtemperature
第一章绪论
1课题研究的背景
随着社会的进步，工业革命的需求，对于加热炉反应控制系统在日常生活中也得到了广泛的应用，其中包括医疗、纺织、冶金等领域都会用到。
这也促进了对温度控制的发展，让温度控制越来越精确。
这当然会用到一些必要应用软件来实现对温度的模拟控制，这正是加热炉反应系统追求的结果。
本课题来源于教学模拟题目，通过本设计可以熟悉并掌握欧姆龙CPM1ACPU40型PLC的原理与功能以及它的编程语言，以自动控制理论为指导思想，解决工业生产及生活中温度控制的问题。
2欧姆龙Cx-p7.1软件的优点
欧姆龙Cx-p7.1软件是一款非常便于学习、便于应用的长走相对而言比较简单的一款软件。
通过学习欧姆龙的编程手册，以及一些基本的指令我们就能够达到简单的一些应用，另外它是一款可编程的控制器，也就是说是可以随时修改的。
3MCGS组态软件的优点
国外许多优秀组态软件是在英文状态下开发的，它具有应用时间长、用户界面不理想、不支持或不免费支持国内普遍使用的硬件设备、组态软件本身的费用和组态软件培训的费用高昂等因素，这些也正是国内组态软件在国内不能广泛应用的原因[4]，它有如下优点。
1．为用户提供了多种通用工具模块，用户不需要掌握太多的编程语言技术（甚至不需要编程技术），就能很好的完成一个复杂工程所要求的所有功能。
系统设计人员可以把更多的注意力集中在如何选择最优的控制方法，设计合理的控制系统结构，选择合适的控制算法等这些提高控制品质的关键问题上。
2．从管理的角度来看，用组态软件开发的系统具有与Windows一致的图形化操作界面，非常便于生产的组织与管理。
3．利用组态控制技术，可以将加热反应炉生产过程的数据在控制室的计算机屏幕上直观地以曲线、图表、直方图、虚拟仪表等形式显示出来，还可以通过计算机鼠标或触摸屏上的按钮对现场的设备实施遥控。
在控制室里监视和控制生产过程中，能及时发现和干预各种不安全状况；并且由于操作人员远离现场，可以极大地提高人员和设备的安全系数；所以，这种基于组态软件的可视化控制技术是一种很有效的安全生产技术。
这种技术显然是可以用在煤矿、化工过程、铁路沿线容易塌方的这种相对比较危险的地方，这对于保障人们的身心安全具有非常重要的意义。
4组态软件的状况及发展趋势
组态软件现在比较知名的有西门子、MCGS、组态王kingview，当然还有更多的其它的一些软件我们未曾涉猎到的。
只是国外的一些组态软件的功能要优于国内，因此许多的国产软件得不到大范围上的推广。
目前国内市场上的组态软件产品大致划分为三类。
即国外专业软件厂商提供的产品，国内外硬件厂商提供的产品，以及国内自行开发的产品。
而这些软件除和功能完善、产品包装、市场推广等方面具都有一定的优势[5]。
MCGS组态软件是一款应用于工业控制上面的组态软件，所以它的发展空间会有一定的限制。
归根结底，应用的带动对其发展起着最为关键的推动作用。
未来的传感器、数据采集装置、控制器的智能化程度越来越高，实时数据浏览和管理的需求日益高涨，有的买主甚至要求在自己的办公室里监督定货的制造过程。
有的装置直接内嵌“WebServer”，通过以太网就可以直接访问过程实时数据。
即使这样，也不能认为不再需要组态软件了。
用户要求的多样化，决定了不可能有哪一种产品囊括全部用户的所有要求，这就导致组态软件不可能退出市场，因为是需求存在的[6]。
I/O驱动软件也逐渐会朝标准化的方向发展。
第二章控制系统设备简介
1欧姆龙Cx-p7.1编程软件的介绍
（1）欧姆龙软件的功能及特点
CX-Programmer是一个用于对OMRONCS1系列PLC、CV系列PLC、以及C系列PLC建立、测试和维护程序的工具。
CX-Programmer是一个用来对OMRONPLC进行编程和对OMRONPLC设备配置进行维护的工具，将取代OMRON应用软件SYSWIN和SYSMAC-CPT。
（2）软件的基本应用
CX-Programmer的介绍
1．启动CX-Programmer
可以从桌面的任务栏的“开始”按钮启动。
一旦被启动，CX-Programmer程序窗口将被显示，如图2-1所示。
CX-Programmer提供了一个生成工程文件的功能，此工程文件包含按照需要生成的多个PLC，对于每一个PLC，可以定义梯形图，地址和网络细节、内存、IO、扩展指令（如果需要的话）和符号。
CX-Programmer提供了一个生成工程文件的功能，此工程文件包含按照需要生成的多个PLC，对于每一个PLC，可以定义梯形图，地址和网络细节、内存、IO、扩展指令（如果需要的话）和符号。
图2-1CX-Programmer程序窗口
2.介绍CX-Programmer工程
CX-Programmer工程由梯形图、地址和网络细节、PLC内存内容、IO表、扩展指令（如果需要的话）以及符号组成。
每一个CX-Programmer工程文件都是独立的，是一个单独的文档。
CX-Programmer不能同一时刻打开多个工程文件，但是马上就能够使用CX-Programmer来处理多个工程文件。
CX-Programmer工程文件具有.CXP或者.CXT的文件扩展名（通常使用.CXP文件，它是.CXT文件的一个压缩版本）。
工程必须在相关的PLC和符号信息被定义之前被创建。
一旦创建好工程，就可以添加PLC信息和进行编程。
在梯形图中，PLC程序的顺序从左到右，从上到下。
PLC程序指令可以在梯形图里面以图形的方式来输入。
在此视图中，可以对程序进行生成、编辑、和监视。
在工具栏中选择查看梯形图图标即可打开之前所打开的梯形图，这样便会看到之前所画的梯形图，如图2-2所示。
图2-2梯形图界面
梯形图程序区的标准特征如下：
1）光标。
一个显示在梯级里面的当前位置的方形块。
光标的位置也在状态栏中被显示出来。
2）梯级。
梯形图程序的一个逻辑单元。
一个条能够包含多个行和列。
所有的梯级都具有编号。
3）梯级总线。
左总线提供电源总线的图形表示。
右总线包含输出区域：
便于让对象和右总线条对齐。
右总线条显示与否是可以选择。
如果被显示，可以调整梯级的尺寸以便于梯级的输出能和其对齐。
4）网格点，显示各个单元格连接处的点。
为了显示网格，选择工具栏中的网格按钮。
5）梯级边界，在梯形图左边会显示工程、符号、设置、内存、程序，可以从梯形图中看到。
6）自动错误检测，在当前选择的梯级区域的左边将会显示一条粗线。
当元素和指令被添加到当前梯级时，程序将会自动检测其是否有效。
其中左边的母线的颜色比阿奴哈代表着你所写程序的正确性，如果左边母线呈现红色表示程序错误，如果呈现出的是绿色表示一个正确的输入，另外如果这一行的程序还没编写完成母线一般是呈红色的，只有移到下一行才可以判断上一行的。
此外，在梯形图中，如果出现这种错误，也可以通过这种方式实现。
2加热反应炉PLC的程序设计
（1）反应炉控制的过程
系统进入运行环境后，按启动按钮SB1后，首先检测下液面、炉内温度、炉内压力是否都小于给定值，直到条件为真时就进入送料阶段。
在送料阶段中开启排气阀Y1和进料阀Y2，这样氮气便进入反应炉，当反应炉内的水的液位到达上液面时，系统将同时关闭排气阀Y1和进料阀Y2，此时结束送料过程。
延时10s，使得反应炉内的物料均匀。
定时10s后开启氮气阀Y3，氮气进入反应炉，炉内压力上升，当炉内压力升高到所设定值80Pa时压力变送器X4动作，此时关闭氮气阀Y3，结束送料过程系统进入加热反应控制阶段。
在反应阶段中加热电源Y5接通，系统温度缓慢升高。
当温度升高到给定值80℃时温度变送器X2动作，切断加热炉电源Y5，并段延时10S，让炉内的反应物充分反应完，加热过程结束系统进入泄料阶段。
加热过程结束后打开排气阀Y1，使炉内压力降到低于给定值。
再打开泄放阀Y4。
当炉内溶液降到下液面时，延时10S后关闭泄放阀Y4和排气阀Y1。
系统恢复到原始状态，准备进入下一反应循环，重复前三个阶段的控制过程。
当检测到炉内温度超过设定值或者是压力超过设定值时，报警灯闪烁且每隔1分钟响5S，3分钟后停止，但报警灯闪烁直至按停止按钮后停止。
在报警灯闪烁期间将自动关闭加热炉电源、氮气阀、进料阀并同时打开排气阀和泄放阀，此期间启动按钮失效。
（2）加热反应炉原理
加热反应炉系统由动作输入，动作输出以及显示输出三部分组成，其中动作输入如开关量输入、数值量输入，动作输出如开关量输出，显示输出如报警灯输出、指示灯输出以及阀门输出。
（3）加热反应炉的I/O分配
加热反应炉的I/O分配由输入输出设备两大部分组成。
其中输入包括按钮和传感器等设备，输出包括阀门和指示灯等设备，如表2-1所示。
表2-1加热反应炉的I/O分配
输入设备
地址号
输出设备
地址号
启动按钮SB1
0000
排气阀Y1
1000
停止按钮SB2
0001
进气阀Y2
1001
低液位传感器X1
0002
氮气阀Y3
1002
温度传感器X2
0003
泄料阀Y4
1003
上液位传感器X3
0004
加热炉电源Y5
1004
压力传感器X4
0005
报警灯Y6
1005
继电器1
1006
继电器2
1007
（4）PLC接线图、系统流程图
排气阀
进料阀
氮气阀
泄放阀
加加热接触器
报警灯
AC
DC24V220V
图2-3PLC接线图
图2-3是根据系统的I/O接线图所画出的PLC接线图，这样更加直观的看到PLC的接线方式。
图2-4为系统流程图，它是根据系统的设计要求所画出的流程图，使设计目标更加清晰。
图2-4系统流程图
（5）PLC的程序设计
梯形图如下：
根据加热反应炉对电气控制系统的要求，本设计控制系统包括手动在内的共6个输入信号：
下液面检测信号SK1，上液面检测信号SK3，分别输入PLC接点0.02,0.04,温度变送器SK2接PLC接点I0.03,压力变送器输入信号SK4接PLC输入接点0.05；SB1,SB2分别为启动按钮和停止按钮，接PLC输入接点0.00,0.01。
PLC的9个输出信号，其中10.00为气阀输出，10.01为进料阀输出，10.02为氮气阀输出，10.03为泄放阀输出，10.04为加热炉电源输出，10.05为报警灯输出，10.06为继电器1,10.07为继电器2,11.00为报警器输出。
根据系统的电气逻辑及I/O资源分配，本系统采用高效率的步进梯形指令编程，软件梯形图如图所示，其中TIM类定时器为0.1S定时器。
图2-5将启动信号传入中间继电器20000
图2-6将闪烁的一秒信号传入中间继电器20001
图2-7排气
图2-8进料
图2-9将上液面的输入信号传入继电器1
图2-10定时10S
图2-11供氮
图2-12将供氮信号传入继电器2
图2-13打开加热炉电源
图2-14定时10S
图2-15开启泄放阀
图2-16定时10S
图2-17报警
图2-18报警信号及多个定时器信号来控制报警器
图2-19设置多个定时器
2MCGS组态软件的介绍
（1）组态软件的功能及特点
MCGS组态软件的功能和特点可归纳为：
1.概念简单，易于理解和使用。
2.功能齐全，便于方案设计。
3实时性与并行处理。
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。
5.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。
6.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。
7.MCGS系统由五大功能部件组成，主要功能部件以构成形式来构造。
不同的构造有着不同的功能，且各自独立。
三种基本类型的构件完成MCGS系统的三大部分的所有工作。
8.MCGS中数据的存储不再使用普通的文件，而是用数据库来管理一切。
组态时，系统生成的组态结果是一个数据库；运行时，数据对象、报警信息的存储也是一个数据库。
第三章控制界面的创建
1工程的建立
（1）建立工程步骤：
1.进入MCGS组态环境。
2.单击“文件”菜单，弹出下拉菜单，单击“新建工程”如图3-1所示。
3.单击“文件”菜单，弹出下拉菜单，单击“工程另存为”，弹出文件保存窗口。
在文件名一栏输入工程名“加热反应炉控制系统”，单击“保存”按钮，工程建立完毕。
图3-1文件下拉菜单
2变量的定义
（1）变量的分配
变量定义前需要对系统进行分析，确定需要的变量，本系统至少需要20个变量，见表3.1。
表3-1变量分配表
名字
类型
注释
SB1
开关型
启动反应炉
SB2
开关型
停止反应炉
SB3
开关型
复位反应炉
X1
开关型
下液面是否超值
X2
开关型
炉内温度是否超值
X3
开关型
上液面是否超值
X4
开关型
炉内压力是否超值
Y1
开关型
排气阀打开或关闭
Y2
开关型
进料阀打开或关闭
Y3
开关型
氮气阀打开或关闭
Y4
开关型
泄放阀打开或关闭
Y5
开关型
加热电源打开或关闭
水
数值型
动画参数炉内水的高度
温度
数值型
炉内温度值
压力
数值型
炉内压力值
数据组
组对象
数据对象组
ZHV1
开关型
定时器时间到
ZHV2
开关型
定时器启动
ZHV3
数值型
定时器当前值
报警灯
开关型
检查反应炉是否报警
（2）变量的定义步骤
1.打开MCGS界面的“实时数据库”选项，进入实时数据库窗口页。
2.单击工作台右侧“新增对象”按钮，在数据对象列表中立刻出现了一个新数据对象，如图3-2所示。
3.选中数据对象，单击右侧“对象属性”按钮或直接双击该数据对象，弹出“数据对象属性”设置窗口。
4.将“对象名称”改为X1；“对象初”改为0；对象类型改为开关型；“对象内容注释”栏填入：
下液面是否超过值，如图3-3所示。
5.单击“确定”按钮。
6.重复
（2）到（5），定义其他20个变量。
7.单击“保存”按钮。
图3-2实时数据库
图3-3数据对像属性设置
3控制界面的设计与制作
按照MCGS组态软件的要求，建立并编辑自动控制画面如图2-1示。
画面画出了加热反应炉的简单示意图，并设计了九个指示灯，分别代表下液位传感器X1、温度变送器X2、上液位传感器X3、压力变送器X4、排气阀Y1、进料阀Y2、氮气阀Y3、泄放阀Y4、加热炉电源Y5的情况，运行时，指示灯随之做出相应指示。
（1）界面建立
1.单击屏幕上角的工作台图标，弹出工作台窗口。
2.单击“用户窗口选项卡”，进入“用户窗口”页。
3.单击右侧新建窗口按钮，出现“窗口0”图标，如图3-4所示。
4.单击“窗口属性”按钮，弹出“用户窗口属性”设置窗口。
在基本属性页的窗口名称栏内填入“加热反应炉控制系统”，“窗口位置”选最大化显示，其它不变。
如图3-5所示，单击确认按钮。
5.此时“工作台”的“用户窗口”中，“窗口0”图标已变为“加热反应炉控制系统”。
选中“加热反应炉控制系统”，单击右键弹出下拉菜单，选中“设置为启动窗口”，则当MCGS运行时，将自动加载该窗口。
单击“保存”按钮。
7.重复
（2）到（4）过程制作数据显示窗口和曲线显示窗口。
图3-4用户窗口选项卡
图3-5用户窗口属性
（2）界面编辑步骤
1．反应炉的绘制
打开MCGS组态环境中的编辑图标，点击插入元件，双击窗口左侧“对象元件列表”中的“反应器”，展开该列表项，单击“反应器11”，如图3-6所示。
单击“确定”按钮。
画面窗口中出现反应器的图形。
在反应器被选中的情况下，调整位置和大小，单击“保存”按钮。
图3-6元件管理对话框
2．其他元器件的绘制
利用类似于绘制上述反应炉的方法分别画出四个阀门、四个传感器、温度计、压力计、九个指示灯、三个按钮等元器件。
并将大小和位置调整好。
4动画连接
动画的连接是通过设置对象的属性以及编写的脚本程序实现的。
本设计中需要制作动画效果的部分包括：
炉内液位、温度、压力的数值变化、各阀门、各传感器的警戒变化、加热指示灯的变化。
1．反应炉内水位变化的动画设置
双击反应炉构件。
弹出单元属性设置页面。
打开动画连接标签，选中矩形，再点击“>”符号，如图3-7所示。
弹出动画组态属性设置。
点选位置动画连接项中大小变化，在动画组态属性设置页中生成大小变化标签，打开大小变化标签，进行设置，在表达式项里，选择数据库中的水参量，在大小变化连接项目里，最小变化百分比为0，表达式值取0，最大变化百分比100，表达式值80。
变化方向取向上方向，变化方式取剪切式，如图3-8所示。
2．其他元器件的动画设置
利用相类似于上述反应炉内水位有动画设置的方法分别设置好十三个指示灯、四个阀门、液位实时显示、按钮等的动画连接。
图3-7水的基本属性窗口
b
图3-8反应炉动画属性
5控制程序的编写
（1）定时器控制的使用
单击屏幕左上角的工作台图标
，弹出“工作台”窗口。
单击“运行策略”选项卡，进入“运行策略”页，如图3-9所示。
选中“循环策略”，单击右侧“策略属性”按钮，弹出“策略属性设置”窗口，如图所示。
在“定时循环时间[ms]”一栏，填入200。
单击“确认”按钮。
选中“循环策略”，单击右侧“策略属性”按钮，弹出“策略组态：
循环策略”窗口。
单击“工具箱”按钮，弹出“策略工具箱”。
在工具栏找到“新增策略行”按钮
，单击，在循环策略窗口出现了一个新策略。
在“策略工具箱”选中“定时器”，光标变为小手形状。
单击新增策略行末端的方块，定时器被加到该策略，如图3-10所示。
定时器的功能分为，启停功能：
在需要的时候被启动，在不需要的时候被停止。
计时功能：
启动后进行计时。
计时时间设定功能，即可以根据需要设定时计时。
状态报告功能：
即是否到设定时间。
复位功能，即在需要的时候重新开始记时。
对定时器属性设置。
双击新增策略行末端的定时器方块，出现定时器属性设置。
图3-9运行策略窗口
图3-10循环策略窗口
在“设定值”栏填入：
10，代表设定时间为10s。
在“当前值”栏，填入：
ZHV3。
在“计时条件”一栏填入ZHV2=1。
在“复位条件”一栏，填入：
ZHV2=0。
在“计时状态”一栏填入ZHV1。
在“内容注释”一栏，填入：
定时器。
如图3-11所示。
单击“确认”按钮，退出定时器属性设置，保存。
图3-11定时器属性窗口
（2）脚本程序
1.脚本程序的语句形式
脚本程序共有四种基本语句：
赋值语句、条件语句、IF语句、退出语句。
赋值语句的形式为：
数据对象=表达式。
赋值语句用赋值号（“=”）来表示，它具体的含义是：
把“=”右边表达式的运算值赋给左边的数据对象。
赋值号左边必须是能够读写的数据对象，如：
开关型数据、数值型数据、事件型数据以及能进行写操作的内部数据对象。
而组对象、事件型数据、只读的内部数据对象、系统内部函数以及常量，均不能出现在赋值号的左边，因为不能对这些对象进行写操作。
条件语句有如下三种形式：
If〖表达式〗Then〖赋值语句或退出语句〗
If〖表达式〗Then
〖语句〗
Endif
If〖表达式〗Then
〖语句〗
Else
〖语句〗
Endif
条件语句中的四个关键字If、Then、Else、Endif”分大小写。
如拼写不正确，检查程序会提示出错信息。
条件语句允许多级嵌套，即条件语句中可以包含新的条件语句，MCGS脚本程序的条件语句最多可以有8级嵌套，为编制多分支流程的控制程序提供了可能。
IF语句的表达式一般为逻辑表达式，也可以是值为数值型的表达式，当表达式的值为非0时，条件成立，执行Then后的语句，否则，条件不成立，将不执行该条件块中包含的语句，开始执行该条件块后面的语句。
退出语句为Exit，用于中断脚本程序的运行，停止执行其后面的语句，一般在条件语句中使用退出语句，以便在某种条件下，停止并退出脚本程序的执行。
2.脚本程序清单的编写
回到组态环境,进入循环策略组态窗口,如图3.10所示。
单击工具栏“新增策略行”按钮
，在定时器下增加一行新策略。
选中策略工具箱的“脚本程序”，光标变为手形。
单击新增策略行末端的小方块，脚本程序被加到该策略。
双击“脚本程序”策略行末端的方块
。
出现脚本程序编辑窗口。
输入附录1中的程序清单。
单击保存按钮。
6报表输出及曲线显示
在系统实际
升级会员 