配料系统的组态实现仅供参考.docx
《配料系统的组态实现仅供参考.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《配料系统的组态实现仅供参考.docx（39页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
配料系统的组态实现仅供参考
毕业论文
题目配料系统的组态实现
姓名：
所在学院：
所学专业：
班级
学号
指导教师：
完成时间：
毕业论文（设计）任务书
论文题目
配料系统的组态实现
院部
专业
班级
毕业论文（设计）的要求
1.研究自动配料系统的发展及现状，了解自动配料系统。
CGS组态软件的发展
2.研究PLC技术及其应用和MCGS组态软件的发展
3.掌握PLC系统和MCGS组态基本组成和对西门公司各模块的选择应用和MCGS组态软件的使用。
熟悉自动配料系统各方面的知识。
4.针对自动配料系统，将PLC和MCGS组态软件相结合，进行配料系统的组态监控设计
毕业论文（设计）的内容与技术参数
研究如何实现自动配料系统的组态。
利用PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强及编程简单的等特点，从而采用（PLC）西门公司的SIMATICS7-300系列与MCGS组态软件来实现的自动配料组态。
能够达到系统启动后自动识别配料系统过程以及对配料系统监控。
同时对货车自动配料时可能出现的故障进行监控、排查、保护和停止。
并且利用MCGS组态系统进行监控。
真正实现自动化配料系统和监控系统相结合。
毕业论文（设计）工作计划
1.2011-12-01到2011-12-10进行相关资料收集，并书写开题报告。
2.2011-12-11到2012-02-01复习所学相关内容，了解各方面与PLC配料系统方面和MCGS组态软件的相关的知识。
3.2012-02-01到2012-02-20把所了解的内容进行系统化，各方面的知识进行分类汇总。
并掌握PLC编程和MCGS的使用
4.2012-02-21到2011-04-08根据所做汇总进行程序编写、调试、仿真实验。
5.2011-04-08到2011-04-20完成毕业设计。
接受任务日期年月日要求完成日期年月日
学生（签名）年月日
指导教师（签名）年月日
院长（主任）（签名）年月日
摘要
可编程程序控制器（PLC,ProgrammableLogicController）因其高可靠性和较高的性价比，而在工业控制中被广泛应用。
组态软件由于计算机的普及和其本身价值（实时多任务、开放性、灵活性、通用性和可靠性）的被认知，也在快速的发展中。
本文基于可编程序控制器PLC和组态软件设计自动配料系统的控制系统和监控系统。
首先，利用德国Siemens公司的S7-200系列PLC对自动配料系统进行控制。
运用与之相配的STEP7编程，通过LAD编程语言编制了下位机的控制程序，从而使该配料系统可以按要求完成自动配料，装料全过程。
其次，自动配料系统的监控系统则采用了MCGS组态软件对上位机监控软件组态，实现现场数据的实时监控。
本文的主要内容包括对生产过程控制系统发展和现状的概述、配料系统工作原理和配料控制系统的总体设计，重点描述了包括硬件设计、编程环境及软件设计在内的西门子PLC在配料系统中应用的一些细节、MCGS组态软件及其在上位机监控系统中一些基本设计，以及PLC与上位机之间的通讯。
关键词：
可编程序控制器；配料；组态软件
Abstract
ProgrammableLogicController（PLC）iswidelyusedinindustryforitshighreliabilityandperformance/priceratio.Theconfigurationsoftwarealsoenjoysfastdevelopmentduetothepopularizationofpersonalcomputer,andisrecognizedofthevalueoriginatedfromthemeritssuchasreal-timemultitasking,openness,flexibility,versatility,andreliability.
BasedonPLCandconfigurationsoftware,thecontrolsystemandsupervisorysystemofautomaticingredientsystemaredesignedinthispaper.First,theSiemensPLCS7-200isusedtocontrolautomaticproportionsystem.Theproportioningsystemincludedtherequirementsofautomaticproportioning,weighing,andloading.NexttheMCGSsoftwareisusedtobuildthereal-timesupervisorysystem.Thesystemcanrealizethereal-timedata-logging,aswellasvariousvisual.
Paper’scontentsmainlyincludethattheindustrialcontrolsystemdevelopmentandpresentsituationoutline.Theingredientsystemprincipleofworkandtheingredientcontrolsystem'sdesign,describedwithemphasisincludingthehardwaredesign,theprogrammingenvironmentandsoftwaredesignSIMENSPLCiningredientsystem'sapplicationsomedetails,theconfigurationsoftwareconfigurationkingandinthehostcomputersupervisorysystemsomebasicdesigns,aswellascommunicationbetweenPLCandhostcomputer.
Keywords:
programmablecontroller;proportioning;configurationsoftware
目录
摘要II
1绪论1
1.1可编程序控制器1
1.2监控组态1
2PLC与自动化软件2
2自动配料系统2
2.1自动配料系统的发展现状2
2.2自动配料前后工艺2
2.2.1前配工艺2
2.2.2后配工艺2
2.3配料系统监控系统的结构与功能2
2.3.1监控系统的结构2
2.3.2监控系统的功能3
2.4监控系统控制过程3
2.4.1前配料监控系统的控制过程3
2.4.1.1自动称料3
2.4.1.2自动配料3
2.5.2监控系统报警控制过程3
2.9配料系统的功能4
3MCGS组态软件与PLC技术5
3.1组态软件简介5
3.2MCGS组态软件的系统构成5
3.2.1MCGS组态软件的整体结构5
3.2.2MCGS组态软件五大组成部分6
3.3MCGS组态软件常用术语7
3.4MCGS组态软件的功能和特点8
3.5MCGS组态软件的工作方式9
3.6PLC简介10
3.6.1PLC的发展历史10
3.6.1.1微小型PLC10
3.6.1.2大型PLC10
3.6.2PLC的硬件和软件10
3.6.2.1PLC的硬件构成10
3.6.2.2PLC的软件构成11
3.6.3PLC的工作原理12
3.6.3.1读取输入12
3.6.3.2执行用户程序12
3.6.4CPU的处理过程12
3.6.5PLC系统的辅助设备13
3.6.7PLC的注意事由13
3.7MOGS组态软件和PLC的连接使用14
3.7.1MOGS系统的建立14
3.7.2PLC系统的连接16
3.7.3MCGS如何产生动画效果18
3.8驱动程序18
4MCGS组态软件20
4.1组建新工程的过程20
4.2配料系统工程效果图20
4.3组态实现流程21
4.3.1主控窗口的设计21
4.3.2实时数据库的设计25
4.3.3运行策略的设计25
结论29
致谢30
参考文献31
1绪论
1.1可编程序控制器
可编程序控制器是用微电脑技术制造的通用自动控制设备，它具有指令存储和数字量或模拟量输入输出接口，能够进行位运算，并完成逻辑，顺序、定时、计数和算术运算功能，实现复杂的逻辑控制。
一般分为主模板、扩展模板、编程器等，每个模板的体积都比较小，相互连接方便。
有的还有模数和数模转换，数据处理和通讯网络等功能。
它的最大特点是将控制过程以程序方式存放在存储器中，修改程序也就修改了控制过程，这就给控制过程的设计、调试、修改，扩展带来了极大的方便和灵活性；它的另一特点是能够适应工业环境，在电源波动大、温差大、冲击震动较大的恶劣条件下仍能长时间，不间断运行，抗干扰能力强、稳定性好、具有很好的可靠性。
由于它的种种优点，它己经成为一种最重要、最普及、应用场合最多的工业控制器，占据了电气控制系统中应用最为广泛的核心位置。
1.2监控组态
监控组态软件是伴随着计算机技术、网络技术的突飞猛进发展起来的，监控组态软件是面向生产过程的监视、控制与数据采集的软件平台工具，具有实时多任务操作，设置项目丰富，使用方便、灵活、功能强大，监控组态软件通用性强，解决了人机图形界面的问题，通过监控组态软件对控制系统进行组态，可以把生产工艺上的参数在流程图上显示出来、处理数据报警和系统报警、存储历史趋势曲线、各种报表的生成和打印输出，在PC机的屏幕上进行整个生产过程的操作，接口开放，方便数据共享，支持多种硬件设备。
因此监控组态软件得到了广泛的应用。
PLC与监控组态软件的完美结合，通过监控组态软件对PLC及其它智能设备的I/O数据进行监控，应用越来越广泛。
2PLC与自动化软件
2自动配料系统
2.1自动配料系统的发展现状
随着科学技术的日新月异，生产过程自动化程度要求越来越高，原有的生产配料装置远不能满足当前高度自动化的需要。
减轻劳动强度，保障生产的可靠性、安全性，降低生产成本，减少环境污染、提高产品的质量及经济效益是企业生产必须面临的重大问题。
自动配料系统是融合了自动控制、计算机技术与通讯技术为一体的，具有技术先进、功能完备、应用灵活、运行可靠的自动化系统，是需要物料自动计量/配料的企业实现全厂自动集中管理，网络化管理不可缺少的部分。
自动配料系统特别适用于工人不便操作的恶劣环境（如高温、高粉尘有污染腐蚀等），已广泛应用于冶金、建材、化工、塑料等行业中，如钢铁厂的烧结配料、焦化厂原煤配料、水泥厂的生熟料配料、化工厂的原料配料、塑料厂的粉粒配料、建筑行业的水泥配料等等。
目前自动配料控制系统已广泛应用于建材、饲料、化工、冶金、食品等多种行业中。
它集自动控制技术、计量技术、传感器技术、计算机管理技术于一体的机电一体化系统；具有重量值数字显示、过程画面动态显示、配方修改管理、配料速度快、控制精度高等优点，采用上位计算机完全屏上控制系统，具有配料数据自动存储、配料过程清单查询和班、日、月、年报表统计及打印等功能
2.2自动配料前后工艺
2.2.1前配工艺
前配工艺流程界面中可以实时显示前配料秤的瞬时流量、配方比例、称料配料状态、料位以及阀门关闭信号、锅的温度、电机电流等。
在界面上还有其他一些操作，如自动／手动控制按钮、自动称料的单次和连续切换按钮、物料按钮及复位按钮等。
2.2.2后配工艺
后配工艺流程界面可以实时显示基粉秤、辅料秤、失重秤的流量、累积值、重量，显示基粉秤的载荷、预混器电流、卸料器状态、非离子瞬时流量、香精瞬时流量等。
在界面上还可以进行一些按钮控制操作，如失重秤的运行与停止、频率调节、手动与自动转换，以及几种物料的配比设定等。
2.3配料系统监控系统的结构与功能
2.3.1监控系统的结构
自动配料监控系统由两台计算机作为整个系统的人机界面。
其中一台为主站，完成全部系统参数设定、过程监控、数据记录；另一台作为从站，以主站为依托，主管后配料系统的数据设定、过程监控。
主站直接同西门子S7—300PLC系统、前配料秤自动控制仪表和后配料秤相通信。
前配料监控系统现场采用密封型接线盒，防尘、防潮，可确保信号传输可靠。
前配料秤仪表采用专用工业过程控制仪，通过RS一485总线与中控室实现通信，既可独立控制，又可实现PLC联机控制。
各阀位及卸料器位置信号检测采用霍尔传感器，具有无触点、抗干扰、抗粉尘、耐潮湿的特点。
料仓仓位采用重锤式料位计，可实现连续仓位检测。
后配料监控系统主秤采用高精度配料皮带秤，附料采用减量秤（失重秤），非离子泵、香精泵、流量检测采用间接方式，即通过压力变送器实时检测管道压力，由压力变化判断出料口、进料口是否堵塞。
2.3.2监控系统的功能
监控系统具有人机交互、通讯、显示及存储、打印等功能，并具有数据、图形显示，状态监控、数据输入、信息存储等各种有关操作的功能画面。
系统可实现实时过程数据监视、模拟显示工艺流程、实时数据记录查阅、系统操作员权限设定、工艺参数设定、设置运行过程事件报警及手动与自动控制切换。
监控系统中现场控制仪表实时显示流量、载荷、累计值、温度等。
温度指示通过现场温度显示仪表、压力指示通过现场压力显示仪表及电机的电流经现场显示仪表远传至中控室集中显示。
变频器调节配备自动切换开关，与主控计算机通讯。
2.4监控系统控制过程
2.4.1前配料监控系统的控制过程
2.4.1.1自动称料
自动称料控制单元主要为l0台称重控制仪表，PLC作为辅助控制系统，计算机人机界面显示配比参数（配方）及监控记录实时数据。
在自动控制方式下，单击前配工艺画面中自动配料“启动”按钮，或前配控制柜“启动”按钮，称重控制仪表就按设定好的配方打开10台秤的称料阀。
如果系统检测到某台秤配料阀未关，会发生报警并进入暂停状态。
每台秤根据称料快慢设有提前量，当控制仪表检测到秤称料重量达到设定值时，会减去提前量，控制仪表则关闭进料阀。
提前量可人为修正或自动修正，使控制仪表控制配料秤每次配料精度达到设定的目标值。
2.4.1.2自动配料
自动配料是将已经称好的原料按一定的顺序投放到搅拌锅中，同时开启搅拌和加热。
这一控制过程由温控仪表与PLC共同完成。
温控仪表控制温度上限，加热由PLC控制完成。
自动配料有固定顺序和可编程序两种控制方式。
在固定顺序方式下，各种原料的放料顺序是固定的，不可改变。
在可编程序方式下，各种原料的放料顺序可根据配方在人机界面上人为没定。
2.5.2监控系统报警控制过程
2.5.2.1报警事件
自动称料开始时，如果某个放料阀未关，或系统检测不到放料阀关闭信号，系统会发出报警声响，暂停称重仪表的称料过程，并使运行指示灯闪烁。
出现报警，自动放料不会进行，待消除故障或认为产生的报警原因不影响放料，按复位按钮后，再按“放料”按钮，则继续放料。
2.5.2.2切换报警
自动放料开始时，系统首先检查每种原料切换是否到位，如果切换不到位或切换不一致，报警系统开始报警，自动放料就不能进行。
通过检查，认为可以放料，按复位按钮后，再按“放料”按钮，则开始放料。
2.5.2.3配料锅满报警
如果配料锅中已配原料浆未放出，仍往该锅放料，产生报警信号，自动放料就不能启动。
待检查确认可以放料，按复位按钮，再按“放料”按钮，则开始进行自动放料。
2.5.2.4急停
称料过程中，由于紧急情况需要停止称料，按下自锁“称料急停”按钮，各个秤的进料阀就全部关闭，停止称料。
需要重新开始称料时，旋起“急停”按钮，再按“启动”按钮，则重新开始称料。
自动放料时，按一下“放料急停”按钮，系统会关闭所有放料阀，停止放料、搅拌和输送。
2.9配料系统的功能
配料系统主要功能说明
1、实现自动控制配料功能；
2、美观实用的生产过程动态模拟，能显示实时的工作状态和每种物料的目标重量、实际重量及误差值；
3、存贮配方预置，可随时进行配方调用、修改、删除和查询；
4、每批配料数据的历史记录保存，可随时对产量及耗料进行班、日、月、年报表统计、查询和打印；
5、在配料过程中，具有缺料自动报警，并可在线人工更换装有相同物料的仓号；
6、具有操作员权限管理、现场管理和网络化的远程服务等功能；
7、采用进口工业计算机（IPC）作为上位机监控系统，配以MCGS监控组态软件，保证系统的稳定性、可靠性、长期性。
8、整个系统均为人机对话模式，操作简单易用，维护方便；
3MCGS组态软件与PLC技术
3.1组态软件简介
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，功能成熟，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。
3.2MCGS组态软件的系统构成
3.2.1MCGS组态软件的整体结构
MCGS6.2软件系统包括组态环境和运行环境两个部分。
组态环境相当于一套完整的工具软件，帮助用户设计和构造自己的应用系统。
运行环境则按照组态环境中构造的组态工程，以用户指定的方式运行，并进行各种处理，完成用户组态设计的目标和功能。
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。
3.2.2MCGS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。
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。
在本窗口内定义不同类型和名称的变量，作为数据采集、处理、输出控制、动画连接及设备驱动的对象。
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、历史曲线、定时器、配方操作、多媒体输出等。
3.3MCGS组态软件常用术语
工程：
用户应用系统的简称。
引入工程的概念，是使复杂的计算机专业技术更贴近于普通工程用户。
在MCGS组态环境中生成的文件称为工程文件，后缀为.mcg，存放于MCGS目录的WORK子目录中。
如：
“D:
\MCGS\WORK\水位控制系统.mcg”。
对象：
操作目标与操作环境的统称。
如窗口、构件、数据、图形等皆称为对象。
选中对象：
鼠标点击窗口或对象，使其处于可操作状态，称此操作为选中对象，被选中的对象（包括窗口），也叫当前对象。
组态：
在MCGS组态软件开发平台中对五大部分，进行对象的定义、制作和编辑，并设定其状态特征（属性）参数，将此项工作称为组态。
属性：
对象的名称、类型、状态、性能及用法等特征的统称。
菜单：
是执行某种功能的命令集合。
如系统菜单中的“文件”菜单命令，是用来处理与工程文件有关的执行命令。
位于窗口顶端菜单条内的菜单命令称为顶层菜单，一般分为独立的菜单项和下拉菜单两种形式，下拉菜单还可分成多级，每一级称为次级子菜单。
构件：
具备某种特定功能的程序模块，可以用VB、VC等程序设计语言编写，通过编译，生成DLL、OCX等文件。
用户对构件设置一定的属性，并与定义的数据变量相连接，即可在运行中实现相应的功能。
策略：
是指对系统运行流程进行有效控制的措施和方法。
启动策略：
在进入运行环境后首先运行的策略，只运行一次，一般完成系统初始化的处理。
该策略由MCGS自动生成，具体处理的内容由用户充填。
循环策略：
按照用户指定的周期时间，循环执行策略块内的内容，通常用来完成流程控制任务。
退出策略：
退出运行环境时执行的策略。
该策略由MCGS自动生成，自动调用，一般由该策略模块完成系统结束运行前的善后处理任务。
用户策略：
由用户定义，用来完成特定的功能。
用户策略一般由按钮、菜单、其他策略来调用执行。
事件策略：
当开关型变量发生跳变时（1到0，或0到1），执行的策略，只运行一次。
热键策略：
当用户按下定义的组合热键（如：
Ctrl+D）时执行的策略，只运行一次。
可见度：
指对象在窗口内的显现状态，即可见与不可见。
变量类型：
MCGS定义的变量有五种类型：
数值型、开关型、字符型、事件型和组对象。
事件对象：
用来记录和标识某种事件的产生或状态的改变。
如开关量的状态发生变化。
组对象：
用来存储具有相同存盘属性的多个变量的集合，内部成员可包含多个其他类型的变量。
组对象只是对有关联的某一类数据对象的整体表示方法，而实际的操作则均针对每个成员进行。
动画刷新周期：
动画更新速度，即颜色变
升级会员 