计算机控制新版系统课设.doc

目录

一、 摘要----------------------------------------------1
二、 硬件设计------------------------------------------2
1.硬件设计说明 --------------------------------------2
2.工作原理-------------------------------------------2
3.元器件选择-----------------------------------------3
4.电路元件表---------------------------6
三、 软件设计-----------------------------------------7
1.软件设计说明---------------------------------------7
2.梯形程序图-----------------------------------------7
3.程序连接示意图--------------------------------------7
四、 组态设计------------------------------------------8
1.MCGS组态软件介绍-----------------8
2.仿真画面设计--------------------------------------9
3.经过PLC进行编程------------------------------------13
五、 系统总原理图--------------------------------------15
六、 设计总结------------------------------------------16
七、 参考文件------------------------------------------17

一． 摘要
伴随工业自动化水平不停提升，计算机广泛利用，大家对工业自动化要求也越来越高。而组态软件又有延续性和可扩充性，易学易用性和通用性，使得组态软件得到长足发展。而且伴随科学技术发展迅猛，在工控自动化领域发展中也得到很快提升。
MCGS (Monitor and Control Generated System，通用监控系统)是一套基于Microsoft，用于快速结构和生成上位机监控系统组态软件系统，可运行于Microsoft Windows 95/98/Me/NT/等操作系统。
MCGS为用户提供了处理实际工程问题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、步骤控制、动画显示、趋势曲线和报表输出和企业监控网络等功效。它充足利用了Windows图形功效完备、界面一致性好、易学易用特点，比以往使用专用机开发工业控制系统更含有通用性，在自动化领域有着更广泛应用。
本文介绍了基于电力拖动一个电动机开启停止设计方案，将两台电动机成功次序开启，次序停止，次序开启、停止控制电路是在一个设备开启以后另一个设备才能开启运行一个控制方法，常见于主、辅设备之间控制。我们利用其原理思绪是：用两套异步电机M1和M2，在M2控制回路中串入常开触头，实现只有先开M1才能后开M2，在M1停机按钮上并联一常开触头，实现只有先停M2才能后停M1。系统用到元件有常开常闭开关，熔断器，继电器等部分常见电气元件。绘制电路图和工作步骤图，并进行改善。
关键词：异步电机 M1和M2；常开常闭开关；熔断器；继电器

二． 硬件设计

1．硬件设计说明
硬件设计就是连接计算机，PLC和电动机接口电路设计，而硬件接线是依据控制线路和程序梯形图而来，所以需要依据主电路图，利用PLC知识画出控制电路，由控制电路编制程序梯形图，使硬件接口和PLC软件指令对应。
2．工作原理
下图为两台电动机按次序起动/按次序停止控制线路。工作时，按下起动按钮SB1，接触器KM1吸合，1号电动机M1运转；同时，时间继电器KT1通电计时，计时时间到，由KT1延时闭合常开触点给接触器KM2通电，2号电动机M2运转。停止工作时，按下停止按钮SB2，M2电动机立即停止工作；同时时间继电器KT2计时，计时时间到，由KT2延时断开常闭触点，将接触器KM1断电，M1电动机停止运行。
（1）.主电路

（2）.控制电路

两台电动机次序起动/停止控制线路
3．元器件选择
（1）.电动机选择
Y系列电动机是通常见途全封闭自扇冷式鼠笼型三相异步电动机。安装尺寸和功率等级符合IEC标准，外壳防护等级为IP44，冷却方法为IC411，连续工作制（S1）。适适用于驱动无特殊要求机械设备，如机床、泵、风机、压缩机、搅拌机、运输机械、农业机械、食品机械等。
Y系列中，Y80~315电动机符合Y系列（IP44）三相异步电动机技术条件JB/T9616-1999。Y355电动机符合Y系列（IP44）三相异步电动机技术条件JB5274-91。Y80~315电动机采取B级绝缘。Y355电动机采取F级绝缘。额定电压为380V，额定频率为50Hz。功率3kW及以下为Y接法；其它功率均为△接法。电动机运行地点海拔不超出1000m；环境空气温度随季节改变，但不超出40℃；最低环境空气温度为-15℃；最湿月月平均最高相对湿度为90%；同时该月月平均最低温度不高于25℃。
电动机有一个轴伸，可制成双轴伸，第二轴伸亦能传输额定功率，但只能用联轴器传动

选择异步电机是转速3000r/min电动机，具体实物图图所表示：

常见异步电机实物图
（2）.熔断器选择
熔断器也被称为保险丝，IEC127标准将它定义为"熔断体（fuse-link)"。它是一个安装在电路中，确保电路安全运行电器元件。熔断器其实就是一个短路保护器，广泛用于配电系统和控制系统，关键进行短路保护或严重过载保护。
熔断器（实物图）是依据电流超出要求值一段时间后，以其本身产生热量使熔体熔化，从而使电路断开；利用这种原理制成一个电流保护器。熔断器广泛应用于高低压配电系统和控制系统和用电设备中，作为短路和过电流保护器，是应用最普遍保护器件之一。熔断器是一个过电流保护器。熔断器关键由熔体和熔管和外加填料等部分组成。使用时，将熔断器串联于被保护电路中，当被保护电路电流超出要求值，并经过一定时间后，由熔体本身产生热量熔断熔体，使电路断开，从而起到保护作用。

熔断器实物图
以金属导体作为熔体而分断电路电器，串联于电路中，当过载或短路电流经过熔体时，熔体本身将发烧而熔断，从而对电力系统、多种电工设备和家用电器全部起到了一定保护作用。含有反时延特征，当过载电流小时，熔断时间长；过载电流大时，熔断时间短。所以，在一定过载电流范围内至电流恢复正常，熔断器不会熔断，能够继续使用。熔断器关键由熔体、外壳和支座3 部分组成，其中熔体是控制熔断特征关键元件。
（3）.继电器选择
电磁继电器（图）通常由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成。只要在线圈两端加上一定电压，线圈中就会流过一定电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引作用下克服返回弹簧拉力吸向铁芯，从而带动衔铁动触点和静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧反作用力返回原来位置，使动触点和原来静触点（常闭触点）释放。这么吸合、释放，从而达成了在电路中导通、切断目标。对于继电器“常开、常闭”触点，能够这么来区分：继电器线圈未通电时处于断开状态静触点，称为“常开触点”；处于接通状态静触点称为“常闭触点”。继电器通常有两股电路，为低压控制电路和高压工作电路。

继电器结构及原理
当输入量(如电压、电流、温度等)达成要求值时，继电器使被控制输出电路导通或断开。输入量可分为电气量(如电流、电压、频率、功率等)及非电气量(如温度、压力、速度等)两大类。继电器含有动作快、工作稳定、使用寿命长、体积小等优点。广泛应用于电力保护、自动化、运动、遥控、测量和通信等装置中。
（4）.常闭常开开关器选择
按钮开关：一个短时接通或断开小电流电路电器，它不直接控制主电路通断，而在控制电路中发出手动“指令”去控制接触器、继电器等电器，再由它们去控制主电路，故称“主令电器”。
按钮开关结构：由按钮帽、复位弹簧、固定触点、可动触点、外壳和支柱连杆等组成。
常开触头（动合触头）：是指原始状态时（电器未受外力或线圈未通电），固定触点和可动触点处于分开状态触头。
常开(动合)按钮开关，未按下时，触头是断开，按下时触头闭合接通；当松开后，按钮开关在复位弹簧作用下复位断开。在控制电路中，常开按钮常见来开启电动机，也称开启按钮。
常闭(动断)按钮开关和常开按钮开关相反，末按下时，触头是闭合，按下时触头断开；当手松开后，按钮开关在复位弹簧作用下复位闭合。常闭按钮常见于控制电动机停车，也称停车按钮。
复合按钮开关：将常开和常闭按钮开关组合为一体按钮开关，即含有常闭触头和常开触头。未按下时，常闭触头是闭合，常开触头是断开。按下按钮时，常闭触头首先断开，常开触头后闭合；当松开后，按钮开关在复位弹簧作用下，首先将常开触头断开，继而将常闭触头闭合。复合按钮用于联锁控制电路中。
4．电路元件表
依据电路原理图所列个元件，以下表：

元件名称
符号
用途
数量
熔断器
FU
用于短路保护和严重过载保护
2
热继电器开关
FR
用于短路保护和严重过载保护,进行保护时开关分断
1
按钮
SB
起动、停止主电路
2
接触器线圈
KM
通断电时，使触点接通或分断
3
时间继电器线圈
KT
通电后经过一定延时后输出信号
2
接触器触点
KM
依据接触器线圈通断电接通、分断电路
4
继电器触点
KT
依据继电器通电延时后接通控制电路
2

三． 软件设计
1．软件设计说明
首先利用PLC编程软件依据三相笼型异步电动机串电阻降压起动/反接制动控制电路编制梯形图程序，程序指令和PLC地址对应。完成后，编译将程序下载到PLC中并运行。
2．梯形程序图

3.程序连接示意图

元件和其对应地址
硬件名称
符号
对应PLC地址
停止按钮
SB2
I0.1
开启按钮
SB1
I0.3
热继电器
BB
I0.5
接触器1
KM1
Q0.1
接触器2
KM2
Q0.2
接触器3
KM3
Q0.3
四． 组态设计
1.MCGS组态软件介绍
MCGS(Monitor and Control Generated System，监视和控制通用系统)是北京昆仑通态自动化软件科技研发基于Windows操作系统可用来快速结构和生成上位机监控系统组态软件包，它为用户提供了从设备驱动、数据采集到数据处理、步骤控制、动画显示、报表输出等处理实际工程问题完整方案和操作工具。MCGS组态软件含有多任务、多线程功效，其系统框架采取VC++编程，经过OLE技术向用户提供VB编程接口，提供丰富设备驱动构件、动画构件、策略构件，用户可随时方便地扩展系统功效。

关键特点以下：
（1）.丰富设备驱动程序，经过Active DLL把设备驱动挂接在系统中，配置简单、速度快、可靠性高。
（2）.强大网络功效。MCGS强大网络功效可把TCP/IP网、485/422/423网、Modem网结合在一起组成大型监控系统和管理系统。
（3）.开放OLE接口。MCGS以OLE自动化技术为基础开放式扩充接口许可用户使用VB来快速编制多种设备驱动构件、动画构件和多种策略构件，经过OLE接口，用户能够方便地定制自己特定系统。
系统结构图图2.1所表示：

MCGS组态软件系统包含组态环境和运行环境两大部分，用户全部组态配置过程全部是在组态环境中进行，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运行系统，它能根据“组态结果数据库”中组态方法进行多种处理，完成用户组态设计目标和功效。
MCGS系统整体框图图所表示：

2.仿真画面设计
（1）.建立画面
在“用户窗口”中单击“新建窗口”按钮，建立“窗口0”。图所表示：
（2）.编辑窗口
在工作台画面中，包含“主控窗口”、“设备窗口”、“用户窗口”、“实时数据库”及“运行策略”选项。分别完成工程命名和属性设置、动画设计、设备连接、编写控制步骤、定义数据变量等项组态操作。创建工程后首先应进行控制设备组态，鼠标左键点击“设备窗口”，弹出“设备窗口”画面，双击图标，弹出画面图所表示：

项目组态画面
首先用鼠标左键双击“通用串口父设备”， 通用串口父设备是提供串口通讯功效父设备，每个通讯串口父设备和一个实际物理串口对应，下面能够挂接全部经过串口连接设备。具体功效设定图所表示：

通用串口设备属性编辑画面

然后双击对应PLC设备，本书以西门子S7-200系列PLC为例，所以双击“西门子_S7200PPI”，把控制设备加入到“通用串口父设备0”子目录下，图所表示：

设备组态画面
MCGS驱动设备库很丰富，除PLC之外还包含变频器、仪表、模块等。“实时数据库”和“运行策略”能够在工程组态过程中完成。在进行工程组态之前，首先要建立项目标数据变量。然后依据组态设计要求进行具体操作。
（3）.系统原理实物图建立
1.单击工具条中“工具箱”按钮，打开绘图工具箱。
2.单击绘图工具箱中（插入元件）图标，弹出对象元件管理对话框。
3.依据原理图绘制实物图。
4.MCGS中定义数据对象作用域是全局，像通常意义全局变量一样，数据对象各个属性在整个运行过程中全部保持有效，系统中其它部分全部能对实时数据库中数据对象进行操作处理。为了方便用户对数据变量统计，MCGS组态软件提供了计数检验功效。经过使用计数检验，用户可清楚掌握多种类型数据变量数量及使用情况。
定义数据变量，在电动机控制画面中能够看出，需要定义数据变量有：二个电动机输入信号。 Q0.0、Q0.1。

电动机数据定义

深入对想要操作流动块进行设置，定义动画连接，以下图所表示：

电磁阀开关属性设置

5.生成系统图图所表示

3．经过PLC进行编程，其程序以下：

（1）.在MCGS中创建工程后，对控制窗口中各个元素进行动画组态，由PLC控制程序可知，“起动”按钮对应地址为“I0.1”，“停止”按钮对应地址为“I0.3”，“KM1”对应地址为“Q0.1”，“KM2”对应地址为“Q0.2”，“KM2”对应地址为“Q0.3”。地址分配后，开始对工程进行动画组态。
（2）.该工程动画关键分类：
1.触点（KM1、KM2）动作：该动画能够用“可见度”来完成。用绘图工具分别绘制开点图形和闭点图形，用变量选择窗口生成开点图形表示式为“设备0_读写Q000_0”（KM1）或“设备0_读写Q000_1”（KM2）或“设备0_读写Q000_2”然后生成闭点图形表示式为“设备0_读写Q000_0”（KM1）或“设备0_读写Q000_1”（KM2）表示式非零时，设为对应图符可见。这么，当PLC程序运行时，即可完成触点接触、断开动作了。
2．电动机旋转动作：这里介绍一个新方法来完成旋转，即经过“运行策略”和“可见度”配合完成。具体方法是选中绘制好旋转图“旋转1”和 “旋转2”。 在“实时数据库”新增对象“旋转”，设置对象类型为“数值”，对象初值为0。设定“旋转1”“可见度”，表示式栏选“旋转”，当表示式非零时，设定“对应图符不可见”。设定“旋转2”“可见度”，表示式栏选“旋转”，当表示式非零时，设定“对应图符可见”。然后选择“工作台”中“运行策略”，双击“循环策略”进入“策略组态”窗口。在窗口空白处单击鼠标右键，在弹出选项中，选择“新增策略行”图所表示。

策略组态
双击图标，进入“表示式条件”窗口，在“表示式”栏中，能够设定策略运行所满足得条件。由控制程序可知，当控制接触器触点KM1闭合时候，电动机开始起动，所以表示式栏应设定为“设备0_读写Q000_0 or设备0_读写Q000_1”，“条件设置”栏点选表示式值非0时条件成立，点击确定完成。用鼠标右键点击空白处，在弹出选项中点击“策略工具箱”，把弹出窗口中“数据对象”拖入图标，图标变为“数据对象操作”。双击图标进入“数据对象操作”窗口，在“对应数据对象名称”栏中，填入“起动”，在“值操作”栏中勾选“对象值”，输入变量为“起动”，点击确定完成设定，图所表示。

数据对象操作
3．接触器线圈变色：依据控制要求，当接触器处于断电状态时，线圈应为绿色，接触器处于通电状态时，线圈应为红色。该动作能够经过“填充颜色”来实现。在工曾窗口中双击线圈，在弹出“动画组态属性设置”窗口中勾选“填充颜色”，进入填充颜色选项，“KM1”接触器对应表示式应为“串电阻起动”，“KM2”接触器对应表示式应为“反接制动”。“分段点0”设为绿色，“分段点1”设为红色，点击确定完成组态。
4.转动方向显示：建立“串电阻起动”标签和“次序停止”标签，两个标签动画均用可见度来完成，其中“串电阻起动”标签可见度表示式为“设备0_读写Q000_0”，表示式非零时“对应图符可见”。“次序停止”标签可见度表示式为“设备0_读写Q000_1” ，表示式非零时“对应图符可见”。点击确定完成组态。
五．系统总原理图

六．设计总结
此次实训历经了一个多星期时间，实训目标就是要培养我们自己动手实践能力，熟练掌握MCGS组态软件使用，经过对两台电动机次序起动，次序停止设计，基础掌握了MCGS使用，并在此基础上又深入了解了PLC熟悉和掌握了PLC基础指令使用，掌握了PLCI/O分配、程序调试等和MCGS软件。
在此次课程设计中，学会怎样愈加好和老师和同学去交流，在自己熟悉过程中会发觉很多问题，现在对于这学期课程设计—基于MCGSPLC四台电机次序起、逆序停系统设计，经过自己几天努力和同学探讨，有了初步对MCGS有了掌握，以后对模拟程序经过了修改和完善。这个过程我体会到合作力量，要不是和同学讨论和设计我想我也极难做出来，我想我们现在大学上需要这种合作，和自我提升过程。
在实习过程中老师给我们提出了很多宝贵意见，很感谢老师。
试验中碰到问题：当运行时器件不响应。
原因：在属性设置时更改了属性参数，而在器件属性窗口并未对对应属性参数进行更改，造成参数不匹配，进而无法响应。
处理方法： 把对应参数更成设置参数。

七．参考文件
（1）《微型计算机控制技术》赖寿宏，机械工业出版社

（2）《计算机控制系统》李正军，机械工业出版社

（3）《计算机控制系统》张德江，机械工业出版社

（4）MCGS嵌入版用户手册，2月

（5）HMI试验教材，10月

（6）《现代电气控制及PLC应用技术》王永华，北京航天航空大学出版社