基于MCGS的深孔钻组合机床PLC控制实训沈阳理工大学.docx

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基于MCGS的深孔钻组合机床PLC控制实训沈阳理工大学

1PLC概述

可编程序控制器（ProgrammableLogicController的英文缩写为PLC）是以微处理器为基础，综合了计算机技术、半导体技术、自动控制技术、数字技术和通讯网络技术发展起来的一种通用工业自动控制装置。

它面向控制过程、面向用户、适应工业环境、操作方便。

、可靠性高，成为现代工业控制的三大支柱（PLC、机器人和CAD/CAM）之一。

PLC控制技术代表着当前程序控制的先进的水平，PLC装置已成为自动化系统的基本装置。

1.1PLC的组成

从广义上说，PLC也是一种工业控制计算机，只不过比一般的计算机具有更强的与工业过程相连接的接口和更直接的使用与控制要求的编程语言。

所以PLC与计算机控制系统十分相似，也具有中央处理器（CPU）、存储器、输入/输出（I/O）接口、电源等,如图1.1所示：

图1.1PLC的结构框图

1.2PLC发展历史

起源：

1968年美国通用汽车公司提出取代继电器控制装置的要求。

1969年，美国数字设备公司研制出了第一台可编程控制器PDP—14，在美国通用汽车公司的生产线上试用成功，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这是第一代可编程序控制器，称Programmable，是世界上公认的第一台PLC。

1969年，美国研制出世界第一台PDP-14

1971年，日本研制出第一台DCS-8

1973年，德国研制出第一台PLC

1974年，中国研制出第一台PLC

发展：

20世纪70年代初出现了微处理器。

人们很快将其引入可编程控制器，使PLC技术发展呈现新的动向：

1：

产品规模向大、小两个方向发展大：

I/O点数达14336点、32位为微处理器、多CPU并行工作、大容量存储器、扫描速度高速化。

小：

由整体结构向小型模块化结构发展，增加了配置的灵活性，降低了成本。

2：

PLC在闭环过程控制中应用日益广泛

3：

不断加强通讯功能

4：

.新器件和模块不断推出高档的PLC除了主要采用CPU以提高处理速度外，还有带处理器的EPROM或RAM的智能I/O模块、高速计数模块、远程I/O模块等专用化模块。

5：

编程工具丰富多样，功能不断提高，编程语言趋向标准化有各种简单或复杂的编程器及编程软件，采用梯形图、功能图、语句表等编程语言，亦有高档的PLC指令系统

6：

发展容错技术采用热备用或并行工作、多数表决的工作方式。

7：

追求软硬件的标准化。

1.3PLC的功能

（一）开关量逻辑控制

（二）模拟量控制

（三）闭环过程控制

（四）定时控制

（五）计数控制

（六）顺序（步进）控制

（七）数据处理

（八）通信和联网

1.4PLC的特点

（一）可靠性高、抗干扰能力强

（二）通用性强、灵活性好、功能齐全

（三）编程简单、使用方便

（四）模块化结构

（五）安装简单、调试方便

（六）网络通信

（七）体积小、能耗低、便于机电一体化

2MCGS组态软件通用版的基本介绍

MCGS（MonitorandControlGeneratedSystem，监视与控制通用系统），它是一套基于Windows平台的软件，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。

具有功能完善、操作简便、可视性好、可维护性强的突出特点。

通过与其他相关的硬件设备结合，可以快速、方便的开发各种用于现场采集、数据处理和控制的设备。

用户只需要通过简单的模块化组态就可构造自己的应用系统，如可以灵活组态各种智能仪表、数据采集模块，无纸记录仪、无人值守的现场采集站、人机界面等专用设备。

2.1MCGS组态软件通用版的功能特点

全中文可视化组态软件，简洁、大方，使用方便灵活

　　1）完善的中文在线帮助系统和多媒体教程

　　2）真正的32位程序，支持多任务、多线程，运行于Win95/98/NT/2000平台

　　3）提供近百种绘图工具和基本图符，快速构造图形界面

　　4）支持数据采集板卡、智能模块、智能仪表、PLC、变频器、网络设备等700多种国内外众多常用设备

　　5）支持温控曲线、计划曲线、实时曲线、历史曲线、XY曲线等多种工控曲线

　　6）支持ODBC接口，可与SQLServer、Oracle、Access等关系型数据库互联

　　7）支持OPC接口、DDE接口和OLE技术，可方便的与其他各种程序和设备互联

　　8）提供渐进色、旋转动画、透明位图、流动块等多种动画方式，可以达到良好的动画效果

　　9）上千个精美的图库元件，保证快速的构建精美的动画效果

　　10）功能强大的网络数据同步、网络数据库同步构建，保证多个系统完美结合

　　11）完善的网络体系结构，可以支持最新流行的各种通讯方式，包括电话通讯网，宽带通讯网，ISDN通讯网，GPRS通讯网和无线通讯网

3硬件设计

3.1控制要求

深孔钻组合机床机型切削时，为利于钻头排屑和冷却，需要周期性地从工件中退出钻头，道具进退与行程开关示意图如图2.1所示。

在起始位置O点时，行程开关SQ1被压合，按启动按钮SB2，电动机正转启动，刀具前进。

退刀由行程开关控制，当动力头依次压在SQ3、SQ4、S15上时，电动机反转，刀具会自动退刀，退刀到起始位置时，SQ1被压合，退刀结束，又自动进刀，直到三个过程全部结束。

3.2系统流程图

图3.2深孔钻组合机床系统流程图

3.3I/O分配表

编程元件

I/O端口

电路器件

作用

输入

信号

I0.1

SB2

启动按钮

I0.2

SB1

停止按钮

I0.3

SQ3

退刀行程开关

I0.4

SQ4

退刀行程开关

I0.5

SQ5

退刀行程开关

I0.7

SB3

正向调整点动按钮

I0.0

SB4

反向调整点动按钮

I0.6

SQ1

原始位置行程开关

输出

信号

Q0.1

KM1

钻头前进接触器线圈

Q0.2

KM2

钻头后退接触器线圈

3.4I/O接线图

图3.3深孔钻组合机床控制I/O接线图

4软件设计

4.1主程序梯形图

4MCGS组态过程以及与PLC的通讯

1）工程项目系统分析：

深孔钻组合机床机型切削时，为利于钻头排屑和冷却，需要周期性地从工件中退出钻头。

工作形式如控制要求所示。

要求在上位机可以实时监测到PLC控制的工作过程，可以看到开始停止的过程，并且在MCGS软件中能看到深孔钻组合机床进刀退刀的每一个过程。

2）工程立项搭建框架：

定义工程名称、封面窗口名称以及启动窗口名称，指定存盘数据库文件的名称以及存盘数据库，设定动画刷新的周期。

3）设置菜单基本体系：

先搭建菜单的框架，再对各级菜单命令进行功能组态。

4）编写控制流程程序：

在运行策略窗口内，从策略构件箱中，选择所需功能模块，由这些模块实现各种人机交互过程。

5）完善菜单按钮功能：

包括对菜单命令、监测器件、操作按钮功能的组态。

6）编写程序调试工程；

利用调试程序产生的模拟数据，检查动画显示和控制流程时候正确

7）制作动画显示画面：

我们设置了启动指示灯以及停止指示灯，分别对应硬件里的启动按钮和停止按钮，在画面顶端的指示灯表示原始位置行程开关SQ1。

画面底端的三个指示灯则分别表示SQ3、SQ4、SQ5。

在画面中间有三组短、中、长的流动块，分别对应深孔钻三个来回的运行过程。

当显示绿色流动时则表示正在进刀，当显示红色流动时，则表示退刀。

变量设置如下表所示：

变量名称

类型

注释

对应寄存器

状态表达式

SB1

开关型

控制深孔钻“停止”的变量

I0.1

SB1=1时，SB1亮

SB2

开关型

控制深孔钻“启动”的变量

I0.2

SB2=1时，SB2亮

SQ1

开关型

控制“原始位置行程开关”的变量

I0.6

SQ=1时，SQ1亮

SQ3

开关型

控制“第一次退刀行程开关”的变量

I0.3

SQ3=1时，SQ3亮

\SQ4

开关型

控制“第二次退刀行程开关”的变量

I0.4

SQ4=1时，SQ4亮

SQ5

开关型

控制“第三次退刀行程开关”的变量

I0.5

SQ5=1时，SQ4亮

SQ6

开关型

控制“第一次进刀流动块”的变量

M2.1

SQ6=1时，最短流动块绿色流动

SQ7

开关型

控制“第二次进刀流动块”的变量

M2.2

SQ7=1时，中长流动块绿色流动

SQ8

开关型

控制“第三次进刀流动块”的变量

M2.3

SQ8=1时，最长流动块绿色流动

SQ9

开关型

控制“第一次退刀流动块”的变量

M2.4

SQ9=1时，最短流动块红色流动

SQ10

开关型

控制“第二次退刀流动块”的变量

M2.5

SQ10=1时，中长流动块红色流动

SQ11

开关型

控制“第三次退刀流动块”的变量

M2.6

SQ11=1时，最长流动块红色流动

8）连接设备驱动程序：

选定与设备相匹配的设备构件，我们这里通过设备组态的设备窗口来选择“通用串口父设备0”，然后建立“设备0”，这里我们选择了“Siemen_S7200PPI”，即西门子200点对点通讯模式。

9）工程完工工程测试：

连好PC/PPI编程电缆，将PLC程序载入PLC中，经测试正确后，最后测试工程各部分的工作情况，完成整个工程的组态工作，实施工程交接，便可以进行通讯。

5MCGS的运行画面

图5.1系统的总体画面

图5.2钻井开始钻动

图5.3钻头第一次进刀

图5.4钻头第一次退刀

图5.5钻头第二次进刀

图5.6钻头第二次退刀

图5.7钻头第三次进刀

图5.8钻头第三退刀

图5.9钻头停止钻动

6调试

1.对MCGS软件进行通讯设置，具体步骤如上文“连接设备驱动程序”中介绍，然后再次运行PLC，进行组态调试。

2.当按下SQ1，动画中SQ1亮，再按下启动按钮SB2，动画中SB2亮闪一次，最短的流动块显示绿色流动，表示正在第一次进刀；

3.拨回SQ1，动画中SQ1熄灭，再按下SQ3，动画中SQ3亮，最短流动块显示红色流动，表示正在第一次退刀；

4.拨回SQ3，动画中SQ3熄灭，再按下SQ1，动画中SQ1亮，中长流动块显示绿色流动，表示正在第二次进刀；

5.拨回SQ1，动画中SQ1熄灭，再按下SQ4，动画中SQ4亮，中长流动块显示红色流动，表示正在第二次退刀；

6.拨回SQ4，动画中SQ4熄灭，再按下SQ1，动画中SQ1亮，最长流动块显示绿色流动，表示正在第三次进刀；

7.拨回SQ1，动画中SQ1熄灭，再按下SQ5，动画中SQ5亮，最长流动块显示红色流动，表示正在第三次退刀；

8.拨回SQ5，按下SB1，整个系统复位，动画运行一致，表示组态运行正确。

7结束语和致谢

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。

在实验中，遇到通道缺少而不能正常连接的问题，在老师的帮助下，我学会了增加通道，让我在实践中学会了通讯的连接。

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，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。

同时感谢老师同学在本次设计中对我的帮助，感谢老师为我们认真挑选课题，指导同学们完成课程设计，再次表示非常感谢！

参考文献

[1]孙金根、康代红《PLC及工控组态技术实训指导书》沈阳理工大学信息学院，2012

[2]吴中俊、黄永红.《可编程控制器原理及应用》机械工业出版社，2009

[3]邓则名、邝穗芳等《电器与可编程序控制器应用技术》北京:

机械工业出版社,2010

[4]胡学林《可编程序控制器原理及应用》电子工业出版社，2010

[5]王兆义《小型可编程控制器实用技术》北京：

机械工业出版社,2010

[6]廖常初《可编程序控制器应用技术》重庆：

重庆大学出版社,2010

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