基于MCGS组态软件技术的多种液体自动混合系统设计.docx

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基于MCGS组态软件技术的多种液体自动混合系统设计

基于MCGS组态软件技术的多种液体自动混合系统设计

设计内容要求

某物料混合控制系统系统设备，有3个进料阀Y1、Y2、Y3；出料阀Y4；变频器控制的搅拌机FM；加热器DH；3个液位器L1、L2、L3。

要求用MCGS组态软件、PLC、变频器进行整体设计。

系统工作过程：

①开始关Y4，打开Y1进液体A，当L3有输出时，关Y1。

②打开Y2，同时使搅拌机以转速1搅拌，当L2有输出时，关Y2。

③打开Y3，同时使搅拌机以转速2搅拌，当L1有输出时，关Y3。

④搅拌机以转速3搅拌，同时使加热器DH工作，延时10秒。

⑤搅拌机停止工作，继续加热10秒。

⑥停止加热，打开出料阀Y4，延时10秒，在打开Y4时，Y1、Y2、Y3不能打开。

所需的仪器

此次设计我们将用到三菱的PLC，多种液体自动混合实验板，变频器，MCGS组态软件，还有开关，按钮板，电源模块，连接导线等。

MCGS组态软件

以工控PC机为主控上位机，利用人机接口的智能软件包-MCGS组态软件在PC机上建立工控的对象，完成对多台PLC（下位机）的控制，由于上位机只需要完成对监控信息的收集和处理而不需要对设备的运行进行具体控制，上下位机处理同时进行，可以以最少的人员配备对远程监控的管理，提供较为直观、清晰、准确的现场状态信息，进而为维修和错误诊断提供多方面可能性，减少维修人员路上往返时间，整体提高远程监控系统的运行速度。

现代远程监控技术采取的是实时在线监控方式，它借助于计算机网络和通信技术，通过安装在现场各种监控设备以及软件实现监控者在异地对现场工业设备的实时监控、诊断与控制。

当系统运行时，现场的下位机需要安排有人值守，这样实际上并没有实现真正意义上远程监控。

为解决这一问题，文中通过开发相关的程序，配合必要的硬件设施来实现远程监控，完全可以通过网络来监控现场的运行。

1MCGS工控组态软件

MCGS是一套基于Windows操作系统可用来快速构造和生成上位机监控系统的组态软件包，它为用户提供了从设备驱动、数据采集到数据处理、流程控制、动画显示、报表输出等解决实际工程问题的完整方案和操作工具。

MCGS组态软件具有多任务、多线程功能，其系统框架采用VC++编程，通过OLE技术向用户提供VB编程接口，提供丰富的设备驱动构件、动画构件、策略构件，用户可随时方便地扩展系统的功能。

主要特点如下：

（1）丰富的设备驱动程序，通过ActiveDLL把设备驱动挂接在系统中，配置简单、速度快、可靠性高。

（2）强大的网络功能。

MCGS强大的网络功能可把TCP/IP网、485/422/423网、Modem网结合在一起构成大型的监控系统和管理系统。

（3）开放的OLE接口。

MCGS以OLE自动化技术为基础的开放式扩充接口允许用户使用VB来快速编制各种设备驱动构件、动画构件和各种策略构件，通过OLE接口，用户可以方便地定制自己特定的系统。

系统结构图（参见图1）

图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2MCGS系统整体框图

2运用MCGS建立运行程序一般过程

（1）启动MCGS组态环境，建立工程项目。

（2）进行设备配置。

设备配置的目的是实现上下位机通讯，即实现计算机与智能仪表之间的连接。

通过设备窗口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。

（3）构造数据库。

在实时数据库窗口建立新的数据库文件。

要求与设备要求的数据库一致。

该窗口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。

（4）制作图形画面，在用户窗口实现。

主要用于设置工程中人机交互的界面，诸如：

生成水位变化的动画显示画面、报警输出、数据与曲线图表等。

（5）在主控窗口建立新工程。

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。

（6）定义动画链接。

动画链接是将动画与数据库变量建立联系，当数据库变量发生改变时动画就可以表现出来。

即当水箱中水位发生变化时，动画可以适时显示。

（7）运行与调试。

当以上步骤完成以后，先进行组态检查通过后就可以进入运行环境调试。

在这次的课程设计中模拟设备的添加及属性设置如下：

[1]双击“设备工具箱”中的“模拟设备”，模拟设备被添加到设备组态窗口中。

[2]双击“设备0-[模拟设备]”，进入模拟设备属性设置窗口，如图：

[3]点击基本属性页中的“内部属性”选项，该项右侧会出现图标，单击此按钮进入“内部属性”设置。

将：

通道1、2的最大值分别设置为：

10、6

[4]单击“确认”，完成“内部属性”设置。

[5]点击通道连接标签，进入通道连接设置。

[6]选中通道0对应数据对象输入框，输入“液位1”或单击鼠标右键，弹出数据对象列表后，选择“液位1”；

[7]选中通道1对应数据对象输入框，输入“液位2”。

[8]进入“设备调试”属性页，即可看到通道值中数据在变化。

[9]按“确认”按钮，完成设备属性设置。

变频器

变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。

可分为交——交变频器，交——直——交变频器。

交——交变频器可直接把交流电变成频率和电压都可变的交流电；交——直——交变频器则是先把交流电经整流器先整流成直流电，再经过逆变器把这个直流电流变成频率和电压都可变的交流电。

非同步电动机的转矩是电机的磁通与转子内流过电流之间相互作用而产生的，在额定频率下，如果电压一定而只降低频率，那麽磁通就过大，磁回路饱和，严重时将烧毁电机。

因此，频率与电压要成比例地改变，即改变频率的同时控制变频器输出电压，使电动机的磁通保持一定，避免弱磁和磁饱和现象的产生。

这种控制方式多用於风机、泵类节能型变频器。

频率下降（低速）时,如果输出相同的功率,则电流增加,但在转矩一定的条件下,电流几乎不变。

采用变频器运转，随著电机的加速相应提高频率和电压，起动电流被限制在150%额定电流以下（根据机种不同，为125%-200%）。

用工频电源直接起动时，起动电流为6-7倍，因此，将产生机械电气上的冲击。

采用变频器传动可以平滑地起动（起动时间变长）。

起动电流为额定电流的1.2-1.5倍，起动转矩为70%-120%额定转矩；对於带有转矩自动增强功能的变频器，起动转矩为100%以上，可以带全负载起动。

频率下降时电压V也成比例下降，这个问题已在回答4说明。

V与F的比例关系是考虑了电机特性而预先决定的，通常在控制器的存储装置（ROM）中存有几种特性，可以用开关或标度盘进行选择。

频率下降时完全成比例地降低电压，那麽由於交流阻抗变小而直流电阻不变,将造成在低速下产生地转矩有减小的倾向。

在6Hz以下仍可输出功率，但根据电机温升和起动转矩的大小等条件，最低使用频率取6Hz左右，此时电动机可输出额定转矩而不会引起严重的发热问题。

变频器实际输出频率（起动频率）根据机种为0.5-3Hz.通常情况下时不可以的。

在60Hz以上（也有50Hz以上的模式）电压不变，大体为恒功率特性，在高速下要求相同转矩时，必须注意电机与变频器容量的选择。

给所使用的电机装置设速度检出器（PG），将实际转速反馈给控制装置进行控制的，称为“闭环”，不用PG运转的就叫作“开环”。

通用变频器多为开环方式，也有的机种利用选件可进行PG反馈。

开环时，变频器即使输出给定频率，电机在带负载运行时，电机的转速在额定转差率的范围内（1%-5%）变动。

对於要求调速精度比较高，即使负载变动也要求在近於给定速度下运转的场合，可采用具有PG反馈功能的变频器（选用件）。

具有ＰＧ反馈功能的变频器，精度有提高。

但速度精度的植取决於ＰＧ本身的精度和变频器输出频率的解析度。

如果给定的加速时间过短，变频器的输出频率变化远远超过转速（电角频率）的变化，变频器将因流过过电流而跳闸，运转停止，这就叫作失速。

为了防止失速使电机继续运转，就要检出电流的大小进行频率控制。

当加速电流过大时适当放慢加速速率。

减速时也是如此。

两者结合起来就是失速功能。

加减速可以分别给定的机种，对於短时间加速、缓慢减速场合，或者对於小型机床需要严格给定生产节拍时间的场合是适宜的，但对於风机传动等场合，加减速时间都较长，加速时间和减速时间可以共同给定。

电动机在运转中如果降低指令频率，则电动机变为非同步发电机状态运行，作为制动器而工作，这就叫作再生（电气）制动。

从此外在流水生产线上，当前方设备有故障时後方设备应自动停机。

变频器的紧急停止端可以实现这一功能。

在SANKEN、MF、FUT和FVT系列变频器中可以预先设定三四个甚至多达七个频率，在有些设备上可据此设置自动生产流程。

设定好工作频率及时间後，变频器可使电机按顺序在不同的时间以不同的转速运行，形成一个自动的生产流程。

在这次的课程设计中变频器属性值设置如下：

Pr.1=50Hz

Pr.2=0Hz

Pr.3=50Hz

Pr.200=2

Pr.201=35Hz110s

Pr202=50Hz15s

Pr203=45Hz110s

利用三菱PLC设计本次课设的梯形图如下：

课设控制图如下：