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自动门控制系统论文
自动门控制系统论文
自动门控制系统设计及用MCGS组态软件仿真和监控
摘要：
本人通过学习熟悉了MCGS工控组态软件的基本用法与功能，并学会了选择PLC来设计自动门控制系统，通过通讯连接使外部设备PLC与MCGS组态软件连接起来，达到用组态软件对自动门PLC控制系统工程的动态过程进行监控与仿真。
这一工程可视性好，可维护性强，时效性优越。
关键词：
PLC（可编程序控制器）MCGS（组态软件）变频器
前言
在超级市场，公共建筑，银行，医院等入口，经常使用自动门控制系统。
早期的自动门系统采用继电器逻辑控制已经逐渐被淘汰。
PLC控制自动门由于具有故障率低，可靠性高，维修方便等优点，因而得到广泛的应用由于直流电机的调速范围宽广，热动和制动转矩较大，所以执行机构使用直流电动机。
但直流电动机采用机械换向器换向，它的单机容量，最高电压，最大转速等方面受到限制，而且维护，维修复杂。
如今，变频器调速技术的应用几乎已经扩展到了工业生产的所有领域。
在这我们用变频器调速。
根据任务书自动门系统控制要求如下：
现有一自动门控制系统，其门的打开和关闭通过变频器控制电机M实现，电机M正转为开门，电机M反转为关门，变频器速度控制要求如：
1.当系统通电后必须按下系统上电按钮变频器才能接通电源。
2.当自动门处于关闭时按下系统运行按钮系统才开始工作。
3.在系统工作后有人由内到外或由外到内通过光电检测开关K1或K2时,自动门快速打开,当门压到SQ2后自动门减速并变为慢速,到达限位开关SQ1时自动门停止运行。
4.自动门在开门位置停留5S,自动进入关门过程,自动门快速关闭,当门压到SQ3,自动门减速并变为慢速,到达限位开关SQ4时,自动门停止运行。
5.若在关门过程中,当有人由内到外或由外到内通过光电检测开关K1或K2时,应立即停止关门,并自动转为开门过程。
6.在门打开后的5S等待时间内,当有人由内到外或由外到内通过光电检测开关K1或K2时,必须重新计时5S,在进入关门过程,以保证人员安全通过。
7.自动门处于关闭是按下系统停止键系统停止运行并切断变频器电源。
8.有必要的电气保护及连锁。
通过这次学习，我学会了MCGS,它主要用于实验进行模拟仿真，及其监控。
三菱PLC软件用于编写梯形图。
第一章自动门控制系统的设计
第一节可编程控制器的简介
可编程序控制器叫做PLC（ProgrammablelogicController）。
它是专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。
采用了可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型机械或生产过程。
PLC及其有关的外围设备都应按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。
可编程序控制器的特点主要有：
1.可靠性高，抗干扰能力强；
2.配套齐全，功能完善，适用性强；
3.易学易用，深受工程技术人员欢迎；
4.系统的设计、建造工作量小，维护方便，改造容易；
5.体积小，重量轻，能耗低。
可编程序控制器的应用领域主要有：
1.开关量的逻辑控制；
2.模拟量控制；
3.运动控制；
4.过程控制；
5.数据处理；
可编程序控制器的工作原理：
1.分时处理及扫描工作方式；
2.扫描周期及PLC的两种工作方式；
3.输入/输出滞后时间；
4.可编程序控制器系统与继电接触器系统工作原理的差别；
应用软件常用的编程语言
1.梯形图
2.指令表
3.顺序功能图
4.功能块图
第二节FR—A700变频器
1．PU模式
PU模式，操作是通过变频器的面板进行的。
用按键来设定频率，按FWD键电机正向旋转，按REV键电机反向旋转，按STOP键减速停止。
运行中用按键来改变频率，以达到改变速度的目的。
这种方式在接线完毕通电试运行时是非常有效的，但在正常工作中并不常用，因为它的信号都不受我们所控制，是变频器本身给定的。
2.变频器的接线
（1）电源连接电源接线端子为R、S、T。
2）电动机连接
电动机连接端子为UVW实训时应将电动机联接到实训装置面板“接电动机”U、V、W的接线柱，接地线接P1。
当接线正常时，如果按下正转起动按钮，从负载侧看，电动机应按逆时针方向旋转，如果转向相反，则可变换端子的任意两相。
此外，还可以重新定义旋转方向，只要电动机转动方向满足要求即可。
图6-2右半部分为电动机接线图。
（3）电动机的运转
合上三相空气开关，变频器控制回路接通电源，用按键来设定频率，FWD键电机正
（４）变频器的操作面板
使用变频调速器之前，首先要熟悉它的面板显示和键盘操作单元（或控制单元），并且按照使用现场的要求合理设下参数。
其上半部为面板显示器，下半部为各种按键。
基向旋转，按REV键电机反向旋转，按STOP键减速停止。
3.变频器的注意事项
因为变频器在运行中会产生较强的电磁干扰，为保证PLC不因为变频器主电路断路器及开关器件等产生的噪音而出现故障，将变频器与PLC相连接时应该注意以下几点：
（1）对PLC本身应按规定的接线标准和接地条件进行接地，而且应注意避免和变频器使用共同的接地线，且在接地时使二者尽可能分开。
（2）当电源条件不太好时，应在PLC的电源模块及输入/输出模块的电源线上接入噪音滤波器和降低噪音用的变压器等，另外，若有必要，在变频器一侧也应采取相应的措施。
（3）当把变频器和PLC安装于同一操作柜中时，应尽可能使与变频器有关的电线和与PLC有关的电线分开。
（4）通过使用屏蔽线和双绞线达到提高噪音干扰的水平。
PLC和变频器连接应用时，由于二者涉及到用弱电控制强电，因此，应该注意连接时出现的干扰，避免由于干扰造成变频器的误动作，或者由于连接不当导致PLC或变频器的损坏。
4.变频器的操作
Pr.1上限频率，可以限制电机的速度。
设定为50HZ。
Pr.2下限频率，可以限制电机的速度。
设定为10HZ。
Pr.4多段速度设定（高速），设定为50HZ。
Pr.5多段速度设定（中速），设定为10HZ。
Pr.6多段速度设定（低速），设定为0HZ。
Pr.7加速时间,如果想慢慢加速就把加速时间设定得长些，如果想快点加速就把时间设定得短些。
设定为3秒到50HZ。
Pr.8减速时间,如果想慢慢减速就把加速时间设定得长些，如果想快点减速就把时间设定得短些。
设定为1秒到10HZ。
Pr.79运行模式选择2。
第三节自动门控制程序的设计
本人设计的自动门选择了三菱中的FX2n。
FX2n系列是FX系列PLC家族中最先进的系列。
由于FX2n系列具备如下特点：
最大范围的包容了标准特点、程式执行更快、全面补充了通信功能、适合世界各国不同的电源以及满足单个需要的大量特殊功能模块，它可以为你的工厂自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。
一、I/O分配表：
元件名
地址号
含义
元件名
地址号
含义
SB0
X0
系统上电按钮
KM1
Y0
正转开门
SB1
X1
系统运行按钮
KM2
Y1
反转关门
SB2
X2
系统停止按钮
KM3
Y2
高速
SQ1
X3
开门到位
KM4
Y3
低速
SQ2
X4
开门减速位
KM5
Y4
变频器电源
SQ3
X5
关门减速位
SQ4
X6
关门到位
K1
X7
门内光电开关
K2
X10
门外光电开关
二、自动门控制系统：
1.梯形图:
2．I/O的外部接线:
PLC外部接线图
3．主线路图及控制线路图:
主线路图及控制线路图
第二章自动门系统MCGS组态的仿真和监控
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。
两部分相互独立，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。
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，功能全面，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。
第一节MCGS组态软件的功能和特点
MCGS的全名为“监视与控制通用系统”，是英文拼写单词字头的缩写（MonitorandControlGeneratedSystem）。
MCGS是为工业过程控制和实时监测领域服务的通用计算机系统软件，具有功能完善、操作简便、可视性好、可维护性强的突出特点。
一、MCGS工控组态软件的功能和特点可归纳如下：
1、概念简单，易于理解和使用。
普通工程人员经过短时间的培训就能正确掌握、快速完成多数简单工程项目的监控程序设计和运行操作.用户可避开复杂的计算机软硬件问题，集中精力解决工程本身的问题，按照系统的规定，组态配置出高性能、高可靠性、高度专业化的上监控系统。
2、功能齐全，便于方案设计。
MCGS为解决工程监控问题提供了丰富多样的手段，从设备驱动（数据采集）到数据处理、报警处理、流程控制、动画显示、报表输出、曲线显示等各个环节，均有丰富的功能组件和常用图形库可供选用，用户只需根据工程作业的需要和特点，进行方案设计和组态配置，即可生成用户软件系统。
3、实时性与并行处理。
MCGS充分利用了Windows操作平台的多任务，按优先级分时操作的功能，使PC机广泛应用于工程测控领域成为可能。
工程作业中，大量的数据和信息需要及时收集，即时处理，在计算机测控技术领域称其为实时性任务关键任务，如数据采集、设备驱动和异常处理等。
另外许多工作则是非实时性的，或称为非时间关键任务，如画面显示，可在主机运行周期时间内插空进行。
而像打印数据一类的工作，可运行于后台，称为于脱机作业。
MCGS是真争的32位系统，可同时运行于MicrosoftWindows95,98和MicrosoftWindowsNT平台，以线程为单位进行分时并行处理。
4、建立实时数据库，便于用户分部组态，保证系统安全可靠运行。
MCGS由五部分组成，其中的“实时数据库”是整个系统的核心。
在生成用户应用系统时，每一部分均可分别进行组态配置，独立建造，互不相干；而在系统运行过程中，各个部分都通过实时数据库交换数据，形成互相关联的整体。
实时数据库是一个数据处理中心，是系统各个部分及其各种功能型构件的公共数据区。
各个部件独立地向实时数据库输入和输出数据，并完成自己的差错控制。
5、设立“设备工具”，针对外部设备的特征，用户从中选择某种“构件”，设置于设备窗口内，赋予相关的属性，建立系统与外部设备的连接关系，即可实现对该种设备的驱动和控制。
不同的设备对应于不同的构件，所有的设备构件均通过实时数据库建立联系，而建立时又是相互独立的，即对某一构件的操作和改动，不影响其他构件和整个系统的结构，从这一意义上讲，MCGS是一个“设备无关”的系统，用户不必因外部设备局部改动，而影响整个系统。
6、“面向窗口”的设计方法，增加了可视性和可操作性。
以窗口为单位，构造用户运行系统的图形界面，使得MCGS的组态工作既简单直观，又灵活多变。
用户可以使用系统的缺省构架，也可以根据需要自己组态配置，生成各种类型和风格的图形界面，包括DOS风格的图形界面、标准Windows风格的图形界面以及带动画效果的工具条和状态条。
7、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。
以图像、图符、数据、曲线等多种形式，为操作员及时提供系统运行的状态、品质及异常报警等相关信息。
用变化大小、改变颜色、明暗闪烁、移动翻转等多种手段，增强画面的动态显示效果。
图元、图符对象定义相应的状态属性，即可实现动画效果。
同时，MCGS为用户提供了丰富的动画构件，模拟工程控制与实时监测作业中常用的物理器件的动作和功能。
每个动画构件都对应一个特定的动画功能。
如：
实时曲线构件、历史曲线构件、报警显示构件、自由表格构件等。
8、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。
MCGS开辟了“策略窗口”，用户可以选用系统提供的各种条件和功能的“策略构件”，用图形化的方法构造多分枝的应用程序，实现自由、精确地控制运行流程，按照设定的条件和顺序，操作外部设备，控制窗口的打开与关闭，与实时数据库进行数据交换。
同时，也可以由用户创建新的策略构件，扩展系统的功能。
第二节MCGS的组态制作画面
一、双击自动门控制系统的窗口
，如下图：
第三节定义实时数据库
1、点击实时数据库按钮
，出现如下图：
2、建立所有使用到的对象，点击新增对象按钮
，出现下图所示：
3、双击
，设计新增对象属性，首先设计系统上电按钮，按照下图设计：
4、按照上述方法设计“系统停止按钮”、“系统运行按钮”、“关门减速位”、“关门到位”、“开门减速位”、“开门到位”、“自动门水平移动”、“水平移动”、“限位组”、“定时器”和“门内光电开关”等等的实时数据库。
第四节动画连接
一、设置操作界面中的动画连接：
1、在“数据对象值操作”打勾，如图：
2、第一空出现“置一”改为“取反”第二空不变，如：
3、点击“可见度”出现：
4．点击，选择“SB0”，并写“SB0=1”，当表达示非零时选“对应图符不可见”，如：
5、点击确认。
这样一个系统上电按钮的动画连接设置完毕。
6、按照上述方法设计“系统运行按钮”、“开门到位”、“开门减速位”、“关门到位”、“关门减速位”、“门内光电开关”、“门外光电开关”、“水平移动”、“自动门水平移动”、“定时器”和“开位1”等等的动画连接。
第五节设备连接
1、点击设备窗口
，再双击设备窗口
后点击工具箱按钮
，出现下图：
2、双击通用串口父设备
，再点击设备管理
，出现下图：
3、选择PLC设备中三菱系列的FX-232，点击确认。
4、双击设备管理中
后关闭设备工具箱。
5、双击设备窗口中
，出现下图：
点击基本属性按钮
，出现下图：
6、双击
，出现下图：
点击
，再点击按钮
，出现下图：
7、选中所有的通道后点击
，点击确认。
8、点击
，出现下图：
在通道地址中输入0，点击确认，这时就设置了PLC通道X0。
9、用上述方法再设置通道X1、通道X2、通道X3、通道X4、通道X5和通道X6，通道X7和通道X10。
10、下面设置通道Y0,通道Y1，通道Y2，通道Y3，通道Y4：
点击
，出现下图：
选择通道类型中Y输出寄存器，在通道地址中输入1，在操作方式中选择读写方式，点击确认，这时就设置了PLC通道Y1。
依次设置通道Y2、通道Y3、通道Y4和通道Y0。
11、点击设备属性设置中的
，出现下图：
双击通道1的对应数据对象，输入“系统上电按钮”，依次在通道2、通道3、通道4、通道5、通道6、通道7、通道8输入“系统运行按钮”、“系统停止按钮”、“正转开门”、“反转关门”、“高速”、“低速”和“变频器电源”等等。
12、点击设备属性设置的确认按钮。
这样就完成了设备连接。
第六节工程测试
1.点击右键出现下图:
2.点击“设置为启动窗口”。
3.将所做的工程保存后点击
，出现如下的对话框：
点击确认即进入了MCGS的运行环境。
4、将PLC用数据线和电脑相连接后，即可按照工程要求按动启动按钮运行PLC程序，此时MCGS即可显示动画效果，让人在操作自动门时候有个很好的动画可视窗口。
这样整个用MCGS组态软件监控与仿真自动门PLC控制系统完成了。
参考文献
1．张万忠主编，周渊深主审.可编程控制器应用技术.第一版.北京：
化学工业出版社，
2．李俊秀赵黎明主编，可编程序控制器应用技术实训指导：
化学工业出版社；
3．张文明刘志军主编，组态软件控制技术：
清华大学出版社北京交通大学出版社；
4.赵仁良主编，电力拖动控制线路与技能训练：
中国劳动社会保障出版社；
5．蔡绍稷吉根林主编，大学计算机基础：
南京师范大学出版社；
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