PLC课设说明书 汽车喷漆.docx
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PLC课设说明书汽车喷漆
目录
1预备知识1
1.1PLC部分1
1.2MCGS部分 3
2课程设计目的7
3汽车着漆生产线控制系统设计 7
4控制要求7
5I/O口分配及外部接线图7
5.1输入输出分配7
5.2外部接线图8
6系统程序流程8
7监控系统的设计与开发9
7.1建立工程9
7.2制作工程画面9
7.3定义数据对象10
7.4动画连接11
7.5设备连接13
7.6编写控制程序15
8心得体会16
9参考文献17
10附录17
1预备知识
1.1PLC部分
（1）PLC工作原理
PLC采用循环扫描的工作方式，这个工作过程分为内部处理、通信操作、输入处理、程序执行、输出处理几个阶段。
全过程扫描一次所需的时间称为扫描周期。
内部处理阶段，PLC检查CPU模块的硬件是否正常，复位监视定时器等。
在通信操作服务阶段，PLC与一些智能模块通信、相应编程器键入的命令，更新编程器的显示内容等，当PLC处于停（STOP）状态时，只进行内部处理和通信操作服务等内容。
在PLC处于运行（RUN）状态时，从内部处理、通信操作、程序输入、程序执行、程序输出，一直循环扫描工作.
（2）PLC的编程语言
PLC目前常用的编程语言有梯形图编程语言、指令语句表编程语言、功能图编程语言、高级编程功能预言四种.
梯形图程序设计语言是用梯形图的图形符号来描述程序的一种程序设计语言。
采用梯形图程序设计语言，程序采用梯形图的形式描述。
这种程序设计语言采用因果关系来描述事件发生的条件和结果。
每个梯级是一个因果关系。
在梯级中，描述事件发生的条件表示在左面，事件发生的结果表示在后面。
梯形图程序设计语言是最常用的一种程序设计语言。
它源于继电器逻辑控制系统的描述。
在工业过程控制领域，电气技术人员对继电器逻辑控制技术较为熟悉，因此，由这种逻辑控制技术发展而来的梯形图受到了欢迎，并得到了广泛的应用。
其特点：
<1>与电气操作原理图相对应，具有直观性和对应性；
<2>与原有继电器逻辑控制技术相一致，对电气技术人员来说，易于撑握和学习；
<3>与原有继电器逻辑控制技术不同的是，梯形图中的能流（Power FLow）不是实际意义的电流，内部继电器也不是实际存在的继电器，因此， 应用时，需与原有继电器逻辑控制技术的有关概念区别对待；
<4>与布尔助记符程序设计语言有一一对应关系，便于相互的转换和程序 的检查。
指令语句表编程语言是一种与计算机汇编语言相类似的助记符编程方式，用一系列操作指令组成的语句表将控制流程描述出来，并通过编程器送到PLC中去。
指令语句表是由若干条语句组成的程序，语句是程序的最小独立单元..每个操作功能由一条或几条语句来执行。
功能图语言是用功能表图来描述程序的一种程序设计语言。
它是近年来发展起来的一种程序设计语言。
采用功能表图的描述，控制系统被分为若干个子系统，从功能入手，使系统的操作具有明确的含义，便于设计人员和操作人员设计思想的沟通，便于程序的分工设计和检查调试。
其特点：
<1>以功能为主线，条理清楚，便于对程序操作的理解和沟通；
<2>对大型的程序，可分工设计，采用较为灵活的程序结构，可节省程序 设计时间和调试时间；
<3>常用于系统的规模校大，程序关系较复杂的场合；
<4>只有在活动步的命令和操作被执行，对活动步后的转换进行扫描，因此，整个程序的扫描时间较其他程序编制的程序扫描时间要大大缩短。
（3）PLC基本指令系统
FX2N机型具有基本指令27条。
用来编制基本逻辑控制、顺序控制等中等规模的用户程序，同时也是编制复杂综合系统程序的基础指令。
它们有逻辑取及输出线圈指令（LD、LDI、OUT、）触点串联指令（AND、ANI）触点并联指令（OR、ORI）沿检出逻辑、触点串联、触点并联指令（LDP/LDF、ANDP/ANDF、ORP/ORF）块或指令（ORB）块与指令（ANB）多重输出指令（MPS、MRD、MPP）主控出点指令（MC、MCR）置位及复位指令（SET、RST）取反指令（INV）脉冲输出指令（PLS、PLF）空操作指令（NOP）和结束指令（END）。
（4）PLC步进顺控指令系统
FX2N机型具有步进顺控指令2条：
STL和RET。
专门用于状态转移图编程语言编制用户程序。
STL是步进开始指令，RET是步进结束指令。
每个状态器都有三个功能，即驱动有关负载、 指定转移目标和指定转移条件。
STL接点与母线连接与STL相连的起始接点要使用LD、LDI指令。
使用STL指令后，LD点移至STL接点的右侧，一直到出现下一条STL指令或者出现RET指令止。
RET指令使LD点返回母线。
使用STL指令使新的状态置位，前一状态自动复位。
STL接点接通后，与此相连的电路就可以执行；当STL接点断开时，与此相连的电路停止执行。
但要注意在STL接点接通转为断开后，还要执行一个扫描周期.
（5）PLC功能指令系统
FX2N机型具有功能指令14类246条。
功能指令实际上是一个个功能不通的已存在于PLC监控程序中的子程序，用来方便地编制某些特定的功能程序。
（6）PLC外围接口电路技术
1.2MCGS部分
（1）MCGS概述
MCGS（Monitor and Control Generated System,通用监控系统）是一套用于快速构造和生成计算机监控系统的组态软件，它能够在基于Microsoft的各种32位Windows平台上运行，通过对现场数据的采集处理，以动画显示、报警处理、流程控制和报表输出等多种方式向用户提供解决实际工程问题的方案，在自动化领域有着广泛的应用。
MSGS的主要特性和功能如下：
<1>简单灵活的可视化操作界面。
<2>实时性强、良好的并行处理性能。
<3>丰富、生动的多媒体画面。
<4>开放式结构，广泛的数据获取和强大的数据处理功能。
<5>完善的安全体制。
<6>多样化的报警功能。
<7>实时数据库为用户分布组态提供极大方便。
<8>支持多种硬件设备，实现“设备无关”。
<9>方便控制复杂度运行流程。
<10>良好的可维护性和可扩充性。
<11>用数据库来管理数据存储，系统可靠性高。
<12>设立对象元件库，组态工作简单方便。
<13>实现对工控系统的分布式控制和管理。
总之，MCGS组态软件功能强大，操作简单，易学易用，普通工程人员经过短时间的培训就能迅速掌握多数工程项目的设计和运行操作。
同时使用MCGS组态软件能够避开复杂度计算机软、硬件问题，集中精力去解决工程问题本身，根据工程作业的需要和特点，组态配置出高性能、高可靠性和高度专业化的工业控制监控系统。
（2）MCGS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：
当对应的事件发生时执行的策略，例如在用户窗口中定义了鼠标单击事件，工程运行时在用户窗口中单击鼠标则执行相应的事件策略，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，即颜色变换、物体运动、液面升降的快慢等，以毫秒为单位。
父设备：
本身没有特定功能，但可以和其他设备一起与计算机进行数据交换的硬件设备。
如：
串口通讯父设备。
子设备：
必须通过一种父设备与计算机进行通讯的设备。
如：
浙大中控JL-26无纸记录仪、研华4017模块等。
模拟设备：
在对工程文件测试时，提供可变化的数据的内部设备，可提供多种变化方式，如正弦波、三角波等。
数据库存盘文件：
MCGS工程文件在硬盘中存储时的文件，类型为MDB文件，一般以工程文件的文件名+“D”进行命名，存储在MCGS目录下WORK子目录中，如D:
\MCGS\Work\水位控制系统D.MDB。
（3）MCGS实时数据库
在MCGS中，数据不同于传统意义的数据或变量，以数据对象的形式来进行操作预处理。
数据对象它不仅包含了数据变量的树枝特征，还将于数据相关的其他属性（如数据的状态、报警限值等）以及对数据的操作方法（如存盘处理、报警处理等）封装在一起，作为一个整体，以对象的形式提供服务，这种把数值、属性和方法定义成一体的数据称为数据对象。
在MCGS中，用数据对象来描述系统中的实时数据，用对象变量代替传统意义上的值变量，把数据库技术管理的所有数据对象的集合称为实时数据库。
实时数据库是MCGS系统的核心，是应用系统的数据处理中心。
系统各个部分均以实时数据库为公用区交换数据，实现各个部分协调动作。
设备窗口通过设备构建驱动外部设备，将采集的数据送入实时数据库；由用户窗口组成的图形对象，与实时数据库中的数据对象建立连接关系，以动画形式实现数据的可视化；运行策略通过策略构件，对数据进行操作和处理。
构造实时数据库的操作方法，主要包括如下几个方面：
<1>数据对象的定义
<2>数据对象的类型
<3>数据对象的属性
<4>数据对象的作用域
<5>内部数据对象和体统函数
<6>数据对象的浏览、查询和检查
（4）MCGS用户窗口组态、主控窗口组态和设备窗口组态
MCGS系统组态的一项重要工作就是用生动的图形界面、逼真的动画效果来描述实际工程问题。
在用户窗口中，通过对多种图形对象的组态设置，建立相应的动画连接，用清晰生动的画面反应工业控制过程。
用户窗口是由用户来定义的、用来构成MCGS图形界面的窗口。
它是组成MCGS图形界面的基本单位，所有的图形界面都是由一个或多个用户窗口组合而成的，它的显示和关闭由各种策略构建和菜单命令来控制。
在用户窗口中如何生成漂亮的图形界面和实现生动的动画效果，具体内容有：
<1>用户窗口的类型
<2>用户窗口的创建
<3>设置用户窗口的属性
<4>用户窗口的属性和方法
<5>创建图形对象
<6>编辑图形对象
<7>设置图形对象属性
<8>定义动画连接
主控窗口是组态工程的主窗口，是所有设备窗口和用户窗口的父窗口，它相当于一个大的容器，可以放置一个设备窗口和多个用户窗口，负责这些窗口的管理和调度，并调度用户策略的运行。
同时，主控窗口又是组态工程结构的主框架，可在主控窗口内建立菜单系统，创建各种菜单命令，展现工程的总体概貌和外观，设置系统运行流程及特征参数，方便用户的操作。
创建主控窗口的具体方法和步骤包括菜单组态和属性设置。
设备窗口是MCGS系统的重要组成部分，在设备窗口中建立系统与外部硬件设备的连接关系，使系统能够从外部设备读取数据并控制外部设备的工作状态，实现对工业过程的实时监控。
在MCGS中，实现设备驱动的基本方法是：
在设备窗口内配置不同类型的设备构建，并根据外部设备的类型和特征，设置相关的属性，将设备的操作方法如硬件参数配置、数据转化、设备调试等都封装在构件之中，以对象的形式与外部设备监理数据的传输通道连接。
系统运行过程中， 设备构件由设备窗口统一调度管理，通过通道连接，向实时数据库提供从外部设备采集到的数据，从实时数据库查询控制参数，发送给系统其它部分，进行控制运算和流程调度，实现对设备工作状态的实时监测和过程的自动控制。
设备窗口进行组态配置的方法和步骤内容包括：
选择设备构件、设置构件属性和连接设备通道。
图1.1设备属性设置
（5）MCGS运行策略组态
所谓“运行策略”，是用户为实现对系统运行流程自由控制所组态生成的一系列功能块的总成。
MCGS为用户提供了进行策略组态的专用窗口和工具箱。
运行策略的建立，是系统能够按照设定的顺序和条件，操作实时数据库，控制用户窗口的打开、关闭以及设备构件的工作状态，从而实现对系统工作过程精确控制及有序调度管理的目的。
运行策略组太的具体使用方法和步骤包括：
运行策略的类型、运行策略的构造方法、创建运行策略、设置运行策略的属性、组态策略的内容、策略行条件部分、策略构件和运行策略的实现。
图1.2循环策略设定
（6）MCGS脚本程序
脚本程序是组态软件中的一种内置编程语言引擎。
当某些控制和计算任务通过常规组态方法难以实现时，通过使用脚本语言，能够增强整个系统的灵活性，解决其常规组态方法难以解决的问题。
在MCGS中，脚本语言是一种语法上类似Basic的编程语言。
可以应用在运行策略中，把整个脚本程序作为一个策略功能块执行，也可以在菜单组态中作为菜单的一个辅助功能运行，更常见的用法是应用在动画界面的事件中。
脚本成学编辑环境是用户书写脚本语句的地方。
脚本程序编辑环境主要有脚本程序编辑框、编辑功能按钮、MCGS操作对象列表和函数列表、脚本语句和表达式4个部分构成。
2课程设计目的
PLC是一种以微处理器为基础的新型工业控制装置。
它集计算机技术,自动控制技术,通信技术与一体,具有结构简单,性能优越,可靠性高,使用、维护方面等优点。
目前PLC已广泛应用于电力，机械制造，化工，汽车，钢铁，建筑，水泥，石油，采矿，纺织，造纸，环保，种植，广告及娱乐等各行各业。
本次课程设计目的如下：
（1）巩固和加深对《PLC原理及应用》课程内容的认识和理解，提高应用水平。
（2）学习MCGS工控组态软件，理解并运用其各种演示监控功能。
3汽车着漆生产线控制系统设计
纵观历生产力的提高与发展历程，对生产力要求显而易见，无非是效率的不断提高，在有限时间有线设备与资源生产出更多的符合要求的产品。
故此，本次课题是汽车生产线控制系统设计，从而达到提高着漆生产线的生产效率。
4控制要求
汽车着漆生产线的生产工艺如下：
按下启动按钮，制做好的车架在生产线的一端上线，先进行表面电喷处理，时间为30秒；处理完后，车架沿生产线自动运行至另一端进行着漆处理，时间为30秒，处理完后，车架下线；与此同时，在生产线电喷端另一个车架上线进行电喷处理，如此自动循环工作。
按下停止按钮后，生产线会先处理完线上的车架，再停机。
如遇故障停机，排除故障重启后，生产线继续执行上次停机时未完成的工作。
5I/O口分配及外部接线图
5.1输入输出分配
表5-1I/O口分配
序号
名称
输入/输出标号
1
启动
X0
2
停止
X1
3
电喷
Y0
4
喷漆
Y1
5
传送带驱动
Y2
5.2外部接线图
图5.1外部接线
6系统程序流程
1、按下启动按钮，车架上线，皮带轮驱动，直至碰到限位开关X2车架停下进行电喷处理。
图6.1带轮驱动
图6.2步转移条件
图6.3电喷
2、在进行电喷完，在带轮驱动碰到限位开关X3后，两辆车架进行电喷与着漆处理
图6.4车架1着漆
图6.5车架2电喷
3、按下停止按钮，生产线会先处理完线上的车架，再停机。
详细PLC程序见附录
7监控系统的设计与开发
7.1建立工程
1、在文件菜单里面单击“新建工程”选项。
2、在选择菜单中“工程另存为”菜单项，弹出文件保存窗口。
3、在文件名一栏内输入“汽车着漆生产线控制系统”，点击“保存”按钮，工程创建完毕。
7.2制作工程画面
1、在用户窗口中单击“新建窗口”，建立“窗口0”。
2、选中“窗口0”，单击“窗口属性”，进入“窗口用户属性设置”。
3、将窗口名改为“汽车着漆”；窗口位置选中“最大化显示”，其他不变，单击“确认”。
4、在“用户窗口”中，选中“汽车着漆”，点击右键，选择下拉菜单中的“设置为启动窗口”。
选项，将该窗口设置为运行时自动加载窗口。
5本控制系统模拟用到的以下元件：
车架、按钮开关、带轮、火花等等。
综合效果如下：
图7.1汽车着漆监控画面
7.3定义数据对象
在前面我们讲过，实时数据库是MCGS工程的数据交换和数据处理中心。
数据变量是构成实时数据库的基本单元，建立实时数据库的过程也即是定义数据变量的过程。
定义数据变量的内容主要包括：
1、指定数据变量的名称、类型、初始值和数值范围。
2、确定与数据变量存盘相关的参数，如存盘的周期、存盘的时间范围和保存期限等。
3、设置如下：
表7-1实时数据参数设定
名称
类型
注释
chejia1
数值型
车架1
chenjia2
数值型
车架2
chejia3
数值型
车架3
tianchong
数值型
车架着漆颜色填充
T0
数值型
电喷计时
T1
数值型
着漆计时
M0
开关型
内部辅助继电器
M1
开关型
内部辅助继电器
Kejiandu1
开关型
车架1可见度
Kejiandu2
开关型
车架2可见度
Kejiandnu3
开关型
车架3可见度
X0
开关型
启动按钮
X1
开关型
停止按钮
X2
开关型
限位开关
X3
开关型
限位开关
X4
开关型
限位开关
X5
开关型
限位开关
X14
开关型
与x0对应输入口
X15
开关型
与x1对应输入口
X16
开关型
与x2对应输入口
X17
开关型
与x3对应输入口
X20
开关型
与x4对应输入口
X21
开关型
与x5对应输入口
Y0
开关型
电喷
Y1
开关型
着漆
Y2
开关型
带轮驱动
7.4动画连接
由图形对象搭制而成的图形界面是静止不动的，需要对这些图形对象进行动画设计，真实地描述外界对象的状态变化，达到过程实时监控的目的。
MCGS实现图形动画设计的主要方法是将用户窗口中图形对象与实时数据库中的数据对象建立相关性连接，并设置相应的动画属性。
在系统运行过程中，图形对象的外观和状态特征，由数据对象的实时采集值驱动，从而实现了图形的动画效果。
以下是动画连接设置：
1）颜色填充设置
图7.2颜色填充设置
2）水平移动设置
图7.3车架水平移动设置
3）可见度设置
图7.4可见度设置
其余的类似设置
7.5设备连接
本设备构件用于MCGS读写三菱Fx系列中支持232通信协议的PLC设备。
MCGS通过上机中的串行口设备和PLC上的通讯单元建立串行通讯连接，从而达到操作PLC设备的目的。
FX-232设备必须挂接在串口父设备下，串口父设备在通用设备构件中。
串口父设备用来设置通信参数和通信端口。
通信参数必须设置成与PLC的设置一致，否则就无法通信。
以下是父设备属性设置。
图7.5父设备属性设置
以下是子设备通道设置
表7-2子设备通道设置
通道
对应数据对象
通道类型
周期
0
通讯状态
通讯状态标志
1
1
X14
X0
1
3
X15
X1
1
4
X16
X2
1
5
X17
X3
1
6
X20
X4
1
7
X21
X5
1
8
Y0
Y0
1
9
Y1
Y1
1
10
Y2
Y2
1
11
M0
M0
1
12
M1
M1
1
7.6编写控制程序
用户脚本程序是由用户编制的，用来完成特定操作和处理的程序，脚本程序的编程语法非常类似与普通的BASIC语言，但在概念和使用上更简单直观，力求做到使大多数普通用户都能正确，快速的掌握和使用。
对于大多数简单的应用系统，MCGS的简单组态就可完成。
只有比较复杂的系统才需要使用脚本程序，但正确的编写脚本程序，可简化组态过程大大提高工作效率，优化控制过程。
下面是汽车着漆生产线控制系统相关的脚本程序
图7.6循环脚本程序
按下启动按钮，车架上生产线：
IFX14=1THEN
Y2=1
kejiandu1=1
chejia1=chejia1+20
ENDIF
车架电喷：
IFX16=1THEN
chejia1=0
Y2=0
IFy0=1THEN
kejiandu2=1
t0=t0+1
IFt0=t0+1>=100THEN
t0=0
Y0=0
ENDIF
ENDIF
ENDIF
车架着漆颜色填充：
IFY1=1THEN
tianchong=tianchong+1
ENDIF
车架着漆：
IFx15=1ANDx17=1THEN
Y1=1
kejiandu3=1
chejia3=0
kejiandu2=0
kejiandu1=0
t1=t1+1
tianchong=0
IFT1=T1+1>=100THEN
T1=0
Y1=0
kejiandu3=0
ENDIF
ENDIF
车架完成着漆后下生产线：
IFX16=0ANDY2=1ANDx15=0ANDx17=0ANDX20=0ANDx14=0THEN
chejia3=chejia3+20
ENDIF
8心得体会
实践和理论就是不一样，在学完PLC理论课程后我们做课程设计，此次设计以分组式进行，每组四个人，我们的题目是汽车着漆生产线控制系统设计。
由于平时学的都是纯理论，没有过类似开发经验拿到题目时都无从下手。
但抱着试试看看的态度，先从简单入手，要求一个个实现。
经过指导老师耐心指导，最终基本实现控制要求。
从此次实践，我们基本学会了PLC设计的步骤和基本方法。
分组工作方式原本是促进团队合作，实现共赢，但此次还是未能达到此目的。
通过这次设计实践，对PLC的工作原理和使用方法有了深刻理解。
在对理论的运用中，提高了我们的工程素质，在没有做实践设计以前，我们知道的掌握的都是思想上的，对一些细节不加重视，当我们把自己想出来的
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