基于PLC与组态王的电机正反转监控系统.doc
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电气信息工程学院
大作业
11—12学年第二学期
课题名称基于PLC与组态王的
电机正反转的监控系统
姓名邵冬晨
学号09813215
班级09东电气
（2）班
成绩
基于PLC与组态王的电机正反转监控系统
[摘要]介绍了利用组态王6.5软件制作人机界面的一个电机正反转监控系统，利用三菱FX2系列可编程控制器实现控制，用组态王人机界面监控电机正反转系统的运行情况。
首先分析了电机正反转系统的要求，然后进行了可编程控制I/O点的分配、编写了组态王控制程序、绘制了原理图；同时，实现了PLC与上位机组态王软件的通讯、设备的连接与配置、数据库的构造、图形界面的设计、动画连接的建立、报警窗口的建立和曲线图的建立等；最后调试成功。
实践证明，PLC和组态王6.5软件结合可以方便的实现自动化监控系统的设计、检测，并且具有良好的应用价值。
关键词：
组态王PLC电机正反转
Abstract:
Thepaperintroducesamonitoringsystemofelectricmachinepositive-negativerotationwhichusesKingview6.5softwaretomakeman-machineinterface.ItmakesthecontrolrealizewiththeuseofprogrammablelogiccontrollerofMitsubishiFX2series,alsomonitoringtheoperationalconditionsoftheelectricmachinepositive-negativerotationsystemwiththeKingviewman-machineinterface.Firstofall,itwillanalyzetherequirementsofelectricmachinepositive-negativerotation,andthen,theallocationoftheI/Opointofprogrammablecontroller,theredactionofcontrolprogramofKingviewandthedrawingofschematicdiagram.Meanwhile,itmakesthecommunicationbetweenPLCanduppercomputeroftheKingviewsoftware,theattachmentandallocationofdeviceandthestructureofdatabase,thedesignationofgraphicalinterface,theestablishmentofanimationconnection,alarmingwindowandcurvechartrealize.Atlast,itisthesuccessofdebugging.ThepracticeprovesthattheconnectionofPLCandKingview6.5softwarecanrealizethedesignationandexaminationofAutomaticmonitoringsystemconvenientlyandhasgoodapplicationvalueanddataacquisition.
Keywords:
KingviewPLCelectricpositive-negativerotation
1.引言
随着我国社会主义市场经济的发展，现代工业日新月异，人们对自动化监控系统的要求越来越高。
作为一种组态软件，组态6.5可构造一个有效的监控和数据采集系统，并以图形界面清晰准确、设计开发过程简单易学的特点广泛应用于各种工程领域。
基于三菱FX2系列PLC控制的电机正反转监控系统为例，如何在组态王中设计开发一个电机正反转监控系统[1]。
2.三菱FX2系列PLC
可编程序控制器（ProgrammableController，PC，后又称为PLC）是近几年迅速发展并得到广泛应用的新一代工业自动化控制装置。
它的生产和发展与继电器有很大的关系。
继电器是一种弱电信号控制强电信号的电磁开关，在复杂的继电器控制系统中，故障的查找和排除是非常困难的，显然，将计算机功能的完备、灵活、通用与继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，制造一种新型的工业控制装置成为电气控制系统的发展方向[2]。
3.组态软件——组态王6.53
组态王的最新版本（6.53）是亚控公司根据当前自动化技术的发展趋势，面向高端自动化市场及应用，以实现企业一体化为目标开发的一套产品。
该产品以搭建战略性工业应用服务平台为目标，集成了对亚控科技自主研发的工业实时数据库（KingHistorian）的支持，可以为企业提供一个对整个生产流程进行数据汇总、分析及管理的有效平台，使企业能够及时有效地获取信息，及时地做出反应，以获得最优化的结果。
组态王6.53保持了组态王早期版本的功能强大、运行稳定且使用方便的特点，并根据国内众多用户的反馈及意见，对一些功能进行了完善和扩充。
组态王6.53提供了丰富的简捷、易用的配置界面，提供大量的图形元素和图库精灵，同时也为用户创建图库精灵提供简单易用的接口；该款产品的历史曲线、温控曲线以及配方功能进行了大幅提升与改进，软件的功能性可用性有了很大的提高[3]。
4.系统的控制要求
正确连接PLC与PYS3电机正反转模块的实际接线，实现PLC与组态王之间的正常通信，在组态王中绘制电机正反转的监控系统，按下“正转”按钮电机星型正转，5秒后转换为三角型正转，5秒后相互切换；按下“反转”按钮电机三角型反转，5秒后转换为星型反转，5秒后相互切换；按下“停止”按钮电机停止工作，并且定义相关变量，进行相应的动画连接。
对电机正反转计数，并且绘制电机正反转监控系统的报警窗口，次数大于3次进行报警，大于10将计数自动清零。
对电机正反转监控系统建立电机正转次数的实时曲线显示。
对电机正反转监控系统建立电机反转次数的历史曲线显示。
完成以上指标的同时要求画图美观，对电机正反转监控系统可以直观的控制和监视，达到实验的要求。
5.PLC控制系统设
5.1I/O分配
如根据上述控制要求，系统I/O分配如图5-1所示
输入
输出
器件
说明
器件
说明
XO
正转
Y0
KM1（正转）
X1
反转
Y1
KM2（反转）
X2
停止
Y2
KM△（三角型连接）
Y3
KMY（星型连接）
图5-1PLC模拟控制电动机I/O地址表
5.2PLC外部连接图的设计
PLC外部连接图如图5-2所示
图5-2电动机星三角启动控制线路电气接口图
6.组态监控系统实现
本设计中，电机正反转监控系统的监控软件采用了北京亚控公司的Kingview6.5组态王软件。
6.1PLC与上位机组态王之间的通信
组态王6.5把每台与之通信的设备（包括PLC、智能模块、板卡、智能仪表、变频器等）看作外部设备，它内置了大量的设备驱动作为组态王与外部设备的通信接口。
在开发过程你只需根据“设备配置向导”的提示一步步完成连接过程即可。
运行期间，组态王就可通过通信接口和外部设备交换数据，包括采集数据和发送数据/指令[1]。
下面介绍组态王6.5与PLC之间通讯的实现步骤：
（1）工程的创建
选择菜单“文件/新建工程”或单击“新建”按钮，弹出“新建工程向导之一”对话框，如图6-1所示。
图6-1新建工程向导之一
图6-2新建工程向导之二
单击“下一步”继续，弹出“新建工程向导二”对话框，如图6-2所示。
在方框内输入新建工程的存放路径，也可以单击“浏览”按键，从下拉列表中选择一个工程路径。
点击“下一步”继续，弹出“新建工程向导之三”对话框，如图6-3所示。
在工程名称输入工程名称，输入“电机正反转”。
单击“完成”完成工程的新建。
单击“是”按钮，则将新建的工程设为组态王的当前工程。
定义的工程信息会出现在工程管理器的信息表格中，如图6-4所示[3]。
图6-3新建工程向导之三
图6-4工程管理器
（2）设备连接
利用厂家提供的专用PLCUSB编程电缆，将PLC通过编程口与上位机组态王串口（COM口）连接，进行串行通信。
（3）定义I/O设备
首先双击工程浏览器左侧大纲项“设备/COM1”，弹出串口设置对话框，如图6-5所示。
图6-5串口设置对话框
要用组态软件进行实时监控首先要完成通讯连接，组态王通讯参数应与PLC的通讯参数设置保持一致。
在本设计中采用的是三菱FX系列可编程控制器，当使用RS232与上位机相连，PLC与组态王连接的I/O设备的缺省与推荐设置如图6-6所示。
按照图6-6中给定参数设置串口设置对话框。
设置项缺省项推荐值
波特率96009600
数据位长度78
停止位长度11
奇偶校验位偶校验偶校验
图6-6I/O设备的通讯参数
然后选择工程浏览器左侧大纲“设备/COM1”，在工程浏览器有侧用鼠标左键双击“新建”图标，运行“设备配置向导”，选择PLC三菱FX2系类产品中“编程口”，如图6-7所示。
图6-7设备配置向导对话框
单击“下一步”，为外部设备取一个名字，默认即可，再单击“下一步”，为设备选择连接串口；根据PLC与上位机连接选择的串行口为COM3，则选择COM3，单击“下一步”，填写设备地址为“2”，单击“下一步”，设置通信故障恢复参数（使用系统默认设置即可），单击“下一步”，弹出“设备安装向导——信息总结”。
检查各项设置是否正确，确认无误后，单击“完成”[4]。
（4）构造数据库
数据库是“组态王”软件的核心部分，在工程管理器中，选择“数据库/数据词典”，双击“新建图标”，弹出“变量属性”对话框，创建各个变量数据，这些变量与PLC内部变量一一对应，PLC的输入输出完全有组态王内部变量代替。
这样，PLC的实际输入输出状态能反映在组态监控界面上，借助PLC的CPU通信功能，系统的运行就可以真正的监控，如图6-8所示。
图6-8组态王数据变量定义
6.2监控画面设计
在组态王工程浏览器左侧的“工程目录显示区”中选择“画面”，新建一个名为“电机正反转”的新画面，在此画面上绘制各种图素，如图6-9所示。
绘图时运用工具箱中的一些基本元素，如直线、椭圆、折线、文本和按钮等等。
图6-9组态监控画面
6.3动画连接
动画连接就是将画面上创建的各个图素与所建立的相应变量关联，当变量的值改变时，在画面上以图形对象的动画效果表现出来。
本系统中要进行动画连接的图素有正反转按钮、停止按钮、模拟电机、模拟开关等。
为实现模拟系统的动画效果，在进行动画连接时除了设置各项参数外，还必须编写时间命令语言和应用程序命令语言。
在画面的应用程序命令语言对话框中输入如下命令语言：
if（（\\本站点\Y0==1）||（（\\本站点\Y2==1）&&（\\本站点\Y3==1）））
\\本站点\正转标志=1;
else
\\本站点\正转标志=0;
if（（\\本站点\Y1==1）||（（\\本站点\Y2==1）&&（\\本站点\Y3==1）））
\\本站点\反转标志=1;
else
\\本站点\反转标志=0;
if（（\\本站点\Y0==0）&&（\\本站点\Y1==0））
\\本站点\停止标志=1;
else
\\本站点\停止标志=0;
对于正转按钮的弹起时命令语言设置为星型正转，如图6-10所示
图6-10正转弹起按钮命令语言
反转和停止同理可得；对于相关的指示灯直接相关联到相关变量，为1的时候就亮，为0的时候就灭；多于模拟开关运用模拟隐含，也是直接相关联到相关变量，为0的时候打开开关显示，闭合开关隐含，为1的时侯打开开关隐含，闭合开关闭合；对于模拟电机的旋转运用位置与大小变化图6-11模拟电机旋转动画连接
的旋转，关联到变量转子角度，其最大逆时针方向对应角度和最大顺时针方向对应角度数字要进行相应的设定，如图6-11所示。
（a）（b）
（c）
（d）
（e）
（f）
（g）
图6-12事件命令语言
画面的事件命令语言是整个监控系统的关键部分，图6-12a、b、c是对PLC正转、反转、停止按钮的关联，控制PLC时也可以在组态王中可以实时监视，d、e是实现5秒星型和三角型相互切换的事件语言，f、g是对模拟电机正反转的旋转事件程序编程。
在本次考试中由于审题的错误，原先的报警和曲线都做错了，将重新改过。
7.订正报警和曲线的建立
在原先的数据库中有些变量需要增减，如下图7-1所示。
图7-1组态王数据变量定义
新建的正反转次数有如下图7-2的事件命令语言，通过正反转标志来控制正反转次数，可以实现报警，也对实时趋势曲线和历史趋势曲线相关联正反转次数。
（a）（b）
图7-2事件命令语言
7.1报警窗口的建立
在工具箱中新建一个报警窗口，双击报警窗口有如下图7-3所示的菜单栏，命名报警窗口，选择各项属性。
定义数据库中的“正转次数”和“反转次数”的报警组名，报警限等属性相关联到报警窗口，在报警窗口的条件属性中也要选择对应的报警组，这样就可以实时报警，正反转的其它基本参数图7-4报警限
相同，对于新建的“开发系统”可以选择菜单栏中的文件下的“全部存”，然后在选择文件下的“切换到View”，进入运行系统，打开菜单栏下“画面”中的打开“电机正反转可以观察到如图7-5所示的报警窗口。
图7-5报警窗口
图7-3报警菜单栏
7.2监控曲线的建立
（1）实时趋势曲线的建立
在工具箱中很容易找到实时趋势曲线并新建一个，双击“实时趋势曲线”将曲线表达式相关联到正转次数即可，但是有一点特别要值得注意的是，正转次数的最大最小值要进行设定如图7-6所示，正转次数的实时趋势曲线如图7-7所示。
图7-6最大最小值的设定
（a）
（b）
图7-7实时趋势曲线
（2）历史趋势曲线的建立
在工具箱中并没有历史趋势曲线，选择“通用插入控件”可以查找到历史趋势曲线，如图7-8所示，对“反转次数”的记录一定要选择如图7-9所示的数据变化记录，右击“历史趋势曲线”选择控制图7-9数据变化记录
属性，才可以在曲线中选择到如图7-10所示的增加曲线，选择确定，进行运行系统，可以观察到电机反转的历史趋势曲线，如图7-11所示。
图7-8历史趋势曲线的建立
图7-11历史趋势曲线
图7-10变量的建立
8.结论
设计综合了计算机和PLC的长处；计算机作为上位机提供了良好的人机界面，进行全系统的监控和管理，PLC作为下位机执行可靠有效的分散控制。
监控系统不仅可以接受多种PLC发出的控制信号，亦可向PLC发出各种命令信号，还可以与PLC之间进行各种状态数据的传输。
基于组态王的对电机正反转的PLC控制系统的设计正确，实现了电机正反转的自动控，加强了远程监控的能力，提高了控制系统好的准确性和稳定性[4]。
参考文献：
[1]李宁.基于西门子S7-200和组态王6.53的交通灯监控系统设计.南宁：
大众科技，2009.
[2]韩晓新，邢绍邦.三菱FX系列PLC基础及应用.北京：
机械工业出版社，2010.
[3]韩晓新，邢绍邦，刘海燕.从基础到实践——PLC与组态王.北京：
机械工业出版社，2011.
[4]李胜多.基于PLC和组态王的搬运机械手控制系统的设计.青岛：
农机研究，2010.
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