组态教案_组态软件教案

2020-02-29 教案模板下载本文

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先导知识学习

内容提要

本章介绍计算机控制系统的基本组成和分类，采用组态控制技术的计算机控制系统和一般计算机控制系统的异同以及常用组态控制产品。0.1 计算机控制系统

计算机控制就是用计算机控制某种设备使其按照要求工作。人们熟知的机器人就是在计算机的控制下工作的，工厂自动化生产线、家用电器中也普遍使用计算机控制。利用计算机控制各种设备，是电气工程师和技术人员的一项基本工作。

计算机在实现其控制功能的时候往往还需要一些设备的配合，这些设备与计算机、被控设备一起统称为计算机控制系统。0.1.1 人是如何对设备进行控制的？

现在通过水罐水位控制实例说明人工控制的方法与过程。对于图0.1水罐，通常采用以下方法：

（1）观察水位—用眼睛。

（2）判断与计算：将实际水位和期望的水位进行比较，根据差值先判断需要开大还是关小进水阀门，再根据差值估计进水阀开度的改变量—用大脑。（3）行动：改变阀门开度—用手。（4）重复步骤（1）～（3），直到水位达到期望范围。

图0.1 水罐对象

0.1.2 自动控制系统的组成如果用水位变送器代替人眼，用电动调节器代替人脑、用电动调节阀代替人手，用给定器输入水位给定值，就构成了一个水位自动控制系统，如图0.2所示。

图0.2 水位自动控制系统

在该系统中，水位变送器不断地检测水位，并将其转换成电流信号送给电动调节器，电动调节器像人脑一样接收水位信号和水位给定信号，将两者进行比较，根据偏差计算出给水调节阀门的开度，并将开度信号以电流形式送给电动调节阀门，电动调节阀门根据电流大小改变给水阀门开度，调节给水流量，从而达到控制水位的目的。

由水位自动控制系统，我们引出了一般自动控制系统的典型组成结构，如图0.3所示。

图0.3 一般自动控制系统方框图1 有时候，也将一般自动控制系统的方框图画成图0.4，偏差＝给定值-测量值

图0.5 开环控制系统方框图

开环控制用在不需要精确控制被控参数，或被控对象受到的干扰较少，被控参数不经常波动等情况下。

0.1.3 计算机控制系统的组成计算机控制系统的控制器全部采用计算机。而一般自动控制系统的控制器则形式多样，可能是由继电器、接触器构成的一个电路，可能是一块独立的仪表，也可能是某种机械装置。

计算机控制系统的组成框图如图0.7所示。与一般自动控制系统相比，还有一个主要的不同，它增加了输入接口（the Input Interface）和输出接口（the Output Interface），统称为输入输出接口或I/O接口（I/O Interface）。输入接口的主要作用是将检测环节的输入信号（通常为电信号）转换为计算机能够接收的数字信号；输出接口的主要作用是将计算机输出的数字信号转换为电信号输出给执行器。

图0.7 一般计算机控制系统的结构组成0.2 计算机控制系统中使用的计算机

0.2.1 计算机控制系统中使用计算机的种类

经常使用的计算机主要有三种：IPC、PLC、MCU。0.2.2 IPC、PLC、MCU系统性能特点比较0.3 组态控制技术

0.3.1 在计算机控制系统中组态技术的两个层面

1．组态的本来含义

组态（Configuration）的意思就是模块的任意组合。2．在计算机控制系统中组态的两个层面

在计算机控制系统中，组态含有硬件组态和软件组态两个层面的含义。

所谓硬件组态，是指系统大量选用各种专业设备生产厂家提供的成熟通用的硬件设备，通过对这些设备的简单组合与连接实现自动控制系统。

这些通用设备包括控制器（IPC、PLC和以MCU为核心的各种控制器）、各种检测设备（传感器和变送器）、各种执行设备（电磁阀、气缸、电动机等）、各种命令输入设备（按钮、给定设备），还有各种I/O接口设备。

这些通用设备一般都做成具有标准尺寸和标准信号输出的模板或模块，它们就像积木一样，可以根据需要组合在一起。

所谓软件组态就是利用专业软件公司提供的工控软件进行系统程序设计。这些软件提供了大量工具包供设计者组合使用，因此被称为组态软件。利用组态软件工程技术人员可以方便地进行监控画面制作和程序编制。0.3.2 采用组态技术的计算机控制系统的优越性

采用硬件组态和软件组态的方式构成控制系统有以下优越性：（1）开发周期短。（2）系统可靠性高。

（3）对工程技术人员的要求不高，便于推广。（4）构成的系统通用性强，便于维护。0.4 计算机控制系统有哪些形式？ 0.4.1 数据采集系统的功能与结构

数据采集系统也称为DAS—Data Acquisition System。其结构如图0.12所示。被控对象中待检测的各种模拟量和开关量通过传感器和变送器，分别经模拟量和开关量输入接口进入计算机，计算机对各信号进行采集、处理后，送显示器、打印机、报警器等设备。

DAS系统的特点是只进行参数检测，不进行控制。I/O接口只有模拟量输入（AI—Analog Input）和开关量输入（DI—Digital Input）接口。这种系统常用于早期的计算机检测系统中，其优点是可以用一台计算机对多个参数进行巡回采集和处理，显示界面好，便于管理。

图0.12 数据采集系统0.4.2 直接数字控制系统的功能与结构

直接数字控制称为DDC—Direct Digital Control。其系统结构如图0.13所示。计算机既可对生产过程中的各个参数进行巡回检测，还可根据检测结果，按照一定的算法，计算出执行器应该的状态（电磁阀的通与断、调节阀的开度、电动机的启动与停止、电动机的转速等）。DDC系统的I/O接口除了AI和DI外，还有模拟量输出（AO—Analog Output）接口和开关量输出（DO—Digital Output）接口。

DDC控制是真正的计算机控制系统，与DAS相比，其特点是既检测，也控制。由于控制算法用程序编制，可以实现继电器和仪表不能实现的许多功能。DDC适用于控制回路较少的场合。

图0.13 直接数字控制系统

0.4.3 集散控制系统的功能与结构

集散式控制系统也称为分布式控制系统，简称DCS—Distributed Control System。

集散式控制常用于较大规模的控制系统中，可以很好地解决DDC系统可靠性和统筹性的矛盾。其总体思想是分散控制，集中管理，即用几台计算机分别控制若干个回路，再用一台计算机与这些计算机进行通信，了解各个计算机的工作情况，根据需要向它们发出不同命令。

集散式控制系统的规模可大可小，可以只有两级（称下位机和上位机），也可以多级。典型的三级结构为过程控制级、控制管理级和生产管理级，如图0.14所示。

过程控制级由各控制站组成，控制站可以是DAS，也可以是DDC，用来进行生产的前沿检测与控制。控制管理级由工程师站、操作员站、数据记录检索站等组成，供工程师进行程序调试；操作员进行生产监控、手动操作、报表打印、数据查询等。生产管理级由生产管理信息系统组成，可进行生产情况汇总与调度。

图0.14 DCS系统的组成0.4.4 现场总线控制系统的功能与结构

现场总线系统简称FCS—Field Control System。

DDC系统中计算机与计算机之间的通信采用数字信号通过网络连接。但现场传感器、变送器、执行器仍使用模拟信号。每个传感器、变送器或执行器至少有两根信号线需要连接。当系统中需要检测和控制的参数较多时，施工工作量较大。另一方面，模拟信号在传输时的抗干扰性能比较差，造成系统可靠性下降。

FCS是继DCS之后的新一代分布式控制系统。系统首先要求现场变送器和执行器能直接输出或接收数字信号，使用时将它们“挂在”现场总线上，通过网络与计算机相连。现场总线系统的施工量减少了，抗干扰性能也比较高。本项目小结

计算机控制系统由被控对象、检测器、I/O接口、计算机和执行器几部分组成。计算机控制系统使用的计算机有PLC、MCU、IPC等。它们具有不同的特点，分别用于不同的控制领域。

计算机控制系统可分为：数据采集系统（DAS）、直接数字控制（DDC）系统、集散式控制系统（DCS）和现场总线控制系统（FCS）。

组态控制技术是计算机控制技术发展的结果，采用组态控制技术的计算机控制系统最大的特点是从硬件设计到软件开发都具有组态性，因此系统的可靠性和开发速度提高了，开发难度却下降了。组态软件的可视性和图形化管理功能也为生产管理和运行维护提供了方便。学习项目1 用IPC和MCGS实现机械手监控系统内容提要

本章通过机械手控制实例学习采用MCGS组态软件、IPC和I/O板卡构成计算机控制系统的方法。

首先提出系统控制要求，然后对机械手对象进行分析，确定了控制方案。之后进行了接口部件的选型，确定使用中泰PCI-8408板卡作为I/O接口设备，并根据其接线端子定义画出系统接线图。最后详细介绍了用MCGS进行监控画面制作、监控程序编写与调试的方法。

1.1 机械手监控系统的方案设计 1.1.1 机械手监控系统的控制要求

机械手（Mechanical Hand）能模仿人手和手臂的某些动作功能，用以抓取、搬运物品或操作工具，被广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和核工业等部门。图1.1所示是几种机械手的外观。

(a)(b)图1.1（b）所示的机械手为搬运机械手，其任务是将前一个工序加工好的工件送到下一个工位，已知待搬运工件在机械手初始位置正下方。对此机械手有如下控制要求：

按下启动/停止按钮SB1后，机械手下移至工件处→夹紧工件→携工件上升→右移至下一个工位上方→下移至指定位置→放下工件→上移→左移，回到原始位置，此过程反复循环执行。

机械手运动过程中，松开启动/停止按钮SB1，机械手停在当前位置，再次按下启动/停止按钮，机械手继续运行。

机械手运动过程中，按下复位停止按钮SB2后，机械手并不马上停止，也不主动复位，而是继续工作，直到完成本周期操作，回到原始位置，之后停止，不再循环。

松开复位按钮，退出复位状态，之后再按启动/停止按钮机械手重新开始循环操作。

1.1.2机械手监控系统对象分析

被控对象—机械手。

控制目标—使机械手能够接收启动、停止、复位命令，能够抓取工件运送到指定位置。

被控参数—机械手运动轨迹和抓放动作。运动轨迹可分解为四个点：左上位（机械手初始位）、左下位（工件初始位）、右上位、右下位（工件目标位）。

控制变量—共六个，分别是伸缩缸电磁阀的伸出线圈和缩回线圈、升降缸电磁阀的上升线圈和下降线圈、夹紧缸电磁阀的夹紧线圈和放松线圈。1.1.3 机械手监控系统初方案制订

机械手的控制可采用闭环形式实现，也可采用开环实现。开环方框图如图1.4所示。

图1.4 开环控制的机械手系统方框图

1．开环控制机械手监控系统方案

根据控制要求，系统需要两个操作按钮输入启停和复位命令。

由于机械手系统的各个位置点比较固定，每一段的运行时间已知且相对稳定。计算机接收到启动/停止按钮送来的启动信号后，只要按如下时间顺序接通各个线圈即可：

按下启动/停止按钮SB1后，机械手下移5s→夹紧2s→上升5s→右移10s→下移5s→放松2s→上移5s→左移10s（s为秒），最后回到原始位置，自动循环。松开启动/停止按钮SB1，机械手停在当前位置。

按下复位停止按钮SB2后，机械手在完成本次操作后，回到原始位置，然后停止。松开复位停止按钮SB2，退出复位状态。2．闭环控制机械手监控系统方案

闭环控制需要安装六个位置开关（位置检测传感器），检测是否到达左上、左下、右上、右下、夹紧、放松位置，计算机将根据这些位置开关的状态和输入命令控制6个线圈的得电与否。机械手控制系统的闭环方案如图1.5所示。

闭环控制显然在硬件结构上比开环控制复杂。开环控制靠经验时间控制6个线圈，不检测是否运动到位。理论上闭环控制的控制精度高于开环。

图1.5 闭环控制的机械手系统方框图3.本系统采纳方案

对于本系统，由于控制精度要求不高，以上两个方案都是可行的，我们从简单入手，取开环控制方案。

1.2 机械手监控系统的软、硬件设备选型与电路设计 1.2.1 命令输入设备选型

本系统命令输入设备只需要1个启动/停止按钮、1个复位/停止按钮，根据控制要求，可选用带自锁功能的按钮，也可选用旋转开关。1.2.2 传感器和变送器选型

由于采用开环结构，此部分工作免去。1.2.3 执行器选型

本系统执行器是机械手上的电磁阀。共4个，其中3个为伸缩、升降、夹紧阀，另一个可做旋转缸控制阀，控制机械手的旋转。本系统暂不考虑旋转运动。1.2.4 I/O接口设备选型 1．I/O接口设备的种类

I/O接口设备是连接计算机和检测器、执行器的桥梁。有以下种类：（1）按照输入输出信号的性质，I/O接口设备可分为：AI、AO、AI/AO、DI、DO、DI/DO、混合信号接口等。

（2）按照产品的结构，I/O接口设备可分为：板卡、模块、PLC、智能仪表等。2．选择机械手系统的I/O设备

机械手系统的I/O点如表1.2所示。

本项目选择中泰公司板卡产品。

1.2.5 机械手监控系统方框图和电路接线图绘制 1．接线端子板

PCI-8408板卡通过安装在计算机背板上的37针D型插座与外部设备连接，为方便安装，厂家提供了专门的接线端子板，其中PS-037是最简单的一种，它以接线端子形式与输入输出设备相连，通过D型插座和电缆与计算机内的板卡相连。2．机械手监控系统方框图

机械手监控系统方框图见图1.18所示。

图1.18 机械手系统方框图

1.3 机械手系统监控软件的设计与调试 1.3.1 工程的建立

（1）双击桌面“MCGS组态环境”图标，进入组态环境，出现如图1.27所示画面，屏幕中间窗口为工作台。

（2）单击“文件” →“新建工程”，如图1.28所示。

（3）单击“文件”菜单，弹出下拉菜单，单击“工程另存为”，弹出文件保存窗口，如图1.29所示。

（4）选择希望的路径，在文件名一栏内输入工程名，如“机械手监控系统”，单击“保存”按钮，工程建立完毕。1.3.2变量的定义

变量也叫数据对象。变量（即数据对象）的定义方法如下。1．变量分配

变量定义前需要对系统进行分析，确定需要的变量，本系统至少有8个变量，见表1.6。

2．变量定义步骤

（1）单击工作台中的“实时数据库”选项卡，进入“实时数据库”窗口页。（2）单击工作台右侧“新增对象”按钮，在数据对象列表中立刻出现了一个新的数据对象，如图1.31所示。

（3）选中该数据对象，单击右侧“对象属性”按钮或直接双击该数据对象，弹出“数据对象属性设置”窗口，如图1.32所示。

（4）将“对象名称”改为：启动停止按钮；“对象初值”改为：0；“对象类型”改为：开关型；“对象内容注释”栏填入：机械手启停控制信号，输入，1有效。

（5）单击“确定”按钮。（6）重复（2）～（5），定义其他7个数据对象。（7）单击“保存”按钮。1.3.3 画面的设计与编辑

参考的监控画面设计如图1.33所示，画面中画出了机械手的简单示意图，并设计了6个指示灯，代表机械手的上、下、左、右、夹紧、放松等动作。运行时，指示灯应随动作变化做相应指示。画面中还设计了两个状态指示灯，代表启动按钮和复位按钮的状态。当按下机械手上的启动和复位按钮时，它们将进行相应的指示。

画面设计包括建立画面、编辑画面两个步骤。1．建立画面

图1.33 监控画面

2．编辑画面

（1）进入画面编辑环境。

（2）输入文字“机械手监控系统”。（3）画地平线。（4）画矩形。（5）画机械手。

（6）画机械手左侧和下方的滑杆。（7）画指示灯。（8）画按钮。

1.3.4 动画连接与调试

画面编辑好以后，需要将画面中的图形与前面定义的数据对象关联起来，以便运行时，画面上的内容能随变量变化。

将画面上的对象与变量关联的过程叫动画连接，下面介绍如何对按钮和指示灯进行动画连接。

1．按钮的动画连接 2．指示灯的动画连接 1.3.5 控制程序的设计

系统要求具有如下功能：

按下启动/停止按钮SB1后，机械手下移5s→夹紧2s→上升5s→右移10s→下移5s→放松2s→上移5s→左移10s（s为秒），最后回到原始位置，自动循环。

松开“启动/停止”按钮，机械手停在当前位置。

按下“复位停止”按钮SB2后，机械手在完成本次操作后，回到原始位置，然后停止。

松开“复位停止”按钮SB2，退出复位状态。

上述功能需要通过编写控制程序实现。在MCGS中编写控制程序与一般程序设计语言编程有较大的不同，它采用策略组态的形式。

所谓运行策略，可以简单地理解为系统运行与控制的思想和方法。MCGS提供了许多“策略构件”，如定时器、计数器、脚本程序等供系统设计人员使用。编程就是根据系统的需要，对这些策略构件进行组态。

观察机械手监控系统的控制要求，不难发现，控制过程不过是使各个电磁阀定时、顺序动作。让电磁阀动作很简单，只要设法使相应的变量置0或置1即可。MCGS提供了定时器构件，因此可以利用它实现定时功能。在具体设计之前先来学习定时器的使用。

1．定时器的使用

（1）在策略中添加定时器构件。（2）定时器的功能。

① 启停功能。即能在需要的时候被启动，当然也能在需要的时候被停止。② 计时功能。即启动后进行计时。

③ 定时时间设定功能。即可以根据需要设定定时时间。④ 状态报告功能。即是否到设定时间。

⑤ 复位功能。即在需要的时候将定时器清零。复位与停止不同，停止后不再计时，复位则是使计时时间变为0。

2．利用定时器和脚本程序实现机械手的定时控制

（1）根据机械手控制要求，计算出机械手完成一个循环回到初始位置需44s，因此首先将定时器定时时间修改为44。

（2）将脚本程序添加到策略行。（3）脚本程序编辑注意事项。

① 要按MCGS的语法规范写程序，否则语法检查通不过。② 可以利用提供的功能按钮（如剪切、复制、粘贴等）。③ 可以利用脚本语言和表达式列表（如IF…THEN、+、-等）。④ 可以利用操作对象和函数列表（如系统函数、数据对象等）。⑤ “>”（大于）、“

⑥ 注释以单引号“'”开始。

（4）机械手控制脚本程序清单。机械手程序分定时器控制、运行控制和停止控制三部分。定时器控制程序完成启动按钮和复位按钮对定时器的控制；运行控制程序完成定时器对上升、下降等动作的控制；停止程序完成停止处理。1.4 机械手监控系统的软、硬件联调 1.4.1 机械手监控系统电路连接

（1）断开所有电源。

（2）按图1.66所示连接按钮和接线端子板PS-037。

图1.66 按钮SB1、SB2与PCS-037（PCI-8408）接线图

（3）按图1.67所示连接电磁阀和接线端子板PS-037。（4）如果机械手实训设备上已集成了按钮和电磁阀，只将端子留出，可按图1.68所示连接。

（5）用37芯D型电缆将接线端子板和计算机内的PCI-8408连接起来。（6）接线检查。

图1.67 电磁阀与PS-037（PCI-8408）DO通道的连接

图1.68 已集成好的机械手与接线端子板的连接 1.4.2 在MCGS中进行PCI-8408板卡设备的连接与配置连接过程包括添加设备、设置设备属性、调试设备三部分。1.4.3 系统软、硬件联调学习项目2 用IPC和MCGS实现电动大门监控系统

内容提要

本章通过电动大门控制实例学习采用MCGS组态软件、IPC和PLC构成计算机监控系统的方法。

首先提出系统控制要求，然后对电动大门对象进行分析，确定了控制方案。之后进行了接口部件的选型，确定S7-200 CPU 222作为I/O接口设备，并根据其接线端子定义画出系统接线图。最后详细介绍了用MCGS进行监控画面制作、监控程序编写与调试的方法。

2.1电动大门监控系统的方案设计 2.1.1电动大门监控系统的控制要求

独立的电动大门控制用普通继电器和单片机实现比较多见。工控机用在系统有多种设备需要监控的场合，如智能楼宇系统等。电动大门有如下控制要求：

（1）门卫在警卫室通过操作开门按钮、关门按钮和停止按钮控制大门。

（2）当门卫按下开门按钮后，报警灯开始闪烁，提示所有人员和车辆注意。5s后，门开始打开，当门完全打开时，门自动停止，报警灯停止闪烁。

（3）当门卫按下关门按钮时，报警灯开始闪烁，5s后，门开始关闭，当门完全关闭时，门自动停止，报警灯停止闪烁。

（4）在门运动过程中，任何时候只要门卫按下停止按钮，门马上停在当前位置，报警灯停闪。

（5）关门过程中，只要门夹住人或物品，门立即停止运动，以防发生伤害。（6）能在计算机上动态显示大门运动情况。

图1 电动大门 2.1.2电动大门监控系统对象分析 1.电动大门的驱动装置

电动大门的运动由电动机驱动。电动大门功率一般要求不高，多采用单相异步电动机，主要技术参数如下：输入电压：～220V±10% 50Hz 电机功率：370W 电机转速：1400r/min 输出转速：46.6r/min 重量：18kg 启动电流：3A 2.电动大门的主电路

电动大门的开关门动作可通过电动机正、反转实现。3.电动大门对象分析被控对象—电动大门。

被控参数—开关门动作、报警灯闪烁。

控制目标—使电动大门能够接收开门、关门、停止等命令，并发出正、反转信号，大门动作后，还应能够检测是否已经全部打开或关闭，是否夹到人或物品，能够自动停止。

控制变量—共两个，分别控制正转继电器和反转继电器。2.1.3电动大门监控系统的方案制定 1．开环控制电动大门监控系统方案

开环方案若想使大门打开后停止，只能人工操作停止按钮，或者仿照机械手系统用定时器实现自动停止。

2．闭环控制电动大门监控系统方案

电动大门控制系统的闭环方案如图3所示。

图3 闭环控制的电动大门系统方框图

闭环控制系统需要安装3个传感器，检测门是否已全部打开、关闭，是否夹到人或物品。闭环控制在硬件结构上比开环开销略大，但可以实现到位后自动停止。3.本系统采纳方案：从人身安全、公共利益，提高自动化程度、降低劳动强度考虑，本系统选择闭环方案

2.2电动大门监控系统的软、硬件设备选型与电路设计 2.2.1命令输入设备选型

本系统命令输入设备只需要1个开门按钮、1个关门按钮、1个停止按钮。为安装方便，可选择带按钮盒的三联按钮。2.2.2传感器和变送器选型

大门极限位置检测用行程开关实现，行程开关安装在大门两侧，大门开关到位后碰到行程开关，触点动作。检测是否夹到人或物品的传感器叫安全触板，它安装在大门上。本系统应选择至少2个行程开关，1个安全触板开关。2.2.3执行器选型 1．中间继电器选型

本系统被控对象是单相异步电动机，电动机参数如下：输入电压：～220V±10% 50Hz ；电机功率：370W 电机转速：1400r/min ；输出转速：46.6r/min 重量：18kg ；启动电流：3A 为控制电动机正、反转,需要2个中间继电器，每个继电器至少带3个常开触点。可选择施耐德中间继电器。2．报警灯选型

系统还需要一个报警灯，可选择施耐德旋转反射信号灯，型号为 XVR-1M04，交流220V供电，发红光。2.2.4计算机选型

可选择研华PPC-125T平板电脑，该计算机将显示器与主机集成在一起，结构紧凑，使用时需外接键盘、鼠标。计算机提供了1个PCI扩展插槽、4个COM口、4个USB口、2个以太网接口等，供与外部设备进行连接。有关研华公司及其产品的情况可登陆http://www.daodoc.com/网站查询。2.2.5 I/O接口设备选型

1．电动大门系统的I/O点如表2.1，共有6个DI，3个DO。

2．选择电动大门系统的I/O设备

本系统可选择西门子S7-200 PLC系列的CPU222作I/O接口设备。2.2.6电动大门监控系统的方框图和电路接线图绘制（1）电动大门监控系统方框图如图4所示。

图4 采用CPU222作接口设备的电动大门系统方框图

（2）S7-200PLC CPU222与按钮、中间继电器、报警灯的连接如图5所示。

图5 RXM4AB2U7中间继电器与电容运行单相电动机的连接2.3电动大门监控系统软件的设计与调试 2.3.1工程的建立 2.3.2变量的定义 1．变量分配

根据表2.2，本系统至少有9个变量，如表2.3。

2．在MCGS中添加变量

图 9 监控画面

2.3.3画面的设计与编辑

1．建立画面 2．编辑画面

本系统画面设计可参考图9。（1）进入画面编辑环境。

（2）输入文字“电动大门监控系统”。（3）画地平线。（4）画墙体。

（5）画电动大门。

（6）画行程开关和安全触板开关。打开绘图工具箱中的图库，找不到合适样式（7）画轮子和报警灯（8）画按钮。

（9）画状态指示灯。

制作好的画面如图13所示。

图13 制作完成的电动大门画面 2.3.4 动画连接与调试 1．按钮的动画连接

2．按钮动画连接效果的调试 3．指示灯的动画连接

4．指示灯动画连接效果调试 5．左右箭头的动画连接

6．左右箭头的动画连接调试 7．行程开关的动画连接

8．行程开关的动画连接效果调试

2.3.5 电动大门监控系统的控制任务及PLC与IPC的分工

电动大门系统控制程序的作用是根据“开门按钮”、“关门按钮”、“停止按钮”、“开门限位开关”、“关门限位开关”、“安全触板”这六个输入信号的情况，控制“报警灯”、“开门继电器”、“关门继电器”的动作。正如本章开始所述，系统要求具有如下功能：

（1）门卫在警卫室通过操作开门按钮、关门按钮和停止按钮控制大门。

（2）当门卫按下开门按钮后，报警灯开始闪烁，5s后，开门继电器闭合，门开始打开，直到碰到开门限位开关（门完全打开）时，门停止运动，报警灯停止闪烁。（3）当门卫按下关门按钮时，报警灯开始闪烁，5s后，关门继电器闭合，门开始关闭，直到碰到关门限位开关（门完全关闭）时，门停止运动，报警灯停止闪烁。（4）在门运动过程中，任何时候只要门卫按下停止按钮，门马上停在当前位置，报警灯停闪。

（5）关门过程中，只要门夹住人或物品，门立即停止运动，以防止发生伤害。（6）能在计算机上动态显示大门运动情况。

由于I/O接口设备使用PLC，而PLC本身也可以实现上述定时控制，因此有两种方案：

方案一：用PLC实现上述控制，IPC只进行监视。这时PLC既是I/O接口，也是控制器。PLC和IPC一起构成了一个两级结构的DCS系统，PLC是系统中的下位机或称DDC计算机，负责控制任务；IPC是上位机或称监控计算机，负责监视和管理。

方案二：只用PLC进行I/O数据传递，IPC既进行监视也负责控制。我们用方案一实现电动大门控制。

2.3.6方案一程序的编辑、模拟仿真运行和调试

此时控制任务主要由PLC完成。IPC只负责从PLC采集数据，然后在显示器上显示出来。

1．编辑调试PLC程序

（1）定义PLC符号表，如图16（a）所示。

（2）编辑PLC程序。一个可以实现本控制功能的PLC程序如图16（b）所示。由于报警灯选用的是旋转闪光报警灯，自带振荡电路，PLC程序中只送高、低电平即可。（3）下载并调试PLC程序。

图16 电动大门系统方案—PLC程序和符号表 2．编辑调试MCGS程序

当大门运动时，希望在计算机显示器上看到大门运动的动画效果。仿照机械手系统，做如下工作：

（1）在MCGS变量表中增加一个变量“水平移动参数”，数值型，初始值=0。（2）在MCGS循环策略的脚本程序中增加两条语句：

IF 开门继电器=1 THEN 水平移动参数=水平移动参数+1 IF 关门继电器=1 THEN 水平移动参数=水平移动参数-1（3）进行动画效果设置。（4）进行动画效果调试。

2.3.7方案二程序的编辑、模拟仿真运行和调试

此时所有控制任务由IPC实现。由控制要求知，系统需要两个5s定时器，因此需要增加8个与定时器有关的变量，见表2.4。

1．添加一个定时器策略 2．对定时器进行调试 3.编制脚本程序略

2.4电动大门监控系统的软、硬件联调 2.4.1 方案一PLC程序的编辑与调试（1）编辑如图17所示控制程序。

（2）按表2.6进行程序在线调试，直到得到需要的结果。

图17 电动大门PLC控制程序

2.4.2 在MCGS中进行S7-200 PLC设备的连接与配置

连接过程包括添加设备、设置设备属性、调试设备三部分。2.4.3 软硬件联调

26学习项目3 用IPC和MCGS实现储液罐水位监控系统3.1 储液罐水位监控系统的方案设计 3.1.1 储液罐水位监控系统的控制要求

如图3.1所示为双储液罐对象。罐1中液体由泵输入，液体在其内按照工艺要求进行处理后送罐2，在罐2中进一步处理后送其他设备使用。对储液罐对象有如下控制要求：

（1）水位监测：能够实时检测罐

1、罐2中水位，并在计算机中进行动态显示。（2）水位控制：将水罐1水位H1控制在1～9m，水罐2水位H2控制在1～6m。（3）水位报警：当水位超出以上控制范围时报警。（4）当H2低于0.5m时采取必要保护措施。

（4）报表输出：生成水位参数的实时报表和历史报表，供显示和打印。（5）曲线显示：生成水位参数的实时趋势曲线和历史趋势曲线。

图3.1 储液罐对象组成3.1.2 储液罐水位监控系统对象分析

由于负荷用水量（罐2出水阀开度）随时可能变化，造成储液罐水位随之改变，应该采用闭环形式随时检测水位变化并实时调整进水量。此外，罐1水位H1控制范围1-9m，罐2水位H2控制范围1-6m，范围都很宽，控制品质要求较低，因此控制系统结构、控制算法都可以简单。H2不在规定范围时，说明罐2进水量与出水量不平衡，理论上调节进水量和出水量都可以达到控制H2的目的。但出水量主要受负荷需求控制，一般不应限制，只能最大限度满足。因此当H2过高或过低时，应该调整其进水量。

由于H2控制精度要求不高，可采用H2过低时接通进水阀；H2过高时断开进水阀的方法。

同样，H1不在规定范围时，说明罐1进水量与出水量不平衡，可以通过调节罐1进水量或出水量达到控制H1的目的。罐1出水量已用于控制罐2水位，只能选择改变罐1进水量的方法控制H1。

同样由于H1控制要求不高，可采用H1过低时接通水泵；H1过高时断开水泵的方法。

此算法控制器输出的控制信号只有0和1两个值，对应执行器只有通和断两个位置，被称为“位式控制”算法。当液位高于上限或低于下限时，控制器动作；当液位在上、下限之间时，控制器保持原来状态不变。在位式控制中，这种算法属于带有中间区的位式控制算法。当被控参数处于中间区时，控制器输出保持原有状态。从控制效果看，中间区往往是被控参数波动的范围，实际运行时，由于对象存在惯性，被控参数的波动范围可能略大于中间区。总结：

被控对象——储液罐1和2。

被控参数——罐1水位H1、罐2水位H2。

控制目标——使H1在1~9m范围；H2在1~6m范围。控制变量——罐1进水量和罐2进水量。控制算法——带中间区的位式控制算法。3.1.3 储液罐水位监控系统初方案制订

水位系统方框图如图3.4所示。水位H1和H2经检测后通过输入接口送计算机，计算机根据水位高低发出控制命令，控制命令通过输出接口作用到水泵、罐2进水阀上，实现对水位H1和H2的闭环控制。

图3.4 闭环控制的储液罐系统方框图

3.2 储液罐水位监控系统的软、硬件设备选型与电路设计 3.2.1 命令输入设备选型

本系统命令有：启动、停止、手动、自动。命令输入设备可使用外接按钮，也可直接利用键盘、鼠标，在计算机上输入。本系统采用第二种，直接在计算机上输入命令。

3.2.2 传感器和变送器选型这里选用DBYG型扩散硅压力变送器。3.2.3 执行器选型 1．水泵选型

2．进水阀与出水阀选型 3.2.4 计算机选型

可选择研华ARK-5280嵌入式工控机。3.2.5 I/O接口设备选型

1．储液罐系统I/O点基本情况

储液罐系统的I/O点如表3.2，共有2个AI，3个DO。