首页-傲世皇朝-「有保障,更省心」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 毕业论文 毕业论文 PAGE PAGE # 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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(Programmable logic Controller)。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： 开关量的逻辑控制； 模拟量控制； 运动控制； 过程控制； 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 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。 变频器的接线）电源连接 电源接线）电动机连接 电动机连接端子为U V W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。 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） 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。 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） 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OHZ。 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FX2no 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。 —、I/O分配表： 元件名 地址 号 含义 元件名 地址号 含义 SBO X0 系统上电 按钮 KM1 Y0 正转开 门 SB1 XI 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： 3 3 0 4 7 17 20 21 25 26 27 31 32 34 36 39 40 42 45 46 51 54 J ] J J J J J J J J J J J J J .STL S14 .STL S14 X005 RST YOOO - YOOO 14- Y003 M- SET Y001 ( Y002 SET S15 SET S17 60 61 68 71 77 78 79 82 83 85 88 89 90 93 94 STL S16 RST Y001 TOC \o 1-5 \h \z S11 ) STL S15 Y003 ) ) STL S17 _ RST Y001 511 RET END 毕业论文 毕业论文 PAGE PAGE # I/O的外部接线: [ r sbi E?) E? E ■- SQ1 SQ2] SQ3 ] SQ4 [ K1 ~[ K2~ 、、oX oX L N ( ；OM1 X0 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X10 FX2N-48MR COM /I1 Y 0 Y1 Y2 Y 3 CO M2 Y 4 FU1KM4t t V V T FU1 KM4 SD STF STR RH RL N ~220 ?丈L PLC外部接线图 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MCG组态的仿真和监控 MCG组态软件（以下简称 MCG）由“ MCGS!态环境”和“ MCG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 MCGSI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!行环境一起，构成了用户应用系统，统称为“工程”。 MCGS!行环境是用户应用系统的运行环境，由可执行程序 McgsRu n.exe 支持，其存放于MCGSI录的Program子目录中。在运行环境中完成对工程的 控制工作。 MCGS（Monitor and Control Generated System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 Microsoft Windows 95/98/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MCG组态软件的功能和特点 MCGS勺全名为“监视与控制通用系统”，是英文拼写单词字头的缩写 (Mo nitor and Con trol Gen erated System )。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、MCG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。MCG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。MCG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。MCG是线位系统，可同时运行于Microsoft Windows95,98和Microsoft Windows NT 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，MCG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勺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，MCG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。女口：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。 & 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。 MCGSf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: 门内 光电 幵关 开门 到穆 开门 到也 开门 减速 开门 减谨 羌门 羌门 减谨 减速 却 Ji? rj rj 门外 光电 开关 门外 光电 开关 □ D 关门口 □ 关门口 □ 第三节定义实时数据库 1、点击实时数据库按钮 nr朝m ,出现如下图: r scsrPrtzj ma it 豪■爼)m 工旦口逻：■ ih) r sc 口 i* 53 I I lOtalif _. A %A住Rf r?wn￡T迄荷 r?wn ￡T迄荷8ft哗 SA li^pia?E~ITIm SA li^pia?E~ITIm 右 应兮 InipijlLJ p]q：!,,1 SSlnpulU-arrZ 对#OE性 2、建立所有使用到的对象，点击新增对象按钮 2、建立所有使用到的对象，点击新增对象按钮 卿对土，出现下图所示: 4 玄峠心 釘也诵)S W .T? ?A. I HJRcc) ?ao4 罄Mq0 OB?M 丄 X CfeU 0]U= JnJ ]=：== Jm MWsrt*.JA4I 惱 MWsrt*. JA4I 惱 bu 姑本届性存盘属性握警屈性 fefi InpulJETlEiRc fBlnpu1^ 1 Imc Irnp^iirHPicflrl 3、双击I山⑹，设计新增对象属性，首先设计系统上电按钮，按照下图设计: 散JS对象JK性谏包 I灭I 氏开关 「数値 -字持 -爭件 厂组对覆 对掠内容注釋 原蔬上电按就 检查凹 确：(Y) 取烈 刪 ?P6tT[fcU 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 4.点击 不可见”，如: ，选择“ SB0,并写“ SBO=”当表达示非零时选“对应图符 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、点击设备窗口总设备窗口，再双击设备窗口孵亜后点击工具箱按钮型, 出现下图： 2、双击通用串口父设备 5训串帖紅 ⑹巾串心￡站备］，再点击设备管理 出现下图: 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 出现下图:5、双击设备窗口中 汕也串◎命〕両用串lip站紀， 出现下图: 点击基本属性按钮 匚—y ,出现下图: 通用串口设备薦性编辑 设备属性名 设备属性值 设备名称 通用串口父设备U 设备注释 通用串口父设备 初始工作状态 1 ■启动 最小采集周期(ms] 1000 串口端口号(1~255) 1 - COM2 通讯波特率 6-9600 数据位建数 1 -Bfi 停止位位数 0-1位 数摇校验方式 0 -无校验 数据采集方式 0-同步采集 ，+?????? 葛本厲性 电话谨接 檢杳(KJ 确认(X) 取消国 帮助凹 6、双击「帖汕厂外厂㈢，出现下图: 点击n 一…— 点击n 一…—一，再点击按钮 樹，出现下图: 7、 选中所有的通道后点击二^二，点击确认 8、 点击增加通道I,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 XI、通道X2、通道X3通道X4、通道X5和通道 X6,通道X7和通道X10b 10、 下面设置通道Y0,通道Y1,通道Y2,通道Y3,通道Y4：点击增加通道I， 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、通道丫3、通 道Y4和通道Y0。 11、点击设备属性设置中的通道逹接，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”、 等。 “正转开门”、“反转关门”、“高速”、“低速”和“变频器电源”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 1?点击右键 国 自动门控 制系址 第六节工程测试 出现下图: 蟲工作台：自动门控制杀统.MCG* 口回区 主控宙口 g谡备宙口 蚩用户盲口宦3实吋数虧阵 釣 运行策咯 动画组态新建窗口 动画组态 新建窗口 雷口属性I ?大图标逅) 方图标⑹ 列養显示(L) 详细资料(E) 排列图标Q) ? */工具条(T) Ctrl+T 狀态条⑸ 属性CE)… AlT+Enter 删除①) Del 2?点击“设置为启动窗口 属性(E)?… Alt+Enter 删除(D) Del 将所做的工程保存后点击 討，出现如下的对话框: 系统 区 井口上没有软件狗，只能运疔铀分钟! 点击确认即进入了 MCG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卩可显示动画效果，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。 结束语 毕业设计即将结束，在这次结束之时回忆这段时间，我收获良多。 在做毕业设计之前，我对 MCG软件不太了解，而对于 PLC虽然学过，但 是掌握不太好。通过自己的努力学习，不断地探索尝试及在吴老师的帮助下， 终于成功完成了本次设计。在设计过程中完成了资料查找、方案确定、调试 和论文的撰写。设计中根据课题要求，完成并实现了利用 PLC控制自动门的 运行，用开发的MCGS：控组态工程系统来监视、模拟运行状态，达到了预期 的设计要求。 通过学习设计，我深深体会到PLC的重要性。很多先进国家在电梯控制中 相继采用了 PLC控制，可以将传统的继电器控制逻辑变为 PLC的程序控制逻 辑，PLC的内部继电器可代替所有用于逻辑控制的中间继电器， 从而具有优越 的稳定性及柔性。本次设计还采用了 MCG工控工程技术、计算机技术、脚本 程序编制技术等许多方面的科学知识。让自动门系统在使用上更加方便（远 程监视控制），更可靠，并且可随时更改、修葺完善。通过对 MCGS勺应用， 使自动门控制系统更加直观、安全、方便，该技术的推广将在我国工业、交 通发展中有着重要的意义。 可编程序控制器是以微处理器为核心， 综合了计算机技术、自动控制技术 而发展起来的一种新型通用的自动控制装置。它具有结构简单，性能优越， 可靠性高，灵活通用，编程语言简洁、直观，具有较强的可移植性，使用方 便。近年来在工业自动控制、机电一体化、改造传统产业等方面得到了广泛 的应用。 经过这次毕业设计，不仅巩固了自己的专业知识，学到并掌握设计包括可 编程控制系统与MCG工控组态系统的设计思路和分析方法，通过理论与实际 相结合，从设计到调试，得到了指导老师的精心指导和支持，克服了各种困 难。提高了自己的动脑、动手能力和专业技术水平。培养了吃苦和协作精神， 为我今后工作打下了良好的基础。 这次毕业设计是对自己知识的考验和再教育， 使理论和实践相结合的勇敢 尝试！通过这次毕业设计我学到了很多东西 。 致谢词 在毕业设计这段时间中，遇到了很多困难。不过在老师指导下，终于圆满 完成了此次毕业设计。在设计过程中特别要感谢指导老师孜孜不倦的指导和 对我的疑难问题不厌其烦的解答和帮助。吴老师在设计的初期就方案的设计 思想进行指导，在查阅参考资料方面给我提供了很大方便，在设计过程中出 现的问题时及时给予我明确方向，使我在设计中避免了许多不必要的人力、 物力上的浪费，使我将精力完全的投入到设计中去。在关键的问题上，他总 是带领我一起探讨解决的方案，给我提出启发性的建议，鼓励我战胜困难， 找到答案。从而使我在这次的设计中得到锻炼，增强了我的自主学习和动手 能力，为今后在工作中奠定了良好的基础传统产业等方面得到了广泛的应用。 参考文献 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， 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； 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； 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 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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