1组态技术简介
1.1 MCGS组态软件的概述
MCGS组态软件具有动画显示、流程控制、数据采集、设备控制与输出、工程报表、数据与曲线等强大功能，在自动控制中占据主力军的位置，已逐渐成为工业自动化的灵魂。
1.2 MCGS组态软件功能及特点分析
MCGS 全中文组态软件是用于工业过程控制和实时监测的通用计算机系统软件。其功能和特点可分析归纳如下:
( 1) 图形动画显示功能。MCGS 运行于Windows 环境下, 利用其提供的直观图形工具、可视化开发环境, 能够较方便地创建各种复杂的画面; 用简单的状态特征( 即属性) 参数设置、动画连接, 可做出较逼真直观的动态显示效果。
( 2) 实时数据库。它是整个系统的数据交换和处理中心, 可存储不同类型和名称的数据对象, 作为数据采集、处理、输出控制、动画连接及设备驱动的对象。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。
( 3) 内嵌脚本语言。MCGS 提供的内置编程语言称为脚本语言, 其编程语法类似于普通的Basic 语言, 但比其在概念和使用上更为简单直观。通过脚本语言可编写特定的流程控制和操作处理程序, 增强系统的灵活性。
( 4) 开放式的设备管理功能。MCGS 对设备的处理采用了开放式的结构, 使其成为“ 与设备无关”的系统; 利用其相应的设备构件并设置相关属性, 可以对多种硬件设备包括各种PLC进行驱动, 实现系统和工控设备的连接。因此, 基于MCGS 软件的上述功能和特点, 通过组态编程, 可以对控制系统进行实时图形显示监控、报警显示; 此外, 利用MCGS 的其它功能模块, 还能完成所需的报表输出、曲线显示、安全机制等各项功能。
( 5) 应用MCGS 组态软件实现PLC 工作状态监控的方法。基于MCGS 组态软件的PLC 监控系统的典型硬件结构如图1-1 所示, PLC 与上位机( 普通PC 机或工业IPC 机) 之间通过RS232 或RS485 串行线路连接进行通信。PLC 作为可靠性极高的下位机主要承担对工业现场设备的直接控制功能; 而上位机主要承担监控管理功能, 兼备部分控制功能, 如在必要时可脱开PLC 发出启动、停止等命令, 实现远程控制。
上位机 通信连接 ?? 现场通信 PLC PLC 传感器 执行原件 图1-1 PLC 监控系统的典型硬件结构
软件方面, 上位机中既装有与PLC 配套的编程软件, 又装有MCGS 组态软件。利用MCGS 提供的工具, 一般经过以下步骤实现PLC 工作状态的计算机图形监控功能:
( 1) 绘制动画图形。用MCGS 组态软件中提供的基本图形元素及动画构件库, 可在用户窗口内“ 组合”成控制现场中的各种主要元件的画面图形, 例如泵、控制阀、液压缸、行程开关、运动部件等。绘制的现场元件动画图形应在形状、相对位置等方面与控制系统的实际情况相对应。
( 2) 定义数据对象。在对实际现场工程进行简化和抽象处理的基础上, 将代表现场工程特征的各物理量, 作为数据对象加以定义, 如行程开关通断、电磁阀得失电、活塞杆位置、压力大小等都可定义为数据对象。各数据对象具有自身的数值类型、属性及其操作方法, 由各数据对象组成实时数据库。
( 3) 进行动画连接。即设置图形的颜色、大小、位置移动、可见度、闪烁效果等动画属性, 将图形对象与实时数据库中定义的数据对象建立对应连接关系, 用数据对象值的变化来驱动图形对象, 使系统在运行过程中, 产生形象逼真的动画效果, 以直观描述外界现场控制对象的状态变化, 特别是直观显示故障环节。
( 4) 编写控制流程。对于比较复杂的工程控制系统, 仅用常规组态方法可能难以实现相应的控制和计算任务, 这就需要采用MCGS 提供的类似Basic 的内置编程语言, 编制各种特定的流程控制程序和操作处理程序, 从而有助于优化控制过程。
( 5) 与外部PLC 设备的联接调试。根据控制系统所采用的PLC 类型和特征, 首先设置相关的设备属性; 再设定和配置PLC 设备的输入输出通道与系统中数据对象之间的对应关系, 即建立系统实时数据库与PLC 输入输出端口的连接, 使得系统能读取外部设备数据并控制外部设备的工作状态; 最后对整个控制系
统进行调试, 检查组态设置和编程是否正确、硬件是否正常、计算机图形动画显示是否与现场实际动作同步等。
在完成整个工程的组态编程并测试现场工程各部分的工作情况后, 即可实现工程现场PLC 及被控对象工作状态的计算机图形实时监控功能, 此时上位机图形监控界面中的仿真工作流程与现场的实际生产动作同步。当现场发生故障或出现异常情况时, 上位机监控界面中对应的图形元件会同时以醒目颜色、闪烁效果等方式形象直观地显示出故障环节, 并发出音响报警; 这有助于工作人员及时排查故障处理或进行必要的远程控制干预, 从而保证整个PLC 控制系统安全可靠的运行。
1.3 MCGS组态软件的构成
MCGS组态软件由“MCGS组态环境”和“MCGS运行环境”两个系统组成。两部分互相独立，又紧密相关。如图1-2： （1）系统构成
图1－2 MCGS系统构成
（2）工程构成
MCGS组态软件所建立的工程由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略五部分构成，每一部分分别进行组态操作，完成不同的工作，具有不同的特性。如图1-3：
图1-3 MCGS工控组态
2 设计目的要求及任务
2.1 设计目的
毕业设计的主要目的是通过某一生产设备的电气控制装置的设计实践，了解一般电气控制系统设计过程、设计要求、应完成的工作内容和具体设计方法。通过设计也有助于复习、巩固以往所学的知识，达到灵活应有的目的。电气设计必须满足生产设备和生产工艺的要求，因此，设计之前必须了解设备的用途、结构、操作要求和工艺过程，在此过程中培养从事设计工作的整体观念。毕业设计应强调能力培养为主，在独立完成设计任务的同时，还要注意其他几方面能了的培养与提高，如独立工作能力与创造力；综合运用专业及基础知识的能力，解决实际工程技术问题的能力；查阅图书资料、产品手册和各种工具书的能力；工程绘图的能力；书写及时报告和编制技术资料的能力。
2.2 设计要求
1、利用组态MCGS软件监控PLC实现对工件的自动加工控制； 2、用PLC进行控制； 3、PLC控制器的使用方法；
2.3 设计任务
1、认真研究PLC的软件、硬件及使用方法，仔细研究加工工作原理与过程，制定控制方案；
2、绘制顺序功能图；
3、根据所给出的程序清单（语句表）编制出梯形图； 4、根据控制工艺及要求做好组态动画；
5、相关元器件的计算与选型，制定元器件明细表与I/O分配表； 6、编写设计说明书；
2.4 系统设备构成
1、可编程控制器一个（S7200-224）； 2、工件的自动加工控制板一块； 3、编程软件STEP7-Micro/WIN32； 4、组态MCGS软件； 5、PC/PPI电缆一根；
2.5 设计顺序功能图原理
顺序功能图是一种位于其他编程语言之上的图形语言，用来编制顺序控制
程序，顺序功能图提供了一种组织程序的图形方法，在其中可以用其他语言嵌套编程，步、转换和动作是顺序功能图中三种主要的元件（见图2-1）。顺序功能图用来描述开关量控制系统的功能，根据他可以很容易的画出控制程序梯形图。
步1 转换1
步2 转换2
图2-1
动作1 动作2
1、手工将工件放好，延时30s作为时间间隔，此时汽缸Y1带动的钻臂向下运动，同时电机M1带动的钻头开始旋转。当钻头接近工件的表面（B1=1）时,延时5s（钻臂继续向下钻孔）后，钻比返回。钻臂在B1处出现下降沿时，钻头停止。
2、铰孔加工：加工台在左边时，压上限位开关S5，延时10s，此时汽缸Y2带动的绞臂向下运动，同时电机M2带动的铰刀开始旋转。当铰臂接近工件的表面（B2=1）时，延时5s（铰臂继续向下绞孔）后，铰臂返回。铰臂在B2处出现下降沿时，铰刀停止。
3、小车传送：当钻臂在B1处或铰臂在B2处出现下降沿时，送料下车开始左、右行，压上期限为开关后停止。
4、其他：初次加工时，应按复位按钮S3将送料小车移到右位，该加工应具有记忆功能，按下急停按钮S0或各个电机过载时，加工停止，并产生不同周期的报警信号。
2.6 加工工艺及控制过程
工作方式：单周期、连续循环、手动控制 输入设备：按钮、开关 输出设备：指示灯、电机转动 控制过程动作程序：
1、处在初始位置，且在右限位，此时S4=1；
2、在右限位S4时，按下启动按钮S2钻头电机（M1）和钻头开始旋转并向下运动；
3、定时30s到达工件表面时，工件表面传感器（B1=1）动作，且钻头继续