二○○八届学生毕业论文（设计） 存档编号： 毕业论文(设计)
论文题目基于P L C和M C G S的大米加工
自动化控制系统
（英 文）System of Automatic Control for Rice
Processing Based on PLC and MCGS
学院物理与信息工程学院
专业
姓 名
学号
指导教师
年 月 日
基于PLC和MCGS的大米加工自动化控制系统
学生：
指导老师：
摘要
PLC即可编程逻辑控制器，是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术而发展起来的一种新型工业控制装置。PLC的硬件以及软件都特别适合应用于工业环境，还能连续监控输入设备的状态，并根据用户程序做出决定来控制输出设备的状态。MCGS即监视与控制通用系统，拥有庞大的标准图形库、完备的绘图工具集以及丰富的多媒体支持，用户能够迅速地开发出集图像、声音、动画等于一体的漂亮、生动的工程画面。本文欧姆龙PLC作为下位机安装在现场大米加工自动化控制模拟屏中，PC机组态画面作为上位机放在办公室实施远程监控，建立实时数据库，进行串口通讯，实现了大米加工生产线的全自动/手动控制。
关键词
PLC；组态；MCGS
Abstract
PLC can be programmable logic controller, a microprocessor-based, integrated computer technology, automatic control technology and communications technology to develop a new type of industrial control devices. Both the hardware and the software of PLC are not only particularly suitable for industrial environments, but also for monitoring the status of input devices, and make a decision based on users’procedures to control the output device state. MCGS that is Monitor and Control Generated System, has a huge standard graphics library, complete set of drawing tools and rich multimedia support, users can quickly develop a beautiful and vivid project picture integrated images、sound and animation. In this paper Omron PLC as the following installed on the spot of rice processing automation control simulation screen, the configuration picture on the PC screen as the senior can be carried out remote monitoring, established real-time database and serial communications, it makes the rice processing realize automatic/ manual control in the whole production line.
Key words
PLC；Configuration；MCGS
目 录
第1章 绪论………………………
第2章 可编程控制器………………………
2.1 可编程控制器的工作原理和特点……………
2.1.1 可编程控制器的工作原理……………
2.1.2 可编程控制器的特点……………
2.2工艺流程简介
2.3 PLC硬件选型
2.4 PLC软件编程
第3章 组态软件………………………………
3.1 MCGS组态软件简介……
3.1.1 MCGS组态软件的功能
3.2.1 MCGS组态软件的特点…………………
3.2 模拟屏界面制作
3.2.1 用户窗口工具按钮简介……………………
3.2.2 系统封面制作流程
3.2.3 稻谷整理、砻谷系统制作流程
第4章 控制功能及现场调试
4.1 功能介绍
4.2 现场调试
第5章 结束语…
总结致谢……………………………………
参考文献……………………………………
附 录……………………
第1章绪论
自动控制技术在工业、农业、国防和科学技术现代化中起着十分重要的作用，自动控制水平的高低也是衡量一个国家科学技术先进与否的重要标志之一。随着国民经济和国防建设的发展，自动控制技术的应用日益广泛，其重要作用也越来越显著。而生产过程自动控制是自动控制技术在石油、化工、电力、冶金、机械、轻工、纺织等生产过程的具体应用，是自动化技术的重要组成部分。
在我国工业自动化的规模远不如一些工业化国家发达。那么我国的工业自动化软件的开发工作也相应地落后。我国工业控制自动化的发展道路，大多是在引进成套设备的同时进行消化吸收，然后进行二次开发和应用。目前我国工业控制自动化技术、产业和应用都有了很大的发展，我国工业计算机系统行业已经形成。
PLC于20世纪60年代末期在美国首先出现，目的是用来取代继电器，执行逻辑、计时、计数等顺序控制功能，建立柔性程序控制系统。1976年正式命名，并给予定义：PLC（Programmable logic Controller）是一种数字控制专用电子计算机，它使用了可编程序存储器储存指令，执行诸如逻辑、顺序、计时、计数与演算等功能，并通过模拟和数字输入、输出等组件，控制各种机械或工作程序。经过30多年的发展，PLC已十分成熟与完善，并具有强大的运算、处理和数据传输功能。并定义为可编程控制器（Programmable Controller PLC）。PLC在FCS 系统中的地位似乎已被确定并无多少争论。参见图3：IEC推荐的现场总线控制系统体系结构。PLC作为一个站挂在高速总线上。充分发挥PLC在处理开关量方面的优势。另外，电厂辅助车间，例如水处理车间、循环水车间、除灰除渣车间、输煤车间等，这些车间的工艺过程多以顺序控制为主。PLC对于顺序控制有其独特的优势。
随着工业自动化水平的迅速提高，计算机在工业领域的广泛应用，人们对工业自动化的要求越来越高，种类繁多的控制设备和过程监控装置在工业领域的应用，使得传统的工业控制软件已无法满足用户的各种需求。在开发传统的工业控制软件时，一旦工业被控对象有变动，就必须修改其控制系统的源程序，导致开发周期延长；已开发成功的工控软件又因控制项目的不同而重复使用率很低，导致其价格非常昂贵；在修改工控软件的源程序时，倘若原编程人员因工作变动而
离去时，则必须由其他人员或新手进行源程序的修改，因而更是相当困难。工业
自动化组态软件的出现为解决上述实际工程问题提供了一种崭新的方法，因为它能够很好地解决传统工业控制软件存在的种种问题，使用户能根据自己的控制对象和控制目的任意组态，完成最终的自动化控制工程。
计算机和网络技术的飞速发展，引起了自动化控制系统结构的变革，一种世界上最新型的控制系统即现场总线控制系统（Fieldbus Control System，FCS）在上世纪九十年代走向实用化，并正以迅猛的势头快速发展。现场总线控制系统是目前自动化技术中的一个热点，正越来越受到国内外自动化设备制造商与用户的关注。现场总线控制系统的出现，将给自动化领域在过程控制系统上带来又一次革命，其深度和广度将超过历史的任何一次，从而开创自动化的新纪元。
第2章可编程控制器
2.1可编程控制器的工作原理和特点
2.1.1可编程控制器的工作原理
可编程控制器简称PLC，它是一种工业控制计算机，其核心就是一台计算机。但由于有接口器及监控软件的包围，因此，其外型不象计算机，操作使用方法，编程语言甚至工作原理都与计算机有所不同。另一方面。作为继电控制盘的替代物，由于其核心为计算机芯片，因此与继电器控制逻辑的工作原理也有很大区别。其工作过程如下：
(1)输入处理
程序执行前，可编程控制器的全部输入端的通/断状态输入映像寄存器。
(2)程序处理
对应用户程序存储器所存的指令，从输入映像寄存器和其他软元件的通/断状态读出，从0步开始顺序运算。每次结果都写入有关的映像寄存器，因此，各软元件的映像寄存器的内容随着程序的执行在不断的变化。
(3)输出处理
全部指令执行完毕，将输出Y的映像寄存器的通/断状态向输出锁存寄存器传送，成为可编程控制器的实际输出。
2.1.2可编程控制器的特点
随着电子技术的发展, 可编程控制器由原来简单的逻辑量控制, 逐步具备
了计算机控制系统的功能, 在现代工业控制中应用非常广泛, 同时PLC 还具有抗干扰性强、可靠性强、体积小、编程方便、修改容易、网络功能强大等显著优点, 它可以与计算机一起组成功能完备的控制系统。其主要特点如下：
(1)可靠性高，抗干扰能力强
高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。
(2)配套齐全，功能完善，适用性强
PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。
(3)易学易用，深受工程技术人员欢迎
PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。
(4)系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造。
PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。
(5)体积小，重量轻。
能耗低以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小
于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备.
2.2工艺流程简介
空气压缩机启动后，关风器M4、M5、M6和罗茨鼓风机M2启动，稻谷进入1#仓，料位器HL71监视仓内稻谷高度，到一定高度后，闸门W100打开，由皮带机M27传送到提升机M26,经M26提升后，送入初清筛M25,接着经过提升机M24，再到振动筛M23，经提升机M22后进入2#仓，再经去石机M21,又经提升机M20，进入3#仓，到一定高度后，闸门W102打开,经过流量称L160，再被M19提升后进入4#仓，然后进入砻谷机M17中砻谷；砻出的糙米一部分经提升机M16后再进入5#仓、砻谷机M18再砻一次，几次回砻后，一部分砻好的糙米在经过糙碎筛M14，在经过M13、M12提升后进入6#仓，再经谷糙筛M11；谷在M14和M11中循环加工，出来的大米经过提升机M11进入7#仓，再依次经过4个米机M46、M45、M44、M43后，经白米筛M38出来的白米经过13#仓、14#仓、15#仓后，再到色选机M61、M60，经色选出来的大米再被M59提升后，进入白米筛M58，经过M57,再经过17、18、19、20#仓，出来的精米最后经四个包装机L166、L167、L168和L169打包。
工艺流程图如图2-1。
原始工艺流程图见附录1。
图2-1 工艺流程图
2.3PLC硬件选型
CP1H系列PLC是欧姆龙公司于2005年推出的新型PLC。它是一款集众多功
能于一身的整体行PLC。CPU单元为系统的核心，其主机上配备了2个七段数码
管、外部USB端口、模拟电位器、外部模拟设定输入、电池、存储盒等。I/O单元提供了现场输入/输出设备与CPU的接口电路。另外，CPU单元上还提供了RS-232端口和RS-422A/485端口2个，可根据需要配置RS-232选件板或RS-422A/485选件板。
CP1H型PLC属于小型PLC,使用USB端口与上位机通信，采用梯形图图配功能块文本语言编程，多任务的编程模式，处理速度快，体积小，适用范围广。
CP1H CPU单元上最多可以扩展7个CPM1A系列的扩展I/O单元或扩展单元。CP1H CPU 单元将按照连接顺序给扩展单元分配输入输出通道号。输入通道号从1通道开始，输出通道号从101通道开始，分配通道如图2-2。
CP1H CPU单元
CPM1A系列扩展I/O单元输入输出40点型
图2-2 CP1H扩展通道号分配
综合考虑加工生产线输入输出容量，采用一个CP1H CPU和四个CPM1A系列扩展单元。
2.4PLC软件编程
CX-Programmer 是欧姆龙公司开发的、适用于C系列PLC
它在Windows 系统下运行，可实现梯形图的编程、监视和控制，尤其擅长于大
型程序的编写。
福娃大米加工生产线有三个小系统，流程图见附录2。
先把附录1流程图上的延时时间一一标明序号，如T1,T2,T3等；然后大致估计要用的辅助继电器的个数，在PLC中一一分配地址，I/O分配表见附录3。
梯形图编程时一般采用“启-保-停”电路即：
源程序见附录4。
第3章组态软件
3.1MCGS组态软件简介
3.1.1MCGS组态软件的功能
MCGS即"监视与控制通用系统"，英文全称为
System。MCGS
有功能完善、操作简便、可视性好、可维护性强的突出特点。
MCGS工控组态软件的功能和特点可归纳如下：
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、高度专业化的上位机监控系统。功能齐全，便于方案设计。MCGS 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，即可生成用户应用软件系统。
建立实时数据库，便于用户分步组态，保证系统安全可靠运行。MCGS组态软件由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略五部分构成。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性构件的公用数据区。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。
设立“设备工具箱”，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或改动，不影响其它构件和整个系统的结构，从这一意义上讲，MCGS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。
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。以图象、图符、数据、曲线等多种形式，为操作员及时提供系统运行中的的状态、品质及异常报警等有关信息。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，MCGS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。
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。MCGS开辟了“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支的应用程序，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，控制窗口的打开或关闭，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。设立“对象元件库”，解决了组态结果的积累和重新利用问题。所谓对象元件库，实际上是分类存储各种组态对象的图库。组态时，可把制作完好的对象（包括图形对象，窗口对象，策略对象，以至位图文件等等）以元件的形式存入图库中，也可把元件库中的各种对象取出，直接为当前的工程所用。随着工作的积累，对象元件库将日益扩大和丰富，组态工作将会变得越来越简单方便。
MCGS系统由五大功能部件组成，主要的功能部件以构件的形式来构造。不同的构件有着不同的功能，且各自独立。三种基本类型的构件（设备构件、动画构件、策略构件）完成了MCGS系统三大部分（设备驱动、动画显示和流程控制）的所有工作。用户也可以根据需要，定制特定类型构件，使MCGS系统的功能得到扩充。这种充分利用“面向对象”的技术，大大提高了系统的可维护性和可扩充性。MCGS中数据的存储不再使用普通的文件，而是用数据库来管理一切。组态时，系统生成的组态结果是一个数据库；运行时，数据对象、报警信息的存储也是一个数据库。利用数据库来保存数据和处理数据，提高了系统的可靠性和运行效率，同时，也使其它应用软件系统能直接处理数据库中的存盘数据。
3.1.2MCGS组态软件的特点
国内外同类产品相比，MCGS通用组态软件具有以下特点：
全中文、可视化、面向窗口的组态开发界面，真正的32位程序，支持多任务、多线程，可运行于Microsoft Windows95/98/Me/NT/2000等多种操作系统；庞大的标准图形库、完备的绘图工具集以及丰富的多媒体支持，能够快速地开发出集图像、声音、动画等于一体的漂亮、生动的工程画面；全新的ActiveX动画构件，包括存盘数据处理、条件曲线、计划曲线、相对曲线、通用棒图等；支持目前绝大多数硬件设备，同时可以方便地定制各种设备驱动；此外，独特的组态环境调
易学的类Basic脚本语言与丰富的MCGS策略构件，
流程控制系统；强大的数据处理功能，能够对工业现场产生的数据以各种方式进行统计处理，使管理人员能够在第一时间获得有关现场情况的第一手数据；方便的报警设置、丰富的报警类型、报警存贮与应答、实时打印报警报表以及灵活的报警处理函数；提供了一套完善的安全机制，用户能够自由设定菜单、按钮及退出系统的操作权限；此外，MCGS还提供了工程密码、锁定软件狗、工程运行期限等功能，以保护组态开发者的成果；强大的网络功能，完善的网络体系结构，可以支持最新流行的各种通讯方式，包括电话通讯网，宽带通讯网，ISDN通讯网，GPRS通讯网和无线通讯网等等。良好的可扩充性，可通过OPC、DDE、ODBC、ActiveX 等机制，方便地扩展软件功能，并与其他组态软件、MIS系统或自行开发的软件连接。
3.2模拟屏界面制作
3.2.1用户窗口工具按钮简介
3.2.2系统封面制作
“窗口0”，选择“属性”,如图3-1。
图3-1
单击“基本属性”，按照下图分别修改“窗口名称”、“窗口背景”，并选中“窗口位置”中的“最大化显示”和“窗口边界”中的“可变边”，如图3-2。
图3-2
单击“扩充属性”，按图中修改“窗口高度”和“窗口宽度”，然后“确认”，如图3-3。
图3-3
(2)双击“系统封面”，单击第二栏“工具箱”；单击其中的“位图”，然后在空白处画个矩形框；右键单击上面的彩图，选中“装载位图”，如图3-4。
图3-4
在文件名称中选择图片“雪松”，单击打开，然后确认，如图
具箱”中A(标签)，在空白处画一个矩形框，输入汉字“福娃集团”，再修改字体和颜色：填充色—无色；线色—无色；字符和字体由自己选，如图3-6。
图3-5(上)，3-6(下)
3.2.3稻谷整理、砻谷系统制作流程
(1)新建一个窗口，命名为“稻谷进仓系统”，并设置好窗口属性。
(2)单击“工具箱”中“插入元件”，里面有大量的标准的专业图片，选择“泵”—泵31，确定；再选择“存储罐”—“罐65”，确定,如图3-7。
图3-7
(3)选中元件，右单击“排列”—“旋转”中四个菜单改变元件的位置如图3-8。分别选中”工具箱”中“矩形”和“椭圆”，绘图，如图3-9。
(4)单击“工具箱”中“流动快”，然后在空白处画一条直线，单击右键确定。双击已画好“流动快”，进行“可见度”和“基本属性”属性设置即可。按照上面的方法分别画出另外两个系统界面，如图3-10。
(5)建立实时数据库。单击“实时数据库”—“新增对象”，双击左边新增对象（系统自带有四个数据对象），按下图修改“对象名称”和“对象类型”，确定即可,如图3-11。然后依次添加数据对象，如图3-12。
(6)动画连接设置。双击“流动快”（M26对应），单击“动画连接”，修改“基本属性”和“可见度属性”，如图3-13；按钮M26
这里不再赘述。
图3-8
图3-9
图3-11(上)，3-12（下）