基于监控组态软件的教学仿真实验毕业设计论文.doc

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1、目 录1.1课题研究的目的和意义2第1章 PLC及组态软件的介绍51.1 PLC的介绍51.1.1 PLC的一般结构52.1.2 PLC的特点61.2 组态软件的介绍71.2.1 组态软件的设计思想72.2.2组态软件的特点81.3 本章总结9第2章 PLC与组态软件的选型及通信102.1 欧姆龙PLC的介绍102.2 力控ForceControlV6.1的介绍122.3 PLC与力控组态软件的通信132.4 本章小结15本章主要对论文中应用到的软件进行了详细的介绍。具体有对欧姆龙PLC的CPM1A系列、CQM1H系列、CPM2A系列从结构和特点上进行介绍，还有对力控ForceControlV

2、6.1进行了详细的介绍，另外还主要说明了欧姆龙PLC与力控ForceControlV6.1是如何进行通讯连接的。这些都是与本论文以后的实际操作内容有关的知识。对进一步了解监控组态软件的仿真有很大的帮助。15第4章 基于监控组态软件的教学仿真实验164.1 引言164.2 组态软件工程的建立164.3 抢答器系统的设计184.4 交通灯系统的设计244.5 运输车系统设计304.6 机械手系统的设计374.7 自动洗衣机系统的设计434.8 本章总结49参考文献50绪论1.1课题研究的目的和意义随着科学技术的飞速发展，大规模集成电路及微处理技术的广泛应用，在工业自动化进程中，可编程控制器(Pro

3、grammable Logic Contr01ler)简称PLC得迅速普及，由此PLC作为一种通用的工业自动化装置，由于其操作简便，易于掌握使用，技术性能稳定，运行可靠，在工业自动化领域中占有极其重要的地位。PLC是从早期的继电器逻辑控制系统发展而来的，经过20多年的发展，已成为美国等工业发达国家的重要产业，在我国已经广泛应用于机械制造、轻工、汽车及文化等各种行业。当前，PLC在国际市场上已成为最受欢迎的工业控制畅销品，用PLC设计自动控制系统也已成为世界潮流。在PLC课程的教学中，传统方式以教师为中心，这有利于发挥教师的主导作用，也有利于科学知识的系统传授。PLC专业课程的传统教学模式培养了

4、大批基础扎实、具有一定实践能力的学生，但传统的PLC课程的教学一直存在以下几个问题：(1)硬件软件支持及更新不够，PLC的产品和其他电子产品一样，具有种类较多，发展较快的特点，因此，常常造成教材内容和学校教学专用设备脱节，内容滞后产品技术发展的现状；(2)企业的需要和学校教学的矛盾，企业需要的是能够解决实际问题的PLC专业技术人才，而学校实践教学的观念陈旧，缺乏对企业工业自动化PLC控制实际需要的了解，实践教学的针对性不强，所培养出的学生不能满足企业的需要；(3)该门综合课程，其控制包括机、电、液、气的控制，但目前该课程授课多数还存在缺少设备、教学模式单一，不能体现课程综合的特点。一般的高校现

5、有的条件和设备难以满足实验课程及实际操作的需要。可编程序控制器原理及其应用课程是一门实用性、工程性和综合性很强的专业课，与工程实际联系紧密，必须压缩理论教学课时，增加实验课时，强化实践性教学环节。应当通过实验、生产实习和课程设计等实践性教学环节，增强学生的综合运用能力，倡导创造性思维。在PLC的实习教学中，要完成很多典型的编程训练，针对这一情况，如果仅仅以可编程序控制器来进行实验教学，而没有控制对象，学生用编程器对可编程序控制器进行编程之后，通过观察输出口的状态来确定程序的运行情况。在这类教学方式中学生往往只能进行验证性实验，没有条件进行外围设备的连接和控制。另一种方式是直接购买教学设备厂商开

6、发出了一些仿真软件，但这些仿真软件往往是随成套设备“赠送”的，价格昂贵。这种解决方案优点是学校方面比较省事，但是缺点也很明显，价格昂贵，更重要的是教师在实际应用中很难根据教学和行业的特殊要求对软件进行再开发。也有学校组织教师利用FLASH等软件开发仿真软件，但是这类仿真软件往往只能解决让学生理解设备动作过程的问题，并不能与PLC以及变频器等工业设备进行通讯(例如：不能让学生对PLC编程，用PLC控fl；tJFLASH动画动作，方便程序调试)。自编软件与PLC、变频器以及触摸屏等设备进行通讯并实现编程调试，将是一项非常庞大的工作，具有较高的实施难度，不是一般的自动控制专业的教师能独立完成的。基于

7、此，本课题是利用组态软件技术设计开发PLC教学实验系统，进而解决了各高校开展PLC实验课题难或无法开展PLC实验课题的问题。此外，仿真的方法不但可以用于开展PLC控制实验，也可用于课题设计，既实验内容多种多样，实验现象直观，能节约大量的实验经费，缩短实验时间，提高实验的安全性。本课题的意义在于研制提供一种新型的可编程序控制器教学实验系统，着重学生的能力培养，并给学生留有足够的发挥空间，具有很好的开发柔性和扩展性。该实验系有一定数目的输入输出元件，同时可编程控制器也有一定数目的输入输出点，学生可以自己利用组态软件内的元件组成接近实际工业应用的界面，自己编制其控制程序，充分发挥学生个人的创造性思维

8、和动手能力，同时也可以使学生掌握可编程序控制器与电力拖动、计算机系统的信号传递及控制功能等结合的先进控制技术。本系统的开发应用不仅能够丰富教师的教学手段，提高学生的学习兴趣，提高教学效果，而且能够为专业老师在复杂控制系统、智能控制系统等方面的研究提供了实验对象及实验手段。可编程控制器(Programmable Logic Control ler简称PLC)是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用其内部存储执行逻辑运算和顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令并通过数字的或模拟的输入和输出接口，控制各种类型的机器设备或生产过程可编程控制器诞生不久即显

9、示了其在工业控制中的重要地位，如日本、德国、法国等国家相继研制成各自的PLC。PLC技术随着计算机和微电子技术的发展而迅速发展，由最初的一位机发展为八位机。随着微处理器CPU和微型计算机技术在PLC中的应用，形成了现代意义上的PLC。现在的PLC产品已使用了16位、32位高性能微处理器，而且实现了多处理器的多通道处理，通讯技术使PLC的应用得到进一步的发展。如今，可编程控制器技术已经比较成熟。目前，世界上有200多个厂家生产可编程控制器产品，比较著名的厂家有美国的AB、通用(GE)、莫迪康、日本的三菱、欧姆龙、富士电机、松下电工，德国门子，法国的TE、施耐德，韩国的三星、LG等。可编程控制器总

10、的发展趋势是向高集成度、小体积、大容量、高速度、易使用、高性能方向发展。组态的概念最早来自英文configuration，含义是使用软件工具对计算机及软件的各种资源进行配置，达到使计算机或软件按照预先设置，自动执行特定任务，满足使用者要求的目的。监控组态软件是伴随着计算机技术的突飞猛进发展起来的。60年代虽然计算机开始涉足工业过程控制，但由于计算机技术人员缺乏工厂仪表和工业过程的知识，导致计算机工业过程系统在各行业的推广速度比较缓慢。70年代初期，微处理器的出现，促进了计算机控制走向成熟。首先，微处理器在提高计算能力的基础上，大大降低了计算机的硬件成本，缩小了计算机的体积，很多从事控制仪表和原

11、来一直就从事工业控制计算机的公司先后推出了新型控制系统。这一历史时期较有代表性的就是1975年美国Honeywell公司推出的世界上第一套DCS TDC2000。而随后的20年间，DCS及其计算机系统软件(操作系统)、组态软件、控制软件、操作站软件以及其他辅助软件(如通信软件)等。80年代中后期，随着个人计算机的普及和开放系统概念的推广，基于个人计算机的监控系统开始进入市场，并发展壮大。组态软件作为个人计算机监控系统的重要组成部分，比PC监控的硬件系统具有更为广阔的发展空间。这是因为：(1)很多DCS和PLC厂家主动公开通信协议，加入“PC监控的阵营。目前；几乎所有的PLC和一半以上的DCS都

12、使用PC做为操作站。(2)由于PC监控大大降低了系统成本，使得市场空间得以扩大，从无人值守的远程监视、数据采集与计量、数据分析到过程控制，几乎无处不用。(3)各类智能仪表、调节器和PCbased设备可与组态软件构筑完整的低成本自动化系统，具有广阔的市场空间。(4)各类嵌入式系统和现场总线的异军突起，把组态软件推到了自动化系统主力军的位置，组态软件越来越成为工业自动化系统中的灵魂。第1章 PLC及组态软件的介绍1.1 PLC的介绍 1.1.1 PLC的一般结构1.基本结构各种PLC的组成结构基本相同，主要有CPU,电源，储存器和输入输出接口电路等组成。(1)中央处理器 中央处理器单元一般由控制器

13、、运算器和寄存器组成。CPU通过地址总线、数据总线、控制总线与储存单元、输入输出接口、通信接口、扩展接口相连。CPU是PLC的核心，它不断采集输入信号，执行用户程序，刷新系统输出。(2)储存器PLC的存储器包括系统存储器和用户存储器两种。系统存储器用于存放PLC的系统程序，用户存储器用于存放PLC的用户程序。现在的PLC一般均采用可电擦除的E2PROM存储器来作为系统存储器和用户存储器。(3)输入输出接口单元PLC的输入接口电路的作用是将按钮、行程开关或传感器等产生的信号输入CPU；PLC的输出接口电路的作用是将CPU向外输出的信号转换成可以驱动外部执行元件的信号，以便控制接触器线圈等电器的通

14、、断电。PLC的输入输出接口电路一般采用光耦合隔离技术，可以有效地保护内部电路。 1. 输入接口电路PLC的输入接口电路可分为直流输入电路和交流输入电路。直流输入电路的延迟时间比较短，可以直接与接近开关，光电开关等电子输入装置连接；交流输入电路适用于在有油雾、粉尘的恶劣环境下使用。交流输入电路和直流输入电路类似，外接的输入电源改为220V交流电源。 2. 输出接口电路输出接口电路通常有3种类型：继电器输出型、晶体管输出型和晶闸管输出型。(4)扩展接口和通信接口PLC的扩展接口的作用是将扩展单元和功能模块与基本单元相连，使PLC的配置更加灵活，以满足不同控制系统的需要；通信接口的功能是通过这些通

15、信接口可以和监视器、打印机、其他的PLC或是计算机相连，从而实现“人-机”或“机-机”之间的对话。(5) 电源PLC一般使用220V交流电源或24V直流电源，内部的开关电源为PLC的中央处理器、存储器等电路提供5V、12V、24V直流电源，使PLC能正常工作。2.1.2 PLC的特点(1)抗干扰能力强，可靠性高可编程控制器采用了微电子技术，大量的开关动作由无触点的半导体集成电路完成。内部处理过程不依赖于机械触点，而是通过对存储器的内容进行读或写来完成，因此不会出现继电器接触器控制系统的接线老化、触点接触不良等现象。此外，在制造工艺上采取了抗干扰措施，在结构上对耐热、防潮、防尘、抗震等都有精确考

16、虑；在硬件上采用隔离、屏蔽、滤波、接地等抗干扰措施：在软件上采用数字滤波等抗干扰和故障诊断措施；所有这些使PLC具有较高的抗干扰能力。PLC的平均无故障时间通常在几万小时以上，这是一般微机不能比拟的。(2)编程简单PLC的最大特点是采用易学易懂的梯形图语言。梯形图语言的电路符号和表达式与继电器接触器线路图相当接近，这种编程语言形象直观，不需要专门的计算机知识和语言，只要具有一定的电工和工艺知识的人员都可以在短时间学会。(3)功能完善PLC的输入输出系统功能完善，性能可靠，能够适应于各种形式和性质的开关量和模拟量的输入输出。在PLC内部具备许多控制功能，诸如时序、计算器、主控继电器以及移位寄存器

17、、中间寄存器等。由于采用了微处理器，它能够很方便地实现延时、锁存、比较、跳转和强制I0等诸多功能，不仅具有逻辑运算、算数运算、数值转换以及顺序控制功能，而且还具备模拟运算、显示、监控、打印及报表生成功能。PLC可以控制一台单机、一条生产线，还可以控制一个机群、多条生产线；可以现场控制，也可以远距离控制。在大系统控制中，PLC可以作为下位机与上位机或多级的PLC之间进行通信，完成数据处理和信息交换，实现对整个生产过程的信息控制和管理。(4)通用性好PLC是通过软件来实现控制的。同一台PLC可用于不同的控制对象，只需要改变软件就可以实现不同的控制要求，充分体现了灵活性和通用性。各种PLC都有各自的

18、系列化产品。同一系列PLC，不同机型功能基本相同，可以互换，可以根据控制要求进行扩展。(5)体积小、功耗低PLC由于采用半导体集成电路，因此具有体积小、重量轻、功耗低的特点，而且设计结构紧凑，易于装入机械设备内部，是实现机电一体化的理想控制设备。(6)设计施工周期短使用PLC完成一项控制工程时，在系统设计完成以后，现场控制柜等硬件的设计及现场施工和PLC程序设计可以同时进行。PLC的程序设计可以在实验室进行模拟调试。程序设计好后，再将PLC安装在现场统调。PLC用软件取代继电器接触器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等低压电器，使整个设计、安装、接线工作量大大减少。1.2 组态软件

19、的介绍1.2.1 组态软件的设计思想在多任务环境下，由于操作系统直接支持多任务，组态软件的性能得到了全面加强。因此组态软件一般都由若干组件构成，而且组件的数量在不断增长，功能不断加强。各组态软件普遍使用了“面向对象”的编程和设计方法，使软件更加易于学习和掌握，功能也更加强大。一般的组态软件都由下列组件组成：图形界面系统、实时数据库系统、第三方程序接口组件、控制功能组件。在图形画面生成方面，构成现场各过程图形的画面被划分成3类简单的对象：线、填充形状和文本。每个简单的对象均有影响其外观的属性。对象的基本属性包括：线的颜色、填充颜色、高度、宽度、取向、位置移动等。这些属性可以是静态的，也可以是动态

20、的。静态属性在系统投入运行后保持不变，与原来组态时一直。而动态属性则与表达式的值有关，表达式可以是来自IO设备的变量，也可以是由变量和运算符组成的数字表达式。这种对象的动态属性随表达式值的变化而实时改变。例如，用一个矩形填充体模拟现场的液位，在组态这个矩形的填充属性时，指定代表液位的工位号名称、液位的上下限及对应的填充高度，就完成了液位的图形组态。这个组态过程叫作动画连接。 在图形界面上还具备报警通知及确认、报表组态及打印、历史数据查询与显示等功能。各种报警、报表、趋势都是动画连接的对象，其数据源都可以通过组态来指定。这样每个画面的内容就可以根据世纪情况由工程技术人员灵活设计，每幅画面中的对象

21、数量均不受限制。在图形界面中，各类组态软件普遍提供了一类Basic语言的编程工具脚本语言来扩充其功能。用脚本语言编写的程序段可由事件驱动或周期性地执行，是与对象密切相关的。例如，当按下某个按钮的时候可以指定执行一段脚本语言程序，完成特定的控制功能，也可以指定当某一变量的值变化到关键值以下时，马上起动一段脚本语言程序完成特定的控制功能。控制功能组件以基于PC的策略编辑生成组件为代表，是组态软件的主要组成部分。虽然脚本语言程序可以完成一些控制功能，但还是不很直观，对于用惯了梯形图或其他标准编程语言的自动化工程师来说，是太不方便了，因此目前的多数组态软件都提供了基于IECI 1313标准的策略编辑生

22、成控制组件。它也是面向对象的，但不唯一地由事件触发，它像PLC中的梯形图一样按照顺序周期地执行。策略编辑生成组件在基于PC和现场总线的控制系统中是大有可为的。可以大幅度地降低成本。实时数据库是更为重要的一个组件。因为PC的处理能力太强了，因此实时数据库更加充分地表现出了组态软件的长处。实时数据库可以存储每个工艺点的多年数据，用户既可以浏览工厂当前的生产情况，又可以回顾故去的生产情况。可以说，实时数据库对于工厂来说就如同飞机上的“黑匣子。工厂的历史数据是很有价值的，实时数据库具备数据档案管理功能。工厂的实践告诉我们：现在很难知道将来进行分析时哪些数据是必须的。因此，保存所有的数据是防止丢失信息的

23、最好的办法。通信及第三方程序接口组件是开放系统的标志，是组态软件与第三方程序交互及实现远程数据访问的重要手段之一。通信组件中有的功能是一个独立的程序，可以单独使用；有的被“绑定”在其他程序当中，所以不被“显示地使用。总的来说，如何采集数据，并且与控制设备间进行数据交换：使来自设备的数据与计算机图形画面上的各元素关联起来；处理数据报警及系统报警；存储历史数据并支持历史数据的查询；各类报表的生成和打印输出；为使用者提供灵活、多变的组态工具，可以适应不同应用领域的需求；最终生成的应用系统运行稳定可靠；具有与第三方程序的接口，方便数据共享，这就是组态软件的主要功能。2.2.2组态软件的特点随着工业自动

24、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，当工业被控对象一旦有变动，就必须修改其控制系统的源程序，导致其开发周期长；已开发成功的工控软件又由于每个控制项目的不同而使其重复使用率很低，导致它的价格非常昂贵；在修改工控软件的源程序时，倘若原来的编程人员因工作变动而离去时，则必须同其他人员或新手进行源程序的修改，因而更是相当困难。通用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

25、的种种问题，使用户能根据自己的控制对象和控制目的的任意组态，完成最终的自动化控制工程。组态（Configuration）为模块化任意组合。1、通用组态软件主要特点： （1）延续性和可扩充性。用通用组态软件开发的应用程序，当现场（包括硬件设备或系统结构）或用户需求发生改变时，不需作很多修改而方便地完成软件的更新和升级； （2）封装性（易学易用），通用组态软件所能完成的功能都用一种方便用户使用的方法包装起来，对于用户，不需掌握太多的编程语言技术（甚至不需要编程技术），就能很好地完成一个复杂工程所要求的所有功能； （3）通用性，每个用户根据工程实际情况，利用通用组态软件提供的底层设备（PLC、智能仪

26、表、智能模块、板卡、变频器等）的I/O Driver、开放式的数据库和画面制作工具，就能完成一个具有动画效果、实时数据处理、历史数据和曲线并存、具有多媒体功能和网络功能的工程，不受行业限制。1.3 本章总结本章主要对PLC和组态软件进行了大概的介绍，主要从PLC和组态软件的基本结构还有特点两方面进行讲解。使读者对这两种设备有了初步认识的，方便对本文以后的内容有更好的理解。第2章 PLC与组态软件的选型及通信2.1 欧姆龙PLC的介绍欧姆龙PLC是一种功能完善的紧凑型PLC，能为业界领先的输送分散控制等提供高值机器控制；它还具有通过各种高级内装板进行升级的能力，大程序容量和存储器单元，以Wind

27、ows环境下高效的软件开发能力。欧姆龙PLC也能用于包装系统，并支持 HACCP（寄生脉冲分析关键控制点）过程处理标准。（1）欧姆龙PLC-CPM1A系列用于小型设备、小点数配电箱的省空间化经济型微型PLC的标准机型，小型机种包含了CPU为AC电源、DC电源、继电器输出、晶体管输出的4种不同型号。电源、输出I/O点数按需要选择使用。功能 :* 中断输入功能；* 脉冲锁存输入功能；* 高速计数器功能；* 间隔计数器功能；* 间隔定时器中断功能；* 模拟量设定功能；* 与计算机的链接通信；* 与PT相连接可直接存取信息，实现高速通信。(2)欧姆龙PLC- CQM1H系列它是一种功能完善的紧凑型PL

28、C，能为业界领先的输送分散控制等提供高附加值机器控制；它还具有通过各种高级内装板进行升级的能力，大程序容量和存储器单元，以Windows环境下高效的软件开发能力。CQM1H也能用于包装系统，并支 HACCP(寄生脉冲分析关键控制点)过程处理标准。一、CPU单元 有四种型号CPU单元可供选用。其中两种支持内装板和Controller Link单元。也可根据程序容量,I/O容量,EM区域和支持RS232C端口与否,选择最适合你应用要求的CPU单元。 二、内装板 有六种内装板.内装板可安装在CQM1H-CPU51或CQM1H-CPU61的槽1或槽2中.(一些内装板仅可插槽1或槽2) PLC系列 -

29、C200H系列适应情报化的控制器C200HX/C200HG/C200HE，控制同情报化相融合，实现扩展性优良的生产现场；它能进一步增强PC的基本功能，可靠，方便的数据处理提高生产现场工作效率；它致力生产现场情报化充实适应Windows的软件；它的单元品种齐全，对各种各样的机械设备实现最佳控制。一、CPU 下列11种型号CPU可供选用。 二、功能：* 通信协议宏功能，用简易的通信连接简化系统开发；* PC卡加速现场数据处理；* CompoBus/D(设备网)和CompoBus/S提供了一个完整的器件网络；* 改善系统开发-内置的通讯协议宏功能；* 全系列的通信板为应用提供理想的PC；* 新改进的

30、特殊I/O单元使得PC应用更为容易；* PC卡直接连接办公自动化局域网(LAN)；* 具有完整的器件网络,通向开往式结构的大门；* 用Controller Link的数据链接信号，实现容量大，灵活方便，高效率的数据链功能。(3)PLC系列 - CPM2A系列欧姆龙 PLC介绍 - 张 明 - 北京凯纳通源科技有限公司简单介绍高速计数器能方便地测量高速运动的加工件同步脉冲控制提供方便的脉冲比例调整带高速扫描和高速中断的高速处理可方便的与OMRON的可编程控制终端（PT）相连接通过脉冲输出可实现各种基本的位置控制可进行分散控制和模拟量控制可以使用CPM1A的扩展单元功能：* 模拟量控制；* 输入时

31、间常数；* 时钟功能；* 通信功能；* 扩展单元所附带的功能；* 断电保持功能；* 存储器后备；* 自我诊断功能；* 程序检查。欧姆龙PLC的主要特点 结构灵活不受环境的限制，有电即可组建网络，同时可以灵活扩展接入端口数量，使资源保持较高的利用率，在移动性方面可与WLAN媲美。 传输质量高、速度快、带宽稳定可以很平顺的在线观赏DVD影片，它所提供的14Mbps带宽可以为很多应用平台提供保证。最新的电力线标准HomePlug AV传输速度已经达到了200Mbps；为了确保QoS，HomePlug AV采用了时分多路访问（TDMA）与带有冲突检测机能的载体侦听多路访问（CSMA）协议，两者结合，能

32、够很好地传输流媒体。 范围广无所不在的电力线网络也是这种技术的优势。虽然无线网络可以做到不破墙，但对于高层建筑来说，其必需布设N多个AP才能满足需求，而且同样不能避免信号盲区的存在。而电力线是最基础的网络，它的规模之大，是其他任何网络无法比拟的。由此，运营商就可以轻松地把这种网络接入服务渗透到每一处有电力线的地方。这一技术一旦全面进入商业化阶段，将给互联网普及带来极大的发展空间。终端用户只需要插上电力猫，就可以实现因特网接入，电视频道接收节目，打电话或者是可视电话。 低成本充分利用现有的低压配电网络基础设施，无需任何布线，节约了资源。无需挖沟和穿墙打洞，避免了对建筑物、公用设施、家庭装潢的破坏

33、，同时也节省了人力。相对传统的组网技术，PLC成本更低，工期短，可扩展性和可管理性更强。目前国内已开通电力宽带上网的地方，其包月使用费用一般为50-80元/月左右，这样的价格和很多地方的ADSL包月相持平。 适用面广PLC作为利用电力线组网的一种接入技术，提供宽带网络“最后一公里”的解决方案，广泛适用于居民小区，酒店，办公区，监控安防等领域。它是利用电力线作为通信载体，使得PLC具有极大的便捷性，只要在房间任何有电源插座的地方，不用拨号，就立即可享受4.545Mbps的高速网络接入，来浏览网页拨打电话，和观看在线电影，从而实现集数据、语音、视频，以及电力于一体的“四网合一”。 plc发展新动向

34、PLC是一种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。它采用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的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC已经广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，它具有高可靠性、抗干扰能力强、功能强大、灵活，易学易用、体积小，重量轻，价格便宜的特点。2.2 力控ForceControlV6.1的介绍从1993年至今，力控监控组态软件为国家经济建设做出了应有贡献，在石油、石化、化工、国防、铁路(含城铁或地铁)、冶金、煤

35、矿、配电、发电、制药、热网、电信、能源管理、水利、公路交通(含隧道)、机电制造、楼宇等行业均有力控软件的成功应用，在国外，力控的多国语言版在荷兰、苏丹、埃及、印度尼西亚、香港、马来西亚、孟加拉国、缅甸、台湾也都有应用实例，力控监控组态软件已经成为民族工业软件的一棵璀璨明星。力控系列软件以计算机为基本工具，为实施数据采集、过程监控、生产控制提供了基础平台，它可以和检测、控制设备构成任意复杂的监控系统，在过程监控中发挥了核心作用，可以帮助企业消除信息孤岛，降低运作成本，提高生产效率，加快市场反应速度。ForceControl61监控组态软件是力控科技根据当前的自动化技术的发展趋势，总结多年的开发、

36、实践经验和大量的用户需求而设计开发的高端产品，是力控科技全体研发工程师集体智慧的结晶，该产品主要定位于国内高端自动化市场及应用，是企业信息化的有力数据处理平台，产品面向NET开发技术，开发过程采用了先进软件工程方法，与力控早期产品相比，ForceControl61产品在数据处理性能、容错能力、界面容器、报表等方面产生了巨大飞跃。典型的计算机控制系统通常可以分为设备层、控制层、监控层、管理层四个层次结构，构成了一个分布式的工业网络控制系统，其中设备层负责将物理信号转换成数字或标准的模拟信号，控制层完成对现场工艺过程的实时监测与控制，监控层通过对多个控制设备的集中管理，来完成监控生产运行过程的目的

37、，管理层实现对生产数据进行管理、统计和查询。监控组态软件一般是位于监控层的专用软件，负责对下集中管理控制层，向上连接管理层，是企业生产信息化的重要组成部分。2.3 PLC与力控组态软件的通信力控组态软件中的设备驱动程序(IO Server)是组态软件与PLC交互通信的桥梁，由于组态软件面向的是开放式测控设备，因此建立Pc与设备问的通信链路不存在理论上的障碍。IO Server直接负责从设备采集实时数据并将操作命令下达给设备，IO server的可靠性将直接影响组态软件的性能。(1)创建I/O设备的过程如下：在开发系统DRAW导航器中选择项目“I/O设备组态”双击，弹出I/O设备管理器IoMan

38、ager。在IoManager导航器的根结点“I/O设备”下面按照设备大类、厂商、设备或协议类型等层次依次展开，找到所需的设备类型，直接双击设备类型或单击鼠标右键选择右键菜单命令“新建”，如图所示新建一个MODBUS设备：图3-1 创建数据库在弹出的设备定义向导对话框中指定各个设备参数，设备创建成功后，会在右侧的项目内容显示区内列出已创建的设备名称和图标。(2)设备参数无论对于哪种设备和哪种通讯方式，在使用时都需要确切了解该设备的网络参数、编址方式、物理通道的编址方法等基本信息，图为配置I/O设备向导对话框第一步的对话框，对话框涉及的设备参数为设备基本参数。图3-2 I/O设备连接(3)修改或

39、删除I/O设备如果要修改已创建的I/O设备的配置，在IoManager右侧的项目内容显示区内选择要修改的设备名称，双击该设备的图标或者选中该设备的图标后，单击鼠标右键，在下拉菜单中选择“修改”，重新设置I/O设备的有关参数。设备的名称不能修改。 如果要删除一个已创建的设备，首先要检查该设备是否已经在定义数据库点时被I/O数据连接项引用。如果已经引用，首先要在DbManager中将该设备的所有I/O数据连接项清除，然后才能执行删除操作。引用I/O设备 已定义的I/O设备在进行数据连接时引用,数据连接过程就是将数据库中的点参数与I/O设备的I/O通道地址一一映射的过程,在进行数据连接时要引用I/O

40、设备名。例如：对于两台OMRON公司的C200H型PLC，设备配置时应给出不同的I/O设备名。I/O设备名和相应的参数在I/O设备配置时由用户给出，I/O设备名由字母和数字组成，设备名的长度不能超过8个字符。2.4 本章小结本章主要对论文中应用到的软件进行了详细的介绍。具体有对欧姆龙PLC的CPM1A系列、CQM1H系列、CPM2A系列从结构和特点上进行介绍，还有对力控ForceControlV6.1进行了详细的介绍，另外还主要说明了欧姆龙PLC与力控ForceControlV6.1是如何进行通讯连接的。这些都是与本论文以后的实际操作内容有关的知识。对进一步了解监控组态软件的仿真有很大的帮助。

41、第4章 基于监控组态软件的教学仿真实验4.1 引言PLC课程的实践性很强，仅仅从理论到理论的学习模式，记住一些指令不会操作是毫无意义的。如在讲解PLC程序中常开触点、常闭触点的使用与实际启动按钮、停止按钮的关系，各种定时器、计数器的区别时，不管是在黑板上画图讲解，还是在多媒体课件上进行演示，学生都很难有一个较为深刻的印象，但是如果让学生到实验室亲自编程试验，那么学生马上就会对具体的概念、器件或编程语言等有了很深的理解和感悟。因此，在教学中应理论与实践相结合，首先让学生掌握PLC的各种基本指令，并将课后习题内容带进实验室，通过反复练习熟练掌握各种基本指令。在熟练掌握PLC基本指令的基础上，再进行

42、一些简单程序的实验，其目的是让学生对PLC程序编写有一个简单的认识。随后，再逐渐加大程序的难度，在理论授课的之间根据内容随时穿插实验教学，让学生有一个循序渐进的学习过程，最终能牢固地掌握和应用各种指令。基于组态软件的PLC实验教学系统就是以组态软件作为软件平台工具，虚拟出PLC控制对象，即用软件来仿真用实物制作的PLC控制对象，PLC的控制指令就如同人的大脑一样，实时的对仿真控制对象进行监控，有利于学生对可编程控制器技术的学习和运用，尤其是对PLC指令的应用，在可编程控制器的学习中，除了要求学生要熟练掌握顺序控制指令、堆栈操作指令、置位复位指令、边沿触发指令、定时器计数器等各种指令，还需要学生

43、对PLC和组态软件进行联机调试，使学生对一个实验系统有宏观思维和设计。基于此，本课题选择了五个有针对性的实验来组建PLC教学实验平台。4.2 组态软件工程的建立对于力控软件，每一个实际的应用案例称作工程。工程包含数据库、FO设备、人机界面、网络应用等组态和运行数据。每个力控工程的数据文件都存放在不同的目录下，这个目录又包含多个子目录和文件。PLC实验平台的组态监控设计应该按以下步骤进行：(1)建立“PLC实验平台”工程图4-1 创建新工程打开力控工程管理器界面，输入工程的名字、路径和工程描述等信息工程管理器的主要功能包括：新建工程、删除工程，搜索指定路径下的所有力控工程，修改工程属性，工程的各

44、份、恢复，切换到力控开发系统或运行系统等。工程管理器还实现了力控常用工具软件的集中管理。(2)新建组态窗口在“工程项目”一栏中即可新建窗口，本课题需要建立5个窗口，分别是抢答器监控系口、交通信号灯监控系统窗口、运输车系统窗口、机械手装置窗口、自动洗衣机系统窗口，在不同的窗口中可以分别进行相应的组态界面的设置。（3）I/O设备设置 I/O设备设置是指对包括应用程序的“软件设备”和现场数据采集交换的硬件设备在内的广义上的I/O设备驱动程序进行配置，使其与组态软件能够建立通信，构成一个完整的系统。在被监控系统中，对开关“run”。以及各个红绿灯的代码进行定义，地址分配，通讯方式选定。在监控系统中建立

45、的仿真PLC实现，实现方法如图：图4-2 I/O设备设置4.3 抢答器系统的设计(1)系统控制要求抢答器可同时供8个组比赛，每组参赛台上设有一个抢答器按钮或多个并联的抢答器设有裁判开始按钮,复位按钮，用来控制抢答的开始和系统电路的复位出题后，各队抢答必须在裁判员说开始并按下裁判台开始按钮15s内抢答。如果裁判未给出允许抢答信号，有选手提前抢答，则红灯亮，蜂鸣器响，同时非正常组号锁存显示。15s时间到，如无人抢答，则抢答器给出时间已到信号，该题作废。动作过程为：允许抢答开始后绿灯亮，并持续10s，10s后黄灯闪5次提醒抢答人时间到，然后熄灭，同时红灯亮，蜂鸣器响，表示允许抢答时间到，选手放弃该题

46、，同时自动禁止选手超时后抢答。15s抢答时间内只要有选手按下抢答按钮，选手编号立即锁存，并在七段数码管上显示该编号，优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统复位为止。正常抢答选手编号锁存的同时蜂鸣器响5s，给选手5s的准备时间，此间所有指示灯灭。准备时间到，答题计时开始同时绿灯亮，答题时间60s，绿灯持续两50s，然后闪10s提示时间将到，最后黄灯熄灭同时红灯亮蜂鸣器响，表示时间停止答题。抢答人需在规定时间内完成答题，60s内未答题，则做超时处理。当无人抢答或某题答完时，裁判按下系统复位按钮，抢答器恢复初始状态，为下一轮做准备。(2)程序流程图开始主持持人按钮按下倒计时开始有无选手按下抢答器否

47、红灯亮锁存选手指示灯系统清除停止是图4-3 流程图(3)I/O分配表输入端：裁判开始按钮0009，复位按钮00000，八组抢答器按钮00001,00002,00003,00004,00005,00006,00007,00008；输出端：七段数码管abcdefg 01000,01001,01002,01003,01004，01005,01006，绿灯01007，黄灯01008，红灯01009，蜂鸣器01010。(4)创建实时数据库实时数据库是整个监控系统的核心。他负责整个系统的实时数据处理和历史数据的存储，统计数据处理，报警信息处理，数据服务请求处理，完成与过程数据采集的双向数据通信。图4-4 数据库创建在实时数据库中定义的数字点有21个，其中点run用来控制抢答开始，点res用来复位抢答器按钮和抢答计时器，点t用来表示抢答时间，点a到点g是用来表示七段数码管的各个段，数码管用来显示强大选手的编号，而点b1到点b8是用来代表8个抢答选手的，点lv、hong、huang分别表示绿灯、红灯和黄灯，它们用来提示抢答开始、结束。(5)动画连接动画连接是指画面中图形对