基于PLC和组态软件的
基于PLC和组态软件的[20191215170308]
摘 要
燃气是一种可燃性气体，我们通常所见的燃气包括液化石油气、人工煤气和天然气。随着燃气的逐步发展，用户数量增长迅速，随之而来的用气安全问题便日益突出，燃气事故屡屡发生。从这段时间室内燃气事故的类型看来，由于气体的泄漏引起的事故占据了相当大的比重，已惹起各方高度重视，它造成的社会影响也是不可小觑。
确保居民用气安全是天然气管理的终极目标，我的设计就是在这种情况下设计的天然气管道监控系统，采用了组态软件来设计的监控界面，并用PLC控制。PLC方便简单、维修简易和抗干扰本领强，故控制范畴被应用的非常广泛。依据元件属性的设计要求，将组态与PLC进行通讯连接，这样系统的流量、压力、温度就可以被实时监控，实现对整个燃气管道监控系统的完善。
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关键字:燃气管道；组态软件；PLC；计算机监控
目 录
摘要 I
ABSTRACT II
第1章 绪论 1
1.1 课题的背景及研究意义 1
1.2 燃气监控系统的发展状况 1
1.3 本设计的任务 2
第2章 系统硬件设计 3
2.1可编程控制器简介 3
2.1.1 PLC的应用和发展 3
2.1.2 PLC的结构及工作原理 5
2.1.3 PLC的主要特点 8
2.2 PLC选型 9
2.2.1 选型方法 9
2.2.2 西门子S7-200简介 13
2.3 硬件接线图 15
第3章 系统软件设计 17
3.1 组态软件简介 17
3.1.1 MCGS组态软件的主要特点及基本功能 17
3.1.2 MCGS组态软件的组成部分 19
3.1.3 MCGS组态软件的工作方式 21
3.2 基于MCGS组态界面的设计 22
3.2.1 建立画面及定义数据对象 22
3.2.2 动画连接 25
3.2.3 设备与变量连接及运行策略组态 27
3.2.4 工程效果图 32
3.3 调试运行 34
3.4 PLC与组态的通信 36
第4章 总结和展望 37
4.1 总结 37
4.2 展望 37
致谢 39
参考文献 40
第1章 第2章 绪论
1.1 课题的背景及研究意义
随着燃气的逐步发展，用户数量增长迅速，随之而来的用气安全问题便日益突出，燃气事故屡屡发生。从这段时间室内燃气事故的类型看来，由于气体的泄漏引起的事故占据了相当大的比重，已惹起各方高度重视，它造成的社会影响也是不可小觑。
试想，如果在燃气刚刚发生泄漏的时候就被发现，可能就会避免一场可悲的灾难。从这段时间室内燃气事故的类型看来，由于气体的泄漏引起的事故占据了相当大的比重，已惹起各方高度重视，所以，设计一个高效、及时的燃气管道智能监控系统对于现在的生活颇有意义。
1.2 燃气监控系统的发展状况
城市的燃气输送系统的核心之一便是燃气管道监控系统，系统的各个流量等参数在整个系统中占据着非常重要的地位。伴随网络技术的遍及，燃气调节目标的智能远程监控同样成为了燃气站的一个主要目标。优良的燃气管道监控系统可以使员工的劳动强度的降低，工作效率、安全性、可靠性和稳定性都显著提高了。
如今的城市智能瓦斯监测系统与物联网的新技术紧密相关，它是城市燃气管网安全运行，包括调压箱，压力调节站，门威尔斯节点中的所有天的监测，实时控制网络流量，压力，温度的关键阀门和其他数据。监控系统实现了全面的数据监控、智能调度、分析和决策。如果能够随时随地知道城市燃气管道网络的总体运转环境而提供高效的服务，从而使城市燃气管道网络安全有效的运行。
PLC和触摸屏可用于燃气调压站智能监控系统，其稳定性和抗干扰能力跟计算机控制系统相比具有明显的优势，它具有体积小，使用方便，维护方便等等。触摸屏也有很多优点，比如方便操作、空间占有小、反映敏捷等等，这让它在该领域有着广泛明显的利用，也解决了许多计算机不能解决的问题。
就是因为PLC和触摸屏有很多其他工业控制元件所没有的优点,天然气管道的毕业设计监控系统的开发将我使用触摸屏和西门子S7-200PLC芯片这样的基本元素。所以我的毕业设计才会将触摸屏和西门子S7-200型号PLC为基本应用元件的燃气管道监控系统开发研究。
1.3 本设计的任务
1.课题分析，研究所需功能；
2.运用MCGS组态软件建立运行画面；
3.根据系统功能设计PLC梯形图；
4.实现MCGS和PLC之间的通讯，实现功能。
第2章 系统硬件设计
2.1可编程控制器简介
1987年国际电工委员会对可编程控制器作了定义：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[1]。它选用能够编程序的存储器，用来在内部存储实行逻辑运算、顺序运算和算术运算等指令，并能通过数字式模仿式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程[2]。
事实上，PLC是一种工业控制计算机，其硬件结构和常见的微机控制系统非常相似。PLC主要是由五部分组成，分别是中央处理单元、存储器、I/O模块、编程器和电源。最近几年，PLC的发展十分快速，新技术和新型电子器件的发展逐渐形成了各种产品以其独特的特性中的应用。
2.1.1 PLC的应用与发展
（1）PLC的应用：
目前，国内外的PLC已普遍在石油、交通运输、钢铁、机械、汽车、化工、电力及文化娱乐等行业应用，使用情况大抵可归纳为以下几类：
1）运动控制
可编程控制器能够用于圆周运动或直线运动的控制。它初期能够用于开关量I/O模块结合位置传感器和执行机构，现在通常能够运用专门的运动控制模块。
2）通信及联网
可编程控制器之间的通信的通信PLC与PLC和其他通信设备之间的。由于计算机发展的迅速，它的通讯功能更加被人们所重视。
3）开关量的逻辑控制
开关量的逻辑控制是PLC最基本的应用领域，关于它的运用也很多，如机床、磨床、拼装生产线、印刷机、订书机械等等。
4）过程控制
所说的过程控制就是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。过程控制也有着非常广泛的运用，比如热处理、冶金、锅炉、化工等等。
5）模拟量控制
模拟量便是工业生产过程中接连变化的量，比如温度、压力、流量、液位和速度等等。出产PLC的商家生产的都是配套的数字|模拟和模拟|数字转换模块，使PLC可以运用于模拟量控制。
6）数据处理
有许多现代的可编程控制器功能，如数据转换，数学运算，排序，查找表，数据传输等，它能够收集，分析和处理数据。它一般应用于大型控制系统，也能够用于过程控制系统。
（2）PLC的发展现状
目前，随着微电子技术的发展，PLC已成为第一个开发机，16位机和32位机现在PC机，实现多通道的多处理器。当今，全世界有200多家PLC生产商家，400多个品种的PLC商品，各个种类的PLC商品各有各的精彩之处。
PLC经过长时间不断发展，我国国内的PLC厂家大概有三十家，国内PLC应用市场仍然以国外产品为主。国内公司有一个更大的竞争优势，在PLC等业务发展需求的优势，产品定制的优势，成本优势，服务优势，响应速度快的优势。
（3）PLC的发展趋势
PLC的应用与发展，PLC技术和产品结构的不断改进，更强大，更具成本效益的。
1）在产品规模方面，向两极发展
一方面，发展得更快，更具成本效益的小型和超小型PLC。另一方面，向快速、高容、技术改良的大型PLC目标发展。
2）向通信网络化发展
目前，PLC制造商都在发展自己专用的通信模块和通信软件以加强PLC的联网能力。各种PLC的制造商之间也在协议指定了一个通用的通讯标准，形成一个更大的网络系统。
3）向模块化、智能化发展
近年来，PLC公司开发了许多新的设备和模块，以及这些模块的开发应用不仅增强了功能，扩大应用范围，也提高了系统的可靠性[2]。
4）编程语言和编程工具的多样化和标准化
PLC厂家在硬件和编程工具频繁，多样化，并改善功能，越来越接近地图，PLC的基本成分。
2.1.2 PLC的结构及工作原理
一．PLC的结构
PLC主要是由五部分组成，分别是中央处理单元、存储器、I/O模块、编程器和电源。CPU是PLC的主旨，输入单元和输出单元是维系现场输入/输出设备与CPU之间的接口电路，通讯接口可运用于与编程器、上位计算机等外部设备的连接[3]。
图2-1 PLC结构图
在PLC中CPU按体系流程付与的效力，领导PLC井井有条地实施工作，概括起来主要有如下几个方面：
1）接收从编程器输入的用户程序和数据。
2）电源诊断、PLC内部电路的工作事故和编程中的语法失误等等。
3）通过输入接口接收现场的状态或数据，并存入输入映象寄有器或数据寄存器中。
4）从存储器逐条读取用户程序，经过解释后执行。
5）依据实行的成果，更新相关标记位的状况和输出映象寄存器的实质，经过输出单元达成输出控制[16]。
（2）存储器
有两种存储器：一个是随机存取存储器的读写操作，另一个是只读存储器ROM，PROM，EPROM和EEPROM。
为了方便阅读，检查和纠正，用户流中存在的CMOS静态RAM，锂离子电池备份电源，用于保护断电不会使信息损失。为了防止干扰破坏的RAM程序，当一个用户程序一直运行正常，不需要改变，可固化在EPROM中的只读存储器。数据是不断变化的数据，的PLC程序经常访问。PLC的工作数据存储器中有存放输入输出继电器、辅助继电器、定时器、计数器等逻辑器件的存储区，这些器件的状态都是由用户程序的初始设置和运行情况而确定的[4]。在PLC中，存储器主要用于寄存体系程序、用户流程及工作数据。
（3）输入/输出单元
输入/输出单元也称作I/O单元或I/O模块，它是PLC和工业生产现场之间的连接部件。因为外部输入设备和输出设备的信号电平是多彩的，而PLC内部CPU的处理的信息只可是标准电平，所以输入/输出接口要达成这类改变。
输入/输出接口的主要类型有：数字量输入、数字量输出、模拟量输入、模拟量输出等。
通过对三种不同类型的使用使用的电源输入接口：直流输入，交流输入接口和交流/直流输入接口。
（4）通信接口
PLC配有各种通信接口，与通信处理器，在一般的通信接口。可编程控制器与打印机结合，能够把过程信息、系统参数等输出打印；和监视器结合，可控制图像的显示方法；与其它PLC结合，能够构成多机系统和连成网络，达成更大的规模掌控。
摘 要
燃气是一种可燃性气体，我们通常所见的燃气包括液化石油气、人工煤气和天然气。随着燃气的逐步发展，用户数量增长迅速，随之而来的用气安全问题便日益突出，燃气事故屡屡发生。从这段时间室内燃气事故的类型看来，由于气体的泄漏引起的事故占据了相当大的比重，已惹起各方高度重视，它造成的社会影响也是不可小觑。
确保居民用气安全是天然气管理的终极目标，我的设计就是在这种情况下设计的天然气管道监控系统，采用了组态软件来设计的监控界面，并用PLC控制。PLC方便简单、维修简易和抗干扰本领强，故控制范畴被应用的非常广泛。依据元件属性的设计要求，将组态与PLC进行通讯连接，这样系统的流量、压力、温度就可以被实时监控，实现对整个燃气管道监控系统的完善。
查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:燃气管道；组态软件；PLC；计算机监控
目 录
摘要 I
ABSTRACT II
第1章 绪论 1
1.1 课题的背景及研究意义 1
1.2 燃气监控系统的发展状况 1
1.3 本设计的任务 2
第2章 系统硬件设计 3
2.1可编程控制器简介 3
2.1.1 PLC的应用和发展 3
2.1.2 PLC的结构及工作原理 5
2.1.3 PLC的主要特点 8
2.2 PLC选型 9
2.2.1 选型方法 9
2.2.2 西门子S7-200简介 13
2.3 硬件接线图 15
第3章 系统软件设计 17
3.1 组态软件简介 17
3.1.1 MCGS组态软件的主要特点及基本功能 17
3.1.2 MCGS组态软件的组成部分 19
3.1.3 MCGS组态软件的工作方式 21
3.2 基于MCGS组态界面的设计 22
3.2.1 建立画面及定义数据对象 22
3.2.2 动画连接 25
3.2.3 设备与变量连接及运行策略组态 27
3.2.4 工程效果图 32
3.3 调试运行 34
3.4 PLC与组态的通信 36
第4章 总结和展望 37
4.1 总结 37
4.2 展望 37
致谢 39
参考文献 40
第1章 第2章 绪论
1.1 课题的背景及研究意义
随着燃气的逐步发展，用户数量增长迅速，随之而来的用气安全问题便日益突出，燃气事故屡屡发生。从这段时间室内燃气事故的类型看来，由于气体的泄漏引起的事故占据了相当大的比重，已惹起各方高度重视，它造成的社会影响也是不可小觑。
试想，如果在燃气刚刚发生泄漏的时候就被发现，可能就会避免一场可悲的灾难。从这段时间室内燃气事故的类型看来，由于气体的泄漏引起的事故占据了相当大的比重，已惹起各方高度重视，所以，设计一个高效、及时的燃气管道智能监控系统对于现在的生活颇有意义。
1.2 燃气监控系统的发展状况
城市的燃气输送系统的核心之一便是燃气管道监控系统，系统的各个流量等参数在整个系统中占据着非常重要的地位。伴随网络技术的遍及，燃气调节目标的智能远程监控同样成为了燃气站的一个主要目标。优良的燃气管道监控系统可以使员工的劳动强度的降低，工作效率、安全性、可靠性和稳定性都显著提高了。
如今的城市智能瓦斯监测系统与物联网的新技术紧密相关，它是城市燃气管网安全运行，包括调压箱，压力调节站，门威尔斯节点中的所有天的监测，实时控制网络流量，压力，温度的关键阀门和其他数据。监控系统实现了全面的数据监控、智能调度、分析和决策。如果能够随时随地知道城市燃气管道网络的总体运转环境而提供高效的服务，从而使城市燃气管道网络安全有效的运行。
PLC和触摸屏可用于燃气调压站智能监控系统，其稳定性和抗干扰能力跟计算机控制系统相比具有明显的优势，它具有体积小，使用方便，维护方便等等。触摸屏也有很多优点，比如方便操作、空间占有小、反映敏捷等等，这让它在该领域有着广泛明显的利用，也解决了许多计算机不能解决的问题。
就是因为PLC和触摸屏有很多其他工业控制元件所没有的优点,天然气管道的毕业设计监控系统的开发将我使用触摸屏和西门子S7-200PLC芯片这样的基本元素。所以我的毕业设计才会将触摸屏和西门子S7-200型号PLC为基本应用元件的燃气管道监控系统开发研究。
1.3 本设计的任务
1.课题分析，研究所需功能；
2.运用MCGS组态软件建立运行画面；
3.根据系统功能设计PLC梯形图；
4.实现MCGS和PLC之间的通讯，实现功能。
第2章 系统硬件设计
2.1可编程控制器简介
1987年国际电工委员会对可编程控制器作了定义：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[1]。它选用能够编程序的存储器，用来在内部存储实行逻辑运算、顺序运算和算术运算等指令，并能通过数字式模仿式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程[2]。
事实上，PLC是一种工业控制计算机，其硬件结构和常见的微机控制系统非常相似。PLC主要是由五部分组成，分别是中央处理单元、存储器、I/O模块、编程器和电源。最近几年，PLC的发展十分快速，新技术和新型电子器件的发展逐渐形成了各种产品以其独特的特性中的应用。
2.1.1 PLC的应用与发展
（1）PLC的应用：
目前，国内外的PLC已普遍在石油、交通运输、钢铁、机械、汽车、化工、电力及文化娱乐等行业应用，使用情况大抵可归纳为以下几类：
1）运动控制
可编程控制器能够用于圆周运动或直线运动的控制。它初期能够用于开关量I/O模块结合位置传感器和执行机构，现在通常能够运用专门的运动控制模块。
2）通信及联网
可编程控制器之间的通信的通信PLC与PLC和其他通信设备之间的。由于计算机发展的迅速，它的通讯功能更加被人们所重视。
3）开关量的逻辑控制
开关量的逻辑控制是PLC最基本的应用领域，关于它的运用也很多，如机床、磨床、拼装生产线、印刷机、订书机械等等。
4）过程控制
所说的过程控制就是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。过程控制也有着非常广泛的运用，比如热处理、冶金、锅炉、化工等等。
5）模拟量控制
模拟量便是工业生产过程中接连变化的量，比如温度、压力、流量、液位和速度等等。出产PLC的商家生产的都是配套的数字|模拟和模拟|数字转换模块，使PLC可以运用于模拟量控制。
6）数据处理
有许多现代的可编程控制器功能，如数据转换，数学运算，排序，查找表，数据传输等，它能够收集，分析和处理数据。它一般应用于大型控制系统，也能够用于过程控制系统。
（2）PLC的发展现状
目前，随着微电子技术的发展，PLC已成为第一个开发机，16位机和32位机现在PC机，实现多通道的多处理器。当今，全世界有200多家PLC生产商家，400多个品种的PLC商品，各个种类的PLC商品各有各的精彩之处。
PLC经过长时间不断发展，我国国内的PLC厂家大概有三十家，国内PLC应用市场仍然以国外产品为主。国内公司有一个更大的竞争优势，在PLC等业务发展需求的优势，产品定制的优势，成本优势，服务优势，响应速度快的优势。
（3）PLC的发展趋势
PLC的应用与发展，PLC技术和产品结构的不断改进，更强大，更具成本效益的。
1）在产品规模方面，向两极发展
一方面，发展得更快，更具成本效益的小型和超小型PLC。另一方面，向快速、高容、技术改良的大型PLC目标发展。
2）向通信网络化发展
目前，PLC制造商都在发展自己专用的通信模块和通信软件以加强PLC的联网能力。各种PLC的制造商之间也在协议指定了一个通用的通讯标准，形成一个更大的网络系统。
3）向模块化、智能化发展
近年来，PLC公司开发了许多新的设备和模块，以及这些模块的开发应用不仅增强了功能，扩大应用范围，也提高了系统的可靠性[2]。
4）编程语言和编程工具的多样化和标准化
PLC厂家在硬件和编程工具频繁，多样化，并改善功能，越来越接近地图，PLC的基本成分。
2.1.2 PLC的结构及工作原理
一．PLC的结构
PLC主要是由五部分组成，分别是中央处理单元、存储器、I/O模块、编程器和电源。CPU是PLC的主旨，输入单元和输出单元是维系现场输入/输出设备与CPU之间的接口电路，通讯接口可运用于与编程器、上位计算机等外部设备的连接[3]。
图2-1 PLC结构图
在PLC中CPU按体系流程付与的效力，领导PLC井井有条地实施工作，概括起来主要有如下几个方面：
1）接收从编程器输入的用户程序和数据。
2）电源诊断、PLC内部电路的工作事故和编程中的语法失误等等。
3）通过输入接口接收现场的状态或数据，并存入输入映象寄有器或数据寄存器中。
4）从存储器逐条读取用户程序，经过解释后执行。
5）依据实行的成果，更新相关标记位的状况和输出映象寄存器的实质，经过输出单元达成输出控制[16]。
（2）存储器
有两种存储器：一个是随机存取存储器的读写操作，另一个是只读存储器ROM，PROM，EPROM和EEPROM。
为了方便阅读，检查和纠正，用户流中存在的CMOS静态RAM，锂离子电池备份电源，用于保护断电不会使信息损失。为了防止干扰破坏的RAM程序，当一个用户程序一直运行正常，不需要改变，可固化在EPROM中的只读存储器。数据是不断变化的数据，的PLC程序经常访问。PLC的工作数据存储器中有存放输入输出继电器、辅助继电器、定时器、计数器等逻辑器件的存储区，这些器件的状态都是由用户程序的初始设置和运行情况而确定的[4]。在PLC中，存储器主要用于寄存体系程序、用户流程及工作数据。
（3）输入/输出单元
输入/输出单元也称作I/O单元或I/O模块，它是PLC和工业生产现场之间的连接部件。因为外部输入设备和输出设备的信号电平是多彩的，而PLC内部CPU的处理的信息只可是标准电平，所以输入/输出接口要达成这类改变。
输入/输出接口的主要类型有：数字量输入、数字量输出、模拟量输入、模拟量输出等。
通过对三种不同类型的使用使用的电源输入接口：直流输入，交流输入接口和交流/直流输入接口。
（4）通信接口
PLC配有各种通信接口，与通信处理器，在一般的通信接口。可编程控制器与打印机结合，能够把过程信息、系统参数等输出打印；和监视器结合，可控制图像的显示方法；与其它PLC结合，能够构成多机系统和连成网络，达成更大的规模掌控。
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