【正文】 . . . . .摘要 本設(shè)計闡述了基于MCGS和PLC的遠(yuǎn)程軋鋼機監(jiān)控系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計。此系統(tǒng)采用主從式結(jié)構(gòu)，上位機采用MCGS組態(tài)軟件實現(xiàn)監(jiān)控功能，對軋鋼機信息進(jìn)行實時監(jiān)控；下位機則以西門子S7200PLC為核心，進(jìn)行軋鋼機信息的采集和轉(zhuǎn)換，并與上位機進(jìn)行信息交互,上位機和下位機通過串口方式進(jìn)行通信，最后實現(xiàn)以MCGS為監(jiān)控界面并且以PLC為編程控制的軋鋼機控制系統(tǒng)。關(guān)鍵詞：軋鋼機；遠(yuǎn)程監(jiān)控；西門子S7200PLC；MCGSABSTRACT This design have introduced the hardware and software design of the longrange Rolling mill monitoring system which are based on MCGS and PLC. This system adopts the principal and subordinate structure, the superior machine adopts the MCGS configuration software to realize the monitoring function and carry on the realtime monitoring to the ingredient information. The Lower position machine regards Siemens S7200PLC as the core to carry on the gathering and the transformation of ingredient information and they also exchange the information with the superior superior machine and the lower position machine carry on the correspondence through the serial mode. Finally, they realize the Rolling mill control system with MCGS for monitoring interface and PLC for programming.Key words: Rolling mill；Longdistance monitoring；Siemens S7200PLC； MCGS目錄摘要 IABSTRACT II1 引言 1 軋鋼機的國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 1 課題來源與意義 22 MCGS與PLC的簡介 2 PLC 2 PLC的基本結(jié)構(gòu) 4 PLC的特點 7 PLC的工作原理 9 PLC工作方式與特點 9 可編程控制器的應(yīng)用領(lǐng)域 10 PLC的國內(nèi)外狀況 12 控制主電路圖 13 西門子S7200系列PLC 14 組態(tài)軟件與MCGS 15 什么是組態(tài)軟件 15 組態(tài)軟件的結(jié)構(gòu) 16 組態(tài)軟件的發(fā)展應(yīng)用現(xiàn)狀 18 組態(tài)軟件的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 20 MCGS組態(tài)軟件介紹 22 MCGS組態(tài)軟件的系統(tǒng)構(gòu)成 23 MCGS組態(tài)軟件的功能和特點 25 MCGS組態(tài)軟件的工作方式 28 MCGS工程建立步驟 29 MCGS工作原理介紹 333 基于MCGS的軋鋼機模擬控制系統(tǒng)的總體分析 34 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的分析 34 MCGS軋鋼機控制原理及控制示意圖 354 系統(tǒng)的總體設(shè)計 35 器件的選擇與介紹 35 軋鋼機 35 傳感器 36 電磁閥 36 帶有正反轉(zhuǎn)的電機工作原理 38 MCGS監(jiān)控界面設(shè)計 38 組態(tài)工程的建立 38 創(chuàng)建組態(tài)畫面 39 MCGS的系統(tǒng)組成 42 MCGS各部分功能的概述 42 43 44 設(shè)備窗口組態(tài) 44 45 數(shù)據(jù)后處理及報表 45 46 程序分析與控制語句的編制 46 S7200與MCGS通信的實現(xiàn) 48 MCGS與PLC軟件連接 50 系統(tǒng)生成的監(jiān)控界面圖 59結(jié)束語 60參考文獻(xiàn) 61外文原文和譯文 62致謝 72附錄 73—PLC程序清單 731 梯形圖 732 語句表 76 學(xué)習(xí)參考1 引言 軋鋼機的國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r軋鋼機是實現(xiàn)金屬軋制過程的設(shè)備。泛指完成軋材生產(chǎn)全過程的裝備，包括有主要設(shè)備、輔助設(shè)備﹑起重運輸設(shè)備和附屬設(shè)備等。但一般所說的軋鋼機往往僅指主要設(shè)備。19世紀(jì)中葉，第一臺可逆式板材軋機在英國投產(chǎn)，并軋出了船用鐵板。1848 年德國發(fā)明了萬能式軋剛機，1853 年美國開始用三輥式的型材軋剛機，并用蒸汽機傳動的升降臺實現(xiàn)機械化。接著美國出現(xiàn)了勞特式軋剛機。1859年建造了第一臺連軋剛機。萬能式型材軋剛機是在1872年出現(xiàn)的。20世紀(jì)初制成半連續(xù)式帶鋼軋機，由兩架三輥粗軋機和五架四輥精軋機組成。隨著冶金工業(yè)的發(fā)展，軋剛機可按軋輥的排列和數(shù)目分類，可按機架的排列方式分類，也可按生產(chǎn)的產(chǎn)品分類，現(xiàn)已有多種類型軋鋼機，但是用以上所述軋鋼機進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)控制時會造成產(chǎn)品質(zhì)量不高，能源利用率低等，我國正在大力推進(jìn)社會主義現(xiàn)代化建設(shè)，能源需求非常大，然而我國的能源利用率極低。這與我國倡導(dǎo)建設(shè)節(jié)約型社會是背道而行的，所以在我國現(xiàn)代化的建設(shè)中實現(xiàn)高效率的設(shè)備和控制系統(tǒng)，有著極為重要的實際意義。目前，國際上軋鋼機發(fā)展的趨向是連續(xù)化、自動化、專業(yè)化，產(chǎn)品質(zhì)量高，消耗低。60年代以來軋機在設(shè)計、研究和制造方面取得了很大的進(jìn)展，使帶材冷熱軋剛機、厚板軋剛機、高速線材軋剛機H型材軋剛機和連軋管機組等性能更加完善，并出現(xiàn)了軋制速度高達(dá)每秒115米的線材軋機﹑全連續(xù)式帶材冷軋機、5500毫米寬厚板軋機和連續(xù)式H型鋼軋機等一系列先進(jìn)設(shè)備。軋機用的原料單重增大，液壓 AGC、板形控制、電子計算器過程控制及測試手段越來越完善，軋制品種不斷擴大。一些適用于連續(xù)鑄軋﹑控制軋制等新軋制方法，以及適應(yīng)新的產(chǎn)品質(zhì)量要求和提高經(jīng)濟效益的各種特殊結(jié)構(gòu)的軋機都在發(fā)展中。新型的軋剛機采用了一整套先進(jìn)的自動化控制系統(tǒng)，全線生產(chǎn)過程和操作監(jiān)控均由計算機控制實施，大大提高了工業(yè)生產(chǎn)效率。本論文主要闡述了組態(tài)軟件MCGS在軋鋼機控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，介紹了軋鋼機的控制及監(jiān)控系統(tǒng)的總體設(shè)計方案及設(shè)計過程，列出了主要的主電路圖、PLC接線圖、PLC控制流程圖和軋鋼機控制梯形圖。利用組態(tài)軟件MCGS設(shè)計了軋鋼機控制系統(tǒng)監(jiān)控界面，提供了直觀、清晰、準(zhǔn)確的軋鋼機控制系統(tǒng)狀態(tài)，進(jìn)而為維修和故障診斷提供了方便，充分提高了系統(tǒng)的工作效率。文章簡要介紹了可編程邏輯控制器PLC和組態(tài)軟件，還介紹了組態(tài)軟件MCGS與西門子S7200的通信，詳細(xì)指出了MCGS與S7200的硬件連接與軟件連接。 課題來源與意義MCGS(Monitor and Control Generated System)是一套基于Windows平臺的，用于快速構(gòu)造和生成上位機監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件系統(tǒng)，可運行于Microsoft Windows 95/98/Me/NT/2000等操作系統(tǒng)。MCGS為用戶提供了解決實際工程問題的完整方案和開發(fā)平臺，能夠完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、實時和歷史數(shù)據(jù)處理、報警和安全機制、流程控制、動畫顯示、趨勢曲線和報表輸出以及企業(yè)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)等功能。MCGS具有操作簡便、可視性好、可維護(hù)性強、高性能、高可靠性等突出特點，已成功應(yīng)用于石油化工、鋼鐵行業(yè)、電力系統(tǒng)、水處理、環(huán)境監(jiān)測、機械制造、交通運輸、能源原材料、農(nóng)業(yè)自動化、航空航天等領(lǐng)域，經(jīng)過各種現(xiàn)場的長期實際運行，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。所以基于MCGS的軋鋼機控制系統(tǒng)符合工業(yè)發(fā)展趨勢，有著廣泛的發(fā)展空間，大力推進(jìn)信息化，加快建設(shè)現(xiàn)代化，走新型工業(yè)化道路。新型工業(yè)化道路不只講工業(yè)增加值，而是要做到“科技含量高、經(jīng)濟效益好、資源消耗低、環(huán)境污染少、人力資源優(yōu)勢得到充分發(fā)揮”，并實現(xiàn)這幾方面的兼顧和統(tǒng)一。因此，有必要對已經(jīng)應(yīng)用與工業(yè)的MCGS模擬控制系統(tǒng)進(jìn)行研究和分析，并設(shè)計一些性能優(yōu)越，精度高，抗干擾能力強，人機界面友好，功能完善，適應(yīng)于工業(yè)以及商業(yè)、農(nóng)業(yè)、智能建筑等領(lǐng)域的模擬控制系統(tǒng)。2 MCGS與PLC的簡介 PLC可編程序控制器又簡稱，但由于PC容易和個人計算機（Personal Computer）混淆，故人們?nèi)粤?xí)慣地用PLC作為可編程序控制器的縮寫。它是一個以微處理器為核心的數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)裝置，專為在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用而設(shè)計，它采用可編程序的存儲器，用以在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時/計數(shù)和算術(shù)運算等操作指令，并通過數(shù)字式或模擬式的輸入、輸出接口，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設(shè)計。PLC是微機技術(shù)與傳統(tǒng)的繼電接觸控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它克服了繼電接觸控制系統(tǒng)中的機械觸點的接線復(fù)雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點，充分利用了微處理器的優(yōu)點，又照顧到現(xiàn)場電氣操作維修人員的技能與習(xí)慣，特別是PLC的程序編制，不需要專門的計算機編程語言知識，而是采用了一套以繼電器梯形圖為基礎(chǔ)的簡單指令形式，使用戶程序編制形象、直觀、方便易學(xué)；調(diào)試與查錯也都很方便。用戶在購到所需的PLC后，只需按說明書的提示，做少量的接線和簡易的用戶程序編制工作，就可靈活方便地將PLC應(yīng)用于生產(chǎn)實踐。目前，可編程控制器在機械制造、石油化工、冶金鋼鐵、汽車、輕工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用都得到了長足的發(fā)展。PLC的特點：可靠性高，抗干擾能力強；硬件配套齊全，功能完善，適用性強；易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎；系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試工作量小，維護(hù)方便，容易改造；體積小，重量輕，能耗低。PLC的構(gòu)成：從結(jié)構(gòu)上分，PLC分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。 CPU 224 I/O 接口接線接線圖 PLC的基本結(jié)構(gòu)PLC實質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計算機，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機相同，基本構(gòu)成為：:PLC的電源在整個系統(tǒng)中起著十分重要的作用。如果沒有一個良好的、可靠的電源系統(tǒng)是無法正常工作的，因此PLC的制造商對電源的設(shè)計和制造也十分重視。一般交流電壓波動在+10%(+15%)范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將PLC直接連接到交流電網(wǎng)上去。(CPU):中央處理單元(CPU)是PLC的控制中樞。它按照PLC系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲器、I/O以及警戒定時器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。當(dāng)PLC投入運行時，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/O映象區(qū)，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運算的結(jié)果送入I/O映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將I/O映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運行，直到停止運行。為了進(jìn)一步提高PLC的可靠性，近年來對大型PLC還采用雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或采用三CPU的表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個CPU出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)仍能正常運行。：系統(tǒng)存儲器和用戶存儲器。系統(tǒng)存儲器：存放系統(tǒng)管理程序，用只讀存儲器實現(xiàn)；用戶存儲器：存放用戶編制的控制程序，一般用RAM實現(xiàn)或固化到只讀存儲器中。 : 連接用戶輸入輸出設(shè)備和PLC控制器，將各輸入信號轉(zhuǎn)換成PLC標(biāo)準(zhǔn)電平供PLC處理，再將處理好的輸出信號轉(zhuǎn)換成用戶設(shè)備所要求的信號驅(qū)動外部負(fù)載。對輸入輸出接口的要求：良好的抗干擾能力；對各類輸入輸出信號（開關(guān)量、模擬量、直流量、交流量）的匹配能力。PLC輸入輸出接口的類型：模擬量輸入輸出接口、開關(guān)量輸入輸出接口（直流、交流及交直流）。用戶應(yīng)根據(jù)輸入輸出信號的類型選擇合適的輸入輸出接口。開關(guān)量輸入接口電路:各種輸入接口均采取了抗干擾措施。如帶有光耦合器隔離使PLC與外部輸入信號進(jìn)行隔離；并設(shè)有RC濾波器，用以消除輸入觸點的抖動和外部噪聲干擾。通常有三種類型：直流(12∽24)V輸入、交流(100∽120)V輸入與交流(200∽240)V輸入和交直流(12∽24)V輸入。直流輸入模塊的電源一般由機內(nèi)24v電源提供，輸入信號接通時輸入電流一般小于10mA；交流輸入模塊的電源一般由用戶提供。 直流輸入接口開關(guān)量輸出接口電路：有三種形式，即繼電器輸出、晶體管輸出和晶閘管輸出。開關(guān)量輸出端的負(fù)載電源一般由用戶提供，輸出電流一般不超過2A。開關(guān)量輸出端的負(fù)載電源一般由用戶提供，輸出電流一般不超過2A。 交直流輸出接口（繼電器輸出型）輸出端子的兩種接法：隔離式，輸出各自獨立，無公共點：各輸出端子各自形成獨立回路；匯點式，全部輸入點（輸出點）共用一個公共點?；蛘邔⑤斎朦c（輸出點）分成幾組，組內(nèi)各點共用一個公共點。各組的公共點之間相互隔離。組內(nèi)的各點必須使用同一電壓類型和同一電壓等級，各組可使用不同電壓類型和等級的負(fù)載。:如計數(shù)、定位等功能模塊。:如以太網(wǎng)、RS48ProfibusDP通訊模塊等。 plc的硬件結(jié)構(gòu) PLC的特點為適應(yīng)工業(yè)環(huán)境使用，與一般控制裝置相比較，PLC機有以下特點：，抗干擾能力強。高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。例如三菱公司生產(chǎn)的F系列PLC平均無故障時間高達(dá)30萬小時。一些使用冗余CPU的PLC的平均