工控組態(tài)技術(shù)及應(yīng)用-MCGS（第三版）課件 （李紅萍）項目1、2 MCGS工控組態(tài)軟件概述、西門子S7-200PLC簡介

項目一MCGS工控組態(tài)軟件概述模塊一計算機控制基礎(chǔ)知識及部分組態(tài)設(shè)備概述

學(xué)習目標●掌握MCGS組態(tài)軟件的系統(tǒng)構(gòu)成。?知識目標：●掌握MCGS工控組態(tài)軟件的功能特點?！裾莆战M建工程的一般過程?！裾莆战M建工程的一般過程?！裾莆誐CGS軟件的安裝。?能力目標：利用計算機控制系統(tǒng)實訓(xùn)裝置，培養(yǎng)以下技能●初步具備組建MCGS工程的思路?！癯醪骄邆浒惭bMCGS軟件的能力。⑴計算機操作基本知識。⑵控制系統(tǒng)基本知識。二、要求學(xué)生必備的知識與技能1.必備知識2.必備技能⑴熟練的計算機操作技能。⑵熟練的軟件安裝技能。1.計算機控制系統(tǒng)的組成?計算機控制系統(tǒng)是用計算機(通常稱為工業(yè)控制計算機)來實現(xiàn)工業(yè)過程自動控制的系統(tǒng)。什么是自動控制?自動控制系統(tǒng)由哪些部分組成?1）基本概念三、相關(guān)知識設(shè)定值控制器D/A執(zhí)行機構(gòu)被控對象A/D計算機被控變量+圖1.1計算機閉環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖測量變送計算機控制系統(tǒng)的工作原理(1)實時數(shù)據(jù)采集對測量變送裝置輸出的信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后進行處理。(2)實時控制決策

對被控變量的測量值進行分析、運算和處理，并按預(yù)定的控制規(guī)律進行運算。(3)實時控制輸出實時地輸出運算后的控制信號，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)，完成控制任務(wù)。上述過程不斷重復(fù)，使被控變量穩(wěn)定在設(shè)定值上?？蓺w納為以下三個步驟：什么是實時控制?生產(chǎn)過程工業(yè)控制機圖1.2計算機控制系統(tǒng)的組成框圖生產(chǎn)過程指按生產(chǎn)過程控制的特點和要求而設(shè)計的計算機它包括硬件和軟件兩部分。包括被控對象，測量變送、執(zhí)行機構(gòu)、電氣開關(guān)等裝置。2）硬件系統(tǒng)接收輸入的指令和工業(yè)對象的信息，向系統(tǒng)各部分發(fā)送命令和數(shù)據(jù)。包括顯示操作臺、屏幕顯示器(CRT)或數(shù)碼顯示器、鍵盤、打印機、記錄儀等。從被控對象采集的模擬量或數(shù)字量信號轉(zhuǎn)換為計算機能夠接收的數(shù)字量生產(chǎn)過程包括被控對象，測量變送、執(zhí)行機構(gòu)、電氣開關(guān)等裝置。圖1.3計算機控制系統(tǒng)的組成框圖包括磁盤、光盤、磁帶，主要用于存儲大量的程序和數(shù)據(jù)。將計算機的處理結(jié)果轉(zhuǎn)換成可以對被控對象進行控制的信號。

工業(yè)控制機硬件：硬件是指計算機本身及外圍設(shè)備。

計算機硬件過程輸出接口計算機過程輸入接口存儲器人機接口軟件是指能完成各種功能的計算機程序的總和.軟件系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件是專門用來使用和管理計算機的程序，包括操作系統(tǒng)、監(jiān)控管理程序、語言處理程序和故障診斷程序等。應(yīng)用軟件是用戶根據(jù)要解決的實際問題而編寫的各種程序。3）軟件系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)分級控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)直接數(shù)字控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)集散型控制系統(tǒng)2.計算機控制系統(tǒng)的應(yīng)用類型計算機監(jiān)督控制系統(tǒng)1）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)計算機承擔數(shù)據(jù)的采集和處理工作。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對生產(chǎn)過程各種工藝變量進行巡回檢測、處理、記錄以及變量的超限報警。同時對變量進行累計和實時分析。計算機通過過程輸入通道對變量作巡回檢測2）直接數(shù)字控制系統(tǒng)（DDC）根據(jù)變量，按照一定的控制規(guī)律進行運算其結(jié)果經(jīng)過輸出通道，作用到控制對象。模擬量輸入微型計算機模擬量輸出生產(chǎn)過程數(shù)字量輸入數(shù)字量輸出顯示打印磁盤匯總3）計算機監(jiān)督控制系統(tǒng)(SCC)DDC級微機完成生產(chǎn)過程的直接數(shù)字控制；SCC級微機進行優(yōu)化分析計算，產(chǎn)生最優(yōu)化設(shè)定值。用數(shù)字控制儀器代替，再配以輸入采樣器、A/D轉(zhuǎn)換器和D/A轉(zhuǎn)換器、輸出掃描器，便是SCC加數(shù)字控制器的SCC系統(tǒng)。當SCC計算機出現(xiàn)故障時，由數(shù)字控制器獨立完成控制任務(wù)，比較安全可靠。4）分級控制系統(tǒng)

生產(chǎn)過程中既存在控制問題，也存在大量的管理問題。

由若干臺微處理器或微機分別承擔部分控制任務(wù)，代替了集中控制的計算機。

這種系統(tǒng)的特點是將控制功能分散，用多臺計算機分別完成不同的控制功能，管理則采用集中管理。(3)工廠集中控制級它可根據(jù)上級下達的任務(wù)和本廠情況，制定生產(chǎn)計劃、安排本廠工作、進行人員調(diào)配及各車間的協(xié)調(diào)，并及時向上級報告。(4)企業(yè)管理級制定長期發(fā)展現(xiàn)劃、生產(chǎn)銷計劃，發(fā)命令至各工廠，并接受反饋信息，實現(xiàn)全企業(yè)的總調(diào)度。

（2)車間監(jiān)督級(SCC級)它根據(jù)廠級計算機下達的命令和通過裝置控制級獲得的生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)，進行最優(yōu)化控制。

(1)裝置控制級(DDC級)對生產(chǎn)過程進行直接控制，使所控制的生產(chǎn)過程在最優(yōu)工作狀況下工作。5）集散控制系統(tǒng)

協(xié)調(diào)各控制站的工作達到過程的動態(tài)最優(yōu)化人機接口裝置，完成操作、顯示和監(jiān)視任務(wù)集散控制系統(tǒng)是分布式結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。完成過程的現(xiàn)場控制任務(wù)實現(xiàn)了地理上和功能上分散的控制，將各個分散的信息集中起來，進行集中的監(jiān)視和操作。采集非控制過程信息?集散控制系統(tǒng)是一種典型的分級分布式控制結(jié)構(gòu)。?集散控制系統(tǒng)有計算機控制系統(tǒng)控制算法先進、精度高、響應(yīng)速度快的優(yōu)點．又有儀表控制系統(tǒng)安全可靠、維護方便的優(yōu)點。?集散控制系統(tǒng)容易實現(xiàn)復(fù)雜的控制規(guī)律，系統(tǒng)是積木式結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)靈活，可大可小，易于擴展。6）現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(FCS)，是新一代分布式控制結(jié)構(gòu)，采用工作站-現(xiàn)場總線智能儀表的二層結(jié)構(gòu)模式?，F(xiàn)場數(shù)字執(zhí)行器現(xiàn)場數(shù)字控制功能模塊服務(wù)器工作站現(xiàn)場數(shù)字傳感器四、理實一體化教學(xué)任務(wù)任務(wù)一MCGS組態(tài)軟件的系統(tǒng)構(gòu)成任務(wù)二MCGS工控組態(tài)軟件的功能特點任務(wù)三組建工程的一般過程任務(wù)四MCGS軟件的安裝五、理實一體化教學(xué)步驟１.MCGS組態(tài)軟件的系統(tǒng)構(gòu)成

⑴

MCGS組態(tài)軟件的整體結(jié)構(gòu)

MCGS組態(tài)軟件（以下簡稱MCGS）由“MCGS組態(tài)環(huán)境”和“MCGS運行環(huán)境”兩個系統(tǒng)組成如圖2-1-1所示。兩部分互相獨立，又緊密相關(guān)。圖2-1-1MCGS組態(tài)軟件的整體結(jié)構(gòu)圖2-1-2MCGS工程的五大部分⑵

MCGS工程的五大部分

⑴

概念簡單，易于理解和使用。

⑵功能齊全，便于方案設(shè)計。

⑶實時性與并行處理。２.MCGS工控組態(tài)軟件的功能特點⑷

建立實時數(shù)據(jù)庫，便于用戶分步組態(tài)，保證系統(tǒng)安全可靠運行。

⑸“面向窗口”的設(shè)計方法，增加了可視性和可操作性。３.組建工程的一般過程⑴

MCGS的系統(tǒng)硬件要求

CPU：使用相當于Intel公司的Pentium233或以上級別的CPU；內(nèi)存：當使用Windows9X操作系統(tǒng)時內(nèi)存應(yīng)在32MB以上；當選用WindowsNT操作系統(tǒng)時，系統(tǒng)內(nèi)存應(yīng)在64MB以上；當選用Windows2000、Windows2000操作系統(tǒng)時，系統(tǒng)內(nèi)存應(yīng)128MB以上；顯卡：Windows系統(tǒng)兼容，含有1MB以上的顯示內(nèi)存，可工作于800*600分辨率，65535色模式下；硬盤：MCGS通用版組態(tài)軟件占用的硬盤空間約為80MB。⑵

MCGS軟件的安裝①插入光盤后會自動彈出MCGS安裝程序窗口或運行光盤中AutoRun.exe文件，彈出MCGS安裝程序窗口如圖2-1-3所示。圖2-1-3

MCGS安裝界面②在安裝程序窗口中選擇“安裝MCGS組態(tài)軟件通用版”，啟動安裝程序開始安裝。

2-1-4缺省安裝界面③在彈出的窗口中選擇“下一步”，隨后，安裝程序?qū)⑻崾灸阒付ò惭b目錄，用戶不指定時，系統(tǒng)缺省安裝到D:\MCGS目錄下，如圖2-1-4所示。④單擊瀏覽按鈕，彈出如圖2-1-5所示的窗口，然后在此窗口中選擇安裝路徑。圖2-1-5選擇安裝路徑⑤單擊確定開始安裝，安裝過程大約要持續(xù)數(shù)分鐘。

⑥

MCGS系統(tǒng)文件安裝完成后，安裝程序要建立和安裝數(shù)據(jù)庫引擎，這一過程可能持續(xù)幾分鐘，請耐心等待。⑦安裝過程完成后，在彈出的對話框中（如圖2-1-6所示）選擇“是，我現(xiàn)在要重新啟動計算機”然后選擇“結(jié)束”按鈕，操作系統(tǒng)重新啟動，完成安裝。圖2-1-6安裝完成界面⑧安裝完成后，Windows操作系統(tǒng)的桌面上添加了如圖2-1-7所示的兩個圖標，分別用于啟動MCGS組態(tài)環(huán)境和運行環(huán)境。圖2-1-7

MCGS桌面圖標⑨同時，Windows開始菜單中也添加了相應(yīng)的MCGS程序組，如圖2-1-8所示；MCGS程序組包括五項：MCGS組態(tài)環(huán)境、MCGS運行環(huán)境、MCGS電子文檔、MCGS自述文件以及卸載MCGS組態(tài)軟件。

五、實操考核項目考核采用步進式考核方式，考核內(nèi)容如下表2-1-2所示

表2-1-2

項目考核表六、注意事項

１.

MCGS軟件安裝時一定要注意安裝MCGS通用版。２.

MCGS軟件安裝時一定要注意安裝路徑。３.

MCGS軟件安裝結(jié)束后，一定要重新啟動計算機，MCGS軟件才能正常使七、思考題１.

MCGS組態(tài)軟件由哪幾部分構(gòu)成？２.組建MCGS工程的步驟有哪些？３.

MCGS組態(tài)軟件安裝的硬件要求是什么？思考題與習題1簡述計算機控制系統(tǒng)的組成，并畫出系統(tǒng)框圖。2簡述計算機控制系統(tǒng)的分類。3簡述直接數(shù)字控制系統(tǒng)的特點。4簡述集散控制系統(tǒng)的組成與特點。5簡述現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的組成與特點。6MCGS組態(tài)軟件由哪幾部分構(gòu)成？7組建MCGS工程的步驟有哪些？8MCGS組態(tài)軟件安裝的硬件要求是什么？項目二西門子S7-200PLC簡介

一、學(xué)習目標1.知識目標⑴掌握西門子PID指令的使用方法。⑵掌握西門子S7-200PLC系統(tǒng)組成。⑶掌握西門子編程元件的使用方法。⑷掌握西門子存儲器的相關(guān)知識。⑸掌握西門子PLC與計算機的連接方法

2.能力目標⑴初步具備用PLC搭建PID控制系統(tǒng)能力。⑵初步具備STEP7軟件的安裝能力。⑶初步具備編程軟件的使用能力。⑷初步具備PLC程序的下載能力。⑸初步具備PLC工程的調(diào)試能力。二、要求學(xué)生必備的知識與技能1.必備知識⑴

PLC基本指令。⑵控制系統(tǒng)基本知識。⑶存儲器基本知識。

2.必備技能⑴熟練的計算機操作技能⑵熟練的軟件安裝技能三、理實一體化教學(xué)任務(wù)任務(wù)一S7-200PLC的CPU類型任務(wù)二西門子編程元件任務(wù)三西門子PID指令任務(wù)四西門子S7-200PLC系統(tǒng)組成任務(wù)五西門子S7-200PLC存儲器任務(wù)六PC-PPI電纜任務(wù)七STEP7軟件的安裝任務(wù)八編程軟件的使用方法任務(wù)九PLC程序的下載任務(wù)十工程調(diào)試四、理實一體化教學(xué)步驟（3）CPU2241.S7-200PLC的CPU類型（1）CPU221（2）CPU222集成6輸入/4輸出共10個數(shù)字量I/O點，無I/O擴展能力。它包括6KB程序和數(shù)據(jù)存儲空間，4個獨立的30kHz高速計數(shù)器，2路獨立的20kHz高速脈沖輸出，1個RS-485通信/編程口，具有PPI通信協(xié)議、MPI通信協(xié)議和自由方式通信能力。集成8輸入/6輸出共14個數(shù)字量I/O點，可連接2個擴展模塊。它包括6KB程序和數(shù)據(jù)存儲空間，4個獨立的30kHz高速計數(shù)器，2路獨立的20kh高速脈沖輸出，1個RS-485通信/編程口，具有PPI通信協(xié)議、MPI通信協(xié)議和自由方式通信能力。。集成14輸入10輸出共24個數(shù)字量I/O點，可連接7個擴展模塊，最大擴展至168路數(shù)字量I/O點或35路模擬量I/O點。它包括13KB程序和數(shù)據(jù)存儲空間，6個獨立的30kHz高速計數(shù)器，2路獨立的20MHz高速脈沖輸出，具有PID控制器，1個RS-485通信/編程口，具有PPI通信協(xié)議、MPI通信協(xié)議和自由方式通信能力。其I/O端子排可很容易地整體拆卸。

。

（4）CPU226集成24輸入16輸出共40個數(shù)字量I/O點，可連接7個擴展模塊，最大擴展至248路數(shù)字量I/O點或35路模擬量I/O點。它包括13KB程序和數(shù)據(jù)存儲空間，6個獨立的30kHz高速計數(shù)器，2路獨立的20MHz高速脈沖輸出，具有PID控制器，2個RS-485通信/編程口，具有PPI通信協(xié)議、MPI通信協(xié)議和自由方式通信能力。其I/O端子排可很容易地整體拆卸。輸入繼電器是專設(shè)的輸入過程映像寄存器，用來接收外部傳感器或開關(guān)元件發(fā)來的信號。圖1-2-1所示為輸入繼電器的等效電路圖，當外部按鈕驅(qū)動時，其線圈接通，常開、常閉觸點的狀態(tài)發(fā)生相應(yīng)變化。輸入繼電器不能由程序驅(qū)動，其觸點不能直接輸出帶負載。2.S7-200系列PLC的編程軟元件⑴輸入繼電器（I）

⑵輸出繼電器(Q)輸出繼電器是專設(shè)的輸出過程映像寄存器。輸出繼電器的外部輸出觸點接到輸出端子上，以控制外部負載。輸出繼電器的外部輸出執(zhí)行器件有繼電器、晶體管和晶閘管3種。圖1-2-2表示輸出繼電器的等效電路圖，當輸出繼電器接通時，它所連接的外部電路被接通，同時輸出繼電器的常開、常閉觸點動作，可在程序中使用

⑶內(nèi)部標志位(M)內(nèi)部標志位又稱為存儲區(qū)，存儲中間操作信息，它們不直接驅(qū)動外部負載，只起中間狀態(tài)的暫存作用，類似于中間繼電器，在S7-200系列PLC中稱為內(nèi)部標志位，一般以位為單位使用。⑷特殊標志位（SM)特殊標志位為用戶提供一些特殊的控制功能及系統(tǒng)信息，用戶對操作的一些特殊要求也通過SM通知系統(tǒng)。特殊標志位分為只讀區(qū)和可讀可寫區(qū)兩部分。只讀區(qū)特殊標志位，用戶只能利用其觸點，如：SM0.0：RUN監(jiān)控，PLC在RUN狀態(tài)時，SM0.0總為1。SM0.1：初始化脈沖，PLC由STOP轉(zhuǎn)為RUN時，SM0.1接通一個掃描周期。SM0.2：當RAM中保存的數(shù)據(jù)丟失時，SM0.2接通一個掃描周期。SM0.3：PLC上電進入RUN時，SM0.3接通一個掃描周期。SM0.4：分脈沖，占空比為50％，周期為lmin的脈沖串。SM0.5：秒脈沖，占空比為50％，周期為ls的脈沖串。SM0.6：掃描脈沖，一個掃描周期為ON，下一個掃描周期為OFF，交替循環(huán)。SM0.7：指示CPU上MODE開關(guān)的位置，0=TERM，1=RUN，通常用來在RUN狀態(tài)下啟動自由口通信方式?？勺x可寫特殊標志位用于特殊控制功能，如用于自由口設(shè)置的SMB30，用于定時中斷時間設(shè)置的SMB34／SMB35，用于高速計數(shù)器設(shè)置的SMB36~SMB65，用于脈沖串輸出控制的SMB66~SMB85等。⑸定時器(T)PLC中的定時器作用相當于時間繼電器，定時器的設(shè)定值由程序賦值。每個定時器有一個16位的當前值寄存器及一個狀態(tài)位。定時器的計時過程采用時間脈沖計數(shù)的方式，其分辨率分為1ms、10ms、100ms3種。⑹計數(shù)器(C)計數(shù)器的結(jié)構(gòu)與定時器基本一樣，其設(shè)定值在程序中賦值。它有一個16位的當前值寄存器及一個狀態(tài)位計數(shù)器用來計算從輸入端子或內(nèi)部元件送來的脈沖數(shù)，有加計數(shù)器、減計數(shù)器及加減計數(shù)器3種類型。由于計數(shù)器的計數(shù)頻率受掃描周期的限制，當需要對高頻信號計數(shù)時可以用高頻計數(shù)器(HSC)。⑺高速計數(shù)器(HC)

高速計數(shù)器用于對頻率高于掃描周期的外接信號進行計數(shù)，高速計數(shù)器使用主機上的專用端子接收這些高速信號，其數(shù)據(jù)為32位有符號的高速計數(shù)器的當前值。⑻變量寄存器(v)變量存儲區(qū)存儲具有較大容量的變量寄存器，用于存儲程序執(zhí)行過程中控制邏輯的中間結(jié)果，或用來保存與工序或任務(wù)相關(guān)的其他數(shù)據(jù)。⑼累加器(AC)。S7-200系列PLC提供4個32位累加器(ACC0~ACC3)，累加器常用作數(shù)據(jù)處理的執(zhí)行器件。(10)局部存儲器(L)局部存儲器與變量寄存器相似，只不過變量寄存器是全局有效的，而局部存儲器是局部有效。局部存儲器常用來作臨時數(shù)據(jù)的存儲器或者為子程序傳遞函數(shù)。(11)狀態(tài)元件(S)狀態(tài)元件是使用順控繼電器指令的重要元件，通常與順序控制指令LSCR、SCRT、SCRE結(jié)合使用，實現(xiàn)順控流程的方法，即SFC(SequentialfunctionChart)編程。（12）模擬量輸入/輸出(AIW／AQW)模擬量經(jīng)A/D、D/A轉(zhuǎn)換，在PLC外為模擬量，在PLC內(nèi)為數(shù)字量。模擬量輸入輸出元件為模擬量輸入/輸出的專用存儲單元。3.PID指令介紹PID指令根據(jù)表格(TBL)中的輸入和配置信息，引用LOOP，執(zhí)行PID回路計算。本指令有兩個操作數(shù)：一個是回路表起始地址，另一個是"回路"號碼。程序中可使用八條PID指令。程序中多條PID指令不能使用相同的回路號碼?；芈繁泶鎯刂坪捅O(jiān)控回路運算的一些參數(shù)，包括程序變量、設(shè)置點、輸出、增益、樣本時間、整數(shù)時間（重設(shè)）、導(dǎo)出時間（速率）以及整數(shù)和（偏差）的當前值及先前值。

S7-200的PID指令引用一個包含回路參數(shù)的回路表。此表起初的長度為36個字節(jié)。在增加了PID自動調(diào)諧后，回路表現(xiàn)已擴展到80個字節(jié)?；芈繁碇饕止?jié)如下表1-2-2所示。