實訓項目二監控組態技術在計算機控制系統中的應用任務一MCGS監督控制組態系統的應用任務二MCGS監控組態系統的創建任務三MCGS監控組態系統的調試習題二

實訓目的和意義

本項目重點培養學生以小組合作的形式,采用MCGS嵌入式觸摸屏TPC7062Ti,在MCGS7.7嵌入版監控組態開發環境中,創建軸承去磁與清洗生產過程監督控制組態系統,并對該監控組態系統展開脫機與聯機調試的能力。

實訓項目功能簡介

軸承去磁與清洗生產過程的監控組態系統由軸承去磁與清洗生產流程的“顯示界面”和“人工控制界面”組成。其中生產流程的“顯示界面”負責監控軸承位置的檢測信息、去磁機運行過程中的I/O信息;而“人工控制界面”負責控制生產線的手動/自動模式切換和生產設備的手動啟停,如圖2-1所示。圖2-1MCGS嵌入式觸摸屏TPC7062Ti用于軸承去磁與清洗生產

實訓崗位能力目標

(1)了解網絡版、通用版和嵌入版MCGS監控組態軟件在自動控制系統組態創建、調試和運行中發揮的重要作用。

(2)能正確應用MCGS7.7嵌入版監控組態軟件中的開發工具,創建并優化軸承去磁與清洗自動化生產線的監督控制系統。

(3)能在編程計算機、S7-300PLC、SR40PLC和MCGS嵌入式觸摸屏組成的主控系統中正確下載、調試和運行自動化生產線的監控組態系統。

(4)能正確應用MCGS嵌入式觸摸屏完成系統手動/自動控制模式的切換,并能實現軸承去磁與清洗設備的手動控制。

任務一MCGS監督控制組態系統的應用

任務目標(1)了解MCGS監督控制組態系統的基本情況;(2)熟悉MCGS監督控制組態系統在軸承去磁與清洗中的應用。

子任務1了解MCGS監督控制組態系統的基本情況

1.MCGS監督控制組態系統的三種版本

MCGS監督控制組態軟件包括三種版本,分別是網絡版(NetworkEdition)、通用版(CustomEdition)和嵌入版(EmbeddedEdition),如圖2-2所示。這三種版本的監督控制

組態軟件具有功能完善、操作簡捷和可視化效果好的特點。圖2-2-MCGS監督控制組態系統的三種版本

(1)MCGS6.2網絡版(NetworkEdition)組態軟件具有先進的Client/Server(客戶端/服務器)架構,工程技術人員(客戶端)可以使用標準的IE瀏覽器在網絡服務器的數據支持下,瀏覽和監控軸承工件的自動加工過程。

(2)MCGS6.2通用版(CustomEdition)組態軟件運行于WIN7或WIN10操作系統中,支持軸承去磁與清洗自動化生產線中西門子PLC、變頻器及智能傳感器等設備及元件的組態與監控,并可以根據西門子PROFINET網絡或者S7網絡的要求,生成軸承加工與制造過程的實時數據采集與存儲系統。

(3)MCGS7.7嵌入版(EmbeddedEdition)組態軟件專門應用于嵌入式計算機監控系統的開發中,該嵌入版組態軟件主要包括組態環境和運行環境兩部分,其組態環境運行于32位及以上Windows平臺,以動畫顯示、報警處理及流程控制等方式為工程技術人員提供軸承自動加工生產工程的組態方案;其運行環境則工作于實時多任務嵌入式操作系統RTOS中,用于對組態后的工程進行監控和調試。技術人員在MCGS7.7嵌入版組態環境中創建軸承去磁與清洗自動化生產線的監控組態系統。

2.基于MCGS監督控制組態技術構建軸承去磁與清洗的主控系統

結合實際生產,本項目中我們以嵌入版MCGS觸摸屏、主控PLCS7-300314C2PN/DP、S7-200SMARTSR40PLC、網絡交換機和編程計算機為主體,構建如圖2-3所示的軸承去磁與清洗自動化生產線的主控系統,實現軸承去磁與清洗生產過程中實時數據的采集、信息的處理及生產設備的控制。圖2-3軸承去磁與清洗自動化生產線的主控系統

子任務2-MCGS監督控制組態系統在軸承自動去磁和清洗中的應用

在工業機器人軸承去磁與清洗自動化生產線的主控系統中,工程技術人員采用網絡交換機建立起如圖2-4所示的MCGS觸摸屏TPC7062Ti、主控PLCS7-300314C2PN/

DP及S7-200SMARTSR40PLC之間的TCP/IP通信網絡,同時采用I/O通信實現SR40PLC對軸承去磁與清洗設備的自動控制。圖2-4工業機器人軸承去磁與清洗自動化生產線的主控系統

1.軸承去磁與清洗自動化生產線主控系統的應用

(1)S7-200SMARTSR40PLC負責循環掃描光纖漫反射傳感器的有效檢測信號,傳送電機、去磁機構、旋轉機構及噴淋機構的工作狀態,并通過交換機將上述實時數據傳送給主控PLCS7-300314C2PN/DP。

(2)主控PLCS7-300314C2PN/DP通過交換機將軸承去磁與清洗生產過程中的實時信息映射到MCGS觸摸屏組態程序中預留的I/O存儲器中,MCGS觸摸屏作為人機交互界面完成對生產過程各環節的監督和控制。

(3)工程技術人員通過在MCGS觸摸屏上預設的控制按鈕,可以實現軸承去磁與清洗操作流程的手/自動切換和手動控制。

2.MCGS觸摸屏在自動化生產線主控系統中的應用

本項目中工程技術人員將MCGS嵌入式一體化觸摸屏TPC7062Ti安裝于自動化生產線主控系統的電控柜柜門上,如圖2-5和圖2-6所示,應用MCGS觸摸屏完成對軸承去磁與清洗生產過程的實時監控、手/自動切換和手動控制。圖2-5MCGS觸摸屏TPC7062Ti的正面圖2-6MCGS觸摸屏TPC7062Ti的背面

(1)工程技術人員通過編程計算機將本地MCGS觸摸屏的IP地址設為192.168.0.19,將遠端主控PLCS7-300的IP地址設為192.168.0.1,建立MCGS觸摸屏與主控PLCS7-300之間的TCP/IP通信。

(2)工程技術人員在Windows平臺上,通過MCGS觸摸屏的編輯窗口,在MCGS的元件庫中調用傳送帶、電磁線圈、電動機、按鈕和指示燈等元件的動畫模型,繪制自動化生產線的組態,并設置相關元件的顯示屬性和動作屬性,創建軸承自動去磁與清洗生產過程的人機交互界面。

(3)主控系統開啟以后,主控PLCS7-300通過網絡交換機,將軸承去磁與清洗生產過程中光纖傳感器、傳送帶、去磁機構、旋轉機構及噴淋機構的I/O狀態逐一映射到MCGS觸摸屏內部對應的位存儲器中,MCGS觸摸屏作為人機交互界面可以有效監控自動化生產線的安全運行。

(4)MCGS觸摸屏可以通過交換機的手/自動切換和手動控制將指令逐一映射到主控PLCS7-300內部對應的位存儲器中,MCGS觸摸屏可以代替現場生產設備上的實際按鈕完成生產線的手動控制。

3.MCGS嵌入式觸摸屏TPC7062Ti的主要性能參數

MCGS嵌入式觸摸屏TPC7062Ti是一款可以實現網絡通信(TCP/IP網絡通信或S7網絡通信)的高性能嵌入式控制器,TPC7062Ti的主要性能參數見表2-1,其控制系統核心是Cortex－A8CPU,主頻速度可達600MHz。

任務二MCGS監控組態系統的創建

任務目標(1)掌握MCGS監控組態系統的I/O配置;(2)掌握MCGS監控組態系統的創建流程。

子任務1MCGS監控組態系統的I/O配置

MCGS嵌入式觸摸屏TPC7062Ti安裝在自動化生產線主控柜的柜門外側,便于工程技術人員對生產過程開展監督與控制,該觸摸屏通過以太網交換機與主控PLCS7-300314C2PN/DP實現網絡連接。作為人機交互界面,觸摸屏TPC7062Ti在主控PLCS7-300的配合下完成多項監督控制任務,如圖2-7所示:圖2-7MCGS嵌入式觸摸屏主要的監控功能

(1)MCGS嵌入式觸摸屏上應當準確顯示軸承工件當前所處的生產流程,以及傳送機構、去磁機構、旋轉機構和噴淋機構各自的工作狀態。

(2)當軸承工件到達“上料起點”和“去磁終點”時,觸摸屏上對應的1#和2#光纖漫反射傳感器指示燈亮起,用于顯示工件所處的位置。

(3)當軸承工件進入去磁流程時,觸摸屏上對應的傳送電機和去磁線圈的指示燈亮起,表明軸承在傳送中實現去磁;當軸承工件進入清洗流程時,觸摸屏上對應的旋轉電機

和水泵電機的指示燈亮起,表明軸承在旋轉中實現清洗。

(4)操作人員可以通過MCGS嵌入式觸摸屏,合理選擇軸承去磁與清洗生產流程的控制模式,并可以使用觸摸屏上的按鈕直接手動控制軸承去磁與清洗的操作。

1.主控PLCS7-300與MCGS觸摸屏輸出變量的I/O設置

為將現場光纖漫反射傳感器的檢測信號、去磁和清洗機構的工作狀態等I/O信息準確地采集回主控PLCS7-300,并將上述信息準確地映射到MCGS觸摸屏的輸出位寄存器

(Q0.0~Q0.5),進而顯示在觸摸屏上。我們建立了如表2-2所示的主控PLCS7-300和MCGS觸摸屏中輸出變量(Q0.0~Q0.5)的I/O設置。

(1)輸出變量Q0.0和Q0.1用于指示現場光纖漫反射傳感器的有效檢測信號,而Q0.2~Q0.5用于指示現場傳送電機、去磁裝置、水泵電機和旋轉電機的工作狀態。

(2)輸出變量Q0.0~Q0.5是主控PLCS7-300與MCGS觸摸屏內部的輸出位寄存器,并非S7-300PLC和觸摸屏的實際I/O輸出端子;定義輸出變量Q0.0~Q0.5共六個輸出位寄存器的目的是為了在主控PLCS7-300與MCGS觸摸屏之間有效映射生產過程中的傳感器、去磁和清洗設備的I/O狀態。

2.主控PLCS7-300與MCGS觸摸屏輸入變量的I/O設置

為了在人機交互界面MCGS觸摸屏上有效選擇自動化生產線的運行狀態,同時通過觸摸屏有效向主控PLCS7-300下達軸承去磁與清洗的手動控制指令,進而將上述指令信息準確地映射到S7-300PLC的輸入位寄存器(I0.0~I0.4)中。我們建立了如表2-3所示的主控PLCS7-300和MCGS觸摸屏中輸入變量(I0.0~I0.4)的I/O設置。

(1)輸入變量I0.0表示軸承去磁與清洗自動化生產線的“手動/自動控制狀態”切換,當I0.0=0時,該生產線處于自動控制狀態;當I0.0=1時,該生產線處于手動控制狀態。

(2)輸入變量I0.1~I0.4分別用于控制生產線中的以下四個裝置:傳送帶電機、去磁裝置、水泵電機和旋轉電機(輥棒電機)的手動啟停。

(3)輸入變量I0.0~I0.4是主控PLCS7-300與MCGS觸摸屏內部的輸入位寄存器,并非S7-300PLC和觸摸屏的實際I/O輸入端子;定義輸入變量I0.0~I0.4共五個輸入位寄存器的目的是為了在主控PLCS7-300與MCGS觸摸屏之間有效傳遞生產過程中的手/自動切換和手動控制的指令信號。

子任務2-MCGS監控組態系統的創建流程

1.軸承去磁與清洗生產過程組態的創建

工程技術人員在MCGS7.7嵌入版組態軟件的開發環境里新建的“工程窗口”中,按照如圖2-8所示的流程,通過在元件庫中逐個調用傳送帶、指示燈和電動機等動畫模型,初步創建軸承去磁與清洗生產過程的二維動畫模型組態界面。圖2-8軸承去磁與清洗生產過程組態的創建流程

(1)在新建的“工程窗口”中,打開元件庫,首先調用傳送帶二段,用來表示去磁機的輸送機構;然后調用兩個雙色圓形指示燈和一個雙色方形指示燈,用來表示1#和2#光纖傳感器及去磁機的電磁線圈;最后調用三臺電動機,用來表示傳送電機、水泵電機和旋轉電機。

(2)適當整理軸承去磁與清洗流程的動畫界面,為每個元件和設備添加文本信息,標明其具體的功能與作用。

(3)準確定義軸承去磁與清洗流程中每個元件和設備的顯示屬性,然后為相關元件和設備建立與系統輸出變量(Q0.0~Q0.5)之間的關聯關系。

2.軸承去磁與清洗手動控制組態的創建

工程技術人員在已經組態好的軸承去磁與清洗流程的操作界面中,按照如圖2-9所示的流程,通過在元件庫中連續調用五個方形按鈕,初步建立軸承去磁與清洗的手動控制界面。控制系統“手動控制”模式多用于自動化生產線正式投產前的復位操作與調整操作,這些操作可保證軸承生產線在安全情況下投入全自動運行。圖2-9軸承去磁與清洗手動控制組態的創建流程

(1)在軸承去磁與清洗流程的操作界面中,打開元件庫,連續調用五個方形控制按鈕,分別表示“手/自動切換”“傳送帶啟停”“去磁裝置啟停”“水泵啟停”和“旋轉電機啟停”(“輥棒電機啟停”)。為了方便起見,在調用完第一個控制按鈕“手/自動切換”以后,可以通過“復制”操作獲得其余四個手動控制按鈕的模板。

(2)適當整理軸承去磁與清洗手動控制的動畫界面,為每個按鈕和元件添加文本信息,標明每個按鈕的手動控制功能。

(3)準確定義軸承去磁與清洗手動控制流程中每個按鈕的動作屬性,注意:這些按鈕相當于帶機械自鎖功能的按鈕,只有在按下并抬起時,相關生產設備的工作狀態才能取反。例如,當控制系統處于手動模式時,首次按下“傳送帶啟停”按鈕后,去磁機的傳送帶單向啟動運行,再次按下“傳送帶啟停”按鈕后,去磁機的傳送帶停車。

(4)為每個手動控制按鈕建立與系統輸入變量(I0.0~I0.4)之間的關聯關系,軸承去磁與清洗自動化生產線的全部組態建立完成后,需要在當前窗口下對工程進行及時保存。

任務三MCGS監控組態系統的調試

任務目標(1)掌握MCGS監控組態系統的脫機調試;(2)掌握MCGS監控組態系統的聯機調試。

子任務1MCGS監控組態系統的脫機調試

為了準確監視和控制軸承去磁與清洗自動化生產線的運行,監控組態工程需要經過“在線仿真”→“脫機調試”→“聯機調試”三個階段的調試和運行,才能最終應用于工業機器人軸承去磁與清洗自動化生產過程中,調試流程如圖2-10所示。

(1)在監控組態系統的脫機調試過程中,先后強制SR40PLC程序中的“上料完成”有效(I0.4=1)、“去磁到位”有效(I0.5=1)和“放置完畢”有效(V0.5=1),觀察監控組態系

統中的去磁過程和清洗過程能否順利進行。

(2)在監控組態系統的脫機調試過程中,通過MCGS觸摸屏上的按鈕,在手動控制模式下,依次手動啟動傳送電機、去磁機構、水泵電機和旋轉電機等設備,仔細觀察SR40PLC相應的I/O點狀態是否正常。圖2-10軸承去磁與清洗監控組態系統的調試流程

子任務2-MCGS監控組態系統的聯機調試

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